RU2466287C1 - Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation - Google Patents
Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2466287C1 RU2466287C1 RU2011119911/06A RU2011119911A RU2466287C1 RU 2466287 C1 RU2466287 C1 RU 2466287C1 RU 2011119911/06 A RU2011119911/06 A RU 2011119911/06A RU 2011119911 A RU2011119911 A RU 2011119911A RU 2466287 C1 RU2466287 C1 RU 2466287C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- input
- output
- jet nozzle
- control
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области авиационного двигателестроения и может быть использована в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) с форсажной камерой сгорания (ФКС).The group of inventions relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in electronic-hydromechanical systems for automatic control of multimode gas turbine engines (GTE) with afterburner combustion chamber (FCC).
Известен способ управления ГТД с ФКС, заключающийся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в ГТД, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем (РУД) и расходу топлива в основную камеру сгорания (ОКС) управляют расходом топлива в ФКС, по положению РУД и перепаду давлений на турбине формируют заданное положение створок критического сечения реактивного сопла (PC) ГТД, сравнивают его с измеренным положением створок PC и по величине рассогласования между заданным и измеренным значениями формируют управляющее воздействие на привод створок PC.There is a known method of controlling a gas turbine engine with an FCC, which consists in the fact that the fuel consumption in the FCC is controlled by the measured air temperature at the inlet of the gas turbine engine, the air pressure behind the compressor, the position of the engine control lever (ORE) and the fuel consumption in the main combustion chamber (ACS), by the position of the throttle and the pressure drop across the turbine form the specified position of the valves of the critical section of the jet nozzle (PC) of the gas turbine engine, compare it with the measured position of the valves of the PC valve and, using the magnitude of the mismatch between the set and measured values, form the control yayuschee impact on the PC drive valves.
(см. Шляхтенко С.М. «Теория воздушно-реактивных двигателей», Москва, Машиностроение, 1975, с.305-308).(see Shlyakhtenko S. M. "Theory of jet engines", Moscow, Engineering, 1975, p.305-308).
В результате анализа данного способа необходимо отметить, что для него характерны недостаточное быстродействие контура регулирования отношения давлений в заданных сечениях ГТД, а следовательно, весьма существенно отклонение параметров ГТД на переходных режимах, особенно при розжиге ФКС. Это, в свою очередь, приводит к снижению надежности работы ГТД и, как следствие, снижению безопасности полета летательного аппарата. Кроме этого, при запуске двигателя позиционирование PC приводит к большим отборам топлива от насоса, что снижает частоту авторотации ротора компрессора и давление за топливным насосом.As a result of the analysis of this method, it should be noted that it is characterized by insufficient speed of the pressure ratio control loop in the given cross sections of the gas turbine engine, and therefore, the deviation of the gas turbine engine parameters in transition modes, especially when igniting the FCS, is very significant. This, in turn, leads to a decrease in the reliability of the gas turbine engine and, as a consequence, to a decrease in the flight safety of the aircraft. In addition, when starting the engine, positioning the PC leads to large fuel withdrawals from the pump, which reduces the frequency of autorotation of the compressor rotor and the pressure behind the fuel pump.
Известна система управления ГТД, содержащая два контура регулирования, первый из которых включает датчик частоты вращения, связанный с основным регулятором частоты вращения, выход которого связан с сервоприводом топливорегулирующего клапана. Данный контур также содержит задатчик основного регулятора. Второй контур регулирования осуществляет регулирование температуры газа перед турбиной и содержит датчик температуры, связанный с первым входом регулятора, второй вход которого связан с задатчиком предельной температуры. Система также содержит второй датчик частоты вращения, выход которого связан с первым входом дополнительного регулятора частоты вращения, второй вход которого связан с выходом нелинейного звена, связанным с выходом регулятора технологического параметра. Выходы регуляторов частоты вращения связаны с входами селектора, выход селектора соединен с первым входом сумматора, второй вход которого связан с датчиком обратной связи по положению топливорегулирующего органа (дозатора).A known GTE control system comprising two control loops, the first of which includes a speed sensor connected to a main speed controller, the output of which is connected to a servo-drive of the fuel control valve. This circuit also contains a master controller. The second control loop regulates the gas temperature in front of the turbine and contains a temperature sensor connected to the first input of the regulator, the second input of which is connected to the limit temperature setter. The system also contains a second speed sensor, the output of which is connected to the first input of an additional speed controller, the second input of which is connected to the output of a nonlinear link associated with the output of the process parameter controller. The outputs of the speed controllers are connected to the inputs of the selector, the output of the selector is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the feedback sensor by the position of the fuel regulating body (dispenser).
В процессе работы системы выходной сигнал регулятора, представляющий разность между выходным сигналом нелинейного звена и сигналом датчика частоты вращения, проходит через селектор (пока предельное значение температуры не достигнуто), поступает на сумматор, где суммируется с сигналом датчика обратной связи и поступает на вход задатчика, который управляет регулятором частоты вращения сервопривода. При достижении предельной температуры газа перед турбиной на селектор подается и сигнал с регулятора температуры, который подается на селектор, и сигнал частоты вращения, управляющий сигнал с селектора поступает на сумматор и далее на регулятор и управление топливорегулирующего клапана.During the operation of the system, the controller output signal, which represents the difference between the output signal of the nonlinear link and the speed sensor signal, passes through the selector (until the temperature limit value is reached), goes to the adder, where it is summed up with the feedback sensor signal and fed to the input of the set point, which controls the servo speed controller. When the gas temperature in front of the turbine is reached, the signal from the temperature controller, which is fed to the selector, and the speed signal, the control signal from the selector, are fed to the adder and then to the regulator and control of the fuel control valve.
(см. а.с. СССР №591024, кл. F02C 9/00, 1979 г.).(see USSR AS No. 591024, class F02C 9/00, 1979).
В результате анализа известной системы управления ГТД необходимо отметить, что она осуществляет регулирование ГТД по двум параметрам - частоте вращения ротора и температуре газа перед турбиной. Однако данная система весьма сложна, обладает довольно большой инерционностью, что не позволяет эффективно использовать ее при работе ГТД на переходных предельных и форсажных режимах.As a result of the analysis of the known gas turbine engine control system, it should be noted that it regulates the gas turbine engine according to two parameters - the rotor speed and the gas temperature in front of the turbine. However, this system is very complex, has a fairly large inertia, which does not allow its effective use in the operation of gas turbine engines in transient limit and afterburner modes.
Известен способ отладки ГТД с ФКС, реализуемый системой, которая оснащена датчиком температуры (Тт) газов за турбиной, датчиком перепада давления газов на турбине (πт), автоматом управления (Fгф) по сигналу (πт), датчиком положения гидроцилиндров (ГЦ) сопла, автоматом подачи форсажного топлива с настроечным элементом.A known method of debugging a gas turbine engine with a FCS, implemented by a system that is equipped with a temperature sensor (T t ) of gases behind the turbine, a differential pressure sensor of gases on the turbine (π t ), an automatic control device (F gf ) by a signal (π t ), a hydraulic cylinder position sensor ( GC) nozzles, automatic afterburner fuel with a tuning element.
Система также содержит пульт управления, связанный входами с поименованными выше датчиками. Пульт включает преобразователь сигналов, вычислитель, соединенный с преобразователем, элемент сравнения, связанный с выходами преобразователя и вычислителя.The system also contains a control panel connected by inputs to the sensors named above. The remote control includes a signal converter, a calculator connected to the converter, a comparison element associated with the outputs of the converter and the calculator.
При функционировании системы на вход преобразователя сигналов поступают сигналы с датчика температура (Тт) газов за турбиной и с датчика положения гидроцилиндров сопла. На выходе преобразователя сигналов формируется единый цифровой код сигналов датчиков, который поступает на вход вычислителя. Сигналы с выхода преобразователя сигналов поступают в вычислительное устройство для расчета потребного значения площади PC по формулеIn operation of the system to the input signals from the sensor signal transmitter receives temperature (T m) for the gas turbine and the hydraulic cylinders with the position of the nozzle probe. At the output of the signal converter, a single digital code of sensor signals is generated, which is fed to the input of the calculator. The signals from the output of the signal converter are supplied to the computing device for calculating the required value of the PC area according to the formula
, ,
где Fгф и Fгм - площади PC на форсажном и бесфорсажном режимах соответственно, Тт и Тфзад - замеренное и заданное значения температуры газа за турбиной. При отладке двухконтурных газотурбинных двигателей потребное значение площади PC определяют по формулеwhere F gf and F gm are the areas of PC in afterburner and afterburner modes, respectively, T t and T fzad are the measured and set values of the gas temperature behind the turbine. When debugging dual-circuit gas turbine engines, the required value of the PC area is determined by the formula
, ,
где Т2т - температура газов за турбиной после смешения обоих потоков.where T 2t is the temperature of the gases behind the turbine after mixing both flows.
Сигнал с выхода вычислительного устройства, характеризующий заданную площадь PC, поступает на вход элемента сравнения, где формируется управляющий сигнал.The signal from the output of the computing device characterizing a given area of the PC is fed to the input of the comparison element, where a control signal is generated.
При работе ГТД в форсажном режиме на вход преобразователя сигналов поступают сигналы с датчика температуры газов сопла и датчика положения гидроцилиндров сопла. Преобразованный сигнал с выхода преобразователя сигналов поступает на вход элемента сравнения, где он сравнивается с расчетным значением (Fгф). На выходе элемента сравнения формируется сигнал ΔF, по которому меняется настройка блока подачи топлива за счет изменения положения настроечного элемента.During the operation of the gas turbine engine in afterburner mode, signals from the gas temperature sensor of the nozzle and the position sensor of the hydraulic cylinders of the nozzle are input to the signal converter. The converted signal from the output of the signal converter is fed to the input of the comparison element, where it is compared with the calculated value (F gf ). At the output of the comparison element, a signal ΔF is generated, according to which the setting of the fuel supply unit changes due to a change in the position of the tuning element.
Команда для изменения настройки блока подается (в ручном или автоматическом режиме) до тех пор, пока проходная площадь PC не станет равной потребному значению Fгф(ΔF=0).A command to change the setting of the block is given (in manual or automatic mode) until the passage area PC becomes equal to the required value of F gf (ΔF = 0).
(см. патент РФ №2383001, МПК F01M 15/00. 2010 г.).(see RF patent No. 2383001,
В результате анализа известной системы необходимо отметить, что она, как и приведенные выше, довольно инерционна, что не обеспечивает заданного качества регулирования на переходных и форсажных режимах работы ГТД.As a result of the analysis of the known system, it should be noted that it, like the ones given above, is rather inertial, which does not provide the specified quality of regulation in transient and afterburner operation modes of a gas turbine engine.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ управления ГТД с ФКС, согласно которому по измеренным температуре воздуха на входе в ГТД, давлению воздуха за компрессором, положению РУД и расходу топлива в ОКС управляют расходом топлива в ФКС, по положению РУД и перепаду давлений на турбине формируют заданное положение створок критического сечения PC ГТД, сравнивают его с измеренным положением створок PC и по величине рассогласования между заданным и измеренным значениями формируют управляющее воздействие на привод створок PC, причем дополнительно контролируют величину рассогласования между заданным и измеренным значениями положения створок PC, и, если рассогласование превышает наперед заданную величину, определяемую по результатам сдаточных испытаний ГТД, ограничивают темп изменения расхода топлива в ФКС.Closest to this invention in terms of technical nature and technical result achieved is a control method for a gas turbine engine with FCS, according to which the fuel consumption in the FCS is controlled by the measured air temperature at the inlet of the gas turbine engine, the air pressure behind the compressor, the throttle position and the fuel consumption in the ACS, according to the position The throttle throttle and the pressure drop across the turbine form the specified position of the valves of the critical section of the PC GTE, compare it with the measured position of the valves of the PC and the value of the mismatch between the set and measured value they form a control action on the drive of the PC shutters, and additionally control the amount of mismatch between the set and measured values of the position of the shutters PC, and if the mismatch exceeds the set value determined in advance from the results of the gas turbine test, limit the rate of change in fuel consumption in the FCC.
Система для реализации способа содержит последовательно соединенные блок датчиков, задатчик форсажных режимов работы ГТД, первый сумматор, первый электрогидропреобразователь, дозатор форсажного топлива, второй вход сумматора подключен к блоку датчиков. Система также содержит последовательно соединенные второй задатчик положения PC, второй сумматор, второй электрогидропреобразователь, золотник управления гидроцилиндрами привода PC, при этом второй задатчик и второй вход сумматора подключены к блоку датчиков, выход второго сумматора подключен к первому задатчику.The system for implementing the method comprises a series-connected sensor block, a master of afterburner GTE operating modes, a first adder, a first electrohydroconverter, an afterburner fuel dispenser, and a second adder input connected to the sensor block. The system also includes a second PC positioner, a second adder, a second electrohydroconverter, a PC actuator hydraulic control spool, connected in series, the second master and the second adder input connected to the sensor unit, the output of the second adder connected to the first master.
В процессе работы системы по измеренным с помощью блока датчиков температуре воздуха на входе в ГТД, давлению воздуха за компрессором, положению РУД и расходу топлива в ОКС первый задатчик формирует заданное положение дозатора, которое в сумматоре сравнивается с фактическим положением, измеренным с помощью блока датчиков. По величине рассогласования, поступающей в первый электрогидропреобразователь, формируется управляющее воздействие на дозатор, в соответствии с которым регулируется расход топлива в ФКС.In the process of the system operation, according to the temperature measured at the inlet of the gas turbine engine with the sensor block, the air pressure behind the compressor, the throttle position and fuel consumption in the ACS, the first controller generates a predetermined dispenser position, which in the adder is compared with the actual position measured with the sensor block. By the magnitude of the mismatch entering the first electrohydraulic converter, a control action is formed on the dispenser, in accordance with which the fuel consumption in the FCC is regulated.
Параллельно, по измеренным с помощью блока датчиков положению РУД и перепаду давлений на турбине, второй задатчик формирует заданное положение створок PC.At the same time, according to the position of the throttle and the pressure drop across the turbine, measured using the sensor block, the second setter generates a predetermined position of the shutters PC.
Сигнал заданного положения створок PC поступает во второй сумматор, где сравнивается с измеренным блоком датчиков положением и по величине рассогласования между заданным и измеренным значениями второй электрогидропреобразователь осуществляет управление гидроцилиндрами привода створок PC посредством перемещения золотника в соответствующее положение.The signal of the set position of the shutters PC is fed to the second adder, where it is compared with the position measured by the sensor unit and, according to the size of the mismatch between the set and measured values, the second electrohydroconverter controls the shutters of the PC shutters by moving the spool to the corresponding position.
При исправных элементах контура управления PC (второго электрогидропреобразователя, золотника) фактическое положение створок PC отличается от заданного практически только на динамических режимах, а учитывая, что заданное положение створок PC изменяется достаточно плавно, величина рассогласования между заданным и фактическим положениями в динамически отлаженной системе не превышает конкретной величины допуска, заложенного в систему управления ГТД. Однако в эксплуатации возникают ситуации, когда величина рассогласования в отдельные моменты может превышать эту величину (например, при «затираниях» гидроцилиндров привода PC, в момент резкого увеличения потребного расхода топлива, когда инерционность топливного насоса не позволяет мгновенно увеличить располагаемый расход и т.д.). При этом возникает дисбаланс между расходом воздуха через газовоздушный тракт (ГВТ) ГТД и расходом топлива в ФКС. Чтобы избежать этого, величина рассогласования между заданным и фактическим положениями створок PC с выхода второго сумматора подается в первый задатчик, который при превышении наперед заданной величины, определяемой при сдаточных испытаниях ГТД, ограничивает темп изменения расхода форсажного топлива.With serviceable elements of the PC control loop (second electro-hydraulic converter, slide valve), the actual position of the PC shutters differs from the set one practically only in dynamic modes, and taking into account that the set position of the PC shutters changes quite smoothly, the size of the mismatch between the set and actual positions in the dynamically debugged system does not exceed the specific value of the tolerance inherent in the gas turbine engine control system. However, in operation there are situations when the amount of mismatch at certain times can exceed this value (for example, during “mashing” of the hydraulic cylinders of the PC drive, at the time of a sharp increase in the required fuel consumption, when the inertia of the fuel pump does not allow an instantaneous increase in the available flow rate, etc. ) In this case, an imbalance arises between the air flow through the gas-air duct (GW) of the gas turbine engine and the fuel consumption in the FCC. To avoid this, the amount of mismatch between the set and actual positions of the PC shutters from the output of the second adder is fed to the first setter, which, when the set value is determined in advance during the gas turbine test, limits the rate of change of afterburner fuel consumption.
(см. патент РФ №2387857, кл. F02C 9/28, 2010 г.) - наиболее близкий аналог для способа и системы.(see RF patent No. 2387857,
В результате анализа данных способа и системы необходимо отметить, что они обеспечивают баланс между расходом воздуха через ГВТ ГТД и расходом топлива в ФКС. Однако известные способ и система не учитывают различные требования, предъявляемые к степени расширения газов на турбине при разных режимах работы ГТД, им присущи недостаточное быстродействие, а парирование отклонений параметров газогенератора (ГГ) от установившихся при розжиге ФКС происходит за счет ограничения темпа изменения расхода топлива в ФКС, а следовательно, за счет увеличения времени форсажной приемистости.As a result of the analysis of the data of the method and system, it should be noted that they provide a balance between the air flow through the GVT GTE and the fuel consumption in the FCC. However, the known method and system do not take into account the various requirements for the degree of expansion of gases on the turbine at different gas turbine operation modes, they are characterized by insufficient speed, and the deviation of the gas generator (GG) parameters from the FCS established during ignition is counterbalanced by limiting the rate of change in fuel consumption in FCC, and therefore, by increasing the time of afterburner throttle response.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение надежности и безопасности работы ГТД с ФКС летательного аппарата (ЛА) за счет уменьшения времени форсажной и полной приемистости ГТД и расширения области надежного запуска ФКС, а также обеспечения работы ГТД в широком диапазоне на оптимальных режимах.The technical result of the claimed group of inventions is to increase the reliability and safety of a gas turbine engine with the FCC of an aircraft (LA) by reducing the time of afterburner and full acceleration of a gas turbine engine and expanding the area of reliable launch of the FCC, as well as ensuring the operation of a gas turbine engine in a wide range at optimal conditions.
Сущность заявленной группы изобретений поясняется чертежами, на которых представлена схема системы управления ГТД с ФКС.The essence of the claimed group of inventions is illustrated by drawings, which show a diagram of the control system of a gas turbine engine with a FCC.
Система содержит первый задатчик 1 формирования заданного значения положения распределительного золотника, второй задатчик 2 формирования заданного значения положения ГЦ PC, выход задатчика 2 связан с первым входом первого элемента сравнения 3, выход которого связан с регулятором 4 положения ГЦ PC.The system comprises a
Конструктивно регулятор 4 может представлять собой усилитель.Structurally, the
Система оснащена третьим задатчиком 5 формирования заданного значения степени расширения газов на турбине, выход которого связан с первым входом второго элемента сравнения 6, выход второго элемента сравнения 6 связан с первым входом регулятора 7 степени расширения газов на турбине.The system is equipped with a
Конструктивно регулятор 7 может представлять собой усилитель.Structurally, the
Выходы первого задатчика 1, регулятора 4 и регулятора 7 связаны с входами переключателя 8 режимов управления PC, с входом которого также связан первый выход логического блока 9 формирования команды на выбор режима управления PC. В качестве переключателя 8 может быть использован стандартный мультиплексор. Логический блок выполнен известным образом, в частности, может быть реализован на компараторах, логических элементах И, ИЛИ.The outputs of the
Система также содержит третий элемент сравнения 10, первый вход которого связан с выходом переключателя 8, а выход - через последовательно соединенные усилитель 11 и электрогидроусилитель (ЭГУ) 12 - с распределительным золотником 13, управляющим положением ГЦ PC. Для комплектации системы в качестве ЭГУ используется серийно выпускаемый агрегат.The system also contains a
Положение золотника 13 отслеживается датчиком 14, связанным со вторым входом третьего элемента сравнения 10. Золотник 13 гидравлически связан с гидроцилиндрами 15, управляющими критическим сечением PC, положение рабочего элемента (штока) которых отслеживается датчиками 16 положения ГЦ PC, связанными со вторым входом первого элемента сравнения 3.The position of the
ГТД обозначен позицией 18, а значения его параметров в процессе работы отслеживаются датчиками, условно представленными на чертеже в виде блока 18. Для управления площадью PC используются показания следующих датчиков: давления за компрессором - (Рк); давления за турбиной - (Рт); частоты вращения ротора турбокомпрессора - (nТК); температуры воздуха на входе в ГТД - (Твх), положения ручки управления двигателем (РУД) (αруд). РУД обозначен позицией 21.GTE is indicated by 18, and the values of its parameters during operation are monitored by sensors conventionally shown in the drawing as
Выходы датчиков (Рк) и (Рт) соединены с входами делителя 19, выход которого связан со вторым входом второго элемента сравнения 6. В качестве делителя 19 в системе может быть использовано стандартное арифметическое устройство.The outputs of the sensors (P k ) and (P t ) are connected to the inputs of the
Выходы датчиков nТК и Твх связаны с входами блока 20 вычисления приведенной частоты вращения ротора турбокомпрессора (nTKпр,), выход которого связан с входом второго задатчика 2.The outputs of the sensors n TC and T I connected to the inputs of the
Выход датчика Твх также связан с входом третьего задатчика 5.The output of the sensor T I also connected to the input of the
Выходы датчиков nTK и αруд связаны с входами логического блока 9, второй выход которого соединен со входом задатчика 1.The outputs of the sensors n TK and α ores are connected to the inputs of the
Система укомплектована стандартными датчиками, которые используются по прямому назначению.The system is equipped with standard sensors that are used for their intended purpose.
В качестве первого задатчика может быть использовано стандартное устройство, выдающее на выходе постоянный сигнал.As the first setpoint, a standard device can be used that produces a constant signal at the output.
В качестве второго и третьего задатчиков могут быть использованы известные матричные устройства реализации произвольных функциональных зависимостей.As the second and third adjusters, known matrix devices for implementing arbitrary functional dependencies can be used.
Выполнение блоков, узлов и агрегатов системы, не приведенное в настоящей заявке, является известным и не составляет предмета патентной охраны.The implementation of the blocks, components and assemblies of the system, not given in this application, is known and does not constitute the subject of patent protection.
Способ управления ГТД с ФКС, с использованием приведенной выше системы управления, осуществляют следующим образом.The control method of a gas turbine engine with a FCC using the above control system is as follows.
Работу системы при осуществлении способа рассмотрим на следующих режимах: запуск ГТД, дроссельные режимы работы ГТД, максимальные бесфорсажные и форсажные режимы работы, останов ГТД.The operation of the system during the implementation of the method will be considered in the following modes: gas-turbine engine start-up, gas-turbine engine throttle operation modes, maximum afterburner and afterburner operation modes, gas-turbine engine shutdown.
Запуск ГТД осуществляют переводом в РУД 21 на площадку малого газа (МГ) или выше. При этом раскручивается ротор ТК. Значения положения РУД и частоты вращения ТК соответствующими датчиками передаются на вход логического блока 9. Блок 9 формирует управляющий сигнал на вход переключателя 8 при выполнении следующих условий: РУД на площадке МГ или выше (αруд=αРУДмг) И частота вращения ТК ниже частоты вращения ТК на режиме МГ (nТК<nTKмг). По этому сигналу переключатель 8 (если не был переведен ранее) переводится в положение, при котором с первым входом третьего элемента сравнения 10 соединен выход первого задатчика 1, на вход которого поступает управляющий сигнал с второго выхода логического блока 9. В результате сформированный в задатчике 1 управляющий сигнал, усиленный усилителем 11, передается на ЭГУ 12, который перемещает распределительный золотник 13 в нейтральное положение.The launch of a gas turbine engine is carried out by transferring to
Необходимо отметить, что задатчик 1 формирует заданное постоянное значение положения распределительного золотника 13 PC (LzCONSTнейтраль), в результате чего золотник устанавливается в нейтральное положение, которое является постоянным, что позволяет обеспечить минимальные утечки топлива через агрегат управления PC. Заданное постоянное значение положения распределительного золотника 13 PC рассчитывается известным образом по параметрам агрегата позиционирования створок PC.It should be noted that the
При перемещении РУД выше площадки МГ частота вращения ТК увеличивается и ГТД выходит на дроссельные режимы работы. По измерениям датчиков (nТК и αРУД), в соответствии с условиями «РУД выше площадки МГ и ниже площадки МАКС» (максимального режима работы ГТД) И «частота вращения ТК выше частоты вращения ТК на режиме МГ И ниже частоты вращения ТК на режиме МАКС» (αРУДмг=αРУД<αРУДмакс И nTKмг=nТК<nTKмакс) логический блок 9 формирует команду на переключение переключателя 8 в положение, при котором с входом третьего элемента сравнения 10 связан выход регулятора 4. На данных режимах выполняется программа позиционирования ГЦ PC для поддержания требуемой площади критического сечения PC в зависимости от приведенной частоты вращения ротора компрессора низкого давления. Параллельно, значение с датчиков (nТК, Твх) поступает на вход блока 20, в котором вычисляется приведенное значение параметра (nTKпр) по зависимости:When the ore is moved above the MG site, the TC rotation frequency increases and the gas turbine engine reaches throttle operation modes. According to the measurements of the sensors (n TC and α ORE ), in accordance with the conditions “ORE above the MG site and below the MAKS platform” (maximum GTE operating mode) AND “TC speed is higher than the TC speed in the MG mode and lower than the TC speed in the mode MAX ”(α RUDmg = α RUD <α RUDmax AND n TKmg = n TK <n TKmax ), the
Блок 20 может быть реализован на матричном устройстве реализации произвольных функциональных зависимостей.
Полученное в блоке 20 значение (nTKпр) поступает на вход задатчика 2, в котором формируется программа заданного положения ГЦ PC по зависимости ГЦпос=f(nTKпр). Заданное значение положения ГЦ PC поступает на первый вход первого элемента сравнения 3, на второй вход которого поступает измеренное датчиком 16 положение ГЦ 15 PC.The value obtained in block 20 (n TKpr ) is supplied to the input of the
На элементе сравнения 3 сравнивается заданное значение положения ГЦ PC с выхода задатчика 2 с фактическим значением положения ГЦ 15 PC. Выходом элемента сравнения 3 является величина рассогласования, которая поступает на вход регулятора 4. В соответствии с величиной рассогласования регулятор 4 пропорционально формирует заданное значение положения золотника 13, которое поступает на первый вход третьего элемента сравнения 10, где сравнивается с действительным на данный момент положением золотника и полученный в результате сравнения управляющий сигнал, усиленный усилителем 11, поступает на ЭГУ 12, который перемещает в заданное положение распределительный золотник 13, соответствующим образом осуществляющий управление ГЦ 15 PC.On the
При перемещении РУД из области дроссельных режимов на площадку МАКС частота вращения ТК достигает своего максимального значения и ГТД выходит на максимальный режим работы. При перемещении РУД выше площадки МАКС следует розжиг форсажной камеры сгорания (ФКС) и ГТД выходит на форсажный режим работы.When the ore is moved from the throttle mode area to the MAKS platform, the rotational speed of the fuel cell reaches its maximum value and the gas turbine engine reaches its maximum operating mode. When the ore is moved above the MAX site, the afterburner of the combustion chamber (FCC) is ignited and the gas turbine engine enters the afterburner operation mode.
Логический блок 9 анализирует показания датчиков (nTK и αРУД) и, в соответствии с условиями «РУД на площадке МАКС или выше» И «частота вращения ТК равна частоте вращения ТК на режиме МАКС» (αРУД=αРУДмакс И nТК=nTKмакс), выдает на переключатель 8 управляющий сигнал, в соответствии с которым переключатель 8 переводится в положение, при котором с первым входом третьего элемента сравнения 10 соединяется выход регулятора 7.
Третий задатчик 5 по измеряемому параметру Твх формирует заданное значение степени расширения газов на турбине. При этом используется зависимость πT=f(Твх).The
По измеренным датчиками 18 значениям давления Рк и Рт делитель 19 формирует текущее значение степени расширения газов на турбинах, как отношение Рк к Рт. Элемент сравнения 6 сравнивает заданное значение и фактическое значения πт, и по величине ошибки, полученной в результате сравнения, регулятор 7 пропорционально формирует заданное значение положения распределительного золотника 13.For 18 sensors the measured pressure values P k and P m divider 19 generates a current value of the expansion ratio of the turbine gases, as the ratio of P to T to P. The
Таким образом, на данных режимах работы поддерживается заданное отношение давления в выбранных сечениях двигателя (например, отношение давления за ТК к давлению за турбиной - степень расширения газов на турбине).Thus, at these operating modes, a predetermined pressure ratio in the selected engine sections is maintained (for example, the ratio of pressure behind the TC to pressure behind the turbine is the degree of expansion of gases on the turbine).
При перемещении РУД ниже площадки МАКС частота вращения ТК снижается и ГТД переходит на дроссельные режимы работы.When the ore is moved below the MAKS site, the TC rotation frequency decreases and the turbine engine switches to throttle operation modes.
По измерениям датчиков (nTK и αруд), при выполнении условий αРУДмг=αРУД<αРУДмакс И nTKмг=nтк<nTKмакс), блок 9 формирует команду на переключение переключателя 8. Переключатель 8 переводится в положение, при котором с входом третьего элемента сравнения 10 связан выход регулятора 4. На данных режимах снова выполняется программа позиционирования ГЦ PC для поддержания требуемой площади критического сечения PC в зависимости от приведенной частоты вращения ротора компрессора низкого давления.According to the measurements of the sensors (n TK and α ores ), under the conditions α RUDmg = α RUD <α RUDmax AND n TKmg = n tk <n TKmax ),
При перемещении РУД ниже площадки МГ осуществляется останов двигателя, при этом частота вращения ТК опускается ниже частоты вращения ТК на режиме МГ.When the ore is moved below the MG site, the engine is stopped, while the TC speed drops below the TC speed in the MG mode.
На режиме останова ГТД при выполнении условий РУД ниже площадки МГ и частоте вращения ТК ниже частоты вращения ТК на режиме МГ (αРУД<αРУДмг И nТК<nTKмг) логический блок 9 подает команду на задатчик 1, для изменения заданного положения золотника (LzCONSTнейтраль) на положение, при котором в силовые ГЦ 15 подается расход на раскрытие PC (LzCONSTраскрытие). Логический блок 9 также переключает переключатель 8 в положение, при котором с первым входом элемента сравнения 10 связан задатчик 1. Во время выбега роторов ТК топливный насос продолжает работать и ГЦ 15 перекладывают PC в положение полного раскрытия. После останова ГТД это положение сохраняется до следующего его запуска. Раскрытое сопло на остановленном ГТД облегчает осмотр ФКС при техническом обслуживании ГТД.In the shutdown mode of the gas turbine engine when the ore conditions are below the MG site and the TC speed is lower than the TC speed in the MG mode (α ORE <α RUDmg And n TC <n TKmg ),
Один контур регулирования не обеспечивает требования к регулированию PC ГТД на всех режимах работы.One control loop does not meet the requirements for regulating the PC GTD in all operating modes.
На запуске ГТД необходимо обеспечить минимальные утечки через агрегат позиционирования ГЦ PC и разгрузить топливный насос и вал турбокомпрессора, для этого следует позиционировать распределительный золотник в нейтральном положении все время запуска.At the start of the gas turbine engine, it is necessary to ensure minimal leakage through the GC PC positioning unit and unload the fuel pump and turbocharger shaft; to do this, position the control valve in the neutral position all the time during start-up.
Для обеспечения требуемого качества управления PC, минимизации влияния возмущений, оказываемых на параметры ГГ при изменении степени форсирования ГТД, обеспечения запасов газодинамической устойчивости компрессора и получения заданной тяги ГТД целесообразно использование контура управления степенью расширения газов на турбине. Однако использование данного контура на дроссельных режимах работы ГТД при докритических перепадах давления на PC не обеспечивает требуемой точности регулирования. Поэтому на дроссельных режимах работы необходимо использовать контур поддержания заданной площади PC.To ensure the required quality of PC control, minimize the influence of perturbations exerted on the GG parameters when changing the degree of gas turbine engine acceleration, ensure the gas-dynamic stability reserves of the compressor and obtain the specified gas-turbine thrust, it is advisable to use a control loop for the degree of gas expansion on the turbine. However, the use of this circuit in the throttle operation modes of a gas turbine engine at subcritical pressure drops on a PC does not provide the required control accuracy. Therefore, in throttle operation modes, it is necessary to use a circuit to maintain a given area of the PC.
Для удобства технического обслуживания ГТД (например, осмотра форсажной камеры) необходимо полностью раскрытое сопло на остановленном ГТД. Для выполнения данного требования используется контур позиционирования золотника в заданное положение.For the convenience of technical maintenance of a gas turbine engine (for example, inspection of an afterburner), a fully open nozzle on a stopped gas turbine engine is required. To fulfill this requirement, a spool positioning loop is used to a predetermined position.
Таким образом, управление ГТД с ФКС осуществляется по одному из трех контуров управления, на каждом из контуров задается индивидуальная программа управления, которая корректируется по определенной группе датчиков, показания которых наиболее значимы для работы именно в данном режиме. Это позволяет существенно упростить процесс управления работой ГТД и в то же время сделать его более эффективным.Thus, the control of the gas turbine engine with the FCC is carried out according to one of the three control loops; an individual control program is set on each of the loops, which is adjusted according to a specific group of sensors, the readings of which are most important for operation in this particular mode. This allows you to significantly simplify the process of managing the operation of a gas turbine engine and at the same time make it more efficient.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011119911/06A RU2466287C1 (en) | 2011-05-19 | 2011-05-19 | Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011119911/06A RU2466287C1 (en) | 2011-05-19 | 2011-05-19 | Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2466287C1 true RU2466287C1 (en) | 2012-11-10 |
Family
ID=47322321
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011119911/06A RU2466287C1 (en) | 2011-05-19 | 2011-05-19 | Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2466287C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2620737C1 (en) * | 2016-05-19 | 2017-05-29 | Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" | Control method of aircraft jet turbine engine |
RU2631974C2 (en) * | 2016-01-25 | 2017-09-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Gas-turbine engine with augmented combustion chamber operation mode and its actualization system |
RU2634506C1 (en) * | 2016-12-15 | 2017-10-31 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Control method of aircraft jet turbine engine |
RU2634997C2 (en) * | 2016-01-25 | 2017-11-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Gas-turbine engine with afterburner operation mode and its actualization system |
RU2652267C2 (en) * | 2016-01-25 | 2018-04-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for control of gas-turbine engine with afterburner and system for implementation thereof |
RU2699324C2 (en) * | 2017-12-18 | 2019-09-04 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Fuel supply system to afterburner combustion chamber |
RU2705500C1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-11-07 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber |
RU2786967C1 (en) * | 2022-02-24 | 2022-12-26 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU591024A1 (en) * | 1976-05-17 | 1979-01-15 | Предприятие П/Я А-3513 | Gas turbine drive control system |
US4370854A (en) * | 1980-09-16 | 1983-02-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Fuel valve |
GB2176538A (en) * | 1985-04-29 | 1986-12-31 | Teledyne Ind | Fuel control system |
US4719750A (en) * | 1985-12-12 | 1988-01-19 | Mtu Munchen Gmbh | Installation for the control of the fuel supply to the afterburner of a bypass gas turbine jet propulsion unit |
RU2383001C1 (en) * | 2008-07-15 | 2010-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of debugging of gas turbine engine with afterburner |
RU2387857C2 (en) * | 2008-06-30 | 2010-04-27 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Method control operation of aircraft gas turbine engine with afterburner |
-
2011
- 2011-05-19 RU RU2011119911/06A patent/RU2466287C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU591024A1 (en) * | 1976-05-17 | 1979-01-15 | Предприятие П/Я А-3513 | Gas turbine drive control system |
US4370854A (en) * | 1980-09-16 | 1983-02-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Fuel valve |
GB2176538A (en) * | 1985-04-29 | 1986-12-31 | Teledyne Ind | Fuel control system |
US4719750A (en) * | 1985-12-12 | 1988-01-19 | Mtu Munchen Gmbh | Installation for the control of the fuel supply to the afterburner of a bypass gas turbine jet propulsion unit |
RU2387857C2 (en) * | 2008-06-30 | 2010-04-27 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Method control operation of aircraft gas turbine engine with afterburner |
RU2383001C1 (en) * | 2008-07-15 | 2010-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of debugging of gas turbine engine with afterburner |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2631974C2 (en) * | 2016-01-25 | 2017-09-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Gas-turbine engine with augmented combustion chamber operation mode and its actualization system |
RU2634997C2 (en) * | 2016-01-25 | 2017-11-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Gas-turbine engine with afterburner operation mode and its actualization system |
RU2652267C2 (en) * | 2016-01-25 | 2018-04-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for control of gas-turbine engine with afterburner and system for implementation thereof |
RU2620737C1 (en) * | 2016-05-19 | 2017-05-29 | Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" | Control method of aircraft jet turbine engine |
RU2634506C1 (en) * | 2016-12-15 | 2017-10-31 | Публичное Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Пао "Умпо") | Control method of aircraft jet turbine engine |
RU2699324C2 (en) * | 2017-12-18 | 2019-09-04 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Fuel supply system to afterburner combustion chamber |
RU2705500C1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-11-07 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber |
RU2786965C1 (en) * | 2022-02-17 | 2022-12-26 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner |
RU2786967C1 (en) * | 2022-02-24 | 2022-12-26 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner |
RU2792702C1 (en) * | 2022-07-13 | 2023-03-23 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Aircraft gas turbine engine control method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2466287C1 (en) | Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation | |
EP3626627B1 (en) | Model-based control system and method for a turboprop engine | |
US20070137214A1 (en) | Engine arrangements and control | |
EP3472445B1 (en) | Method for controlling fuel distribution in a gas turbine engine with multiple combustion zones | |
JP2012518116A (en) | Method and system for controlling a gas turbine, and a gas turbine including such a system | |
WO2016031355A1 (en) | Control device, system, and control method | |
CA3089224C (en) | Gas turbine controller adapted for transient events | |
CN103348115A (en) | Control device for gas turbine power generation plant | |
JP2923311B2 (en) | Output control device for aircraft engine | |
RU2387857C2 (en) | Method control operation of aircraft gas turbine engine with afterburner | |
RU2631974C2 (en) | Gas-turbine engine with augmented combustion chamber operation mode and its actualization system | |
RU2379534C2 (en) | Method to control gas turbine engine | |
RU2490492C1 (en) | Control method of gas-turbine engine, and system for its implementation | |
RU2634997C2 (en) | Gas-turbine engine with afterburner operation mode and its actualization system | |
Golberg et al. | Improving control reliability and quality of aircraft engines by means the software virtual engine | |
EP3922834B1 (en) | Systems and methods for determination of gas turbine fuel split for head end temperature control | |
RU2446300C1 (en) | Method of controlling low-pressure rotor rpm in bypass gas turbine engine | |
RU102687U1 (en) | LOW PRESSURE ROTOR OF THE LOW PRESSURE ROTOR OF THE TWO-CIRCUIT GAS-TURBINE ENGINE | |
RU112725U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE COMPRESSOR POSITION CONTROL SYSTEM | |
RU2652267C2 (en) | Method for control of gas-turbine engine with afterburner and system for implementation thereof | |
RU2351787C2 (en) | Method of controlling gas turbine engine | |
RU2653262C2 (en) | Method of management of a gas turbine engine and system for its implementation | |
RU2696516C1 (en) | Control method of two-shaft gas turbine engine with adjustable guide vanes of compressor and fan | |
RU101736U1 (en) | CRITICAL AREA CONTROL SYSTEM FOR A TWO-CURRENT GAS-TURBINE ENGINE REACTIVE NOZZLE | |
RU2773595C2 (en) | Method for control of fuel supply to combustion chamber of gas turbine engine, fuel supply system and gas turbine engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130926 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |