Способ управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного газотурбинного двигателя

Авторы патента:

F02C9/28 - системы регулирования, чувствительные к параметрам установки и окружающей среды, например к температуре, давлению, скорости ротора (F02C 9/30- F02C 9/38,F02C 9/44 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2446300:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") (RU)

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для управления работой двухконтурных ГТД летательных аппаратов за счет регулирования частоты вращения ротора низкого давления ГТД. Согласно способу управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного газотурбинного двигателя контролируют частоту вращения ротора низкого давления, сравнивают ее с программной и полученный управляющий сигнал подают на исполнительный механизм для регулирования частоты вращения ротора воздействием на площадь критического сечения реактивного сопла, причем программное значение частоты вращения ротора низкого давления определяют как сумму программных значений частот вращения ротора низкого давления в зависимости от температуры воздуха на входе в газотурбинный двигатель и положения рычага управления двигателем. Технический результат изобретения - повышение оперативности управления и экономичности ГТД по топливу. 1 ил.

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для управления работой двухконтурных газотурбинных двигателей (ГТД) летательных аппаратов за счет регулирования частоты вращения ротора низкого давления ГТД, которое осуществляется воздействием на площадь критического сечения реактивного сопла.

Известен способ управления ГТД, при котором измеряют температуру и давление воздуха на входе в двигатель, давление в двигателе и частоту вращения ротора двигателя соответствующими датчиками температуры, давления и частоты вращения и осуществляют управление двигателем в соответствии с алгоритмом, использующим сигналы датчиков параметров воздуха на входе для формирования заданных значений регулируемых параметров системы автоматического управления, причем при отказе какого-либо одного из датчиков параметров воздуха на входе в двигатель, проводят "виртуальное" измерение сигнала отказавшего датчика, для чего предварительно формируют, функциональную зависимость между давлением в двигателе и частотой вращения в приведенных координатах и при "виртуальном" измерении сигнала отказавшего датчика, сначала определяют приведенное значение одного из этих параметров по сигналу работающего датчика параметра воздуха на входе в двигатель, определяют соответствующее ему значение другого приведенного параметра по функциональной зависимости и вводят его значение в другое соотношение для приведения, а затем вычисляют по нему значение сигнала отказавшего датчика и вычисленное значение вводят в систему автоматического управления для формирования заданных значений регулируемых параметров (см. опубликованную заявку №2006114247, кл. F02C 9/28, 2006 г.).

Данный способ сложен в осуществлении, характеризуется значительной инерционностью и невысокой точностью.

Известен реализуемый системой способ регулирования частоты вращения ротора низкого давления ГТД, согласно которому снимают сигнал с датчика частоты вращения ротора низкого давления, сравнивают его с заданным значением и формируют сигнал рассогласования между фактическим и заданным значениями частоты вращения ротора низкого давления. Полученный сигнал рассогласования дифференцируют, усиливают и суммируют с сигналом датчика давления воздуха на входе в ГТД и полученный управляющий сигнал подают на исполнительный механизм, осуществляющий регулирование частоты вращения ротора низкого давления (см. патент РФ №1066265, кл. F02C 9/28, 1994 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он обладает высокой помехоустойчивостью, для него характерны довольно высокое быстродействие и запасы устойчивости системы в широком диапазоне изменения условий работы ГТД в том числе, при изменении внешних условий, на переходных и установившихся режимах, что существенно расширяет возможность использования такого способа.

Однако данный способ не предусматривает возможности регулирования условий работы ГТД пилотом в процессе работы ГТД, а также оперативных компенсаций возмущений в газовоздушном тракте ГТД на дроссельных режимах.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного ГТД, обеспечивающего повышение оперативности управления и экономичности ГТД по топливу, за счет однозначного регулирования скольжения частот вращения роторов низкого и высокого давлений:

где α_руд - положение рычага управления двигателем;

n_квд - частота вращения ротора высокого давления;

n_кнд - частота вращения ротора низкого давления;

Т_вх - температура воздуха на входе в двигатель.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в способе управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного газотурбинного двигателя, согласно которому контролируют частоту вращения ротора низкого давления, сравнивают ее с программной и полученный управляющий сигнал подают на исполнительный механизм для регулирования частоты вращения ротора воздействием на площадь критического сечения сопла, новым является то, что программное значение частоты вращения ротора низкого давления определяют как сумму программных значений частот вращения ротора низкого давления в зависимости от температуры воздуха на входе в газотурбинный двигатель и положения рычага управления двигателем.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена схема реализующей способ системы управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного ГТД.

Система управления ГТД 1, реализующая заявленный способ, содержит исполнительный механизм 2, который может быть выполнен различным образом например, в виде гидроцилиндра или электродвигателя. Механизм 2 связан с регулятором 3. Регулятор предназначен для выработки управляющего сигнала и подачи его на исполнительный механизм. В качестве регулятора используется стандартный гидромеханический блок. Вход регулятора 3 связан с выходом элемента сравнения 4, первый вход которого имеет возможность связи с датчиком частоты вращения ротора низкого давления (n).

Система оснащена первым 5 и вторым 6 программными устройствами, а также сумматором 7, выход которого связан со вторым входом элемента сравнения 4.

Входы первого 5 и второго 6 программных устройств имеют возможность соединения соответственно с датчиком температуры воздуха (Т_вх) на входе в ГТД и с датчиком положения рычага (не показан) управления двигателем (РУД) (α_руд).

Первое программное устройство 5 предназначено для формирования программного значения частоты вращения ротора низкого давления (n°₁) в зависимости от внешних условий (Т_вх).

Второе программное устройство 6 предназначено для формирования программного значения частоты вращения ротора низкого давления (n°₂) в зависимости от положения РУД (α_руд).

Первое 5 и второе 6 программные устройства могут быть выполнены различным известным образом, например, в виде профилированных кулачков, рабочие профили которых обеспечивают получение заданных характеристик на выходе.

Выходы программных устройств 5 и 6 связаны с входами сумматора 7, выход которого, как уже упоминалось выше, связан со вторым входом элемента сравнения 4.

Способ управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного ГТД осуществляют следующим образом.

Перед эксплуатацией ГТД его программные устройства 5 и 6 настраивают на заданные параметры:

- в программном устройстве 5 реализуется заданная зависимость n°₁=f(T_вx), обеспечивающая желаемое значение частоты вращения ротора низкого давления в зависимости от внешних условий, характеризуемых значением Т_вх, выбираемых из условия обеспечения высотно-скоростных характеристик ГТД;

- в программном устройстве 6 реализуется заданная зависимость n°₂=f(α_руд), обеспечивающая желаемое значение частоты вращения ротора низкого давления в зависимости от внешних условий, характеризуемых значением α_руд, выбираемых из условия обеспечения дроссельных характеристик ГТД. Оптимальные значения n°₂=f(T_вx) и n°₂=f(α_руд) определяются на этапе проектирования ГТД и могут уточняться при его испытании и эксплуатации.

В процессе работы ГТД параметры Т_вх, n с датчиков поступают на:

Т_вх - на программное устройство 5;

n - на первый вход элемента сравнения 4;

сигнал, характеризующий положение рычага управления двигателя (α_руд), - на программное устройство 6.

В результате на первом программном устройстве 5 формируется программный управляющий сигнал частоты вращения ротора низкого давления в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТД (n°₁), а на втором программном устройстве 6 формируется программный управляющий сигнал частоты вращения ротора низкого давления (n°₂) в зависимости от положения РУД. Указанная зависимость формируется заранее расчетным путем или в результате испытаний двигателя на стенде так, чтобы удельный расход топлива был минимальным.

На основе сигналов (n°₁) и (n°₂) в сумматоре 7 формируется программный управляющий сигнал (n°) и подается на второй вход элемента сравнения 4, где сравнивается с сигналом (n) датчика частоты вращения ротора низкого давления.

Выходной управляющий сигнал с выхода элемента сравнения 4 (Δn) поступает в регулятор 3, где формируется сигнал требуемого положения исполнительного механизма 2. С регулятора 3 управляющий сигнал (F_c) поступает на исполнительный механизм 2, исполнительный орган которого регулирует соответствующим образом скорость вращения ротора низкого давления за счет изменения площади критического сечения реактивного сопла.

Система отрегулирована таким образом, что на установившихся режимах работы ГТД сигналы (n), (n°) компенсируют друг друга и сигнал (F_c) равен нулю. В противном случае исполнительный механизм регулируют таким образом, чтобы данное значение стремилось к нулю.

Заявленный способ обеспечивает оптимальное соотношение частот вращения ротора высокого давления и ротора низкого давления и, тем самым, обеспечивает высокую экономичность ГТД по топливу на дроссельных режимах и в полете, а также обеспечивает быстрое перекрывание (компенсацию) возмущения по газовоздушному тракту за счет применения управления от РУД.

Способ управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного газотурбинного двигателя, согласно которому контролируют частоту вращения ротора низкого давления, сравнивают ее с программной и полученный управляющий сигнал подают на исполнительный механизм для регулирования частоты вращения ротора воздействием на площадь критического сечения реактивного сопла, отличающийся тем, что программное значение частоты вращения ротора низкого давления определяют как сумму программных значений частот вращения ротора низкого давления в зависимости от температуры воздуха на входе в газотурбинный двигатель и положения рычага управления двигателем.

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ) сложных объектов, например газотурбинных двигателей (ГТД), в которых для регулирования нескольких параметров используется одно управляющее воздействие.

Система автоматического управления газотурбинного двигателя // 2446298

Изобретение относится к области систем автоматического управления (САУ) газотурбинного двигателя (ГТД). .

Способ восстановления информации измерительного канала газотурбинного двигателя // 2445483

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к автоматическому управлению газотурбинными двигателями (ГТД), и может быть использовано для повышения эффективности управления ГТД.

Устройство и способ регулирования температуры выхлопа газовой турбины // 2444640

Автоматизированная настройка систем сжигания топлива газовых турбин // 2443885

Способ управления расходом топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя // 2438031

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения. .

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания // 2432478

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ТРДФ) с форсажной камерой сгорания (ФКС).

Система автоматического управления частотой вращения ротора газотурбинного двигателя // 2418964

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ) переходными режимами газотурбинных двигателей (ГТД). .

Система измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя // 2416731

Способ для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки, в частности газовой или паровой турбины, устройство для его осуществления и турбоагрегат (варианты) // 2413082

Изобретение относится к способу повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, при этом задают заданное значение мощности (P1) и задают будущий целевой момент времени (t1), в который турбоагрегат должен иметь заданное значение мощности (P1), так что с помощью заданного значения мощности (P1) и целевого момента времени (t1) определяют кривую мощности, при этом управляют турбоагрегатом исходя из действительной мощности (Р0) в действительное время (t0) вдоль кривой мощности так, что заданное значение мощности (P1 ) достигается в заданный целевой момент времени (t1 ).

Способ управления газотурбинной электростанцией // 2453980

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинных установок (ГТУ), используемых для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС)

Способ управления газотурбинной электростанцией // 2457347

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания и система для его осуществления // 2466287

Способ запуска авиационного газотурбинного двигателя // 2472958

Изобретение относится к авиации

Способ снижения заброса частоты вращения вала нагнетателя газоперекачивающего агрегата при помпаже нагнетателя // 2484274

Изобретение относится к области эксплуатации газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях в системе магистральных газопроводов и может использоваться в системах автоматического управления газоперекачивающими агрегатами (САУ ГПА)

Способ управления положением направляющих аппаратов компрессора газотурбинного двигателя // 2488009

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для управления авиационными газотурбинными двигателями

Способ отладки газотурбинного двигателя после восстановительного ремонта при стендовых испытаниях // 2493391

Изобретение относится к области стендовых испытаний двухкаскадных газотурбинных двигателей, в частности к стендовым испытаниям газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта, и предназначено для обеспечения запасов устойчивой работы компрессора высокого давления КВД и тяги (мощности) двигателя в процессе эксплуатации двигателя после восстановительного ремонта. При стендовых испытаниях двухкаскадных газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части отладку скольжения роторов, а также тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) производят на значения, полученные в эксплуатации перед восстановительным ремонтом. В случае выхода значений этих параметров за границы эксплуатационного допуска отладку параметров производят на значения, соответствующие ближайшей (верхней или нижней) границе их эксплуатационного допуска.

Устройство контроля насоса высокого давления в контуре питания топливом газотурбинного двигателя // 2495265

Устройство и способ контроля насоса высокого давления в контуре питания топливом газотурбинного двигателя путем выявления открытия клапана нагнетания и отсечки, установленного на выходе клапана регулирования расхода топлива, путем измерения скорости вращения газотурбинного двигателя, соответствующей открытию клапана нагнетания и отсечки, и путем последующего отслеживания изменения величины этой скорости вращения для того, чтобы предложить замену насоса высокого давления, когда измеренная величина этой скорости вращения достигает заданного порога. Технический результат изобретений - создание простого эффективного и экономически выгодного решения по контролю насоса высокого давления. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система теплообменника, контур циркуляции топлива турбомашины и турбомашина // 2498099

Изобретение относится к области теплотехники. Система теплообменника, через которую протекает жидкость, содержащая теплообменник с входом и выходом для жидкости, перепускной клапан с входом и выходом для жидкости и самоочищающийся фильтр с входом и двумя выходами для жидкости, один из которых является выходом для отфильтрованной жидкости, а второй - для неотфильтрованной жидкости, причем выход для отфильтрованной жидкости соединен с входом теплообменника, а выход для неотфильтрованной жидкости соединен с входом клапана; при этом выход теплообменника подсоединен ниже по потоку относительно выхода клапана. Технический результат - исключение засорения теплообменника. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ управления газотурбинным двигателем со свободной турбиной для газотурбинной электростанции // 2501965

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС). Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно при снижении частоты вращения свободной турбины на определенную величину значение минимально допустимого расхода топлива увеличивается на заданное время выше фактического расхода топлива на заданную величину. Технический результат - повышение надежности работы ГТЭС за счет повышения качества работы САУ ГТД. 1 ил.