Система для управления охлаждением дисков турбомашин при их термоциклических испытаниях на прочность

 

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к устройствам управления температурой дисков турбомашин при термоциклических стендовых испытаниях их на прочность. В термобарокамере вращается по заданной программе диск 2 турбомашины, который по сигналам с автоматического устройства 4 управления струйным охлаждением нагревается автоматическими устройствами 3 управления индукционным нагревом и охлаждается воздухом, подаваемым по подводящим трубопроводам 9 через отсечные клапаны 22 и регулирующие органы 10 с аэродинамическими соплами 11. Сигнал рассогласования на выходе блока 6 суммирования между сигналами с датчика 21 температуры и программно-задающего устройства 5 воздействует на устройство 3 управления индукционным нагревом и регулятор температуры, который через третий ключ 18 формирует управляющий сигнал на регулятор 15 расхода, который по этому сигналу и сигналам с датчика 12 расхода и датчика 13 положения исполнительного механизма 8 управляет положением регулирующего органа 10. Отсечной клапан 22 открывается или закрывается по сигналу с компаратора 19. Такое выполнение системы позволяет увеличить точность регулирования температуры диска 2 за счет начального открытия регулирующих органов 10 перед началом охлаждения. 3 ил.

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к устройствам управления температурной дисков турбомашин при термоциклических стендовых испытаниях их на прочность. Цель изобретения - повышение точности устройства. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 - пример конкретного выполнения автоматического устройства индукционным нагревом, на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства. Устройство для управления охлаждением дисков турбомашин при их термоциклических испытаниях на прочность (фиг. 1) содержит термобарокамеру 1 с вращающимся в ней по заданной программе диском 2 и связанные с термобарокамерой 1 автоматические устройства 3 управления индукционным нагревом и автоматические устройства 4 управления струйным охлаждением, каждое из последних содержит программно-задающее устройство 5, блок 6 суммирования, регулятор 7 температуры, исполнительный механизм 8 и установленные на подводящих трубопроводах 9 охлаждающего воздуха регулирующий орган 10 с аэродинамическими соплами 11, связанный с исполнительным механизмом 8, и датчик 12 расхода. Кроме того, в каждом автоматическом устройстве 4 управления струйным охлаждением устройства также содержит последовательно соединенные датчик 13 положения исполнительного механизма 8, первый ключ 14 и регулятор 15 расхода, последовательно соединенные второй ключ 16, интегратор 17 и третий ключ 18, последовательно соединенные компаратор 19 и реле 20 времени, датчик 21 температуры и установленный на подводящем трубопроводе 9 охлаждающего воздуха отсечной клапан 22, датчик 21 температуры подключен к входу блока 6 суммирования, к второму входу которого подключено программно-задающее устройство 5, а выход которого подключен к входу соответствующего автоматического устройства 3 управления индукционным нагревом, входу компаратора 19, к входу второго ключа 16, к второму входу которого подключен выход реле 20 времени, и к входу регулятора 7 температуры, выход которого подключен к второму входу третьего ключа 18, выход которого подключен к первому входу регулятора 15 расхода, второй вход которого подключен к выходу первого ключа 14, третий - к выходу датчика 12 расхода, а выход - к исполнительному механизму 8, выход компаратора 19 подключен к отсчетному клапану 22 и к второму и третьему входам первого и третьего ключей 14 и 18 соответственно. Регулирующие органы 10 могут быть выполнены в виде регулирующих дросселей. Автоматическое устройство 3 управления индукционным нагревом может быть выполнено в виде (фиг. 2) двигателя 23, генератора 24, обмотки возбуждения 25, конденсаторной батареи 26, измерительного прибора 27, вторичного задатчика 28, системы 29 программного управления температурным полем изделия, понижающего трансформатора 30, индуктора 31, термопары 32, токосъемника 33. С термобарокамерой 1 связаны вакуумные насосы 34 (фиг. 1). Устройство работает следующим образом. Сигнал задания с выхода программно-задающего устройства 5 (фиг. 2) графика поступает на второй вход блока 6 суммирования, на первый вход которого поступает сигнал отрицательной обратной связи с выхода датчика 21 температуры. Разность этих сигналов U₆ (сигнал ошибки системы) в зависимости от ее знака воздействует либо на соответствующее автоматическое устройство 4 управления индукционным нагревом, либо на регулятор 7 температуры. На интервале нагрева сигнал ошибки системы U₆ имеет положительную полярность (фиг. 3, график б), а на интервале охлаждения - отрицательную. На этапе охлаждения диска сигнал ошибки системы поступает на регулятор 7 температуры, который формирует сигнал, воздействующий на регулятор 15 расхода, а последний регулирует поток массы охлаждающего воздуха таким образом, чтобы охлаждение диска протекало по заданной программе. Это возможно только в том случае, если время полного открытия регулирующих органов 10 будет намного меньше времени охлаждения диска. В действительности эти времена соизмеримы - время полного хода регулирующего органа 10 равно 100-120 с, а диск охлаждается 150 . . . 200 с. Поэтому, если не принять специальных мер, то программа сигнала задания будет отрабатываться с недопустимой погрешностью (фиг. 3, график б, U₆ на интервале t₂t₄). Точность регулирования увеличивается за счет установления начального открытия регулирующих органов 10 перед началом охлаждения. Выставление начального положения x₁₀ регулирующих органов 10 осуществляется в функции сигнала ошибки U₆, измеренного на предыдущем цикле охлаждения. С этой целью в подводящих трубопроводах 9 охлаждающего воздуха последовательно с регулирующими органами 10 включены отсечные клапаны 22, открывающиеся на время охлаждения диска 2 положительным сигналом U₁₉ компаратора 19 (фиг. 3, кривая в). В остальное время он закрыт и охлаждающий воздух в термобарокамеру 1 не поступает. Термоциклические испытания начинаются с нагрева диска. При этом сигнал ошибки U₆ > 0, выходные сигналы компаратора 19 U₁₉ и реле 20 времени U₂₀ так же равны нулю, а первый, второй и третий ключи 14, 16 и 18 находятся в состоянии, показанном на фиг. 1. В результате чего на первый вход регулятора 15 расхода поступает сигнал с выхода интегратора 17, который для первого цикла равняется нулю, что соответствует полностью закрытому регулирующему органу 10 (фиг. 2, кривая в, первый цикл). Этап нагрева и выдержки сменяется охлаждением. В этот момент сигнал на выходе блока 6 сумматоров меняет знак на отрицательный. Выходной сигнал компаратора 19 становится равным единице, что приводит к открытию отсчетного клапана 22, разрыву первого ключа 14 и переключению выхода третьего ключа 18 с выхода интегратора 17 на выход регулятора 7 температуры. Входным сигналом теперь для регулятора 15 расхода является выходной сигнал регулятора 7 температуры, а сигналом обратной связи - сигнал с датчика 12 расхода. Одновременно с этим единичный выходной сигнал с компаратора 19 запускает реле 20 времени (фиг. 3, кривая г), которое держит второй ключ 16 замкнутым в течение нескольких секунд в начале этапа охлаждения. Таким образом, сигнал с выхода блока 6 суммирования (пропорциональный отклонению температуры диска от заданной программно-задающим устройством Б в начале охлаждения, вызванному полностью закрытым регулирующим дросселем) поступает на вход интегратора 17. По истечении уставки времени Δ t реле 20 времени второй ключ 16 размыкается и устройство продолжает функционировать в оставшееся время этапа охлаждения обычным образом: система автоматического управления охлаждением отрабатывает заданную программу. После окончания охлаждения, сигнал ошибки U₆ меняет знак, что приводит к закрытию отсечного клапана 22, включению первого ключа 14 и подключению к входу регулятора 15 расхода выхода интегратора 17. Теперь работает система индукционного нагрева и одновременно регулятор 15 расхода выставляется в начальное состояние, пропорциональное ошибке системы, "накопленной" интегратором 17 в первые секунды после начала охлаждения (фиг. 3, кривая в, второй цикл). По окончании этого нагрева снова начинается процесс охлаждения, но регулирующий орган 10 будет уже предварительно открыт и сигнал ошибки системы будет меньше, чем в первом цикле (фиг. 2, кривая б). Она вновь интегрируется интегратором 17 в течение времени Δ t и на интервале нагрева третьего цикла регулирующий орган 10 приоткроется еще. Таким образом, от цикла к циклу сигнал ошибки системы "сам" устранит себя, и на последующих циклах испытаний он достигнет заданной величины. Т. о. эффект от использования данного устройства для управления охлаждением дисков турбомашин при их термоциклических испытаниях на прочность заключается в более точной отработке заданной программы вследствие того, что в начале цикла охлаждения регулирующий орган выставляется в начальное состояние, обеспечивающее требуемую интенсивность охлаждения, а также в увеличении срока службы регулирующих органов за счет того, что в каждом цикле им не приходится совершать обратный ход с целью перекрытия воздушной магистрали. Эту функцию выполняют отсечные клапаны, имеющие значительно больший ресурс, чем регулирующие органы, выполненные в виде регулирующих дросселей.

Формула изобретения

СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ ДИСКОВ ТУРБОМАШИН ПРИ ИХ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ НА ПРОЧНОСТЬ , содеpжащая теpмобаpокамеpу с вpащающимся в ней по заданной пpогpамме диском и связанные с теpмобаpокамеpой автоматические устpойства упpавления индукционным нагpевом и автоматические устpойства упpавления стpуйным охлаждением, каждое из последних содеpжит пpогpаммнозадающее устpойство, блок суммиpования, pегулятоp темпеpатуpы, исполнительный механизм и установленные на подводящих тpубопpоводах охлаждающего воздуха pегулиpующий оpган с аэpодинамическими соплами, связанный с исполнительным механизмом, и датчик pасхода, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, она дополнительно в каждом автоматическом устpойстве упpавления стpуйным охлаждением содеpжит последовательно соединенные датчик положения исполнительного механизма, пеpвый ключ и pегулятоp pасхода, последовательно соединенные втоpой ключ, интегpатоp и тpетий ключ, последовательно соедиенные компаpатоp и pеле вpемени, датчик темпеpатуpы и установленный на подводящем тpубопpоводе охлаждающего воздуха отсечной клапан, датчик темпеpатуpы подключен к входу блока суммиpования, к втоpому входу котоpого подключено пpогpаммно-задающее устpойство, а выход котоpого подключен к входу соответствующего автоматического устpойства упpавления индукционным нагpевом, входу компаpатоpа, к входу втоpого ключа, к втоpому входу котоpого подключен выход pеле вpемени, и к входу pегулятоpа темпеpатуpы, выход котоpого подключен к втоpому входу тpетьего ключа, выход котоpого подключен к пеpвому входу pегулятоpа pасхода, втоpой вход котоpого подключен к выходу пеpвого ключа, тpетий - к выходу датчика pасхода, а выход - к исполнительному механизму, выход компаpатоpа подключен к отсечному клапану и к втоpому и тpетьему входам пеpвого и тpетьего ключей соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3