Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления

 

Использование: область двигателестроения, в частности системы защиты газотурбинных двигателей от помпажа. Сущность изобретения: измеряют давление воздуха за компрессором, давлениевоздуха за первой группой ступеней компрессора и давление газа на срезе реактивного сопла и формируют сигналы наличия помпажа в случае превышения порогового значения скоростью изменения давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и скоростью изменения давления газа на срезе реактивного сопла, а также в случае превышения порогового значения задержанным значением скорости изменения давления воздуха за компрессором. Способ дополнительно содержит датчик давления воздуха за первой группой ступеней компрессора, датчик давления газа на срезе реактивного сопла, второй и третий дифференциаторы, третий пороговый элемент и второй элемент И. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

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

Известен способ защиты турбокомпрессора от помпажа [1] В этом способе величина контрольного сигнала формируется по измеренным сигналам давления и температуры воздуха на входе и выходе компрессора. При этом для ликвидации помпажа воздействие производится на окно перепуска воздуха за компрессором [1] Недостатком способа является низкая надежность распознавания помпажа, обусловленная отсутствием одновременного контроля скоростей изменения параметров двигателя и "задержанного" значения давления воздуха за компрессором.

Наиболее близким техническим решением является способ защиты турбокомпрессора от помпажа [2] Недостатком способа и устройства является низкая надежность распознавания помпажа.

Целью изобретения является повышение надежности распознавания помпажа.

Поставленная цель достигается способом защиты турбокомпрессора от помпажа путем измерения давления воздуха за компрессором и давления воздуха за первой группой ступеней компрессора, в котором дополнительно измеряют давление газа на среде реактивного сопла и формируют сигналы наличия помпажа в случае превышения порогового значения скоростью изменения давления воздуха за первой группой ступеней компрессора и скоростью изменения давления газа на среде реактивного сопла, а также в случае превышения порогового значения задержанного значения скорости изменения давления воздуха за компрессором.

Поставленная цель достигается устройством, осуществляющим вышеуказанный способ, содержащим датчик давления воздуха за первой группой ступеней компрессора, датчик давления воздуха за компрессором и первое пороговое устройство, в которое дополнительно введены датчик давления газа на среде реактивного сопла и последовательно соединенные с ним второй дифференциатор, второе пороговое устройство, первая схема И и вторая схема И, выход которой связан с клапаном отсечки топлива, третий дифференциатор и последовательно соединенные с ним третье пороговое устройство и одновибратор, выход которого связан со вторым входом второй схемы И, а также первый дифференциатор, вход которого связан с выходом датчика давления воздуха за первой группой ступеней компрессора, а выход со входом первого порогового устройства, выход которого связан со вторым входом первой схемы И, причем выход датчика давления воздуха за компрессором связан со входом третьего дифференциатора.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 а, б, в график работы устройства.

Она содержит 1 датчик давления воздуха за первой группой ступеней компрессора Р₂ ^(I); 2 датчик давления газа на срезе реактивного сопла Р_с; 3 датчик давления воздуха за компрессором Р₂; 4 первый дифференциатор; 5 второй дифференциатор; 6 третий дифференциатор; 7 первое пороговое устройство; 8 второе пороговое устройство; 9 третье пороговое устройство; 10 первая схема И; 11 одновибратор; 12 вторая схема И.

Устройство в статическом состоянии.

Датчик давления воздуха за первой группой ступеней компрессора Р₂ ^(I) 1 последовательно связан с первым дифференциатором 4, первым пороговым устройством 7, первой схемой И 10 и второй схемой И 12. Датчик давления газа на срезе реактивного сопла Р_с 2 последовательно связан с вторым дифференциатором 5, вторым пороговым устройством 8 и вторым входом первой схемы И 10. Датчик давления воздуха за компрессором Р₂ 3 последовательно связан с третьим дифференциатором 6, третьим пороговым устройством 9, одновибратором 11 и второй схемой И 12, выход которой связан с клапаном отсечки топлива.

Способ осуществляется следующим образом. Первый дифференциатор 4 дифференцирует значения сигнала, поступающего с выхода датчика давления воздуха за первой группой ступеней компрессора Р₂^(I). Второй дифференциатор 5 дифференцирует значения сигнала, поступающего с выхода датчика давления газа на срезе реактивного сопла Р_с 2. Третий дифференциатор 6 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 4, при превышении которого выдается сигнал на первую схему И 10.

Во втором пороговом устройстве 8 производится сравнение его порогового значения с сигналом, поступающим с выхода второго дифференциатора 5, при превышении которого выдается сигнал на первую схему И 10. В третьем пороговом устройстве 9 производится сравнение его порогового значения с сигналом, поступающим с выхода третьего дифференциатора 6, при превышении которого выдается сигнал на одновибратор 11. Если на обоих входах первой схемы И 10 появятся сигналы, то с выхода последней сигнал подается на вход второй схемы И 12.

Одновибратор 11 определяет время работы сигнала, поступающего с выхода третьего порогового устройства 9. Если на обоих входах второй схемы И 12 появятся сигналы, то с ее выхода выдается сигнал на клапан отсечки топлива для ликвидации глубокого помпажа.

Эффект распознавания помпажа заключается в контроле скоростей изменения параметров Р₂, Р₂^(I) и Р_с (dP₂/dt, dP₂^(I)/dt и dP_c/dt) с обязательной задержкой сигнала давления Р₂, так как изменение последнего более значительно, чем остальных параметров. При этом исключается вероятность ложного срабатывания (возможные малые колебания давления, которые всегда имеют место) в помпажных явлениях.

Способ и устройство подтверждаются следующими теоретическими рассуждениями.

Одними из самых важных параметров авиадвигателя являются давление газа на срезе реактивного сопла Р_с, давление воз- духа за компрессором Р₂ и за его первой группой ступеней Р₂^(I) (этим учитывается один из наиважнейших выводов о том, что в процессе появления и развития помпажа основную роль играет обмен энергией между группами ступеней компрессора).

При этом, очевидно, что при помпаже Р₂ меняется значительно быстрее, чем остальные параметры, поэтому его необходимо "задержать".

Вычисление скоростей изменения этих параметров значительно уменьшает вероятность ложных срабатываний о помпаже.

Таким образом, необходимо сравнить: dP₂/dt ≥ C_пор.1 dP₂^(I)/dt ≥ C_пор.2 dP₂/dt ≥ C_пор.3 С_пор.1, С_пор.2, С_пор.3 заранее заданные пороговые значения.

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 использования изобретения достигается за счет увеличения ресурса силовой установки.

Формула изобретения

1. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа путем измерения давления воздуха за компрессором, определения скорости его изменения, сравнения с пороговым значением, задержки сигнала на заранее определенное время и использования его в качестве первого параметра защиты, измерения второго параметра турбокомпрессора, определения скорости его изменения и сравнения с пороговым значением, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, измеряют давление воздуха за первой группой ступеней компрессора и используют его в качестве второго параметра турбокомпрессора, измеряют давление газа на срезе реактивного сопла, определяют скорость его изменения, сравнивают с пороговым значением, используют сигнал в качестве третьего параметра турбокомпрессора и формируют сигнал наличия помпажа в случае одновременного поступления сигналов, соответствующих трем параметрам.

2. Устройство для защиты турбокомпрессора от помпажа, содержащее датчик давления воздуха за компрессором, выход которого соединен через первый дифференциатор, первый пороговый элемент и элемент задержки с первым входом первого элемента И, и вторые дифференциатор и пороговый элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно содержит датчик давления воздуха за первый группой ступеней компрессора, датчик давления газа на срезе реактивного сопла, третьи дифференциатор и пороговый элемент и второй элемент И, причем датчики давления соединены через вторые и третьи дифференциаторы и пороговые элементы с входами второго элемента И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2