Способ защиты газотурбинного двигателя

Авторы патента:

F02C9/46 - аварийная система управления топливоподачей

Владельцы патента RU 2474713:

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СТАР" (RU)

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления ГТД. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно в зависимости от положения РУД, закрылков и стояночного тормоза самолета, частоты вращения турбокомпрессора двигателя формируют сигнал «Блокировка взлетного режима» (БВР), по положению РУД формируют минимально допустимое значение частоты вращения турбокомпрессора, сравнивают минимально допустимое значение частоты вращения и измеренное, полученное рассогласование используют в качестве ошибки регулирования для управления расходом топлива в КС до момента снятия сигнала БВР. Технический результат изобретения - повышение надежности работы двигателя и безопасности самолета за счет повышения качества работы САУ в части защиты ГТД от потери тяги на режиме взлета. 1 ил.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Известен способ защиты ГТД от перегрева газогенератора, реализованный в гидромеханической САУ с электронным ограничителем температуры газов за турбиной, заключающийся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, выключают двигатель, Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.180-182.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность и невозможность использования на одномоторных летательных аппаратах (ЛА).

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ защиты ГТД заключающийся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения, на режиме запуска двигателя через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в двигатель на время 0,3…0,5 секунд, патент РФ №2329388 от 20 июля 2008 г.

Недостатком известного способа является следующее. На режиме взлета самолета при сбое в канале измерения температуры газов, приводящем к завышению измеренной температуры относительно истинной, возможно неограниченное уменьшение расхода топлива в КС и, как следствие, потеря тяги двигателя, что снижает его надежность как основного элемента силовой установки (СУ) самолета и безопасность самого самолета.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности работы двигателя и безопасности самолета.

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты газотурбинного двигателя, заключающемся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения, на режиме запуска двигателя через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в двигатель на время 0,3…0,5 секунд, дополнительно в зависимости от положения РУД, закрылков и стояночного тормоза самолета, частоты вращения турбокомпрессора двигателя формируют сигнал «Блокировка взлетного режима» (БВР), по положению РУД формируют минимально допустимое значение частоты вращения турбокомпрессора, сравнивают минимально допустимое значение частоты вращения и измеренное, полученное рассогласование используют в качестве ошибки регулирования для управления расходом топлива в КС до момента снятия сигнала БВР.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД 1), электронный регулятор 2 (РЭД 2), агрегат 3 дозирования топлива (ДТ 3), клапан 4 прекращения подачи топлива (КО 4), причем ДТ 3 подключен к БД 1, а КО 4 - к ЭР 2, сигнальное табло 5 «Опасный режим работы двигателя», подключенное к ЭР 2.

РЭД 2 представляет собой бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), содержащую постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором содержится программное обеспечение (ПО), реализующее алгоритмы управления двигателем. Дополнительно БЦВМ оснащена устройствами ввода/вывода (УВВ) физических сигналов (из БД 1 и ДТ 3), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), необходимое для обработки процессором БЦВМ поступающей из УВВ информации, репрограммируемое запоминающее устройство (РПЗУ), необходимое для хранения информации, относящейся к индивидуальным характеристикам двигателя (эксплуатационные регулировки, наработки, остаток ресурса). БЦВМ, ПЗУ, ПО, УВВ, ОЗУ, процессор, РПЗУ на чертеже не показаны.

Устройство работает следующим образом.

В РЭД 2 с помощью БД 1 измеряют температуру газов за турбиной и сравнивают ее значение с заданным, хранящимся в ПЗУ (для двигателя ПС-90А2 производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, заданная температура газов за турбиной низкого давления равна 855 К). Если измеренная температура газов превысила заданное значение, по команде РЭД 2 с помощью ДТ 3 уменьшают расход топлива в КС до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения.

Дополнительно на режиме запуска двигателя в РЭД 2:

- через равные промежутки времени, заданные заранее (например, для электронных регуляторов РЭД-90, входящих в САУ двигателей ПС-90А, этот промежуток составляет 0,02 секунды), вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени;

- величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в десять раз больше, чем заданный промежуток времени (для двигателей ПС-90А эта постоянная составляет 0,5 секунды);

- вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя;

- сравнивают отношение с наперед заданной величиной (для двигателей ПС-90А эта величина составляет 0,48 К х секунду);

- если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени (для двигателей ПС-90А это время составляет 0,5 секунды), формируют сигнал на табло 5 «Опасный режим работы двигателя» и на время 0,3…0,5 секунды прекращают подачу топлива в КС двигателя, включив КО 4.

Обычно этого хватает, чтобы опасный для газогенератора рост температуры газов прекратился, и двигатель начал работать нормально.

Дополнительно в РЭД 2 зависимости от положения РУД, закрылков и стояночного тормоза самолета, частоты вращения турбокомпрессора двигателя (вся эта информация поступает в РЭД 2 из БД 1) формируют сигнал «Блокировка взлетного режима» (БВР), который выдается из РЭД 2 в регистрирующую аппаратуру самолета (не показана).

Сигнал БВР, например, на самолете Ту-204СМ с двигателями ПС-90А2 формируется при выполнении следующих условий:

- α_руд≥58° (положение РУД),

- отсутствие сигнала «Закрылки убраны»,

- наличие сигнала «Стояночный тормоз выключен»,

- n вд. ≥ 12055 об/мин (частота вращения турбокомпрессора двигателя).

При наличии сигнала БВР в РЭД 2 по положению РУД формируют минимально допустимое значение частоты вращения турбокомпрессора, сравнивают минимально допустимое значение частоты вращения и измеренное, полученное рассогласование до момента снятия сигнала БВР используют в качестве ошибки регулирования для формирования управляющего воздействия на ДТ 3, положение которого определяет величину расхода топлива в КС.

Таким образом, за счет повышения качества управления двигателем на режиме взлета самолета обеспечивается защита от сбоев в аппаратуре управления двигателем, приводящих к уменьшению расхода топлива в КС и, как следствие, потере тяги двигателя.

Это повышает надежность работы СУ и безопасность самолета.

Способ защиты газотурбинного двигателя (ГТД), заключающийся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения, на режиме запуска двигателя через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в двигатель на время 0,3…0,5 с, отличающийся тем, что дополнительно в зависимости от положения рычага управления двигателем (РУД), закрылков и стояночного тормоза самолета, частоты вращения турбокомпрессора двигателя формируют сигнал «Блокировка взлетного режима» (БВР), по положению РУД формируют минимально допустимое значение частоты вращения турбокомпрессора, сравнивают минимально допустимое значение частоты вращения и измеренное, полученное рассогласование используют в качестве ошибки регулирования для управления расходом топлива в КС до момента снятия сигнала БВР.

Способ определения погасания камеры сгорания газотурбинных двигателей // 2430252

Изобретение относится к области управления газотурбинными двигателями, используемыми в качестве силовых агрегатов в газовой и энергетических отраслях. .

Способ и устройство для уменьшения скорости вращения ротора в случае разрушения вала турбины газотурбинного двигателя // 2418965

Изобретение относится к способу, предназначенному для уменьшения в газотурбинном двигателе скорости вращения турбины, содержащей ротор, приводящий в движение тот или иной вал и имеющий возможность вращаться внутри статора, в случае разрушения упомянутого вала.

Способ защиты газотурбинного двигателя // 2376487

Способ защиты газотурбинного двигателя // 2329388

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления (САУ) ГТД.

Способ защиты газотурбинной установки от раскрутки силовой турбины // 2316665

Изобретение относится к системам управления газотурбинных установок, а именно к системам защиты газотурбинных установок для механического привода и привода электрогенератора от опасных забросов частоты вращения (раскрутки) свободной силовой турбины.

Предохранительное устройство для промывочной системы для инжекторов на жидком топливе в газовых турбинах // 2315192

Способ аварийной защиты газотурбинного двигателя при отказах и неисправностях // 2305788

Изобретение относится к области обеспечения безопасности полета самолета с газотурбинным двигателем. .

Способ предотвращения отклонения параметров силовой турбины турбомашинного агрегата при внезапном полном или частичном сбросе нагрузки // 2225945

Изобретение относится к области защиты турбомашинных агрегатов, включающих газотурбинные установки (газовые турбины и приводимые ими машины, например, генераторы), от опасных забросов частоты вращения при внезапном полном или частичном сбросе нагрузки.

Способ обнаружения отказов датчиков и контроля исправности объекта // 2126903

Изобретение относится к области систем управления сложных объектов техники, работающих в широком диапазоне режимов и нагрузок и может быть использовано в системах управления газотурбинных двигателей, турбин электростанций и т.д.

