JP6109349B2 - 多軸エンジンにおいて再熱燃焼器を用いることによるタービンの容量制御 - Google Patents
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Description
本願は、米国仮出願第61/773,100号および同第61/773,103号(出願日:2013年3月5日)に係る優先権を主張するものであり、これらの開示内容はすべて、本願の開示内容に含まれることとする。
特許請求の範囲は、特定の実施例に限定されることはないが、その複数の実施例についての説明を読めば、本発明の種々の対象を最も良好に理解することができる。図面を参照すると、実施例の詳細が示されている。図面に実施例を示しているが、本図面は必ずしも実寸の比率通りであるとは限らず、実施例の特徴的な構成をより分かりやすく説明するため、特定の構成を誇張して示している場合がある。さらに、ここで開示している実施例は、以下の詳細な説明および図面にて記載および図示した具体的な形状や配置構成に絶対的に限定または減縮等するものではない。以下、図面を参照して、実施例を詳細に説明する。
以下の記載と図面とを参照すれば、実施例の詳細が分かる。図面には、一部の実施可能な態様を示しているが、本図面は必ずしも実寸の比率通りであるとは限らず、本発明をより分かりやすく説明するため、特定の構成を誇張もしくは除去し、または特定の構成の一部断面のみを示している場合がある。さらに、ここで記載している説明は、特許請求の範囲を、以下の詳細な説明および図面にて記載および図示した具体的な形状や配置構成に絶対的に限定または減縮等するものではない。
数式1の配置を変えたもの:
(数式2) W2=Q2P2√T2
HPタービン1024の見かけ容量Q1(補正した流量)または出口実容量(補正した流量)は、以下の数式3によって表すことができる。
よって、Q1は下流タービンの幾何学的態様にのみ依存するわけではない。というのも、これは固定された領域と、無視できない程度の熱が再熱燃焼器1004により追加される部品との間に配置されており、この無視できない程度の熱により温度上昇が生じるからである。
数式4を数式3に代入すると、数式5を以下のように定義することができる。
(数式6) Q1=(W2√T1/P1)−(Wfuel√T1/P1)−(Wcooling air√T1/P1)
数式2を数式6に代入すると、以下の数式が得られる:
(数式7) Q1=((Q2P2√T2)√T1P1)−(Wfuel√T1/P1)−(Wcooling air√T1/P1)
(数式8) Q1=(Q2(P2/P1)(√T1/√T2))−(Wfuel√T1/P1)−(Wcooling air√T1/P1)
(数式9) Q1=[(Q2P2√(T1/T2))−(Wfuel√T1)−(Wcooling air√T1)]/P1
比T1/T2は前記温度上昇に比例するので、再熱燃焼器内における燃料流量、ひいては数式9は、以下のように簡素化することができる:
(数式10) Q1=[(Q2P2 function(Wfuel))−(Wfuel√T1)−(Wcooling air√T1)]/P1
よって、数式10を検討すると、下流タービンの実際のハードウェア構成によって決定される、下流タービンの固定の実容量Q2(補正された流量)については、その結果として見かけ容量Q1(補正された流量)に生じる変動は、たとえば燃焼器の圧力降下等、他の量が変化したときに少なくとも燃料流量を制御することによって、求めることができ、また、冷却空気の割合は無視できる程度になることが分かる。したがって、見かけ容量Q1は、燃料流のスケジューリングによって制御することができ、このように見かけ容量Q1を制御できることによって、コアエンジンパラメータを制御することができる。よって、本願にて以下開示する手法で燃料流を適切にスケジューリングすることにより、圧縮機圧力比またはエンジン入口流量等の選択したコアエンジンパラメータを制御することができる。
Q24=(W24√T24/P24)
IPC_PR_ACTUAL =(P25/P24)
NIRT24=(NI24/√T24)
ステップ906において、前記ロジックは所要圧力比 IPC_PR_DEMAND を求める。このステップは、コントローラ542が、コンピュータ可読の不揮発性媒体に記憶された参照ルックアップテーブル544にアクセスして、Q24およびNIRT24の計算された値に基づいて前記所要圧力比を特定することによって実施することができる。
Claims (18)
- 高圧圧縮機と、
高圧シャフトによって前記高圧圧縮機に接続された高圧タービンと、
前記高圧タービンより下流にある中圧タービンと、
中圧シャフトによって前記中圧タービンに接続された、前記高圧圧縮機より上流に配置された中圧圧縮機と、
前記中圧タービンより下流にある再熱燃焼器と、
前記再熱燃焼器より下流にある低圧タービンと、
低圧シャフトによって前記低圧タービンに接続された、前記高圧圧縮機より上流に配置された低圧圧縮機と、
を有するガスタービンエンジンであって、
前記高圧タービンと前記中圧タービンと前記低圧タービンとは互いに切り離されており、
前記高圧圧縮機と前記中圧圧縮機と前記低圧圧縮機とは互いに切り離されており、
前記中圧タービンと前記低圧タービンとがシャフト仕事配分を実現するように、前記低圧圧縮機は、前記中圧圧縮機への流れを含む出口を有し、
前記再熱燃焼器は、前記低圧圧縮機の複数のパラメータに基づいて前記低圧タービンの見かけ容量を制御するため、燃料を受け取って再熱出口温度を発生させるように構成されている、
