Устройство управления механизацией компрессора газотурбинного двигателя

Авторы патента:

Кононыхин Александр Владимирович (UA)

F04D27/00 - Управление и регулирование компрессоров или вентиляторов и компрессорных или вентиляторных установок или систем

F02C9/00 - Управление газотурбинными установками; управление топливоподачей в воздушно-реактивных двигательных установках (управление воздухозаборниками F02C 7/057; управление турбинами F01D; управление компрессорами F04D 27/00)

Владельцы патента RU 2658709:

Попов Виктор Васильевич (UA)
Онацкий Сергей Викторович (UA)
Юфарев Вадим Александрович (RU)
Кононыхин Александр Владимирович (UA)

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических и гидромеханических системах автоматического управления (САУ) ГТД. Устройство управления механизацией компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) содержит датчики частоты вращения турбокомпрессора (ТК) двигателя на входе в двигатель, счетно-решающее устройство для формирования величины приведенной частоты вращения ТК и вычисления по заданным законам в зависимости от приведенной частоты вращения ТК заданных положений регулируемых направляющих аппаратов (РНА) и клапанов перепуска воздуха (КПВ), измеритель фактического положения РНА и КПВ, механизм сравнения фактических положений РНА и КПВ с заданными, формирователь управляющего воздействия на приводы РНА и КПВ до тех пор, пока фактические положения РНА и КПВ не станут равны заданным. Счетно-решающее устройство выполнено в виде объемного кулачка с записанной на нем приведенной дроссельной характеристикой двигателя. Один из входов которого соединен с дозатором топлива в камеру сгорания двигателя, второй - с датчиком давления воздуха на входе в двигатель. Выход соединен с задатчиком положений РНА и КПВ. При этом устройство дополнительно содержит корректор положения РНА и КПВ по величине измеренной частоты вращения ТК двигателя. Положительным эффектом изобретения является упрощение устройства управления механизацией компрессора ГТД, что приводит к его удешевлению и повышению надежности. 1 ил.

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

Известны устройства управления механизацией компрессора ГТД по приведенной частоте вращения турбокомпрессора (ТК) и по степени сжатия воздуха в компрессоре двигателя [Шевяков А.А. «Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов», М., Машиностроение, 1976 г.].

Устройство управления механизацией компрессора ГТД по приведенной частоте вращения ТК вытекает из теории лопаточных машин, одной из которых является осевой компрессор, поэтому является приоритетным. В этом случае зависимость между углом установки регулируемых направляющих лопаток компрессора и приведенной частотой вращения ТК линейная. Такие устройства обеспечивают оптимальное обтекание лопаток осевого компрессора и высокий КПД.

Однако в связи с тем, что при классическом способе формирования приведенной частоты вращения ТК необходимо измерение температуры воздуха на входе в двигатель (N_тк. _пр=N_тк×√288,15/Т_вх), реализация такого устройства весьма затруднена, где:

N_тк - частота вращения ТК двигателя;

N_{тк. пр} - приведенная частота вращения ТК двигателя;

Т_вх- температуры воздуха на входе в двигатель.

Это связано прежде всего со сложностью передачи информации в случае гидромеханической реализации устройства от датчика температуры, установленного в воздухозаборнике двигателя, до устройства управления механизацией компрессора, выполненного, как правило, в составе насоса-регулятора двигателя из-за необходимости измерения частоты вращения ТК, который установливается на коробке приводов в средней части двигателя.

Поэтому, например, на вертолетных двигателях семейства ТВ3-117 всех модификаций имеется специальный воздухопровод, по которому воздух от воздухозаборника поступает к насосу-регулятору НР-3, установленному на коробке приводов двигателя, для обдува датчика температуры. При этом воздух естественно нагревается от горячего двигателя, что вызывает погрешность при формировании приведенной частоты вращения ТК двигателя. Также сложным является устройство формирования приведенной частоты вращения ТК по ранее приведенной формуле.

В настоящее время в электронно-гидромеханических САУ двигателей электронный регулятор управляет механизацией компрессора двигателя, как правило, по приведенной частоте вращения ТК, а резервный гидромеханический регулятор, подключающийся к управлению при обесточивании или отказе электронного регулятора, управляет механизацией компрессора, как правило, по степени сжатия воздуха в компрессоре двигателя π_К=Р_к/Р_вх, где Р_к - давление воздуха за компрессором двигателя.

Такое устройство реализуется проще, но имеет ряд недостатков по сравнению с управлением механизацией компрессора по приведенной частоте вращения ТК, связанных прежде всего с повышенной погрешностью в связи с нелинейностью зависимости π_К от N_{тк. пр}, расслоением π_К по высоте полета летательного аппарата и падением π_К при отборах воздуха от компрессора на нужды двигателя и летательного аппарата, в то время как приведенная частота вращения ТК двигателя при сохранении мощности возрастает.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является устройство механизации компрессора ГТД, содержащее датчики частоты вращения турбокомпрессора (ТК) двигателя и температуры воздуха на входе в двигатель, счетно-решающее устройство для формирования величины приведенной частоты вращения ТК и вычисления по заданным законам в зависимости от приведенной частоты вращения ТК заданных положений регулируемых направляющих аппаратов (РНА) и клапанов перепуска воздуха (КПВ), измеритель фактического положения РНА и КПВ, механизм сравнения фактических положений РНА и КПВ с заданными, формирователь управляющего воздействия на приводы РНА и КПВ до тех пор, пока фактические положения РНА и КПВ не станут равны заданным [см. Описание изобретения к патенту №2514463 С2 (RU) «Способ управления механизацией компрессора газотурбинного двигателя», М.кл. F04D 27/00]. Описанное в этом изобретении устройство обеспечивает согласованную и беспомпажную работу многоступенчатого компрессора ГТД и его высокий КПД.

Недостатком устройства является сложность измерения температуры воздуха во входном устройстве двигателя в гидромеханических системах автоматического управления (САУ), а также в резервных регуляторах электронно-гидромеханических САУ ГТД. Это связано с достаточно большим объемом гидромеханических (механических) датчиков температуры, затеняющих поток воздуха во входном устройстве, а также с трудностью доведения сигнала до гидромеханического регулятора.

Целью заявляемого технического решения является снижение стоимости и повышение надежности работы системы управления путем формирования величины приведенной частоты вращения ТК, используя более доступные параметры двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно заявляемому техническому решению, в устройство управления механизацией компрессора ГТД дополнительно введено счетно-решающее устройство, выполненное в виде объемного кулачка с записанной на нем приведенной дроссельной характеристикой двигателя, один из входов которого соединен с дозатором топлива в камеру сгорания (КС) двигателя, второй - с датчиком давления воздуха на входе в двигатель, по которому производится приведение расхода топлива к стандартной атмосфере на уровне моря (Р₀=0,1013 МПа), а выход - с задатчиком положений РНА и КПВ и дополнительно введен корректор положения РНА и КПВ по величине измеренной частоты вращения ТК двигателя.

Расчеты показывают, что отклонение приведенной частоты вращения ТК от частоты, найденной по приведенной дроссельной характеристике двигателя по расходу топлива в КС, не приведенному по температуре воздуха на входе в двигатель, пропорционально отклонению физической (измеренной) частоты ТК от частоты, найденной по приведенной дроссельной характеристике. Поэтому можно записать формулу определения приведенной частоты вращения ТК двигателя по приведенной дроссельной характеристике двигателя без измерения температуры воздуха на входе в двигатель в следующем виде:

N_{тк. пр}=N_тк^дх+А(N_тк^дх-N_тк),

где N_тк^дх - частота вращения ТК двигателя, найденная по приведенной дроссельной характеристике двигателя; А - коэффициент коррекции, зависящий от характера дроссельной характеристики двигателя.

