Способ управления двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами компрессора и вентилятора

Авторы патента:

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 2696516:

Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") (RU)

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к управлению двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами. Способ управления двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами компрессора и вентилятора включает управление частотой вращения роторов низкого и высокого давления путем изменения расхода топлива в основную камеру сгорания, регулирование положения направляющих аппаратов по сигналу от датчика положения направляющих аппаратов соответствующего ротора. При этом до начала эксплуатации двигателя устанавливают соотношение приведенных частот вращения роторов для каждого режима работы двигателя, далее в ходе эксплуатации двигателя при отсутствии сигнала от датчика положения направляющих аппаратов одного из роторов частоту вращения данного ротора регулируют воздействием на скорость перемещения его направляющих аппаратов исходя из установленного ранее соотношения приведенных частот вращения роторов. Изобретение обеспечивает повышение надежности системы управления двигателя без дополнительного резервирования датчиков положения направляющих аппаратов. 1 ил.

Изобретение относиться к авиадвигателестроению, а именно к управлению двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами.

Известен способ управления положением поворотных направляющих аппаратов компрессора газотурбинного двигателя (патент RU 115832 U1, МПК F02C 9/00, 14.12.2011 г.).

Недостатками известного способа является то, что при потере информации о фактическом положении направляющих аппаратов, например, при отказе датчиков положения, позиционирование направляющих аппаратов становится невозможным, что может привести к помпажу двигателя и, как следствие, к аварийной ситуации.

Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения, является повышение надежности системы управления двигателя без дополнительного резервирования датчиков положения направляющих аппаратов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами компрессора и вентилятора, включающим управление частотой вращения роторов низкого и высокого давления путем изменения расхода топлива в основную камеру сгорания, регулирование положения направляющих аппаратов по сигналу от датчика положения направляющих аппаратов соответствующего ротора, при этом до начала эксплуатации двигателя устанавливают соотношение приведенных частот вращения роторов для каждого режима работы двигателя, далее в ходе эксплуатации двигателя при отсутствии сигнала от датчика положения направляющих аппаратов одного из роторов, регулирование ротора с исправным датчиком положения направляющих аппаратов продолжают путем изменения расхода топлива в основную камеру сгорания, а ротор с неисправным датчиком положения направляющих аппаратов регулируют воздействием на угол установки его направляющих аппаратов исходя из установленного ранее соотношения приведенных частот вращения роторов.

Способ управления основан на том, что положение направляющих аппаратов однозначно определяет соотношение приведенных частот вращения роторов двухвального двигателя, и поэтому соотношение между приведенными частотами вращения роторов низкого давления (n1пp) и высокого давления (n2пр) n1пp=f(n2пp) на установившихся режимах работы двигателя достигается только в том случае, если направляющие аппараты установлены в положение, заданное программами n2nр=f(α2зад) или n1пр=f(α1зад), где α1зад и α2зад - заданные значения положения направляющих аппаратов компрессоров высокого и низкого давления соответственно. Для реализации соотношения n1пp=f(n2пp) частота вращения одного из роторов поддерживается воздействием на расход топлива в камеру сгорания, а частота вращения другого ротора при увеличении/уменьшении рассогласования поддерживается путем увеличения/уменьшения скорости перемещения исполнительного механизма направляющих аппаратов компрессора интегрирующего типа (например, гидроцилиндр), путем увеличения/уменьшения управляющего воздействия на исполнительный механизм.

Сущность заявленного изобретения поясняется представленной на фиг. 1 схемой системы управления двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами компрессора и вентилятора, посредством которой может быть реализован заявленный способ.

Система управления двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами компрессора и вентилятора оснащена датчиками измерения параметров его работы, задатчиками измеряемых параметров и регуляторами параметров ГТД:

1. Задатчик частоты вращения ротора высокого давления (РВД)

2. Первый сумматор

3. Регулятор частоты вращения РВД

4. Дозатор топливный

5. Датчик частоты вращения РВ Д

6. Датчик температуры воздуха на входе в двигатель

7. Датчик частоты вращения ротора низкого давления (РНД)

8. Датчик положения направляющих аппаратов компрессора низкого давления (НА КНД)

9. ФП - функциональный преобразователь

10. Первый блок деления

11. Второй блок деления

12. Задатчик частоты вращения ротора низкого давления (РНД)

13. Второй сумматор

14. ПД - регулятор приведенной частоты вращения ротора низкого давления

15. Переключатель

16. Исполнительный механизм ИМ НА КНД интегрирующего типа

17. Блок диагностики

18. Задатчик положения НА КНД

19. Суммирующий усилитель

20. Двигатель

Система работает следующим образом:

В зависимости от положения РУД (на черт. 1 не показан) задатчик (1) частоты вращения ротора высокого давления (РВД) формирует заданное значение частоты вращения ротора высокого давления, в первом сумматоре (2) рассчитывается разность между заданным задатчиком (1) значением и значением частоты вращения РВД от датчика (5). Вычисленное первым сумматором (2) значение поступает на вход регулятора (3) частоты вращения ротора высокого давления, который формирует потребный расход топлива в двигатель для поддержания заданного задатчиком (1) значения частоты вращения ротора высокого давления. Выходной сигнал регулятора (3) частоты вращения ротора высокого давления подается на вход дозатора (4) топлива, который обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания двигателя (20).

Управление положением направляющих аппаратов РНД может осуществляться по одной из двух программ, формируемым задатчиками (12) и (18).

Формируемая задатчиком (18) программа положения α1зад=f(n1пр) в зависимости от приведенной частоты вращения ротора низкого давления выполняется при исправном датчике (8) положения. Формируемая задатчиком (12) программа частоты вращения ротора низкого давления по приведенной частоте вращения (n1пp=f(n2пp)) выполняется при отказе датчика (8) положения НА КНД.

Сигнал с датчика (6) температуры воздуха на входе в двигатель поступает на функциональный преобразователь (ФП) (9), выходной сигнал которого (коэффициент приведения) поступает на вход блока (11) деления как делитель, а в качестве делимого на вход блока (11) подается сигнал с датчика (7) частоты вращения ротора низкого давления.

Выходным сигналом блока (11) является приведенная частота вращения ротора низкого давления, которая подается на вход задатчика (18) положения направляющих аппаратов компрессора низкого давления (НА КНД). На вход суммирующего усилителя (19) подается выход задатчика (18) и сигнал с датчика (8) положения направляющих аппаратов компрессора низкого давления. Выходом суммирующего усилителя (19) является сигнал управления направляющих аппаратов компрессора низкого давления.

Сигнал с датчика (6) температуры на входе в двигатель поступает на функциональный преобразователь (ФП) (9), выходной сигнал которого (коэффициент приведения) поступает как делитель на вход блока (10) деления, а сигнал с датчика (5) частоты вращения ротора высокого давления поступает как делимое на вход блока (10) деления. Выходной сигнал с блока (10) (приведенная частота вращения ротора высокого давления) является входным сигналом для блока (12) формирования программного значения частоты вращения ротора низкого давления, который формирует заданное значение частоты вращения ротора низкого давления как:

n1пр(зад)=f(n2пр)

где n1пр(зад) - заданное значение частоты вращения ротора низкого давления,

n2пр=n2/√(Твх/288) - приведенная частота вращения ротора высокого давления,

Твх - температура воздуха на входе в двигатель.

Второй сумматор (13) формирует разность заданного задатчиком (12) и сформированного делителем (11) значений приведенной частоты вращения РНД. Эта разность подается на вход ПД-регулятора (14) приведенной частоты вращения ротора низкого давления, выходной сигнал которого определяет скорость перемещения направляющих аппаратов. Сигнал с ПД-регулятора (14) приведенной частоты вращения ротора низкого давления поступает на вход переключателя (15) находящегося в положении регулирования резервным регулятором управления направляющих аппаратов компрессора низкого давления и далее сигнал с ПД-регулятора (14) приведенной частоты вращения ротора низкого давления поступает на исполнительный механизм (16) направляющих аппаратов компрессора низкого давления обеспечивающий перемещение направляющих аппаратов компрессора низкого давления.

Выбор программы управления направляющими аппаратами осуществляется переключателем (15). На первый вход переключателя поступает выходной сигнал ПД-регулятора (14) приведенной частоты вращения ротора низкого давления, на второй вход - выход суммирующего усилителя (19). Усилитель выполнен с высоким коэффициентом усиления, обеспечивающим быстрое позиционирование направляющих аппаратов в заданное задатчиком (18) положение. Выходом блока (17) диагностики является логический сигнал отказа датчика (8) положения направляющих аппаратов компрессора низкого давления. Этот сигнал равен нулю при исправном датчике положения, и единице при обнаружении отказа. Выход блока (17) диагностики поступает на управляющий вход переключателя (15), который при нулевом сигнале подключает к исполнительному механизму выход сумматора (18), а при единичном - выход ПД-регулятора (14) приведенной частоты вращения ротора низкого давления.

При применении исполнительного механизма направляющих аппаратов компрессора низкого давления интегрирующего типа, например, гидроцилиндра, скорость перемещения исполнительного механизма пропорциональна входному управляющему сигналу.

При этом, чем больше величина рассогласования, тем с большей скоростью реализуют перемещение исполнительного механизма, соответственно увеличивая или уменьшая величину управляющего воздействия на упомянутый исполнительный механизм.

