способ управления газотурбинной установкой

Формула изобретения

Способ управления ГТУ, заключающийся в том, что в электронном блоке управления двигателем (БУД) с помощью датчиков БУД измеряют частоту вращения силовой турбины, по командам из АСУ ТП «Больше» или «Меньше» формируют заданное значение частоты вращения силовой турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения силовой турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения силовой турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, дополнительно ограничивают диапазон и темп изменения заданного значения частоты вращения силовой турбины наперед заданными величинами, определяемыми для каждого типа ГТУ расчетно-экспериментальным путем, измеряют и контролируют частоту вращения турбокомпрессора ГТУ, при выходе частоты вращения ротора турбокомпрессора за диапазон, ограниченный наперед заданными значениями, определяемыми расчетно-экспериментальным путем, прекращают изменение режима работы ГТУ и формируют сообщение оператору «Отказ управления от АСУ ТП».

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, реализованный в электронно-гидромеханической САУ супервизорного типа, Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД». М., «Машиностроение», 1974, с.299-296.

Способ заключается в том, что с целью повышения точности управления управляющее воздействие гидромеханического регулятора корректируется в ограниченном диапазоне электронным корректором.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТУ, заключающийся в том, что в электронном блоке управления двигателем (БУД) с помощью датчиков БУД измеряют частоту вращения силовой турбины, по командам из автоматической системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) «Больше» или «Меньше» формируют заданное значение частоты вращения силовой турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения силовой турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения силовой турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, Ольховский Г.Г. «Энергетические газотурбинные установки». М., Энергоатомиздат, 1985 г., с.77-79.

Недостатком этого способа является следующее.

При отказе АСУ ТП, незафиксированном встроенным контролем, возможно «залипание» команды на изменение заданной частоты вращения силовой турбины. Это может привести к неограниченному изменению режима работы ГТУ: либо к увеличению частоты вращения силовой турбины (при «залипании» команды «Больше») и выходу ГТУ на предельные режимы работы по газогенератору, либо к снижению (при залипании команды «Меньше») и выключению ГТУ без выполнения необходимых технологических операций.

Как следствие, возможно нарушение работоспособности элементов ГТУ (например, рабочих лопаток и дисков турбины), что может привести к повреждению как ГТУ, так и устройства, приводимого от ГТУ (электрогенератора, газоперекачивающего агрегата).

Это снижает надежность и безопасность работы ГТУ.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ с целью повышения надежности и безопасности работы ГТУ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТУ, заключающемся в том, что в электронном БУД с помощью датчиков БУД измеряют частоту вращения силовой турбины, по командам из АСУ ТП «Больше» или «Меньше» формируют заданное значение частоты вращения силовой турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения силовой турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения силовой турбины управляют расходом топлива в КС ГТУ, дополнительно ограничивают диапазон и темп изменения заданного значения частоты вращения силовой турбины наперед заданными величинами, определяемыми для каждого типа ГТУ расчетно-экспериментальным путем, измеряют и контролируют частоту вращения турбокомпрессора ГТУ, при выходе частоты вращения ротора турбокомпрессора за диапазон, ограниченный наперед заданными значениями, определяемыми расчетно-экспериментальным путем, прекращают изменение режима работы ГТУ и формируют сообщение оператору «Отказ управления от АСУ ТП».

На чертеже представлена схема устройства, реализующего 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, к БУД 2 подключен пульт 6 управления ГТУ (ПУ). На вход БУД 2 поступают команды от АСУ ТП (на чертеже не показана).

Устройство работает следующим образом.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 6 задает режим работы ГТУ: запуск, холостой ход, номинальный режим, максимальный режим, перегрузочный режим.

Команда оператора от ПУ 6 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2. БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 6 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 с помощью блока 3 и ДГ 4 поддерживает режим работы ГТУ, изменяя расход топлива в КС ГТУ.

В частности, в БУД 2 с помощью БД 1 измеряют частоту вращения силовой турбины, сравнивают заданное (n_ст ^уст) и измеренное значения частоты вращения силовой турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения силовой турбины управляют расходом топлива в КС ГТУ.

При работе ГТУ СКВ 5 находится в положении «Открыт».

Дополнительно на всех режимах работы ГТУ от холостого хода до максимального обеспечивают защиту ГТУ по предельным параметрам следующим образом.

В БУД 2 по командам АСУ ТП («Больше», «Меньше») изменяют заданное значение частоты вращения силовой турбины, но при этом ограничивают диапазон и темп изменения заданного значения наперед заданными величинами, определяемыми для каждого типа ГТУ расчетно-экспериментальным путем.

Для ГТЭ-25ПЭР разработки и производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, эти значения составляют:

- темп изменения n_ст ^уст по сигналам «Больше»/«Меньше» - ;

- диапазон изменения n_ст ^уст=(4800 5200) об/мин.

Кроме этого в БУД 2 с помощью БД 1 измеряют и контролируют частоту вращения турбокомпрессора ГТУ, при выходе частоты вращения ротора турбокомпрессора за диапазон, ограниченный наперед заданными значениями, определяемыми расчетно-экспериментальным путем, прекращают изменение режима работы ГТУ и формируют сообщение оператору «Отказ управления от АСУ ТП».

Для ГТЭ-25ПЭР разработки и производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, эти значения определяются следующим образом.

Максимальное значение частоты вращения ротора турбокомпрессора определяется по программе:

где

11777 - предельное допустимое значение максимальной частоты вращения ротора турбокомпрессора для данного типа ГТУ. Определяется расчетно-экспериментальным путем в ходе проектирования, доводки и опытной эксплуатации ГТУ. Приведенное в примере значение определено для ГТЭ-25ПЭР;

R_{вд max} - регулировка предельно допустимой максимальной частоты вращения ротора турбокомпрессора, учитывающая индивидуальные особенности конкретной ГТУ. Определяется в процессе приемо-сдаточных испытаний (ПСИ) ГТУ и заносится для использования и хранения в запоминающее устройство БУД 2 (не показано). Для ГТЭ-25ПЭР величина этой регулировки меняется в диапазоне от минус 500 об/мин до +500 об/мин;

C_nвд ^Твх=f(T_вх) - коэффициент коррекции программы по температуре воздуха на входе в ГТУ.

Зависимость C_nвд ^Твх=f(T_вх) представлена в таблице 1.

Таблица 1
T*вх, K	213	233	253	267	273	288	298	308	318
Cnвд Твх	0,9165	0,9466	0,9756	0,9955	0,9980	1,01	1,015	1,019	1,023

80 - величина снижения предельно допустимого значения максимальной частоты вращения ротора турбокомпрессора для данного типа ГТУ, обусловленная уменьшением расхода воздуха через турбокомпрессор из-за его отбора на нужды протиовобледенительной системы (ПОС). Определяется расчетно-экспериментальным путем в ходе проектирования, доводки и опытной эксплуатации ГТУ. Приведенное в примере значение определено для ГТЭ-25ПЭР;

- регулировка величины снижения предельно допустимой максимальной частоты вращения ротора турбокомпрессора, учитывающая индивидуальные особенности конкретной ГТУ. Определяется в процессе ПСИ ГТУ и заносится для использования и хранения в запоминающее устройство БУД 2 (не показано). Для ГТЭ-25ПЭР величина этой регулировки меняется в диапазоне от минус 50 об/мин до +100 об/мин;

С_ПОС=1,0 - коэффициент коррекции при поступлении сигнала из АСУ ТП о включении (ПОС) ГТУ.

При поступлении сигнала из АСУ ТП о выключении ПОС коэффициент С_ПОС=0.

Минимальное значение частоты вращения ротора турбокомпрессора определяется по программе:

где

9575 - предельное допустимое значение минимальной частоты вращения ротора турбокомпрессора для работающей ГТУ данного типа. Определяется расчетно-экспериментальным путем в ходе проектирования, доводки и опытной эксплуатации ГТУ. Приведенное в примере значение определено для ГТЭ-25ПЭР;

R_{вд min} - регулировка предельно допустимой минимальной частоты вращения ротора турбокомпрессора, учитывающая индивидуальные особенности конкретной ГТУ. Определяется в процессе ПСИ ГТУ и заносится для использования и хранения в запоминающее устройство БУД 2 (не показано). Для ГТЭ-25ПЭР величина этой регулировки меняется в диапазоне от минус 250 об/мин до +500 об/мин;

C_Твх ⁿ=f(T*_вх).

Зависимость C_Твх ⁿ=f(T*_вх) представлена в таблице 2.

Таблица 2
T*вх, К	213	233	253	267	273	288	298	308	318
CТвх n	0,8833	0,9142	0,9457	0,9671	0,9770	1,0	1,015	1,030	1,044

Таким образом, за счет повышения качества работы САУ обеспечивается защита ГТУ по предельным параметрам при отказе АСУ ТП, как следствие, повышение надежности и безопасности работы ГТУ.