Устройство для моделирования судовой газотурбинной установки

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтсиик

Социапистмчвсииз республик (и)938290 (6) ) Дополнительное к авт. саид-ву 34 517901 (22) Заявлено 09.07.80 (21) 2952046/18-24 (5I)M. Кл.

G 06G 7/48 с присоединением заявки J4 (23) Приоритет

9еударстваивй квинтет

СССР ав авлам «эобретекиЯ и юткрыткЯ (53) УД f(681. .333(088. 8) Опубликовано 23.06.82. Бюллетень Юв 23

Дата опубликования описания 25.06.82

I

А. А. Берденников, О, Н. Кабинь и А. И, Шраер . с

Ф

1 — —.:

3 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СУДОВОЙ

ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для исследования и проектирования систем автоматического управления судовых технических средств.

По основчому авт. св. М 517901

5 известно устройство для моделирования судовой газотурбикной установки, содет жащее блоки моделирования характеристик компрессоров, первые входы которых подключены к выходам блока вычисления оборотов, вторые входы - к выходам блока моделирования приведенных расходов, третьи входы - к блоку задания уставок, а выходы - к входам блоков моделирования относительных перепадов температуры компрессоров и первому и второму входам блока моделирования щжведенных расходов, третий и четвертый входы которых подключены к выхо- ro дам блоков моделирования относительных перепадов температуры компрессоров и первым двум входам блока моделирования камеры сгорании, третий вход кото2 рого подключен к выходу блока моделирования расхода воздуха и первому вхо ду блока вычисления оборотов, соединенному с пятым входом блока моделирования приведенных расходов, четвертый вход подключен к выходу блока моделирования расхода топлива, а выход — к второму входу блока вычисления оборотов, третий вход которого подключен к выходу блока моделирования нагрузки винта, четвертый и пятый входы - к выходам блоков моделировании относзттепных перепадов температуры компрессоров, а остальные входы соединены с выходами блоков относительных перепадов температуры турбин. Кроме того, оно cogepжит блок вычнслепж суммарной степени сжатия компрессоров, входы которого соединены с выходами бпоков модежровання характеристик компрессоров, а выход переключен к входам блоков моделирования относительных перепадов температуры турбин и входу блока мо депировання расхода воздухаР3

08200 4

3 б

Недостатком этого устройства sII ляется недостаточная точность моделирования, так как оно не может быт использовано дця имнтащии процесса реверса газотурбинных установок, оборудованных турбинами зад его хода, щи одновременном контроле параметров турбокомпрессоров. Последнее объясняется тем, что отсутствуют элементы, модепнрукзцие изменение крутящего мо мента на турбинах переднего и заднего хода при перемещении реверсных органов.

IleIII, изобретения — расширение функциональных возможностей моделирования за счет моделирования реверса гаэси урбинных установок.

Эта цель достигается тем, что в устройство введены три функциональных преобразователя, четыре блока перемножения, четыре усилителя, четыре сумматора, два квадратора, интегратор и блок задания относительных перемещений реверсных органов, щжчем выход блока вычисления суммарной степени сжатия подключен к входу первого функционального преобразователя, выход которого соединен с входом второго функциональ ного преобразователя и входом первого усилителя, выход которого подключен к входу третьего функционального преобразователя, выход которого соединен с входом первого пэадратора и первым входом первого блока перемножения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход первого квадратора соединен с входом второго усилителя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с первым входом второго блока перемйожения, выход которого переключен к первому входу второго сумматора, выход блока моделирования нагрузки винта соедиын с входом третьего усилителя, выход которого подкжочен к второму входу второго сумматора, выход которого»соединен с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу первого блока перемножения и первому входу третьего блока перемножения, выход второго фуипщиэнацьного преобразовательн соединен с входом второго квадратора и вторым входом третьего блока перемножения, выход amoporo подключен к первому входу третьего сумматора, выход второго квадратора соединен с входом четвертого усилителя, выход ксеорого подключен к второму входу тртьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого блока перемножения, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, выход блока. эаJ38HH5l oTHcK3pl ельных перемецений реаерсных органов соединен с вторым входом второго блока перемножения и входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу четвертого

30 блока перемножения.

Кроме того, функциональный преобраэовате ь содержит квадратор, два усилит ля и сумматор, причем входь(первого усилителя и квадратора обьединены и

И явлщруся входом преобразователя, oII которого соединен с выходом сумматора, выход которого подключен к выходу первого усилителя, выход квадратора соединен с входом второго усилителя, выход

26 которого подключен к второму входу сумматора.

Огносительные крутящие моменты, развиваемые турбинами переднего и заднего хода при впуске газа только в одну из этих турбин могут быть определены следуюшими соотношениями: (И 5 1I3 мох» „=-м » „»)((-»(»» "(), где t4 — относительная мощность турбско(лрессорной части газотур. " у бннной установки: е»,(/»»»Ф maoarrunaam мою»ость турби! SX hX ны заднего хода; ц Я максимальные мошиости ту >.,,. й" Э" .бин переднего и заднего хода; и - относительное число оборотов гребного вала;

- отношение крутящего момента, развиваемого турбиной при заторможенном роторе, к моменту, развиваемому ею при той же мощности установки на установившемся реноме работы.

Приведенные . соотношения получены прн следуюп(их допущениях.

На установивп(ихся режимах работы выполняются следующие соотношения:

-Э aQ и =п,М„зет 6ФГ - rqa впуске raaa в турбину переднего хода; ("З ") Ст" П„Г, "Зж = "прк впуске газа

--- n s турбину задне ст го хода.

Зависимость hh(5) прк Й const прямолинейная.

Огносительиая мощность турбокомпрессорной части газотурбинной установ5 ки И может быть определена как функция суммарной степени сжатия компрессоров И ., и = 9 (X ).

Расчеты показывают, что эта зависимость с достаточной. точностью может быть аппроксимировала выражением:, a=a ц ф +a> °

С где cl„. а, a> - постоянные коэф ациентые

При изменении Й в рабочем диапазоне зависимости (N t и М - Й)" также . могут быть аппроксимированы полиномами второй степени

М =ЬЙ й,„ )" . с,,„й} .с,,к,„й)+., где Ь„, Ъ, b>, с„, С,, с - п со: янные коэффициенты.

Определение относительного крутяще

ro момента Й, развиваемого на гребном валу, при одновременном впуске га-. за в турбины переднего и заднего хода может быть ттроизведено в доттушенни, что при перемещении реверсных органов . в промежуточное положение происходпт редуцирование крутятцих моментов турбин переднего и заднего хода, пропор. циональное относительному перемещекию, реверсных органов S . В соответствии с этим допущением = ц- о - з.

QС .3 4 т где 9=0 соответствует впуску газа только в турбину переднего хода;

В 1 соответствует впуску газа только в турбину заднего хода.

Реализация приведенных зависимостей на элементах вычислительной технили обеспечивает достижение указанной цели.

На чертеже изображено устройство для моделирования судовой r àçîòóðáèíной установки.

Устройство содержит блоки 1 и 2 моделирования характеристик компрессров, блоки 3 и 4 моделирования относитепьных перепадов температуты компрессоров, блоки 5 - 7 моделирования относительных перепадов температуры турбин, блок 8 моделирования расхода воздуха, блок 9 моделирования расхода топлива, блок 10 моделирования приведенных расходов, блок 11 моделирования камеры сгорания, блок 12 вычисления оборотов, блок 13 вычисления суммарной степ ни сжатия компрессоров, 6ttott

14 задания уставок, блок 15 моделиро

М 8290 6 вания нагрузки винта, функциональные преобразователи 16 - 18, усилители

19 — 22, квадраторы 23 и 24, сумма торы 25 — 28, блоки 29 - 32 перемножения, интегратор 33., блок 34 задания относителытых перемещений реверсных органов. Кроме того, каждый функционалытый преобразователь содержит квадратор 35, усилители 36 и 37 и сумма

1е тор 38.

Устройство работает следующим образом.

Вычисление степеней сжатая на компрессорах осуществляется в блоках 1 и

1З 2 моделирования характеристик компреосоров, три входа каждого из которых электрически связаны с соответствующими выходами блока 12 вычисления оборотов, блока 10 моделирования приведен20 ных расходов и блока 14 задания ус гавок. Вы шсление относительных перепадов температуры на комтгрессорах осутцествлнется в блоках 3 и 4 моделирования оТносительных перепадов температуры комЛЗ прессоров, вход каждого из которых электрически связатт с соответствуюцптми выходом блоков 1 и 2 моделирования характеристик компрессоров. Вычисление относительных перепадов температуры на зф турбинах осуществляется в 6ttoxax 5 - 7 модепировання относительных перепадов

- температуры турбин, вход каждого из которых электрически связан с выходом блока 13 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров. Вычисление расхода воздуха осуществляется в блоке 8 моделирования расхода воздуха, sxott которого электрически связан с выходом блока 13 вычисления суммарной степени

Е сжатия компрессоров.

Вычисление расхода топлива осуществляется в блоке 9 моделирования расхода топлива посредством задания уровня электрического сигнала оператором. Вт е cttetttte приведенных расходов осущестMttterctt в блоке 10 модешрования п1зтведенных расходов, входы которого электрически связаны с выходами блоков l и 2 моделирования характе итстик компрессоров, блоков 3 и 4 моделирования относительных перепадов темпера r5$3bl компрессоров H блока 8 моделиро» вання расхода воздуха. Вычисление температуры газа на выходе из камеры сгорания осуществляется в блоке 11 моделирования камеры сгорания, входы которого электрически связаны с выходами блока 8 моделирования расхода воздуха, блока 9 моделирования расхода

fO

1$

2$

3S еО

7 C)g топлива и блоков 3 и 4 моделирования относительных перепадов температуры компрессоров. Вычисление оборотсе тур бокомпрессоров осуществляется в блоке

1 2 BbpiR cd eHH$t o6opoToa входы KOTopopo электрически связаны с выходами блоков 5 — 7 моделирования относительных перепадов температуры турбин и бпоков

3 и 4 моделирования относительных пер падов температуры компрессоров, блока 8 моделирования расхода воздуха, блока 1 1 моделирования камеры сгорания и блока 15 моделирования нагрузки винта е

Вычисление суммарной степени сжатия на компрессорах осуществляется в блоке 13 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, входы которого соединены с выходами блоков 1 и 2 моделирования характеристик компрессоров. Задание уставок осуществляется с помошью блока 14 задания уставок, а вычисление нагрузки винта» в блоке

15 моцепнрования нагрузки винта.

Вход функннонатсьного преобразователя

16 электрически связан с выходом блока 13 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, а его выход электрически связан с входами функционального преобразователя 17 и усялителя 19, выход которого связан с входом функционального преобразователя 18. Выход функционального преобразователя 1 7 электрически связан с входом сумматора

25 через последовательно включенные квадратор 23 и усялитель 20, а такжес первым входом блока 29 перемножения, второй вход которого электрически связан с выходом интегратора 33. Выход сумматора 25 электрически связан с первым входом блока перемножейия 30, второй вход которого через сумматор

26 связан с блоком 34 задания относительных перемещений реверсных органов.

Выход функционального преобразователя 18 электрически связан с входом сумматора 27 через последовательно включенные квадратор 24 и усилитепь

21, а также - с первым входом блока перемножения 31, второй вход которого электрически связан с выходом интегратора 33. Выход сумматора 27 электрически связан с первым входом блока перемножения 32, второй вход которого связан с блоком 34, а его выход электрически связан с первым входом сумматора 28, второй вход которого связан с выходом блока перемножения 30, а третий — с выходом блока 15 моделирования нагрузки винта через усялитель 22.

В функциональном преобразователе

16 происходит вычисление относжтиа ной мощности М турбокомпрессорной части гаэотурбинной установки. При этом в квадраторе 35 вычисляется величйна, равная квадрату суммарной степени сжатия компрессоров л . В масштабном усилителе 36 эта величина умножается на постоянный коэффициент d . В усилителе 37 сигнал, равный и, умножается на другой постоянный коэффициент с и в сумматоре 38 происходит алгебраическое слежение сигналов 4„Л и 4 Я, с постоянной уставкой d . Сформированный таким образом на выходе функционального преобразователя 16 сигнал равен И . В функциональном преобразователе 17 происходит вычисление величины К 3. Прн этом в квадраторе 35 функционального преобразователя 1 7 вычисляется величина и <, в масштабном усилителе 36 эта вели ап а умножается на постоянный коэффщиент Ь,, в усилителе 37 сигнал k умножается на постоянный коэффициент Ъ и в сумматоре 38 сигналы Ъ„k н р N алгебраически складываются с постоянной уставкой Ь .

Сформированный таким образом на выходе функционального преобразователя 17 сигнал равен М "I>, В усилителе 19 сигнал N умножается на постоянный коэффициент, равными относительной мощности турбины заднего хода и Ъх . B функциональном преобразователе 18 происходит вычисление величины (8уХ. Й)" . При этом в квадраторе 35 функционального,преобразователя 18 вычисляется вепичина (к Й ) . В масштабном усилитех ле 36 эта вели п на умножается на постоянный коэф вшнент с1 . В масштабном усилителе 37 сигнал N3 . t4 умножается на постоянный коэффщиент С и в суима оре 38 сигналы с (МЗх ) и Ы" Зх j алгебраически складываются то иной уставкой С3 ° Сформирован ный таким образом на выходе функционального преобразователя 18 сигнал равен (Й3х М )Я В квадраторе 23 сигнал

М " 3 возводится во вторую степень, после чего в усилителе 20 сигнал и умножается на постоянный коэффициент . В блоке перемножения 29 сигнал

Ц умножается на сигнал из интегратора ЗЗ, равныи относительному числу оборотов гребного вала и . F3 сумматоре

25 сигналы 8 I и и Я алгебранчески складываются, в результате на выход»

26

1. Устройство дпя модепирования Wдовой газотурбинной установки по авт. сэ.

Ы 517901, о т л и ч а к» m е е с я тем, что, с цепью расширения функпионалыпас возможностей эа счет моделирования реверса гаэотурбинной установки, в него введены три функциональных нреобразователя, четыре блока перемножения, четыре усилители, четыре сумматора, два квадратора, интегратор и блок задания относительных перемещений реверсных органов, щжчем выход блока вычисления суммарной степени сжатия подключен к входу первого функционапьного преобразователя, выход которого соединен с входом второго функционального преобразователя и входом первого усилителя, выход которого подуапочен к входу третьего

: функционального преобразователя, выход квадратора и первым входом блока пере

49

: множения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход первому входу первого сумматора, выход первого квадратора соещыен с входом вто рого усилителя, выход которого подключеж

45 к второл»у входу второго сумматора, вы» ход которого соединен с первым вхсдрм второго блока перемнмсения, выход кого. рого подключен к. первому входу второ; ro сумматора, выход блока моделирования нагрузки винта соединен с входом, третьего усюцителя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу первого блока перемножения и первому входу третьего блока перемножения, выход

М Ф

9 QQ сумматора 25 формируется сигнал, рав ный относительному крутюпему моменту. ,М, „, развиваемому турйшой переднего; хода apt впуске газа только в эту тур бину. Сигнал, равный Относительному перемещению реверсных органов 9, формируется в блоке 34 посредством задания уровня электрического сигнала оператором. При этом 8 =О . соответствует впуску газа только в турбину переднего хода, а В - 1 соответствует впуску

: rasa только в турбину заднего хода. В . сумматоре 26 сигнал, равный S, вычитается из постоянного сигнапа, равного

1, после чего сигнал, равный (1 — S ), умножается в блоке перемножения 30 на сигнал, равный Мп . На выходе из блока перемножения 30 формируется сигнал (1 - 5 ) Мпх., равный относительно

: му крутящему моменту, развиваемому турбиной переднего хода щж перемещении реверсных Органов в проме»куточное положение. В квадраторе 24 сигнал (H »-И)" возводится во вторую степень, после чего в усилителе 21 сигнал (М .N) 3óìíoæaåòñÿ на постоянный коэффициент -,са. В блоке перемножения 31 сигнал (Hy . t4)" умножается на сигнал из интегратора 33, равный n . В cyii-. мат ре 27 с" напы -р(" N)rr " )" алгебраическн складываются. В результате на выходе сумматора 27 формиру ется сигнал, равный относительному крутящему моменту М » ., развиваемому турбиной заднего хода при впуске газа только в эту турбину. Этот сигнал умножается в блоке 32 перемножения на сигнал из блока 34, равный относитеп ному перемецению Я реверсных органов.

В результате на выходе блока 32 перемножения формируется сигнал 9 ° м эх.

В усилителе 22 сигнал иэ блока 15 моделирования нагрузки винта, равный моменту сопротивления на винте Мй, умножается на постоянный коэффициент равный 1/М о, где М » - момент сопРотивления, развиваемый винтом на номиналь ном установившемся режиме работы. С выхода усилителя 22 сигнал, равный относительному моменту сопротивпеяия на винте, поступает на вход сумматора

28, где он алгебраически складывается с сигналами из блоков 30 и 32 перемножения, равны я(-Б)-М,ц,и З - «М т

В результате на выходе сумматора 28 формируется сяГнил1 пропоркиОнальиыя скорости изменения числа оборотов греб ного вала. Этот сигнал поступает на ин, тегратор ЗЗ, где формируется снгнап, 8200. 10 равныи относительному числу оборотов гребного вала и .

Реашиация предпагаемого устройства может быть выполнена на электронных элементах, серийно выпускаемых отечествихной промьшшенностыО.

Использование предпагаемого устром"-:

« ва позволяет имитировать реверс газо турбинной установки при одновременном

1е к и тропе параметров турбокомпрессоров в процессе исследования мвиеврепых характеристик судов, определения рациональных эаконОв управления Вх реверсомi а также при исследовании и отладке сис1к тем упраиы ия реверсом газотурбииной установки

Формула изобрет ения 1.1 038200 12.

tea соедззиезз c Входом второго квзцфато) 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а кз ра и вгорззм Входом тречъе о блока m е е с s тем, что каждый функззионазз - переМнсзкеззия, Выход ксторого зяздкшэ- ный нреобраэоватезь содеркит квадратор, чен и первому Взищу трогыа о суммато» два усилителя и сумматор, пзизчем входы ра, выход второго квазфзатора соезбзнеи и первого усззззитеая и квадратора обьедз с Входом ЧЗзтвертоз 0 уз396зт6зяу Выход иены и явззязсеся и дом фуззкпззоназзьнокогорсго подклЗючен к второму щищу го преобразоватезя, Выход которого соетретьего сумиатора, вьзход которого дицж с выходом сумматора, первый соедззиен с первым ВхОдОм четззертого Вход кОторОгО зищзизз0%ен K выходу пер» . бзока переьзззокеав, выход которого ззз вого усзязителя, выход кваззратора соедзз»

nooameen к третьему входу второго иен с входом второго усиззителя, выход ,сумматорау Выход блОка эзздзззизя Отно KoropoFO пОдзЯпочен K ззторому вхоззу сззтезьиых перемещений yesepcnaar. ap- сумматора.

rance соезфзнен с вторим входом arroyo-: . Источники ийфармащии, :газ блока перемнажеззия и входом четвер- Зу пришзтые во вззззьизние щи экспертизе

:тзи о сумматора,. sblxon которого подкззю 1. Авторское свидетепьсзво СССР зен к втщзому входу четвертого блока з» 517901, кл. 6 06 Q- 7/48, 1976 пе@емнозкеззия. (прото зяп).

ВНИИПИ Заказ 4466/73 Тираж 731 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4