ガスタービンエンジンの制御装置
【課題】コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常が生じた場合でも適切な燃料流量制御を継続する。
【解決手段】コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、コンプレッサの入口温度を取得する入口温度取得手段と、コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、コンプレッサの出口温度を取得する出口温度取得手段と、コンプレッサの効率を取得する効率取得手段と、コンプレッサの入口温度、入口圧力、出口温度、及び効率に基づいて、コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段と、を備える。これにより、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常（故障など）が生じた場合でも、制御装置側でその代替手段として機能するので、適切な燃料流量制御を継続できる。
【解決手段】コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、コンプレッサの入口温度を取得する入口温度取得手段と、コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、コンプレッサの出口温度を取得する出口温度取得手段と、コンプレッサの効率を取得する効率取得手段と、コンプレッサの入口温度、入口圧力、出口温度、及び効率に基づいて、コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段と、を備える。これにより、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常（故障など）が生じた場合でも、制御装置側でその代替手段として機能するので、適切な燃料流量制御を継続できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、コンプレッサに空気が吸入されて圧縮され、燃焼器にその圧縮空気が流入して燃料とで燃焼され、その燃焼ガスによってタービンを回転させる。ガスタービンエンジンには、タービンに連結される出力軸から出力を取り出すエンジン（軸出力型エンジン）やコンプレッサからの圧縮空気の一部を出力として取り出すエンジン（抽気型エンジン）がある。例えば、特許文献１に示す抽気型エンジンの場合、取り出した圧縮空気をエネルギ源として推力発生用ファンが回転し、ファンの回転により推力が発生する。
【特許文献１】特開２００５−９０３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、ガスタービンエンジンの制御装置では、エンジンの状態量（回転数、圧力、温度など）に基づいて燃料流量制御が行われる。特に、抽気型エンジンの場合、タービンが示す固有の特性値（タービンの流量係数など）を利用して燃焼器の流入空気流量（コンプレッサの圧縮空気流量の一部）を演算し、この演算された燃焼器の流入空気流量に基づいて燃料流量制御を行うことが考えられている。そして、この燃焼器の流入空気流量の演算には、コンプレッサの出口圧力などが用いられる。
【０００４】
また、燃料流量制御においては、エンジンを保護するために、コンプレッサの出口圧力、タービンの入口温度と出口温度などが許容値以内になるように燃料流量が制御されている。
【０００５】
これらの制御のために、ガスタービンエンジンでは、コンプレッサの出口圧力が圧力センサによって検出されている。この圧力センサに異常が生じた場合、コンプレッサの出口圧力が正確に得られないので、適切な燃料流量制御を継続できない虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常が生じた場合でも適切な燃料流量制御を継続できるガスタービンエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置は、コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、コンプレッサの入口温度を取得する入口温度取得手段と、コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、コンプレッサの出口温度を取得する出口温度取得手段と、コンプレッサの効率を取得する効率取得手段と、入口温度取得手段で取得したコンプレッサの入口温度と、入口圧力取得手段で取得したコンプレッサの入口圧力と、出口温度取得手段で取得したコンプレッサの出口温度と、効率取得手段で取得したコンプレッサの効率に基づいて、コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この制御装置によれば、入口温度取得手段によりコンプレッサの入口温度が取得され、入口圧力取得手段によりコンプレッサの入口圧力が取得され、出口温度取得手段によりコンプレッサの出口温度が取得され、効率取得手段によりコンプレッサの効率が取得される。そして、出口圧力導出手段により、コンプレッサの入口温度、入口圧力、出口温度及び効率からコンプレッサの出口圧力が導出される。このように、この制御装置では、センサによる検出値を用いなくても、コンプレッサの出口圧力をエンジンの他の状態量から求めることができ、このコンプレッサの出口圧力を用いて燃料流量制御を行うことができる。そのため、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常（故障など）が生じた場合でも、制御装置側でその代替手段として機能するので、適切な燃料流量制御（ひいては、適切なエンジンの運転）を継続できる。また、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサを増やすことなく、システムの信頼性を向上させることができ、重量増加、コストアップ、システムの複雑化を招かない。
【０００９】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置においては、効率取得手段は、ガスタービンエンジンの回転数とコンプレッサの空気流量に基づいてコンプレッサの効率を取得することが好適である。この構成によれば、センサでは検出できないコンプレッサの効率をエンジンの状態量から求めることができる。
【００１０】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置においては、コンプレッサの空気流量は、ガスタービンエンジンの回転数とタービンの入口温度に基づいて取得されることが好適である。
【００１１】
この構成によれば、センサでは検出が困難なコンプレッサの空気流量をエンジンの状態量から求めることができる。ちなみに、ガスタービンエンジンでは、同程度の出力のピストンエンジンと比較すると１０倍程度の空気流量を使用するので、空気流量を直接計測することによって流路における圧力損失の増加などの影響からエンジン出力の低下を招く。
【００１２】
同様に、上記目的を達成するために、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置は、コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、コンプレッサの圧縮比を取得する圧縮比取得手段と、入口圧力取得手段で取得したコンプレッサの入口圧力と、圧縮比取得手段で取得したコンプレッサの圧縮比とに基づいて、コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この制御装置によれば、入口温度取得手段によりコンプレッサの入口温度が取得され、入口圧力取得手段によりコンプレッサの入口圧力が取得され、圧縮比取得手段によりココンプレッサの圧縮比が取得される。そして、出口圧力導出手段により、コンプレッサの入口温度及び圧縮比からコンプレッサの出口圧力が導出される。このように、この制御装置では、センサによる検出値を用いなくても、コンプレッサの出口圧力をエンジンの他の状態量から求めることができ、このコンプレッサの出口圧力を用いて燃料流量制御を行うことができる。そのため、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常（故障など）が生じた場合でも、制御装置側でその代替手段として機能するので、適切な燃料流量制御（ひいては、適切なエンジンの運転）を継続できる。また、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサを増やすことなく、システムの信頼性を向上させることができ、重量増加、コストアップ、システムの複雑化を招かない。
