RU2394165C1 - Method of fuel feed control on starting gas turbine engine - Google Patents

Method of fuel feed control on starting gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2394165C1
RU2394165C1 RU2008153048/06A RU2008153048A RU2394165C1 RU 2394165 C1 RU2394165 C1 RU 2394165C1 RU 2008153048/06 A RU2008153048/06 A RU 2008153048/06A RU 2008153048 A RU2008153048 A RU 2008153048A RU 2394165 C1 RU2394165 C1 RU 2394165C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
combustion
correction
products
fuel
Prior art date
Application number
RU2008153048/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Семен Давидович Альтшуль (RU)
Семен Давидович Альтшуль
Дмитрий Михайлович Гайдаш (RU)
Дмитрий Михайлович Гайдаш
Сергей Владимирович Квашнин (RU)
Сергей Владимирович Квашнин
Александр Львович Паршин (RU)
Александр Львович Паршин
Михаил Федорович Селезнев (RU)
Михаил Федорович Селезнев
Андрей Викторович Черников (RU)
Андрей Викторович Черников
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма" Система Сервис", Санкт-Петербург
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 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма" Система Сервис", Санкт-Петербург filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма" Система Сервис", Санкт-Петербург
Priority to RU2008153048/06A priority Critical patent/RU2394165C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2394165C1 publication Critical patent/RU2394165C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed method consists in that, on starting engine and up to rpm feedback closing, gas generator rotor rpm and combustion product temperatures are measured and control signal for actuator fuel feed control valve is generated. Control signal magnitude is defined from programmed relationship and cored in operation according to combustion product temperature. Note here that, on approaching maximum combustion product temperature, correction factor varies smoothly from unity, at temperature below limiting setting minus braking zone, to threshold non-zero value at temperature above limiting setting in compliance with claimed relationship.
EFFECT: higher reliability of starting gas turbine engine, shorter start-up time and longer life.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области управления запуском газотурбинных двигателей, используемых в качестве силовых агрегатов в газовой и энергетических отраслях.The invention relates to the field of launch control of gas turbine engines used as power units in the gas and energy industries.

Известен способ дозирования топлива в процессе разгона газотурбинного двигателя путем измерения давления воздуха за компрессором и частоты вращения ротора двигателя, формирования программы регулирования расхода топлива в соответствии с измеренными параметрами и перемещения дозирующего элемента пропорционально величине отклонения текущего расхода топлива от заданного по программе [Любомудров Ю.В. Применение теории подобия при проектировании систем управления газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1971, с.96].A known method of dispensing fuel in the process of accelerating a gas turbine engine by measuring the air pressure behind the compressor and the rotational speed of the engine rotor, forming a fuel consumption control program in accordance with the measured parameters and moving the metering element in proportion to the deviation of the current fuel consumption from the set program [Lyubomudrov Yu.V. . Application of the theory of similarity in the design of control systems for gas turbine engines. M .: Mechanical Engineering, 1971, p.96].

Указанный способ не обеспечивает приемлемое время разгона, не исключает проблемы зависания на разгоне, допускает превышение предельной температуры в процессе разгона.The specified method does not provide an acceptable acceleration time, does not exclude the problem of hovering during acceleration, allows the temperature to be exceeded during acceleration.

Известен способ запуска (Двигатель НК-12СТ (Серия 02). Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. Куйбышев, 1984, стр.95, 312), где подача топлива осуществляется по заданной заранее зависимости, а при достижении предельной температуры на запуске осуществляется фиксация достигнутого на момент превышения предельной температуры расхода топлива. В программе топливного регулирования для достижения этого просто фиксируется переменная tign в функции f(tign). В силу того что двигатель при этом находится в режиме разгона, несмотря на фиксацию расхода топлива, происходит дальнейшее увеличение частоты вращения двигателя, в результате возрастает расход воздуха через двигатель и уменьшаются значения температуры продуктов сгорания, после чего запуск возобновляется в прежнем режиме.There is a known method of starting (NK-12ST Engine (Series 02). Operation and maintenance instructions. Kuibyshev, 1984, p.95, 312), where the fuel is supplied according to a predetermined dependence, and when the limit temperature is reached at the start, the achieved at the time of exceeding the maximum temperature of fuel consumption. In the fuel control program, to achieve this, the variable t ign in the function f (t ign ) is simply fixed. Due to the fact that the engine is in acceleration mode, despite the fixation of fuel consumption, a further increase in the engine speed occurs, as a result, the air flow through the engine increases and the temperature of the combustion products decreases, after which the start resumes in the previous mode.

