Способ настройки характеристик запуска газотурбинного двигателя

 

Использование: автоматическое регулирование газотурбинного двигателя. Сущность изобретения: в процессе предварительного запуска газотурбинного двигателя измеряют значение частоты вращения ротора двигателя и расхода топлива после отключения пусковой системы, формируют разности максимального значения и значиния частоты вращения ротора двигателя после отключения пусковой системы, а также максимального значения и значения расхода топлива после отключения пусковой системы, сравнивают их с предварительно установленными значениями разностей и смещают настройку автомата запуска пропорционально величине разности предварительно установленной и измеренной разностей расходов топлива, а также - настройку центробежного регулятора пропорционально величине разности измеренной и предварительно установленной разностей частот вращения ротора двигателя в сторону их больших значений. 3 ил.

Изобретение относится к области регулирования газотурбинных двигателей (ГТД), в частности к способам регулирования ГТД на запуске. Цель изобретения повышение надежности запуска ГТД пусковой системой непосредственной подачи сжатого воздуха на лопатки турбин. На фиг.1 показан качественный характер изменения расхода топлива (G_т) по частоте вращения ротора (n_к) запускаемого ГТД. На фиг.2 представлена схема установки для реализации предложенного способа настройки характеристик запуска, работа которой поясняется с использованием фиг.3. Сплошной линией на фиг.1 показан расход топлива, реализуемый автоматом запуска, пунктирной центробежным регулятором. Заштрихованной линией обозначен ограничиваемый максимальный расход топлива при запуске ГТД, характеризующий допустимое значение запаса газодинамической устойчивости компрессора и допустимый уровень температуры газа. При запуске ГТД расход топлива обеспечивается по закону, показанному стрелками на фиг.1. При выходе двигателя на режим малого газа с сопровождением его ротора пусковой системой устанавливается равновесная частота вращения (n_к^t) при величине расхода топлива, отмеченной точкой 1. Отключение пусковой системы приводит к увеличению расхода топлива до точки 2, а за счет статической ошибки центробежного регулятора вызывает снижение частоты вращения малого газа до n_к.мг. Различие расхода топлива в точках 2 и 3 (ΔG_т G_т3-G_т2), а также уровень снижения частоты вращения ротора (Δ n_кn_к^c- n_к.мг.) после отключения пусковой системы определяют надежность запуска ГТД (при реализации, после отключения пусковой системы, расхода топлива в точке 3, работа двигателя характеризуется низкой надежностью, приводящей ек его самовыключению; точка 3 пересечение характеристик центробежного регулятора и автомата запуска). Потребные значения уровней ΔG_т.доп. и Δn_к.доп. устанавливаются для конкретных типов ГТД в зависимости от предполагаемых условий их эксплуатации экспериментальным или расчетным путем и могут обеспечиваться в эксплуатации установкой, схема которой представлена на фиг.2. Согласно схеме фиг. 2 установка состоит из следующих элементов ГТД 1, содержащего ротор компрессора 2, топливный коллектор 3, датчик частоты вращения 4 и датчик расхода топлива 5, сигналы с которых поступают в вычислитель 6, формирующий по сигналу датчика 7 положения крана подачи воздуха на турбину 8 от пусковой системы 9 сигналы разности максимального расхода топлива и максимальной частоты вращения до отключения пусковой системы и значения этих параметров после отключения пусковой системы, преобразователь 10, сравнительное устройство 11, задающее 12 и исполнительное 13 устройства, систему управления турбокомпрессорным контуром 14, содержащую автомат запуска, центробежный регулятор и ограничитель максимального расхода топлива, характеризующего допустимое снижение запуска газодинамической устойчивости компрессора и допустимый уровень температуры газов. Установка работает следующим образом (фиг.2). При запуске ГТД 1 датчиками 4 и 5 замеряются частота вращения ротора 2 и расхода топлива, поступающий в топливный коллектор 3, соответственно. Сигналы с этих датчиков поступают в вычислитель 6, в котором определяется разность соответствующих сигналов: между максимальными значениями расхода топлива и частоты вращения ротора ГТД до отключения пусковой системы и значениями этих сигналов после отключения пусковой системы. Фиксация замеров сигналов до и после отключения пусковой системы осуществляется по сигналу датчика 7. Замеряемые разности сигналов Δn_к и ΔG_т после преобразования в блоке 10 сравниваются в устройстве 11 с предварительно сформированными допустимыми величинами Δn_кдоп и ΔG_т.доп. поступающими с задающего устройства 12. При рассогласовании предварительно сформированных и замеренных сигналов (Δn_к Δn_к.доп. ΔG_т.доп. ΔG_т) пропорционально величине рассогласования исполнительное устройство 13 изменяет расход топлива коррекцией регулировок блока 14. При Δn_к>Δn_к.доп. смещается настройка центробежного регулятора в сторону больших значений частот вращения. При ΔG_тдоп. >ΔG_т система управления турбокомпрессорным контуром увеличивает расход топлива, дозируемого автоматом запуска, с учетом ограничиваемого максимального его уровня. Графическая интерпретация работы установки поясняется с использованием фиг. 3. При запуске ГТД расход топлива реализуется по закону О'-3-2-1. После отключения пусковой системы расход топлива, соответствующий точке 1, увеличивается до уровня точки 2. При этом обеспечиваются допустимые значения Δn_к и ΔG_т, равные заданным предварительно определенным значениям Δn_кдоп. и ΔG_тдоп. Если же после отключения пусковой системы расход топлива увеличится выше уровня точки 2 (например, до уровня точки 2'), то значение ΔG'_т будет меньше ΔG_{т доп}. Пропорционально положительной разности значений этих параметров (ΔG_{т доп.} ΔG'_т) требуется увеличить расход топлива, реализуемый автоматом запуска. В этом случае закон подачи топлива будет обеспечиваться по линии 0"-3'-2'-1, а уровень значения ΔG_т, определяемый разностью расходов топлива в точках 3' и 2', будет соответствовать ΔG_{т доп}. Однако, первоначальное повышение расхода топлива из уровня точки 1 до уровня точки 2' приводит к увеличению параметра Δn_к Δn'_к, который будет больше Δn_кдоп. Пропорционально положительной разности значений этих параметров (Δn'_к Δn_{к доп.}) требуется сместить настройку центробежного регулятора в сторону больших значений частот вращения. Закон подачи топлива будет реализован по линии 0"-4-5-6, что практически не изменяет уровень ΔG_т, но уменьшает значение Δn_к. Таким образом, работа установки обеспечивает заданную регулировку агрегатов в процессе всего периода эксплуатации ГТД при различных климатических условиях, поддерживая приемлемые пусковые свойства.

Формула изобретения

СПОСОБ НАСТРОЙКИ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАПУСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ путем проведения предварительного запуска с выводом двигателя на заданный установившийся режим автоматом запуска им центробежным регулятором, измерения максимальных значений частоты вращения ротора двигателя и расхода топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности запуска двигателя пусковой системой сжатого воздуха на лопатки турбины, измеряют значения частоты вращения ротора двигателя и расхода топлива после отключения пусковой системы, формируют разности максимального значения и значения частоты вращения ротора двигателя после отключения пусковой системы, а также максимального значения и значения расхода топлива после отключения пусковой системы, сравнивают их с предварительно установленными значениями разностей и смещают настройку автомата запуска пропорционально величине разности предварительно установленной и измеренной разностей расходов топлива, а также настройку центробежного регулятора пропорционально величине разности измеренной и предварительно установленной разностей частот вращения ротора двигателя в сторону их больших значений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---