JP2022139821A - 燃料供給システムおよび燃料供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンにおいて燃料ギアポンプを介して燃焼室に供給される燃料の流量をより簡易な構成で正確に計測することができる燃料供給システムおよび燃料供給方法を提供する。【解決手段】電動モータ４１０により駆動され、燃料タンク内の燃料を、燃焼器２００Ａに燃料を供給する燃料ノズル６００－１,２に送る燃料ギアポンプ４００と、前記電動モータ４１０の回転数を制御する制御部８0０Ａと、前記燃料ギアポンプ４００が吐出する燃料の流量を計測する流量計測部と、を備え、前記制御部８００Ａは、前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第１閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプ４００が吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータ４１０の回転数を調整する、燃料供給システム１００Ａ。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料供給システムおよび燃料供給方法に関する。

従来、ガスタービンエンジンに対する燃料供給量を制御するために、燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測することが行われているが、燃料ギアポンプの吐出量特性は動作環境や経年劣化により変化する場合がある。このような特性変化が発生すると、燃料の流量を正確に計測することができなくなるため、エンジンに対して適切な量の燃料を供給することができなくなる可能性があった。このような課題を解決するために、ギアポンプから吐出した燃料を、固定オリフィスと加圧バルブとの並列流路を経て、ガスタービンエンジンの燃料ノズルに供給し、並列流路の前後の差圧に基づいて並列流路を通過する燃料の実流量を検出する技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３－２３１４０６号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、固定オリフィスや加圧バルブなどにより並列流路を設ける必要があるため燃料供給系が複雑化し、コストが増大する可能性があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、ガスタービンエンジンにおいて燃料ギアポンプを介して燃焼室に供給される燃料の流量をより簡易な構成で正確に計測することができる燃料供給システムおよび燃料供給方法を提供することを目的の一つとする。

この発明に係る燃料供給システムおよび燃料供給方法は、以下の構成を採用した。

（１）：この発明の一態様に係る燃料供給システムは、電動モータにより駆動され、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料ギアポンプと、前記電動モータの回転数を制御する制御部と、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測する流量計測部と、を備え、前記制御部は、前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第１閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータの回転数を調整する燃料供給システムである。

（２）：上記（１）の態様において、前記目標値は、前記燃料ギアポンプの過去の吐出流量特性に基づいて回転数ごとに定められ、前記制御部は、前記電動モータの現在の回転数と、前記過去の吐出流量特性を示す流量特性情報とに基づいて前記現在の回転数に対する前記流量の目標値を取得するものである。

（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記流量計測部は、燃料供給ラインにおいて前記燃料ノズルの上流側における圧力である燃料圧力を計測するとともに、前記燃焼器内の圧力である燃焼器内圧を計測する圧力計測部と、前記燃料圧力と前記燃焼器内圧との差に基づいて前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を算出する流量算出部と、を備えるものである。

（４）：上記（１）から（３）のいずれかの態様において、現在の燃料圧力と過去の燃料圧力との差圧が第２閾値以上である場合、前記燃料ノズルが劣化したと判定する劣化判定部をさらに備えるものである。

（５）：上記（４）の態様において、前記劣化判定部は、前記電動モータの現在の回転数と、過去における前記電動モータの回転数と吐出圧力との関係を示す圧力特性情報とに基づいて、前記過去の燃料圧力の値を取得するものである。

（６）：上記（１）の態様において、前記流量計測部は、燃料供給ラインにおいて、前記燃料ギアポンプが吐出した燃料を前記燃料ノズルのそれぞれに送るマニホールドの上流側に設置された流量計により前記燃料の流量を計測するものである。

（７）：この発明の一態様に係る燃料供給方法は、燃料ギアポンプによって、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料供給方法であって、前記燃料ギアポンプを電動モータにより駆動し、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測し、前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第１閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータの回転数を調整する燃料供給方法である。

