RU2372526C1 - Protection method of turbine compressor against stalling and surging and device for its implementation - Google Patents

Protection method of turbine compressor against stalling and surging and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2372526C1
RU2372526C1 RU2008106092/06A RU2008106092A RU2372526C1 RU 2372526 C1 RU2372526 C1 RU 2372526C1 RU 2008106092/06 A RU2008106092/06 A RU 2008106092/06A RU 2008106092 A RU2008106092 A RU 2008106092A RU 2372526 C1 RU2372526 C1 RU 2372526C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
inlet
behind
outlet
surging
Prior art date
Application number
RU2008106092/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008106092A (en
Inventor
Юрий Матвеевич Гусев (RU)
Юрий Матвеевич Гусев
Юрий Мавлютович Ахметов (RU)
Юрий Мавлютович Ахметов
Светлана Талгатовна Рахманова (RU)
Светлана Талгатовна Рахманова
Морис Масгутович Шакирьянов (RU)
Морис Масгутович Шакирьянов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2008106092/06A priority Critical patent/RU2372526C1/en
Publication of RU2008106092A publication Critical patent/RU2008106092A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2372526C1 publication Critical patent/RU2372526C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: in protection method of turbine compressor against stalling and surging it is additionally measured air temperature behind compressor and gas temperature before combustion chamber and it is formed sum of inverse values of air temperatures at outlet and behind compressor and gas at inlet to combustion chamber with following interpolation of changing of this value and in case of excess by it of threshold valuation or excess of air pressure value behind compressor of corresponding threshold valuation it is formed presence signal of stalling and surging. Into device, implementing particular method there are additionally introduced sensor of air temperature behind the compressor and tandem to it the second functional generator, summator and interpolator, outlet of which is connected to inlet of the first threshold device, sensor of gas temperature before combustion chamber and tandem to it the third functional generator, outlet of which is connected to the second inlet of summator, the first functional generator, inlet of which is connected to outlet of air temperature sensor at inlet into compressor, and outlet - to the third outlet of summator, and also scheme "OR", the first passage of which is connected to outlet of the second threshold device, and the second outlet - to outlet of the first threshold device.
EFFECT: increasing of performance and reliability of protection of turbine compressor against stalling and surging.
2 cl, 1 dwg

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-М4-Изд-во «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. T.100-M4-Publishing House "Mir" - p.240-247 ), which controls the stable operation of the compressor unit using 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 playback unit of the flow-rate gas-dynamic characteristic sticks and cathode ray indicator.

Недостатками устройства являются низкие быстродействие и надежность распознавания и ликвидации помпажа, обусловленные отсутствием контроля комплекса параметров двигателя и их порогового значения, полученных интерполяцией (усреднением).The disadvantages of the device are the low speed and reliability of recognition and elimination of surge due to the lack of control of a complex of engine parameters and their threshold values obtained by interpolation (averaging).

Известны методы и устройства (Шакирьянов М.М., Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. Изв. Вузов «Авиационная техника», №1, 2000, с.80), контролирующие газодинамическое состояние ГТД с помощью комплекса его параметров. Однако они не проводят одновременный контроль обратных значений температур и давления воздуха за компрессором, наиболее полно характеризующих газодинамическое состояние двигателя.Known methods and devices (MM Shakiryanov, Decisive table on the elimination of various types of gas-dynamic instability in systems containing vanes. Izv. Universities "Aviation equipment", No. 1, 2000, p. 80), controlling the gas-dynamic state of a gas turbine engine using complex of its parameters. However, they do not simultaneously monitor the inverse temperature and air pressure values behind the compressor, 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. Изв. Вузов «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. Izv. Universities "Aviation equipment", No. 1, 2000, p.80 ) protection of the 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.

Недостатками способа и устройства являются низкие быстродействие и надежность защиты турбокомпрессора от помпажа, обусловленные отсутствием одновременного контроля параметров обратных значений температур и давления воздуха за компрессором.The disadvantages of the method and device are the low speed and reliability of the protection of the turbocharger against surge due to the lack of simultaneous control of the parameters of the inverse values of temperature and air pressure behind the compressor.

Задачей изобретения является повышение быстродействия и надежности защиты турбокомпрессора от помпажа.The objective of the invention is to increase the speed and reliability of the protection of the turbocharger against surging.

Поставленная цель достигается способом защиты турбокомпрессора от помпажа, согласно которому измеряют давление воздуха за компрессором и температуру воздуха на входе в компрессор и формируются сигналы наличия помпажа на исполнительные механизмы регулирующих органов ГТД, в котором дополнительно измеряют температуру воздуха за компрессором и температуру газа перед камерой сгорания и формируют сумму обратных значений температур воздуха на входе и за компрессором и газа на входе в камеру сгорания с последующей интерполяцией изменения этой величины и в случае превышения ею порогового значения или превышения значения давления воздуха за компрессором соответствующего порогового значения формируют сигнал наличия помпажа.This goal is achieved by a method of protecting the turbocharger from surge, according to which the air pressure behind the compressor and the air temperature at the inlet to the compressor are measured and signals of the presence of surge are generated on the actuators of the GTE regulatory bodies, in which the air temperature behind the compressor and the gas temperature in front of the combustion chamber are additionally measured and form the sum of the inverse values of the air temperature at the inlet and behind the compressor and the gas at the entrance to the combustion chamber with subsequent interpolation of the change of this value and in case of exceeding the threshold value or exceeding the air pressure value behind the compressor of the corresponding threshold value, a surge signal is generated.

Поставленная цель достигается устройством, осуществляющим данный способ, содержащим датчик давления воздуха за компрессором и последовательно соединенное с ним второе пороговое устройство, датчик температуры воздуха на входе в компрессор и первое пороговое устройство, в которое дополнительно введены датчик температуры воздуха за компрессором и последовательно соединенные с ним второй функциональный преобразователь, сумматор и интерполятор, выход которого соединен со входом первого порогового устройства, датчик температуры газа перед камерой сгорания и последовательно соединенный с ним третий функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом датчика температуры воздуха на входе в компрессор, а выход - с третьим входом сумматора, а также схема "ИЛИ", первый вход которой соединен с выходом второго порогового устройства, а второй вход - с выходом первого порогового устройства.The goal is achieved by a device implementing this method, comprising an air pressure sensor behind the compressor and a second threshold device connected in series with it, an air temperature sensor at the compressor inlet and a first threshold device into which an air temperature sensor behind the compressor and connected in series with it are additionally introduced the second functional converter, adder and interpolator, the output of which is connected to the input of the first threshold device, the gas temperature sensor ne a combustion chamber and a third functional converter connected in series with it, the output of which is connected to the second input of the adder, the first functional converter, whose input is connected to the output of the air temperature sensor at the compressor inlet, and the output - with the third adder’s input, as well as the “OR ", the first input of which is connected to the output of the second threshold device, and the second input to the output of the first threshold device.

Примером конкретной реализации является то, что здесь учитываются конкретные параметры каждого типа компрессора, которые бывают разными, и это проявляется особенно при наступлении помпажных явлений. Фиксация изменений параметров при помпаже и учет их в соответствующих комплексах с дальнейшим сравнением с пороговыми значениями повышает быстродействие и ликвидацию помпажа реализацией критериев устойчивости при помощи упрощения критериев устойчивости, который реализуется интерполятором.An example of a specific implementation is that it takes into account the specific parameters of each type of compressor, which are different, and this is manifested especially with the onset of surge phenomena. Fixing parameter changes during surging and taking them into account in appropriate complexes with further comparison with threshold values increases the speed and elimination of surging by implementing stability criteria by simplifying stability criteria, which is implemented by the interpolator.

На чертеже представлена схема способа и устройства для его осуществления. Здесь 1 - датчик температуры воздуха на входе в компрессор Т1, 2 - датчик температуры воздуха за компрессором Т2, 3 - датчик температуры газа на входе в камеру сгорания Т3, 4 - датчик давления воздуха за компрессором Р2, 5 - первый функциональный преобразователь, 6 - второй функциональный преобразователь, 7 - третий функциональный преобразователь, 8 - сумматор, 9 - интерполятор, 10 - первое пороговое устройство, 11 - второе пороговое устройство, 12 - схема "ИЛИ".The drawing shows a diagram of a method and device for its implementation. Here 1 is the air temperature sensor at the inlet to the compressor T 1 , 2 is the air temperature sensor behind the compressor T 2 , 3 is the gas temperature sensor at the inlet to the combustion chamber T 3 , 4 is the air pressure sensor behind the compressor P 2 , 5 is the first functional converter, 6 — second functional converter, 7 — third functional converter, 8 — adder, 9 — interpolator, 10 — first threshold device, 11 — second threshold device, 12 —OR circuit.

Способ и устройство осуществляются следующим образом. Первый функциональный преобразователь 5, второй функциональный преобразователь 6, третий функциональный преобразователь 7 формируют обратные значения температур воздуха на входе в компрессор Т1, температуры воздуха за компрессором Т2 и температуры газа на входе в камеру сгорания Т3 соответственно. Сумматор 8 суммирует эти значения и далее их интерполирует (усредняет) в интерполяторе 9. В первом пороговом устройстве 10 производится сравнение значений, поступающих с выхода интерполятора 9, с соответствующим пороговым значением порогового устройства, при превышении которого выдается сигнал на схему "ИЛИ" 12. По другому каналу при превышении порогового значения второго порогового устройства 11 сигналом, поступающим с выхода датчика 4 давления воздуха за компрессором Р2, сигнал поступает на схему "ИЛИ" 12. Если хотя бы на одном из входов схемы "ИЛИ" 12 появляется сигнал, то это означает появление помпажа и сигнал далее поступает на исполнительные механизмы регулирующих органов газотурбинных двигателей для ликвидации последнего.The method and device are as follows. The first functional converter 5, the second functional converter 6, the third functional converter 7 form the inverse values of the air temperature at the inlet to the compressor T 1 , the air temperature behind the compressor T 2 and the gas temperature at the inlet to the combustion chamber T 3, respectively. The adder 8 summarizes these values and then interpolates (averages) them in the interpolator 9. In the first threshold device 10, the values coming from the output of the interpolator 9 are compared with the corresponding threshold value of the threshold device, upon exceeding which a signal is generated to the OR circuit 12. According to another channel when the threshold is exceeded the second threshold device 11 a signal output from the sensor 4 for a compressor of air pressure P 2, the signal supplied to circuit "OR" 12. If at least one of the input circuits "OR" 12 signal appears, it means the appearance of the surge and the signal is then supplied to the actuators regulators of gas turbine engines for the elimination of the latter.

Способ и устройство подтверждаются следующими теоретическими выкладками [1]. Появление помпажа сопровождается резким повышением температуры воздуха на входе в компрессор, температуры воздуха за компрессором и температуры газа на входе в камеру сгорания, а также резким понижением давления воздуха за компрессором. Это и явилось основанием применения данных критериев газодинамической устойчивости двигателя (т.е. величин типа 1/Т1, 1/Т2, 1/Т3 и их суммированием). Применение интерполятора обуславливается уточнением уровня появления помпажных процессов, которые могут быть разными для разных параметров.The method and device are confirmed by the following theoretical calculations [1]. The appearance of surging is accompanied by a sharp increase in air temperature at the compressor inlet, air temperature behind the compressor and gas temperature at the inlet to the combustion chamber, as well as a sharp decrease in air pressure behind the compressor. This was the basis for the application of these criteria for the gas-dynamic stability of the engine (i.e., values of the type 1 / T 1 , 1 / T 2 , 1 / T 3 and their summation). The use of the interpolator is determined by clarifying the level of occurrence of surge processes, which may be different for different parameters.

Существенные отличия данного изобретения заключаются в том, что здесь производится одновременный контроль обратных значений температур и их усредненные пороговые значения и давления воздуха за компрессором. 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 the inverse temperature values and their average threshold values and air pressure behind the compressor. The economic effect lies in the fact that these method and device can improve the reliability of the engines, and therefore, ensure flight safety of aircraft.

Claims (2)

1. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа, согласно которому измеряют давление воздуха за компрессором и температуру воздуха на входе в компрессор и формируются сигналы наличия помпажа на исполнительные механизмы регулирующих органов ГТД, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности распознавания и ликвидации помпажа, дополнительно измеряют температуру воздуха за компрессором и температуру газа перед камерой сгорания и формируют сумму обратных значений температур воздуха на входе и за компрессором и газа на входе в камеру сгорания с последующей интерполяцией изменения этой величины и в случае превышения ею порогового значения или превышения значения давления воздуха за компрессором соответствующего порогового значения формируют сигнал наличия помпажа.1. A method of protecting a turbocharger from surging, according to which the air pressure behind the compressor and the air temperature at the inlet to the compressor are measured and signals of surging are generated on the actuators of the regulatory bodies of the gas turbine engine, characterized in that, in order to increase the speed and reliability of recognition and elimination of surging, additionally measure the temperature of the air behind the compressor and the temperature of the gas in front of the combustion chamber and form the sum of the inverse values of the temperatures of the air inlet and behind the compressor and the gas n entering the combustion chamber with subsequent interpolation change this value and, if it exceeded a threshold value is exceeded the compressor or the air pressure values of the corresponding threshold values form the surge signal availability. 2. Устройство защиты турбокомпрессора от помпажа, осуществляющее данный способ, содержащее датчик давления воздуха за компрессором и последовательно соединенное с ним второе пороговое устройство, датчик температуры воздуха на входе в компрессор и первое пороговое устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности распознавания и ликвидации помпажа, в него дополнительно введены датчик температуры воздуха за компрессором и последовательно соединенные с ним второй функциональный преобразователь, сумматор и интерполятор, выход которого соединен со входом первого порогового устройства, датчик температуры газа перед камерой сгорания и последовательно соединенный с ним третий функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом датчика температуры воздуха на входе в компрессор, а выход - с третьим входом сумматора, а также схема "ИЛИ", первый вход которой соединен с выходом второго порогового устройства, а второй вход - с выходом первого порогового устройства. 2. Device for protecting the turbocharger from surge, implementing this method, comprising an air pressure sensor behind the compressor and a second threshold device connected in series with it, an air temperature sensor at the compressor inlet and a first threshold device, characterized in that, in order to increase speed and reliability recognition and elimination of surging, it is additionally introduced an air temperature sensor behind the compressor and a second functional converter, adder connected in series with it an interpolator, the output of which is connected to the input of the first threshold device, a gas temperature sensor in front of the combustion chamber and a third functional converter connected in series with it, the output of which is connected to the second input of the adder, the first functional converter, the input of which is connected to the output of the air temperature sensor at the compressor inlet , and the output - with the third input of the adder, as well as the OR circuit, the first input of which is connected to the output of the second threshold device, and the second input - with the output of the first Ogove device.
RU2008106092/06A 2008-02-18 2008-02-18 Protection method of turbine compressor against stalling and surging and device for its implementation RU2372526C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008106092/06A RU2372526C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Protection method of turbine compressor against stalling and surging and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008106092/06A RU2372526C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Protection method of turbine compressor against stalling and surging and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008106092A RU2008106092A (en) 2009-08-27
RU2372526C1 true RU2372526C1 (en) 2009-11-10

Family

ID=41149249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008106092/06A RU2372526C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Protection method of turbine compressor against stalling and surging and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2372526C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107559230A (en) * 2017-09-19 2018-01-09 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 A kind of wind-tunnel Silence Process axial flow compressor surge preventing system using interpolation arithmetic
RU2755958C1 (en) * 2018-04-23 2021-09-23 Сименс Акциенгезелльшафт Method and system for controlling combustion system of gas turbine engine, gas turbine engine and method for producing control system for combustion system of gas turbine engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШАКИРЬЯНОВ М.М. Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. - Издательство Вузов «Авиационная техника», 2000, №1, с.80. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107559230A (en) * 2017-09-19 2018-01-09 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 A kind of wind-tunnel Silence Process axial flow compressor surge preventing system using interpolation arithmetic
CN107559230B (en) * 2017-09-19 2019-03-29 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 A kind of wind-tunnel Silence Process axial flow compressor surge preventing system using interpolation arithmetic
RU2755958C1 (en) * 2018-04-23 2021-09-23 Сименс Акциенгезелльшафт Method and system for controlling combustion system of gas turbine engine, gas turbine engine and method for producing control system for combustion system of gas turbine engine
US11274610B2 (en) 2018-04-23 2022-03-15 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Combustion system control

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008106092A (en) 2009-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8459038B1 (en) Two-spool turboshaft engine control system and method
CN103080505B (en) Water or hail are inhaled into the detection of turbogenerator
RU2337250C2 (en) Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions
CN103670680B (en) The control device of exhaust gas by-pass valve of internal-combustion engine
US20110056210A1 (en) Surge margin regulation
EP2444628B1 (en) Electric supercharger
RU2014116907A (en) METHOD AND SYSTEM OF DIAGNOSTICS OF POWER UNIT WITH TWO MULTI-STAGE TURBOCHARGERS
JP5968504B1 (en) Control device for an internal combustion engine with a supercharger
CN106523163A (en) Surge control method and electronic controller for aero-gas turbine engine
RU2372526C1 (en) Protection method of turbine compressor against stalling and surging and device for its implementation
WO2006127794A2 (en) Method and system for controlling fuel injection timing to maintain desired peak cylinder pressure for high altitude operation
RU2649715C1 (en) Method of aviation bypass turbojet engine with flows mixing in-flight diagnostics
RU2422682C1 (en) Control system of position of guide vanes of compressor of double-flow gas turbine engine
US10533490B2 (en) Supercharging system of internal combustion engine and method of controlling supercharging system
Dehner et al. Acoustic measurements from an automotive centrifugal compressor with a switchable dual-port casing treatment for extended operating range
RU2011119958A (en) DIAGNOSTIC METHOD OF A TURBOREACTIVE TWO-CIRCUIT ENGINE WITH FLOW MIXING
JP6395167B1 (en) Control device for internal combustion engine
RU2374498C1 (en) Anti-surge device for gas turbine engine compressor
EP2975479B1 (en) Method for the control and protection of a gas turbine and gas turbine using such method
RU2449139C1 (en) Turbocharging system of diesel locomotive internal combustion engine
RU2351807C2 (en) Method of protecting gas turbine engine against surge
RU2009112237A (en) METHOD FOR CONTROLING THE TECHNICAL CONDITION OF A GAS-TURBINE INSTALLATION
RU2527850C1 (en) Method of control over gas turbine engine compressor actuators
RU2373434C1 (en) Device to protect gas turbine unit against surge
JP2014047777A (en) State quantity estimating device of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100219