способ управления газотурбинной установкой

Формула изобретения

Способ управления ГТУ, заключающийся в том, что для ликвидации помпажа прекращают подачу топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, отличающийся тем, что дополнительно на всех режимах работы ГТУ от холостого хода до максимального измеряют давление воздуха за компрессором ГТУ, вычисляют относительное изменение и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТУ экспериментально, а относительную скорость - со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТУ экспериментально, если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость больше второй наперед заданной величины, открывают клапана перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТУ и из-за компрессора ГТУ 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, осуществляют управление ГТУ в соответствии со штатными программами управления, если относительное изменение давления остается больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость больше второй наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, выполняют аварийный останов ГТУ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными установками (ГТУ) различного назначения.

Известен способ управления ГТУ, заключающийся в том, что по сигналу от сигнализатора помпажа выключают ГТУ, Кеба И.В. Летная эксплуатация вертолетных ГТД. М.: Транспорт, 1976 г., с.33-35.

Недостатками известного способа являются его низкая эффективность и невозможность использования на ГТУ, обеспечивающих привод агрегатов, останов которых нежелателен (газоперекачивающий агрегат магистрального газопровода - ГПА) или невозможен (электрогенератор, питающий систему постоянной готовности - ЭГ).

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТУ, заключающийся в том, что с помощью сигнализатора помпажа определяют начало помпажа компрессора, для ликвидации помпажа включают клапан останова (КО) и прекращают подачу топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ на наперед заданное время, зависящее от характеристик ГТУ, после истечения этого времени выключают КО и возобновляют подачу топлива в КС ГТУ, Черкасов Б.А. Автоматика и регулирование ВРД. М.: Машиностроение, 1988 г., с.111-112.

Недостатком известного способа является следующее. Прекращение подачи топлива в КС обычно обеспечивает вывод компрессора двигателя из помпажа. Но процесс потери и восстановления запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора сильно зависит от индивидуальных характеристик ГТД. Особенно это касается современных ГТД (ПС-90А, ПС-90А1, ПС-90А2) и ГТУ, созданных на базе этих ГТД (ГТУ-12П, ГТУ-16П, ГТУ-25П), газогенераторы которых «выжаты» в смысле запасов ГДУ для обеспечения экономических эксплуатационных характеристик двигателя.

Это приводит к тому, что для современных ГТУ предлагаемый способ восстановления расхода топлива (через наперед заданное время) может усугубить состояние двигателя - в случае, если к моменту истечения наперед заданного времени двигатель еще не вышел из помпажа, или вызвать повторный помпаж, если к моменту истечения наперед заданного времени двигатель еще не набрал необходимого запаса ГДУ.

Это снижает надежность работы двигателя и может привести к необходимости его выключения. Это снижает безопасность работы ГТУ и делает практически невозможным использование известного способа для защиты современных ГТУ.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ в части защиты ГТУ от помпажа и, как следствие, повышение надежности ГТУ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТУ, заключающемся в том, что для ликвидации помпажа прекращают подачу топлива в КС ГТУ, дополнительно на всех режимах работы ГТУ от холостого хода до максимального измеряют давление воздуха за компрессором ГТУ, вычисляют относительное изменение и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТУ экспериментально, а относительную скорость со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТУ экспериментально, если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость больше второй наперед заданной величины, открывают клапаны перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТУ и из-за компрессора ГТУ 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, осуществляют управление ГТУ в соответствии со штатными программами управления, если относительное изменение давления остается больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость больше второй наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, выполняют аварийный останов ГТУ.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), блок 2 управления двигателем (БУД), блок 3 управления дозирующим агрегатом, дозирующий агрегат 4 (ДГ), стопорный клапан 5 (СКВ), причем ДГ 4 подключен к БД 1, а СКВ 5 - к БУД 2, командный агрегат 6 (КА), вход которого подключен к БУД 2, а выход - к агрегату 7 исполнительных клапанов (АИК), к БУД 2 подключен пульт 8 управления (ПУ).

Устройство работает следующим образом.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 8 задает режим работы ГТУ: запуск, холостой ход, номинальный режим, максимальный режим, перегрузочный режим.

Команда оператора от ПУ 8 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2. БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 8 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Кеба И.В. Летная эксплуатация вертолетных ГТД. М.: Транспорт, 1976 г., с.117-135) вычисляет потребный расход топлива в КС ГТУ и соответствующее положение механизации компрессора ГТУ (клапанов перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней - ЗПВ КНД - на чертеже не показаны, клапанов перепуска воздуха из-за компрессора - КПВ КВД - на чертеже не показаны, лопаток входного направляющего аппарата - ВНА - на чертеже не показаны), с помощью блока 3 и ДГ 4 поддерживает режим работы ГТУ, изменяя расход топлива в КС ГТУ. При работе ГТУ СКВ 5 находится в положении «Открыт».

Дополнительно на всех режимах работы ГТУ от холостого хода до максимального в БУД 2 с помощью БД 1 измеряют давление воздуха за компрессором ГТУ и вычисляют относительное изменение давления воздуха за компрессором и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТУ экспериментально, а относительную скорость со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТУ экспериментально:

где - размах пульсационной составляющей давления воздуха;

- максимальное давление за каждый цикл колебаний давления при возникновении помпажных явлений в компрессоре ГТУ;

A - первая наперед заданная величина (для ГТЭ-25ПЭР разработки ОАО «Авиадвигатель» эта величина меняется в диапазоне от 0,4 до 0,55 - в зависимости от конкретного двигателя, значение A уточняется и заносится в энергонезависимую память БУД 2 в процессе сдаточных испытаний ГТУ);

где

- величина изменения давления за время ;

- величина давления в момент перед началом изменения давления в интервале времени ;

- интервал времени (для ГТЭ-25ПЭР разработки ОАО «Авиадвигатель» эта величина составляет 0,01 с);

Б - вторая наперед заданная величина (для ГТЭ-25ПЭР разработки ОАО «Авиадвигатель» эта величина равна 7).

Если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость больше второй наперед заданной величины, на выходе БУД 2 формируются команды, по которым с помощью КА 6 и АИК 7 открывают клапаны перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТУ (ЗПВ КНД) и из-за компрессора ГТУ (КПВ КВД) и включают агрегат зажигания (АЗ - на чертеже не показан) на наперед заданное время (для ГТЭ-25ПЭР разработки ОАО «Авиадвигатель» это время составляет 30 с);

Если после этого относительное изменение давления стало меньше первой наперед заданной величины, а относительная скорость меньше второй наперед заданной величины, по командам БУД 2 с помощью блока 3, ДГ 4, КА 6, АИК 7 осуществляют управление ГТУ в соответствии со штатными программами управления.

Если относительное изменение давления остается больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость больше второй наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем (для ГТЭ-25ПЭР разработки ОАО «Авиадвигатель» это время составляет 1 с), БУД 2 формирует команду на СКВ 5 и выполняет аварийный останов ГТУ.

Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ в части защиты ГТУ от помпажа: выполняются действия, позволяющие вывести компрессор из помпажа без отсечки топлива, а отсечку топлива и аварийный останов ГТУ выполняют только в крайнем случае - когда помпаж компрессора иначе не устранить. Это повышает надежность работы ГТУ в качестве привода ГПА и ЭГ.