Способ защиты газотурбинного двигателя



Способ защиты газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2472974:

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СТАР" (RU)

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления ГТД. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно на всех режимах работы ГТД от минимального до максимального измеряют давление воздуха за компрессором, вычисляют относительное изменение и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, а относительную скорость - со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - больше второй наперед заданной величины, формируют сигнал «Помпаж», прекращают подачу топлива в КС ГТД на наперед заданное время, определяемое для каждого ГТД экспериментально в процессе приемо-сдаточных испытаний, открывают клапаны перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТД и из-за компрессора ГТД и включают агрегат зажигания на наперед заданное время, если после этого относительное изменение давления стало меньше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - меньше второй наперед заданной величины, снимают сигнал «Помпаж» и осуществляют управление ГТД в соответствии со штатными программами управления. Технический результат изобретения - повышение качества работы САУ, за счет чего обеспечивается защита двигателя от помпажа, что повышает надежность работы двигателя и безопасность самолета. 1 ил.

 

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

Известен способ защиты ГТД от перегрева газогенератора, реализованный в гидромеханической САУ с электронным ограничителем температуры газов за турбиной, заключающийся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, выключают двигатель. Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.180-182.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность и невозможность использования на одномоторных летательных аппаратах (ЛА).

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ защиты ГТД, заключающийся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения, на режиме запуска ГТД через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в КС ГТД на время 0,3…0,5 секунд, патент РФ №2329388 от 20 июля 2008 г.

Недостаток известного способа является то, что он не обеспечивает защиту двигателя от глубокой потери газодинамической устойчивости - помпажа, позволяя ликвидировать только срывные явления в компрессоре. Это снижает надежность работы двигателя и безопасность самолета.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности работы двигателя и безопасности самолета.

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты ГТД заключающемся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в КС ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения, на режиме запуска ГТД через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в КС ГТД на время 0,3…0,5 секунд, дополнительно на всех режимах работы ГТД от минимального до максимального измеряют давление воздуха за компрессором, вычисляют относительное изменение и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, а относительную скорость - со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - больше второй наперед заданной величины, формируют сигнал «Помпаж», прекращают подачу топлива в КС ГТД на наперед заданное время, определяемое для каждого ГТД экспериментально в процессе приемо-сдаточных испытаний, открывают клапаны перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТД и из-за компрессора ГТД и включают агрегат зажигания на наперед заданное время, если после этого относительное изменение давления стало меньше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - меньше второй наперед заданной величины, снимают сигнал «Помпаж» и осуществляют управление ГТД в соответствии со штатными программами управления.

На фигуре представлена схема устройства, реализующего заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД 1), электронный регулятор 2 (РЭД 2), агрегат 3 дозирования топлива (ДТ 3), клапан 4 прекращения подачи топлива (КО 4), причем ДТ 3 подключен к БД 1, а КО 4 - к ЭР 2, сигнальное табло 5 экипажа самолета, подключенное к ЭР 2.

РЭД 2 представляет собой бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), содержащую постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором содержится программное обеспечение (ПО), реализующее алгоритмы управления двигателем. Дополнительно БЦВМ оснащена устройствами ввода/вывода (УВВ) физических сигналов (из БД 1 и ДТ 3), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), необходимое для обработки процессором БЦВМ поступающей из УВВ информации, репрограммируемое запоминающее устройство (РПЗУ), необходимое для хранения информации, относящейся к индивидуальным характеристикам двигателя (эксплуатационные регулировки, наработки, остаток ресурса). БЦВМ, ПЗУ, ПО, УВВ, ОЗУ, процессор, РПЗУ на фигуре не показаны.

Устройство работает следующим образом.

В РЭД 2 с помощью БД 1 измеряют температуру газов за турбиной и сравнивают ее значение с заданным, хранящимся в ПЗУ (для двигателя ПС-90А2 производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, заданная температура газов за турбиной низкого давления равна 855 К). Если измеренная температура газов превысила заданное значение, по команде РЭД 2 с помощью ДТ 3 уменьшают расход топлива в КС до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения.

Дополнительно на режиме запуска двигателя в РЭД 2:

- через равные промежутки времени, заданные заранее (например, для электронных регуляторов РЭД-90 разработки и производства ОАО «СТАР», г.Пермь, входящих в САУ двигателей ПС-90А разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, этот промежуток составляет 0,02 секунды) вычисляет величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени;

- величины изменения фильтрует с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в десять раз больше, чем заданный промежуток времени (для двигателей ПС-90А эта постоянная составляет 0,5 секунды);

- вычисляет отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя;

- сравнивает отношение с наперед заданной величиной (для двигателей ПС-90А эта величина составляет 0,48 К х секунду);

- если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени (для двигателей ПС-90А это время составляет 0,5 секунды), формирует сигнал на табло 5 «Опасный режим работы двигателя» и на время 0,3…0,5 секунды прекращают подачу топлива в КС двигателя, включив КО 4. Обычно этого хватает, чтобы опасный для газогенератора рост температуры газов, вызванный срывными явлениями в компрессоре, прекратился, и двигатель начал работать нормально.

Дополнительно на всех режимах работы ГТД от минимального до максимального с помощью БД 1 в РЭД 2 измеряют давление воздуха за компрессором, вычисляют относительное изменение и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, а относительную скорость - со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - больше второй наперед заданной величины, формируют сигнал «Помпаж», выдаваемый на табло 5.

Например, для двигателя ПС-90А2 разработки ОАО «Авиадвигатель» электронный регулятор САУ РЭД-90А2М на режимах работы двигателя выше 5000 об/мин, должен формировать сигнал «Помпаж» при одновременном наличии условий:

1) относительном падении давления за компрессором на величину, большую ,

где - размах пульсационной составляющей давления воздуха (кгс/см2);

- максимальное давление за каждый цикл колебания (кгс/см2).

2) относительной скорости изменения давления

где Δτ - цикл расчета РЭД-90А2М, равный 0,05 с.

Одновременно по команде РЭД 2 с помощью КО 4 прекращают подачу топлива в КС ГТД на наперед заданное время, определяемое для каждого ГТД экспериментально в процессе приемо-сдаточных испытаний (для двигателя ПС-90А2 это время составляет 0,3 с), открывают клапаны перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТД (у двигателя ПС-90А2 - заслонки перепуска воздуха из-за подпорных ступеней компрессора ЗПВ ПС) и из-за компрессора ГТД (у ПС-90А2 - КПВ КВД) и включают агрегат зажигания на наперед заданное время (для ПС-90А2 это время составляет 30 с).

Обычно этого хватает, чтобы вывести двигатель из помпажа.

Если после этого относительное изменение давления стало меньше первой наперед заданной величины (для ПС-90А2 величина равна 0,4), а относительная скорость - меньше второй наперед заданной величиной (для ПС-90А2 величина равна 7), снимают сигнал «Помпаж», выдававшийся РЭД 2 на табло 5, снимают сигнал РЭД 2 на КО 4 и по командам РЭД 2 с помощью ДТ 3 осуществляют управление ГТД в соответствии со штатными программами управления, хранящимися в ПЗУ РЭД 2.

Т.о. за счет повышения качества работы САУ обеспечивается защита двигателя от помпажа, что повышает надежность работы двигателя и безопасность самолета.

Способ защиты газотурбинного двигателя (ГТД), заключающийся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в КС ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения, на режиме запуска ГТД через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в КС ГТД на время 0,3…0,5 с, отличающийся тем, что дополнительно на всех режимах работы ГТД от минимального до максимального измеряют давление воздуха за компрессором, вычисляют относительное изменение и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, а относительную скорость - со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - больше второй наперед заданной величины, формируют сигнал «Помпаж», прекращают подачу топлива в КС ГТД на наперед заданное время, определяемое для каждого ГТД экспериментально в процессе приемосдаточных испытаний, открывают клапаны перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТД и из-за компрессора ГТД и включают агрегат зажигания на наперед заданное время, если после этого относительное изменение давления стало меньше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - меньше второй наперед заданной величины, снимают сигнал «Помпаж» и осуществляют управление ГТД в соответствии со штатными программами управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу распознавания неисправности «rotating stall» (вращательный отрыв потока) в компрессоре, который приводится в действие с помощью питаемого полупроводниковым преобразователем трехфазного электродвигателя.

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

Изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к системам защиты от помпажа турбокомпрессоров, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к усовершенствованиям компрессоров, в частности к усовершенствованиям способа регулирования центробежных компрессоров, чтобы сделать максимальной их эффективность.

Изобретение относится к области защиты осевых и центробежных компрессоров от помпажа и может быть использовано в системах защиты и управления газоперекачивающих агрегатов как для нагнетателя, так и для осевых компрессоров газоприводных двигателей.