【００１４】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置においては、圧縮比取得手段は、ガスタービンエンジンの回転数とタービンの入口温度に基づいてコンプレッサの圧縮比を取得することが好適である。この構成によれば、センサでは検出できないコンプレッサの圧縮比をエンジンの状態量から求めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コンプレッサの出口圧力をエンジンの他の状態量から求めることができるので、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常が生じた場合でも適切な燃料流量制御を継続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図
において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１〜図７は本発明の第一実施形態を、図８〜１０は本発明の第二実施形態を各々示すものである。
【００１７】
以下に示す実施形態では、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置を、軸出力型で一軸式のガスタービンエンジンの燃料流量制御をするための制御装置に適用し、ガスタービンエンジン、制御装置、負荷装置などからなるシステムをガスタービンエンジンシステムと呼ぶ。
【００１８】
まず図１〜７を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１の構成図である。
【００１９】
ガスタービンエンジンシステム１では、制御装置２によってガスタービンエンジン３を燃料流量制御する。ガスタービンエンジン３は、コンプレッサ１０、燃焼器１１、タービン１２を備えており、コンプレッサ１０とタービン１２とが回転軸１３によって連結されている。コンプレッサ１０では、回転軸１３の回転によって回転駆動して大気中から空気を取り込み、その取り込んだ空気を圧縮する。この高温高圧の圧縮空気は、内部配管を介して燃焼器１１に供給される。燃焼器１１では、コンプレッサ１０から圧縮空気が供給されるとともに制御装置２で制御された燃料アクチュエータ１５から燃料が供給され、圧縮空気と燃料が混合して燃焼する。この高温高圧の燃焼ガスは、内部配管を介してタービン１２に供給される。タービン１２では、供給された燃焼ガスによって回転駆動して回転軸１３を回転させるとともに出力軸１４を回転させ、燃焼ガスを排気する。燃料アクチュエータ１５では、燃焼器１１に設けられ、制御装置２からの燃料流量信号を受信し、燃料流量信号に応じて燃料を燃焼器１１内に噴射する。
【００２０】
ガスタービンエンジン３及びその周辺には、制御装置２での制御に必要な各種状態量を検出するために、各種センサ（図示せず）が設けられている。例えば、大気温度Ｔ０（コンプレッサ１０の入口温度）を検出するための温度センサ、大気圧力Ｐ０（コンプレッサ１０の入口圧力）を検出するための圧力センサ、コンプレッサ１０の出口圧力（燃焼器１１の入口圧力）Ｐ３を検出するための圧力センサ、コンプレッサ１０の出口温度（燃焼器１１の入口温度）Ｔ３を検出するための温度センサ、回転軸１３の回転数（エンジン回転数）Ｎを検出するための回転数センサがある。
【００２１】
負荷装置４は、タービン１２の出力軸１４に連結され、タービン１２の出力を利用する負荷装置である。タービン１２では燃焼ガスが膨張する際にタービン出力を発生し、このタービン出力からエンジン運転に必要なコンプレッサ消費馬力、補機駆動馬力、機械損失等を差し引いた残りが軸出力として負荷装置４で利用される。負荷装置４としては、例えば、飛行機のターボのファンがある。
【００２２】
制御装置２は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなり、ガスタービンエンジン３の燃料流量などを制御する電子制御ユニットである。制御装置２には、上記した各種センサからのセンサ信号が取り入れられる。そして、制御装置２では、負荷装置４での要求出力及び各センサ信号に基づいて燃焼器１１に供給する燃料流量を設定する。さらに、制御装置２では、その燃料流量とするための燃料流量信号を設定し、その燃料流量信号を燃料アクチュエータ１５に送信する。なお、制御装置２のＲＯＭには各処理に用いる各種マップや関数が記憶されている。
【００２３】
特に、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサが故障した場合、このセンサ値を使用しての燃料流量制御を継続できなくなる。そこで、エンジンのその他の状態量からコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を推定し、推定値を使用して燃料流量制御を継続する。そのために、制御装置２では、出口圧力導出処理を行う。ちなみに、燃料流量制御では、コンプレッサの出口圧力Ｐ３がコンプレッサ許容圧力以内になるように燃料流量を設定している。
【００２４】
なお、本実施形態では、大気温度Ｔ０（コンプレッサ１０の入口温度）を検出するための温度センサが特許請求の範囲に記載する入口温度取得手段に相当し、大気圧力Ｐ０（コンプレッサ１０の入口圧力）を検出するための圧力センサが特許請求の範囲に記載する入口圧力取得手段に相当し、コンプレッサの出口温度Ｔ３を検出するための温度センサが特許請求の範囲に記載する出口温度取得手段に相当し、制御装置２における出口圧力導出処理が特許請求の範囲に記載する効率取得手段、出口圧力導出手段に相当する。
【００２５】
図２〜図６も参照して、出口圧力導出処理について説明する。図２は、コンプレッサの出口圧力を演算するためのブロック線図である。図３は、コンプレッサの断熱効率特性マップを示す図である。図４は、コンプレッサの断熱効率を演算するためのブロック線図である。図５は、コンプレッサの圧縮比特性マップを示す図である。図６は、コンプレッサの圧縮空気流量を演算するためのブロック線図である。
【００２６】
コンプレッサ１０において大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０の空気を断熱的に圧力Ｐ３まで圧縮するときのコンプレッサ１０の断熱効率をηｃとし、圧縮比をＰ３／Ｐ０とすると、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３は、式（１）によって求めることができる。式（１）において、γは空気の比熱比であり、定数とみなせるので、出口圧力Ｐ３は、大気温度Ｔ０、コンプレッサの出口温度Ｔ３、断熱効率ηｃを変数とする関数となる。したがって、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサが故障した場合に、式（１）を利用することにより、センサ検出可能な大気温度Ｔ０、コンプレッサ出口温度Ｔ３、及び大気圧力Ｐ０、並びにセンサ検出不能な断熱効率ηｃの値からコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３＝ｆ（Ｔ０，Ｔ３，Ｐ０，ηｃ）を演算することができる（図２参照）。
【数１】
【００２７】
センサ検出不能なコンプレッサ１０の断熱効率ηｃは、図３に示すコンプレッサの断熱効率特性マップを利用して求めることができる。図３には、横軸をコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａとし、縦軸をコンプレッサ１０の断熱効率ηｃとして、各エンジン回転数Ｎにおけるコンプレッサの断熱効率特性マップを示している。図３において、実線の曲線は、定格のエンジン回転数Ｎを１００％とし、各エンジン回転数Ｎにおける圧縮空気流量Ｇａに対する断熱効率ηｃを表している。エンジン回転数Ｎが１００％は、ガスタービンエンジン３における許容最高回転数である。このコンプレッサの断熱効率特性マップを利用することにより、例えば図３に点線で示すように、センサ検出可能なエンジン回転数Ｎとセンサ検出不能な圧縮空気流量Ｇａの値からコンプレッサ１０の断熱効率ηｃ＝ｇ（Ｎ，Ｇａ）を演算することができる（図４参照）。
【００２８】
センサ検出不能なコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａは、図５に示すコンプレッサの圧縮比特性マップを利用して求めることができる。図５には、横軸をコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａとし、縦軸をコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０として、各エンジン回転数Ｎ及びタービン１２の入口温度Ｔ４におけるコンプレッサの圧縮比特性マップを示している。図５において、実線の曲線は、各エンジン回転数Ｎにおける圧縮空気流量Ｇａに対する圧縮比Ｐ３／Ｐ０を表しており、実線の直線は、各タービン入口温度Ｔ４における圧縮空気流量Ｇａに対する圧縮比Ｐ３／Ｐ０を表している。このコンプレッサの圧縮比特性マップを利用することにより、例えば図５に点線５１で示すように、タービン入口温度Ｔ４とセンサ検出可能なエンジン回転数Ｎの値からコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａ＝ｈ（Ｎ，Ｔ４）を演算することができる（図６参照）。
【００２９】
なお、タービン１２の入口温度Ｔ４は、例えば噴射中の燃料流量を用いて所与の特性マップから求めるなど、従来の推定手法を摘要して算出される。
【００３０】
このように、出口圧力導出処理では、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３の圧力センサが故障と判定した場合、他の状態量に基づきタービン１２の入口温度Ｔ４を求め、このタービン入口温度Ｔ４と他の状態量のセンサ値を用いてコンプレッサの圧縮比特性マップからコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａを求め、この圧縮空気流量Ｇａとセンサ値を用いてコンプレッサの断熱効率特性マップからコンプレッサ１０の断熱効率ηｃを求め、この断熱効率ηｃとセンサ値を用いて式（１）によりコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を求める。
【００３１】
それでは、図７のフローチャートに沿って、制御装置２における出口圧力導出処理について説明する。図７は、図１の制御装置におけるコンプレッサ出口圧力導出処理の流れを示すフローチャートである。制御装置２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。
【００３２】
制御装置２では、各種センサから検出信号を受信し、大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０、コンプレッサ１０の出口温度Ｔ３、出口圧力Ｐ３及びエンジン回転数Ｎを入力する（Ｓ１０１）。
【００３３】
制御装置２では、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサに対する故障診断を行い（Ｓ１０２）、この圧力センサが故障しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。この故障診断方法は、どのような方法でもよく、従来の方法を適用する。Ｓ１０３にて圧力センサが正常と判定した場合、制御装置２では、その圧力センサによるセンサ値の出口圧力Ｐ３を使用し（Ｓ１０８）、燃料流量制御を行う（Ｓ１０９）。
【００３４】
Ｓ１０３にて圧力センサが故障していると判定した場合、制御装置２では、噴射中の燃料流量からタービン入口温度Ｔ４を算出する（Ｓ１０４）。そして、制御装置２では、コンプレッサの圧縮比特性マップから、エンジン回転数Ｎ（センサ値）と演算したタービン入口温度Ｔ４に対応するコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａ＝ｈ（Ｎ，Ｔ４）を演算する（図５参照）（Ｓ１０５）。さらに、制御装置２では、コンプレッサの断熱効率特性マップから、エンジン回転数Ｎ（センサ値）と演算した圧縮空気流量Ｇａに対応するコンプレッサ１０の断熱効率ηｃ＝ｇ（Ｎ，Ｇａ）を演算する（図３参照）（Ｓ１０６）。
【００３５】
そして、制御装置２では、大気温度Ｔ０（センサ値）、コンプレッサ１０の出口温度Ｔ３（センサ値）、大気圧力Ｐ０（センサ値）、及び演算したコンプレッサ１０の断熱効率ηｃを用いて、式（１）によりコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３＝ｆ（Ｔ０，Ｔ３，Ｐ０，ηｃ）を演算する（Ｓ１０７）。制御装置２では、この推定値の出口圧力Ｐ３を使用し、燃料流量制御を行う（Ｓ１０９）。
【００３６】
次に図８〜１０（及び図５）を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態に係るガスタービンエンジンシステムは、図１を参照して説明した上記第一実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１と同様の構成をとるものである。この第二実施形態が第一実施形態と異なる点は、制御装置２における出口圧力導出処理である。
【００３７】
なお、本実施形態では、大気圧力Ｐ０（コンプレッサ１０の入口圧力）を検出するための圧力センサが特許請求の範囲に記載する入口圧力取得手段に相当し、制御装置２における出口圧力導出処理が特許請求の範囲に記載する圧縮比取得手段、出口圧力導出手段に相当する。
【００３８】
図８，９（及び図５）を参照して、本実施形態の出口圧力導出処理について説明する。図８は、コンプレッサの出口圧力を演算するためのブロック線図である。図９は、コンプレッサの圧縮比を演算するためのブロック線図である。
【００３９】
コンプレッサ１０において大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０の空気を断熱的に圧力Ｐ３まで圧縮するときのコンプレッサ１０の圧縮比をＰ３／Ｐ０とすると、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３は、式（２）に示すように大気圧力Ｐ０とコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０との乗算によって求めることができる。すなわち、出口圧力Ｐ３は、大気圧力Ｐ０及びコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０を変数とする関数となる。したがって、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサが故障した場合に、式（２）を利用することにより、センサ検出可能な大気圧力Ｐ０、及びセンサ検出不能なコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０の値からコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３＝Ｗ（Ｐ０，Ｐ３／Ｐ０）を演算することができる（図８参照）。
【数２】
【００４０】
センサ検出不能なコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０は、上述した図５に示すコンプレッサの圧縮比特性マップを利用して求めることができる。このコンプレッサの圧縮比特性マップを利用することにより、例えば図５に点線５２で示すように、タービン入口温度Ｔ４とセンサ検出可能なエンジン回転数Ｎの値からコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０＝Ｑ（Ｎ，Ｔ４）を演算することができる（図９参照）。
【００４１】
なお、タービン１２の入口温度Ｔ４は、例えば噴射中の燃料流量を用いて所与の特性マップから求めるなど、従来の推定手法を摘要して算出される。
【００４２】
このように、出口圧力導出処理では、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３の圧力センサが故障と判定した場合、他の状態量に基づきタービン１２の入口温度Ｔ４を求め、このタービン入口温度Ｔ４と他の状態量のセンサ値を用いてコンプレッサの圧縮比特性マップからコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０を求め、この圧縮比Ｐ３／Ｐ０とセンサ値を用いて式（２）によりコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を求める。
【００４３】
それでは、図１０のフローチャートに沿って、制御装置２における出口圧力導出処理について説明する。図１０は、本実施形態のコンプレッサ出口圧力導出処理の流れを示すフローチャートである。制御装置２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。なお、図１０のフローチャートのステップＳ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ２０７、Ｓ２０８は、図７のフローチャートのステップＳ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ１０８、Ｓ１０９と同一の処理を行うため、説明を省略する。
【００４４】
ステップＳ２０４においてタービン入口温度Ｔ４が算出されると、制御装置２では、コンプレッサの圧縮比特性マップから、エンジン回転数Ｎ（センサ値）と演算したタービン入口温度Ｔ４に対応するコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０＝Ｑ（Ｎ，Ｔ４）を演算する（図５参照）（Ｓ２０５）。
【００４５】
そして、制御装置２では、大気圧力Ｐ０（センサ値）、及び演算したコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０を用いて、式（２）によりコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３＝Ｗ（Ｐ０，Ｐ３／Ｐ０）を演算する（Ｓ２０６）。
【００４６】
以上説明したように、このようなガスタービンエンジンシステム１（特に、制御装置２）によれば、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサが故障した場合（圧力センサに異常が生じた場合）でも、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３をエンジンの他の状態量から推定することができ、このコンプレッサの出口圧力Ｐ３の推定値を用いて適切な燃料流量制御（ひいては、適切なエンジンの運転）を継続して行うことができる。このように、圧力センサが故障した場合でも制御装置２側でその代替手段として機能するので、圧力センサの数を増やすことなく、システムの信頼性を向上させることができ、重量増加、コストアップ、システムの複雑化も招かない。
【００４７】
また、制御装置２では、センサで検出不能なコンプレッサ１０の断熱効率ηｃをコンプレッサの断熱効率特性マップを利用してエンジンの状態量から求めることができる。また、制御装置２では、センサでは検出が困難なコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａ及び圧縮比Ｐ３／Ｐ０をコンプレッサの圧縮比特性マップを利用してエンジンの状態量から求めることができる。
【００４８】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００４９】
例えば、上記実施形態では一基の一軸式の軸出力型のガスタービンエンジンに適用したが、抽気型エンジンにも適用可能であり、複数のガスタービンエンジンによって構成されるシステムにも適用可能であり、複数の軸式のガスタービンエンジンにも適用可能である。
【００５０】
また、上記実施形態ではコンプレッサの圧縮空気流量をコンプレッサの特性マップを用いて求める構成としたが、他の方法で求めてもよい。圧縮空気流量をセンサで検出できるのであれば、センサ値を用いてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態ではコンプレッサの断熱効率をコンプレッサの特性マップを用いて求める構成としたが、他の方法で求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るコンプレッサの出口圧力を演算するためのブロック線図である。
【図３】コンプレッサの断熱効率特性マップ（エンジン回転数をパラメータとした圧縮空気流量と断熱効率とのマップ）を示す図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るコンプレッサの断熱効率を演算するためのブロック線図である。
【図５】コンプレッサの圧縮比特性マップ（エンジン回転数及びタービン入口温度をパラメータとした圧縮空気流量と圧縮比とのマップ）を示す図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係るコンプレッサの圧縮空気流量を演算するためのブロック線図である。
【図７】本発明の第一実施形態のコンプレッサ出口圧力導出処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の第二実施形態に係るコンプレッサの出口圧力を演算するためのブロック線図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係るコンプレッサの圧縮比を演算するためのブロック線図である。
【図１０】本発明の第二実施形態のコンプレッサ出口圧力導出処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１…ガスタービンエンジンシステム、２…制御装置（効率取得手段、出口圧力導出手段、圧縮比取得手段）、３…ガスタービンエンジン、４…負荷装置、１０…コンプレッサ、１１…燃焼器、１２…タービン、１３…回転軸、１４…出力軸、１５…燃料アクチュエータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、コンプレッサに空気が吸入されて圧縮され、燃焼器にその圧縮空気が流入して燃料とで燃焼され、その燃焼ガスによってタービンを回転させる。ガスタービンエンジンには、タービンに連結される出力軸から出力を取り出すエンジン（軸出力型エンジン）やコンプレッサからの圧縮空気の一部を出力として取り出すエンジン（抽気型エンジン）がある。例えば、特許文献１に示す抽気型エンジンの場合、取り出した圧縮空気をエネルギ源として推力発生用ファンが回転し、ファンの回転により推力が発生する。
【特許文献１】特開２００５−９０３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、ガスタービンエンジンの制御装置では、エンジンの状態量（回転数、圧力、温度など）に基づいて燃料流量制御が行われる。特に、抽気型エンジンの場合、タービンが示す固有の特性値（タービンの流量係数など）を利用して燃焼器の流入空気流量（コンプレッサの圧縮空気流量の一部）を演算し、この演算された燃焼器の流入空気流量に基づいて燃料流量制御を行うことが考えられている。そして、この燃焼器の流入空気流量の演算には、コンプレッサの出口圧力などが用いられる。
【０００４】
また、燃料流量制御においては、エンジンを保護するために、コンプレッサの出口圧力、タービンの入口温度と出口温度などが許容値以内になるように燃料流量が制御されている。
【０００５】
これらの制御のために、ガスタービンエンジンでは、コンプレッサの出口圧力が圧力センサによって検出されている。この圧力センサに異常が生じた場合、コンプレッサの出口圧力が正確に得られないので、適切な燃料流量制御を継続できない虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常が生じた場合でも適切な燃料流量制御を継続できるガスタービンエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置は、コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、コンプレッサの入口温度を取得する入口温度取得手段と、コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、コンプレッサの出口温度を取得する出口温度取得手段と、コンプレッサの効率を取得する効率取得手段と、入口温度取得手段で取得したコンプレッサの入口温度と、入口圧力取得手段で取得したコンプレッサの入口圧力と、出口温度取得手段で取得したコンプレッサの出口温度と、効率取得手段で取得したコンプレッサの効率に基づいて、コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この制御装置によれば、入口温度取得手段によりコンプレッサの入口温度が取得され、入口圧力取得手段によりコンプレッサの入口圧力が取得され、出口温度取得手段によりコンプレッサの出口温度が取得され、効率取得手段によりコンプレッサの効率が取得される。そして、出口圧力導出手段により、コンプレッサの入口温度、入口圧力、出口温度及び効率からコンプレッサの出口圧力が導出される。このように、この制御装置では、センサによる検出値を用いなくても、コンプレッサの出口圧力をエンジンの他の状態量から求めることができ、このコンプレッサの出口圧力を用いて燃料流量制御を行うことができる。そのため、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常（故障など）が生じた場合でも、制御装置側でその代替手段として機能するので、適切な燃料流量制御（ひいては、適切なエンジンの運転）を継続できる。また、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサを増やすことなく、システムの信頼性を向上させることができ、重量増加、コストアップ、システムの複雑化を招かない。
【０００９】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置においては、効率取得手段は、ガスタービンエンジンの回転数とコンプレッサの空気流量に基づいてコンプレッサの効率を取得することが好適である。この構成によれば、センサでは検出できないコンプレッサの効率をエンジンの状態量から求めることができる。
【００１０】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置においては、コンプレッサの空気流量は、ガスタービンエンジンの回転数とタービンの入口温度に基づいて取得されることが好適である。
【００１１】
この構成によれば、センサでは検出が困難なコンプレッサの空気流量をエンジンの状態量から求めることができる。ちなみに、ガスタービンエンジンでは、同程度の出力のピストンエンジンと比較すると１０倍程度の空気流量を使用するので、空気流量を直接計測することによって流路における圧力損失の増加などの影響からエンジン出力の低下を招く。
【００１２】
同様に、上記目的を達成するために、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置は、コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、コンプレッサの圧縮比を取得する圧縮比取得手段と、入口圧力取得手段で取得したコンプレッサの入口圧力と、圧縮比取得手段で取得したコンプレッサの圧縮比とに基づいて、コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この制御装置によれば、入口温度取得手段によりコンプレッサの入口温度が取得され、入口圧力取得手段によりコンプレッサの入口圧力が取得され、圧縮比取得手段によりココンプレッサの圧縮比が取得される。そして、出口圧力導出手段により、コンプレッサの入口温度及び圧縮比からコンプレッサの出口圧力が導出される。このように、この制御装置では、センサによる検出値を用いなくても、コンプレッサの出口圧力をエンジンの他の状態量から求めることができ、このコンプレッサの出口圧力を用いて燃料流量制御を行うことができる。そのため、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常（故障など）が生じた場合でも、制御装置側でその代替手段として機能するので、適切な燃料流量制御（ひいては、適切なエンジンの運転）を継続できる。また、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサを増やすことなく、システムの信頼性を向上させることができ、重量増加、コストアップ、システムの複雑化を招かない。
【００１４】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置においては、圧縮比取得手段は、ガスタービンエンジンの回転数とタービンの入口温度に基づいてコンプレッサの圧縮比を取得することが好適である。この構成によれば、センサでは検出できないコンプレッサの圧縮比をエンジンの状態量から求めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コンプレッサの出口圧力をエンジンの他の状態量から求めることができるので、コンプレッサの出口圧力を検出するセンサに異常が生じた場合でも適切な燃料流量制御を継続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図
において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１〜図７は本発明の第一実施形態を、図８〜１０は本発明の第二実施形態を各々示すものである。
【００１７】
以下に示す実施形態では、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置を、軸出力型で一軸式のガスタービンエンジンの燃料流量制御をするための制御装置に適用し、ガスタービンエンジン、制御装置、負荷装置などからなるシステムをガスタービンエンジンシステムと呼ぶ。
【００１８】
まず図１〜７を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１の構成図である。
【００１９】
ガスタービンエンジンシステム１では、制御装置２によってガスタービンエンジン３を燃料流量制御する。ガスタービンエンジン３は、コンプレッサ１０、燃焼器１１、タービン１２を備えており、コンプレッサ１０とタービン１２とが回転軸１３によって連結されている。コンプレッサ１０では、回転軸１３の回転によって回転駆動して大気中から空気を取り込み、その取り込んだ空気を圧縮する。この高温高圧の圧縮空気は、内部配管を介して燃焼器１１に供給される。燃焼器１１では、コンプレッサ１０から圧縮空気が供給されるとともに制御装置２で制御された燃料アクチュエータ１５から燃料が供給され、圧縮空気と燃料が混合して燃焼する。この高温高圧の燃焼ガスは、内部配管を介してタービン１２に供給される。タービン１２では、供給された燃焼ガスによって回転駆動して回転軸１３を回転させるとともに出力軸１４を回転させ、燃焼ガスを排気する。燃料アクチュエータ１５では、燃焼器１１に設けられ、制御装置２からの燃料流量信号を受信し、燃料流量信号に応じて燃料を燃焼器１１内に噴射する。
【００２０】
ガスタービンエンジン３及びその周辺には、制御装置２での制御に必要な各種状態量を検出するために、各種センサ（図示せず）が設けられている。例えば、大気温度Ｔ０（コンプレッサ１０の入口温度）を検出するための温度センサ、大気圧力Ｐ０（コンプレッサ１０の入口圧力）を検出するための圧力センサ、コンプレッサ１０の出口圧力（燃焼器１１の入口圧力）Ｐ３を検出するための圧力センサ、コンプレッサ１０の出口温度（燃焼器１１の入口温度）Ｔ３を検出するための温度センサ、回転軸１３の回転数（エンジン回転数）Ｎを検出するための回転数センサがある。
【００２１】
負荷装置４は、タービン１２の出力軸１４に連結され、タービン１２の出力を利用する負荷装置である。タービン１２では燃焼ガスが膨張する際にタービン出力を発生し、このタービン出力からエンジン運転に必要なコンプレッサ消費馬力、補機駆動馬力、機械損失等を差し引いた残りが軸出力として負荷装置４で利用される。負荷装置４としては、例えば、飛行機のターボのファンがある。
【００２２】
制御装置２は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなり、ガスタービンエンジン３の燃料流量などを制御する電子制御ユニットである。制御装置２には、上記した各種センサからのセンサ信号が取り入れられる。そして、制御装置２では、負荷装置４での要求出力及び各センサ信号に基づいて燃焼器１１に供給する燃料流量を設定する。さらに、制御装置２では、その燃料流量とするための燃料流量信号を設定し、その燃料流量信号を燃料アクチュエータ１５に送信する。なお、制御装置２のＲＯＭには各処理に用いる各種マップや関数が記憶されている。
【００２３】
特に、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサが故障した場合、このセンサ値を使用しての燃料流量制御を継続できなくなる。そこで、エンジンのその他の状態量からコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を推定し、推定値を使用して燃料流量制御を継続する。そのために、制御装置２では、出口圧力導出処理を行う。ちなみに、燃料流量制御では、コンプレッサの出口圧力Ｐ３がコンプレッサ許容圧力以内になるように燃料流量を設定している。
【００２４】
なお、本実施形態では、大気温度Ｔ０（コンプレッサ１０の入口温度）を検出するための温度センサが特許請求の範囲に記載する入口温度取得手段に相当し、大気圧力Ｐ０（コンプレッサ１０の入口圧力）を検出するための圧力センサが特許請求の範囲に記載する入口圧力取得手段に相当し、コンプレッサの出口温度Ｔ３を検出するための温度センサが特許請求の範囲に記載する出口温度取得手段に相当し、制御装置２における出口圧力導出処理が特許請求の範囲に記載する効率取得手段、出口圧力導出手段に相当する。
【００２５】
図２〜図６も参照して、出口圧力導出処理について説明する。図２は、コンプレッサの出口圧力を演算するためのブロック線図である。図３は、コンプレッサの断熱効率特性マップを示す図である。図４は、コンプレッサの断熱効率を演算するためのブロック線図である。図５は、コンプレッサの圧縮比特性マップを示す図である。図６は、コンプレッサの圧縮空気流量を演算するためのブロック線図である。
【００２６】
コンプレッサ１０において大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０の空気を断熱的に圧力Ｐ３まで圧縮するときのコンプレッサ１０の断熱効率をηｃとし、圧縮比をＰ３／Ｐ０とすると、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３は、式（１）によって求めることができる。式（１）において、γは空気の比熱比であり、定数とみなせるので、出口圧力Ｐ３は、大気温度Ｔ０、コンプレッサの出口温度Ｔ３、断熱効率ηｃを変数とする関数となる。したがって、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサが故障した場合に、式（１）を利用することにより、センサ検出可能な大気温度Ｔ０、コンプレッサ出口温度Ｔ３、及び大気圧力Ｐ０、並びにセンサ検出不能な断熱効率ηｃの値からコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３＝ｆ（Ｔ０，Ｔ３，Ｐ０，ηｃ）を演算することができる（図２参照）。
【数１】
【００２７】
センサ検出不能なコンプレッサ１０の断熱効率ηｃは、図３に示すコンプレッサの断熱効率特性マップを利用して求めることができる。図３には、横軸をコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａとし、縦軸をコンプレッサ１０の断熱効率ηｃとして、各エンジン回転数Ｎにおけるコンプレッサの断熱効率特性マップを示している。図３において、実線の曲線は、定格のエンジン回転数Ｎを１００％とし、各エンジン回転数Ｎにおける圧縮空気流量Ｇａに対する断熱効率ηｃを表している。エンジン回転数Ｎが１００％は、ガスタービンエンジン３における許容最高回転数である。このコンプレッサの断熱効率特性マップを利用することにより、例えば図３に点線で示すように、センサ検出可能なエンジン回転数Ｎとセンサ検出不能な圧縮空気流量Ｇａの値からコンプレッサ１０の断熱効率ηｃ＝ｇ（Ｎ，Ｇａ）を演算することができる（図４参照）。
【００２８】
センサ検出不能なコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａは、図５に示すコンプレッサの圧縮比特性マップを利用して求めることができる。図５には、横軸をコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａとし、縦軸をコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０として、各エンジン回転数Ｎ及びタービン１２の入口温度Ｔ４におけるコンプレッサの圧縮比特性マップを示している。図５において、実線の曲線は、各エンジン回転数Ｎにおける圧縮空気流量Ｇａに対する圧縮比Ｐ３／Ｐ０を表しており、実線の直線は、各タービン入口温度Ｔ４における圧縮空気流量Ｇａに対する圧縮比Ｐ３／Ｐ０を表している。このコンプレッサの圧縮比特性マップを利用することにより、例えば図５に点線５１で示すように、タービン入口温度Ｔ４とセンサ検出可能なエンジン回転数Ｎの値からコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａ＝ｈ（Ｎ，Ｔ４）を演算することができる（図６参照）。
【００２９】
なお、タービン１２の入口温度Ｔ４は、例えば噴射中の燃料流量を用いて所与の特性マップから求めるなど、従来の推定手法を摘要して算出される。
【００３０】
このように、出口圧力導出処理では、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３の圧力センサが故障と判定した場合、他の状態量に基づきタービン１２の入口温度Ｔ４を求め、このタービン入口温度Ｔ４と他の状態量のセンサ値を用いてコンプレッサの圧縮比特性マップからコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａを求め、この圧縮空気流量Ｇａとセンサ値を用いてコンプレッサの断熱効率特性マップからコンプレッサ１０の断熱効率ηｃを求め、この断熱効率ηｃとセンサ値を用いて式（１）によりコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を求める。
【００３１】
それでは、図７のフローチャートに沿って、制御装置２における出口圧力導出処理について説明する。図７は、図１の制御装置におけるコンプレッサ出口圧力導出処理の流れを示すフローチャートである。制御装置２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。
【００３２】
制御装置２では、各種センサから検出信号を受信し、大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０、コンプレッサ１０の出口温度Ｔ３、出口圧力Ｐ３及びエンジン回転数Ｎを入力する（Ｓ１０１）。
【００３３】
制御装置２では、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサに対する故障診断を行い（Ｓ１０２）、この圧力センサが故障しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。この故障診断方法は、どのような方法でもよく、従来の方法を適用する。Ｓ１０３にて圧力センサが正常と判定した場合、制御装置２では、その圧力センサによるセンサ値の出口圧力Ｐ３を使用し（Ｓ１０８）、燃料流量制御を行う（Ｓ１０９）。
【００３４】
Ｓ１０３にて圧力センサが故障していると判定した場合、制御装置２では、噴射中の燃料流量からタービン入口温度Ｔ４を算出する（Ｓ１０４）。そして、制御装置２では、コンプレッサの圧縮比特性マップから、エンジン回転数Ｎ（センサ値）と演算したタービン入口温度Ｔ４に対応するコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａ＝ｈ（Ｎ，Ｔ４）を演算する（図５参照）（Ｓ１０５）。さらに、制御装置２では、コンプレッサの断熱効率特性マップから、エンジン回転数Ｎ（センサ値）と演算した圧縮空気流量Ｇａに対応するコンプレッサ１０の断熱効率ηｃ＝ｇ（Ｎ，Ｇａ）を演算する（図３参照）（Ｓ１０６）。
【００３５】
そして、制御装置２では、大気温度Ｔ０（センサ値）、コンプレッサ１０の出口温度Ｔ３（センサ値）、大気圧力Ｐ０（センサ値）、及び演算したコンプレッサ１０の断熱効率ηｃを用いて、式（１）によりコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３＝ｆ（Ｔ０，Ｔ３，Ｐ０，ηｃ）を演算する（Ｓ１０７）。制御装置２では、この推定値の出口圧力Ｐ３を使用し、燃料流量制御を行う（Ｓ１０９）。
【００３６】
次に図８〜１０（及び図５）を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態に係るガスタービンエンジンシステムは、図１を参照して説明した上記第一実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１と同様の構成をとるものである。この第二実施形態が第一実施形態と異なる点は、制御装置２における出口圧力導出処理である。
【００３７】
なお、本実施形態では、大気圧力Ｐ０（コンプレッサ１０の入口圧力）を検出するための圧力センサが特許請求の範囲に記載する入口圧力取得手段に相当し、制御装置２における出口圧力導出処理が特許請求の範囲に記載する圧縮比取得手段、出口圧力導出手段に相当する。
【００３８】
図８，９（及び図５）を参照して、本実施形態の出口圧力導出処理について説明する。図８は、コンプレッサの出口圧力を演算するためのブロック線図である。図９は、コンプレッサの圧縮比を演算するためのブロック線図である。
【００３９】
コンプレッサ１０において大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０の空気を断熱的に圧力Ｐ３まで圧縮するときのコンプレッサ１０の圧縮比をＰ３／Ｐ０とすると、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３は、式（２）に示すように大気圧力Ｐ０とコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０との乗算によって求めることができる。すなわち、出口圧力Ｐ３は、大気圧力Ｐ０及びコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０を変数とする関数となる。したがって、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサが故障した場合に、式（２）を利用することにより、センサ検出可能な大気圧力Ｐ０、及びセンサ検出不能なコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０の値からコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３＝Ｗ（Ｐ０，Ｐ３／Ｐ０）を演算することができる（図８参照）。
【数２】
【００４０】
センサ検出不能なコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０は、上述した図５に示すコンプレッサの圧縮比特性マップを利用して求めることができる。このコンプレッサの圧縮比特性マップを利用することにより、例えば図５に点線５２で示すように、タービン入口温度Ｔ４とセンサ検出可能なエンジン回転数Ｎの値からコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０＝Ｑ（Ｎ，Ｔ４）を演算することができる（図９参照）。
【００４１】
なお、タービン１２の入口温度Ｔ４は、例えば噴射中の燃料流量を用いて所与の特性マップから求めるなど、従来の推定手法を摘要して算出される。
【００４２】
このように、出口圧力導出処理では、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３の圧力センサが故障と判定した場合、他の状態量に基づきタービン１２の入口温度Ｔ４を求め、このタービン入口温度Ｔ４と他の状態量のセンサ値を用いてコンプレッサの圧縮比特性マップからコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０を求め、この圧縮比Ｐ３／Ｐ０とセンサ値を用いて式（２）によりコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を求める。
【００４３】
それでは、図１０のフローチャートに沿って、制御装置２における出口圧力導出処理について説明する。図１０は、本実施形態のコンプレッサ出口圧力導出処理の流れを示すフローチャートである。制御装置２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。なお、図１０のフローチャートのステップＳ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ２０７、Ｓ２０８は、図７のフローチャートのステップＳ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ１０８、Ｓ１０９と同一の処理を行うため、説明を省略する。
【００４４】
ステップＳ２０４においてタービン入口温度Ｔ４が算出されると、制御装置２では、コンプレッサの圧縮比特性マップから、エンジン回転数Ｎ（センサ値）と演算したタービン入口温度Ｔ４に対応するコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０＝Ｑ（Ｎ，Ｔ４）を演算する（図５参照）（Ｓ２０５）。
【００４５】
そして、制御装置２では、大気圧力Ｐ０（センサ値）、及び演算したコンプレッサ１０の圧縮比Ｐ３／Ｐ０を用いて、式（２）によりコンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３＝Ｗ（Ｐ０，Ｐ３／Ｐ０）を演算する（Ｓ２０６）。
【００４６】
以上説明したように、このようなガスタービンエンジンシステム１（特に、制御装置２）によれば、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３を検出する圧力センサが故障した場合（圧力センサに異常が生じた場合）でも、コンプレッサ１０の出口圧力Ｐ３をエンジンの他の状態量から推定することができ、このコンプレッサの出口圧力Ｐ３の推定値を用いて適切な燃料流量制御（ひいては、適切なエンジンの運転）を継続して行うことができる。このように、圧力センサが故障した場合でも制御装置２側でその代替手段として機能するので、圧力センサの数を増やすことなく、システムの信頼性を向上させることができ、重量増加、コストアップ、システムの複雑化も招かない。
【００４７】
また、制御装置２では、センサで検出不能なコンプレッサ１０の断熱効率ηｃをコンプレッサの断熱効率特性マップを利用してエンジンの状態量から求めることができる。また、制御装置２では、センサでは検出が困難なコンプレッサ１０の圧縮空気流量Ｇａ及び圧縮比Ｐ３／Ｐ０をコンプレッサの圧縮比特性マップを利用してエンジンの状態量から求めることができる。
