JP3330601B2

JP3330601B2 - タービン機関制御システム

Info

Publication number: JP3330601B2
Application number: JP50823993A
Authority: JP
Inventors: コーベット，ニコラス・チャールズ; ラインズ，ノーマン・ポール
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: WO1993009339A1; CA2122148C; DE69225912T2; CA2122148A1; EP0680554A1; JPH07503769A; GB9122965D0; EP0680554B1; DE69225912D1; US5469700A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、ガス・タービン機関、特に燃焼システムが
その排気ガスにおける汚染物質放出レベルを低減する観
点で設計された機関のための燃料制御システムに関す
る。

（背景技術）今日では、化石燃料型機関から放出される汚染物質を
制限する必要の世界的な認識が存在する。この関心は、
先進工業国における益々厳しくなる規制によって示され
つつある。

ガス・タービン機関から放出される汚染物質は、空気
および燃料反応物質がその燃焼システムにおいて燃焼さ
れる温度と直接的に関連する。主な汚染物質は、高温度
で形成し始めて上昇する温度と共に指数関数的に増大す
る窒素酸化物（NOx）一酸化炭素（CO）および不燃焼炭
化水素（UHC）の放出物である。後者の２つの汚染物質
は共に、典型的には低い燃焼温度における不完全あるい
は弱い燃焼により生成される。

より厳しいNOx放出物規格を満たすため用いられる今
日の技術は、適当に改修された従来の形式のガス・ター
ビン機関燃焼器に対する水または蒸気の注入を含む。し
かし、このような急場の措置では、必然的に機関が全て
のCO規制を満たすことができない。水または蒸気の注入
における更なる問題は、遠隔地または乾燥地において充
分量の適当な水を提供することは実際的でないことであ
る。

従って、燃焼温度を汚染物質の生成を実質的に避ける
ため知られるある限度内に保持することを可能にする代
替的な燃焼技術を用いる燃焼器を設計し開発することが
必要となった。２つの使用可能な技術は、「高濃度燃焼
急速冷却（rich burn rapid qucnch）」と「予混合
希薄燃焼（premix lean burn）」であり、共に略々化
学量論的条件において生じる高温度を避けることにより
目的を達成する。用語「高濃度」および「希薄」とは、
化学量論的燃焼条件に関する空気／燃料混合物の濃度
（strength）の大きさを意味する。

予混合希薄燃焼技術を用いる燃焼器の１つの設計は、
参考のため本文に援用される国際特許公告番号第WO92/0
7221号を有する係属中の国際特許出願第PCT/GB91/01658
号に示される。この設計においては、燃焼は、周囲温度
および生じる電力レベルに従って１つまたは２つまたは
３つの連続段で生じる。各段では、制御された量の燃料
および空気が、前記特許出願に記載されまた本文に後で
開示される特定の方法において注入され、一緒に混合さ
れ、燃焼される。このような方策は、従来の燃焼器と比
較して非常に少ない量のNOx、COおよびUHCの放出を可能
にする。

「希薄な」燃料／空気混合物を用いることに固有の問
題の１つは、この混合物が燃焼システムを反応物質の弱
い消衰限度（cxtinction limit）付近で運転すること
を必要とすることである。従って、広い運転範囲にわた
り低い放出物を生じるには、空燃比が燃焼を特に部分負
荷条件で持続する何らかの方法で修正されることが必要
であり、この場合他の方法では混合物は燃焼するには薄
過ぎる。段階的な燃焼を用いることで、燃焼反応物質の
膨張を多数の比較的小さな管理の容易なプロセスに細分
する手段を提供する。このため、各段階における空燃比
は個々に設定することができ、これにより燃焼器内の空
気流を変化させるための信頼性が低いおそれのある幾何
学的なハードウエア特質に頼ることなく、プロセス全体
に対する空燃比の望ましい修正を有効に達成する。無
論、汚染物質放出目標を満たすためには、これらの段階
の各々における燃焼温度は正しい狭い温度帯内に制御さ
れねばならない。

本発明の目的は、予混合希薄燃焼段を持つ燃焼技術を
用いて、燃料の流れを燃焼器内における複数の燃焼段に
調整するための改善された形態の燃焼制御システムの提
供にある。

本発明の別の目的は、このような段階を有する燃焼器
に対する燃料の流れを調整する改善された方法の提供に
ある。

本発明の他の目的は、燃焼温度を特定の燃焼器および
燃料に対して規定される制限内に制御することにより、
段階を有する燃焼システムにおけるNOx、COおよびUHC放
出物質の生成を制限することにある。

本発明の更に別の目的は、拡散炎と希薄燃焼形式の燃
焼との間の制御される切換えを可能にする、段階を有す
る燃焼器のための燃料制御システムの提供にある。

本発明によれば、複数の燃焼段への燃料の流量を予定
化する方法は、複数の機関燃料流量ガバナーを相互に並
列に配置し、最小燃料要求信号を出力するガバナーを機
関に対する全燃料流量を予定化するものにする段階を含
み、複数の燃焼ステップに対する燃料流量が、対応する
燃焼ステップに対する予め定めた温度限度と一致する最
小燃料流量を達成するように個々に予定化される。

（発明の概要）直列燃焼段および制御の概要先に述べた直列段の燃焼器設計は、実質的に、各々が
独立的に燃料を供給されるカスケード段に配置された複
数の個別の燃焼区域からなり、ここで燃料供給および要
求される活性段数は周囲温度と出力タービンから要求さ
れる出力に依存する。燃焼生成物を連続段間にカスケー
ド化することで、二次および三次段階で要求される温度
上昇の大きさを低減して、これら段階の消衰限度を著し
く改善する。このため、予混合希薄燃焼プロセスを用い
ることが可能な出力範囲を拡張する。

しかし、一次段階は全く予備熱を受取らず、一次段階
に対する入口における空気は比較的低い温度（650〜750
゜K）であるため、その運転出力範囲は小さい。このよ
うな特性は、燃焼器が低放出モード即ち予混合希薄燃焼
で運転している時は常に、二次段階が常に一次段階と共
に活動状態となることを保証することによって補償さ
れ、これにより更に広い出力範囲にわたり低い放出を達
成する。更に、一次段階は、その安定限度が運転条件に
依存しないように実質的に一定の燃焼温度で運転するよ
うに設計される。

出力範囲を広げるためには、より多くの予混合希薄燃
焼段を更に必要とするが、燃焼器に対する空気の供給が
制限されるため、最適数の段階、例えば２または３段階
が決定される。

機関の始動および低出力運転においては、希薄燃焼モ
ードは実際的ではなく、このような条件においては、予
混合希薄燃焼の代わりに、拡散炎形式の燃焼が一次燃焼
領域において用いられる。

希薄燃焼段階の燃焼を実施するための上記の方法およ
び装置は、多数の活性段階を選択して、意図された温度
限度内で燃焼プロセスを制御することに基く。閉ループ
・フィードバックを必然的に伴う燃焼温度を直接測定す
る必要を避けるため、制御システムは、燃焼温度は空気
と燃料の反応物質の熱力学的特性から決定される開ルー
プ技術を用いる。従って、周囲空気の温度および湿度、
燃焼器への進入前の空気温度、および空気と燃料の質量
流量の如き各燃焼器段に対する特性の測定は、制御シス
テムが各段における燃焼温度の要求される制御を実施す
るため個々の燃料流量の計算して調整することを可能に
する。

当産業において周知のように、空気と燃料の相当比の
関係は、種々の空燃比に対する燃焼温度の上昇の決定に
用いることができる。燃焼される特定の燃料に対する化
学量論的空燃比の唯一の従前の知識が要求される。簡単
に言えば、燃料の組成が既知である場合、この知識を計
算に含めることができる。しかし、パイプラインの天然
ガスの如きあるグループの関連する燃料に対する組成の
これまでの知識は不要であることが判った。これは、こ
のような燃料間の組成上の変動が化学量論的空燃比にお
ける小さな変化しか生じず、その結果、燃料組成におけ
る変動を無視することにより生じる温度制御誤差が僅か
に約10゜Kであるに過ぎないことが判った故である。

本発明においては、２つの燃焼モードおよび２つまた
は３つの燃焼段階に対する燃焼の制限温度は予め設定さ
れたデータである。燃焼のための空気の温度は、燃焼器
に進入する前に測定することができ、従って、制限相当
比φは温度上昇と相当比間のカーブから直接決定するこ
とができる。

φ＝化学量論的空燃比÷実際の空燃比。

化学量論的比が所与の燃焼組成に対しては定数である
ため、特定の段階またはモードに対する問題となる制限
空燃比を決定することができる。その結果、燃焼段への
空気の流量を知れば、制限燃焼温度を越えずに許容され
る最大燃料流量を決定することができる。

考慮に入れねばならない別の要因は、燃焼器へ送られ
る空気の水分であるが、これは水分が増加すると所与の
空燃比に対する燃焼温度を低下させる故である。これ
は、COおよびNOxの放出を増加させ、また一次希薄燃焼
段をその弱い空燃混合物の燃焼消衰限度に近づける。従
って、湿気は、燃焼温度の上昇に対する相当比の関係の
計算に対する入力要因と見做される。

空燃比を制御するためには、各段に対する空気流量を
正確に知ることが必須である。各段を流過する全燃焼空
気の比率は、燃焼器自体の形状により設定され、従って
要求される直接的な空気流量の測定は燃焼器に対する全
空気流量のみである。

ガス・タービン機関の燃焼システムは、高圧のタービ
ン・ノズル案内羽根に対して排出し、この羽根の容量は
既知であり圧縮機の抽気（bleed）とは独立的である。
従って、燃焼器に対する燃料流量要求と組合わせたノズ
ル容量を知れば、燃焼器に対する空気流量を決定するこ
とができる。臨界的な関係は、但し、Ｗは、ノズルに流れる流量（空気＋燃料）Ｔは、ノズル羽根の温度、Ｐは、ノズルのスロートの圧力Ａは、ノズルのスロートの面積である。

測定および計算により、温度、圧力、面積および燃料
流量が決定される。従って、ノズルに流れる空気流量の
比率を得ることができ、この情報および燃焼器の形状を
知ることから、各段に対する空気流量はいかなる出力条
件においても見積もることができる。

ここで希薄燃料モードで運転する３段の燃焼器を想定
すると、三次の段階が活動状態ならば、二次段階は1600
〜1800゜Kの帯域内の三次燃焼温度を生じるように温度
限度間で調整することができ、このため再びNOxの生成
を阻止しながらCOおよびUHCの放出を最小限に抑える。

燃料要求の僅かな増加が段を付勢する時に三次燃焼温
度が低すぎないことを保証するためには、三次燃焼温度
を上昇させることによりCOの放出を避けるため、二次燃
焼温度限度を1800゜Kのその上限に近づけるよう調整す
ることができる。

制御システムは、各段間に燃焼を平滑に移動すること
により出力の低下を自動的に許容する。三次段階がCOま
たはUHCを増やす事なく反応物質の燃焼を満足に完了す
るには三次段階の燃料流量要求が低すぎるならば、三次
段階に対して流れが予定化されないことを保証する二次
燃焼温度限度を選択することにより、流量が再び二次ス
テップへ戻される。三次段階が安定な燃焼条件の全範囲
にわたり満足し得る低い放出状態で希薄燃焼を達成する
ように設計することができるものとすれば、三次から二
次の段階への流量の転換は、データの最小燃料要求に三
次ステップのその時の燃料要求を比較することにより行
うことができ、このデータは三次段階における安定燃焼
のため許容し得る最小燃料要求である。あるいはまた、
三次段階のこのような設計が可能でなければ、三次段階
のその時の燃料要求に対するこの段階における燃焼温度
の上昇は、適当な等価カーブから予測することができ
る。次に、三次段階における温度上昇がCOおよびUHCの
過剰生成を避けるために不十分であるならば、即ち、三
次段階における燃焼温度が約1600゜Kより低いと予測さ
れるならば、三次の燃料要求の二次段階への移動が生じ
る。

本発明の実施例について、添付図面に関して次に記述
する。

（図面の簡単な説明）図１は、低放出能力を持つガス・タービン機関の主要
な機械的モジュールまたはセクションを示す概略図、図２は、汚染物質の低レベルの放出を達成するため連
続する燃焼段を支持するように設計された図１の機関の
燃焼室を示す図、図３は、図２に示された燃焼室の各段階に対する燃料
流量を設定するための本発明による燃料制御システムの
概略図、図４は、図２に示された燃焼室の各段階に対する燃料
流量を制御するための、図３の燃料制御システムにより
制御される弁装置の概略図、図５乃至図７は、２段の燃焼器の制御のため要求され
るロジックを示す詳細図、図８および図９は、３段の燃焼器の制御のため要求さ
れるロジックを示す詳細図、図10および図11は、別の燃焼燃料供給策の制御のため
要求されるロジックを示す詳細図である。

（実施例）図１において、工業用ガス・タービン機関10は、軸方
向の流れの直列配置において、空気入口12と、低圧（L
P）圧縮機部14と、高圧（HP）圧縮機部15と、燃焼器部1
6と、HPタービン部17と、LPタービン部18と、動力ター
ビン部20と、排気ガス出口22とを含む。HPおよびLPター
ビン部17および18は、機関内の同心軸（図示せず）を介
して、対応する圧縮機部15および14を駆動し、軸により
一体に接合されたタービンと圧縮機との各組立体は「ス
プール」と呼ばれる。動力タービン部20は、軸24により
負荷26を駆動する。本例においては、負荷26は発電機と
して示されるが、その代わりに例えば油、水またはガス
のパイプラインに対する圧送セットでもよい。

ある機関の負荷条件下の圧縮機の急変動（surging）
を避けるために、圧縮機部14および（または）15には過
剰量の空気を通気するためのブリード弁（図示せず）を
設けることができる。

燃焼器16には、例えば、９個の個々の燃焼室36が配置
され、これら燃焼室の唯１つの配置が破線により示され
ている。それらの頭部200は、機関の残部の半径方向外
側に突出している。燃焼室36は、機関の長手方向軸Ｘの
周囲に等角度で離間されている。全ての燃焼室は、相互
に独立的に点火されその燃焼を維持し、従って各々がそ
れ自体の燃料点火装置201を必要とする。

燃焼室36の排気端部202は、これらが固定されるノズ
ル案内羽根90を通って燃焼気体がHPタービン17へ直接排
出されるように、半径方向から下流軸方向へ転向されて
いる。

燃料は、５つの異なる噴射器セットを介して燃焼器16
へ供給され、３つのモードで燃焼する。

点火装置201は、ブロック340として略図的に示される
燃料マニフォールドから燃料F_iを受取る燃料噴射器（同
図には示さない）を有する。燃焼室頭部200は、ブロッ
ク341〜344により略図的に示される４個の対応する燃料
マニフォールドから他の４セットの燃料噴射器（同図に
は示さない）に対する個々の燃料供給量として燃料の総
量F_Tを受取る。燃料マニフォールドに対する燃料供給量
は、対応する燃料計量装置350〜354により制御され、こ
の計量装置は更に、図３に更に詳細に示される燃料制御
システム300により制御される。無論、各燃焼器頭部200
もまた、燃焼室内の燃料と混合するためHP圧縮機部15の
出口から高圧空気を受取る。

次に図２において、燃焼室36の１つの動作について、
特に５セットの燃料噴射器および先に述べた３つの燃焼
モードに関して簡単に述べることにする。この形式の燃
焼室およびその動作の更に詳細な記述が必要ならば、点
火装置を除いて、弊国際特許公開第WO92/07221号を参照
されたい。

点火モード各燃焼室36の初期点火は、マニフォールド340から供
給され、トーチ噴射器203を介して燃焼室に半径方向に
隣接する小さな点火室204内へ供給される少量の気体燃
料F_iから点火装置201により行われる。点火室204は、燃
焼室36の頭部から空気ブリード（図示せず）を受取る。
結果として生じる燃料と空気の混合物は、高エネルギ即
ち高張力電気点火ソース205から点火される。この結
果、接続管207を経て主要燃焼室36の頂部に至る火炎の
伝搬を生じ、ここでこの火炎が中心部噴射器86から出た
燃料を点火する。

トーチ噴射器は、機関の始動中にのみ可能状態にさ
れ、その後不能状態になる。

一次拡散モード中心部噴射器86は、接続管207を取巻く環状の燃料ギ
ャラリ87を含み、ギャラリから燃焼室の頂部に気体流を
噴射する円形列の穴86Aを備える。燃料ギャラリ87は、
マニフォールド341から気体流F_cが供給される。気体は
一次空気Ａに添加され、その一部が列状の旋回羽根74を
通過することにより予め旋回させられた後、噴射器86を
直接流過する。その結果、燃焼室の中心線CLを取巻く渦
流Ｂの局部的に燃料の濃厚な混合物が生成され、ここで
拡散が一次空気と燃料の混合を生じる。これが一次区域
64における燃焼を維持する。別の羽根列を流過すること
により予め旋回させられた後、一次空気Ａの残部により
形成される別の環状渦流Ｃが、空気のみの領域を残す。
２つの渦流間に歪み層Ｄが生じる。

上記の拡散炎燃焼モードは、小さな燃料流量および低
い圧縮機伝搬温度において安定した燃焼を可能にする
が、このモードは局部的に高い火炎温度を生じる結果と
なり、従って比較的高いNOx放出物を生じる結果とな
る。従って、その使用は始動時、および機関負荷および
周囲の条件が希薄燃焼運転範囲外である場合に限定され
る。

機関から要求される動力が増加すると、中心部噴射器
86を通る燃料量は、以下に述べる主要な希薄燃焼の一次
および二次噴射器へ送られる。転換点は、後で述べるよ
うに決定することができる。

低放出モードこのモードにおける目的は、燃料および空気、および
燃焼区域における中間燃焼生成物の滞留時間が実質的に
完全な燃焼を達成するに充分なだけ長く、COおよびUHC
の大量の放出を避けると同時に、分解反応によるNOxお
よびCOの双方の過剰な生成を避けるため充分に狭い範囲
内の燃焼温度を保持することである。

このためには、主要な一次、二次、および必要に応じ
て、三次の燃焼段が、希薄燃焼型の燃焼を可能にするた
め燃焼器への進入に先立ち、化学量論より薄い比率で燃
料と空気を予め混合する原理を採用する。しかし、先行
する段からの燃焼生成物からの装入により、二次および
以降の段の燃焼が生じる。

主一次燃焼：円形列状の主一次側噴射器88は、マニフ
ォールド342から燃料F_pを受取る環状の燃料供給ギャラ
リ88Aと接続されている。噴射器88は、気体燃料を環状
壁部78により分離された２列の予備渦流羽根70、74によ
り形成される上下のセットの通路へそれぞれ噴射する。
これは、燃料および空気が、一次燃焼区域64に反応物質
が進入する前に、化学量論より薄い比率で部分的に予め
混合されることを保証する。２セットの予備渦流羽根7
0、74がこれに流れる空気に反対方向の回転を与えるよ
うに指向される故に、一次区域64における燃焼が歪み層
Ｄにより分離された反対方向の２つの個々の渦流Ｂ、Ｃ
において発生し、改善された混合乱流を生じる。このよ
うな完全な混合は、燃焼温度を、燃焼過程における窒素
の著しい分解を防止するに充分に低い略々1850゜Kに制
御することを可能にし、これにより多量のNOxの生成を
防止する。別の二次、および任意に三次の燃焼段は、全
ての重要な運転条件において燃焼が充分に制御された方
法で完了し得るようにするために必要である。

二次燃焼：二次燃焼は、燃焼室36の二次燃焼区域112に
おいて生じる。この場合は、一次燃焼区域64を取巻く環
状ダクト94の開口102内へ燃料気体を噴射するため環状
燃料ギャラリ105と接続された円形列の噴射器104を用い
ることにより、希薄燃焼型の燃焼が再び得られる。二次
燃料流F_sは、マニフォールド343から供給される。この
ように噴射された燃料は、ダクト94に進入する時に圧縮
機出口からの二次空気Ｅと事前に混合される。この混合
物は、開口106から二次燃焼区域112の中心部に指向され
る円形列の個々の噴流Ｆとして、前記区域へ進入する。
ここで、更に燃焼が生じて一次区域64からの燃焼生成物
を生じる。更に完全な混合を行うために、二次区域112
は、燃料／空気混合物の一部と燃焼生成物の一部とを噴
流Ｆが一次燃焼生成物を貫通する混合区域へ再循環させ
る渦流Ｊの生成を促すような形状を呈すことに注意。こ
の段階において、燃焼温度は、COを維持しながらこれ以
上のNOxが形成しないことを保証するため、公称1800〜1
600゜Kの上下限内に制御される。

三次燃焼：三次燃焼が要求される時は、二次燃焼区域
112を取巻く環状ダクト94の開口144に進入する三次空気
Ｋに対して噴射器146から気体燃料を更に噴射すること
により、同様な希薄燃焼プロセスが三次燃焼区域150に
おいて開始される。この噴射器は、マニフォールド344
からギャラリ147を介して燃料を供給される。三次燃焼
プロセスについては、図２から判るように、先に述べた
二次プロセスと類似するため、これ以上は述べない。燃
焼温度範囲もまた類似している。

低放出モードにおける燃焼温度希薄燃焼一次区域64における慎重な混合は、約1850゜
Kの一定な燃焼温度を生じるように設計される。二次区
域における温度は、1800゜Kを越えることは許されず、
ほとんどの場合、一次燃焼生成物の予め混合された二次
反応物質との混合プロセスの慎重な制御が、1600゜K乃
至1800゜K内の燃焼温度を生じる。しかし、三次燃焼段
もまた活動状態にあるならば、二次区域における温度は
前記範囲内に調整され、三次区域における温度は1600゜
K乃至1800゜Kの範囲内に制御される。

制御システム次に図３において、ここで示される制御方式は、第１
に、図１および図２に示された３段燃焼器の最初の２段
のみを有する燃焼器のために必要な制御に関するもので
ある。しかし、３段の燃焼器に必要とされる余分な制御
要素もまた示されており、これら要素は図３における制
御要素の右側に破線によりシステムのそれ以前の部分と
接続されている。

基本的には、図３は燃料流を予定する方法を具現する
ものであり、この方法は簡単に述べれば、複数の機関燃
料流ガバナ301〜307を相互に並列に配置し、最小燃料要
求信号を出力するガバナを機関に対する総燃料流量F_dT
を予定化するガバナにすることからなる。中心、一次、
二次および三次の段階に対する燃料流量F_dc、F_dp、F_ds
およびF_dtはそれぞれ、対応するモードおよび燃焼段に
対する規定された温度限度と一致する最小燃料流量を達
成するように個々に予定化される。

制御システムの詳細な記述は、図の左上隅部から始め
る。同じ制御をより低い信頼性および経済性で達成する
ため個別電子構成要素を用いることもできるが、図の種
々の信号処理成分は望ましくはディジタル電子制御シス
テムにおけるソフトウエア・モジュールとして実現され
ることを理解すべきである。

最初に、７個のコントローラ301〜307が、各燃料要求
出力信号を最小値獲得ゲート310に並列に与え、このゲ
ートは最小燃料流量を要求する燃料要求信号311のみを
出力する。コントローラ301〜307に対する入力は、制御
盤の設定事項および機関におけるセンサである。

閉ループ・コントローラ301、302および303は、それ
ぞれ機関の低圧スプール、高圧スプールおよび動力ター
ビン20の予定された回転速度の関数である燃料要求出力
ｆ（N1）、ｆ（N2）およびｆ（N3）を与える。回転速度
の予定は、無論、当技術において周知のように機関の挙
動に対する制御盤の設定事項に関する制御規則に照らす
ことにより、予め計算されている。

閉ループ・コントローラ304は燃料要求出力ｆ（T6）
を与え、これは動力タービンへの進入時にセンサにより
測定される如き排気ガス温度の関数である。

閉ループ・コントローラ305は燃料要求出力ｆ（P3）
を与え、これはHP圧縮機伝達圧力の関数である。

開ループ・コントローラ306は、機関への過大変動を
避けるため燃料要求の瞬間的な増加を制限する。このコ
ントローラはこれを行うために、上記の圧力P3を監視し
て、監視された圧力値を用いて索引テーブルから燃料要
求値を得る。

開ループ燃焼開始コントローラ307は、中心部噴射器8
6（図２）に対する燃料流量F_cの初期値を設定する目的
のため、予め定めた燃料要求出力信号F_dcを生じ、次に
この噴射器はトーチ噴射器203からの炎により点火され
る。これと関連して、別の開ループ・コントローラ309
が、予め定めた燃料要求出力信号F_diをトーチ燃料計量
装置（トーチFMU）350に与えてトーチ噴射器に対する燃
料流量F_iを設定する。連続的な点火および予め定めた限
度を越える機関速度の増加を検出した後、コントローラ
309はトーチ噴射器に対する燃料流F_iを遮断し、最小値
獲得ゲート310を介して適当なFMU351に対して燃料要求
信号308の増加を予定化するようコントローラ307はトリ
ガーする。この予定化は、燃料流量の予め定めた増加率
の形態をとり、これはN1が機関の自己保持運転のための
最小値に達する時点でコントローラ301が引継ぐまで継
続する。その後、信号308は、もはや最小値獲得ゲート3
10を通らないように高い値に設定される。

コントローラ301は、機関の圧縮機およびタービン部
が安定な運転温度を取ることを許容するだけ充分に長い
期間、機関を自己保持速度に維持する燃料要求ｆ（N1）
を選択する。この期間が終了すると、動力タービン速度
N3がそのコントローラ303の初期制御室コンソール設定
値に達するように動力が生じるまで燃料要求ｆ（N1）が
比例的に増加されるように、コントローラ301に対する
制御室コンソールの設定入力は予め定めた割合で増加す
る。その後、制御室コンソールの設定値を調整すること
により、異なる負荷設定が行われる。

閉ループ・コントローラ302、304、305は、機関の高
出力における運転中その各々の機関パラメータの最大値
を制限するために設けられる。

最小値獲得ゲート310は、最小燃料要求信号311が最大
値獲得ゲート312へ出力されることを保証する。ここ
で、燃料要求信号311は、索引テーブルにより低圧スプ
ールの速度N1の関数として設定される開ループ減速コン
トローラ314の出力により決定される。コントローラ314
は、燃料要求信号311の瞬間的な減少が大き過ぎる事象
における燃焼室の火炎消衰を防止するために、燃料要求
の瞬間的な減少を制限する。

最大値獲得ゲート312からの燃料要求出力F_dTは、燃料
計量装置351、352、353間に適当に分割されねばなら
ず、かつ、要求されると、それぞれ中心部（一次拡
散）、主要（希薄燃焼）の一次、二次および三次の噴射
器の燃料マニフォールドに対する燃料流量を制御する総
燃料流量信号である。

また図４によれば、各FMU350〜354に対する燃料要求
信号もまた、各燃料要求信号がゼロまたはゼロより低く
降下する時を検出して関連する高速遮断弁410〜414に信
号を送り、対応する燃料計量装置に対する流れを停止さ
せる対応する遮断弁制御装置360〜364へ送られるものと
して図示されていることに注意すべきである。装置360
〜364および弁410〜414は、燃料要求信号がゼロである
時これに流れる燃料の望ましくない漏洩を防止するため
充分に堅く封止する弁を燃料計量装置350〜354が内蔵し
ない場合にのみ必要とされる。予め加圧された気体状燃
料は主燃料供給管路420へ流入し、この管路には種々の
燃料噴射器に対する個々の燃料供給が接続されている。
主遮断弁407は、全機関遮断の場合に機関に対する全て
の燃料の流れを終了させる。主燃料供給管路420からの
圧力フィードバック422を持つ調整弁401は、一定の燃料
供給圧力を維持することを可能にする。通気弁402は、
燃料を保守目的のためシステムから排出することを可能
にする。

始動から全出力までの燃料制御拡散炎燃焼モード：図３の考察に戻り、最大値獲得ゲ
ート312からの総燃料要求出力信号F_dTの適切な分割を行
うプロセスは、更に別の最小値獲得ゲート315に対して
入力することにより開始される。ゲート315では、最小
値は一次拡散炎燃焼モードのため一次拡散炎燃焼温度コ
ントローラ317の燃料要求出力316に対して決定される。
出力316は、（T_c−T3）゜Kの一次拡散燃焼温度上昇を得
るのに必要な燃料要求出力信号である。T_cは、以下に述
べるように、一次燃焼温度データ・セレクタ318により2
400゜KまたはT3に設定される一次拡散炎燃焼モードのた
めの燃焼温度制限データである。T3は、燃焼器の入口に
おける空気のその時の温度である約650〜750゜Kであ
る。コントローラ317に対する入力は、T3、周囲の大気
中の湿度信号Ｈ、中心部噴射器86が使用されている時の
一次燃焼区域64を流過する空気の質量流量M_p、およびT_c
である。これら４つの入力は、燃料質量流量を燃焼中の
温度上昇、実際および化学量論的燃料／空気比およびM_p
に関連付ける標準的な熱力学的関係から出力316を得る
ために、コントローラ317により使用される。あるいは
また、熱力学理論に基く方法に加えて、コントローラ31
7に組込まれて入力を所定の出力信号316に関連付けるマ
トリックスを生じるように、機関のテスト結果を用いる
こともできる。

信号F_dTが信号316より大きくなる時のみ、最小値獲得
ゲート315は燃料計量装置351に対する一次拡散炎燃焼燃
料要求信号F_dcとして通過するように信号316を選択す
る。

希薄燃焼モード：現在望ましい実施態様においては、
一次希薄燃焼型燃焼温度コントローラ322がFMU352に対
して直接に燃料要求信号323を出力する。コントローラ3
22が常に主一次噴射器88に対する正しい燃料流量を設定
するため、信号323は常に燃料要求信号F_dpと同じであ
る。しかし、図３はまた、破線の接続により一次段階に
おける希薄燃焼の別の方法を示し、これにおいては、信
号323が加算接合点320からの出力と並列に最小値獲得ゲ
ート324に対して入力され、最小値獲得ゲートの出力はF
_dpである。

望ましい実施態様においては、主一次燃焼プロセスは
二次燃焼段なしでは決して動作しない。従って、先に述
べたように、主一次燃焼燃料要求F_dpは常にコントロー
ラ322の出力により決定される。その結果、最小値獲得
ゲート324は、望ましい実施態様では、噴射器88に対す
る燃料流量F_pの制御のために必要とされない。それにも
拘わらず、ゲート324の存在を必要とする他の燃料供給
方策が要求される。例えば、使用される特定の燃焼器構
成が一次燃焼段において常に希薄燃焼の低放出運転モー
ドを生じるための充分な燃焼安定度を生じるならば、最
小値獲得ゲート324は必要に応じて要求される範囲にわ
たる機関の運転を許容することになる。

望ましい実施態様においては、燃焼温度コントローラ
322は、一次燃焼温度データ・セレクタ318と関連して、
一次区域64における希薄燃焼のため主一次噴射器88に対
する燃料流量F_pを予定化する役割を持つ。この燃焼モー
ドにおいては、コントローラ322は、約1850゜Kの燃焼温
度を維持する空燃比を生じるように燃料流量を調整し、
これによりNOxの著しい生成を防止する。コントローラ3
17の場合と同様に、コントローラ322に対する４つの入
力、即ち、燃焼器入口温度T3、湿度Ｈ、燃焼器の一次区
域に対する空気質量流量M_p、および温度データ・セレク
タ318により設定される制限温度T_pが存在する。これら
は、限度空燃比を、従って主一次噴射器88に対して予定
化される燃料流量を決定するため用いられる。

拡散炎モードおよび希薄燃焼型燃焼モードの同時使用 WO92/07221号に開示された如き直列段の燃焼器におい
ては、二次および三次燃焼段に進入する気体は、手前の
一次および二次燃焼プロセスにより予熱される。従っ
て、最後の燃焼段（または、３段システムにおける最後
の２つの燃焼段）における希薄燃焼型燃焼プロセスの弱
い安定度の尤度は、燃料要求の過渡的な変化（即ち、空
燃比の変動）を許容するに充分に大きく、従って動力タ
ービンの負荷変化を満たす機関の能力と干渉しない。し
かし、主一次燃焼段は、これが受取る空気の方が低温で
温度T3を有する故に、狭い安定度で動作する。従って、
主一次燃焼段に対する希薄燃焼の空燃比の許容し得る変
動が制限される。その結果、希薄燃焼の一次燃焼プロセ
スが機関の始動から動力タービンが負荷を受けるように
なる時までの期間完全に依存されるものとすれば、この
期間中には燃焼の不安定性という危険のおそれがある。

希薄燃焼の主一次燃焼プロセスのこのような制限を克
服するために、T_c＝2400゜Kの平均燃焼温度限度におい
て中心部噴射器86を用いて、このような危険期間中の一
次拡散炎燃焼プロセスに使用を可能にする。これは、中
心部噴射器による拡散炎燃焼プロセスが燃焼の主要熱を
燃焼室36の壁部から遠去ける故に達成可能である。従っ
て、中心部噴射器を用いる更に安定な燃焼プロセスを、
機関の始動から動力タービン負荷のテークアップまで一
次燃焼プロセスの安定性を拡張するために用いることが
できる。特に、これは、この初期の期間中の圧縮機にお
けるブリード弁の動作により生じる燃焼の不安定の危険
を避ける。ブリード弁の動作は、短い期間にわたる大き
な燃料流量の変動を生じる傾向があり、これが更に大き
な空燃比の変動を生じる。

燃焼モード間の転換機関の通常の運転サイクル中、制御システムは無論、
一次段が可能である２つの燃焼モード間で動力の損失な
しに転換することを要求される。

燃焼モード間の転換は、下記の如く達成することがで
きる。

始動中、温度データ・セレクタ318は、コントローラ3
17に対するT_cを2400゜Kに初期設定し、コントローラ322
に対するT_pをその時の温度T3に設定する。これは、コン
トローラ322からのゼロ値出力323を与える。このよう
に、コントローラ322の出力323がゼロである限り、燃料
流量F_pはゼロである。

機関が燃料要求出力信号F_dcが機関のこれ以上の加速
を制限するかあるいは望ましくない汚染物質量が生じて
いる運転条件に達すると、温度データ・セレクタ318は
ランプ（ramp）関数を用いて燃焼温度制御限度T_cおよび
T_pを2400゜KからT3へ、またT3を1850゜Kへそれぞれ変化
させる。温度データの変更を開始するためのロジックは
後で説明するが、基本的には、二次燃焼段階に対する燃
料要求信号が別の加算接合点330から出力される時を検
出する二次流量論理モジュール319を含む。

２組の中心部噴射器86、88に流れる燃料流量F_cおよび
F_pは、それらのFMU351、352の各々により制御される
が、共に燃料を同じ一次燃焼区域64へ送る。拡散炎一次
区域の燃焼が信号F_dcにより低減するに伴い、燃焼モー
ド間の切換えが完了するまで、希薄燃焼一次区域の燃焼
は信号_dpと共に増加する。

一次段階における燃焼モードの切換えと同時に、加算
接合点330は総燃料要求信号F_dTと瞬時燃料要求出力信号
F_dc、F_dpとの間の差を出力している。この差が、二次段
階における噴射器104への燃料流量F_sに対するFMU353を
制御する燃料要求出力信号F_dsとなる。

最後に、FMU351が中心部噴射器86への燃料の流れを許
容していない時、コントローラ322により許容されるよ
りも大きい燃料要求の増加が、ゼロである値（F_dT−
F_dp,F_dc）の信号として加算接合点330から出力される。

以上のことから、希薄燃焼型燃焼モードでは、一次燃
焼段階に対する空気質量流量と共に、機関に対する負荷
の増加は燃焼器の入口温度T3を上昇させることが判る。
燃料流量F_pは燃焼温度コントローラ322の出力に従って
然るべく増加することになる。再び、温度の制限に起因
する一次段階により必要とされない過剰燃料流量は、二
次段階へと送られる。

動力を減じるための燃料制御機関に対する負荷の減少は、コントローラ303が燃料
要求信号311およびF_dTを低減する結果を生じる。最初
に、これは、二次段階に対する燃料流量の対応する減少
により信号F_dsの減少を生じる。

短時間の遅れの後、減少負荷は、一次燃焼段階に対す
る空気質量流量および燃焼器入口温度T3を減少させるこ
とになる。燃料流量F_pは、燃焼温度コントローラ322の
出力により指令される如く然るべく減少することにな
る。

更なる負荷の減少がない場合は、二次段階はF_dsの新
しい安定値、即ち、F_dTとF_dpとの新たな値の間の差に落
着く。

負荷の更なる減少と共に、二次段階に対する燃料流量
は、汚染物質放出限度が達成され得なくなるまで最終的
に減少することになる。この条件では、温度データ・セ
レクタ318は、T_cをT3から2400゜Kまで逓昇させる間、T_p
を1850゜KへT3へ逓減させることにより、一次段階を再
び拡散炎燃焼モードに切換える。

一定負荷および周囲温度低下に対する燃料制御機関に対する負荷が一定のままであるが周囲温度は低
下する希薄燃焼型燃焼モードにおける初期の運転を仮定
すると、燃焼器入口温度T3および空気質量流量M_pの変化
は、一次燃焼温度コントローラ322からの燃料要求信号3
23（F_dp）の増加を再び生じる。この結果、加算接合点3
30からの差信号出力の減少に起因する二次段階の燃料要
求信号F_dsの対応する減少を生じる。周囲温度のこれ以
上の低下がなければ、二次段階は、減少負荷の場合と同
様に、新たな安定した燃料要求に落着く。周囲温度の更
なる低下は、先に述べた負荷の更なる減少と同じ効果を
生じて、汚染物質放出制限が達成できない場合に、一次
段階は拡散炎燃焼モードへ再び転換される。

一定負荷および周囲温度上昇に対する燃料制御機関が拡散炎燃焼モードが用いられている周囲温度に
おいて機関に負荷が課されるならば、機関負荷が一定の
ままである間の周囲温度の上昇は、拡散炎燃焼温度コン
トローラ317に対する入力T3およびM_cを変化させる。従
って、燃料要求出力316は減少する。総燃料要求信号F_dT
が信号316より大きくなると、最小値獲得ゲート315は信
号316をF_dcとして出力して中心部噴射器86に対する燃料
流量を制御し、加算接合点320は次の加算接合点330に対
して二次段階に対する燃料要求信号として使用される差
信号F_dT−F_dcを出力する。これは、二次流量論理モジュ
ール319と温度データ・セレクタ318とを一定の周囲温度
における負荷の増加と同じ方法でトリガーする。従っ
て、温度データT_cおよびT_pは、増加負荷について先に述
べたように、それぞれ逓減、逓昇され、これにより二次
段階燃焼が開始される間、一次段階を希薄燃焼型燃焼モ
ードへ転換させる。

一次燃焼温度データ・セレクタ先に述べたように、燃焼温度データ・セレクタ318
は、拡散炎モードおよび希薄燃焼モードにおける燃焼を
それぞれ制御する２つの一次段階燃焼温度コントローラ
317および322に対する適切な燃焼温度データT_cおよびT_p
を選択する手段を提供する。

データ・セレクタ318は燃焼モードの変更を要求する
二次流量ロジック319からの論理信号を受取る時は常
に、温度データT_cおよびT_pの制御された変化率を開始す
る。これを行うためには、データ・セレクタ318は図５
に略図的に示した如き２つの同じランプ関数からなる。
このランプ関数は、積分器501、503およびリミッタ50
2、504により表わされる。各積分器の出力は、論理スイ
ッチ505、507の各々からの入力信号の符号に従って、温
度データT_pおよびT_cを予め設定された率で増減すること
により、各々の温度データを制御する。正の入力は積分
器出力の増加を生じるが、負の入力は減少を生じる。ス
イッチ505、507に対する真理値表が図５に示される。

リミッタ502、504は、それらの積分器501、503の各々
の出力をT_pおよびT_cの要求値に制限するように働く。

希薄燃焼型燃焼モードへの転換は、二次流量ロジック
319が両方のスイッチ505、507に対して論理的「真」の
信号を出力する時にトリガーされる。スイッチ505は、
積分器／リミッタの組合わせ501/502がその出力をT3の
初期値からT_pが1850゜Kに達するまで増加させることを
促す。同時に、スイッチ507は、積分器／リミッタの組
合わせ503/504がその出力を減少させ、それによりT_cを2
400゜KからT3へ減少させることを促す。

拡散炎燃焼モードへの転換は、二次燃料流量ロジック
319が論理的「偽」の信号をスイッチ505、507へ出力す
る時にトリガーされ、上記の信号逓変プロセスの逆を生
じるように促す。

燃焼モード間の転換中に、二次流量ロジックが再び前
の燃焼モードへの転換を要求する前に、温度出力T_pおよ
びT_cがそれらの各データ限度値に達しなかったならば、
温度限度の最初の変更が完了するまで、新たな転換指令
は無視される。論理信号325が二次流量ロジック319に対
して入力される時にのみ、データ転送はT_cを2400゜K
に、T_pをT3に選択する他の指令を自動的に無効化する。
論理信号325は、機関のブリード弁が急激な動力低下の
間に開路状態で検出される時にのみ生じる。

２つの積分器501、503の積分速度は、燃焼モード転換
期間中に動力損失がないことを保証し、かつまた一次段
階の燃焼温度がその運転限度内に留まることを保証する
ように同じでなければならない。

二次流量ロジック二次流量論理モジュール319と関連する論理的プロセ
スが、図６において詳細に示される。これらプロセス
は、汚染が最小限に抑えられること、および機関が要求
される負荷に見合うことができることを保証する。これ
は、一次段階が希薄燃焼型燃焼モードで運転中である時
に負荷要件を維持するために必要な二次燃焼段階に対す
る燃料流量を表わす燃料要求信号F_dsである、加算接合
点330の出力を監視することにより達成される。

しかし、小さ過ぎる燃料流量による二次段階の動作
は、燃焼温度を低くし過ぎることになり、COおよびUHC
放出物が過剰となる。その結果、二次流量ロジック319
は、最低二次温度コンパレータ（図示しないが、三次燃
焼段階に関して持ちいられる同様な論理装置について
は、図８の参照番号360参照）を含み、これは二次燃焼
最低温度コントローラ327から温度信号T_sを、ならびに1
600゜Kの一定値に設定される温度信号T_sminを受取る。

二次燃焼最低温度コントローラ327は、４つの入力、
即ち、燃焼器入口温度T3、湿度Ｈ、燃焼器二次区域に対
する空気質量流量M_s、および二次段階に対する燃焼要求
信号F_dsを有する。これらは、空燃比、従って二次噴射
器104に対して予定されるその時の燃料流量により得ら
れる燃焼温度T_sを決定するために用いられる。つまり、
温度コンパレータが加算接合点330からの信号F_dsにより
可能化され、温度コントローラ327の出力T_sがT_sminより
小さいことを検出する時は常に、論理的「偽」の信号が
二次流量ロジック319から温度データ・セレクタ318に対
して出力され、これにより、先に述べたように、拡散炎
燃焼モードが選択されて希薄燃焼モードからの転換が開
始される。

別の実施態様に対する詳細な二次流量ロジックが図７
に示され、図６との唯一の相違点は加算接合点330から
の燃料要求信号出力の検出後の比較段階にある。

この別の実施態様においては、二次流量ロジック319
が、（上記温度コンパレータの代わりに）最小二次燃料
要求コンパレータを内蔵する。この燃料要求コンパレー
タは、加算接合点330から燃料要求信号F_dsを受取る時に
可能化される。このコンパレータは、比較のため、温度
信号T_sの代わりに二次燃焼最低温度コントローラ327か
らの出力である燃料要求信号、ならびに一定値に設定さ
れる最小燃料要求信号F_dsminを受取る。

燃料要求コンパレータが、コントローラ327からの燃
料要求信号が燃料要求信号F_dsminより低いことを検出し
た時は常に、論理的「偽」の信号がコンパレータ509か
ら温度データ・セレクタ318へ出力され、その結果、先
に述べたように、拡散炎燃焼モードが選択されて希薄燃
焼モードからの転換が開始される。

反対に、コントローラ327からの出力がT_sminまたはF
_dsminより高い時は常に、論理的「真」の信号がコンパ
レータ509から温度データ・セレクタ318へ出力され、そ
の結果、先に述べたように、拡散炎燃焼モードの選択が
解除され希薄燃焼モードへの転換が開始される。

付加された三次燃焼段階の制御３段燃焼器が希薄燃焼モードにおける更に広い動力範
囲を得るのに必要であるならば、これまでに述べた制御
システムが図３に示されるように修正されねばならな
い。

第１に、前記修正は、二次段階に対する最小値獲得ゲ
ート334を含み、加算接合点330の出力は二次燃焼温度コ
ントローラ332の出力により決定される。最小値獲得ゲ
ート334の出力は、前の加算接合点330の出力と同様に更
に別の加算接合点340へフィードフォワードされ、その
結果、加算接合点340の出力は三次燃焼段に対する燃料
要求信号である差信号（F_dT−F_dp−F_ds＝F_dt）である。

二次燃焼温度コントローラ332は、２つの先に述べた
コントローラ317、322と類似しており、その入力はT3、
M_s（二次燃焼段に対する空気質量流量）および二次燃焼
温度に対する関連するその時の値T_sである。これは、二
次燃焼データ・セレクタ343から入力される。T_sは、三
次段階が活動状態でない時に約1800゜Kの固定された最
大限度を有するが、三次段階が活動状態である時に1600
゜Kの最低限度と約1800゜Kの最高限度との間に調整する
ことができる。この固定限度は、二次燃焼温度データ・
セレクタ343に対する固定入力345として定義され、その
範囲は最低三次燃焼温度コントローラ347からの可変入
力346である。

温度データ・セレクタ343は、三次流量ロジック319か
らの入力348によりトリガーされる。このセレクタが加
算接合点340からの燃料要求信号F_dtにより可能化される
時は常に、三次流量ロジック349は、温度コントローラ3
47の範囲出力である温度入力350と、三次燃焼最低限度
温度コントローラ352の出力T_tである温度入力351との間
の比較を行う。

三次燃焼最低限度温度コントローラ352は、４つの入
力、即ち、燃焼器入口温度T3、湿度Ｈ、燃焼器の三次区
域に対する空気質量流量M_t、および三次段階に対する総
燃料要求信号F_dtを有する。これらは、空燃比、従って
三次噴射器146に対して予定されるその時の燃料流量に
より達成される燃焼温度T_tを決定するため用いられる。

温度コントローラ352からの信号T_tもまた、三次段階
における燃焼温度の最低許容値を表わすT_tmin＝1600゜K
である固定温度入力863との比較のため温度コントロー
ラ347の入力853へ送られる。

図８に示されるように、温度コントローラ347は、入
力863、853を持つ最低三次温度コンパレータ360を含
む。この比較が出力361を生じると、積分器／リミッタ
の組合わせ365/867が温度範囲出力346を生じる。

三次段階と関連する上記制御ロジックの詳細な動作に
ついては、図８および図９を参照することにより、また
二次燃焼段と関連する同様なロジックの記述を参照する
ことによって更に理解することができる。

３段燃焼器に対する制御システムの動作については、
２段階の燃焼の初期条件を仮定して、増加する負荷の状
態に対して次に述べることにする。

総燃料要求量F_dTは増加する動力タービン負荷と共に
増加するが、燃料要求F_dcがゼロのままであれば、主一
次FMU352に対する燃料要求出力信号F_dpは、F_dT＞F_dpで
ある時、一次希薄燃焼温度コントローラ322から制御さ
れる。従って、差信号（F_dT−F_dp）は最小値獲得ゲート
334へ入力され、（F_dT−F_dp）が二次燃焼温度コントロ
ーラ332の出力より大きいかあるいはこれと等しくなる
如き時まで、二次燃料計量装置353に対する出力値F_dsと
もなる。この時、総燃料要求量は、一次および二次段階
のみでは許容され得ない。このため、動力タービン負荷
に見合うために、三次燃焼段が付勢される。

このためには、第３の加算接合点340が二次加算接合
点330および二次最小値獲得ゲート334からの各入力を受
取り、これにより燃料要求出力信号F_dsを燃料要求出力
信号（F_dT−F_dp）から差引く。結果として得る差信号F
_dtが、三次燃焼段に対するFMU354を直接制御する。明ら
かに、総燃料要求量が更に増加するに伴い、F_dtもまた
増加することになる。

少燃料流量による三次段階の運転は、二次段階に関し
て先に述べたものと似た結果を有し、また既に述べたよ
うに、三次燃焼のその時の状態に従って、二次燃焼温度
T_sの値を変化させる、即ち調整することもまた必要であ
る。従って、既に述べた論理的機能343、347、349は、
図３に関して図８および図９において更に詳細に示され
る如く動作しなければならない。

拡散炎燃焼モードと二次段階との同時使用ある周囲条件においては、2400゜Kの更に高いT_cデー
タ点でさえ総燃料要求出力信号F_dTが一次拡散炎燃焼プ
ロセスにより許容されることを許さないことがあり得
る。この場合は、過剰燃料要求は二次燃焼段により満た
され、燃料要求出力信号F_dpは依然としてゼロである
が、これはT_pが依然としてT3の値に設定される故である
（空気質量流量およびT3が充分に増加するまで、F_dpが
ゼロのままでなければならない。）。従って、加算接合
点330の出力は、希薄燃焼モードが選択されるまで、二
次段階における燃焼のための燃料要求量（F_dt−F_dc＝F
_ds）である。

次に、一次、二次および三次の燃焼段が運転中である
条件から出発して、３段燃焼器がどのように動力タービ
ン負荷の減少に応答するかについて考察する。

この場合、コントローラ314の出力は減少して、総燃
料要求の小さな減少（F_dT−δ）を生じる。両方のコン
トローラ322、332の出力は、それらの入力パラメータが
応答するまで一定のままである。従って、三次FMU354に
より受取られる燃料要求出力信号F_dtは、（F_dT−δ−F
_dp−F_ds）となる。

機関に対する総燃料流量におけるこのような減少は、
機関に流れる質量流量を低下させ、従ってT3を低下させ
る。一次および二次の両燃焼区域の空気流量もまた減少
することになり、その結果、新たな安定した状態に達す
る時、F_dtは更に減少することになる。総燃料要求のそ
の後の減少は、最終的にはゼロの加算接合点340からの
出力を生じ、その結果三次段階は停止されることにな
る。

燃料要求の更なる減少は、加算接合点330からの入力
が二次燃焼温度コントローラ332の出力333より低くなる
に伴い、ほとんど二次段階によって許容される。主一次
燃焼温度コントローラ322の燃料要求出力信号は、T3お
よび一次燃焼段の空気流の両者が減少する時にのみ減少
する。

機関の減速は、機関のブリード弁が閉じたままである
時点、および（または）低放出燃焼モードにおける最小
出力が要求されるか、あるいは低放出モードの選択が解
除されるまで継続し得る。

このような最低動作点よりも出力を減少させるため
に、燃焼温度制御限度T_cおよびT_pは、中心部噴射器86を
用いて一次燃焼段の燃料供給を希薄燃焼モードから更に
安定した拡散制御モードへ転換するように変更されねば
ならない。

このため、T_pは1850゜KからT3のその時の値まで低減
され、T_cは本例におけるT3から2400゜Kまで、あるいは
広範囲の安定性尤度が得られるならば、低放出物のため
の1800゜Kまで逓増される。

機関の更なる減速は、主拡散燃焼温度コントローラの
出力316が最小値獲得ゲート315の出力制御を停止するま
で（これはF_dTが出力316より小さい時である）燃料要求
の更なる減少を生じる。

図３から、二次流量ロジック319が加算接合点320から
の燃料要求信号出力である、破線として示される入力10
01を有することに注意すべきである。これは、一次およ
び二次段階の運転と関連するロジックに対する別の実施
態様を示す。この代替ロジックについては、図10および
図11から理解することができる。

一次段階における拡散炎燃焼温度制限がこの段階の運
転を制限する場合があり得る。これが完全に運転状態で
ある時の希薄燃焼モードと重ならなければ、二次希薄燃
焼段は、拡散炎燃焼モードと同時に使用することができ
る。

二次段階が過剰の放出物を生じることなく運転するに
充分な流量を有することを保証するために、拡散炎燃焼
制限データが値T_cmax1から更に低いT_cmax2へ再設定され
て、二次段階に対する充分な流量を保証する。このた
め、接合点330からの燃料要求信号が検出され、かつ機
関が完全希薄燃焼モードに対する最低条件以下である時
は常に、二次流量ロジックによりトリガーされると、拡
散炎燃焼温度制限がデータ・セレクタ318における論理
スイッチにより再設定される。

種々の温度データT_c、T_s、T_pおよびT_tに対して先に述
べた値は近似値に過ぎずかつ燃焼器および燃料特性によ
り50゜Kも変化し得ることを知ることが重要である。

上記のことから、本文に示唆された制御システムが多
くの論理的状態を持ち、各論理的状態が対応する燃焼段
に対する燃料要求を制御することが判る。燃焼モードの
切換えおよび一次段階における両モードの並行運転を容
易にするために更に別のロジックが必要である。典型的
な論理段は、先行する制御ロジックから燃料要求信号を
受取る入力と、燃焼温度コントローラと、対応する燃焼
段に対する燃料流量を制御する段階燃料要求信号のため
の第１の出力と、入力燃料要求信号と段の燃料要求信号
との間の差の評価により得られる燃料要求差信号を次の
論理段にフィードフォワードするための第２の出力と、
段の燃料要求信号を次の論理段にフィードフォワードす
るための第３の出力とを有する。しかし、考慮される論
理段が先行する論理段により制御される拡散炎燃焼プロ
セスと平行して運転することができる希薄燃焼プロセス
を制御するためのものであるならば、第２の出力は、先
行する論理段からの燃料要求差信号でよい。第２および
第３の出力は、無論、考慮される段階の更に前段の存在
に依存するものである。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−34424（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−84309（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−147542（ＪＰ，Ａ) 実開昭49−138428（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−72334（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02K 9/28 F23R 3/34 F02C 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼タービン機関における複数の燃焼段に
対する燃料流量を予定化する方法であって、複数の機関燃料流量ガバナを相互に並列に配置するステ
ップと、最小燃料要求信号を出力するガバナを前記機関に対する
総燃料流量を予定化するガバナとするステップと、各燃焼段における燃焼プロセスに対する予め定めた温度
限度を規定するステップと、対応する燃焼段に対する前記予め定めた温度限度と一致
する最小燃料流量を達成するため、前記複数の燃焼段に
対する燃料流量を個々に予定化するステップと、を含
み、一次燃焼段を拡散炎燃焼モードと希薄燃焼モードと
で順次動作させ、二次燃焼段及びその後の燃焼段を希薄
燃焼モードで動作させる方法。
【請求項２】燃焼タービン機関における複数の燃焼段に
対する燃料流量を予定化するための制御システムにおい
て、燃料要求信号を出力するように相互に並列に配置された
複数の機関燃料流量ガバナと、前記燃料要求信号を受取り、前記機関に対する総燃料流
量を予定化するための最小燃料要求信号を出力する最小
値獲得手段と、前記複数の燃焼段と対応する複数の制御論理段であっ
て、対応する段に対する予め定めた温度限度を規定する
手段を含み、且つ、対応する燃焼段に対する前記予め定
めた温度限度と一致する最小燃料流量を達成するため前
記複数の燃焼段に対する燃料流量を個々に予定化するよ
うになされた制御論理段と、を具備し、一次燃焼段を拡散炎燃焼モードと希薄燃焼モ
ードとで順次動作させ、二次燃焼段及びその後の燃焼段
を希薄燃焼モードで動作させる制御システム。
【請求項３】燃焼タービン機関において直列に配置され
た少なくとも一次および二次の燃焼段に対する燃料流量
を制御する制御システムであって、前記一次燃焼段が拡
散燃焼モードと希薄燃焼モードとで動作し、前記二次燃
焼段及びその後の燃焼段が希薄燃焼モードで動作するよ
うになされた制御システムにおいて、前記拡散燃焼モードにおける動作期間に前記一次燃焼段
に対して第１燃焼モード燃料要求信号（F_dc）を出力す
る第１燃焼モード燃料要求信号を出力する第１燃焼モー
ド制御論理手段（315、317）と、前記希薄燃焼モードにおける前記一次燃焼段の動作期間
に前記一次燃焼段及び前記その後の燃焼段に対して第２
燃焼モード燃料要求信号（F_dp、F_d6、F_dt）を出力する
第２燃焼モード制御論理手段（322、324、332、334）
と、前記拡散燃焼モードと前記希薄燃焼モードとの同時動作
間の切り換えを達成するため、前記一次燃焼段に対して
前記第１燃焼モード燃料要求信号（F_dc）と前記第２燃
焼モード燃料要求信号（F_dp）とを予定化する第３制御
論理手段（318、319）と、を具備する制御システム。
【請求項４】燃料要求信号を出力するよう相互に並列に
配置された複数の機関燃料流量ガバナ（301〜307）と、前記燃料要求信号を受け取り、前記機関に対する総燃料
流量を設定するために総燃料要求信号（F_dT）として最
小燃料要求信号（311）を出力する最小値獲得手段（31
0）と、前記燃焼段の間で前記総燃料要求信号（F_dT）を分割
し、各燃焼段に対する所定の温度限度と一致する最小燃
料流量を達成する制御論理手段と、を備える、請求項３記載の制御システム。
【請求項５】前記第２燃焼モード制御論理手段が、前記
一次燃焼段に対する燃料流量を制御して該一次燃焼段の
前記希薄燃焼モードにおける運転期間にNOxの著しい形
成を防止する予め定めた燃焼温度を実質的に維持するた
めに前記第２燃焼モード燃料要求信号（323、F_dp）を生
成する手段を有する燃焼温度コントローラ（322）を含
む、請求項３又は４記載の制御システム。
【請求項６】前記第１燃焼モード制御論理手段が、拡散炎の上限温度（T_c）と燃焼プロセスの開始時の空気
の温度（T3）との間の差に等しい温度上昇を生じるデー
タ燃料要求信号（316）を生成する手段を有する燃焼温
度コントローラ（317）と、前記データ燃料要求信号（316）を総燃料要求信号
（F_dT）と比較して、前記一次燃焼段に対する燃料流量
を制御するため前記第１燃焼モード燃料要求信号
（F_dT）として小さい方の燃料要求信号を出力する最小
値獲得手段（315）と、前記第２燃焼モード制御論理手段に対して第１燃焼モー
ド差信号を出力する手段（320）と、を含み、該第１燃焼モード差信号が、前記総燃料要求信
号（F_dT）と前記第１燃焼モード燃料要求信号（F_dc）と
の間の差を表わす、請求項３〜５のいずれかに記載の制
御システム。
【請求項７】前記第２燃焼モード制御論理手段が、前記
二次燃焼段に対する燃料流量を制御するための第２燃焼
モード差信号を出力する手段（330）を有し、該第２燃
焼モード差信号が、前記第１燃焼モード差信号と前記一
次燃焼段に対する第２燃焼モード燃料要求信号（F_dp）
との間の差を表わす、請求項６記載の制御システム。
【請求項８】前記第２燃焼モード制御論理手段が、前記一次燃焼段に対する燃料流量を制御して、前記第２
燃焼モードにおける前記一次燃焼段の運転期間にNOxの
著しい形成を防止する希薄燃焼型燃焼の予め定めた温度
を維持するためにデータ燃料要求出力信号（323）を生
成する手段を有する燃焼温度コントローラ（322）と、前記データ燃料要求出力信号（323）を前記第１燃焼モ
ード差信号と比較して、前記一次燃焼段に対する燃料流
量を制御するため第２燃焼モード燃料要求信号（F_dp）
として小さい方の燃料要求信号を出力する最小値獲得手
段（324）と、を含む、請求項６記載の制御システム。
【請求項９】前記第２燃焼モード制御論理手段が、前記二次燃焼段に対する燃料流量を制御して、該二次燃
焼段の運転期間にNOxの著しい形成を防止する予め定め
た燃焼温度を維持するためにデータ燃料要求出力信号
（333）を生成する手段を有する燃焼温度コントローラ
（332）と、前記データ燃料要求出力信号（333）を前記第２燃焼モ
ード差信号と比較して、前記二次燃焼段に対する燃料流
量を制御するために二次段燃料要求信号（F_ds）として
小さい方の燃料要求信号を出力する最小値獲得手段（33
4）と、を含む、請求項７記載の制御システム。
【請求項１０】前記第２燃焼モード制御論理手段が、三
次燃焼段に対する燃料流量を制御するために二次段差信
号（F_dt）を出力する手段（340）を有し、前記二次段差
信号が、前記第２燃焼モード差信号と前記二次段燃料要
求信号（F_ds）との間の差を表わす、請求項９記載の制
御システム。