Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления

 

Использование: в двигателестроении, в частности системах защиты газотурбинного двигателя от помпажа. Сущность изобретения: дополнительно измеряют давление воздуха за первой группой ступеней компрессора и давление газа на срезе реактивного сопла и формируют сигналы наличия помпажа в случае превышения порогового значения скоростью изменения суммы значений давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и давления газа на срезе реактивного сопла или в случае превышения порогового значения скоростью изменения значения давления воздуха за компрессором, а также формируют сигналы на клапан отсечки топлива для ликвидации глубокого помпажа в случае одновременного превышения порогового значения скоростью изменения суммы значений давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и давления газа на срезе реактивного сопла и превышения порогового значения скоростью изменения задержанного значения давления воздуха за компрессором. Устройство, реализующее способ, дополнительно содержит датчики давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и газа на срезе реактивного сопла, сумматор и второй дифференциатор. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системах защиты газотурбинных двигателей от помпажа.

Известны способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления. Способ осуществляется путем измерения давления воздуха за компрессором и использования в качестве первого параметра защиты, определения скорости его изменения, сравнения с пороговым значением и задержки сигнала, измерения второго параметра турбокомпрессора, определения скорости его изменения, сравнения с пороговым значением и формирования сигнала на клапан отсечки топлива в случае одновременного поступления сигналов, соответствующих первому и второму параметрам турбокомпрессора. Известное устройство содержит датчик давления воздуха за компрессором, связанный через первый дифференциатор с первым пороговым элементом, первый выход которого через элемент задержки соединен с первым входом связанного с клапаном отсечки топлива элемента И, к второму входу которого подсоединен первый выход второго порогового элемента, вход которого соединен с выходом второго дифференциатора.

Недостатками способа и устройства является низкая надежность распознавания помпажа.

Целью изобретения является повышение надежности распознавания помпажа.

Это достигается способом защиты турбокомпрессора от помпажа путем измерения давления воздуха за компрессором и давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и подачи сигнала на ленту перепуска воздуха за компрессором, в котором измеряют давление газа на срезе реактивного сопла и формируют сигналы наличия помпажа в случае превышения порогового значения скоростью изменения суммы значений давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и давления газа, на срезе реактивного сопла или в случае превышения порогового значения скоростью изменения значения давления воздуха за компрессором, а также формируют сигналы на клапан отсечки топлива для ликвидации глубокого помпажа в случае одновременного превышения порогового значения скоростью изменения суммы значений давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и давления газа на срезе реактивного сопла и превышения порогового значения скоростью изменения задержанного значения давления воздуха за компрессором.

Поставленная цель достигается устройством, осуществляющим вышеуказанный способ, содержащим датчик давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и последовательно соединенный с ним сумматор, датчик давления воздуха за компрессором и первое пороговое устройство, в которое введены второй дифференциатор и последовательно соединенные с ним второе пороговое устройство и схема И, выход которой связан с клапаном отсечки топлива, датчик давления газа на срезе реактивного сопла, выход которого связан с вторым входом сумматора, выход которого связан с входом второго дифференциатора, первый дифференциатор, выход которого связан с входом первого порогового устройства, а вход с выходом датчика давления воздуха за компрессором, а также схема ИЛИ и элемент задержки, выход которого связан с вторым входом схемы И, а вход с выходом первого порогового устройства, и с первым входом схемы ИЛИ, причем второй вход схемы ИЛИ связан с выходом второго порогового устройства.

На фиг. 1 и 2 представлены структурная схема устройства, осуществляющего данный способ, и его графики.

Устройство содержит датчик 1 давления воздуха за первой группой ступеней компрессора Р₂^(I), датчик 2 давления газа на срезе реактивного сопла (р/с) Р_с, датчик 3 давления воздуха за компрессором Р₂, сумматор 4; первый дифференциатор 5, второй дифференциатор 6, первое пороговое устройство 7, второе пороговое устройство 8, схему 9 ИЛИ, элемент 10 задержки, схему И 11.

Причем датчик давления воздуха за компрессором Р₂ 3 последовательно связан с первым дифференциатором 5, первым пороговым устройством 7, элементом задержки 10 и схемой И 11, выход которого связан с клапаном отсечки топлива. Датчик давления воздуха за первой группой ступеней компрессора Р₂^(I) 1 последовательно связан с сумматором 4, вторым дифференциатором 6, вторым пороговым устройством 8 и схемой ИЛИ 9. Выход датчика давления газа на срезе реактивного сопла Р_с 2 связан с вторым входом сумматора 4. Второй выход первого порогового устройства 7 связан с вторым входом схемы ИЛИ 9, а выход второго порогового устройства 8 с вторым входом схемы И 11.

Способ осуществляется следующим образом.

Сумматор 4 суммирует значения сигналов, поступающих с выходов датчика давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и датчика давления газа на срезе реактивного сопла Р_с 2. Далее этот сигнал поступает во второй дифференциатор 6, который дифференцирует его значение. Во втором пороговом устройстве 8 производится сравнение его порогового значения с сигналом, поступающим с выхода второго дифференциатора 6, при превышении которого выдаются сигналы на схемы ИЛИ 9 и схему И 11. Одновременно первый дифференциатор 5 дифференцирует значения сигнала, поступающего с выхода датчика давления воздуха за компрессором Р₂ 3. В первом пороговом устройстве 7 производится сравнение его порогового значения с сигналом, поступающим с выхода первого дифференциатора 5, при превышении которого выдаются сигналы на схему ИЛИ 9 и элемент задержки 10, с выхода которого выдается сигнал на схему И 11. Если на входе схемы ИЛИ 9 появится хотя бы один сигнал, то с ее выхода выдается сигнал на ленту перепуска воздуха за компрессором для устранения помпажного срыва. Если на обоих входах схемы И 11 появляются синалы, то с ее выхода выдается сигнал на клапан отсечки топлива для ликвидации глубокого помпажа.

Эффект распознавания помпажа заключается в вычислении и контроле тяги двигателя (в виде суммы параметров Р₂^(I) и Р_с) и одновременном контроле "задержанного" значения сигнала Р₂, так как изменение последнего более значительно, чем остальных параметров. Причем с порогом сравнивается скорость изменения Р₂, исключая вероятность ложного срабатывания (возможные малые колебания давления, которые всегда имеют место) о помпажных явлениях.

Одним из важных параметров авиадвигателя является его тяга R. Очевидно, что при появлении помпажных процессов тяга R будет значительно уменьшаться, поэтому ее можно использовать в качестве критерия устойчивости.

Известно, что составляющей величины тяги R является полный импульс потока I_c=G_cC_c+G₂^(I)C₂^(I), где С_с, С₂^(I) скорости потока соответственно на срезе реактивного сопла и за первой группой ступеней компрессора (этим самым учитывается один из наиважнейших выводов о том, что в процессе появления и развития помпажа основную роль играет обмен энергией между группами ступеней компрессора); G_c, G_c^(I) массовый расход газа в реактивном сопле, массовый расход воздуха за первой группой ступеней компрессора.

После преобразования массовых расходов G_c= Q_cρ_c= S_cC_c· S · G⁽₂^I)= Q⁽₂^I)ρ⁽₂^I)=S^I₂CS · где Q_c, ρ_c, S_c, P_c, T_c объемный расход газа, плотность, площадь сечения, давление и температура на срезе реактивного сопла соответственно; Q₂^(I), ρ₂^(I), S₂^(I), P₂^(I), T₂^(I) то же, но для выхода из первой группы ступеней компрессора; k и R₁ коэффициент адиабаты и газовая постоянная соответственно.

Таким образом, импульсы будут равны C_cS_c· · μ₁P_c; C⁽₂^I)·S⁽₂^II) = μ₂P⁽₂^I); μ₁= S μ₂= S.

Следовательно, полный импульс равен
I_c= μ₁P_c+ μ₂P₂^(I)
Сравнение его и Р₂ с порогами позволяют создать изобретение, т.е.

Р₂≥С_пор.1,
μ₁Р_с+ μ₂Р₂^(I) ≥ С_пор.2, где С_пор.1, С_пор.2 заранее заданные пороговые значения. Причем канал Р₂ введен с элементом задержки, так как быстрее меняется при помпаже, чем остальные параметры (см. фиг. 2 а, б, в).

По сравнению с прототипом способ и устройство обладают более высокой точностью распознавания помпажа. Устройство не требует создания уникальной аппаратуры, может быть выполнено на базе обычных серийных элементов. Увеличение числа элементов ведет к незначительному увеличению стоимости устройства. Экономический эффект от изобретения достигается за счет увеличения ресурсов силовой установки.

Формула изобретения

1. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа путем измерения давления воздуха за компрессором и использования в качестве первого параметра защиты, определения скорости его изменения, сравнения с пороговым значением и задержки сигнала, измерения второго параметра турбокомпрессора, определения скорости его изменения, сравнения с пороговым значением и формирования сигнала на клапан отсечки топлива в случае одновременного поступления сигналов, соответствующих первому и второму параметрам турбокомпрессора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, измеряют давление воздуха за первой группой ступеней компрессора и давление газа на срезе реактивного сопла, суммируют измеренные сигналы, используют полученную сумму в качестве второго параметра турбокомпрессора и формируют сигнал на ленту перепуска компрессора в случае поступления любого сигнала, соответствующего первому или второму параметру турбокомпрессора.

2. Устройство защиты турбокомпрессора от помпажа, содержащее датчик давления воздуха за компрессором, связанный через первый дифференциатор с первым пороговым элементом, первый выход которого через элемент задержки соединен с первым входом связанного с клапаном отсечки топлива элемента И, к второму входу которого подсоединен первый выход второго порогового элемента, вход которого соединен с выходом второго дифференциатора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно содержит датчик давления воздуха за первой группой ступеней компрессора, датчик давления газа на срезе реактивного сопла, сумматор и элемент ИЛИ, причем выходы датчиков давления соединены с входами сумматора, выход которго соединен с входом второго дифференциатора, а вторые выходы первого и второго пороговых элементов соединены с входами элемента ИЛИ, связанного с лентой перепуска компрессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2