Если фактическая приведенная частота вращения превышает заданное значение, ПД-регулятор (14) приведенной частоты вращения ротора низкого давления формирует сигнал на раскрытие направляющих аппаратов, в результате повышается мощность потребляемая компрессором низкого давления при практически неизменном заданном регулятором (1) частоты вращения ротора высокого давления расходе топлива. При уменьшении разности между программным и фактическим значениями скорость перемещения исполнительного механизма пропорционально снижается. За счет этого достигается плавный подход к равновесному значению частоты вращения, и, как следствие, устойчивость регулирования. Таким образом, обеспечивается устойчивое поддержание заданного режима работы двигателя в отказной ситуации.

Способ управления двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами компрессора и вентилятора, включающий управление частотой вращения роторов низкого и высокого давления путем изменения расхода топлива в основную камеру сгорания, регулирование положения направляющих аппаратов по сигналу от датчика положения направляющих аппаратов соответствующего ротора, отличающийся тем, что до начала эксплуатации двигателя устанавливают соотношение приведенных частот вращения роторов для каждого режима работы двигателя, далее в ходе эксплуатации двигателя при отсутствии сигнала от датчика положения направляющих аппаратов одного из роторов частоту вращения данного ротора регулируют воздействием на скорость перемещения его направляющих аппаратов исходя из установленного ранее соотношения приведенных частот вращения роторов.

Предусматриваются способ и устройство управления скоростью вращения вентилятора в электронном устройстве. Способ включает в себя следующие этапы: первое значение температуры определенной точки сбора температуры в электронном устройстве получается при текущей скорости вращения вентилятора (Этап S102); получается значение изменения первого значения температуры в первом предустановленном временном периоде (Этап S104); и, когда значение изменения больше, чем первый предустановленный предел, скорость вращения вентилятора регулируется (Этап S106).

Способ работы двигателя (варианты) и система транспортного средства // 2694998

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с наддувом. Способ работы двигателя заключается в регулировке положения клапана, расположенного внутри канала рециркуляции компрессора двигателя, на основе рециркуляционного расхода через указанный клапан.

Система пароохладителя, система компримирования, использующая такую систему, и способ получения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов // 2692855

Изобретение относится к переработке углеводородных газов. Сжатый парообразный выходящий поток подвергают уменьшению перегрева в системе пароохладителя.

Система управления аппаратом воздушного охлаждения газа // 2690541

Изобретение относится к аппаратам воздушного охлаждения газа и может использоваться для охлаждения газа после компримирования на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Способ для двигателя с наддувом (варианты) // 2687853

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с наддувом. Способ для двигателя с наддувом заключается в том, что определяют условия работы двигателя.

Система автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения природного газа // 2684767

Изобретение относится к аппаратам воздушного охлаждения природного газа и может использоваться, в частности, для охлаждения газа после компримирования на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Способ и система для получения сжатой и, по меньшей мере, частично сконденсированной смеси углеводородов // 2684621

Изобретение относится к способу получения сжатой и, по меньшей мере, частично сконденсированной смеси углеводородов. Способ включает: обеспечение смеси углеводородов в паровой фазе и пропускание указанной смеси углеводородов через входной газоочиститель, содержащий входную ёмкость, посредством которой из входного газоочистителя отводятся пары углеводородов; транспортирование паров, поступающих из входного газоочистителя, через приемный газоочиститель компрессора, содержащий всасывающую ёмкость, посредством которой из приемного газоочистителя компрессора отводят поток паров, поступающих в компрессор; cжатие поступающего в компрессор парообразного потока в агрегате, образованном из одного или большего числа компрессоров, с получением более высокого давления и образованием при этом сжатого парообразного выходящего потока; уменьшение перегрева сжатого парообразного выходящего потока в системе для уменьшения перегрева, содержащей теплообменник-пароохладитель, включающее приведение, по меньшей мере, части сжатого парообразного выходящего потока в косвенный контакт с теплообменом с потоком из окружающей среды в теплообменнике- пароохладителе, что позволяет передавать теплоту от сжатого парообразного выходящего потока потоку из окружающей среды с получением в результате из сжатого парообразного выходящего потока охлажденного потока перегретых паров углеводородов, причем система для уменьшения перегрева снабжена регулятором температуры, который функционально связан с клапаном регулирования температуры для изменения степени открытия клапана в зависимости от температуры потока перегретых паров углеводородов; транспортирование, по меньшей мере, части охлажденного потока перегретых паров углеводородов из системы уменьшения перегрева в конденсатор через выходной трубопровод пароохладителя и дополнительное охлаждение части охлажденного перегретого потока углеводородов в указанном конденсаторе с помощью косвенного теплообмена указанной части охлажденного перегретого потока углеводородов с охлаждающим потоком, при этом указанную часть охлажденного перегретого потока углеводородов, по меньшей мере, частично конденсируют с образованием сжатой и, по меньшей мере, частично сконденсированной смеси углеводородов; отделение от охлажденного перегретого потока углеводородов, проходящего через выходной трубопровод пароохладителя, рециркуляционной части с образованием рециркуляционного потока с определенным расходом на рециркуляцию, поступающего из выходного трубопровода пароохладителя в агрегат, состоящий из одного или большего количества компрессоров, через барабан-сепаратор для противопомпажной рециркуляции, клапан противопомпажной рециркуляции и приемный газоочиститель компрессора, при этом расход на рециркуляцию регулируется с помощью клапана противопомпажной рециркуляции, и извлечение жидких компонентов из рециркуляционной части охлажденного перегретого потока углеводородов и отвод через выпускной патрубок для жидкости, имеющийся в барабане-сепараторе противопомпажной рециркуляции; подачу жидких компонентов, отведенных из рециркуляционной части охлажденного потока перегретых паров углеводородов, во входной газоочиститель.

