RU2214535C2 - Способ управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя - Google Patents
Способ управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2214535C2 RU2214535C2 RU2001118645/06A RU2001118645A RU2214535C2 RU 2214535 C2 RU2214535 C2 RU 2214535C2 RU 2001118645/06 A RU2001118645/06 A RU 2001118645/06A RU 2001118645 A RU2001118645 A RU 2001118645A RU 2214535 C2 RU2214535 C2 RU 2214535C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- value
- vna
- signal
- cpv
- iga
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области защиты от помпажа компрессоров двухвальных газотурбинных двигателей (ГТД). Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении безаварийной и беспомпажной работы двигателя за счет перепуска воздуха из внутреннего контура двигателя в наружный при наличии рассогласования между программным и фактическим углами положений лопаток входного направляющего аппарата компрессора выше предельно допустимой величины. Это достигается тем, что дополнительно измеряют фактический угол положения лопаток компрессора входного направляющего аппарата (ВНА) αвна, сравнивают с соответствующим программным значением α и определяют величину рассогласования затем сравнивают величину Δαвна с предельно допустимой величиной Δα и при условии Δαвна>Δα формируют сигнал 16 на открытие клапанов перепуска воздуха (КПВ) и подают команду на открытие КПВ при поступлении сигнала 16 независимо от наличия сигнала 15. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области защиты от помпажа компрессоров двухвальных газотурбинных двигателей (ГТД).
Известны способы управления перепуском воздуха в компрессоре путем регулирования клапанов перепуска воздуха (КПВ) из-за различных ступеней компрессора по сигналам, характеризующим параметры, косвенно отражающие положение рабочей точки на характеристике компрессора, либо по сигналам датчиков помпажного или предпомпажного состояний [1].
Однако в ряде случаев известные способы не обеспечивают беспомпажную работу подпорных ступеней, что ведет к аварийной работе ГТД.
Известен способ управления перепуском воздуха в компрессоре ГТД с целью предупреждения помпажа, который предусматривает измерение частот вращения роторов высокого и низкого давлений (nвд, nнд), определение производной по времени и формирование сигнала на исполнительный механизм перепуска воздуха в компрессоре ГТД [2].
Однако при реализации данного способа на двигателе с КПВ за компрессором среднего давления на одном валу с вентилятором был выявлен принципиальный недостаток, делающий применение известного способа практически невозможным. Так, на двигателе ПС-90А при сбросе режима с максимального на "малый газ" или любой другой пониженный режим значение почти мгновенно падает ниже порогового значения, и поступает сигнал на открытие КПВ. Если это происходит на максимальном режиме или вблизи него, то текущее значение nвд может достичь величины nвд max.
Даже кратковременное повышение nвд на 1,5% потребует съема двигателя ПС-90А с эксплуатации для ремонта вследствие недопустимых нагрузок на его детали.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного ГТД, который предусматривает измерение частоты вращения ротора высокого давления (РВД) nвд, определение величины производной по времени частоты вращения ротора сравнение ее величины с соответствующим пороговым значением и формирование сигнала I1 на закрытие клапанов перепуска воздуха (КПВ), измерение полной температуры воздуха на входе в двигатель Твх, определение приведенной по Твх частоты вращения ротора РВД nвд.пр., сравнение ее величины с соответствующим пороговым значением nвд.пр порог и формирование сигнала I2 на закрытие КПВ, а также измерение угла установки рычага управления αруд, сравнение αруд с соответствующим пороговым значением α и формирование сигнала I3 на закрытие КПВ, при этом осуществляют определение величины разницы между максимальной величиной nвд max непосредственно после открытия КПВ на максимальном режиме и программной максимальной величиной nвд.прог max (Δnвд забр) и при условии (nвд+Δnвд забр)<nвд.прог max формируют сигнал I5 на открытие КПВ, а сигнал I4 на закрытие КПВ формируют при наличии сигналов I1, I2, I3 [3].
При реализации данного способа на ГТД с клапанами перепуска воздуха за компрессором среднего давления, который размещен на одном валу с вентилятором, выявлен недостаток, затрудняющий применение способа в нештатных ситуациях, например, при самопроизвольном смещении лопаток входного направляющего аппарата ВНА компрессора высокого давления КВД.
Так, при закрытых клапанах перепуска воздуха и изменении положения ВНА на уменьшение расхода воздуха через КВД ниже определенной величины, работа компрессора среднего давления (КСД) становится неустойчивой.
Следствием неустойчивой работы КСД может быть вращающийся срыв КСД или помпаж КВД. Оба подобных явления могут привести к срыву и погасанию пламени в камере сгорания двигателя и, следовательно, к выключению двигателя, а при глубоком и длительном помпаже - к недопустимым по уровню вибраций и разрушениям элементов конструкции двигателя.
Как показали исследования на двигателе ПС-90А, срывные явления в КСД наблюдаются при рассогласовании между программным и фактическим углами положения ВНА, равном 20...30% от общего диапазона измерения углов положения ВНА. При рассогласовании свыше 40...50% и более возможен помпаж KBД.
В общем случае причинами нештатного изменения положения ВНА могут быть отказ исполнительного элемента управления ВНА, неисправность датчика положения ВНА и другие причины.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении безаварийной и беспомпажной работы двигателя за счет перепуска воздуха из внутреннего контура двигателя в наружный при наличии рассогласования между программным и фактическим углами положений лопаток входного направляющего аппарата компрессора выше предельно допустимой величины.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя, включающем измерение частоты вращения ротора высокого давления (РВД) nвд, определение величины производной по времени частоты вращения ротора сравнение ее величины с соответствующим пороговым значением и формирование сигнала I1 на закрытие клапанов перепуска воздуха (КПВ), измерение полной температуры воздуха на входе в двигатель Твх, определение приведенной по Твх частоты вращения ротора РВД nвд.пр., сравнение ее величины с соответствующим пороговым значением nвд.пр порог и формирование сигнала I2 на закрытие КПВ, а также измерение угла установки рычага управления двигателем αруд, сравнение αруд с соответствующим пороговым значением α и формирование сигнала I3 на закрытие КПВ, при этом осуществляют определение величины разницы Δnвд забр между максимальной величиной nвд max непосредственно после открытия КПВ на максимальном режиме и программной максимальной величиной nвд.прог max, и при условии (nвд+Δnвд забр)<nвд.прог max формируют сигнал I5 на открытие КПВ, а сигнал I4 на закрытие КПВ формируют при наличии сигналов I1, I2, I3, согласно изобретению дополнительно измеряют фактический угол положения лопаток компрессора входного направляющего аппарата (ВНА) αвна, сравнивают с соответствующим программным значением α и определяют величину рассогласования Δαвна = α -αвна, затем сравнивают величину Δαвна с предельно допустимой величиной Δα и при условии Δαвна>Δα формируют сигнал I6 на открытие КПВ и подают команду на открытие КПВ при поступлении сигнала I6 независимо от наличия сигнала I5.
При этом величину Δα формируют в зависимости от термогазодинамических параметров двигателя. Термогазодинамическим параметром может служить частота вращения ротора высокого давления nвд или приведенная частота вращения ротора высокого давления nвд.пр, либо частота вращения ротора низкого давления nнд.
Кроме того, величину Δα формируют в зависимости от параметров внешних условий полета, а параметром внешних условий полета служит величина давления воздуха на входе в двигатель.
На чертеже представлена блок-схема для осуществления предлагаемого способа.
Блок 1 представляет собой дифференциатор, в котором по величине nвд определяется ее производная по времени
Блок 2 - компаратор, в котором выполняется сравнение текущей величины с ее пороговым значением (для двигателя ПС-90А =-200 об/мин с).
Блок 2 - компаратор, в котором выполняется сравнение текущей величины с ее пороговым значением (для двигателя ПС-90А =-200 об/мин с).
При на выходе блока 2 формируется сигнал на закрытие КПВ (I1= 1), поступающий на вход блока 6. При на выходе блока 2 формируется сигнал I1=0.
Блок 3 представляет собой арифметическое устройство, на вход которого поступают сигналы о величине nвд и Твх, и производится вычисление
Блок 4 - компаратор, выполняющий функцию сравнения фактического значения nвд.пр с пороговым значением nвд.пр порог. При nвд.пр>nвд.пр порог на выходе блока 4 формируется сигнал на закрытие КПВ (I2=1), поступающий на вход блока 6.
Блок 4 - компаратор, выполняющий функцию сравнения фактического значения nвд.пр с пороговым значением nвд.пр порог. При nвд.пр>nвд.пр порог на выходе блока 4 формируется сигнал на закрытие КПВ (I2=1), поступающий на вход блока 6.
Блок 5 представляет собой компаратор, выполняющий сравнение фактической величины угла установки рычага управления αруд с его пороговым значением Δα . При αруд>α на выходе блока 5 формируется сигнал на закрытие КПВ (I3= 1), поступающий на вход блока 6. При αруд<α на выходе блока 5 формируется сигнал I3=0.
Блок 6 представляет собой логическое устройство типа И, имеет три входа и один выход, подключенный к первому входу блока 11. При поступлении на три входа блока 6 сигналов I1=1, I2=1, I3=1 на выходе блока 6 формируется сигнал I4=1 на закрытие КПВ.
Блок 7 представляет собой сумматор, на вход которого поступает сигнал о текущей величине nвд, в нем определяется суммарная величина (nвд+Δnвд забр), где Δnвд забр - величина заброса nвд при открытии КПВ, т.е. разницы между максимальной величиной nвд max непосредственно после открытия КПВ на максимальном режиме и программной максимальной величиной nвд.прог max.
Блок 8 - компаратор, выполняющий сравнение величины (nвд+Δnвд забр) и величины nвд max. При выполнении соотношения (nвд+Δnвд забр)<nвд max на выходе компаратора формируется сигнал на открытие КПВ I5=1, поступающий на вход блока 11. При (nвд+Δnвд забр)>nвд max формируется сигнал I5=0.
Блок 9 представляет собой сумматор, имеющий два входа и один выход. На первый вход поступает сигнал о фактической величине угла положения лопаток компрессора входного направляющего аппарата (ВНА) αвна. На второй вход блока 9 поступает сигнал о величине программного значения α Блок 9 осуществляет операцию вычитания этих величин и формирует сигнал о величине Δαвна, поступающий на вход блока 10. Как правило, при штатной работе регулятора положения ВНА величина составляет ±1 град.
Блок 10 представляет собой компаратор, имеющий два входа и один выход. На первый вход блока 10 поступает сигнал о фактической величине Δαвна. На второй вход блока 10 поступает сигнал о величине предельно допустимого значения этой величины. Величина Δα . по модулю может превышать величину в 10 и более раз при штатной работе регулятора ВНА.
Для каждого типа двигателя Δα носит индивидуальный характер и является функцией режима работы двигателя, термодинамических параметров двигателя, внешних условий полета и др.
При Δαвна>Δα на выходе блока 10 формируется сигнал I6=1, поступающий на вход блока 11 и свидетельствующий о нештатной работе регулятора ВНА и возможном появлении помпажа.
Блок 11 представляет собой функциональное логическое устройство с тремя входами и одним выходом. Блок 11 при снятии сигнала I4 с блока 6 оценивает состояние сигнала I5, поступающего с блока 8. При поступлении на вход блока 11 сигнала I5=1 с выхода блока 11 снимается команда на закрытие КПВ и происходит их открытие. При отсутствии на втором входе блока 11 сигнала I5(nвд+Δnвд забр)>nвд max команда на закрытие клапанов перепуска воздуха не снимается, и только после появления на втором входе сигнала I5 (nвд+Δnвд забр)<nвд max с выхода блока 11 команда на закрытие КПВ снимается, происходит их открытие.
При наличии сигнала I4 и поступлении сигнала I6 на третий вход блока 11 (т. е. клапаны закрыты Δαвна>Δα возникла нештатная ситуация) независимо от наличия на входе 11 сигнала I5 происходит снятие команды на закрытие клапанов перепуска воздуха. Происходит открытие клапанов.
Способ осуществляется следующим образом.
На остановленном двигателе в исходном состоянии КПВ открыты.
1. После запуска двигателя на малом газе nвд=0 об/мин с, т.е. nвд.пр<nвд.пр порог, αруд<α (I1= 1, I2=0, I3=0). На выходе блока 6, работающего по схеме И, сигнал I4=0, поэтому КПВ остаются открытыми.
После перевода РУД, например, с малого газа на максимальный режим αруд>α (I3=1) происходит увеличение режима работы двигателя. В процессе всей приемистости nвд>nвд порог (I1=1). По мере увеличения частоты вращения и соблюдении условия (I2=1) на выходе блока 6 формируется сигнал I4=1. При поступлении на первый вход блока 11 сигнал I4=1 на выходе блока 11 формируется команда на закрытие КПВ.
2. При штатной работе регулятора ВНА открытие КПВ осуществляется при уменьшении режима работы двигателя, а именно при отсутствии любого из сигналов I1, I2, I3=0 и наличии сигнала I5=1 (аналогично прототипу).
3. При закрытых КПВ и нештатной работе регулятора ВНА Δαвна>Δα , на выходе блока 10 формируется сигнал I6=1. Сигнал I6 поступает на третий вход блока 11. Команда на закрытие клапанов перепуска воздуха снимается, происходит их открытие. При открытии КПВ происходит открытие перепуска воздуха из проточной части (внутреннего контура) двигателя в его кольцевой канал (наружный контур). При этом запасы газодинамической устойчивости увеличиваются, помпаж не происходит.
Источники информации
1. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30КУ. Техническое описание. - М.: Машиностроение, 1975.
1. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30КУ. Техническое описание. - М.: Машиностроение, 1975.
2. Патент США 4449360, F 02 С 9/28, 1981.
3. Патент РФ 2098668, F 04 D 27/02.
Claims (7)
1. Способ управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя, включающий измерение частоты вращения ротора высокого давления (РВД) nвд, определение величины производной по времени частоты вращения ротора nвд, сравнение ее величины с соответствующим пороговым значением nвд порог и формирование сигнала I1 на закрытие клапанов перепуска воздуха (КПВ), измерение полной температуры воздуха на входе в двигатель Твх, определение приведенной по Твх частоты вращения ротора РВД nвд.пр, сравнение ее величины с соответствующим пороговым значением nвд.пр порог и формирование сигнала I2 на закрытие КПВ, а также измерение угла установки рычага управления двигателем αруд, сравнение αруд с соответствующим пороговым значением α и формирование сигнала I3 на закрытие КПВ, при этом осуществляют определение величины разницы Δn между максимальной величиной nвд mах непосредственно после открытия КПВ на максимальном режиме и программной максимальной величиной nвд. мах порог и при условии (nвд+Δnвд забр)<nвд. мах прог формируют сигнал I5 на открытие КПВ, а сигнал I4 на закрытие КПВ формируют при наличии сигналов I1, I2, I3, отличающийся тем, что дополнительно измеряют фактический угол положения лопаток компрессора входного направляющего аппарата (ВНА) αвна, сравнивают с соответствующим программным значением α и определяют величину рассогласования Δαвна = α -αвна, затем сравнивают величину Δαвна с предельно допустимой величиной Δα и при условии Δαвна>Δα формируют сигнал I6 на открытие КПВ и подают команду на открытие КПВ при поступлении сигнала I6 независимо от наличия сигнала I5.
2. Способ по п.1, при котором величину Δα формируют в зависимости от термогазодинамических параметров двигателя.
3. Способ по п.2, при котором термогазодинамическим параметром служит частота вращения ротора высокого давления nвд.
4. Способ по п.2, при котором термогазодинамическим параметром служит приведенная частота вращения ротора высокого давления nвд.пр.
5. Способ по п.2, при котором термогазодинамическим параметром служит частота вращения ротора низкого давления nнд.
6. Способ по п.1, при котором величину Δα формируют в зависимости от параметров внешних условий полета.
7. Способ по п.6, при котором параметром внешних условий полета служит величина давления воздуха на входе в двигатель.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001118645/06A RU2214535C2 (ru) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | Способ управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001118645/06A RU2214535C2 (ru) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | Способ управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001118645A RU2001118645A (ru) | 2003-03-20 |
RU2214535C2 true RU2214535C2 (ru) | 2003-10-20 |
Family
ID=31988239
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001118645/06A RU2214535C2 (ru) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | Способ управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2214535C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446300C1 (ru) * | 2010-10-27 | 2012-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного газотурбинного двигателя |
RU2453734C1 (ru) * | 2010-10-12 | 2012-06-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Способ защиты центробежного компрессора от нестационарной динамической нагрузки |
RU2454557C2 (ru) * | 2010-09-22 | 2012-06-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Фирма "Газ-Система-Сервис" | Способ управления газотурбинной установкой |
RU2459099C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Турбореактивный двигатель |
-
2001
- 2001-07-05 RU RU2001118645/06A patent/RU2214535C2/ru active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2454557C2 (ru) * | 2010-09-22 | 2012-06-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Фирма "Газ-Система-Сервис" | Способ управления газотурбинной установкой |
RU2453734C1 (ru) * | 2010-10-12 | 2012-06-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Способ защиты центробежного компрессора от нестационарной динамической нагрузки |
RU2446300C1 (ru) * | 2010-10-27 | 2012-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ управления частотой вращения ротора низкого давления двухконтурного газотурбинного двигателя |
RU2459099C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Турбореактивный двигатель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10125690B2 (en) | Method and system for starting up an aircraft turbomachine | |
CN109661504B (zh) | 用于燃气涡轮发动机的控制系统 | |
US9567906B2 (en) | Systems and methods for controlling aircraft main engine speeds by adjusting compressed air flow from an APU | |
JP5356949B2 (ja) | ガスタービン・エンジンの過回転防止装置 | |
US5275528A (en) | Flow control method and means | |
JPS61149531A (ja) | 失速/サ−ジングの終了の確認装置 | |
RU2337250C2 (ru) | Способ управления газотурбинным двигателем на динамических режимах разгона и дросселирования | |
RU2592954C2 (ru) | Способ устранения вращающегося срыва в газотурбинном двигателе | |
US5375412A (en) | Rotating stall recovery | |
US20170002748A1 (en) | Gas-turbine control device, gas turbine, and gas-turbine control method | |
US7108477B2 (en) | Warning before pump limit or in case of blade failure on a turbomachine | |
EP3567234B1 (en) | Method for controlling an inlet-adjustment mechanism for a turbocharger compressor | |
EP3530929A1 (en) | Gas turbine engine compressor management system | |
EP3098510A1 (en) | Gas turbine engine, uncontrolled high thrust accommodation system and method | |
JP6633962B2 (ja) | 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置 | |
RU2214535C2 (ru) | Способ управления перепуском воздуха в компрессоре двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя | |
EP3409919A1 (en) | Engine system, engine system control device, engine system control method, and program | |
JPS63147933A (ja) | ガスタービンエンジン内に於けるサージ条件の発生状態より回復する方法及び装置 | |
CA3107034A1 (en) | System and method for monitoring a bleed valve of a gas turbine engine | |
US11965424B2 (en) | Electronic overspeed protection system and method | |
JP4705732B2 (ja) | 航空機用ガスタービン・エンジンのサージ検出装置 | |
JP2018173004A (ja) | ガスタービンの停止方法、及びガスタービンの制御装置、ガスタービンプラント | |
RU2255247C1 (ru) | Способ защиты компрессора при неустойчивой работе газотурбинного двигателя | |
WO2017074225A1 (ru) | Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от раскрутки турбины низкого давления | |
RU2789806C1 (ru) | Способ автоматической защиты газотурбинного двигателя от помпажа |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20051206 |
|
QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 20051206 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20051206 Effective date: 20111220 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |