RU2444717C2

RU2444717C2 - Method of monitoring gas turbine unit health

Info

Publication number: RU2444717C2
Application number: RU2009107970/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Дудкин (RU); Юрий Петрович Дудкин; Виктор Александрович Гладких (RU); Виктор Александрович Гладких; Геннадий Викторович Фомин (RU); Геннадий Викторович Фомин
Original assignee: Открытое акционерное общество "СТАР"
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2012-03-10

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: invention may be used in ACS of gas turbine unit incorporating with gas compressor plants (GCP) and gas turbine electric power stations (GTEPS). Proposed invention consists in that, prior to starting gas turbine unit, gas temperature in engine combustion system is registered. In starting said engine, the moment of starting fuel feed to combustion chamber manifolds is registered by operation of "shutdown valve open" limit switch. With definite time expired after opening of said valve and defined by calculations and experimenting, measured gas temperature is compared to that measured prior to starting gas turbine unit. If difference does not exceed preset value defined by calculations and experimenting, signal "Combustion chamber fails to fire" is generated and gas turbine unit emergency shutdown is performed.

EFFECT: higher quality of monitoring and reliability of operation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными установками (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и газотурбинных электростанций (ГТЭС).The invention relates to the field of gas turbine engine building and can be used in electronic systems (ACS) for automatic control of gas turbine units (GTU) of gas pumping units (GPU) and gas turbine power plants (GTES).

Известен способ контроля ГТУ с гидромеханической САУ (Кеба И.В. Летная эксплуатация вертолетных ГТД. М., Транспорт, 1976 г., с.223), заключающийся в том, что в процессе запуска двигателя бортмеханик по показаниям прибора в кабине вертолета контролирует значение температуры газов за турбиной и, если температура становится выше заданного предела, выключает двигатель.A known method of controlling a gas turbine with hydromechanical self-propelled guns (Keba I.V. Flight operation of a helicopter gas turbine engine. M., Transport, 1976, p.223), which consists in the fact that during the engine start, the flight mechanic controls the value according to the instrument in the helicopter cockpit gas temperatures behind the turbine and, if the temperature rises above a predetermined limit, turns off the engine.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.The disadvantage of this method is its low efficiency.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ контроля технического состояния ГТУ, реализованный в гидромеханической САУ с электронным ограничителем температуры газов за турбиной, заключающийся в том, что на запуске ГТУ измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, прекращают запуск и выключают двигатель (Кеба И.В. Диагностика авиационных ГТД. М., Транспорт, 1980 г., с.186-187).Closest to this invention in technical essence is a method of monitoring the technical condition of a gas turbine, implemented in a hydromechanical self-propelled guns with an electronic gas temperature limiter behind the turbine, which means that at the start of a gas turbine the temperature of the gas behind the turbine is measured, its value is compared with the maximum permissible value if measured the gas temperature exceeded the limit value by a predetermined value in advance, they stop starting and turn off the engine (Keba I.V. Diagnostics of aircraft gas turbine engines. M., Transport, 1980, p.186-187) .

Недостатком известного способа является то, что контроль не охватывает значительную часть подсистем, обеспечивающих успешный запуск двигателя и его работу на основных режимах. Например, не контролируется топливный тракт двигателя - наиболее пожароопасная часть ГТУ. Это снижает надежность работы двигателя.The disadvantage of this method is that the control does not cover a significant part of the subsystems that ensure the successful start of the engine and its operation in the main modes. For example, the fuel path of the engine is not controlled - the most fire hazardous part of a gas turbine. This reduces the reliability of the engine.

Целью изобретения является повышение качества контроля технического состояния ГТУ и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ, ГПА и ГТЭС.The aim of the invention is to improve the quality of control of the technical condition of gas turbines and, as a result, increase the reliability of gas turbines, gas turbines and gas turbines.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля технического состояния ГТУ, заключающемся в том, что на запуске ГТУ измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, прекращают запуск и выключают двигатель, дополнительно до начала запуска ГТУ фиксируют температуру газов в камере сгорания (КС) ГТУ, в процессе запуска ГТУ фиксируют момент начала подачи топлива к коллекторам КС по срабатыванию концевого выключателя «Клапан останова (КО) открыт», по истечении с момента открытия КО наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, измеренную температуру газов сравнивают с измеренной до начала запуска ГТУ, если разница не превышает наперед заданное значение, определяемое расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал «Прекращение запуска по нерозжигу КС» и выполняют аварийный останов (АО) ГТУ.This goal is achieved by the fact that in the method of monitoring the technical condition of the gas turbine, which consists in the fact that at the start of the gas turbine they measure the temperature of the gases behind the turbine, compare its value with the maximum permissible value, if the measured gas temperature exceeds the limit value by a predetermined value, stop starting and turn off the engine, in addition to the start of the start of the gas turbine, the temperature of the gases in the combustion chamber (KS) of the gas turbine is recorded; during the start of the gas turbine, the moment of the start of fuel supply to the collectors of the gas station at the ends of the switch “Stop valve (KO) is open”, after the expiration of the time since opening the KO for a predetermined time determined by the calculation-experimental method, the measured gas temperature is compared with the temperature measured before the start of the gas turbine, if the difference does not exceed the predetermined value determined by the calculation-experimental by, form the signal “Stopping the startup by non-ignition of the compressor station” and perform emergency shutdown (AO) of the gas turbine.

На фигуре представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.The figure shows a diagram of a device that implements the inventive method.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный блок 2 управления ГТУ (БУД), блок 3 исполнительных механизмов (ИМ), дозатор 4, клапан 5 останова (КО), концевой выключатель 6 (KB), причем дозатор 4 и KB 6 подключены к БД 1, а КО 5 - к блоку 3, блок 7 исполнительных клапанов (БИК), подключенный к БД 1 и блоку 3, пульт 8 оператора (ПУ), подключенный к БУД 2.The device contains a series-connected sensor unit 1 (DB), an electronic control unit 2 GTU (ECU), block 3 actuators (MI), dispenser 4, stop valve 5 (KO), limit switch 6 (KB), and dispenser 4 and KB 6 are connected to DB 1, and KO 5 to block 3, block 7 of executive valves (BIC) connected to DB 1 and block 3, operator panel 8 (PU) connected to ECU 2.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 8 задает режим работы ГТУ: запуск.The operator controlling the gas turbine, using the control unit 8, sets the operation mode of the gas turbine: start-up.

Команда оператора от ПУ 4 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2. БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 8 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу: Шевяков А.А. Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок. Системы управления энергетических установок. М., Машиностроение, 1985 г., с.23-24, 111) формирует управляющее воздействие на блок 3 ИМ, который через дозатор 4 осуществляет управление расходом топлива в КС ГТУ и через БИК 7 - положением механизации ГТУ, обеспечивая выполнение циклограммы запуска ГТУ. Информация о положении дозатора 4, механизации компрессора (через БИК 7) и состоянии КО 5 (через KB 6) формируется в БД 1.The operator’s command from the control unit 4 via a digital communication channel (for example, RS 485 or Ethernet) is transmitted to the control unit 2. The control unit 2 in accordance with the command received from the control unit 8 according to the sensor signals from the database 1 according to known dependencies (see, for example, the book: Shevyakov AA Power plants of rocket engines and power plants. Power plant control systems. M., Mashinostroenie, 1985, pp. 23-24, 111) generates a control action on the IM unit 3, which through the dispenser 4 controls fuel consumption in the CC of the gas turbine and through BIC 7 - the provision of mechanization of gas turbine, providing Finishing the execution of the start-up cycle of the gas turbine. Information about the position of the dispenser 4, the mechanization of the compressor (through BIC 7) and the state of the CO 5 (through KB 6) is formed in DB 1.

Информация о параметрах ГТУ, получаемая БУД 2 из БД 1, по цифровому каналу связи передается в ПУ 8.Information about the parameters of the gas turbine received by the ECU 2 from the database 1, through a digital communication channel is transmitted to the control unit 8.

ПУ 8 представляет собой ПЭВМ в промышленном исполнении, на жесткий магнитный диск (НЖМД) которой записано специальное программное обеспечение (СПО) - на фигуре не показаны.PU 8 is a PC in industrial design, on the hard magnetic disk (HDD) which recorded special software (SPO) - not shown in the figure.

Контроль технического состояния ГТУ осуществляется в ПУ 8 следующим образом.Monitoring the technical condition of gas turbines is carried out in control room 8 as follows.

После подачи оператором команды на запуск ГТУ, в памяти ПЭВМ ПУ 8 фиксируют измеренную в БД 1 и переданную в пульт из БУД 2 температуру среды в КС до момента начала запуска двигателя - Ткс.After the operator submits a command to start the gas turbine engine, the PC temperature 8 measured in DB 1 and transferred to the console from the ECU 2 records the temperature of the medium in the compressor station until the engine starts to start - Tx.

В процессе запуска ГТУ фиксируют момент начала подачи топлива к коллекторам КС по срабатыванию KB 6 «КО открыт». Фиксация происходит в момент получения информации из БУД 2. БУД 2 получает эту информацию из БД 1. БД 1 получает эту информацию от KB 6.During the start-up of the gas turbine, the moment of the beginning of the fuel supply to the collectors of the compressor on the response of KB 6 “KO open” is recorded. Fixation occurs when information is received from the ECU 2. ECU 2 receives this information from DB 1. Database 1 receives this information from KB 6.

По истечении с момента открытия КО 5 наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем (для двигателя Д049, входящего в состав ГТУ ГТЭС-2,5 производства ОАО «Сатурн - Газовые турбины», г.Рыбинск, это время составляет 8 с), измеренную текущую температуру газов Тг, полученную от БД 1 через БУД 2, сравнивают с зафиксированной до начала запуска ГТУ. Если разница между Тг и Ткс не превышает наперед заданное значение, определяемое расчетно-экспериментальным путем (для двигателя Д049, упомянутого выше, эта разница составляет 100°С), в ПУ 8 формируют сигнал оператору «Прекращение запуска по нерозжигу КС». По этому сигналу БУД 2 выдает команды в блок 3 на выполнение аварийного останова ГТУ.After the expiry of the opening of KO 5 in advance of a predetermined time determined by calculation and experimental means (for the D049 engine, which is part of the GTU GTES-2.5 manufactured by Saturn Gas Turbines OJSC, Rybinsk, this time is 8 s), the measured current temperature of the gases Tg obtained from the DB 1 through the ECU 2 is compared with that recorded before the start of the gas turbine. If the difference between Tg and Tx does not exceed the predetermined value determined by calculation and experimental means (for the D049 engine mentioned above, this difference is 100 ° C), in the control unit 8 a signal is generated to the operator “Stopping the start by non-ignition of the compressor station”. By this signal, the ECU 2 issues commands to block 3 to perform an emergency shutdown of the gas turbine.

Т.о. обеспечивается повышение качества контроля технического состояния ГТУ за счет введения контроля розжига КС ГТУ и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ, ГПА и ГТЭС.T.O. the quality control of the technical condition of gas turbines is improved by introducing control of the ignition of the gas turbine compressor station and, as a result, the reliability of the gas turbine, gas turbine and gas turbine power plants is improved.

Claims

A method of monitoring the technical condition of a gas turbine, which consists in the fact that at the start of a gas turbine they measure the temperature of the gases behind the turbine, compare its value with the maximum permissible value, if the measured gas temperature exceeds the limit value by a predetermined value, stop starting and turn off the engine, characterized in that before the start of the gas turbine start-up, the temperature of the gases in the combustion chamber (CS) of the gas turbine is recorded; during the start-up of the gas turbine, the moment of the start of fuel supply to the collectors of the gas station is detected by the operation of the “Cl stop panel (KO) is open ”, after the KO has expired before a predetermined time determined by the calculation and experimental method, the measured gas temperature is compared with the measured temperature before the start of the gas turbine, if the difference does not exceed the predetermined value determined by the calculation and experimental method, form the signal "Stopping the start of non-ignition of the COP" and perform emergency stop (AO) gas turbine.