Способ прогнозирования помпажа в газовом компрессоре // 2678155

Изобретение относится к способу прогнозирования точки помпажа компрессора. Технический результат заключается в автоматизации прогнозирования помпажа в рабочей характеристике газового компрессора посредством расчета CFD.

Способ регулирования параметров компримированного газа и устройство для его осуществления // 2675175

Группа изобретений относится к системам и способу выработки, распределения и потребления компримированного газа. В устройстве регулирования параметров компримированного газа, содержащем сжимающий элемент компрессора и регулирующий механизм, расположенный на трубопроводе компримированного газа по направлению его движения после сжимающего элемента компрессора и содержащий рабочий элемент, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, регулирующий механизм представляет собой эжектор.

Система автоматического управления аппаратом воздушного охлаждения газа // 2669444

Изобретение относится к аппаратам воздушного охлаждения газа и может использоваться, в частности, для охлаждения газа после компримирования на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем // 2692189

Изобретение относится к авиадвигателестроению, касается регулирования в полете турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков. Способ характеризуется тем, что на стационарных и переходных режимах работы двигателя измеряют внешние рабочие параметры, по которым вычисляют недоступные для измерения внутренние параметры рабочего процесса двигателя и определяют в качестве эксплуатационных характеристик двигателя его реальные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора.

Система управления турбокомпрессорной установкой // 2691273

Изобретение относится к системам управления работой турбокомпрессорной установки и может быть использовано для управления процессом возникновения критических нестационарных автоколебаний компрессора нагнетателя при испытаниях преимущественно авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных двигателей (ГТД) для стационарных станций.

Устройство и способ проверки целостности системы быстрой реактивации газотурбинного двигателя вертолета // 2686531

Изобретение относится к устройству и способу проверки целостности системы быстрой реактивации газотурбинного двигателя, а также к газотурбинному двигателю, оснащенному таким устройством проверки целостности.

Способ эксплуатации турбореактивного двигателя // 2678237

Способ эксплуатации турбореактивного двигателя относится к области авиадвигателестроения, а именно к методам обеспечения газодинамической устойчивости турбореактивных двигателей в экстремальных условиях эксплуатации.

Способ определения угла перекоса и максимальной осевой нагрузки на опору подшипника // 2669227

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения угла перекоса опоры, максимальной осевой нагрузки, действующей на нее, и неравномерности этой нагрузки, и может найти применение при сборке, или испытаниях, или эксплуатации опор с подшипниками различных изделий.

Способ управления газотурбинным узлом при низкой скорости вращения // 2668299

Способ относится к управлению газотурбинным узлом во время запуска или остановки. Способ содержит контроль скорости вращения выходного вала и одновременно с этим управление скоростью вращения входного вала после того, как контролируемая скорость вращения выходного вала станет выше нуля или ниже заданной предельной скорости медленного вращения в течение заданного допустимого интервала времени.

Способ контроля системы управления газотурбинным двигателем // 2661802

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

Газовая турбина с двумя валами и способ управления степенью открытия входной направляющей лопатки газовой турбины // 2661434

Изобретение относится к газовой турбине с двумя валами и способу управления входной направляющей лопаткой газовой турбины. Техническим результатом изобретения является подавление снижения производительности компрессора во время работы при низких температурах даже в газовой турбине с двумя валами, состоящей из газогенератора и турбины низкого давления.

Способ контроля степени коксования на уровне прокладок при помощи вала газогенератора // 2660739

Объектом изобретения является способ контроля степени коксования на уровне динамических прокладок газотурбинного двигателя. Cпособ содержит этапы, на которых: во время фазы авторотации газотурбинного двигателя измеряют скорость вращения вала газогенератора и на основании изменения во времени измеряемой скорости вращения определяют cтепень коксования на уровне динамических прокладок.

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.