(57)【要約】ガスタービンエンジン（１０）用のロータ過速度防止システム（４０）は、エンジンの燃料流量を制御してエンジンロータが過速度になるのを防止する。エンジンの燃料計量システム（４２）は、燃料遮断弁（４８）と流体連通する燃料計量弁（４６）と、燃料バイパス弁（５０）とを含む。ロータ保護システムは、燃料計量システム及び独立した速度検知装置に結合された過ブーストサーボ弁（６０）とソレノイド弁（９０）とを含む。作動中に、サーボ弁は、燃料計量弁とは独立してエンジンへの計量された燃料流量を制御し、ロータの過速度及び過ブーストを低下させるのを促進することができる。
2004511695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータがプリセット最大作動速度よりも大きい速度で作動するのを防止するためのロータ保護システム（４０）を用いて、燃料計量弁（４６）及び燃料遮断弁（４８）を含む燃料計量システム（４２）を備えるガスタービンエンジン（１０）の作動を制御するための方法であって、前記ロータ保護システムは、前記燃料計量システムと燃料バイパス弁（５０）とに結合されたサーボ弁（６０）を含み、該方法は、
前記燃料計量弁及び燃料遮断弁を通して前記エンジンに燃料を供給する段階と、
前記燃料計量弁が作動不能になった場合に、前記サーボ弁を用いて前記エンジンへの燃料流量を制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記エンジン（１０）は、前記燃料計量システム（４２）と流体連通する低圧ドレンを含み、燃料流量を制御する前記段階は、過速度状態が検知されたとき、前記燃料バイパス弁（５０）を通して前記計量弁（４６）に流れる燃料の一部分をそらせる段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エンジン（１０）は、前記燃料計量システム（４２）と流体連通する低圧ドレン及び制限オリフィス（１０）を更に含み、燃料流量を制御する前記段階は、前記計量弁（４６）から流れる燃料の一部分が、前記燃料バイパス弁（５０）を通してそらされるように、該燃料バイパス弁を開く段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
燃料流量を制御する前記段階は、前記燃料計量弁（４６）とは独立して、前記サーボ弁（６０）を用いて前記エンジン（１０）への燃料流量を制御する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記エンジン（１０）は、前記サーボ弁（６０）に結合された遮断ソレノイド弁（９０）を更に含み、燃料流量を制御する前記段階は、前記遮断ソレノイド弁を用いて前記エンジンへの燃料流量を停止する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ガスタービンエンジン（１０）用のロータ過速度防止システム（４０）であって、
燃料計量弁（４６）を含む燃料計量システム（４２）と、
該燃料計量システムに結合され、前記該燃料計量弁が作動不能になった場合に前記エンジンへの燃料流量を制御するように構成されたサーボ弁（６０）と、
を含むことを特徴とするロータ過速度防止システム（４０）。
【請求項７】
前記燃料計量システム（４２）は、前記燃料計量弁（４６）と流体連通する燃料遮断弁（４８）と燃料バイパス弁（５０）とを更に含むことを特徴とする、請求項６に記載のロータ過速度防止システム（４０）。
【請求項８】
前記サーボ弁（６０）は、前記燃料計量弁（４６）から流れる燃料の一部分を低圧ドレンにそらせるように更に構成されていることを特徴とする、請求項６に記載のロータ過速度防止システム（４０）。
【請求項９】
前記サーボ弁（６０）は、前記燃料計量弁（４６）から制限オリフィス（１０２）を通して流れる燃料の一部分を低圧ドレンにそらせるように更に構成されていることを特徴とする、請求項６に記載のロータ過速度防止システム（４０）。
【請求項１０】
前記サーボ弁（６０）は、前記燃料計量弁（４６）とは独立して前記エンジン（１０）への計量された燃料流量を制御するように更に構成されていることを特徴とする、請求項６に記載のロータ過速度防止システム（４０）。
【請求項１１】
前記サーボ弁（６０）は、前記エンジン（１０）への燃料流量を停止するように更に構成されていることを特徴とする、請求項６に記載のロータ過速度防止システム（４０）。
【請求項１２】
前記サーボ弁（６０）に結合され、前記エンジン（１０）への燃料流量を停止するよう構成された遮断ソレノイド弁（９０）を更に含むことを特徴とする、請求項６に記載のロータ過速度防止システム（４０）。
【請求項１３】
燃料計量弁（４６）を含み、エンジンへ燃料を供給するように構成された燃料計量システム（４２）と、
該燃料計量システムに結合され、前記燃料計量弁が作動不能になった場合に、前記エンジンへの燃料流量を制御するように構成されたサーボ弁（６０）と、