（１）～（７）によれば、ギアポンプによって、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料供給システムにおいて、ギアポンプを電動モータにより駆動し、ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測し、流量の目標値に対して電動モータが実際に吐出した燃料流量と目標値との差が第１閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を目標値に近づけるように電動モータの回転数を調整することにより、ガスタービンエンジンにおいて燃料ギアポンプを介して燃焼室に供給される燃料の流量をより簡易な構成で正確に計測することができる。

第１実施形態の燃料供給システムの構成例を示す図である。 第１実施形態における制御装置の構成例を示すブロック図である。 第１実施形態におけるモータ制御部が電動モータの回転数を調整する方法を説明する図である。 第１実施形態における特別制御に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２実施形態の燃料供給システムの構成例を示す図である。 第２実施形態における制御装置の構成例を示すブロック図である。 第２実施形態における特別制御に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の燃料供給システムおよび燃料供給方法の実施形態について説明する。実施形態の燃料供給システムは、例えばガスタービンエンジンによって推進力を得る航空機に搭載される。このガスタービンエンジンは、例えば、ターボシャフト・エンジンである。ターボシャフト・エンジンは、例えば、吸気口や、圧縮機、燃焼室、タービンなどを備える。圧縮機は、吸気口から吸入される吸入空気を圧縮する。燃焼室は、圧縮機の下流に配置され、圧縮された空気と燃料とを混合した気体を燃焼させ、燃焼ガスを生成する。タービンは、圧縮機に接続され、燃焼ガスの力で圧縮機と一体回転する。タービンの出力軸が、上記の回転により回転することで、タービンの出力軸に接続された発電機が稼働する。航空機は、発電機により発電された電力によってプロペラを回転させることにより飛翔することができる。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の燃料供給システム１００Ａの構成例を示す図である。例えば、燃料供給システム１００Ａは、ガスタービンエンジンの燃焼器に対する燃料の供給量を調整するシステムである。燃料供給システム１００Ａは、燃焼器２００Ａと、燃料タンク３００と、燃料ギアポンプ４００と、燃料マニホールド５００と、燃料ノズル６００と、燃料供給ライン７００と、制御装置８００Ａとを備える。燃料タンク３００、燃料ギアポンプ４００、燃料マニホールド５００、および燃料ノズル６００は、燃料供給ライン７００によって、燃料タンク３００、燃料ギアポンプ４００、燃料マニホールド５００、燃料ノズル６００の順に接続され、その接続順方向に燃料を送ることにより、燃料タンク３００に蓄えられた燃料を燃焼器２００Ａに供給する。以下では、燃料供給ライン７００において燃料供給源である燃料タンク３００に近い側を上流といい、燃料タンク３００から遠い側を下流という。

燃焼器２００Ａは、ガスタービンエンジンの構成要素の一つであり、燃料を圧縮された空気と燃焼する装置である。図１では簡単のため、空気を圧縮して燃焼器２００Ａに送る圧縮機は省略されている。燃焼器２００Ａには、燃焼室内に燃料を供給するための燃料ノズル６００が設置される。図１では簡単のため、燃焼器２００Ａに２つの燃料ノズル６００－１および６００－２が設置された例を示しているが、燃焼器２００Ａに設置される燃料ノズル６００の数は２つに限定されない。燃焼器２００Ａに設置される燃料ノズル６００の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

燃料タンク３００は、燃料を蓄える容器である。燃料ギアポンプ４００は、燃料タンク３００から燃料を引き抜いて燃料マニホールド５００に送るポンプである。一般に、ガスタービンエンジンに設けられる燃料ギアポンプの動力は、燃料ギアポンプを搭載するガスタービンエンジンの駆動系から伝達されることが多いのに対し、本実施形態における燃料ギアポンプ４００は、電動モータ４１０によって駆動される。電動モータ４１０の回転数は、インバータにより任意の回転数に制御可能であり、制御装置８００Ａによって燃料流量に応じた所定の回転数に調整される。燃料マニホールド５００は、燃焼器２００Ａに供給する燃料を複数の燃料ノズル６００に分配するために分岐した管路である。

また、燃料供給ライン７００において燃料ギアポンプ４００の下流側、かつ燃料マニホールド５００の上流側の部分には遮断弁７１０および燃料流量計７２０が設置される。遮断弁７１０は、緊急時において、燃焼器２００Ａへの燃料供給を遮断するための安全弁である。燃料流量計７２０は、燃料供給ライン７００を流れる燃料の流量を計測可能な機器である。燃料流量計７２０は、燃料供給ライン７００を流れる燃料の流量を計測すると、その計測値を制御装置８００Ａに通知する。制御装置８００Ａは、燃料流量計７２０から通知された燃料流量の計測値に基づいて電動モータ４１０の回転数を補正する。

このように構成された燃料供給システム１００Ａは、燃料ギアポンプ４００を、回転数が調整可能な電動モータ４１０によって駆動するとともに、電動モータ４１０の回転数を、燃焼器２００Ａに供給される燃料流量の計測値に基づいて補正することができる。このような構成によれば、燃料流量の計測に構成の複雑な燃料流量計量ユニットを用いる必要がなくなるとともに、燃料ギアポンプ４００の動力をガスタービンエンジンの駆動系から伝達する必要がなくなるため、燃料供給システム１００Ａの構成を簡素化することができる。したがって、実施形態の燃料供給システム１００Ａによれば、システム構成を複雑化させることなく燃料流量を正確に計測することが可能となり、低コストかつ高精度な燃料供給システムを実現することができる。

なお、このような効果を奏することのできる燃料供給システム１００Ａは、制御装置８００Ａが、燃料流量の計測値に基づいて電動モータ４１０の回転数を制御する機能を有することによって実現され得るものである。以下では、このような制御機能を有する制御装置８００Ａの構成について詳細に説明する。

図２は、第１実施形態における制御装置８００Ａの構成例を示すブロック図である。例えば、制御装置８００Ａは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、通信部８１０と、記憶部８４０と、制御部８５０Ａとを備える。これらの構成要素のうち制御部８５０Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

通信部８１０は、制御装置８００Ａを電動モータ４１０および燃料流量計７２０と通信可能に接続する通信インタフェースである。制御装置８００Ａは、通信部８１０を介して燃料流量計７２０から燃料の流量に関する信号（以下「流量信号」という。）を入力するとともに、電動モータ４１０の回転数を調整するための制御信号を、通信部８１０を介して電動モータ４１０に出力する。なお、制御装置８００Ａは、電動モータ４１０および燃料流量計７２０のそれぞれについて、別々の通信インタフェースを備えるように構成されてもよい。

記憶部８４０は、ＨＤＤやフラッシュメモリ等の記憶装置を用いて構成される。記憶部８４０には、制御装置８００Ａが実行するプログラムのデータや、他の装置との間で送受信された通信データのほか、制御装置８００Ａの動作に関する各種情報が記憶される。

制御部８５０Ａは、制御装置８００Ａの動作を制御する機能を有する。ここで、制御部８５０Ａの制御機能には、燃料流量の計測値に基づいて電動モータ４１０の回転数を制御する機能が含まれる。具体的には、制御部８５０Ａは、これらの機能を実現するための構成として、例えば、流量計測部８５１と、モータ制御部８５２とを備える。

流量計測部８５１は、通信部８１０を介して入力される流量信号に基づいて、燃焼器２００Ａに供給される燃料の流量値を取得する。流量計測部８５１は、取得した流量値を燃料流量の計測値としてモータ制御部８５２に通知する。

モータ制御部８５２は、制御装置８００Ａを搭載するガスタービンエンジン（以下「自エンジン」という。）の現在の状況に応じて設定された燃料流量の目標値と、流量計測部８５１によって計測された実際の燃料流量とを比較し、目標値と計測値との差が所定の第１閾値を超えた場合に、実際の燃料流量を目標値に近づけるように電動モータ４１０の回転数を調整する。ここで、モータ制御部８５２による回転数の調整機能は、自エンジンの状態に応じて決定された回転数を補正する、いわば補助的な機能である。

そこで、以下では、自エンジンの状態に応じて電動モータ４１０の回転数を適宜決定し、決定した回転数となるように電動モータ４１０を制御することを「通常制御」といい、通常制御によって決定された電動モータ４１０の回転数を上記の補助的な機能として調整することを「特別制御」ということにする。モータ制御部８５２は、通常制御と特別制御の両方を実施するように構成されてもよいし、通常制御が他の機能部によって実施される場合には、特別制御のみを実施するように構成されてもよい。以下では、モータ制御部８５２は、特別制御のみを実施し、通常制御は図示しない他の機能部によって実施されるものとする。

図３は、モータ制御部８５２が特別制御によって電動モータ４１０の回転数を調整する方法を説明する図である。図３は、電動モータ４１０の回転数と、燃料ギアポンプ４００が吐出する燃料の流量との関係の一例を示す図である。例えば、図３において、燃料流量の目標値をＱ_２として回転数ｒ_１で電動モータ４１０を駆動しているとする。この状況は、通常制御により自エンジンの状態に応じた目標値Ｑ_２が決定され、決定された目標値Ｑ_２の燃料流量を実現するために必要な電動モータ４１０の回転数としてｒ_１が決定された状況である。

しかしながら、図３に示す状況では、実際の燃料流量の計測値は、目標値Ｑ_２よりも低いＱ_１となっている。このような目標値と計測値との間の乖離は、燃料ギアポンプ４００の吐出流量特性が、温度や経年劣化等の要因により変化することによって発生し得るものである。このような吐出流量特性の変化が発生している状況では、実際の燃料の流量を回転数から正確に把握することができない。そのため、燃料ギアポンプ４００における燃料流量の計測のみでは、燃焼器２００Ａに対して適切な量の燃料を供給できなくなってしまうことが懸念される。

そこで、本実施形態の制御装置８００Ａでは、モータ制御部８５２が、燃料流量の計測値と目標値との差を監視し、その差が第１閾値を超えた場合に特別制御を実施することにより、実際の燃料流量を目標値に近づけるように電動モータ４１０の回転数を制御することが可能となっている。

例えば、図３の例において、実際のモータ回転数がｒのときに計測された燃料流量がＱ_１であり、、そのときの燃料流量の目標値がＱ_２であるときに、計測値Ｑ_１と目標値Ｑ_２との差ΔＱが第１閾値Ｑ_ＴＨより大きい場合、モータ制御部８５２は、目標値Ｑ_２に関して想定されている吐出流量特性（例えば図３では直線Ｃ_０によって表される）において計測値Ｑ_１を与えると想定される現在のモータ回転数ｒ_１を定義し、目標値Ｑ_２を与えると想定されるモータ回転数ｒ_２を定義する。そして、モータ制御部８５２は、このように定義したモータ回転数ｒ_１とｒ_２との差を補正して、計測値Ｑ_１が目標値Ｑ_２に近づくように電動モータ４１０の回転数を増加させる。つまり、モータ制御部８５２は、実際のモータ回転数ｒに対して差分値Δｒ（＝ｒ_２－ｒ_１）の補正を行うことにより、モータ回転数をｒ＋Δｒに近づける。

この場合、モータ制御部８５２は、燃料流量の目標値に関して想定されている吐出流量特性を示す情報（以下「流量特性情報」という。）と、現在のモータ回転数とに基づいて、現在のモータ回転数に対して想定される燃料流量の目標値を取得する。なお、流量特性情報は、燃料ギアポンプ４００の過去の吐出流量特性を示すものであり、例えば記憶部８４０に予め記憶されている。例えば、流量特性情報は、過去の基準時点における吐出流量特性を示すものであってもよいし、過去の所定期間における吐出流量特性の統計値によって表されてもよい。一般に、燃料流量の目標値は燃料ギアポンプ４００の初期の吐出流量特性に基づいて決定されることが多いため、本実施形態における流量特性情報は、燃料ギアポンプ４００の初期の吐出流量特性を示す情報であるものとする。この場合、流量特性情報は、エンジンの払い出し時等の初期運行段階において実施される検査や試験等において計測された情報に基づいて生成されるとよい。

なお、実際の燃料流量を目標値に近づけるようにモータの回転数を調整することは、実際の燃料流量が目標値に一致するようにモータの回転数を調整することを含む。例えば、モータ制御部８５２は、フィードバック制御により、実際の燃料流量が目標値に追従するようにモータ回転数を変更してもよいし、フィードフォワード制御により、実際の燃料流量が目標値に一致するようにモータ回転数を変更してもよい。また、モータ回転数の増大過程において燃料流量の目標値が更新された場合、モータ制御部８５２は、実際の燃料流量を更新後の目標値に近づけるようにモータ回転数を調整してもよい。また、この場合、モータ制御部８５２は、更新後の目標値と実際の燃料流量（計測値）との差が第１閾値以下となった場合には、特別制御を終了するように構成されてもよい。

図４は、第１実施形態における特別制御に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。ここでは、フローの開始時点においてガスタービンエンジンが稼働中であり、燃料ギアポンプ４００による燃料の吐出流量が通常制御によって制御されている状況を想定する。この状況において、まず、流量計測部８５１が、燃料流量計７２０が出力する流量信号に基づいて燃料供給ライン７００を流れる燃料の流量を計測する（ステップＳ１０１）。流量計測部８５１は、燃料流量の計測値をモータ制御部８５２に通知する。

続いて、モータ制御部８５２が、記憶部８４０に記憶されている流量特性情報を参照し、現在の電動モータ４１０の回転数に対して想定されている燃料流量の目標値を取得する（ステップＳ１０２）。続いて、モータ制御部８５２は、現在の燃料流量の目標値と、ステップＳ１０１において取得された燃料流量の計測値との差ΔＱを算出し（ステップＳ１０３）、算出したΔＱの値が予め定められた第１閾値Ｑ_ＴＨを超えているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、ΔＱの値が第１閾値Ｑ_ＴＨを超えていると判定した場合、モータ制御部８５２は、燃料流量の計測値を現在の目標値に近づけるように電動モータ４１０の回転数を調整する特別制御を開始する（ステップＳ１０５）。一方、ステップＳ１０４においてΔＱの値が第１閾値Ｑ_ＴＨを超えていないと判定した場合、モータ制御部８５２は、ステップＳ１０１に処理を戻し、通常制御による電動モータ４１０の制御を継続する。なお、特別制御の実施中において、燃料流量の目標値は特別制御の開始時点の流量に固定されてもよいし、自エンジンの状態変化等に応じて随時変更されてもよい。

モータ制御部８５２は、ステップＳ１０５において特別制御を開始すると、続いて、燃料流量の計測値が目標値に収束したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。なお、ここでの収束とは、計測値が目標値から許容誤差の範囲内の値となることを意味する。ここで計測値が目標値に収束していないと判定した場合、モータ制御部８５２は、計測値が目標値に収束したと判定されるまでステップＳ１０６を繰り返し実行する。一方、ステップＳ１０６において計測値が目標値に収束したと判定した場合、モータ制御部８５２は、特別制御を終了して（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１に処理を戻す。

なお、ステップＳ１０６およびＳ１０７において、モータ制御部８５２は、計測値と目標値との差ΔＱが所定の閾値以下となった場合に特別制御を終了するように構成されてもよい。また、この場合、特別制御の終了を判定する際の閾値は、特別制御の開始を判定する際の第１閾値Ｑ_ＴＨと同じ値に設定されてもよいし、第１閾値Ｑ_ＴＨよりも小さい値に設定されてもよい。