Способ защиты газотурбинного двигателя // 2493392

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления ГТД. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно замеряют частоту вращения компрессора ГТД, сравнивают ее с наперед заданным значением, определяемым расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТД, уточняемым в процессе приемосдаточных испытаний (ПСИ) для каждого конкретного ГТД и корректируемым в зависимости от положения рычага управления двигателя (РУД), температуры и давления воздуха на входе в ГТД, скорости полета самолета и величины отборов воздуха из компрессора ГТД на самолетные нужды, в случае если частота вращения компрессора ГТД растет и становится больше наперед заданного значения, уменьшают расход топлива в КС ГТД с помощью резервного устройства дозирования до тех пор, пока частота вращения компрессора ГТД не снизится до наперед заданного значения, обеспечивающего тягу ГТД требуемого уровня. Технический результат изобретения - повышение надежности работы ГТД и безопасности самолета за счет повышения качества работы САУ в части защиты ГТД от неконтролируемого роста тяги на критичных режимах полета самолета. 1 ил.

Способ защиты газотурбинной судовой установки // 2493393

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в локальных системах управления (ЛСУ) газотурбинными силовыми установками (ГТУ) судов различного назначения. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно с помощью автономного блока защиты двигателя (БЗД) ГТУ измеряют частоту вращения силовой турбины ГТУ, обеспечивающей привод судового винта, сравнивают измеренное значение с наперед заданным предельным, определяемым расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТУ и уточняемым в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, при увеличении частоты вращения силовой турбины выше наперед заданного предельного на наперед заданное время с помощью БЗД и стоп-крана прекращают подачу топлива в КС ГТУ, формируют сигнал «Защита по раскрутке силовой турбины» и передают его в систему управления судном. Технический результат изобретения - повышение надежности работы ГТУ и безопасности судна. 1 ил.

Обнаружение заборса оборотов свободной турбины посредством измерения на моментомере // 2564159

Устройство защиты от заброса оборотов свободной турбины газотурбинного двигателя, содержащего газогенератор, содержащий по меньшей мере один компрессор, камеру сгорания, по меньшей мере одну связанную турбину и систему регулирования впрыска топлива в упомянутую камеру сгорания, при этом газы, выходящие из упомянутого газогенератора, попадают на упомянутую свободную турбину, при этом упомянутое устройство содержит по меньшей мере одно средство измерения крутящего момента, установленное на выходном валу, механически соединенном с упомянутой свободной турбиной, и блок обработки сигнала, выполненный с возможностью передачи команды на уменьшение подачи топлива в упомянутую систему регулирования газотурбинного двигателя в случае обнаружения падения крутящего момента ниже заданного значения, в котором измерение крутящего момента, используемое для включения упомянутого уменьшения, осуществляют во время вращения, соответствующего доле оборота упомянутого выходного вала. Технический результат изобретения - повышение быстродействия уменьшения подачи топлива в газогенератор во время обнаружения поломки вала свободной турбины. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ определения погасания камеры сгорания газотурбинного двигателя // 2578012

(57) Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к способам определения погасания камеры сгорания газотурбинного двигателя, преимущественно авиационного назначения. Способ заключается в том, что измеряют давление P в х ∗ и температуру T в х ∗ воздуха на входе в газотурбинный двигатель, формируют заданное значение , характеризующее погасание камеры, определяют текущее значение , сравнивают с заданным , также дополнительно измеряют расход топлива Gт в камеру сгорания, формируют минимальное значение расхода топлива Gт мин в камеру сгорания, формируют функциональную зависимость (Gт/Pк)пр=f(nвд пр), где , и если одновременно текущее значение расхода топлива Gт больше расчетного значения расхода топлива, определенного по функциональной зависимости (Gт/Pк)пр=f(nвдпр), Gт больше Gт мин, и , то при отсутствии сигнала останова двигателя формируют информационный сигнал «погасание камеры сгорания» и выдают управляющую команду на включение агрегата зажигания камеры сгорания. Изобретение повышает достоверность определения факта погасания камеры сгорания и повышает надежность работы газотурбинного двигателя. 1 ил.

Устройство защиты двигателя от раскрутки // 2601781

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к средствам защиты двигателей самолетов от неконтролируемого превышения частоты оборотов вала. Технический результат: повышенная помехозащищенность, высокая точность измерения частоты. Устройство защиты двигателя от раскрутки, состоящее из двух разнородных каналов измерения частоты, содержащих формирователи импульсов, соединенные с цифровой схемой сравнения и микроконтроллером, которые в свою очередь последовательно соединены с логической схемой выдачи результата на исполнительный механизм, содержит в каждом канале ограничители напряжения, включенные последовательно между фильтрами низких частот и формирователями импульсов, а также содержит дополнительный блок контроля напряжения с датчика, соединенный с микроконтроллером и датчиком частоты вращения. 1 ил.

Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от раскрутки турбины низкого давления // 2602644

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к системам автоматической защиты газотурбинного двигателя от раскрутки турбины при ее отсоединении от вала компрессора. Для определения технического состояния двигателя дополнительно определяют начальную Sнач и текущую Sтек величины скольжения роторов по формулам: и . При этом nвд нач - частота вращения турбокомпрессора перед изменением скольжения, об/мин; nв нач - частота вращения турбины низкого давления перед изменением скольжения, об/мин; nвд тек - частота вращения турбокомпрессора через интервал времени Δt, об/мин; nв тек - частота турбины низкого давления через интервал времени Δt, об/мин. Вычисляют величину ΔS=Sтек-Sнач и сравнивают ее с изначально заданной величиной A1. Вычисляют величину Δnв=nв нач - nв тек и сравнивают ее с изначально заданной величиной А2. В случае если одновременно выполняется условие, при котором ΔS>А1 и Δnв>А2, то осуществляют уменьшение или полное прекращение подачи топлива в двигатель и подачу сигнала на открытие клапанов перепуска воздуха в компрессоре. Заявленное изобретение позволит повысить достоверность определения неисправностей и надежность системы защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от раскрутки турбины низкого давления. 1 ил.

Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от помпажа при эксплуатации // 2613758

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода газоперекачивающих агрегатов и энергоустановок. Периодически в каждый промежуток времени 0,01…0,1 с измеряют давление за компрессором высокого давления Рк и при отклонении величины давления более 1-100% относительно измерения, предшествовавшего текущим значениям, при постоянном значении n1, производят остановку двигателя. С момента начала падения давления за компрессором Рк предпочтительно давление измеряют в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с. Реализация изобретения позволяет предотвратить развитие помпажа двигателя, вызванного различными причинами (неправильная эксплуатация, повреждение рабочих лопаток и т.д.) при эксплуатации газотурбинного двигателя в наземной установке. Позволяет снизить затраты на восстановительный ремонт двигателей путем своевременной остановки и тем самым предотвращения развития разрушений в газовоздушном тракте и системах двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ и система регулирования для газовой турбины // 2614471

Cпособ относится к регулированию работы газовой турбины в ответ на бедный срыв пламени в камере сгорания. Газовая турбина содержит две камеры сгорания. Способ включает обнаружение того, что первая камера сгорания гаснет в процессе работы газовой турбины с полной нагрузкой, регулирование топливного коэффициента между топливными форсунками в каждой камере сгорания, подачу более обогащенной топливовоздушной смеси в топливные форсунки, ближайшие к пламяперебрасывающим патрубкам, осуществление переброса пламени из второй камеры сгорания в первую камеру сгорания, обнаружение восстановления нагрузки турбины и регулирование топливного коэффициента до нормального сбалансированного распределения топлива между топливными форсунками в каждой камере сгорания. Технический результат изобретения – повышение надежности работы турбинных установок с низкими выбросами без отключения газовой турбины. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Газотурбинный двигатель, содержащий систему мониторинга, содержащую модуль включения функции защиты газотурбинного двигателя, и способ мониторинга // 2619661

Изобретения включают газотурбинный двигатель летательного аппарата и способы мониторинга газотурбинного двигателя /варианты/. Газотурбинный двигатель содержит средства, выполненные с возможностью выдачи по меньшей мере одного измерения превышения скорости, когда один из каналов измерения вышел из строя, а также по меньшей мере одно средство сравнения измерения превышения скорости по меньшей мере с одним контрольным режимом, определенным в зависимости от включенной функции защиты. При этом модуль включения конфигурирован с возможностью включения функции защиты от «превышения тяги», «от падения тяги» в зависимости от результатов сравнения. Технический результат – повышение надежности системы мониторинга при любых обстоятельствах, в частности в аварийном режиме. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 9ил.