Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя



Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2542631:

Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для регулирования положения направляющих аппаратов компрессора авиационного газотурбинного двигателя. Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя содержит сумматор, имеющий возможность связи выходом с механизмом управления положением направляющих аппаратов, переключатель, выход которого связан с первым входом сумматора, первый и второй программные блоки, блок вычисления приведенной частоты вращения ротора низкого давления, связанный с датчиком частоты вращения ротора низкого давления и датчиком температуры воздуха на входе в двигатель. Система оснащена датчиком положения направляющих аппаратов и датчиком частоты вращения ротора высокого давления, компаратором, электрогидравлическим клапаном системы охлаждения турбины. Вход компаратора связан с датчиком частоты вращения ротора высокого давления, выход компаратора связан с электрогидравлическим клапаном системы охлаждения турбины. Переключатель имеет управляющий вход, который связан с выходом электрогидравлического клапана, а также первый и второй входы, связанные соответственно с выходами первого и второго программных блоков. Входы программных блоков связаны с выходом блока вычисления приведенной частоты вращения ротора низкого давления. Датчик положения направляющих аппаратов связан со вторым входом сумматора. Технический результат - повышение эффективности регулирования газотурбинного двигателя, позволяющее обеспечить снижение удельного расхода топлива при полете на крейсерских режимах. 1ил.

 

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для регулирования положения направляющих аппаратов компрессора двухвального авиационного газотурбинного двигателя.

Известно устройство управления положением направляющих аппаратов компрессора газотурбинного двигателя посредством привода, связанного с регулятором, вход которого связан с выходом элемента сравнения. Первый вход элемента сравнения связан с выходом блока вычисления приведенного расхода воздуха. Первый вход блока вычисления приведенного расхода воздуха соединен с датчиком положения направляющих аппаратов компрессора, второй вход соединен с датчиком температуры воздуха на входе в газотурбинный двигатель, третий - с датчиком давления воздуха на входе в двигатель. Устройство также содержит первый и второй программные блоки управления расходом воздуха. Выходы данных блоков связаны с первым и вторым входами сумматора, выход которого связан со вторым входом элемента сравнения. Вход второго программного блока имеет возможность связи с датчиком температуры воздуха на входе в газотурбинный двигатель, а вход первого программного блока связан с выходом блока вычисления приведенной частоты вращения ротора компрессора, выход которого также связан с четвертым входом блока вычисления приведенного расхода воздуха, а вход блока вычисления приведенной частоты вращения ротора компрессора имеет возможность соединения с датчиком частоты вращения ротора компрессора. Пятый вход блока вычисления приведенного расхода воздуха имеет возможность соединения с датчиком давления воздуха на выходе из компрессора. Второй вход блока вычисления приведенной частоты вращения ротора компрессора имеет возможность соединения с датчиком температуры воздуха на входе в газотурбинный двигатель. В процессе работы газотурбинного двигателя и функционирования устройства управления положение направляющих аппаратов регулируется приводом, параметры работы газотурбинного двигателя отслеживаются поименованными выше датчиками. (RU 94636 U1, F02C 7/26, 27.05.2010) /1/.

В результате анализа известной системы необходимо отметить, что ее использование позволяет обеспечить заданное положение рабочей линии на напорных ветках характеристики компрессора и тем самым сохранение максимального значения коэффициента полезного действия компрессора и его запасов газодинамической устойчивости. Однако в нем регулирование положения направляющих аппаратов осуществляется по отношению заданного и текущего расходов воздуха степени сжатия воздуха, что не позволяет осуществлять регулирование положения направляющих аппаратов, в том числе на переходных режимах, с высокой точностью в широких диапазонах регулирования по частоте вращения ротора компрессора, особенно на повышенных значениях частоты вращения. Для достижения максимальной тяги требуется более высокая степень сжатия компрессора, чем для обеспечения минимального расхода топлива. Поэтому при положении рабочей линии, обеспечивающем максимальную тягу двигателя, будет повышенный по сравнению с оптимальным значением удельный расход топлива. Положение рабочей линии выбирается из условия достижения максимальной тяги двигателя при взлете и наборе скорости. Поэтому при единой для всех режимов работы рабочей линии не обеспечивается минимальный удельный расход топлива на крейсерских режимах полета.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является система управления положением направляющих аппаратов компрессора газотурбинного двигателя, содержащая сумматор, имеющий возможность связи выходом с механизмом управления положением направляющих аппаратов. Система содержит первый и второй переключатели, каждый из которых выполнен в виде ключа, управляемого исполнительным механизмом. Первый и второй входы сумматора связаны соответственно с первым и вторым ключами. Исполнительные механизмы переключателей управляются от элемента сравнения, первый вход которого связан с блоком формирования заданной приведенной частоты вращения ротора компрессора, а второй - с блоком формирования фактической приведенной частоты вращения ротора компрессора, который по существу является программным блоком, входы которого связаны с датчиками температуры воздуха на входе в двигатель и частоты вращения ротора компрессора. Ключ первого переключателя связан с выходом регулятора отношения давления воздуха за компрессором и давления воздуха на входе в компрессор, входы которого связаны с датчиками давлений за и перед компрессором. Ключ второго переключателя связан с выходом регулятора расхода воздуха, пропускаемого через компрессор, вход которого связан с датчиком расхода воздуха. В процессе работы газотурбинного двигателя и функционирования системы управления положение направляющих аппаратов компрессора газотурбинного двигателя регулируется исполнительным механизмом. (RU 112725 U1, F04D 27/00, 10.10.2011) /2/.

В результате анализа данной системы необходимо отметить, что ее использование позволяет обеспечить заданное положение рабочей линии на напорных ветках характеристики компрессора и тем самым сохранить максимальное значение коэффициента полезного действия компрессора и его запасов газодинамической устойчивости за счет более точного регулирования по расходу воздуха на пониженной частоте вращения ротора компрессора. Однако указанная система обеспечивает только заданное положение рабочей линии, не предусматривая при этом возможность корректировки положения рабочей линии в зависимости от условий полета.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности газотурбинного двигателя на крейсерских режимах работы.

Ожидаемый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой системы, - повышение эффективности регулирования газотурбинного двигателя, позволяющее обеспечить снижение удельного расхода топлива при полете на крейсерских режимах.

Ожидаемый технический результат обеспечивается тем, что система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя, содержащая сумматор, имеющий возможность связи выходом с механизмом управления положением направляющих аппаратов, переключатель, выход которого связан с первым входом сумматора, программный блок, блок вычисления приведенной частоты вращения ротора низкого давления, связанный с датчиками частоты вращения ротора низкого давления и температуры воздуха на входе в двигатель, согласно изобретению снабжена вторым программным блоком, датчиком положения направляющих аппаратов и датчиком частоты вращения ротора высокого давления, компаратором, электрогидравлическим клапаном системы охлаждения турбины, при этом вход компаратора связан с датчиком частоты вращения ротора высокого давления, выход компаратора связан с электрогидравлическим клапаном системы охлаждения турбины, переключатель имеет управляющий вход, который связан с выходом электрогидравлического клапана системы охлаждения турбины, а также первый и второй входы, которые связаны соответственно с выходами первого и второго программных блоков, входы которых связаны с выходом блока вычисления приведенной частоты вращения ротора низкого давления, а со вторым входом сумматора связан датчик положения направляющих аппаратов.

На чертеже представлена схема системы управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя.

Система содержит датчики контроля параметров работы агрегатов газотурбинного двигателя, а именно: датчик 1 измерения частоты вращения ротора высокого давления; датчик 2 измерения частоты вращения ротора низкого давления двигателя (n); датчик 3 измерения температуры воздуха на входе в двигатель (Твх); датчик 4 измерения положения направляющих аппаратов.

Датчик 1 частоты вращения ротора высокого давления через компаратор 5 подключен к электрогидравлическому клапану 6 системы охлаждения (не показана) турбины. Выход электрогидравлического клапана 6 подключен на управляющий вход переключателя 7.

Датчик 3 температуры воздуха на входе в двигатель подключен к первому входу блока 8 вычисления приведенной частоты вращения ротора низкого давления, ко второму входу которого подключен датчик 2 частоты вращения ротора низкого давления.

Система оснащена первым 9 и вторым 10 программными блоками, выходы которых соединены с первым и вторым входами переключателя 7 соответственно, а входы их связаны с выходом блока 8.

Выход переключателя 7 связан с первым входом сумматора 11, со вторым входом которого связан датчик 4 измерения положения направляющих аппаратов. Выход сумматора 11 связан с механизмом управления положением (не показан) направляющих аппаратов компрессора газотурбинного двигателя.

Все используемые в системе блоки и элементы являются известными и реализуют присущие им функции, их конкретное выполнение не является предметом патентной охраны, поэтому в материалах заявки указываются их выполняемые функции, а конкретное выполнение не раскрыто.

Сумматор 11 может быть реализован в виде устройства сложения сигналов как в гидравлическом, так и электронном исполнении.

Программные блоки 9 и 10 представляют собой нелинейные преобразователи и могут быть реализованы на стандартных процессорах.

Блок 8 вычисления приведенной частоты вращения ротора низкого давления может представлять программный блок, реализующий функцию n п р = 288 Т в х n , где nпр - приведенная частота вращения, n - физическая частота вращения, Твх - температура воздуха на входе в компрессор.

В качестве компаратора 5 может быть использовано стандартное электронное реле.

Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя работает следующим образом.

В процессе работы системы параметры ее работы контролируются датчиками. Сигнал с датчика 1 поступает на компаратор 5, где при превышении порога компаратора на его выходе формируется сигнал низкого уровня, по которому клапан 6 полностью открыт, обеспечивая максимальное охлаждение турбин.

Сигнал с датчика 2 поступает на второй вход блока 8. Сигнал с датчика 3 поступает на первый вход блока 8, который с учетом сигнала с датчика 2 формирует сигнал приведенной частоты вращения ротора низкого давления. Данная операция широко известна в системах управления газотурбинного двигателя и нет необходимости подробно останавливаться на ее описании.

Сигнал с датчика 4 поступает на второй вход сумматора 11.

Положение направляющих аппаратов формируется программными блоками 9 и 10 в зависимости от значения приведенной частоты вращения ротора низкого давления.

Программа, формируемая блоком 9, определена приведенным расходом воздуха, потребным для обеспечения максимальной тяги двигателя. Сигнал с выхода блока 9 подается на первый вход переключателя 7. Программа блока 10 определена приведенным расходом воздуха, потребным для обеспечения минимального удельного расхода топлива.

На максимальных режимах работы газотурбинного двигателя частоты вращения ротора высокого давления превышают установленный компаратором 5 порог. На его выходе формируется сигнал низкого уровня, при котором электрогидравлический клапан 6 перемещается в положение максимального охлаждения турбин. Сигнал о включении максимального охлаждения турбин поступает на управляющий вход переключателя 7, который подключает к своему выходу первый вход. В результате на вход сумматора 11 поступает сигнал управления положением направляющих аппаратов с выхода первого программного блока 9. Данный сигнал суммируется с сигналом датчика 4, в результате чего на выходе сумматора 11 формируется управляющий сигнал, поступающий на механизм управления положением направляющих аппаратов, который, в соответствии с данным сигналом, устанавливает направляющие аппараты в положение, обеспечивающее максимально возможную тягу.

При крейсерском режиме полета значение частоты вращения ротора высокого давления двигателя ниже установленного компаратором 5 порога срабатывания. На его выходе формируется сигнал высокого уровня, в соответствии с которым клапан 6 переводится в положение, уменьшающее интенсивность охлаждения турбины. Сигнал о выключении максимального охлаждения турбин поступает на управляющий вход переключателя 7 и подключает к его выходу второй вход, к которому подсоединен выход второго программного блока 10. Данный сигнал суммируется с сигналом датчика 4, в результате чего на выходе сумматора 11 формируется управляющий сигнал, поступающий на механизм управления положением направляющих аппаратов, который, в соответствии с данным сигналом, устанавливает направляющие аппараты в положение, обеспечивающее минимальную тягу.

Предложенное решение позволяет снизить расход топлива при полете на крейсерском режиме на 2-3% за счет переключения на линию установившихся режимов, обеспечивающую наименьший удельный расход топлива, при переходе работы двигателя с максимального на крейсерский режим.

Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя, содержащая сумматор, имеющий возможность связи выходом с механизмом управления положением направляющих аппаратов, переключатель, выход которого связан с первым входом сумматора, программный блок, блок вычисления приведенной частоты вращения ротора низкого давления, связанный с датчиками частоты вращения ротора низкого давления и температуры воздуха на входе в двигатель, отличающаяся тем, что система снабжена вторым программным блоком, датчиком положения направляющих аппаратов и датчиком частоты вращения ротора высокого давления, компаратором, электрогидравлическим клапаном системы охлаждения турбины, при этом вход компаратора связан с датчиком частоты вращения ротора высокого давления, выход компаратора связан с электрогидравлическим клапаном системы охлаждения турбины, переключатель имеет управляющий вход, который связан с выходом электрогидравлического клапана системы охлаждения турбины, а также первый и второй входы, которые связаны соответственно с выходами первого и второго программных блоков, входы которых связаны с выходом блока вычисления приведенной частоты вращения ротора низкого давления, а со вторым входом сумматора связан датчик положения направляющих аппаратов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с турбонаддувом. Техническим результатом является расширение диапазона регулирования турбонаддува ДВС.

Изобретение относится к воздушно-азотным компрессорным станциям, может быть использовано преимущественно в ракетно-космических стартовых комплексах для обеспечения потребителей сжатыми газами.

Изобретение относится к вентиляторным установкам регулируемой производительности. Система управления аппаратами воздушного охлаждения содержит регуляторы, датчики температуры, вентиляторы и теплообменники в аппаратах воздушного охлаждения, а также входной коллектор и выходной коллектор для охлаждаемой среды.

Способ регулирования компрессора, включающего себя компрессорный элемент. При переходе от полной нагрузки или частичной нагрузки к нулевой нагрузке осуществляется процесс А, включающий в себя следующие этапы: снижение давления на входе в компрессорный элемент; снижение частоты вращения и/или крутящего момента, и/или при переходе от нулевой нагрузки к частичной или полной нагрузке осуществляется процесс В, включающий в себя следующие этапы: повышение частоты вращения или крутящего момента и повышение давления на входе в компрессорный элемент.

Предложена система для регулирования скорости вращения каждого из N двигателей с регулируемой скоростью вращения с помощью напряжения возбуждения, где N является целым числом, равным или превышающим 1.

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

Изобретение относится к компрессоростроению и касается конструкции диффузоров с регулируемым положением лопаток. Регулируемый диффузор центробежного компрессора содержит расположенные в корпусе компрессора между диафрагмой и стенкой диффузора лопатки, установленные с возможностью поворота и снабженные цапфами, размещенными в стенке диффузора и кинематически связанными с приводным валом посредством рычагов, поворотного диска и приводного рычага, размещенного между стенкой диффузора и торцевой стенкой корпуса и взаимодействующего с кривошипом и пальцем, установленными соответственно на торце приводного вала и периферии поворотного диска.

Изобретение относится к компрессоростроению. Описана система для сжатия газа, которая в некоторых вариантах осуществления содержит блок входных направляющих лопаток.

Изобретение относится к транспортировке многофазной углеводородной смеси по трубопроводам, проложенным по морскому дну. Перекачивающая станция на морской платформе содержит контейнер.

Компрессор газотурбинного двигателя содержит лопатки с изменяемым углом установки, содержащие лопасть, связанную посредством пластины (17) кольцевого контура с опорой, удерживаемую при повороте в отверстии кожуха (14).

Изобретение относится к области перекачки газа и может быть использовано на компрессорных станциях при транспортировке газа через магистральные трубопроводы. Компрессорная станция для перекачки газа содержит газоперекачивающий агрегат с технологическим компрессором, приводом которого служит газотурбинная установка, включающая в себя осевой компрессор. На входе в технологический компрессор установлен охладитель газа. На входном тракте осевого компрессора газотурбинной установки установлен теплообменный аппарат, входной и выходной патрубки полости холодного теплоносителя которого соединены с выходным патрубком полости холодильного агента охладителя газа и входным патрубком компрессора теплоиспользующей холодильной машины, частью которой является охладитель газа. Изобретение направлено на снижение затрат энергии при сжатии газа в технологическом компрессоре и воздуха в осевом компрессоре газотурбинной установки, повышение эффективности работы компрессорной станции. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры в первичном потоке двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя. Изобретение предоставляет устройство для измерения температуры на входе компрессора в проточном канале первичного потока двухконтурного турбореактивного двигателя. Устройство содержит воздухонепроницаемую пустотелую конструкцию, образующую соединительный кронштейн (36b) разделительного корпуса (30) турбореактивного двигателя и выполненную с возможностью радиально проходить через проточный канал (16) для первичного потока, и проточный канал (18) для вторичного потока турбореактивного двигателя. Соединительный кронштейн (36b) имеет по меньшей мере одно воздухозаборное отверстие (44), открывающееся в проточный канал первичного потока на входе компрессора, и по меньшей мере одно воздуховыпускное отверстие (46), выполненное так, чтобы вести в зону турбореактивного двигателя, где окружающее давление меньше давления в проточном канале первичного потока на входе компрессора. Устройство включает в себя датчик (48) температуры, чувствительный элемент которого размещен внутри соединительного кронштейна. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу управления компрессором. Способ содержит следующие этапы: а) передача по меньшей мере одного заданного значения параметра компрессора, b) определение по меньшей мере двух значений регулирующего воздействия по меньшей мере двух исполнительных элементов компрессора на основе заданного значения, с) определение основанного на модели теоретического состояния компрессора на основе значений регулирующего воздействия, d) итерационная коррекция по меньшей мере одного из значений регулирующего воздействия в зависимости от теоретического состояния, е) управление по меньшей мере одним из исполнительных элементов на основе значения регулирующего воздействия. Изобретение направлено на повышение КПД. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем вентилятора, имеющего большой момент инерции. Технический результат заключается в уменьшении потребления электроэнергии из сети за счет использования энергии инерционных масс вентилятора. В способе управления электродвигателем вентилятора производительность вентилятора регулируют по среднему значению скорости электродвигателя между минимальными и максимальными скоростями. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к турбокомпрессорам. Новым в устройстве является то, что газоприемный корпус содержит профилированные фронтальный и радиальный каналы для подвода газов, соединенные с нижними левым и правым нагнетательными каналами газоприемного корпуса соответственно, верхние каналы которого являются перепускными для отвода газов, при этом каналы для подвода газов соединяются попарно с перепускными каналами через устройство управления производительностью турбины в виде двух параллельных поворотных задвижек, установленных на валиках на входе газоприемного корпуса с управлением посредством пневмодвигателей, а рабочее колесо при этом представляет комбинацию лопаток специального профиля выполненного на цилиндрической и тороидальной части с переходами от одной геометрической поверхности к другой. В данном устройстве достигается технический результат, выраженный в повышении КПД и вращающего момента на валу двигателя. Кроме того, достигается эффективное управление турбиной. 2 ил.

Изобретение относится к области эксплуатации цеховых регуляторов на компрессорных цехах компрессорных станций. В способе регулирования компрессорного цеха, включающем контроль расхода топливного газа, поочередно изменяют нагрузки групп ГПА, работающих в трассу, для чего двум ГПА группы одновременно меняют частоты вращения роторов турбин низкого давления в противоположных направлениях на одинаковую величину. Для нейтрализации влияния шумов на измерение КПД применяют программные фильтры с большими постоянными времени. Измерение измененного КПД производят после выдержки времени, превышающей не менее чем в 3…5 раз наибольшую постоянную времени фильтров. Направление каждого шага изменения частот вращения роторов турбин низкого давления определяют по знаку приращения КПД, полученного на предыдущем шаге, при этом окончанием оптимизации группы считают малое приращение КПД либо приближение рабочей точки ГПА к технологическому ограничению. Техническим результатом заявляемого способа является снижение расхода топливного газа, повышение КПД компрессорного цеха. 1 ил.
Наверх