このように構成された第１実施形態の燃料供給システム１００Ａは、燃料ギアポンプ４００によって、燃料タンク３００内の燃料を、燃焼器２００Ａに燃料を供給する燃料ノズル６００に送るものである。燃料供給システム１００Ａは、燃料ギアポンプ４００を電動モータ４１０により駆動し、燃料ギアポンプ４００が吐出する燃料の流量を計測する。燃料供給システム１００Ａは、流量の目標値に対して電動モータ４１０が実際に吐出した燃料流量と目標値との差が所定の第１閾値以上である場合、燃料ギアポンプ４００が吐出する燃料の流量の計測値を目標値に近づけるように電動モータ４１０の回転数を調整する。このような構成を備えることにより、実施形態の燃料供給システム１００Ａは、ガスタービンエンジンにおいて燃料ギアポンプを介して燃焼室に供給される燃料の流量をより簡易な構成で正確に計測することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態の燃料供給システム１００Ｂの構成例を示す図である。燃料供給システム１００Ｂは、燃焼器２００Ａに代えて燃焼器２００Ｂを備える点、制御装置８００Ａに代えて制御装置８００Ｂを備える点、図１の燃料流量計７２０に代えて燃料圧力計７３０を備える点で第１実施形態の燃料供給システム１００Ａと異なる。燃焼器２００Ｂは、燃焼圧力計２１０をさらに備える点で第１実施形態の燃焼器２００Ａと異なる。燃料供給システム１００Ｂの他の構成は燃料供給システム１００Ａと同様である。そのため、図５において、燃料供給システム１００Ａと同じ構成については図１と同じ符号を付すことにより説明を省略する。

燃焼圧力計２１０は、燃焼器２００Ｂの燃焼室内の圧力（以下「燃焼器内圧」という。）を計測する圧力計である。燃焼圧力計２１０は、燃焼器２００Ｂにおいて燃焼器内圧を計測可能な位置に設置される。燃焼圧力計２１０は、制御装置８００Ｂと通信可能に接続され、燃焼器内圧に関する信号を制御装置８００Ｂに出力する。

燃料圧力計７３０は、燃料供給ライン７００を流れる燃料の圧力（以下「燃料圧力」という。）を計測する圧力計である。燃料圧力計７３０は、第１実施形態の燃料流量計７２０と同様に、燃料ギアポンプ４００の下流側、かつ燃料マニホールド５００の上流側の部分に設置される。すなわち、燃料圧力は燃料ギアポンプ４００の吐出圧力である。燃料圧力計７３０は、制御装置８００Ｂと通信可能に接続され、燃料圧力に関する信号を制御装置８００Ｂに出力する。

制御装置８００Ｂは、特別制御を実施するか否かの判定に用いる燃料流量値を圧力の計測値に基づいて算出する点で第１実施形態の制御装置８００Ａと異なる。

図６は、第２実施形態における制御装置８００Ｂの構成例を示すブロック図である。制御装置８００Ｂは、制御部８５０Ａに代えて制御部８５０Ｂを備える点で第１実施形態の制御装置８００Ａと異なる。また、制御部８５０Ｂは、流量計測部８５１に代えて圧力計測部８５３および流量算出部８５４を備える点、劣化判定部８５５をさらに備える点で第１実施形態における制御部８５０Ａと異なる。制御装置８００Ｂの他の構成は制御装置８００Ａと同様である。そのため、図６において、制御装置８００Ａと同じ構成については図２と同じ符号を付すことにより説明を省略する。

圧力計測部８５３は、通信部８１０を介して入力される燃焼圧力計２１０の出力信号に基づいて燃焼器内圧を計測する。また、圧力計測部８５３は、通信部８１０を介して入力される燃料圧力計７３０の出力信号に基づいて燃料圧力を計測する。圧力計測部８５３は、燃焼器内圧力および燃料圧力の計測値を流量算出部８５４および劣化判定部８５５に通知する。

流量算出部８５４は、圧力計測部８５３から通知される燃焼器内圧および燃料圧力の計測値に基づいて燃焼器２００Ｂに供給される燃料の流量を算出する。例えば、流量算出部８５４は、次の（１）により、燃焼器２００Ｂに流入する燃料の流量を算出することができる。この（１）式は、質量流量のオリフィス式を体積流量の式に変換することによって得られる。なお、燃焼器内圧は、空気を圧縮して燃焼器２００Ａに送る圧縮機の出口の圧力で代用可能である。この場合、燃料供給システム１００Ｂは、燃焼圧力計２１０に代えて圧縮機出口圧力を計測する圧力計を備えればよい。

（１）式において、Ｑは燃料流量を表し、Δｐは燃料圧力と燃焼器内圧との差圧を表す。また、ρは燃料密度を表し、Ａは燃料ノズル６００を接続するオリフィスの面積を表す。αは無次元の流量係数を表す。流量算出部８５４は、算出した燃料流量の値を、燃料供給ライン７００を流れる燃料の流量の計測値としてモータ制御部８５２に通知する。なお、第２実施形態では圧力計測部８５３および流量算出部８５４を組み合わせたものが「流量計測部」の一例である。

劣化判定部８５５は、燃料圧力の計測値に基づいて燃料ノズル６００の劣化の有無を判定する。具体的には、劣化判定部８５５は、燃料ギアポンプ４００の過去の吐出圧力特性に基づき、燃料ギアポンプ４００の現在の稼働状況に対して想定される燃料圧力（以下「基準圧力」という。）の値と、実際の燃料圧力の値（計測値）との差が所定の第２閾値を超えている場合に、燃料ノズル６００が劣化した（例えば、燃料ノズル６００が詰まった）と判定する。この場合、例えば、劣化判定部８５５は、燃料ギアポンプ４００の過去の吐出圧力特性を示す情報（以下「圧力特性情報」という。）と現在のモータ回転数とに基づいて、現在のモータ回転数に対して想定される基準圧力の値を取得する。この場合の圧力特性情報は、電動モータ４１０の回転数と、燃料ギアポンプ４００の吐出圧力との関係を示す情報であり、例えば記憶部８４０に予め記憶されている。

例えば、圧力特性情報は、過去の基準時点における吐出圧力特性を示すものであってもよいし、過去の所定期間における吐出圧力特性の統計値によって表されてもよい。本実施形態における圧力特性情報は、燃料ギアポンプ４００の初期の吐出圧力特性を示す情報であるものとする。この場合、圧力特性情報は、流量特性情報と同様に、エンジンの払い出し時等の初期運行段階において実施される検査や試験等において計測された情報に基づいて生成されるとよい。劣化判定部８５５は、判定結果を示す情報を所定の態様で出力する。例えば、劣化判定部８５５は、判定結果を示す情報を記憶部８４０に記録してもよいし、通信部８１０を介して他の装置に出力してもよい。

図７は、第２実施形態における特別制御に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。ここでは、第１実施形態における特別制御と同様の処理については図４と同じ符号を付すことにより説明を省略する。また、図７においても、図４と同様に、フローの開始時点においてガスタービンエンジンが稼働中であり、燃料ギアポンプ４００による燃料の吐出流量が通常制御によって制御されている状況を想定する。この状況において、まず、圧力計測部８５３が、燃焼圧力計２１０および燃料圧力計７３０の出力信号に基づいて燃料圧力および燃焼器内圧を計測する（ステップＳ２０１）。

続いて、劣化判定部８５５が、記憶部８４０に記憶されている圧力特性情報と、電動モータ４１０の現在の回転数とに基づいて、現在の回転数に対して想定される基準圧力の値を取得する（ステップＳ２０２）。続いて、劣化判定部８５５は、取得された基準圧力の値と、燃料圧力の計測値との差分を算出し、その差分値が第２閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここで、差分値が第２閾値を超えていると判定した場合、劣化判定部８５５は燃料ノズル６００が劣化していると判定し、判定結果を示す情報を所定の態様で出力する（ステップＳ２０４）。一方、ステップＳ２０３において、差分値が第２閾値を超えていないと判定した場合、劣化判定部８５５は、ステップＳ２０４をスキップしてステップＳ２０５に処理を進める。続いて、流量算出部８５４は、燃料圧力と燃焼器内圧との差圧Δｐに基づいて、燃焼器２００Ｂに供給される燃料の流量を算出する（ステップＳ２０５）。以降では、ステップＳ２０５で算出された値を燃料流量の計測値として、特別制御に関するステップＳ１０３～Ｓ１０７が実行される。

このように構成された第２実施形態の燃料供給システム１００Ｂは、燃料流量計７２０による直接的な計測に代えて、燃料圧力および燃焼器内圧の計測値に基づく演算により燃料流量を間接的に計測する構成を備える。このような構成を備えることにより、第２実施形態の燃料供給システム１００Ｂは、第１実施形態の燃料供給システム１００Ａと同様の効果を奏することができる。また、燃料供給システム１００Ｂは、燃料圧力および燃焼器内圧の計測機能を有する既存システムをベースとする場合、燃料流量計７２０を備えない分、燃料供給システム１００Ａよりもシステム規模を小さくすることができる。また、第２実施形態の燃料供給システム１００Ｂは、燃料圧力を計測する構成を備えることにより、燃料圧力を基準圧力と比較することが可能となり、これによって燃料ノズル６００の劣化の有無も判定することが可能となる。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

１００Ａ，１００Ｂ…燃料供給システム、２００Ａ，２００Ｂ…燃焼器、２１０…燃焼圧力計、３００…燃料タンク、４００…燃料ギアポンプ、４１０…電動モータ、５００…燃料マニホールド、６００…燃料ノズル、７００…燃料供給ライン、７１０…遮断弁、７２０…燃料流量計、７３０…燃料圧力計、８００Ａ，８００Ｂ…制御装置、８１０…通信部、８４０…記憶部、８５０Ａ，８５０Ｂ…制御部、８５１…流量計測部、８５２…モータ制御部、８５３…圧力計測部、８５４…流量算出部、８５５…劣化判定部

Claims (7)

1. 電動モータにより駆動され、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料ギアポンプと、
   前記電動モータの回転数を制御する制御部と、
   前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測する流量計測部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第１閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータの回転数を調整する、
   燃料供給システム。
2. 前記目標値は、前記燃料ギアポンプの過去の吐出流量特性に基づいて回転数ごとに定められ、
   前記制御部は、前記電動モータの現在の回転数と、前記過去の吐出流量特性を示す流量特性情報とに基づいて前記現在の回転数に対する前記流量の目標値を取得する、
   請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 前記流量計測部は、
   燃料供給ラインにおいて前記燃料ノズルの上流側における圧力である燃料圧力を計測するとともに、前記燃焼器内の圧力である燃焼器内圧を計測する圧力計測部と、
   前記燃料圧力と前記燃焼器内圧との差に基づいて前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を算出する流量算出部と、
   を備える、
   請求項１または２に記載の燃料供給システム。
4. 現在の燃料圧力と過去の燃料圧力との差圧が第２閾値以上である場合、前記燃料ノズルが劣化したと判定する劣化判定部をさらに備える、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料供給システム。
5. 前記劣化判定部は、前記電動モータの現在の回転数と、過去における前記電動モータの回転数と吐出圧力との関係を示す圧力特性情報とに基づいて、前記過去の燃料圧力の値を取得する、
   請求項４に記載の燃料供給システム。
6. 前記流量計測部は、燃料供給ラインにおいて、前記燃料ギアポンプが吐出した燃料を前記燃料ノズルのそれぞれに送るマニホールドの上流側に設置された流量計により前記燃料の流量を計測する、
   請求項１に記載の燃料供給システム。
7. 燃料ギアポンプによって、燃料タンク内の燃料を、燃焼器に燃料を供給する燃料ノズルに送る燃料供給方法であって、
   前記燃料ギアポンプを電動モータにより駆動し、
   前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量を計測し、
   前記流量の目標値に対して前記電動モータが実際に吐出した燃料流量と前記目標値との差が第１閾値以上である場合、前記燃料ギアポンプが吐出する燃料の流量の計測値を前記目標値に近づけるように前記電動モータの回転数を調整する、
   燃料供給方法。

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