【００４８】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００４９】
例えば、上記実施形態では一基の一軸式の軸出力型のガスタービンエンジンに適用したが、抽気型エンジンにも適用可能であり、複数のガスタービンエンジンによって構成されるシステムにも適用可能であり、複数の軸式のガスタービンエンジンにも適用可能である。
【００５０】
また、上記実施形態ではコンプレッサの圧縮空気流量をコンプレッサの特性マップを用いて求める構成としたが、他の方法で求めてもよい。圧縮空気流量をセンサで検出できるのであれば、センサ値を用いてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態ではコンプレッサの断熱効率をコンプレッサの特性マップを用いて求める構成としたが、他の方法で求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るコンプレッサの出口圧力を演算するためのブロック線図である。
【図３】コンプレッサの断熱効率特性マップ（エンジン回転数をパラメータとした圧縮空気流量と断熱効率とのマップ）を示す図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るコンプレッサの断熱効率を演算するためのブロック線図である。
【図５】コンプレッサの圧縮比特性マップ（エンジン回転数及びタービン入口温度をパラメータとした圧縮空気流量と圧縮比とのマップ）を示す図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係るコンプレッサの圧縮空気流量を演算するためのブロック線図である。
【図７】本発明の第一実施形態のコンプレッサ出口圧力導出処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の第二実施形態に係るコンプレッサの出口圧力を演算するためのブロック線図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係るコンプレッサの圧縮比を演算するためのブロック線図である。
【図１０】本発明の第二実施形態のコンプレッサ出口圧力導出処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１…ガスタービンエンジンシステム、２…制御装置（効率取得手段、出口圧力導出手段、圧縮比取得手段）、３…ガスタービンエンジン、４…負荷装置、１０…コンプレッサ、１１…燃焼器、１２…タービン、１３…回転軸、１４…出力軸、１５…燃料アクチュエータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、
前記コンプレッサの入口温度を取得する入口温度取得手段と、
前記コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、
前記コンプレッサの出口温度を取得する出口温度取得手段と、
前記コンプレッサの効率を取得する効率取得手段と、
前記入口温度取得手段で取得したコンプレッサの入口温度と、前記入口圧力取得手段で取得したコンプレッサの入口圧力と、前記出口温度取得手段で取得したコンプレッサの出口温度と、前記効率取得手段で取得したコンプレッサの効率に基づいて、前記コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段と、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記効率取得手段は、前記ガスタービンエンジンの回転数と前記コンプレッサの空気流量に基づいて前記コンプレッサの効率を取得することを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記コンプレッサの空気流量は、前記ガスタービンエンジンの回転数と前記タービンの入口温度に基づいて取得されることを特徴とする、請求項２に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項４】
コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、
前記コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、
前記コンプレッサの圧縮比を取得する圧縮比取得手段と、
前記入口圧力取得手段で取得したコンプレッサの入口圧力と、前記圧縮比取得手段で取得したコンプレッサの圧縮比とに基づいて、前記コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段と
を備えることを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記圧縮比取得手段は、前記ガスタービンエンジンの回転数と前記タービンの入口温度に基づいて前記コンプレッサの圧縮比を取得することを特徴とする、請求項４に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項１】
コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、
前記コンプレッサの入口温度を取得する入口温度取得手段と、
前記コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、
前記コンプレッサの出口温度を取得する出口温度取得手段と、
前記コンプレッサの効率を取得する効率取得手段と、
前記入口温度取得手段で取得したコンプレッサの入口温度と、前記入口圧力取得手段で取得したコンプレッサの入口圧力と、前記出口温度取得手段で取得したコンプレッサの出口温度と、前記効率取得手段で取得したコンプレッサの効率に基づいて、前記コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段と、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記効率取得手段は、前記ガスタービンエンジンの回転数と前記コンプレッサの空気流量に基づいて前記コンプレッサの効率を取得することを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記コンプレッサの空気流量は、前記ガスタービンエンジンの回転数と前記タービンの入口温度に基づいて取得されることを特徴とする、請求項２に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項４】
コンプレッサで圧縮した空気を燃焼器に流入させ、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、
前記コンプレッサの入口圧力を取得する入口圧力取得手段と、
前記コンプレッサの圧縮比を取得する圧縮比取得手段と、
前記入口圧力取得手段で取得したコンプレッサの入口圧力と、前記圧縮比取得手段で取得したコンプレッサの圧縮比とに基づいて、前記コンプレッサの出口圧力を導出する出口圧力導出手段と
を備えることを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記圧縮比取得手段は、前記ガスタービンエンジンの回転数と前記タービンの入口温度に基づいて前記コンプレッサの圧縮比を取得することを特徴とする、請求項４に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−４８１７２（Ｐ２０１０−４８１７２Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１３０４５（Ｐ２００８−２１３０４５）
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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