を含むことを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記サーボ弁（６０）は、前記燃料計量システム（４２）とは独立して前記エンジンへの燃料流量を制御するよう更に構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記サーボ弁（６０）は、前記エンジンへの燃料流量を停止するよう更に構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１６】
前記サーボ弁（６０）に結合され、前記エンジンへの燃料流量を停止するよう構成された遮断ソレノイド弁（９０）を更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１７】
前記燃料計量弁（４６）と流体連通する、前記サーボ弁（６０）に結合された制限オリフィス（１０２）を更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１８】
前記サーボ弁（６０）は、前記燃料計量弁（４６）から前記制限オリフィス（１０２）を通して流出する燃料流の一部分をそらせるように構成されていることを特徴とする、請求項１７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１９】
前記燃料計量システム（４２）と流体連通する低圧ドレンを更に含み、前記サーボ弁（６０）は、前記燃料計量弁（４６）から流出する燃料流の一部分を前記低圧ドレンにそらせるように構成されていることを特徴とする、請求項１７に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンのロータに関し、より具体的には、ロータの過速度状態を防止するためのロータ保護システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは、一般的にロータの過速度防止が得られる過速度防止システムを含む。一般的に、過速度防止システムは、ロータ速度を臨界ロータ速度より低く維持するか又はエンジン燃焼器への燃料流量を遮断するかのいずれかである。公知の防止システムの１つのタイプは、ロータ速度を示す信号を機械式速度センサから受ける。機械式速度センサは、ロータが正常な作動最高速度を超えるがそれでも構造的破損限度より低い状態で回転するような過速度状態を示す回転フライウェイト式検知装置を含む。フライウェイト式検知装置は、燃料バイパス弁に液圧機械式に結合され、燃料バイパス弁が、過速度状態が検知された場合にエンジンに供給される筈の燃料の量を減少させる。
【０００３】
他のタイプの公知の過速度防止システムは、電子制御センサから過速度信号情報を受ける。公知の電子制御装置が、そのような電子制御センサにより過速度状態を検出する。このような装置は、エンジン速度が正常な最大値を超えた場合に迅速な燃料遮断を行い、エンジンを停止させる。
【０００４】
【発明の開示】
例示的な実施形態においては、ガスタービンエンジンは、エンジンロータがプリセット作動最大速度より大きい速度で作動するのを防止するためのロータ過速度防止システムを含む。エンジンのロータ保護システムは、燃料をエンジンに供給する燃料計量システムに結合される。燃料計量システムは、燃料遮断弁と流体連通する燃料計量弁と燃料バイパス弁とを含む。ロータ保護システムは、過ブーストサーボ弁及びソレノイド弁を含み、かつ独立した速度検知装置に結合される。過ブーストサーボ弁は、複数の燃料ポートを含む。
【０００５】
作動中に、独立した検知装置がロータ過速度状態を感知すると、信号がサーボ弁に伝送される。サーボ弁は、過速度信号に応答して流れポートを開き、燃料計量弁から燃料バイパス弁への制御圧力信号を修正する。更に、サーボ弁が開かれると、燃料計量弁へ流れる燃料の一部分が、燃料計量弁に流入する前に、燃料バイパス弁を通してそらされる。燃料バイパス弁は、サーボ弁を通しての流れにより生成される燃料圧力の変化に応答して制御され、燃料バイパス弁が開かれると、燃料計量弁を通って流れる燃料がより少なくなる。従って、サーボ弁は、燃料計量弁とは独立してエンジンへの計量された燃料流量を制御し、従って、ロータが、過速度状態として知られているプリセット作動最大速度より大きい速度で作動するか又は過ブースト状態として知られているプリセット作動最大ブーストより大きいブーストで加速されるかのいずれかの場合を減少させるのを促進する。更に、サーボ弁を用いて燃料遮断弁を閉じ、従ってエンジンへの燃料流量を停止することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、及び燃焼器１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０は更に、高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。圧縮機１２とタービン２０は、第１のロータシャフト２４により結合され、また圧縮機１４とタービン１８は、第２のロータシャフト２６により結合される。１つの実施形態において、エンジン１０は、オハイオ州シンシナチのＧＥエアクラフトエンジンから入手可能なＧＥ９０型エンジンである。
【０００７】
作動中に、空気は、低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気は、低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。次いで加圧された空気は、燃焼器１６に送り込まれて燃焼器１６からの空気流は、タービン１８及び２０を駆動する。
【０００８】
図２は、ロータ過速度防止システム４０を含むエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、燃料供給装置４４と流体連通する燃料計量システム４２を含む。燃料計量システム４２は、燃料計量弁４６、燃料遮断弁４８、及び燃料バイパス弁５０を含む。燃料供給装置４４は、エンジン１０への燃料流量を制御する燃料計量システム４２を通してエンジン１０に燃料を供給する。燃料計量弁４６、燃料遮断弁４８、及び燃料バイパス弁５０は当該技術では公知である。
【０００９】
燃料は、第１の圧力Ｐ１で燃料計量弁４６に供給され、燃料管路４９を通して第２の圧力Ｐ２で燃料計量弁４６から流出する。燃料管路４９は、燃料計量弁４６と燃料遮断弁４８との間を延びる。燃料計量システム４２は、同時に流れ面積５４を横切る一定の差圧ΔＰを維持しながら燃料計量弁４６内の該流れ面積５４を調節することによってエンジン１０への燃料の流量を制御する。差圧ΔＰは、第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２との間の差として計算される。より具体的には、燃料バイパス弁５０は、燃料計量弁４６に結合されて、燃料計量弁の流れ面積５４を横切る差圧ΔＰを予め定められた値に維持するように作動する。
【００１０】
燃料遮断弁４８は、燃料計量弁４６の下流にあって、該燃料計量弁４６から第２の圧力Ｐ２で燃料流を受ける。１つの実施形態においては、燃料遮断弁４８は、加圧式遮断弁である。
【００１１】
ロータ過速度防止システム４０は、エンジンの独立速度検知装置（図示せず）が正常なエンジン作動限度を超えたことを測定したとき、タービン１８及び２０（図１に示す）のようなエンジンロータが過速度として知られているプリセット作動最大速度より大きい速度で作動するか、又は過ブーストとして知られているプリセット作動最大ブーストより大きいブーストで加速されるかのいずれかを防止する。独立速度検知装置は、当該技術では公知である。
【００１２】
ロータ過速度防止システム４０は、燃料計量システム４２に結合された過速度／過ブーストサーボ弁６０を含み、該サーボ弁６０は、燃料計量弁４６が作動不能になった場合に、エンジン１０への燃料流量を制御する独立した第２の手段を提供する。サーボ弁６０は、独立検知装置に結合され、該独立検知装置から電気的過速度指示を受ける。
【００１３】
サーボ弁６０は、少なくとも１対の電気コイル６４、ピストン６６、及び複数の流れポート６８を含む。コイル６４は、主コイル７０及び冗長コイル７２を含み、強さが変化する位置決め信号をピストン６６に与える。ピストン６６は、コイル６４により伝送された電気信号に応答してかつ該電気信号の強さに比例して様々なストローク位置の間を移動する。ピストン６６の移動が、どのサーボ弁の流れポート６８を開くかを決定する。サーボ弁の流れポート６８は、第１の流れポート８０、第２の流れポート８２、第３の流れポート８４、及び第４の流れポート８６を含む。第４の流れポート８６は、燃料遮断弁４８に結合される。
【００１４】
航空機用の遮断ソレノイド弁９０が、サーボ弁６０に結合されており、それぞれ第１の圧力Ｐ１及び第２の圧力Ｐ２に等しいか又はそれより大きい圧力Ｐｈｓで燃料を受けまた排出する。遮断ソレノイド弁９０は、入口９２と、サーボ弁６０に接続された少なくとも１つの排出流れポート９４とを含み、該排出流れポート９４は、サーボ弁６０の入口９６に燃料を圧力Ｐｈｓで排出してサーボ弁のピストン６６の動きを制御するための第２の手段を提供する。別の実施形態においては、ソレノイド弁の入口９２は、燃料遮断弁４８を加圧するように該燃料遮断弁４８に接続される。サーボ弁の第１の流れポート８０は、燃料供給源（図示せず）に結合されて燃料を高圧Ｐｈｓで受ける。
【００１５】
燃料管路１００が、燃料計量弁４６の下流の燃料管路４９に接続され、燃料管路４９から燃料バイパス弁５０まで延びる。燃料管路１００は、固定制限オリフィス１０２を含み、燃料を圧力Ｐ２’で燃料バイパス弁５０に供給する。
【００１６】
サーボ弁の第２の流れポート８２は、固定制限オリフィス１０２の下流の燃料管路１００に結合される。
【００１７】
燃料バイパス弁５０は、燃料を圧力Ｐｂで低圧ドレン（図示せず）に排出することができるようにする燃料ポート１０６を含む。サーボ弁の第３の流れポート８４は、低圧ドレンに結合される。
【００１８】
作動中、エンジンの独立検知装置は、ロータの過速度状態を検知して電気信号をサーボ弁６０に伝送する。より具体的には、過速度電気信号は、サーボ弁のピストン６６を並進移動させる働きをするサーボ弁のコイル６４に伝送される。サーボ弁のピストン６６は、サーボ弁のコイル６４により伝送された電気信号に比例してサーボ弁の入口９６から遠ざかる方向に移動する。
【００１９】
ピストン６６が並進移動すると、サーボ弁の第２の流れポート８２が開かれるので、燃料管路４９内を燃料計量弁４６から流れる燃料は、燃料管路１００及び固定制限オリフィス１０２を通して流れポート８２に導かれ、流出ポート８４を出て低圧ドレンに導かれる。サーボ弁のピストン６６がサーボ弁の入口９６から更に大きな距離だけ移動すると、燃料管路１００内を流れる燃料の量は増大して、固定制限オリフィス１０２を横切る圧力降下ΔＰ’を更に増大される。固定制限オリフィス１０２を横切る圧力降下ΔＰ’が増大する結果として、燃料圧力Ｐ２’は、燃料圧力Ｐ２の圧力より小さい値にまで減少し、そのことが次に固定制限オリフィス１０２を横切る差圧ΔＰ’を差圧ΔＰより低い値に低下させる。
【００２０】
燃料バイパス弁５０は、燃料圧力Ｐ２’の変化に応答するので、燃料計量弁の流れ面積５４を横切る圧力降下ΔＰは、サーボ弁のピストン６６の移動前より小さくなる。その結果、燃料計量弁の流れ面積５４を横切ってより少ない燃料が流れることになる。従って、サーボ弁６６は、燃料計量弁４６とは独立してエンジン１０への計量された燃料流量を制御することができ、ロータの過速度及び過ブーストの低下を促進する。更に、独立検知装置とサーボ弁６６との組み合わせにより、エンジン速度が構造健全性に必要とされる速度より低い速度に制限されことが可能になるだけでなく、エンジン速度を一体形の航空機飛行制御装置に対して悪影響を殆ど及ぼさない正常なエンジン速度作動範囲内に調整することもできる。
【００２１】
独立検知装置がロータの過速度を検知し続ける場合、最大値の電気信号が、サーボ弁のコイル６４に伝送されるので、ピストン６６は、最大値の電気信号に比例して移動し、サーボ弁の第４の流れポート８６を低圧ドレンから隔離する。ピストン６６が移動すると、流れポート８６は、流れポート８４及び低圧ドレンから切り離されて、次に流れポート８０を通してサーボ弁６６に流入する高圧Ｐｈｓの燃料を受けるように開かれる。流れポート８６を高圧Ｐｈｓに接続することにより燃料遮断弁４８が閉じられることになり、エンジン１０への燃料流量を停止する。
【００２２】
燃料遮断ソレノイド弁９０は、エンジンを停止させるための第２の手段を提供する。通電されると、燃料遮断ソレノイド弁９０は、高圧燃料Ｐｈｓをサーボ弁６０に供給しピストン６６を全ストローク位置に維持し、従って燃料遮断弁４８を閉じてエンジン１０への燃料流量を停止させる。別の実施形態では、燃料ソレノイド弁９０は、高圧燃料Ｐｈｓを直接遮断弁４８へ供給してエンジン１０への燃料流量を停止させる。
【００２３】
上述のロータ過速度防止システムは、費用効果がよくかつ非常に正確である。過速度防止システムは、燃料計量弁とは独立してエンジンの燃料流量を制御する。過速度防止システムと独立速度検知との組み合わせにより、エンジン速度が構造健全性に必要とされる速度より低い速度に制限されることが可能になるだけでなく、ロータの過ブースト及び過速度を減少させるのを促進するように、エンジン速度を正常のエンジン速度作動範囲内に調整することも可能になる。その結果、ロータ過速度防止システムは、費用効果がよくかつ信頼性のある方法でロータの過速度を防止する。
【００２４】
本発明を、様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者には、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施可能であることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】ロータ過速度防止システムを含む図１に示すエンジンの概略図。
【符号の説明】
１０　ガスタービンエンジン
４０　ロータ保護システム
４２　燃料計量システム
４４　燃料供給装置
４６　燃料計量弁
４８　燃料遮断弁
５０　燃料バイパス弁
６０　サーボ弁
６４　電気コイル
６６　ピストン
６８　サーボ弁流れポート
９０　遮断ソレノイド弁
１０２　制限オリフィス
【国際公開パンフレット】
2004511695.tif 000003
2004511695.tif 000004
2004511695.tif 000005
2004511695.tif 000006
2004511695.tif 000007
2004511695.tif 000008
2004511695.tif 000009
2004511695.tif 000010
2004511695.tif 000011
2004511695.tif 000012
2004511695.tif 000013
2004511695.tif 000014
【国際調査報告】
2004511695.tif 000015
2004511695.tif 000016
2004511695.tif 000017