ガスタービンエンジンシステム
【課題】軽量化及び低コスト化を可能にしたガスタービンエンジンシステムを提供する。
【解決手段】 ガスタービンエンジンシステム１は、第１及び第２のガスタービンエンジン１０，２０、第１のガスタービンエンジン１０を始動させるスタータゼネレータ１７、抽気配管３を備えて構成されている。抽気配管３は、第１のガスタービンエンジン１０の圧縮機１１から抽出された圧縮空気を第２のガスタービンエンジン２０のタービン２３に導入する抽気導入手段として機能する。ガスタービンエンジン１０を始動させた後に、圧縮機１１から抽出された圧縮空気が、抽気配管３を経由しタービン２３に導入され、タービン２３を回転駆動させる。
【解決手段】 ガスタービンエンジンシステム１は、第１及び第２のガスタービンエンジン１０，２０、第１のガスタービンエンジン１０を始動させるスタータゼネレータ１７、抽気配管３を備えて構成されている。抽気配管３は、第１のガスタービンエンジン１０の圧縮機１１から抽出された圧縮空気を第２のガスタービンエンジン２０のタービン２３に導入する抽気導入手段として機能する。ガスタービンエンジン１０を始動させた後に、圧縮機１１から抽出された圧縮空気が、抽気配管３を経由しタービン２３に導入され、タービン２３を回転駆動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数基のガスタービンエンジンを始動させるガスタービンエンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンエンジンシステムとして、例えば特開２００６−２１３１６８号公報に記載されるように、２基のガスタービンエンジンを備えた垂直離着陸機であって、圧縮機で圧縮された空気の一部を外部に取り出し、その取り出した高圧空気をエネルギとして垂直離着機の推力発生器で推力を発生させるものが知られている。このシステムは、ガスタービンエンジンから抽出された高圧空気を利用し推力を発生させることにより、垂直離着陸機の軽量化及び燃費の向上を図ろうとするものである。
【特許文献１】特開２００６−２１３１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したガスタービンエンジンシステムにあっては、エンジンを始動させるための始動装置をエンジン毎に設ける必要があるので、機体への搭載重量が重くなり、軽量化を図り難く、製造コストが高くなる問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、軽量化及び低コスト化を可能にしたガスタービンエンジンシステム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】
【０００５】
すなわち、本発明に係るガスタービンエンジンシステムは、少なくとも第１のガスタービンエンジンと第２のガスタービンエンジンとを有するガスタービンエンジンシステムであって、第１のガスタービンエンジンを始動させるための始動手段と、第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気を第２のガスタービンエンジンのタービンに導入するための抽気導入手段と、を備えて構成されている。
【０００６】
この発明によれば、始動手段により第１のガスタービンエンジンを始動させた後に、第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気を抽気導入手段によって第２のガスタービンエンジンのタービンに導入させ、その圧縮空気を利用しタービンを回転させることで、第２のガスタービンエンジンを始動させる。これによって、１つの始動手段で複数基のガスタービンエンジンを始動させることが可能となり、従来と比べて始動手段の数を減らすことができる。その結果、システム全体の軽量化を向上することができると共に、コストの削減を図ることが可能となる。また、このようにガスタービンエンジンの始動手段を減らすことにより、システム全体の大きさを小さくすることが可能となり、コンパクト化を図ることができる。
【０００７】
また本発明に係るガスタービンエンジンシステムにおいて、抽気導入手段は、第２のガスタービンエンジンの燃焼器を介し、第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気をタービンに導入することが好適である。
【０００８】
この発明によれば、第２のガスタービンエンジンの燃焼器では、抽気導入手段により導入された圧縮空気を利用し、燃料と混合し燃焼させることによって、第２のガスタービンエンジンが自立運転し易くなる。
【０００９】
また本発明に係るガスタービンエンジンシステムにおいて、第２のガスタービンエンジンには、圧縮機の吸気空気流量を調節するための吸気制御弁が設けられ、吸気制御弁は、第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気をタービンに導入する際に全閉とされていることが好適である。
【００１０】
この発明によれば、圧縮空気を第２のガスタービンエンジンのタービンに導入する際に、吸気制御弁を全閉とすることによって、導入された圧縮空気が圧縮機を経由し外部への流出を防止することができ、第２のガスタービンエンジンを始動し易くなる。そして、第２のガスタービンエンジンの始動後に、吸気制御弁の開度を適宜調節することにより、圧縮機の吸気空気流量を増大させ、第２のガスタービンエンジンが自立運転し易くなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量化及び低コスト化を可能にしたガスタービンエンジンシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム（以下、エンジンシステムという）１は、例えば小型の飛行体に搭載され、推力発生器として用いられる。
【００１４】
このエンジンシステム１は、第１のガスタービンエンジン１０、第２のガスタービンエンジン２０、これらのガスタービンエンジンを制御するためのＥＣＵ２を備えて構成されている。第１のガスタービンエンジン１０は、抽気式ガスタービンエンジンであって、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３を備え、圧縮機１１とタービン１３とが回転軸１４によって連結されている。圧縮機１１は、吸気配管１９を介して空気を取り込み、取り込んだ空気を圧縮するものである。そして、圧縮機１１は、圧縮された高圧空気を内部配管１５を介して燃焼器１２に供給すると共に、抽気配管３を介して第２のガスタービンエンジン２０側に送り出している。
【００１５】
燃焼器１２は、圧縮機１１から供給された圧縮空気と、燃料アクチュエータ（図示せず）から供給された燃料とを混合し燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。この燃焼器１２は、内部配管１６によってタービン１３と連通されている。燃焼器１２で生成された高温高圧の燃焼ガスは、内部配管１６を経由しタービン１３に供給される。タービン１３は、供給された燃焼ガスの流れによって回転されると共に、燃焼ガスを外部に排気する。タービン１３は、回転軸１４を介して回転駆動力を圧縮機１１に伝え、圧縮機１１を回転駆動させる。
【００１６】
第１のガスタービンエンジン１０には、タービンエンジンを始動させるためのスタータゼネレータ１７が取り付けられている。スタータゼネレータ１７は、シャフト１７ａと減速機１８とを介し回転軸１４に連結されている。このスタータゼネレータ１７は、例えば図示しないバッテリから供給される電力によって回転駆動される。そして、スタータゼネレータ１７の回転駆動力は、減速機１８によって所定の減速比で減速され、回転軸１４に伝達される。圧縮機１１とタービン１３とは、この回転軸１４の回転によって駆動される。
【００１７】
第１のガスタービンエンジン１０には、ＥＣＵ２での制御に必要な各種状態量を検出するために、各種センサが設けられている。例えば、圧縮機１１出口の付近には、圧縮機１１の出口圧力を測定するための圧力センサ３０と、内部配管１５の途中には、燃焼器１２への流入空気流量を測定するための流量センサ３１がそれぞれ設置されている。
【００１８】
また、燃焼器１２には、燃料流量を検出するための流量センサ３２と、燃焼温度を検出するための温度センサ３３が設置されている。更に、回転軸１４には、回転数を検出するための回転数センサ３４が取り付けられている。これらのセンサ３０〜３４は、検出した各信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１９】
吸気配管１９の入口には、圧縮機１１の吸気空気流量を調節するための可変ガイド弁（Variable Inlet Guide Vane：ＶＩＧＶ）４０が設けられている。この可変ガイド弁４０は、ＥＣＵ２に接続され、ＥＣＵ２からの制御信号によってその開度が制御されている。
【００２０】
第２のガスタービンエンジン２０は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を備え、圧縮機２１とタービン２３とが回転軸２４によって連結されている。圧縮機２１は、吸気配管２５を介して空気を取り込み、取り込んだ空気を圧縮するものである。そして、圧縮機２１は、圧縮された高圧空気を内部配管２５を介して燃焼器２２に供給する。
【００２１】
燃焼器２２は、圧縮機２１から供給された圧縮空気と、燃料アクチュエータ（図示せず）から供給された燃料とを混合し燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。この燃焼器２２は、内部配管２６によってタービン２３と連通されている。燃焼器２２で生成された高温高圧の燃焼ガスは、内部配管２６を経由しタービン２３に供給される。タービン２３は、供給された燃焼ガスの流れによって回転されると共に、燃料ガスを外部に排気する。タービン２３は、回転軸２４を介して回転駆動力を圧縮機２１に伝え、圧縮機２１を回転駆動させる。
【００２２】
第２のガスタービンエンジン２０には、ＥＣＵ２での制御に必要な各種状態量を検出するために、各種センサが設けられている。第１のガスタービンエンジン１０と同様に、圧縮機出口圧力を測定するための圧力センサ３５、燃焼器２２への流入空気流量を測定するための流量センサ３６、燃料流量を検出するための流量センサ３７、燃焼温度を検出するためのセンサ３８、及び回転軸２４の回転数を検出するための回転数センサ３９がそれぞれ設置されている。これらのセンサ３５〜３９は、検出した各信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２３】
また、吸気配管２７の入口には、圧縮機２１の吸気空気流量を調節するための可変ガイド弁（Variable Inlet Guide Vane：ＶＩＧＶ）４２が設けられている。この可変ガイド弁４２は、ＥＣＵ２に接続され、ＥＣＵ２からの制御信号によってその開度が制御されている。
【００２４】
ＥＣＵ２は、システム全体を制御するための電子制御ユニットであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random AccessMemory）などを備えて構成されている。ＥＣＵ２は、上述した各種センサから出力された検出信号を受信し、第１のガスタービンエンジン１０及び第２のガスタービンエンジン２０の燃焼、回転等を制御する。例えば、ＥＣＵ２は、流量センサ３２から出力された検出信号に基づいて燃焼器１２に供給する燃料流量を設定したり、あるいは回転数センサ３４からの検出信号に基づいて可変ガイド弁４０の開度を調節したりしている。
【００２５】
図１に示すように、抽気配管３は、第２のガスタービンエンジン２０の内部配管２５に連通されている。この抽気配管３は、内部配管２５，２６と共に、第１のガスタービンエンジン１０の圧縮機１１から抽出された圧縮空気を第２のガスタービンエンジン２０のタービン２３に導入するための抽気導入手段として機能する。第１のガスタービンエンジン１０の圧縮機１１から抽出された圧縮空気は、この抽気配管３及び内部配管２５を経由し、第２のガスタービンエンジン２０の燃焼器２２に導入され、更に内部配管２６を経由しタービン２３に導入される。
【００２６】
抽気配管３には、配管内を流れる圧縮空気の逆流を防止するための逆止弁４，５が設けられている。逆止弁４は、抽気配管３の入口付近（すなわち、圧縮機１１側）に取り付けられ、圧縮空気の圧縮機１１側への逆流を防止している。一方、逆止弁５は、抽気配管３の出口付近（すなわち、圧縮機２１側）に取り付けられ、圧縮空気の圧縮機２１への逆流を防止している。
【００２７】
また、抽気配管３には、逆止弁５を迂回するためのバイパス配管６が設けられている。バイパス配管６には、バイパス配管６内を流れる圧縮空気の流量を調節するためのバイパス弁４４が取り付けられている。バイパス弁４４は、電子制御式のものであって、その開度がＥＣＵ２によって制御されている。
【００２８】
次に、図２を参照し本実施形態に係るエンジンシステム１の動作について説明する。図２は、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの動作を示すフローチャートである。図２における制御処理は、ＥＣＵ２によって実行されるものである。
【００２９】
まず、Ｓ１０に示すように、可変ガイド弁の開度設定とバイパス弁の全閉が行われる。ここでは、可変ガイド弁４０が必要な開度に設定されると共に、可変ガイド弁４２及びバイパス弁４４が全閉とされる。
【００３０】
そして、Ｓ１１に移行し、第１のエンジン始動の処理が行われる。この処理では、ＥＣＵ２からスタータゼネレータ１７への始動信号が送信され、従って、スタータゼネレータ１７が回転し、回転軸１４を介して圧縮機１１及びタービン１３を回転駆動させる。
【００３１】
Ｓ１１に続くＳ１２では、第１のエンジンへの燃料噴射及び点火の処理が行われる。すなわち、圧縮機１１及びタービン１３の回転数が規定以上になった時に、燃焼器１２に燃料が噴射され、点火が実施される。これによって、圧縮機１１及びタービン１３の回転数が更に上昇し、第１のガスタービンエンジン１０は徐々に自立運転できる状態になる。
【００３２】
Ｓ１２が終了すると、Ｓ１３に移行し、第１のエンジン回転数の保持が行われる。圧縮機１１から抽出された圧縮空気を利用して第２のガスタービンエンジン２０を始動させるには、高圧且つ大量な空気が必要され、圧縮機１１の出力を更に高める必要がある。ここでは、可変ガイド弁４０が開かれ、圧縮機１１から抽気される空気の圧力及び流量が第２のガスタービンエンジン２０の始動に必要な値になるように、第１のガスタービンエンジン１０の回転数が保持される。
【００３３】
そして、Ｓ１４に移行し、圧縮空気の導入が行われる。この処理では、バイパス弁４４が開かれ、圧縮機１１から抽出された圧縮空気が抽気配管３に導入される。このとき、吸気配管２７の可変ガイド弁４２が閉じられているので、抽気配管３内の圧縮空気は、圧縮機２１を逆流せずに第２のガスタービンエンジン２０の燃焼器２２に導入される。燃焼器２２に導入された圧縮空気は、更に内部配管２６を経由し、タービン２３に流入し、タービン２３を回転駆動させる。タービン２３の回転により、圧縮機２１は回転駆動される。
【００３４】
Ｓ１４が終了すると、Ｓ１５に移行し、第２のエンジンへの燃料噴射及び点火が行われる。すなわち、タービン２３の回転は、どんどん加速し、その回転数が規定値に達した時に、燃焼器２２に燃料が噴射され、点火が実施される。これによって、圧縮機２１及びタービン２３の回転数が更に上昇し、第２のガスタービンエンジン２０は徐々に自立運転できる状態になる。
【００３５】
そして、Ｓ１６に移行し、可変ガイド弁開度の調節及びバイパス弁全閉が行われる。第２のガスタービンエンジン２０が自立運転できた時に、可変ガイド弁４２は徐々に開かれ、同時にバイパス弁４４は徐々に閉じられる。
【００３６】
具体的には、第２のガスタービンエンジン２０のアイドルが最も安定して運転できるように、可変ガイド弁４２とバイパス弁４４とのバランスを取りながら、それぞれの開度を調節する。最終的にはバイパス弁４４が全閉とされ、可変ガイド弁４２が最適な開度に固定される。これによって、第２のガスタービンエンジン２０の始動が完了する。
【００３７】
以下、図３を参照し図２の制御処理におけるシステム動作のタイミングチャートについて説明する。図３は、図１のガスタービンエンジンシステムの動作を示すタイミングチャートである。
【００３８】
初めに、第１のガスタービンエンジン１０の可変ガイド弁４０が必要な開度で開かれる。時刻ｔ１になった時に、ＥＣＵ２から第１のガスタービンエンジン１０への始動信号が送信され、スタータゼネレータ１７が回転し、回転軸１４を介して圧縮機１１及びタービン１３を回転駆動させる。これによって、第１のガスタービンエンジン１０の回転数が上昇する。
【００３９】
続いて時刻ｔ２になった時点で、第１のガスタービンエンジン１０の回転数が規定値以上になり、第１のガスタービンエンジン１０の燃焼器１２に燃料噴射が実施される。そして、時刻ｔ３になった時に、点火が行われる。
【００４０】
続いて時刻ｔ４において、点火が終了する。このとき、可変ガイド弁４０の開度が増大され、第１のガスタービンエンジン１０の回転数も上昇し続ける。そして、時刻ｔ５になった時点で、第１のガスタービンエンジン１０の回転数の上昇及び可変ガイド弁４０開度の増大が停止し、それぞれ一定値で保持される。
【００４１】
続いて時刻ｔ６において、バイパス弁４４が開かれる。このとき、圧縮機１１から抽出された圧縮空気が、抽気配管３を経由し第２のガスタービンエンジン２０のタービン２３に導入される。これによって、第２のガスタービンエンジン２０は回転駆動される。そして、時刻ｔ７になった時に、バイパス弁４４が一定の開度で維持される。
【００４２】
第２のガスタービンエンジン２０の回転数が規定値に達した時に（時刻ｔ８）、第２のガスタービンエンジン２０への燃料噴射が行われる。そして、時刻ｔ９になった時に、点火が行われる。これにより、第２のガスタービンエンジン２０の回転数が更に上昇する。
【００４３】
続いて時刻ｔ１０において、点火が終了する。第２のガスタービンエンジン２０が自立運転できた時に（時刻ｔ１１）、バイパス弁４４は徐々に閉じられ、同時に可変ガイド弁４２は徐々に開かれる。そして、第２のガスタービンエンジン２０のアイドルが最も安定した運転できるまで、可変ガイド弁４２とバイパス弁４４とのバランスを取りながら、これらの開度が調節される。時刻ｔ１２の時に、バイパス弁４４が全閉とされ、可変ガイド弁４２が最適な開度に固定される。これによって、第２のガスタービンエンジン２０の始動が終了する。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係るエンジンシステム１によれば、スタータゼネレータ１７により第１のガスタービンエンジン１０を始動させた後に、抽気配管３を介し圧縮機１１から抽出された圧縮空気を第２のガスタービンエンジン２０のタービン２３に導入させ、その圧縮空気を利用しタービン２３を回転させて、第２のガスタービンエンジン２０を始動させる。これによって、１つのスタータゼネレータ１７で２基のガスタービンエンジンを始動させることが可能となり、従来と比べてスタータゼネレータ１７の数を減らすことができる。その結果、システム全体の軽量化を向上することができると共に、コストの削減を図ることが可能となる。
【００４５】
また、従来と比べてスタータゼネレータ１７の数を減らすことにより、システム全体の大きさを小さくすることが可能となるので、コンパクト化を図ることができる。システム全体の軽量化の向上によって、燃費の向上を図ることが可能となる。
【００４６】
更に、圧縮機２１の吸気空気流量を調節するための可変ガイド弁４２が設けられているので、例えば、圧縮空気をタービン２３に導入する際に、この可変ガイド弁４２を全閉とすることによって、導入された圧縮空気が圧縮機２１を経由し外部への流出を防止することができるので、第２のガスタービンエンジン２０を始動し易くなる。そして、第２のガスタービンエンジン２０の始動後に、可変ガイド弁４２の開度を適宜調節することにより、圧縮機２１の吸気空気流量を増大させ、第２のガスタービンエンジン２０が自立運転し易くなる。
【００４７】
なお、上述した実施形態は本発明に係るガスタービンエンジンシステムの一例を説明したものであり、本発明に係るガスタービンエンジンシステムは本実施形態に記載したものに限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、ガスタービンエンジン２基を備えたシステムについて説明したが、これに限らず３基以上を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】図１のガスタービンエンジンシステムの動作を示すフローチャートである
【図３】図１のガスタービンエンジンシステムの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１…ガスタービンエンジンシステム、３…抽気配管、１０…第１のガスタービンエンジン、１１，２１…圧縮機、１２，２２…燃焼器、１３，２３…タービン、１７…スタータゼネレータ、２０…第２のガスタービンエンジン、４０，４２…可変ガイド弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数基のガスタービンエンジンを始動させるガスタービンエンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンエンジンシステムとして、例えば特開２００６−２１３１６８号公報に記載されるように、２基のガスタービンエンジンを備えた垂直離着陸機であって、圧縮機で圧縮された空気の一部を外部に取り出し、その取り出した高圧空気をエネルギとして垂直離着機の推力発生器で推力を発生させるものが知られている。このシステムは、ガスタービンエンジンから抽出された高圧空気を利用し推力を発生させることにより、垂直離着陸機の軽量化及び燃費の向上を図ろうとするものである。
【特許文献１】特開２００６−２１３１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したガスタービンエンジンシステムにあっては、エンジンを始動させるための始動装置をエンジン毎に設ける必要があるので、機体への搭載重量が重くなり、軽量化を図り難く、製造コストが高くなる問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、軽量化及び低コスト化を可能にしたガスタービンエンジンシステム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】
【０００５】
すなわち、本発明に係るガスタービンエンジンシステムは、少なくとも第１のガスタービンエンジンと第２のガスタービンエンジンとを有するガスタービンエンジンシステムであって、第１のガスタービンエンジンを始動させるための始動手段と、第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気を第２のガスタービンエンジンのタービンに導入するための抽気導入手段と、を備えて構成されている。
【０００６】
この発明によれば、始動手段により第１のガスタービンエンジンを始動させた後に、第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気を抽気導入手段によって第２のガスタービンエンジンのタービンに導入させ、その圧縮空気を利用しタービンを回転させることで、第２のガスタービンエンジンを始動させる。これによって、１つの始動手段で複数基のガスタービンエンジンを始動させることが可能となり、従来と比べて始動手段の数を減らすことができる。その結果、システム全体の軽量化を向上することができると共に、コストの削減を図ることが可能となる。また、このようにガスタービンエンジンの始動手段を減らすことにより、システム全体の大きさを小さくすることが可能となり、コンパクト化を図ることができる。
【０００７】
また本発明に係るガスタービンエンジンシステムにおいて、抽気導入手段は、第２のガスタービンエンジンの燃焼器を介し、第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気をタービンに導入することが好適である。
【０００８】
この発明によれば、第２のガスタービンエンジンの燃焼器では、抽気導入手段により導入された圧縮空気を利用し、燃料と混合し燃焼させることによって、第２のガスタービンエンジンが自立運転し易くなる。
【０００９】
また本発明に係るガスタービンエンジンシステムにおいて、第２のガスタービンエンジンには、圧縮機の吸気空気流量を調節するための吸気制御弁が設けられ、吸気制御弁は、第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気をタービンに導入する際に全閉とされていることが好適である。
【００１０】
この発明によれば、圧縮空気を第２のガスタービンエンジンのタービンに導入する際に、吸気制御弁を全閉とすることによって、導入された圧縮空気が圧縮機を経由し外部への流出を防止することができ、第２のガスタービンエンジンを始動し易くなる。そして、第２のガスタービンエンジンの始動後に、吸気制御弁の開度を適宜調節することにより、圧縮機の吸気空気流量を増大させ、第２のガスタービンエンジンが自立運転し易くなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量化及び低コスト化を可能にしたガスタービンエンジンシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム（以下、エンジンシステムという）１は、例えば小型の飛行体に搭載され、推力発生器として用いられる。
【００１４】
このエンジンシステム１は、第１のガスタービンエンジン１０、第２のガスタービンエンジン２０、これらのガスタービンエンジンを制御するためのＥＣＵ２を備えて構成されている。第１のガスタービンエンジン１０は、抽気式ガスタービンエンジンであって、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３を備え、圧縮機１１とタービン１３とが回転軸１４によって連結されている。圧縮機１１は、吸気配管１９を介して空気を取り込み、取り込んだ空気を圧縮するものである。そして、圧縮機１１は、圧縮された高圧空気を内部配管１５を介して燃焼器１２に供給すると共に、抽気配管３を介して第２のガスタービンエンジン２０側に送り出している。
【００１５】
燃焼器１２は、圧縮機１１から供給された圧縮空気と、燃料アクチュエータ（図示せず）から供給された燃料とを混合し燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。この燃焼器１２は、内部配管１６によってタービン１３と連通されている。燃焼器１２で生成された高温高圧の燃焼ガスは、内部配管１６を経由しタービン１３に供給される。タービン１３は、供給された燃焼ガスの流れによって回転されると共に、燃焼ガスを外部に排気する。タービン１３は、回転軸１４を介して回転駆動力を圧縮機１１に伝え、圧縮機１１を回転駆動させる。
【００１６】
第１のガスタービンエンジン１０には、タービンエンジンを始動させるためのスタータゼネレータ１７が取り付けられている。スタータゼネレータ１７は、シャフト１７ａと減速機１８とを介し回転軸１４に連結されている。このスタータゼネレータ１７は、例えば図示しないバッテリから供給される電力によって回転駆動される。そして、スタータゼネレータ１７の回転駆動力は、減速機１８によって所定の減速比で減速され、回転軸１４に伝達される。圧縮機１１とタービン１３とは、この回転軸１４の回転によって駆動される。
【００１７】
第１のガスタービンエンジン１０には、ＥＣＵ２での制御に必要な各種状態量を検出するために、各種センサが設けられている。例えば、圧縮機１１出口の付近には、圧縮機１１の出口圧力を測定するための圧力センサ３０と、内部配管１５の途中には、燃焼器１２への流入空気流量を測定するための流量センサ３１がそれぞれ設置されている。
【００１８】
また、燃焼器１２には、燃料流量を検出するための流量センサ３２と、燃焼温度を検出するための温度センサ３３が設置されている。更に、回転軸１４には、回転数を検出するための回転数センサ３４が取り付けられている。これらのセンサ３０〜３４は、検出した各信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１９】
吸気配管１９の入口には、圧縮機１１の吸気空気流量を調節するための可変ガイド弁（Variable Inlet Guide Vane：ＶＩＧＶ）４０が設けられている。この可変ガイド弁４０は、ＥＣＵ２に接続され、ＥＣＵ２からの制御信号によってその開度が制御されている。
【００２０】
第２のガスタービンエンジン２０は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を備え、圧縮機２１とタービン２３とが回転軸２４によって連結されている。圧縮機２１は、吸気配管２５を介して空気を取り込み、取り込んだ空気を圧縮するものである。そして、圧縮機２１は、圧縮された高圧空気を内部配管２５を介して燃焼器２２に供給する。
【００２１】
燃焼器２２は、圧縮機２１から供給された圧縮空気と、燃料アクチュエータ（図示せず）から供給された燃料とを混合し燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。この燃焼器２２は、内部配管２６によってタービン２３と連通されている。燃焼器２２で生成された高温高圧の燃焼ガスは、内部配管２６を経由しタービン２３に供給される。タービン２３は、供給された燃焼ガスの流れによって回転されると共に、燃料ガスを外部に排気する。タービン２３は、回転軸２４を介して回転駆動力を圧縮機２１に伝え、圧縮機２１を回転駆動させる。
【００２２】
第２のガスタービンエンジン２０には、ＥＣＵ２での制御に必要な各種状態量を検出するために、各種センサが設けられている。第１のガスタービンエンジン１０と同様に、圧縮機出口圧力を測定するための圧力センサ３５、燃焼器２２への流入空気流量を測定するための流量センサ３６、燃料流量を検出するための流量センサ３７、燃焼温度を検出するためのセンサ３８、及び回転軸２４の回転数を検出するための回転数センサ３９がそれぞれ設置されている。これらのセンサ３５〜３９は、検出した各信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２３】
また、吸気配管２７の入口には、圧縮機２１の吸気空気流量を調節するための可変ガイド弁（Variable Inlet Guide Vane：ＶＩＧＶ）４２が設けられている。この可変ガイド弁４２は、ＥＣＵ２に接続され、ＥＣＵ２からの制御信号によってその開度が制御されている。
【００２４】
ＥＣＵ２は、システム全体を制御するための電子制御ユニットであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random AccessMemory）などを備えて構成されている。ＥＣＵ２は、上述した各種センサから出力された検出信号を受信し、第１のガスタービンエンジン１０及び第２のガスタービンエンジン２０の燃焼、回転等を制御する。例えば、ＥＣＵ２は、流量センサ３２から出力された検出信号に基づいて燃焼器１２に供給する燃料流量を設定したり、あるいは回転数センサ３４からの検出信号に基づいて可変ガイド弁４０の開度を調節したりしている。
【００２５】
図１に示すように、抽気配管３は、第２のガスタービンエンジン２０の内部配管２５に連通されている。この抽気配管３は、内部配管２５，２６と共に、第１のガスタービンエンジン１０の圧縮機１１から抽出された圧縮空気を第２のガスタービンエンジン２０のタービン２３に導入するための抽気導入手段として機能する。第１のガスタービンエンジン１０の圧縮機１１から抽出された圧縮空気は、この抽気配管３及び内部配管２５を経由し、第２のガスタービンエンジン２０の燃焼器２２に導入され、更に内部配管２６を経由しタービン２３に導入される。
【００２６】
抽気配管３には、配管内を流れる圧縮空気の逆流を防止するための逆止弁４，５が設けられている。逆止弁４は、抽気配管３の入口付近（すなわち、圧縮機１１側）に取り付けられ、圧縮空気の圧縮機１１側への逆流を防止している。一方、逆止弁５は、抽気配管３の出口付近（すなわち、圧縮機２１側）に取り付けられ、圧縮空気の圧縮機２１への逆流を防止している。
【００２７】
また、抽気配管３には、逆止弁５を迂回するためのバイパス配管６が設けられている。バイパス配管６には、バイパス配管６内を流れる圧縮空気の流量を調節するためのバイパス弁４４が取り付けられている。バイパス弁４４は、電子制御式のものであって、その開度がＥＣＵ２によって制御されている。
【００２８】
次に、図２を参照し本実施形態に係るエンジンシステム１の動作について説明する。図２は、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの動作を示すフローチャートである。図２における制御処理は、ＥＣＵ２によって実行されるものである。
【００２９】
まず、Ｓ１０に示すように、可変ガイド弁の開度設定とバイパス弁の全閉が行われる。ここでは、可変ガイド弁４０が必要な開度に設定されると共に、可変ガイド弁４２及びバイパス弁４４が全閉とされる。
【００３０】
そして、Ｓ１１に移行し、第１のエンジン始動の処理が行われる。この処理では、ＥＣＵ２からスタータゼネレータ１７への始動信号が送信され、従って、スタータゼネレータ１７が回転し、回転軸１４を介して圧縮機１１及びタービン１３を回転駆動させる。
【００３１】
Ｓ１１に続くＳ１２では、第１のエンジンへの燃料噴射及び点火の処理が行われる。すなわち、圧縮機１１及びタービン１３の回転数が規定以上になった時に、燃焼器１２に燃料が噴射され、点火が実施される。これによって、圧縮機１１及びタービン１３の回転数が更に上昇し、第１のガスタービンエンジン１０は徐々に自立運転できる状態になる。
【００３２】
Ｓ１２が終了すると、Ｓ１３に移行し、第１のエンジン回転数の保持が行われる。圧縮機１１から抽出された圧縮空気を利用して第２のガスタービンエンジン２０を始動させるには、高圧且つ大量な空気が必要され、圧縮機１１の出力を更に高める必要がある。ここでは、可変ガイド弁４０が開かれ、圧縮機１１から抽気される空気の圧力及び流量が第２のガスタービンエンジン２０の始動に必要な値になるように、第１のガスタービンエンジン１０の回転数が保持される。
【００３３】
そして、Ｓ１４に移行し、圧縮空気の導入が行われる。この処理では、バイパス弁４４が開かれ、圧縮機１１から抽出された圧縮空気が抽気配管３に導入される。このとき、吸気配管２７の可変ガイド弁４２が閉じられているので、抽気配管３内の圧縮空気は、圧縮機２１を逆流せずに第２のガスタービンエンジン２０の燃焼器２２に導入される。燃焼器２２に導入された圧縮空気は、更に内部配管２６を経由し、タービン２３に流入し、タービン２３を回転駆動させる。タービン２３の回転により、圧縮機２１は回転駆動される。
【００３４】
Ｓ１４が終了すると、Ｓ１５に移行し、第２のエンジンへの燃料噴射及び点火が行われる。すなわち、タービン２３の回転は、どんどん加速し、その回転数が規定値に達した時に、燃焼器２２に燃料が噴射され、点火が実施される。これによって、圧縮機２１及びタービン２３の回転数が更に上昇し、第２のガスタービンエンジン２０は徐々に自立運転できる状態になる。
【００３５】
そして、Ｓ１６に移行し、可変ガイド弁開度の調節及びバイパス弁全閉が行われる。第２のガスタービンエンジン２０が自立運転できた時に、可変ガイド弁４２は徐々に開かれ、同時にバイパス弁４４は徐々に閉じられる。
【００３６】
具体的には、第２のガスタービンエンジン２０のアイドルが最も安定して運転できるように、可変ガイド弁４２とバイパス弁４４とのバランスを取りながら、それぞれの開度を調節する。最終的にはバイパス弁４４が全閉とされ、可変ガイド弁４２が最適な開度に固定される。これによって、第２のガスタービンエンジン２０の始動が完了する。
【００３７】
以下、図３を参照し図２の制御処理におけるシステム動作のタイミングチャートについて説明する。図３は、図１のガスタービンエンジンシステムの動作を示すタイミングチャートである。
【００３８】
初めに、第１のガスタービンエンジン１０の可変ガイド弁４０が必要な開度で開かれる。時刻ｔ１になった時に、ＥＣＵ２から第１のガスタービンエンジン１０への始動信号が送信され、スタータゼネレータ１７が回転し、回転軸１４を介して圧縮機１１及びタービン１３を回転駆動させる。これによって、第１のガスタービンエンジン１０の回転数が上昇する。
【００３９】
続いて時刻ｔ２になった時点で、第１のガスタービンエンジン１０の回転数が規定値以上になり、第１のガスタービンエンジン１０の燃焼器１２に燃料噴射が実施される。そして、時刻ｔ３になった時に、点火が行われる。
【００４０】
続いて時刻ｔ４において、点火が終了する。このとき、可変ガイド弁４０の開度が増大され、第１のガスタービンエンジン１０の回転数も上昇し続ける。そして、時刻ｔ５になった時点で、第１のガスタービンエンジン１０の回転数の上昇及び可変ガイド弁４０開度の増大が停止し、それぞれ一定値で保持される。
【００４１】
続いて時刻ｔ６において、バイパス弁４４が開かれる。このとき、圧縮機１１から抽出された圧縮空気が、抽気配管３を経由し第２のガスタービンエンジン２０のタービン２３に導入される。これによって、第２のガスタービンエンジン２０は回転駆動される。そして、時刻ｔ７になった時に、バイパス弁４４が一定の開度で維持される。
【００４２】
第２のガスタービンエンジン２０の回転数が規定値に達した時に（時刻ｔ８）、第２のガスタービンエンジン２０への燃料噴射が行われる。そして、時刻ｔ９になった時に、点火が行われる。これにより、第２のガスタービンエンジン２０の回転数が更に上昇する。
【００４３】
続いて時刻ｔ１０において、点火が終了する。第２のガスタービンエンジン２０が自立運転できた時に（時刻ｔ１１）、バイパス弁４４は徐々に閉じられ、同時に可変ガイド弁４２は徐々に開かれる。そして、第２のガスタービンエンジン２０のアイドルが最も安定した運転できるまで、可変ガイド弁４２とバイパス弁４４とのバランスを取りながら、これらの開度が調節される。時刻ｔ１２の時に、バイパス弁４４が全閉とされ、可変ガイド弁４２が最適な開度に固定される。これによって、第２のガスタービンエンジン２０の始動が終了する。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係るエンジンシステム１によれば、スタータゼネレータ１７により第１のガスタービンエンジン１０を始動させた後に、抽気配管３を介し圧縮機１１から抽出された圧縮空気を第２のガスタービンエンジン２０のタービン２３に導入させ、その圧縮空気を利用しタービン２３を回転させて、第２のガスタービンエンジン２０を始動させる。これによって、１つのスタータゼネレータ１７で２基のガスタービンエンジンを始動させることが可能となり、従来と比べてスタータゼネレータ１７の数を減らすことができる。その結果、システム全体の軽量化を向上することができると共に、コストの削減を図ることが可能となる。
【００４５】
また、従来と比べてスタータゼネレータ１７の数を減らすことにより、システム全体の大きさを小さくすることが可能となるので、コンパクト化を図ることができる。システム全体の軽量化の向上によって、燃費の向上を図ることが可能となる。
【００４６】
更に、圧縮機２１の吸気空気流量を調節するための可変ガイド弁４２が設けられているので、例えば、圧縮空気をタービン２３に導入する際に、この可変ガイド弁４２を全閉とすることによって、導入された圧縮空気が圧縮機２１を経由し外部への流出を防止することができるので、第２のガスタービンエンジン２０を始動し易くなる。そして、第２のガスタービンエンジン２０の始動後に、可変ガイド弁４２の開度を適宜調節することにより、圧縮機２１の吸気空気流量を増大させ、第２のガスタービンエンジン２０が自立運転し易くなる。
【００４７】
なお、上述した実施形態は本発明に係るガスタービンエンジンシステムの一例を説明したものであり、本発明に係るガスタービンエンジンシステムは本実施形態に記載したものに限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、ガスタービンエンジン２基を備えたシステムについて説明したが、これに限らず３基以上を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】図１のガスタービンエンジンシステムの動作を示すフローチャートである
【図３】図１のガスタービンエンジンシステムの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１…ガスタービンエンジンシステム、３…抽気配管、１０…第１のガスタービンエンジン、１１，２１…圧縮機、１２，２２…燃焼器、１３，２３…タービン、１７…スタータゼネレータ、２０…第２のガスタービンエンジン、４０，４２…可変ガイド弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１のガスタービンエンジンと第２のガスタービンエンジンとを有するガスタービンエンジンシステムであって、
前記第１のガスタービンエンジンを始動させるための始動手段と、
前記第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気を前記第２のガスタービンエンジンのタービンに導入するための抽気導入手段と、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジンシステム。
【請求項２】
前記抽気導入手段は、前記第２のガスタービンエンジンの燃焼器を介し、前記第１のガスタービンエンジンの前記圧縮機から抽出された圧縮空気を前記タービンに導入する請求項１に記載のガスタービンエンジンシステム。
【請求項３】
前記第２のガスタービンエンジンには、圧縮機の吸気空気流量を調節するための吸気制御弁が設けられ、前記吸気制御弁は、前記第１のガスタービンエンジンの前記圧縮機から抽出された圧縮空気を前記タービンに導入する際に全閉とされている請求項１又は２に記載のガスタービンエンジンシステム。
【請求項１】
少なくとも第１のガスタービンエンジンと第２のガスタービンエンジンとを有するガスタービンエンジンシステムであって、
前記第１のガスタービンエンジンを始動させるための始動手段と、
前記第１のガスタービンエンジンの圧縮機から抽出された圧縮空気を前記第２のガスタービンエンジンのタービンに導入するための抽気導入手段と、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジンシステム。
【請求項２】
前記抽気導入手段は、前記第２のガスタービンエンジンの燃焼器を介し、前記第１のガスタービンエンジンの前記圧縮機から抽出された圧縮空気を前記タービンに導入する請求項１に記載のガスタービンエンジンシステム。
【請求項３】
前記第２のガスタービンエンジンには、圧縮機の吸気空気流量を調節するための吸気制御弁が設けられ、前記吸気制御弁は、前記第１のガスタービンエンジンの前記圧縮機から抽出された圧縮空気を前記タービンに導入する際に全閉とされている請求項１又は２に記載のガスタービンエンジンシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−７１２６１（Ｐ２０１０−７１２６１Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２８３４（Ｐ２００８−２４２８３４）
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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