Недостатком данного способа является низкая надежность запуска получающих в последнее время все большее распространение газотурбинных двигателей с так называемыми «низкоэмиссионными» камерами сгорания, характеризующимися низким содержанием вредных выбросов и высокой степенью сгорания топлива.The disadvantage of this method is the low starting reliability of gas turbine engines with so-called "low-emission" combustion chambers, which are characterized by a low content of harmful emissions and a high degree of fuel combustion, which have recently become more widespread.

Известен способ дозирования топлива на запуске газотурбинного двигателя (патент RU №2316664 C1, F02 С9/26, 2008 г.), заключающийся в измерении частоты вращения ротора газогенератора nвд, определение величины ускорения

Figure 00000001
, дозирование топлива для поддержания величины
Figure 00000002
, соответствующей данной зависимости
Figure 00000003
, и ограничение дозирования топлива по программной зависимости Gt=f(nВД, ТВХ), где дополнительно формируют пороговое и программное значение величины ускорения
Figure 00000004
и
Figure 00000005
, фактическую величину
Figure 00000001
сравнивают с
Figure 00000006
при
Figure 00000001
<
Figure 00000007
формируют разрешающий сигнал на коррекцию программной зависимости G1=f(nВД, ТВХ) с заданной скоростью изменения коэффициента коррекции K(dK/dt), сравнивают фактическую величину
Figure 00000001
с
Figure 00000008
, и при
Figure 00000001
Figure 00000009
разрешающий сигнал снимают и продолжают ограничение дозирования топлива по откорректированной программной зависимости G,t=f(nВД, ТВХ)·K, а повторные запуски осуществляют с учетом измененной величины коэффициента К.A known method of dispensing fuel at the start of a gas turbine engine (patent RU No. 2316664 C1, F02 C9 / 26, 2008), which consists in measuring the rotational speed of the rotor of the gas generator n vd , determining the magnitude of the acceleration
Figure 00000001
dosing fuel to maintain value
Figure 00000002
corresponding to this dependence
Figure 00000003
, and the restriction of fuel dosing according to the software dependence G t = f (n VD , T VX ), where the threshold and program value of the acceleration value are additionally formed
Figure 00000004
and
Figure 00000005
actual value
Figure 00000001
compare with
Figure 00000006
at
Figure 00000001
<
Figure 00000007
form an enable signal for the correction of the software dependence G 1 = f (n VD , T VX ) with a given rate of change of the correction coefficient K ( dK / dt ), compare the actual value
Figure 00000001
from
Figure 00000008
, and when
Figure 00000001
Figure 00000009
the enable signal is removed and the fuel dosage is limited by the adjusted software dependence G , t = f (n VD , T VX ) · K, and repeated starts are carried out taking into account the changed value of the coefficient K.

Недостатком данного способа помимо трудности определения численного значения зависимости

Figure 00000001
=f(nВД) является отсутствие механизма обратной коррекции ограничивающей зависимости G't=f(nВД, ТВХ)·К, так как точная зависимость между оптимальным темпом запуска и ТВХ неизвестна и, кроме того, она может изменяться по мере износа двигателя. Таким образом, значение коэффициента К, определенное для одного ТВХ, может оказаться необоснованно заниженным для других значений ТВХ и привести к увеличению времени запуска и времени нахождения двигателя в опасной зоне резонансных частот вращения.The disadvantage of this method in addition to the difficulty of determining the numerical value of the dependence
Figure 00000001
= f (n VD ) is the lack of a backward correction mechanism for the limiting dependence G ' t = f (n VD , T VX ) · K, since the exact relationship between the optimal trigger rate and T VX is unknown and, moreover, it can change as engine wear. Thus, the value of the coefficient K, determined for one T BX , may turn out to be unreasonably underestimated for other values of T BX and lead to an increase in the start time and the residence time of the engine in the danger zone of the resonant rotational speeds.

Наиболее близким к предлагаемому является способ дозирования топлива на запуске газотурбинного двигателя (патент RU 2316663 C1, F02C 9/26, 2008 г.), включающий измерение частоты вращения ротора газогенератора nВД, определение величины ускорения

Figure 00000001
, дозирование топлива для поддержания величины
Figure 00000001
, соответствующей данной зависимости
Figure 00000001
=f(nВД), где дополнительно измеряют температуру воздуха на входе в двигатель ТВХ и температуру продуктов сгорания топлива ТПР, формируют пороговое значение по
Figure 00000010
зависимости
Figure 00000011
=f(ТВХ), сравнивают ТПР с
Figure 00000011
, и при ТПР>
Figure 00000011
изменяют дозирование топлива для снижения величины
Figure 00000001
до величины
Figure 00000012
=
Figure 00000001
·Ккор, где Ккор - коэффициент коррекции, определяемый зависимостью Ккор=f(ТВХ), а при ТПР<
Figure 00000011
восстанавливают величину
Figure 00000001
в соответствии с заданной зависимостью
Figure 00000001
=f(nВД).Closest to the proposed is a method of dispensing fuel at the start of a gas turbine engine (patent RU 2316663 C1, F02C 9/26, 2008), including measuring the rotational speed of the rotor of the gas generator n VD , determining the magnitude of the acceleration
Figure 00000001
dosing fuel to maintain value
Figure 00000001
corresponding to this dependence
Figure 00000001
= f (n VD ), where the air temperature at the engine inlet T BX and the temperature of the fuel combustion products T PR are additionally measured, a threshold value is generated for
Figure 00000010
addictions
Figure 00000011
= f (T BX ), compare T PR with
Figure 00000011
, and at T PR >
Figure 00000011
change the dosage of fuel to reduce the value
Figure 00000001
up to
Figure 00000012
=
Figure 00000001
· To Kor , where K Kor - correction coefficient, determined by the dependence of K Kor = f (T BX ), and at T PR <
Figure 00000011
restore the value
Figure 00000001
according to the given dependence
Figure 00000001
= f (n VD ).

Недостатком данного способа является сложность определения зависимости

Figure 00000001
=f(nВД). Для обеспечения надежного запуска в различных условиях окружающей среды необходимы обширные знания о статических характеристиках двигателя, а также об изменении статических зависимостей двигателя по мере его износа. При некорректно определенной зависимости
Figure 00000001
=f(nВД) возможно либо «зависание» двигателя на запуске (при заниженных значениях
Figure 00000001
=f(nВД)), либо помпаж компрессора двигателя (при завышенных значениях
Figure 00000001
=f(nВД)).The disadvantage of this method is the difficulty of determining the dependence
Figure 00000001
= f (n VD ). To ensure reliable starting in various environmental conditions, extensive knowledge of the static characteristics of the engine, as well as the change in the static dependences of the engine as it deteriorates, is required. With an incorrectly defined dependency
Figure 00000001
= f (n VD ) it is possible either to “freeze” the engine at start-up (at low values
Figure 00000001
= f (n VD )), or surging motor compressor (at high values
Figure 00000001
= f (n VD )).

Технический результат, полученный при осуществлении или использовании средства, воплощающего изобретение, выражается в повышении надежности запуска газотурбинного двигателя путем снижения температуры продуктов сгорания, уменьшения времени нахождения двигателя в зоне резонансных частот вращения, уменьшения времени запуска, увеличения ресурса двигателя. Решение всех вышеперечисленных задач достигается за счет оптимизации подачи топлива в камеру сгорания в процессе запуска газотурбинного двигателя. Сущность изобретения заключается в установлении зависимости между темпом увеличения расхода топлива на запуске и температурой продуктов сгорания и/или скоростью ее нарастания, при которой снижается вероятность погасания камеры сгорания на запуске и минимизируется время нахождения двигателя в зоне резонансных частот вращения во время запуска.The technical result obtained by the implementation or use of a tool embodying the invention is expressed in increasing the reliability of starting a gas turbine engine by lowering the temperature of the combustion products, reducing the time spent by the engine in the zone of resonant rotational speeds, decreasing the starting time, and increasing the engine life. The solution to all of the above problems is achieved by optimizing the supply of fuel to the combustion chamber during the start of the gas turbine engine. The essence of the invention is to establish a relationship between the rate of increase in fuel consumption at the start and the temperature of the combustion products and / or its rate of rise, at which the probability of the extinction of the combustion chamber at the start is reduced and the time spent by the engine in the zone of resonant rotational speeds during start-up is minimized.

Это достигается тем, что в способе управления подачей топлива на запуске газотурбинных двигателей, заключающемся в том, что на этапе запуска до момента замыкания обратной связи по частоте измеряется частота вращения ротора газогенератора, температура продуктов сгорания и формируется управляющее воздействие на исполнительный орган - клапан, дозирующий подачу топлива в камеру сгорания, величина управляющего воздействия определяется по программной зависимости с последующей ее коррекцией, коррекция осуществляется по температуре продуктов сгорания, при этом по мере приближения к предельной температуре продуктов сгорания коэффициент коррекции плавно изменяется от единицы при температуре ниже, чем ограничительная уставка за вычетом зоны торможения, до порогового ненулевого значения при температуре выше ограничительной уставки в соответствии с:This is achieved by the fact that in the method of controlling the fuel supply at the start of gas turbine engines, which consists in the fact that at the start-up stage until the feedback of the frequency closes, the rotational speed of the gas generator rotor is measured, the temperature of the combustion products and a control action is formed on the actuator - the metering valve fuel supply to the combustion chamber, the magnitude of the control action is determined by the software dependence with its subsequent correction, the correction is carried out according to the product temperature s combustion, wherein at least approaching the limit temperature combustion correction coefficient varies smoothly from unity at a temperature lower than a restrictive set point minus the braking zone, to the threshold of non-zero values at a temperature above the setpoint preamble in accordance with:

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

где:Where:

Figure 00000015
- откорректированная скорость нарастания расхода топлива;
Figure 00000015
- adjusted rate of increase in fuel consumption;

Figure 00000016
- скорость нарастания программной зависимости расхода топлива;
Figure 00000016
- slew rate of the software dependence of fuel consumption;

tign - время включения от момента розжига;t ign is the on time from the moment of ignition;

Tt - температура продуктов сгорания;Tt is the temperature of the combustion products;

Kкор_T(Tt) - коэффициент коррекции по температуре продуктов сгорания;K cor _ T (Tt) is the correction coefficient for the temperature of the products of combustion;

k - коэффициент замедления запуска при превышении ограничения Tt(<l);k is the coefficient of deceleration of the launch when exceeding the limit Tt (<l);

Tlim - ограничение температуры продуктов сгорания на запуске;T lim - temperature limitation of the combustion products at the start;

Tbound - зона торможения.T bound - braking zone.

Для определения коэффициента коррекции по температуре продуктов сгорания может использоваться прогноз температуры продуктов сгорания

Figure 00000017
и скорость роста температуры продуктов сгорания
Figure 00000018
. В этом случае в качестве коэффициента коррекции выбирается либо один из рассчитанных коэффициентов Ккор_T(Tt), Kкор_T To determine the correction factor for the temperature of the combustion products, a forecast of the temperature of the combustion products can be used.
Figure 00000017
and rate of increase in temperature of combustion products
Figure 00000018
. In this case, either one of the calculated coefficients K cor_T (Tt), K cor_T

(

Figure 00000017
) и Kкор_T(
Figure 00000018
), либо минимальное из рассчитанных значений Ккор_T.(Tt,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
)=min(Kкор_T(Tt); Ккор_T(
Figure 00000017
); Ккор_T(
Figure 00000018
)), либо комбинация описанных выше способов.(
Figure 00000017
) and K cor_T (
Figure 00000018
), or the minimum of the calculated values of K cor_T . (Tt,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
) = min (K cor_T (Tt); K cor_T (
Figure 00000017
); To box_T (
Figure 00000018
)), or a combination of the methods described above.

На фиг.1 показана функциональная схема осуществления предлагаемого способа.Figure 1 shows a functional diagram of the implementation of the proposed method.

На фиг.2 показан алгоритм функционирования в случае коррекции по температуре продуктов сгорания.Figure 2 shows the functioning algorithm in the case of correction for the temperature of the combustion products.

На фиг.3 показано графическое отображение метода расчета коэффициента коррекции по температуре продуктов сгорания Ккор_T(Tt).Figure 3 shows a graphical display of the method for calculating the correction coefficient for the temperature of the products of combustion To Kor_T (Tt).

На фиг.4 представлен процесс разгона газотурбинного двигателя при осуществлении предлагаемого способа.Figure 4 presents the acceleration process of a gas turbine engine in the implementation of the proposed method.

На фиг.5 показан вид стандартной программной зависимости разгона и вид зависимости, измененной для предлагаемого способа.Figure 5 shows a view of a standard software acceleration dependency and a type of dependence changed for the proposed method.

Низкоэмиссионные камеры сгорания современных газотурбинных двигателей, характеризующиеся низким содержанием вредных выбросов и высокой степенью сгорания топлива, работают с так называемой «бедной смесью», то есть соотношение подаваемого в камеру сгорания топлива и воздуха существенно меньше идеального стехиометрического соотношения топливо-окислитель. При прекращении увеличения расхода топлива в процессе разгона (что часто используется в существующих способах управления запуском газотурбинных двигателей при достижении предельной температуры продуктов сгорания) двигателей с такими камерами сгорания часто происходит погасание камеры сгорания и аварийный останов двигателя, что в ряде случаев (например, при высокой температуре окружающего воздуха) делает запуск двигателя с низкоэмиссионной камерой сгорания невозможным.The low-emission combustion chambers of modern gas turbine engines, characterized by a low content of harmful emissions and a high degree of fuel combustion, operate with the so-called “lean mixture”, that is, the ratio of fuel and air supplied to the combustion chamber is significantly less than the ideal stoichiometric fuel-oxidizer ratio. When stopping the increase in fuel consumption during acceleration (which is often used in existing methods for controlling the start of gas turbine engines when the temperature of the combustion products is reached), engines with such combustion chambers often extinguish the combustion chamber and crash the engine, which in some cases (for example, at high ambient temperature) makes starting an engine with a low emission combustion chamber impossible.

Для обеспечения устойчивого запуска газотурбинных двигателей с низкоэмиссионными камерами сгорания применяется способ, в котором при достижении предельной температуры сгорания происходит не прекращение увеличения расхода топлива, а замедление роста расхода, то есть функция Kкор_T(Tt) имеет следующий вид:To ensure stable start-up of gas turbine engines with low-emission combustion chambers, a method is used in which, when the combustion temperature is reached, it does not stop the increase in fuel consumption, but slows down the flow rate, i.e., the function K cor_T (Tt) has the following form:

Figure 00000019
Figure 00000019

где k - коэффициент замедления запуска при превышении ограничения Tt(<1), а Tlim - ограничение температуры продуктов сгорания на запуске.where k is the start delay coefficient when the limit Tt (<1) is exceeded, and T lim is the temperature limit of the combustion products at the start.

Это позволяет, с одной стороны, не допустить погасания камеры сгорания, с другой, не допустить роста температуры продуктов сгорания на запуске выше предельного значения.This allows, on the one hand, to prevent the extinction of the combustion chamber, on the other hand, to prevent the temperature of the combustion products from starting up above the limit value.

В случае если ограничивается не значение температуры, а скорость ее роста, формула (1) приобретает следующий вид:If it is not the temperature value that is limited, but its growth rate, formula (1) takes the following form:

Figure 00000020
Figure 00000020

где

Figure 00000021
- предельная скорость изменения температуры продуктов сгорания, а
Figure 00000018
- текущая скорость ее изменения. Это помогает резко снизить вероятность погасания камеры сгорания на запуске, но не исключает его полностью. В связи с тем что вероятность погасания камеры сгорания на запуске тем выше, чем резче снижается темп нарастания расхода топлива, целесообразно учитывать Tt (и/или
Figure 00000017
,
Figure 00000018
) не доходя до ограничивающего значения Тlim(
Figure 00000021
) - в некоторой зоне Tbound (и/или
Figure 00000022
), называемой зоной торможения, при таком подходе в ряде случаев удается вообще не допустить достижения Tlim(
Figure 00000021
). При введении линейного участка перехода от значения 1 до k при значениях Tt в пределах [Tlimbound; Тlim] формула (1) приобретает следующий вид:Where
Figure 00000021
- the maximum rate of change of temperature of the combustion products, and
Figure 00000018
- the current rate of change. This helps to sharply reduce the likelihood of the extinction of the combustion chamber at startup, but does not completely exclude it. Due to the fact that the probability of extinction of the combustion chamber at startup is higher, the sharper the rate of increase in fuel consumption decreases, it is advisable to take into account Tt (and / or
Figure 00000017
,
Figure 00000018
) not reaching the limiting value of T lim (
Figure 00000021
) - in some zone T bound (and / or
Figure 00000022
), called the braking zone, with this approach, in some cases, it is possible to prevent T lim (
Figure 00000021
) With the introduction of a linear section of the transition from a value of 1 to k with values of Tt within [T lim -T bound ; T lim ] formula (1) takes the following form:

Figure 00000023
Figure 00000023

Алгоритм функционирования в режиме коррекции по температуре продуктов сгорания, реализующий данное выражение, представлен на фиг.2.The algorithm for functioning in the correction mode for the temperature of the combustion products that implements this expression is presented in figure 2.

Увеличения плавности изменения темпа расхода топлива

Figure 00000024
можно достичь с помощью применения его расчета не кусочно-линейным способом, а с помощью сплайн-кривой на участке Tlimbound≤Tt≤Тlim.Increasing the smoothness of the change in the rate of fuel consumption
Figure 00000024
can be achieved by applying its calculation not in a piecewise linear way, but using a spline curve in the section T lim -T bound ≤Tt≤T lim .

Графически зависимость, описанная в формуле (3), отображена на фиг.3, где представлены результаты расчета зависимости Ккор_T(Tt) от температуры продуктов сгорания; а - применяемая линейная зависимость коррекции темпа расхода топлива, б - возможный вариант коррекции при помощи сплайн-кривой.Graphically, the dependence described in formula (3) is shown in FIG. 3, where the results of calculating the dependence of Kcore_T (Tt) on the temperature of the combustion products are presented; a - applied linear dependence of the correction of the rate of fuel consumption, b - a possible correction using a spline curve.

При ограничении не самой температуры продуктов сгорания, а скорости ее изменения, формула (3) приобретает следующий вид:When limiting not the temperature of the combustion products, but the rate of change, formula (3) takes the following form:

Figure 00000025
Figure 00000025

При работе по прогнозу температуры продуктов сгорания формула (3) приобретает следующий вид:When working on predicting the temperature of combustion products, formula (3) takes the following form:

Figure 00000026
Figure 00000026

При ограничении одновременно самой температуры продуктов сгорания, ее прогноза и скорости ее изменения из результатов, полученных по формулам (3), (4) и (5), выбирается минимальное значение k, то есть:When limiting simultaneously the temperature of the combustion products, its forecast and its rate of change, the minimum value of k is selected from the results obtained by formulas (3), (4) and (5), that is:

Figure 00000027
Figure 00000027

Вид процесса разгона при вступлении в действие ограничения температуры продуктов сгорания представлен на фиг.4, где приведены результаты работы способа управления подачей топлива на запуске при следующих исходных данных:

Figure 00000028
Tlim=660°С, Tbound=80°С и k=0.2A view of the acceleration process when the temperature of the combustion products enters into force is presented in Fig. 4, which shows the results of the operation of the fuel supply control at startup with the following initial data:
Figure 00000028
T lim = 660 ° C, T bound = 80 ° C and k = 0.2

Сравнительный вид стандартной кривой разгона и получающейся в результате применения предлагаемого способа разгона показаны на фиг.5, где графически представлены программные зависимости расхода топливного газа на запуске пуске.A comparative view of the standard acceleration curve and resulting from the application of the proposed acceleration method are shown in Fig. 5, where the graphical dependences of the fuel gas consumption at the start of the launch are graphically presented.

Функциональная схема возможной системы управления, реализующая предлагаемый способ, представлена на фиг.1, где блок 1, исходя из температуры продуктов сгорания и/или скорости ее нарастания, определяет предельно допустимый коэффициент коррекции темпа нарастания расхода топлива klim, на основании определенного klim и заданного изначально номинального темпа нарастания расхода топлива

Figure 00000029
в блоке 2 определяется темп нарастания расхода топлива
Figure 00000030
, в блоке 3, учитывая определенный ранее темп
Figure 00000031
, рассчитывается требуемый расход топлива Gt в данный момент времени, в блоке 4, на основании расходной характеристики дозатора газа, а также давления и температуры топливного газа на входе дозатора газа, рассчитывается задание на дозатор газа, то есть осуществляется перевод из требуемого расхода (кг/час) в % (mА) задания на дозатор газа, поскольку во время запуска давление в камере сгорания значительно меньше давления топливного газа (так как в этот момент еще открыты клапана перепуска воздуха) - истечение топлива через дозатор является сверхкритическим и давление воздуха в камере сгорания (за дозатором) не учитывается.A functional diagram of a possible control system that implements the proposed method is presented in figure 1, where block 1, based on the temperature of the combustion products and / or its rate of rise, determines the maximum allowable correction coefficient for the rate of increase in fuel consumption k lim , based on a certain k lim and initially set nominal rate of increase in fuel consumption
Figure 00000029
in block 2, the rate of increase in fuel consumption is determined
Figure 00000030
, in block 3, given the previously defined pace
Figure 00000031
, the required fuel consumption Gt at a given time is calculated, in block 4, based on the flow characteristics of the gas meter, as well as the pressure and temperature of the fuel gas at the inlet of the gas meter, the task for the gas meter is calculated, that is, the transfer is made from the required flow rate (kg / hour) in% (mA) of the task for the gas metering device, since during start-up the pressure in the combustion chamber is much less than the pressure of the fuel gas (since at this moment the air bypass valves are still open) - the outflow of fuel through the metering unit is over riticheskim and air pressure in the combustion chamber (for a dispenser) is not considered.

Данный способ реализован в составе серийных систем автоматического управления газоперекачивающими агрегатами с газотурбинными двигателями ДГ-90, ДН-80, ДУ-80 (ГП НКПГ «Заря-Машпроект») на 19 газокомпрессорных станциях ОАО «Газпром» и показал свою высокую надежность.This method is implemented as part of serial automatic control systems for gas pumping units with gas turbine engines ДГ-90, ДН-80, ДУ-80 (ГП НКПГ "Заря-Машпроект") at 19 gas compressor stations of OAO "Gazprom" and has shown its high reliability.

Средствами реализации данной схемы управления могут быть выбраны системы комплексного управления мультипроцессорные МСКУ 5000-01, МСКУ-СС 4510 производства ЗАО «НПФ «Система-Сервис» (Санкт-Петербург). МСКУ-5000 построена на базе программно-технических средств фирмы Siemens Simatic S7. В этой системе вычислительное ядро реализовано на базе процессора CPU 416-2DP. Ввод-вывод осуществляется через распределенную периферию на базе модулей семейства ET-200S. Для обработки быстрых сигналов (с циклом от 0.1 мс) используется модуль FM-458DP с расширителем ЕХМ-438. Программно способ реализован на языке Simatic S7-SCL (язык стандарта МЭК 61131-3). МСКУ-СС 4510 построена на базе технических средств Octagon и Fastwel и программного обеспечения собственной разработки ЗАО «НПФ «Система-Сервис». Вычислительное ядро системы реализовано на базе процессорного модуля Octagon 5066, ввод-вывод осуществляется через модули аналогового и дискретного ввода-вывода производства фирм Octagon, Fastwel и собственной разработки и производства ЗАО «НПФ «Система-Сервис».Means of implementing this control scheme can be selected integrated control systems multiprocessor MSKU 5000-01, MSKU-SS 4510 manufactured by NPF Sistema-Service CJSC (St. Petersburg). MSKU-5000 is built on the basis of software and hardware of Siemens Simatic S7. In this system, the computing core is implemented on the basis of the processor CPU 416-2DP. Input-output is carried out through distributed peripherals based on modules of the ET-200S family. For processing fast signals (with a cycle of 0.1 ms or less), the FM-458DP module with an EXM-438 expander is used. Software method is implemented in Simatic S7-SCL language (language of IEC 61131-3 standard). MSKU-SS 4510 is built on the basis of Octagon and Fastwel hardware and proprietary software of NPF Sistema-Service CJSC. The computing core of the system is implemented on the basis of the Octagon 5066 processor module, input-output is carried out through the analog and discrete input-output modules manufactured by Octagon, Fastwel and in-house developed and manufactured by NPF Sistema-Service CJSC.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение надежности запуска газотурбинного двигателя путем снижения температуры продуктов сгорания, уменьшения времени нахождения двигателя в зоне резонансных частот вращения, уменьшения времени запуска, увеличения ресурса двигателя.The proposed method provides an increase in the reliability of starting a gas turbine engine by lowering the temperature of the combustion products, reducing the time spent by the engine in the zone of resonant rotational speeds, decreasing the starting time, and increasing the engine life.

Claims (4)

1. Способ управления подачей топлива на запуске газотурбинного двигателя, заключающийся в том, что на этапе запуска до момента замыкания обратной связи по частоте измеряются частота вращения ротора газогенератора, температура продуктов сгорания и формируется управляющее воздействие на исполнительный орган - клапан, дозирующий подачу топлива в камеру сгорания, величина управляющего воздействия определяется по программной зависимости с последующей ее коррекцией, отличающийся тем, что коррекцию осуществляют по температуре продуктов сгорания, при этом по мере приближения к предельной температуре продуктов сгорания коэффициент коррекции плавно изменяют от единицы при температуре ниже, чем ограничительная уставка за вычетом зоны торможения, до порогового ненулевого значения при температуре выше ограничительной уставки в соответствии с:
Figure 00000032

Figure 00000033

где
Figure 00000034
- откорректированная скорость нарастания расхода топлива;
Figure 00000035
- скорость нарастания программной зависимость расхода топлива;
tign - время включения от момента розжига;
Tt - температура продуктов сгорания;
Kкор_T(Tt) - коэффициент коррекции по температуре продуктов сгорания;
k - коэффициент замедления запуска при превышении ограничения Tt(<l);
Tlim - ограничение температуры продуктов сгорания на запуске;
Tbound - зона торможения.
1. A method of controlling the supply of fuel at the start of a gas turbine engine, which consists in the fact that at the start-up stage until the feedback loop closes on frequency, the rotational speed of the gas generator rotor is measured, the temperature of the combustion products and a control action is formed on the actuator - a valve that dispenses the fuel to the chamber combustion, the magnitude of the control action is determined by the software dependence with its subsequent correction, characterized in that the correction is carried out according to the temperature of the products Rania, wherein at least approaching the limit temperature combustion correction coefficient gradually change from unity at a temperature lower than a restrictive set point minus the braking zone, to the threshold of non-zero values at a temperature above the setpoint preamble in accordance with:
Figure 00000032

Figure 00000033

Where
Figure 00000034
- adjusted rate of increase in fuel consumption;
Figure 00000035
- slew rate software dependence of fuel consumption;
t ign is the on time from the moment of ignition;
Tt is the temperature of the combustion products;
K cor _ T (Tt) is the correction coefficient for the temperature of the products of combustion;
k is the coefficient of deceleration of the launch when exceeding the limit Tt (<l);
T lim - temperature limitation of the combustion products at the start;
T bound - braking zone.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для коррекции используют прогноз температуры продуктов сгорания Kкор_T
Figure 00000036
2. The method according to claim 1, characterized in that for the correction using the forecast of the temperature of the products of combustion K box_T
Figure 00000036
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для коррекции используют скорость роста температуры продуктов сгорания Ккор_T
Figure 00000037
3. The method according to claim 1, characterized in that for the correction using the rate of increase in temperature of the products of combustion To Kor_T
Figure 00000037
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для коррекции используют минимальный из рассчитанных способами по пп.1-3 корректирующих коэффициентов
Ккор_T.
Figure 00000038
=min(Kкор_T(Tt); Ккор_T
Figure 00000039
Ккор_T
Figure 00000040
4. The method according to claim 1, characterized in that for correction use the minimum of the correction factors calculated by the methods of claims 1-3.
To box_T .
Figure 00000038
= min (K cor_T (Tt); K cor_T
Figure 00000039
To box_T
Figure 00000040
RU2008153048/06A 2008-12-29 2008-12-29 Method of fuel feed control on starting gas turbine engine RU2394165C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008153048/06A RU2394165C1 (en) 2008-12-29 2008-12-29 Method of fuel feed control on starting gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008153048/06A RU2394165C1 (en) 2008-12-29 2008-12-29 Method of fuel feed control on starting gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2394165C1 true RU2394165C1 (en) 2010-07-10

Family

ID=42684703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008153048/06A RU2394165C1 (en) 2008-12-29 2008-12-29 Method of fuel feed control on starting gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394165C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491437C2 (en) * 2011-09-20 2013-08-27 Открытое акционерное общество "СТАР" Method of starting gas turbine engine
RU2730581C1 (en) * 2019-10-02 2020-08-24 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Method of controlling supply of fuel to gas turbine engine and system for its implementation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491437C2 (en) * 2011-09-20 2013-08-27 Открытое акционерное общество "СТАР" Method of starting gas turbine engine
RU2730581C1 (en) * 2019-10-02 2020-08-24 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Method of controlling supply of fuel to gas turbine engine and system for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8510013B2 (en) Gas turbine shutdown
CN110114567B (en) System and method for starting a gas turbine engine
RU2168044C2 (en) Method of and device for preventing deviation of gas turbine parameters (versions)
US9303565B2 (en) Method and system for operating a turbine engine
EP2339128A2 (en) Method for starting a turbomachine
RU2503840C2 (en) Method and system for control of fuel supply during gas turbine startup
RU2337250C2 (en) Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions
CN107084065B (en) Method and device for controlling an internal combustion engine
EP3034841B1 (en) Gas turbine engine optimization control device
RU2430252C1 (en) Method of determining gas turbine engine combustion chamber go-out
EP3199784B1 (en) Fuel flow control
EP2615258B1 (en) Startup method for large steam turbines
CN113906204A (en) Method for regulating the acceleration of a turbomachine
RU2394165C1 (en) Method of fuel feed control on starting gas turbine engine
JP2022139829A (en) Propulsion system for aircraft
RU2316663C1 (en) Method of metering out of fuel at starting of gas-turbine engine
JP5501870B2 (en) gas turbine
CN111219258A (en) PI controller design method for preventing integral saturation in engine control strategy switching
CN103814200A (en) Device for controlling internal combustion engine
US10174679B2 (en) Systems and methods related to control of gas turbine startup
CN113544373A (en) Method for regulating the exhaust gas temperature of a turbomachine
RU2796562C1 (en) Method for control of fuel consumption in combustion chamber at gas turbine engine starting
RU2747542C1 (en) Method for protecting a gas turbine engine from pumping
RU2802908C2 (en) Method for controlling exhaust gas temperature of gas turbine engine
US11585279B2 (en) Systems and methods for controlling a bleed-off valve of a gas turbine engine

Legal Events

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

Effective date: 20151230