ことを特徴とするガスタービンエンジン。 - 前記ガスタービンエンジンは、前記複数のパラメータを検出するように構成された複数のセンサを更に有し、
前記複数のパラメータは、前記低圧圧縮機の入口流量と、入口温度と、入口圧力と、回転速度と、出口圧力と、のうち少なくとも1つを含む、
請求項1記載のガスタービンエンジン。 - 前記ガスタービンエンジンは、さらにコントローラを備えており、
前記コントローラは、
前記センサによって生成された、前記パラメータを表す複数の信号を受け取り、
前記パラメータの少なくとも一部に基づき、実圧力比と所要圧力比とを求め、
前記実圧力比と前記所要圧力比との比較に基づき、前記再熱燃焼器へ燃料流を供給するように燃料供給装置を駆動する、
ように構成されている、
請求項2記載のガスタービンエンジン。 - 前記ガスタービンエンジンはさらに主燃焼器を有し、
前記高圧タービンは、前記主燃焼器より下流かつ前記再熱燃焼器より上流に配置されており、
前記高圧圧縮機は、前記主燃焼器より上流に配置されている、
請求項1記載のガスタービンエンジン。 - ガスタービンエンジンの制御方法であって、前記ガスタービンエンジンは、高圧圧縮機と、
高圧シャフトによって前記高圧圧縮機に接続された高圧タービンと、
前記高圧タービンより下流にある中圧タービンと、
中圧シャフトによって前記中圧タービンに接続された、前記高圧圧縮機より上流に配置された中圧圧縮機と、
前記中圧タービンより下流にある再熱燃焼器と、
前記再熱燃焼器より下流にある低圧タービンと、
低圧シャフトによって前記低圧タービンに接続された、前記高圧圧縮機より上流に配置された低圧圧縮機と、
を有し、
前記高圧タービンと前記中圧タービンと前記低圧タービンとは互いに切り離されており、
前記高圧圧縮機と前記中圧圧縮機と前記低圧圧縮機とは互いに切り離されており、
前記中圧タービンと前記低圧タービンとがシャフト仕事配分を実現するように、前記低圧圧縮機は、前記中圧圧縮機への流れを含む出口を有し、
前記制御方法は、
前記低圧圧縮機の複数のパラメータに基づいて前記低圧タービンの見かけ容量を制御するように、前記再熱燃焼器の燃料流を供給するステップと、
前記燃料流を受け取って再熱出口温度を発生させるステップと、
を有する、ことを特徴とする制御方法。 - 前記燃料流は、前記低圧圧縮機の実圧力比と所要圧力比との比較に基づく、
請求項5記載の制御方法。 - 前記実圧力比は、前記低圧圧縮機の入口圧力と出口圧力との比である、
請求項6記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
前記低圧圧縮機の入口流量と、入口温度と、入口圧力と、出口圧力と、回転速度と、を検出するステップを含む、
請求項5記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
前記入口流量と、前記入口温度と、前記入口圧力と、に基づいて、前記低圧圧縮機の補正流量を求めるステップを含む、
請求項8記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
前記低圧圧縮機の補正流量と、前記入口温度と、前記低圧圧縮機の回転速度と、のうち少なくとも1つに基づき、コンピュータ可読の不揮発性媒体に記憶された参照ルックアップテーブルから、前記低圧圧縮機の所要圧力比を求めるステップを含む、
請求項9記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
前記低圧圧縮機の実圧力比が前記低圧圧縮機の所要圧力比より低い場合、前記再熱燃焼器への再熱燃焼器燃料流を増大させるステップを含む、
請求項5記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
主燃焼器への主燃焼器燃料流を低減させるステップを含む、
請求項11記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
前記低圧圧縮機の実圧力比が前記低圧圧縮機の所要圧力比より高い場合、前記再熱燃焼器への再熱燃焼器燃料流を減少させるステップを含む、
請求項5記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
主燃焼器への主燃焼器燃料流を増加させるステップを含む、
請求項13記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
前記低圧圧縮機の実圧力比が前記低圧圧縮機の所要圧力比に等しい場合、前記再熱燃焼器への再熱燃焼器燃料流を維持するステップを含む、
請求項5記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
エンジン入口質量流量を調整するため、前記再熱燃焼器への再熱燃焼器燃料流を調整することにより、前記低圧タービンの見かけ容量を調整するステップを含む、
請求項5記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
前記高圧タービンと前記高圧圧縮機とを回転させるステップと、
前記中圧タービンと前記中圧圧縮機とを回転させるステップと、
を含む、
請求項5記載の制御方法。 - 前記制御方法はさらに、
前記低圧タービンと前記低圧圧縮機とを回転させるステップを含む、
ただし、前記高圧シャフトと前記中圧シャフトと前記低圧シャフトとは、互いに切り離されている、
請求項5記載の制御方法。
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