способ определения погасания камеры сгорания газотурбинных двигателей

Формула изобретения

Способ определения погасания камеры сгорания газотурбинных двигателей, заключающийся в том, что измеряются основные параметры, характеризующие работу двигателя, и формируется признак погасания, отличающийся тем, что определяют производные по времени частоты вращения ротора, давления за компрессором, температуры продуктов сгорания, полученные величины сравнивают с уставками и при превышении производными этих уставок формируют признак погасания камеры сгорания, при этом величины уставок определяют по переходным процессам параметров двигателя в момент погасания камеры сгорания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области управления газотурбинными двигателями, используемыми в качестве силовых агрегатов в газовой и энергетических отраслях.

Известен способ контроля топливной системы ГТД (патент RU № 2379535, F02C 9/00, 20.01.10), заключающийся в том, что измеряют давление топлива в коллекторе камеры сгорания ГТД, на режиме запуска или ложного запуска двигателя измеряют частоту вращения ротора двигателя, фактический расход топлива в КС и давление воздуха на входе в компрессор ГТД, по частоте вращения ротора двигателя и фактическому расходу топлива в КС определяют момент включения в работу топливного коллектора, сравнивают давление топлива в коллекторе и давление воздуха на входе в двигатель, если разница не укладывается в наперед заданный диапазон, формируют сигнал «Неисправность топливной системы» и прекращают запуск двигателя.

Недостатком известного способа является то, что он предназначен для использования только на режиме запуска двигателя.

Наиболее близким техническим решением является способ сигнализации самовыключения газотурбинного двигателя (патент SU № 1130025, F02C 9/28, 10.08.04) путем измерения частоты вращения ротора, расхода топлива в камере сгорания и давления воздуха за компрессором и формирования сигнала самовыключения двигателя, в котором измеряют полные давление и температуру воздуха на входе в двигатель, определяют по измеренным параметрам приведенные значения частоты вращения, расхода топлива и давления воздуха за компрессором, сравнивают приведенные значения расхода топлива и давления воздуха за компрессором с значениями, заданными для текущей величины приведенной частоты вращения, а сигнал самовыключения двигателя формируют при одновременном превышении приведенным расходом топлива своей заданной величины и снижении приведенного давления воздуха за компрессором ниже его заданной величины.

Недостатком известного способа является то, что для его осуществления необходимо точное определение значения расхода топлива, что затруднительно в реальных условиях эксплуатации.

Технический результат, полученный при осуществлении (изготовлении) или использовании средства, воплощающего изобретение, выражается в повышении надежности функционирования газотурбинного двигателя путем достоверного определения его работоспособности и своевременного останова при ее потере по каким-либо причинам. Решение вышеуказанной задачи достигается за счет определения момента погасания камеры сгорания. Сущность изобретения заключается в установлении зависимости между изменением физических параметров работы двигателя и погасанием камеры сгорания.

Это достигается тем, что в способе определения погасания камеры сгорания газотурбинных двигателей, заключающемся в том, что измеряются основные параметры, характеризующие работу двигателя, и формируется признак погасания камеры сгорания, определяют производные параметров по времени, полученные величины сравнивают с уставками и при превышении производными этих уставок формируют признак погасания камеры сгорания, по которому осуществляется прекращение подачи топлива в камеру сгорания, при этом величины уставок определяют по переходным процессам параметров двигателя в момент погасания камеры сгорания.

На фиг.1 показана функциональная схема осуществления предлагаемого способа.

На фиг.2 показаны переходные процессы при погасании камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Газотурбинные двигатели с низкоэмиссионными камерами сгорания, характеризующиеся низким содержанием вредных выбросов и высокой степенью сгорания топлива, работают с так называемой «бедной смесью», то есть соотношение подаваемого в камеру сгорания топлива и воздуха существенно меньше идеального стехиометрического соотношения топливо-окислитель. Это приводит к тому, что в процессе запуска и при работе двигателя вблизи «малого газа» камера сгорания работает неустойчиво. Погасание камеры сгорания происходит при прекращении увеличения расхода топлива в процессе разгона или при длительной работе на «малом газу», вызванной технологической необходимостью, пропуск момента погасания камеры сгорания может привести к выдаче от системы управления управляющего воздействия на увеличение расхода топлива по обратной связи по параметрам двигателя (например, по частоте вращения), что в итоге может повлечь за собой повторное воспламенение топлива в камере сгорания и физическое ее повреждение, а также повреждение выхлопной шахты двигателя.

Для своевременного определения момента погасания камеры сгорания применяется способ, в котором измеряются основные параметры, характеризующие работу двигателя, такие как частота вращения ротора высокого давления , давление за осевым компрессором и температура продуктов сгорания , определяются производные измеренных параметров по времени, полученные величины сравниваются с уставками и при значении меньше заданного формируется признак погасания камеры сгорания.

Последовательность действий при формировании признака погасания камеры сгорания показана на функциональной схеме (фиг.1), на этапе 1 (1.1, 1.2, 1.3) осуществляют измерение параметров двигателя , , и определяют их производные по времени , , . На этапе 2 (2.1, 2.2, 2.3) сравнивают полученные значения производных с уставками , , и получают признаки превышения производными заданных уставок. На этапе 3 при одновременном наличии признаков, полученных на этапах 2.1, 2.2, 2.3, формируют признак погасания камеры сгорания.

Переходные процессы параметров двигателя , , при погасании камеры сгорания представлены на фиг.2, из них видно, что в момент погасания камеры сгорания происходит одновременное резкое уменьшение параметров двигателя. По этим переходным процессам фиксируются величины производных по времени , , в момент погасания камеры сгорания и определяются уставки , , , с которыми сравниваются производные по времени параметров двигателя при осуществлении данного способа определения признака погасания камеры сгорания.

Применение данного способа помогает резко снизить вероятность пропуска погасания камеры сгорания двигателя. В настоящее время данный способ определения погасания камеры сгорания газотурбинных двигателей успешно внедрен в системах автоматического управления разработки ЗАО «НПФ «Система-Сервис» с газотурбинными двигателями всех типов и показал свою высокую надежность.

Средства для осуществления данного способа могут быть реализованы на базе устройств систем комплексного управления мультипроцессорных МСКУ 5000-01, МСКУ-СС 4510 производства ЗАО «НПФ «Система-Сервис» (Санкт-Петербург). МСКУ-5000 построена на базе программно-технических средств фирмы Siemens Simatic S7. В этой системе вычислительное ядро реализовано на базе процессора CPU 416-2DP. Ввод-вывод осуществляется через распределенную периферию на базе модулей семейства ET-200S. Для обработки быстрых сигналов (с циклом от 0.1 мс) используется модуль FM-458DP с расширителем ЕХМ-438. Программно способ реализован на языке Simatic S7-SCL (язык стандарта МЭК 61131-3). МСКУ-СС 4510 построена на базе технических средств Octagon и Fastwel и программного обеспечения собственной разработки ЗАО «НПФ «Система-Сервис». Вычислительное ядро системы реализовано на базе процессорного модуля Octagon 5066, ввод-вывод осуществляется через модули аналогового и дискретного ввода-вывода производства фирм Octagon, Fastwel и собственной разработки и производства ЗАО «НПФ «Система-Сервис».

Предлагаемый способ обеспечивает повышение надежности функционирования газотурбинного двигателя путем диагностики его текущего состояния и прекращения подачи топлива в камеру сгорания при ее погасании.