RU2373434C1 - Device to protect gas turbine unit against surge - Google Patents

Device to protect gas turbine unit against surge Download PDF

Info

Publication number
RU2373434C1
RU2373434C1 RU2008106093/06A RU2008106093A RU2373434C1 RU 2373434 C1 RU2373434 C1 RU 2373434C1 RU 2008106093/06 A RU2008106093/06 A RU 2008106093/06A RU 2008106093 A RU2008106093 A RU 2008106093A RU 2373434 C1 RU2373434 C1 RU 2373434C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
output
input
behind
multiplier
Prior art date
Application number
RU2008106093/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008106093A (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 RU2008106093/06A priority Critical patent/RU2373434C1/en
Publication of RU2008106093A publication Critical patent/RU2008106093A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2373434C1 publication Critical patent/RU2373434C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed device is intended for control over aircraft gas turbine units designed to reveal and prevent compressor surge. To this end, the device is used comprising pickup to measure air pressure P2 behind the compressor and pickup to measure compressor inlet air pressure P1. It comprises also first functional converter, divider and first threshold device incorporating additionally pickup of air temperature behind compressor T2 and second functional converter, adder, second multiplier and second threshold device, all connected in series. Proposed device incorporates also first multiplier and integrator with its output connected with input of first threshold device and its input connected to output of divider. Note that first output of pickup to measure air pressure P2 behind the compressor is connected to second input of second multiplier. Output of pickup to measure air pressure P2 behind the compressor is connected with first input of first multiplier with its first output connected with first input of the divider and second input connected with second output of pickup of air temperature behind compressor T2. output of first functional converter is connected with second input of the adder.
EFFECT: higher reliability and accuracy of revealing turbine surge.
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 вос произведения расходной газодинамической характеристики и электроннолучевого 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 to the compressor, connected to the reduced speed former, unit for reproducing gas-dynamic consumables sticks and electron-beam indicator.

Недостатком устройства является низкая надежность и точность распознавания помпажа, обусловленные отсутствием контроля комплекса параметров двигателя, наиболее достоверно характеризующих границу его газодинамической устойчивости.The disadvantage of this device is the low reliability and accuracy of surge recognition, 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. Изв. Вузов, «Авиационная техника», №1, 2000, с.80), контролирующие газодинамическое состояние ГТД с помощью комплекса его параметров. Однако они не проводят контроль функции риска комплекса параметров двигателя.Known methods and devices (MM Shakiryanov, Decisive table on the elimination of various types of gas-dynamic instability in systems containing vanes. Izv. Vuzov, "Aviation equipment", No. 1, 2000, p. 80), controlling the gas-dynamic state of a gas turbine engine with using the complex of its parameters. However, they do not control the risk function of the engine parameter complex.

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: давлении 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. Vyssh "Aviation equipment", No. 1, 2000, p. 80) protect 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.

Недостатком способа и устройства является низкие точность и надежность распознавания помпажа, обусловленные отсутствием контроля функции риска комплекса параметров двигателя.The disadvantage of this method and device is the low accuracy and reliability of surge recognition due to the lack of control of the risk function of the complex of engine parameters.

Задачей изобретения является повышение достоверности и точности распознавания помпажа компрессора ГТД.The objective of the invention is to increase the reliability and accuracy of recognition surging compressor GTE.

Поставленная задача достигается устройством, содержащим датчик давления воздуха за компрессором Р2, датчик давления воздуха на входе в компрессор P1, датчик температуры воздуха на входе в компрессор T1 и последовательно соединенный с ним первый функциональный преобразователь, делительное устройство и первое пороговое устройство, в которое дополнительно введены датчик температуры воздуха за компрессором Т2 и последовательно соединенные с ним второй функциональный преобразователь, сумматор, второе множительное устройство и второе пороговое устройство, а также первое множительное устройство и интегратор, выход которого связан со входом первого порогового устройства, а вход - с выходом делительного устройства, причем первый выход датчика давления воздуха за компрессором Р2 связан со вторым входом второго множительного устройства, а второй выход - со вторым входом первого множительного устройства, выход датчика давления воздуха за компрессором Р2 связан с первым входом первого множительного устройства, первый выход которого связан с первым входом делительного устройства, другой вход которого связан со вторым выходом датчика температуры воздуха за компрессором Т2, выход первого функционального преобразователя связан со вторым входом сумматора.The problem is achieved by a device containing an air pressure sensor behind compressor P 2 , an air pressure sensor at the inlet to compressor P 1 , an air temperature sensor at the inlet to compressor T 1 and a first functional converter, a dividing device and a first threshold device connected in series to which additionally introduced an air temperature sensor behind the compressor T 2 and a second functional converter, an adder, a second multiplier and a second a horn device, as well as a first multiplier device and an integrator, the output of which is connected to the input of the first threshold device, and the input is connected to the output of the dividing device, the first output of the air pressure sensor behind compressor Р 2 connected to the second input of the second multiplier device, and the second output to a second input of the first multiplier device, the air pressure sensor of the compressor output P 2 is connected to a first input of the first multiplier unit, a first output of which is connected to the first input of divider ustro CTBA, the other input of which is connected to the second outlet temperature sensor T 2 after the compressor, the output of the first function converter connected to the second input of the adder.

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 давления воздуха Р2 за компрессором, датчик 2 давления воздуха P1 на входе в компрессор, датчик 3 температуры воздуха T1 на входе в компрессор, датчик 4 температуры воздуха за компрессором Т2, первое множительное устройство 5, первый функциональный преобразователь 6, второй функциональный преобразователь 7, делительное устройство 8, сумматор 9, интегратор 10, второе множительное устройство 11, первое пороговое устройство 12, второе пороговое устройство 13.The device contains: air pressure sensor 1 P 2 behind the compressor, air pressure sensor 2 P 1 at the compressor inlet, air temperature sensor 3 T 1 at the compressor inlet, air temperature sensor 4 behind the compressor T 2 , the first multiplier 5, the first functional converter 6, second functional converter 7, dividing device 8, adder 9, integrator 10, second multiplier 11, first threshold device 12, second threshold device 13.

Принцип работы устройства заключается в реализации выраженияThe principle of the device is to implement the expression

Figure 00000001
и сравнения ее с соответствующим порогом, а также в реализации критерия устойчивости P2(1/T1+1/T2) и сравнения ее с порогом.
Figure 00000001
and comparing it with the corresponding threshold, as well as in the implementation of the stability criterion P 2 (1 / T 1 + 1 / T 2 ) and comparing it with the threshold.

Первое множительное устройство 5 формирует произведение значений сигналов, поступающих с выходов датчиков давления воздуха за компрессором Р2 1 и давления воздуха на входе в компрессор P1 2. Делительное устройство 8 формирует функцию f(x)/K2 с сигналов, поступающих с выхода первого множительного устройства 5, коэффициента К2 и датчика температуры воздуха за компрессором Т2 4.The first multiplying device 5 generates the product of the values of the signals coming from the outputs of the air pressure sensors behind the compressor P 2 1 and the air pressure at the inlet to the compressor P 1 2. The dividing device 8 generates a function f (x) / K 2 from the signals coming from the output of the first multiplying device 5, the coefficient K 2 and the air temperature sensor behind the compressor T 2 4.

Интегратор 10 интегрирует значения сигналов, поступающих с выхода делительного устройства 8. В первом пороговом устройстве 12 производится сравнение значений сигналов, поступающих с выхода интегратора 10 с данными пороговыми значениями, при превышении которых сигналы поступают на ИМ РО ГТД (исполнительные механизмы регулирующих органов газотурбинных двигателей, например окно перепуска, клапан отсечки топлива и т.д.) для устранения помпажа.The integrator 10 integrates the values of the signals coming from the output of the dividing device 8. In the first threshold device 12, the values of the signals coming from the output of the integrator 10 are compared with these threshold values, when these signals are exceeded, they are sent to the MI of the gas turbine engine (actuators of the regulatory bodies of gas turbine engines, e.g. bypass window, fuel shutoff valve, etc.) to eliminate surging.

По другому каналу первый функциональный преобразователь 6 и второй функциональный преобразователь 7 формируют отношения 1/T1 и 1/T2 значений сигналов, поступающих, соответственно, с выходов датчика температуры воздуха на входе в компрессор T1 3 и датчика температуры воздуха за компрессором Т2 4. Сумматор 9 суммирует значения сигналов, поступающих с выходов первого функционального преобразователя 6 и второго функционального преобразователя 7. Второе множительное устройство 11 формирует произведение значений сигналов, поступающих с выходов сумматора 9 и датчика давления воздуха за компрессором Р2 1.On another channel, the first functional converter 6 and the second functional converter 7 form the ratios 1 / T 1 and 1 / T 2 of the signal values received, respectively, from the outputs of the air temperature sensor at the inlet to the compressor T 1 3 and the air temperature sensor behind the compressor T 2 4. The adder 9 summarizes the values of the signals coming from the outputs of the first functional converter 6 and the second functional converter 7. The second multiplier device 11 generates the product of the values of the signals coming from the outputs from mmatora 9 and the air pressure sensor of the compressor P 1 February.

Во втором пороговом устройстве 13 производится сравнение значений сигналов, поступающих с выхода второго множительного устройства 11 с данными пороговыми значениями, при превышении которых сигналы также поступают на ИМ РО ГТД для устранения помпажа.In the second threshold device 13, the values of the signals coming from the output of the second multiplier device 11 are compared with these threshold values, when these signals are exceeded, the signals also arrive at the MI of the turbine engine to eliminate surging.

Существенные отличия данного изобретения заключаются в том, что здесь производится контроль функции риска, содержащем класс критических ситуаций и сравнения их с соответствующими порогами, т.е. реализуется выражение

Figure 00000001
. Significant differences of this invention are that it controls the risk function that contains the class of critical situations and compares them with the corresponding thresholds, i.e. expression is implemented
Figure 00000001
.

Экономический эффект заключается в том, что данное устройство позволяют повысить надежность и точность распознавания помпажа, а значит и надежность работы двигателей, а следовательно, обеспечивают безопасность полета летательных аппаратов.The economic effect lies in the fact that this device can improve the reliability and accuracy of recognition of surge, and hence the reliability of the engines, and therefore ensure the safety of flight of aircraft.

Изобретение подтверждается следующими теоретическими выкладками.The invention is confirmed by the following theoretical calculations.

Вполне приемлемым при исследовании различных зависимостей и процессов является также и применение методов теории вероятностей.The application of methods of probability theory is also quite acceptable in the study of various dependencies and processes.

Для оценки информативности и достоверности полученных критериев устойчивости с существующими (эталоном является сигнализатор помпажа с измерением давления воздуха за компрессором Рз) можно использовать функцию риска для комплекса параметров двигателя.To assess the information content and reliability of the obtained stability criteria with existing ones (the standard is the surge indicator with air pressure measurement behind compressor Рз), you can use the risk function for a set of engine parameters.

Функция риска R(x) равнаThe risk function R (x) is equal to

Figure 00000002
Figure 00000002

где К2 - коэффициент, характеризующий класс критических ситуаций;where K 2 - coefficient characterizing the class of critical situations;

K1 - коэффициент, характеризующий класс нормальных режимов; х0,…,хn - параметр (комплекс параметров) авиационного двигателя. Реализация первого слагаемого (1) и критерия P2(1/T1+1/T2) [1] позволили создать данное предлагаемое изобретение. Здесь Р2 - давление воздуха за компрессором, T1 - температура воздуха на входе в компрессор, Т2 - температура воздуха за компрессором.K 1 - coefficient characterizing the class of normal modes; x 0 , ..., x n - parameter (set of parameters) of the aircraft engine. The implementation of the first term (1) and the criterion P 2 (1 / T 1 + 1 / T 2 ) [1] made it possible to create the present invention. Here P 2 is the air pressure behind the compressor, T 1 is the air temperature at the inlet to the compressor, T 2 is the air temperature behind the compressor.

В качестве начального критерия использовался критерий устойчивости La/kCa [1], здесь La - акустическая масса, Сa - акустическая гибкость, k - коэффициент сопротивления дросселя.The stability criterion L a / kC a [1] was used as the initial criterion, here L a is the acoustic mass, C a is the acoustic flexibility, k is the coefficient of resistance of the inductor.

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 значение первого слагаемого то падает, то колеблется, а второго резко падает, а данное устройство позволяют быстрее фиксировать резкие уменьшения этих критериев. Вследствие этого происходит резкое повышение надежности и точности распознавания 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, the value of the first term either falls, then fluctuates, and the second drops sharply, and this device allows faster fixation of sharp decreases in these criteria. As a result, there is a sharp increase in the reliability and accuracy of surge recognition, therefore, flight safety is increased.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить надежность и точность распознавания помпажа за счет увеличения их достоверности.Thus, the proposed invention improves the reliability and accuracy of recognition of surge by increasing their reliability.

Claims (1)

Устройство защиты компрессора газотурбинного двигателя от помпажа, содержащее датчик давления воздуха за компрессором Р2, датчик давления воздуха на входе в компрессор P1, датчик температуры воздуха на входе в компрессор T1 и последовательно соединенный с ним первый функциональный преобразователь, делительное устройство и первое пороговое устройство, отличающееся тем, что в него дополнительно введены датчик температуры воздуха за компрессором Т2 и последовательно соединенные с ним второй функциональный преобразователь, сумматор, второе множительное устройство и второе пороговое устройство, а также первое множительное устройство и интегратор, выход которого связан со входом первого порогового устройства, а вход - с выходом делительного устройства, причем первый выход датчика давления воздуха за компрессором Р2 связан со вторым входом второго множительного устройства, а второй выход - со вторым входом первого множительного устройства, выход датчика давления воздуха за компрессором P2 связан с первым входом первого множительного устройства, первый выход которого связан с первым входом делительного устройства, другой вход которого связан со вторым выходом датчика температуры воздуха за компрессором Т2, выход первого функционального преобразователя связан со вторым входом сумматора. A device for protecting the compressor of a gas turbine engine from surging, comprising an air pressure sensor behind compressor P 2 , an air pressure sensor at the inlet to compressor P 1 , an air temperature sensor at the inlet to compressor T 1 and a first functional converter, a dividing device and a first threshold connected in series with it device, characterized in that it additionally includes an air temperature sensor behind the compressor T 2 and a second functional converter, adder, W connected in series with it the other multiplier device and the second threshold device, as well as the first multiplier device and integrator, the output of which is connected to the input of the first threshold device, and the input is connected to the output of the dividing device, the first output of the air pressure sensor behind compressor Р 2 connected to the second input of the second multiplier and the second output - with the second input of the first multiplier device, the output of the air pressure sensor behind the compressor P 2 is connected with the first input of the first multiplier device, the first output of which is connected to the first input of the dividing device, the other input of which is connected to the second output of the air temperature sensor behind the compressor T 2 , the output of the first functional converter is connected to the second input of the adder.
RU2008106093/06A 2008-02-18 2008-02-18 Device to protect gas turbine unit against surge RU2373434C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008106093/06A RU2373434C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Device to protect gas turbine unit against surge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008106093/06A RU2373434C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Device to protect gas turbine unit against surge

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008106093A RU2008106093A (en) 2009-08-27
RU2373434C1 true RU2373434C1 (en) 2009-11-20

Family

ID=41149250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008106093/06A RU2373434C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Device to protect gas turbine unit against surge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2373434C1 (en)

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», №1, 2000, с.80. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008106093A (en) 2009-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2337250C2 (en) Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions
CN102418592B (en) For the method controlling the speed by turbocharger supercharged explosive motor
US10458372B2 (en) Method and device for dynamic monitoring of an air charging system of an internal combustion engine
CN103080505A (en) Detection of the ingress of water or hail into a turbine engine
RU2373434C1 (en) Device to protect gas turbine unit against surge
RU2649715C1 (en) Method of aviation bypass turbojet engine with flows mixing in-flight diagnostics
CN110657991B (en) Surge monitoring method and surge monitoring system of aircraft engine
RU2374498C1 (en) Anti-surge device for gas turbine engine compressor
RU2476915C2 (en) Method of diagnosing two-stage turbojet with flow mixing
RU2596413C1 (en) Method of determining thrust in flight of bypass turbojet engine with mixing of flows
RU2351807C2 (en) Method of protecting gas turbine engine against surge
RU2372526C1 (en) Protection method of turbine compressor against stalling and surging and device for its implementation
CN110374754A (en) System and vehicle are protected in fault detection
RU2255247C1 (en) Method to protect compressor at unsteady operation of gas- turbine engine
CA2408780C (en) Air flow target determination
Giersch et al. Numerical Analysis and validation of the rotor blade vibration response induced by high pressure compressor deep surge
RU2254498C1 (en) Method of and device to protect compressor from stall and surge
RU2254499C1 (en) Turbocompressor stall-and-surge protection device
CN112443508B (en) Surge detection method and system for turbofan engine
RU2310100C2 (en) Method to protect gas-turbine engine from unstable operation of compressor
RU2041399C1 (en) Method and device for protecting turbo-compressor against pumpage
RU2468257C2 (en) Gas turbine engine control method
RU2453733C2 (en) Compressor antisurge protection
RU2592360C2 (en) Aircraft turbojet engine control method
RU2041398C1 (en) Method and device for protecting turbo-compressor against pumpage

Legal Events

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

Effective date: 20100219