На рис. 1 представлена схема устройства управления механизацией компрессора двигателя. Устройство содержит объемный кулачок 1 с записанной на нем приведенной дроссельной характеристикой двигателя, соединенный с дозатором топлива 2 в КС двигателя, датчиком 3 давления воздуха на входе в двигатель, корректором 4 и сумматором 6. Корректор 4 соединен с датчиком 5 частоты вращения ТК двигателя и с сумматором 6, соединенным с формирователем 7 заданных положений РНА и КПВ, который в свою очередь соединен с механизмом 8 формирования управляющих воздействий на приводы РНА и КПВ, связанный прямыми и обратными связями с приводами 9 РНА и КПВ.

Устройство работает следующим образом: объемный кулачок 1 получает информацию о величине расхода топлива в КС от дозатора 2, используя информацию от датчика 3 давления воздуха на входе в двигатель, приводит расход топлива к давлению воздуха на входе в двигатель, равному Ро=0,1013 МПа. По приведенной дроссельной характеристике двигателя определяет величину частоты вращения ТК двигателя исходя из температуры воздуха на входе в двигатель, равной 288,15К, и передает ее в корректор 4 и в сумматор 6. Датчик 5 измеряет величину фактической частоты вращения ТК и передает ее в корректор 4, который вычитает из частоты, найденной по приведенной дроссельной характеристике двигателя, фактическую частоту вращения ТК, полученную величину умножает на коэффициент коррекции А и результат передает на сумматор 6. Сумматор 6 суммирует величину частоты, полученную от объемного кулачка с величиной коррекции, полученной от корректора, получает истинную величину приведенной частоты вращения ТК двигателя и передает ее формирователю 7, который по заданным законам формирует заданные положения РНА и КПВ и передает эту информацию механизму формирования 8 управляющих воздействий на приводы РНА и КПВ, который дополнительно получает фактические значения положения РНА и КПВ, сравнивает их с заданными, по величине рассогласования формирует управляющие воздействия на исполнительные механизмы до тех пор, пока фактические положения РНА и КПВ не станут равны заданным.

Как видно из изложения сущности заявляемого технического решения, оно обладает новизной, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо. Предлагаемое техническое решение обеспечивает формирование приведенной частоты вращения ТК двигателя, в зависимости от которой управляется механизация компрессора, путем использования приведенной дроссельной характеристики двигателя без измерения температуры воздуха на входе в двигатель, что снижает стоимость устройства и повышает его надежность.

Описанное выше устройство механизации компрессора ГТД прошло испытания в составе насоса-регулятора НР3000 на двигателе ТВ3-117ВМА-СБМ1В 1 серии и показало результаты, соответствующие заданным требованиям.

Устройство управления механизацией компрессора газотурбинного двигателя (ГТД), содержащее датчики частоты вращения турбокомпрессора (ТК) двигателя на входе в двигатель, счетно-решающее устройство для формирования величины приведенной частоты вращения ТК и вычисления по заданным законам в зависимости от приведенной частоты вращения ТК заданных положений регулируемых направляющих аппаратов (РНА) и клапанов перепуска воздуха (КПВ), измеритель фактического положения РНА и КПВ, механизм сравнения фактических положений РНА и КПВ с заданными, формирователь управляющего воздействия на приводы РНА и КПВ до тех пор, пока фактические положения РНА и КПВ не станут равны заданным, отличающееся выполнением счетно-решающего устройства в виде объемного кулачка с записанной на нем приведенной дроссельной характеристикой двигателя, один из входов которого соединен с дозатором топлива в камеру сгорания двигателя, второй - с датчиком давления воздуха на входе в двигатель, выход соединен с задатчиком положений РНА и КПВ, при этом устройство дополнительно содержит корректор положения РНА и КПВ по величине измеренной частоты вращения ТК двигателя.

Заявленное изобретение относится к способу и устройству для регулировки рабочих данных в области технологий обработки информации. В настоящем изобретении согласно инструкции выбора определяют тематический пакет, который выбран пользователем; и затем из выбранного тематического пакета получают рабочие данные, в результате чего воздуходувное устройство может подавать воздух согласно рабочим данным.

Способ сборки приводного силового гидроцилиндра и приводной силовой гидроцилиндр // 2645945

Узел турбомашины содержит компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, промежуточный корпус, размещенный между ними, клапан перепуска воздуха и приводной силовой гидроцилиндр клапана перепуска воздуха.

Компрессорная система и способ функционирования компрессорной системы в зависимости от фактической ситуации рельсового транспортного средства // 2640681

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств. Компрессорная система включает в себя приводимый в действие от электродвигателя через приводной вал компрессор, резервуар для сжатого воздуха.

Способ управления механизацией компрессора газотурбинного двигателя // 2639923

Ступень компрессора // 2634648

Ступень (10) компрессора с всасывающим со стороны статора штуцером, через который уплотняемая на участке ступени компрессора среда может подаваться в ступень компрессора, с входным каналом (11) со стороны статора, через который уплотняемую среду, выходящую из штуцера, можно транспортировать в направлении к рабочему колесу (14) со стороны ротора.

Турбомашина и способ ее работы // 2623323

Изобретение относится к турбомашине, в частности турбокомпрессору, содержащей по меньшей мере один ротор, который проходит вдоль оси (Х), по меньшей мере одно газовое уплотнение, которое с помощью защитного газа уплотняет зазор между ротором и статором турбомашины, подготовительный модуль, который из отбираемой в положении высокого давления в месте отбора рабочей текучей среды готовит защитный газ, при этом защитный газ подается в газовое уплотнение.

Устройство регулирования газового потока, система последующей обработки отработавших газов и движительная установка транпортного средства // 2621450

Группа изобретений относится к устройству регулирования газового потока при его прохождении через канал. Устройство регулирования газового потока в канале содержит множество поворотных лопаток (27, 28).

Опора вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты), цилиндрическая составляющая вала ротора, внешний стяжной элемент вала ротора // 2614018

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Задняя опора вала ротора КНД ТРД выполнена радиально-упорной, включает соединенные барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие вала ротора и содержит шарикоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части.

Обогревательная установка // 2611221

Обогревательная установка содержит воздушное впускное отверстие, по меньшей мере одно воздушное выпускное отверстие, импеллер, электродвигатель, вращающий импеллер, интерфейс пользователя, позволяющий пользователю выбирать скорость вращения электродвигателя, и по меньшей мере один нагревательный узел, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом, для нагревания воздуха, проходящего от воздушного впускного отверстия к соответствующему воздушному выпускному отверстию.

Центробежный компрессор, снабженный маркером измерения износа, и способ мониторинга износа, использующий этот маркер // 2606165

Центробежный компрессор газовой турбины с радиальным воздухозаборником содержит крыльчатку, укомплектованную лопатками, и крышку истечения воздушного потока в лопатки крыльчатки.

Способ и система коррекции цифровой модели // 2656791

Способ коррекции базовой цифровой модели (5), например, для регулирования турбореактивного двигателя, содержит: этап (Е10) обнаружения стабильного состояния по меньшей мере одного первого параметра (Т25) указанной модели, причем этот первый параметр характеризует сигнал, выдаваемый датчиком (3); этап (Е60) получения параметра коррекции (GainF) указанной модели во время стабильного состояния указанного первого параметра (Т25) в зависимости от указанного первого параметра, от второго параметра (PCN12R) указанной модели и от указанной базовой цифровой модели (5); и этап (Е70) получения модели, скорректированной на основании базовой цифровой модели (5) и параметра коррекции (GainF).

Способ контроля клапана авиационного двигателя // 2654807

Изобретение относится к способу и системе обнаружения первых признаков неисправности клапана авиационного двигателя, содержащей средства сбора, выполненные с возможностью сбора измерений выходного давления указанного клапана и данных управления и обстановки, связанных с указанным клапаном, средства обработки, выполненные с возможностью определения совокупности показателей первых признаков неисправности в зависимости от указанных измерений выходного давления и от указанных данных обстановки и управления, средства обработки, выполненные с возможностью контроля изменения по времени каждого показателя из указанной совокупности показателей первых признаков неисправности, и средства обработки, выполненные с возможностью обнаружения возможного отклонения по меньшей мере одного показателя среди указанной совокупности показателей, при этом указанное отклонение отображает признаки неисправности указанного клапана.

Система автоматического управления авиационного газотурбинного двигателя // 2648479

Изобретение относится к области управления электронно-гидромеханической автоматикой авиационных ГТД и может быть использовано для управления авиационным ГТД во всех условиях эксплуатации летательного аппарата, в том числе аварийных.

Способ управления двухроторным газотурбинным двигателем // 2639260

Изобретение относится к области авиационной техники, к способам управления двухроторным газотурбинным двигателем. При останове двигателя генерируемую вращением вала ротора низкого давления электроэнергию передают на электродвигатель-генератор вала ротора высокого давления, для создания дополнительного ускорения, обеспечивающего отношение продолжительности выбега вала ротора высокого давления к продолжительности выбега вала ротора низкого давления, равное 1,5…6,0.

Способ управления гтд // 2638497

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

Способ мониторинга цикла запуска двигателя газотурбинной установки // 2636602

Изобретение относится к способу мониторинга цикла запуска двигателя, в частности, газотурбинной установки, содержащему следующие этапы: (i) определяют продолжительность воспламенения в двигателе при определенном параметре запуска, (ii) определенную таким образом продолжительность воспламенения в двигателе сравнивают с контрольной продолжительностью воспламенения для контрольного двигателя и при этом параметре запуска, (iii) определяют показатель запуска двигателя, (iv) повторяют этапы (i)-(iii) для этого параметра запуска при каждом запуске двигателя в ходе цикла, и (v) в зависимости от изменения показателя генерируют тревожный сигнал об ухудшении цикла запуска двигателя.

Способ управления двухроторным газотурбинным двигателем самолета в режиме запуска при авторотации // 2634505

Изобретение относится к области авиационной техники, к способам управления двухроторным газотурбинным двигателем, в частности запуска при выходе двигателя на режим авторотации.

Струйный регулятор гтд по приведенным оборотам // 2631188

Струйный регулятор ГТД по приведенным оборотам относится к системам автоматического регулирования энергетических установок и может использоваться, в частности, в системах управления газотурбинных двигателей, а также при моделировании в лабораторных условиях работы силовой установки.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя // 2627628

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам регулирования, оптимизирующим параметры турбореактивного двигателя в зависимости от целей полета самолета, в частности кратковременного обеспечения максимальной скорости полета самолета.

Система генерирования электрической и тепловой энергии // 2626182

Изобретение относится к электротехнике, тепло- и электроэнергетике, а именно к когенерационным системам получения энергии для энергоснабжения машин и комплексов объектов нефтедобычи с использованием попутного нефтяного газа в качестве энергоносителя и тепла для обеспечения собственных нужд предприятий минерально-сырьевого комплекса, находящихся вдали от действующих систем централизованного электроснабжения без связи с единой энергосистемой.

Способ определения значения отклонения параметра работоспособности по меньшей мере одного компонента газовой турбины и блок управления для газовой турбины // 2658869

Настоящие изобретения относятся к способу для определения значения отклонения параметра работоспособности, в частности параметра производительности или эффективности по меньшей мере одного компонента газовой турбины и блоку управления для газовой турбины. В соответствии со способом измеряют значение давления и значение температуры в точке измерения компонента. Определяют скорректированное значение давления на основе заранее определенного коэффициента коррекции давления компонента. Определяют скорректированное значение температуры на основе заранее определенного коэффициента коррекции температуры компонента. Определяют оцененное фактическое значение параметра работоспособности компонента по меньшей мере на основе скорректированного значения давления и скорректированного значения температуры и, например, измеренной скорости вала. Определяют номинальное значение параметра работоспособности компонента, который предсказан на основании по меньшей мере одного заранее определенного входного параметра. Наконец, определяют значение отклонения параметра работоспособности путем сравнения оцененного фактического значения и номинального значения. Технический результат изобретений – оценка динамического поведения параметров работоспособности газовой турбины при обеспечении возможности диагностики производительности в стационарном состоянии и переходных рабочих условиях газовой турбины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.