Изобретение относится к способам защиты компрессоров от помпажа и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к испытательным стендам для определения характеристик и границы устойчивой работы компрессора в составе двигателя

Газотурбинный двигатель, например двухконтурный турбореактивный двигатель, включает промежуточный кожух, содержащий выполненную в виде тела вращения внутреннюю стенку, ограничивающую с наружной стороны канал течения первичного потока воздуха и средства отбора воздуха. На заднем по потоку конце закрепляется наружный кожух компрессора высокого давления. Средства отбора воздуха находятся в канале этого компрессора высокого давления и связаны на выходе со средствами повторного впрыскивания воздуха в переднюю по потоку часть этого компрессора высокого давления. Средства отбора воздуха связаны со средствами повторного впрыскивания воздуха при помощи кольцевого коллектора, охватывающего внутреннюю выполненную в форме тела вращения стенку промежуточного кожуха по потоку перед компрессором высокого давления. Они располагаются в радиальном направлении между этой выполненной в форме тела вращения внутренней стенкой и выполненной в форме тела вращения наружной стенкой промежуточного кожуха, которая ограничивает с внутренней стороны канал течения вторичного потока воздуха газотурбинного двигателя. Изобретение позволяет упростить запитывание кольцевого коллектора воздухом не увеличивая массу и длину газотурбинного двигателя. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Компрессор для турбомашины содержит кожух (4), по меньшей мере, одну ступень компрессора и полости (5), выполненные в упомянутом кожухе по пути хода подвижных лопаток (1). Ступень компрессора образована неподвижным лопаточным колесом (2) и подвижным лопаточным колесом (1), размещенным на выходе упомянутого неподвижного колеса (2). Полости (5) имеют длину L2, измеренную по оси и смещенную в сторону входа относительно подвижных лопаток (1) таким образом, чтобы образовать перекрытие с длиной L1. Длины L1 и L2 составляют соответственно от 35 до 50% и от 80 до 90% осевой хорды Сах, измеренной на внешнем конце подвижных лопаток (1). Полости (5) не сообщаются между собой. Такая конфигурация обеспечивает одновременно хорошее всасывание воздуха в полость и повторную подачу насколько возможно близко на вход зазора подвижных лопаток. Кроме того, тот факт, что полости не сообщаются между собой, устраняет любую окружную рециркуляцию и, таким образом, риск паразитной повторной подачи на уровне лопатки, которая могла бы поступать из соседней полости, что ухудшило бы эксплуатационные качества компрессора. Повторная подача осуществляется исключительно насколько возможно ближе ко входу лопаточного зазора. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Диффузор для диагонального или центробежного компрессора газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, одну лопатку (20), имеющую сторону нагнетания, сторону всасывания и первую боковую поверхность (22). Лопатка имеет множество отверстий (32), открывающихся на сторону всасывания и/или сторону нагнетания и сообщающихся с, по меньшей мере, одной полостью, образованной в лопатке. Полость (30) проходит в поперечном направлении относительно лопатки и открывается на первую боковую поверхность. Поперечное сечение полости (30) изменяется в поперечном направлении лопатки, причем это поперечное сечение увеличивается по направлению к первой боковой поверхности (22). Достигается устранение помпажа путём равномерного всасывания текучей среды за счет того, что увеличение поперечного сечения полости, рассматриваемое от нижней части полости, выбирается таким образом, чтобы отверстия, сообщающиеся с полостью, имели одинаковую скорость всасывания и чтобы одно отверстие имело скорость всасывания, которая является равномерной по всему его сечению. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу управления комбинированным устройством и комбинированному устройству, в котором может быть применен данный способ. Способ управления устройством 1, которое содержит, по меньшей мере, компрессорную установку 2 и/или устройство для сушки с одной стороны и систему 3 регенерации тепла с другой стороны. Система 3 регенерации тепла поглощает тепло из компрессорной установки 2. Комбинированное устройство 1 дополнительно содержит контроллер 5 и средство 6 для установления одного или более параметров системы. Контроллер 5 управляет как компрессорной установкой 2 и/или устройством для сушки, так и системой 3 регенерации тепла, на основе вышеупомянутых параметров системы, с оптимизацией общей эффективности комбинированного устройства. Изобретение направлено на снижение общего энергопотребления комбинированного устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы., 1 ил.

Изобретение относится к вспомогательной воздушной системе компрессора центробежного или осецентробежного типа, включающего в себя ротор, имеющий ось вращения, при этом компрессор выполнен с возможностью сжатия газа-окислителя. Вспомогательная воздушная система включает в себя систему стравливания газа-окислителя, расположенную в роторе. Изобретение направлено на создание вспомогательной воздушной системы, ротора компрессора и компрессора, устойчивых к загрязнению газом-окислителем. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх