RU2254498C1 - Method of and device to protect compressor from stall and surge - Google Patents
Method of and device to protect compressor from stall and surge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2254498C1 RU2254498C1 RU2003138091/06A RU2003138091A RU2254498C1 RU 2254498 C1 RU2254498 C1 RU 2254498C1 RU 2003138091/06 A RU2003138091/06 A RU 2003138091/06A RU 2003138091 A RU2003138091 A RU 2003138091A RU 2254498 C1 RU2254498 C1 RU 2254498C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- behind
- group
- stages
- air
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области выявления и предотвращения помпажа компрессора в газотурбинных двигателях (ГТД) и может быть применено в системах управления авиационными ГТД.The invention relates to the field of detecting and preventing surging of a compressor in gas turbine engines (GTE) and can be applied in aircraft GTE control systems.
Известно устройство (Хоэлл А.Р., Калверт В.К. Новый метод оценки характеристик осевого компрессора по характеристикам его ступеней. Энергетические машины и установки, 1978. Т.100 - М.: Мир. - с.240-247), контролирующее устойчивую работу компрессорного агрегата с помощью датчиков давления на входе и выходе из компрессора, подключенных к блоку вычисления степени сжатия, датчиков оборотов и температуры воздуха на входе в компрессор, присоединенных к формирователю приведенной скорости, блока воспроизведения расходной газодинамической характеристики и электронно-лучевого индикатора.A device is known (Hoell A.R., Calvert V.K. A new method for evaluating the characteristics of an axial compressor by the characteristics of its stages. Power Machines and Installations, 1978. V.100 - M .: Mir. - p.240-247) stable operation of the compressor unit by means of pressure sensors at the inlet and outlet of the compressor connected to the unit for calculating the degree of compression, speed sensors and air temperature at the inlet of the compressor, connected to the shaper of the reduced speed, the unit for reproducing gas-dynamic flow characteristics electron-beam indicator.
Недостатком устройства является низкая надежность распознавания и ликвидации помпажа, обусловленные отсутствием контроля комплекса параметров двигателя, наиболее достоверно характеризующих границу его газодинамической устойчивости.The disadvantage of this device is the low reliability of recognition and elimination of surging due to the lack of control of a complex of engine parameters that most reliably characterize the boundary of its gas-dynamic stability.
Известны методы и устройства (Шакирьянов М.М. Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. - М.: Авиационная техника, №1, 2000, с.80), контролирующие газодинамическое состояние ГТД с помощью комплекса его параметров. Однако они не проводят одновременный контроль движения газовоздушной массы и числа Рейнольдса, наиболее полно характеризующих газодинамическое состояние двигателя.Known methods and devices (Shakiryanov M. M. Decisive table on the elimination of various types of gas-dynamic instability in systems containing vanes. - M .: Aviation equipment, No. 1, 2000, p. 80), controlling the gas-dynamic state of a gas turbine engine using its complex parameters. However, they do not simultaneously monitor the movement of the gas-air mass and the Reynolds number, which most fully characterize the gas-dynamic state of the engine.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, являются способ и устройство (Шакирьянов М.М. Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. - «Авиационная техника», №1, 2000, с.80) защиты турбокомпрессора от помпажа. В этом изобретении вычисляется адиабатический кпд компрессора при известных параметрах: давления воздуха за компрессором и на его входе, температуры воздуха за компрессором и на его входе, и далее он сравнивается с соответствующим порогом. Устройство реализации содержит датчики давления воздуха за компрессором и на его входе, датчики температуры воздуха за компрессором и на его входе, два делительных устройства, а также блоки сравнения и пороговое устройство.The closest technical solution adopted for the prototype is the method and device (Shakiryanov M. M. Decisive table on the elimination of various types of gas-dynamic instability in systems containing vanes. - “Aviation equipment”, No. 1, 2000, p. 80) protection turbocharger from surge. In this invention, the adiabatic efficiency of the compressor is calculated with known parameters: air pressure behind the compressor and at its inlet, air temperature behind the compressor and at its inlet, and then it is compared with the corresponding threshold. The implementation device comprises air pressure sensors behind the compressor and at its inlet, air temperature sensors behind the compressor and at its inlet, two dividing devices, as well as comparison units and a threshold device.
Недостатком способа и устройства является низкая надежность защиты турбокомпрессора от помпажа, обусловленная отсутствием одновременного контроля движения газовоздушной массы и числа Рейнольдса, наиболее полно характеризующих газодинамическое состояние двигателя.The disadvantage of this method and device is the low reliability of protection of the turbocharger against surge due to the lack of simultaneous control of the movement of the gas mass and the Reynolds number, which most fully characterize the gas-dynamic state of the engine.
Задачей изобретения является повышение надежности защиты турбокомпрессора от помпажа.The objective of the invention is to increase the reliability of protection of a turbocharger against surge.
Поставленная задача достигается способом защиты турбокомпрессора от помпажа, в котором измеряют температуру воздуха на входе и за компрессором и давление воздуха за компрессором и формируют сигналы наличия помпажа на исполнительные механизмы регулирующих органов ГТД, в котором в отличие от прототипа дополнительно измеряют давление и температуру воздуха, за первой группой ступеней компрессора, и формируют сигналы наличия помпажа при превышении соответствующими пороговыми значениями функции деления давления воздуха за первой группой ступеней компрессора к корню квадратному из значения температуры воздуха за первой группой ступеней компрессора, функции деления давления воздуха за компрессором к корню квадратному из значения температуры воздуха за компрессором, функции деления давления воздуха за первой группой ступеней компрессора к значению температуры воздуха на входе в компрессор и функции деления давления воздуха за компрессором к значению температуры воздуха за первой группой ступеней компрессора.The task is achieved by protecting the turbocharger from surging, in which the temperature of the air inlet and behind the compressor and the air pressure behind the compressor are measured and the signals of surging are generated on the actuators of the gas turbine regulating organs, in which, unlike the prototype, the air pressure and temperature are additionally measured, the first group of compressor stages, and surge signals are generated when the corresponding threshold values exceed the air pressure division function for the first group compressor steps to the square root of the air temperature behind the first group of compressor stages, the function of dividing the air pressure behind the compressor to the square root of the air temperature behind the compressor, the function of dividing the air pressure behind the first group of compressor to the air inlet temperature and the functions dividing the air pressure behind the compressor to the value of the air temperature behind the first group of compressor stages.
Поставленная задача достигается устройством, осуществляющим вышеуказанный способ. Устройство содержит датчик температуры воздуха на входе в компрессор и последовательно соединенные с ним первое делительное устройство и первое пороговое устройство, а также датчик давления воздуха за компрессором и последовательно соединенное с ним второе делительное устройство и датчик температуры воздуха за компрессором, в которое в отличие от прототипа дополнительно введена схема И, первый вход которой соединен с выходом первого порогового устройства, а также введено второе пороговое устройство, вход которого соединен с выходом первого делительного устройства, а выход - со вторым входом схемы И, кроме того, дополнительно введены датчик температуры воздуха за первой группой ступеней компрессора и последовательно соединенные с ним первый функциональный преобразователь, третье делительное устройство, третье пороговое устройство, выход которого соединен с третьим входом схемы И, кроме того, дополнительно введены датчик температуры воздуха за первой группой ступеней компрессора и последовательно соединенные с ним первый функциональный преобразователь, третье делительное устройство, третье пороговое устройство, выход которого соединен с третьим входом схемы И, второй функциональный преобразователь и последовательно соединенные с ним четвертое делительное устройство, четвертое пороговое устройство, выход которого соединен с четвертым входом схемы И, а также датчик давления воздуха за первой группой ступеней компрессора, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго делительных устройств, причем выход датчика температуры воздуха за компрессором соединен со вторым функциональным преобразователем, выход датчика давления воздуха за компрессором соединен со вторым входом четвертого делительного устройства, а выход датчика температуры воздуха за первой группой ступеней компрессора соединен со вторым входом второго делительного устройства.The task is achieved by a device implementing the above method. The device comprises an air temperature sensor at the compressor inlet and a first dividing device and a first threshold device connected in series with it, as well as an air pressure sensor behind the compressor and a second dividing device in series with it, and an air temperature sensor behind the compressor, which, unlike the prototype additionally, an And circuit is introduced, the first input of which is connected to the output of the first threshold device, and a second threshold device is introduced, the input of which is connected to the output of the first dividing device, and the output with the second input of the circuit And, in addition, an air temperature sensor behind the first group of compressor stages and a first functional converter, a third dividing device, and a third threshold device, the output of which is connected to the third input of the circuit, are additionally introduced And, in addition, an additional air temperature sensor was introduced beyond the first group of compressor stages and the first functional converter, the third an integral device, a third threshold device, the output of which is connected to the third input of the And circuit, a second functional converter and a fourth dividing device connected in series with it, a fourth threshold device, the output of which is connected to the fourth input of the And circuit, and an air pressure sensor behind the first group of stages a compressor, the output of which is connected to the second inputs of the first and second dividing devices, and the output of the air temperature sensor behind the compressor is connected to the second m converter, air pressure sensor output of the compressor connected to the second input of the fourth divider and the air temperature sensor output for the first group of compressor stages connected to the second input of the second divider.
Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a device.
Устройство содержит: датчик 1 температуры воздуха Т1 на входе в компрессор, датчик 2 давления воздуха Р2(I) за первой группой ступеней компрессора, датчик 3 давления воздуха P2 за компрессором, датчик 4 температуры воздуха Т2(I) за первой группой ступеней компрессора, датчик 5 температуры воздуха Т2 за компрессором, первое делительное устройство 6, второе делительное устройство 7, первый функциональный преобразователь 8, второй функциональный преобразователь 9, первое пороговое устройство 10, второе пороговое устройство 11, третье делительное устройство 12, четвертое делительное устройство 13, третье пороговое устройство 14, четвертое пороговое устройство 15, схему И 16.The device comprises: air temperature sensor T1 at the compressor inlet, air pressure sensor P 2 (I) 2 behind the first group of compressor stages, air pressure sensor 3 P 2 behind the compressor, air temperature sensor T 2 (I) behind the first group of stages compressor, air temperature sensor 5 T 2 behind the compressor, the first divider 6, the second divider 7, the first functional converter 8, the second functional converter 9, the first threshold device 10, the second threshold device 11, the third divider trinity 12, the fourth dividing device 13, the third threshold device 14, the fourth threshold device 15, circuit And 16.
Способ осуществляется в устройстве следующим образом. В первом делительном устройстве 6 образуется функция от деления сигналов, поступающих с выходов датчика 2 давления воздуха Р2(I) за первой группой ступеней компрессора и датчика 1 температуры воздуха T1 на входе в компрессор. Далее этот сигнал сравнивается с пороговым значением первого порогового устройства 10, и если последний больше данного сигнала, то сигнал далее подается на вход схемы И 16.The method is carried out in the device as follows. In the first dividing device 6, a function is formed from dividing the signals from the outputs of the air pressure sensor 2 P 2 (I) behind the first group of compressor stages and the air temperature sensor 1 T 1 at the compressor inlet. Further, this signal is compared with the threshold value of the first threshold device 10, and if the latter is greater than this signal, then the signal is then fed to the input of the And 16 circuit.
Во втором делительном устройстве 7 образуется функция от деления сигналов, поступающих с выходов датчика 3 давления воздуха P2 за компрессором и датчика 4 температуры воздуха T2(I) за первой группой ступеней компрессора. Далее этот сигнал сравнивается с пороговым значением второго порогового устройства 11, и если последний больше данного сигнала, то сигнал далее подается на вход схемы И 16.In the second dividing device 7, a function is formed from dividing the signals from the outputs of the air pressure sensor 3 P 2 behind the compressor and the air temperature sensor 4 T 2 (I) behind the first group of compressor stages. Further, this signal is compared with the threshold value of the second threshold device 11, and if the latter is greater than this signal, then the signal is then fed to the input of the And 16 circuit.
По другому каналу второй функциональный преобразователь 9 вычисляет квадратный корень из сигнала, поступающего с выхода датчика 5 температуры воздуха Т2 за компрессором. Далее четвертое делительное устройство 13 формирует функцию от деления сигналов, поступающих с выходов датчика 3 давления воздуха Р2 за компрессором и второго функционального преобразователя 9. Далее этот сигнал поступает на четвертое пороговое устройство 15 и сравнивается с его пороговым значением, и если последний больше данного сигнала, то сигнал далее подается на четвертый вход схемы И 16.On another channel, the second functional converter 9 calculates the square root of the signal from the output of the air temperature sensor 5 T 2 behind the compressor. Next, the fourth dividing device 13 generates a function of dividing the signals from the outputs of the air pressure sensor 3 P 2 behind the compressor and the second functional converter 9. Next, this signal is supplied to the fourth threshold device 15 and is compared with its threshold value, and if the latter is greater than this signal , then the signal is then fed to the fourth input of the circuit And 16.
Первый функциональный преобразователь 8 вычисляет квадратный корень из значения сигнала, поступающего с выхода датчика 4 температуры воздуха Т2(I) за первой группой ступеней компрессора. Далее третье делительное устройство 12 формирует функцию от деления сигналов, поступающих с выходов датчика 2 давления воздуха Р2(I) за первой группой ступеней компрессора и первого функционального преобразователя 8. Далее этот сигнал поступает на третье пороговое устройство 14 и сравнивается с его пороговым значением, и если последний больше данного сигнала, то сигнал далее подается на третий вход схемы И 16.The first functional converter 8 calculates the square root of the signal from the output of the air temperature sensor 4 T 2 (I) after the first group of compressor stages. Next, the third dividing device 12 generates a function of dividing the signals from the outputs of the air pressure sensor 2 P 2 (I) behind the first group of compressor stages and the first functional converter 8. Next, this signal is supplied to the third threshold device 14 and compared with its threshold value, and if the latter is greater than the given signal, then the signal is then fed to the third input of the And 16 circuit.
При поступлении всех 4-х сигналов на схему И 16 (это означает наступление глубокого помпажа) подаются сигналы для предотвращения помпажа на ИМ РО ГТД (исполнительные механизмы регулирующих органов ГТД - клапан отсечки топлива, лента перепуска воздуха за компрессором, входной направляющий аппарат и т.д.).When all 4 signals arrive at the And 16 circuit (this means the onset of deep surge), signals are sent to prevent surging at the MI RO GTD (actuators of the GTE regulatory bodies - fuel cut-off valve, air bypass belt behind the compressor, inlet guide unit, etc. d.).
Существенные отличия данного изобретения заключаются в том, что здесь производится одновременный контроль очень важного параметра, числа Рейнольдса, и акустических масс проточной части компрессора. Экономический эффект заключается в том, что данные способ и устройство позволяют повысить надежность работы двигателей, а следовательно, обеспечивают безопасность полета летательных аппаратов.Significant differences of this invention are that here is the simultaneous control of a very important parameter, the Reynolds number, and the acoustic masses of the flow part of the compressor. The economic effect lies in the fact that these method and device can improve the reliability of the engines, and therefore, ensure the flight safety of aircraft.
Изобретение подтверждается следующими теоретическими выкладками.The invention is confirmed by the following theoretical calculations.
Обыкновенная формула числа Рейнольдса представляет собой произведение плотности газа ρ на скорость течения V и на характерный размер тела 1, деленное на динамическую вязкость μThe ordinary formula of the Reynolds number is the product of the gas density ρ and the flow velocity V and the characteristic body size 1 divided by the dynamic viscosity μ
После преобразований Rс имеет следующий видAfter transformations, R c has the following form
где Р - давление, Т - температура, k - коэффициент адиабаты, R - газовая постоянная. Where P is the pressure, T is the temperature, k is the adiabatic coefficient, R is the gas constant.
Применяя эти формулы для групп ступеней компрессора, между которыми происходит обмен энергией при наступлении помпажных явлений (Шакирьянов М.М. Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. - М.: «Авиационная техника», №1, 2000, с.80), будем иметь два критерия устойчивостиApplying these formulas for groups of compressor stages between which energy is exchanged during the onset of surge phenomena (Shakiryanov M.M. Decision table for eliminating various types of gas-dynamic instability in systems containing vanes. - M.: “Aviation equipment”, No. 1, 2000, p. 80), we will have two stability criteria
Р2(I), Т2(I) - давление и температура воздуха за первой группой ступеней компрессора,P 2 (I), T 2 (I) - pressure and air temperature behind the first group of compressor stages,
Далее находим следующие критерии устойчивости.Next, we find the following stability criteria.
Акустические массы первой и второй групп ступеней компрессора являются воздушными массами, с которыми можно сравнивать величины пороговых постоянных при определении неустойчивой работы двигателя (В.В.Казакевич. Автоколебания (помпаж) в компрессорах, М., 1974 г.). После преобразований они будут выглядеть следующим образом:The acoustic masses of the first and second groups of compressor stages are air masses with which you can compare the threshold constants when determining the unstable operation of the engine (V.V. Kazakevich. Self-oscillations (surge) in compressors, M., 1974). After the conversion, they will look like this:
Lai, Laii - акустические массы первой и второй групп ступеней компрессора, L ai , L aii - acoustic masses of the first and second groups of compressor stages,
ρ1, ρ2 - плотность воздуха на входе в компрессор и за компрессором, l1, l2, S1, S2 - длина и площадь поперечных сечений по линии первой и второй групп ступеней компрессора,ρ 1 , ρ 2 - air density at the inlet to the compressor and behind the compressor, l 1 , l 2 , S 1 , S 2 - the length and cross-sectional area along the line of the first and second groups of compressor stages,
P2, P2(i) - давление воздуха за компрессором и его первой группой ступеней,P 2 , P 2 (i) - air pressure behind the compressor and its first group of stages,
T1, Т2(i) - температура воздуха на входе в компрессор и за его первой группой ступеней.T 1 , T 2 (i) - air temperature at the inlet to the compressor and beyond its first group of stages.
Реализация критериев устойчивости (1), (2), (3), (4) осуществляется предложенным техническим решением.The implementation of the stability criteria (1), (2), (3), (4) is carried out by the proposed technical solution.
Обоснование технического эффекта.Justification of the technical effect.
При наступлении помпажных явлений происходит резкое понижение давления воздуха по тракту компрессора и повышение температуры воздуха по всему газовоздушному тракту двигателя. Поэтому все критерии устойчивости (1), (2), (3), (4) резко падают, а данные способ и устройство позволяют быстрее фиксировать резкие уменьшения этих критериев. Вследствие этого происходит резкое повышение надежности распознавания, а значит, и ликвидации помпажа, следовательно, увеличивается безопасность полетов.With the onset of surge phenomena, there is a sharp decrease in air pressure along the compressor path and an increase in air temperature throughout the gas-air path of the engine. Therefore, all stability criteria (1), (2), (3), (4) fall sharply, and these method and device allow you to quickly fix sharp decreases in these criteria. As a result of this, there is a sharp increase in the reliability of recognition, and hence the elimination of surge, therefore, flight safety increases.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить надежность распознавания за счет увеличения быстродействия фиксации помпажных явлений.Thus, the proposed invention improves the reliability of recognition by increasing the speed of fixation of surge phenomena.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003138091/06A RU2254498C1 (en) | 2003-12-30 | 2003-12-30 | Method of and device to protect compressor from stall and surge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003138091/06A RU2254498C1 (en) | 2003-12-30 | 2003-12-30 | Method of and device to protect compressor from stall and surge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2254498C1 true RU2254498C1 (en) | 2005-06-20 |
Family
ID=35835873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003138091/06A RU2254498C1 (en) | 2003-12-30 | 2003-12-30 | Method of and device to protect compressor from stall and surge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2254498C1 (en) |
-
2003
- 2003-12-30 RU RU2003138091/06A patent/RU2254498C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ШАКИРЬЯНОВ М.М. Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. Авиационная техника, Изд. ВУЗов, 2000, № 1, с.80. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1985862B1 (en) | Controlling operation of a compressor to avoid compressor instability | |
Wallace et al. | The pulsating-flow performance of inward radial-flow turbines | |
Song et al. | Performance prediction of axial flow compressors using stage characteristics and simultaneous calculation of interstage parameters | |
RU2337250C2 (en) | Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions | |
DE112008003400T5 (en) | Brass stall alarm system | |
CN106523163A (en) | Surge control method and electronic controller for aero-gas turbine engine | |
Hergt et al. | Loss reduction in compressor cascades by means of passive flow control | |
Figurella et al. | Effect of inlet vanes on centrifugal compressor acoustics and performance | |
Figurella et al. | Effect of aerodynamically induced pre-swirl on centrifugal compressor acoustics and performance | |
RU2254498C1 (en) | Method of and device to protect compressor from stall and surge | |
RU2015144906A (en) | GAS TURBINE AND METHOD OF ITS OPERATION | |
Koff et al. | Axisymmetrically stalled flow performance for multistage axial compressors | |
US11454176B2 (en) | System and method for monitoring a bleed valve of a gas turbine engine | |
Taghavi-Zenouz et al. | Numerical simulation of unsteady tip clearance flow in an isolated axial compressor rotor blades row | |
RU2254499C1 (en) | Turbocompressor stall-and-surge protection device | |
CN110374754A (en) | System and vehicle are protected in fault detection | |
RU2374498C1 (en) | Anti-surge device for gas turbine engine compressor | |
RU2373434C1 (en) | Device to protect gas turbine unit against surge | |
RU2431753C1 (en) | Gas turbine plant control method | |
Giersch et al. | Numerical Analysis and validation of the rotor blade vibration response induced by high pressure compressor deep surge | |
Masi et al. | Experimental investigation of the effect of reynolds number on the efficiency of single-stage axial fans | |
Dickmann | Shroud contour optimization for a turbocharger centrifugal compressor trim family | |
RU2041399C1 (en) | Method and device for protecting turbo-compressor against pumpage | |
US20190153891A1 (en) | Three spool turbofan engine with low noise intermediate turbine rotor | |
Beneda | Preliminary results of active centrifugal compressor surge control using variable inducer shroud bleed |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051231 |