RU2493390C1

RU2493390C1 - Method of ship gas turbine plant control

Info

Publication number: RU2493390C1
Application number: RU2012100257/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Дудкин; Виктор Александрович Гладких; Валерий Владимирович Бурдин; Валерий Валерьевич Бурдин; Анатолий Александрович Орлов; Роман Александрович Кудрин
Original assignee: Открытое акционерное общество "СТАР"
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-09-20
Also published as: RU2012100257A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention may be used in gas turbine engine plant local control systems of various-duty vessels. Additionally, in operation of gas turbine plant relationship between gas temperatures behind and ahead of the high-pressure turbine is calculated to be compared with preset maximum magnitude calculated for every type of the engine in engine acceptance tests. In case difference between calculated and maximum values falls below the first preset value, message "minimum life of gas turbine hot section" is generated and sent to ship control system. In case the difference between maximum and calculated values falls below the second preset value, message "Engine shutdown is a must" is generated to shutdown the turbine and to carry out routine maintenance of gas generator.

EFFECT: higher reliability owing to better control of turbine operating conditions.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в локальных системах управления (ЛСУ) газотурбинными силовыми установками (ГТУ) судов различного назначения.The invention relates to the field of gas turbine engine building and can be used in local control systems (LPS) of gas turbine power plants (GTU) for ships of various purposes.

Известен способ контроля газотурбинного двигателя (ГТД), реализованный в электронно-гидромеханической системе автоматического управления (САУ) супервизорного типа, Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.78-81.A known method of monitoring a gas turbine engine (GTE), implemented in an electronic hydromechanical automatic control system (ACS) of a supervisory type, I. Keba “Flight operation of helicopter gas turbine engines”, Moscow, “Transport”, 1976, p. 78-81.

Способ заключается в том, что с целью защиты ГТД управляющее воздействие гидромеханического регулятора корректируется по температуре газов за турбиной в ограниченном диапазоне электронным корректором.The method consists in the fact that in order to protect the gas turbine engine, the control action of the hydromechanical regulator is adjusted according to the temperature of the gases behind the turbine in a limited range by an electronic corrector.

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 судовой ГТУ, заключающийся в том, что в ЛСУ ГТУ измеряют температуру газов турбиной высокого давления (ТВД) и турбиной низкого давленияClosest to this invention, in technical essence, is a method for monitoring marine gas turbine, which consists in the fact that in the gas turbine engine gas turbine the temperature of gases is measured by a high-pressure turbine and a low-pressure turbine

(ТНП) и сравнивают их с наперед заданными предельными значениями, при превышении любой температурой предельного значения формируют сообщение в судовую систему управления «Превышена температура газов», Багерман А.З. «Обеспечение надежной эксплуатации газотурбинных двигателей в морских условиях», СПб., ЦНИИ им. Академика А.Н.Крылова, 2010 г., с.41.(TNP) and compare them with the predetermined limit values, if any temperature is exceeded the limit value, a message is sent to the ship's control system "Exceeded gas temperature", Bagerman A.Z. "Ensuring reliable operation of gas turbine engines in marine conditions", St. Petersburg, Central Research Institute named after Academician A.N. Krylov, 2010, p. 41.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет только констатировать случившийся факт - переход газогенератора в нерабочее состояние. Не анализируется динамика выработки ресурса «горячей части» газогенератора ГТУ.The disadvantage of this method is that it only allows you to state what happened - the transition of the gas generator to a non-working state. The dynamics of the development of the resource of the "hot part" of a gas turbine generator is not analyzed.

Это снижает надежность работы ГТУ и безопасность судна, т.к. для судовых ГТУ, применяемых на морских и океанских грузовозах, поломку ГТУ необходимо прогнозировать, чтобы судно в нужный момент оказалось там, где возможен ремонт или замена ГТУ.This reduces the reliability of the gas turbine and the safety of the vessel, because for ship gas turbine engines used on sea and ocean freight, gas turbine engine failure must be predicted so that the vessel is at the right time where it is possible to repair or replace gas turbine engines.

Целью изобретения является повышение надежности работы ГТУ и безопасности судна.The aim of the invention is to increase the reliability of the gas turbine and the safety of the vessel.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля судовой ГТУ, заключающемся в том, что в ЛСУ ГТУ измеряют температуру газов за ТВД и ТНД и сравнивают их с наперед заданными предельными значениями, при превышении любой температурой предельного значения формируют сообщение в судовую систему управления «Превышена температура газов», дополнительно в процессе эксплуатации ГТУ при работе на режимах от номинального и выше вычисляют отношение температуры газов за ТВД к температуре газов за ТНД и сравнивают его с наперед заданным предельным значением, определяемым расчетным путем для каждого типа двигателей и уточняемым в процессе ПСИ конкретного двигателя, если разница между вычисленным и предельным значением становится меньше первой наперед заданной величины, формируют сообщение в судовую систему управления «Минимальный остаток ресурса горячей части ГТУ», если разница между предельным и вычисленным значением становится меньше второй наперед заданной величины, формируют сообщение в судовую систему управления «Необходим останов ГТУ», выключают ГТУ и проводят регламентные работы по газогенератору.This goal is achieved by the fact that in the method of monitoring shipboard gas turbine, which consists in the fact that in the gas turbine engine gas turbine they measure the temperature of the gases behind the theater of high pressure and high pressure pump and compare them with the predetermined limit values, when any temperature exceeds the limit value, a message is sent to the ship control system "Exceeded gas temperature ”, in addition, during the operation of gas turbine engines, when operating at modes from nominal and higher, the ratio of the temperature of the gases behind the HPT to the temperature of the gases behind the high pressure pump is calculated and compared to If the difference between the calculated and the limiting value becomes less than the first forward specified value, a message is sent to the ship’s control system “Minimum Resource of the Hot Part of GTU” if the difference between the limiting and calculated value becomes less than the second predetermined value, form a message to the ship's control system "Stop the gas turbine is necessary", turn off the gas turbine and carry out lamentnye work gasifier.

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), ЛСУ 2, блок 3 управления дозирующим агрегатом, дозирующий агрегат 4 (ДГ), стоп-кран 5 (СК), причем ДГ 4 подключен к БД 1, ЛСУ 2 подключена к системе 6 управления судном.The device comprises series-connected sensor unit 1 (DB), LSP 2, metering unit control unit 3, metering unit 4 (DG), stop valve 5 (SK), and DG 4 is connected to DB 1, LPS 2 is connected to control system 6 by ship.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Система 6 управления судном задает в ЛСУ 2 режим работы ГТУ: запуск, холостой ход, номинальный режим, максимальный режим.The ship control system 6 sets the operation mode of the gas turbine engine in the LSP 2: start, idle, rated mode, maximum mode.

Связь между системой 6 и ЛСУ 2 осуществляется по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet).Communication between system 6 and LSP 2 is carried out via a digital communication channel (for example, RS 485 or Ethernet).

ЛСУ 2 в соответствии с полученной от системы 6 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.117-135) вычисляет потребный расход топлива в КС ГТУ и с помощью блока 3 и ДГ 4 поддерживает режим работы ГТУ, изменяя расход топлива в КС ГТУ. При работе ГТУ стоп-кран 5 находится в положении «Открыт».LSP 2 in accordance with the command received from the system 6 according to the signals of sensors from DB 1 according to known dependences (see, for example, the book by I. Keb “Flight operation of helicopter gas turbine engines”, M., “Transport”, 1976, p. .117-135) calculates the required fuel consumption in the gas turbine compressor station and, with the help of unit 3 and diesel engine 4, supports the gas turbine engine operating mode by changing the fuel consumption in the gas turbine compressor station. During operation of the gas turbine stop-valve 5 is in the “Open” position.

В ЛСУ 2 с помощью БД 1 измеряют температуру газов за ТВД и ТНД и сравнивают их с наперед заданными предельными значениями. Для судовой ГТУ на базе ГТД Е 70/8 РД производства ОАО «НПО «Сатурн», г.Рыбинск, это 790°С - для ТВД, и 470°С -для ТНД.In LSI 2 using DB 1 measure the temperature of the gases behind the theater of high pressure and high pressure fuel and compare them with the predetermined limit values. For shipboard gas turbine engines on the basis of gas turbine engine E 70/8 RD manufactured by NPO Saturn OJSC, Rybinsk, this is 790 ° С for high-pressure fuel and 470 ° С for high pressure fuel pump.

При превышении любой температурой предельного значения в ЛСУ 2 формируют и и передают в судовую систему 6 управления сообщение «Превышена температура газов».If the temperature is exceeded by the limit value, the message "Exceeded gas temperature" is generated and transmitted to the ship control system 6 in the LSP 2.

Дополнительно в процессе эксплуатации ГТУ при работе на режимах от номинального и выше (для ГТД Е 70/8 РД это режимы, где частот вращения турбокомпрессора выше 95%) в ЛСУ 2 вычисляют отношение температуры газов за ТВД к температуре газов за ТНД и сравнивают его с наперед заданным предельным значением, определяемым расчетным путем для каждого типа двигателей и уточняемым в процессе ПСИ конкретного двигателя (уточненное значение заносится в запоминающее устройство ЛСУ 2 - на фигуре не показано).In addition, during operation of a gas turbine when operating at operating conditions from nominal and higher (for a gas turbine engine E 70/8 RD, these are modes where the turbocharger rotational speeds are higher than 95%), the ratio of the temperature of the gases behind the theater of high pressure to the temperature of the gases behind the high pressure pump is calculated in LOC 2 and compared with a predetermined limit value determined by calculation for each type of engine and specified in the PSI process of a particular engine (the specified value is entered in the LSI memory 2 - not shown in the figure).

Для судовой ГТУ на базе ГТД Е 70/8 РД это значение может меняться в зависимости от конкретного двигателя в диапазоне от до 1,24 до 1,26.For a ship gas turbine engine based on a gas turbine engine E 70/8 RD, this value can vary depending on the particular engine in the range from 1.24 to 1.26.

Если разница между вычисленным и предельным значением становится меньше первой наперед заданной величины (для судовой ГТУ на базе ГТД Е 70/8 РД эта величина равна 0,05), формируют сообщение в судовую систему управления «Минимальный остаток ресурса горячей части ГТУ». При получении этого сообщения необходимо принять меры по поставке на судно запасных модулей ТНД и ТВД либо планировать маршрут судна (если в его силовой установке более одной ГТУ) таким образом, чтобы оно все время находилось от рем. базы на расстоянии не более трех дней хода с одним отказавшим ГТУ.If the difference between the calculated and the limiting value becomes less than the first value set beforehand (for a ship gas turbine engine on the basis of a gas turbine engine E 70/8 RD this value is 0.05), a message is sent to the ship control system "Minimum Resource Resource for a Hot Part of a Gas Turbine Unit". Upon receipt of this message, it is necessary to take measures for the supply of spare TND and TVD modules to the ship or to plan the ship's route (if there are more than one gas turbine in its power plant) so that it is always kept from the rem. base at a distance of no more than three days of travel with one failed GTU.

Если разница между предельным и вычисленным значением становится меньше второй наперед заданной величины (для судовой ГТУ на базе ГТД Е 70/8 РД эта величина равна 0), формируют сообщение в судовую систему управления «Необходим останов ГТУ», выключают ГТУ и проводят регламентные работы по газогенератору: проводят осмотр узлов ТВД и ТНД и, в зависимости от состояния ТВД и ТНД проводят замену одного или обоих модулей.If the difference between the limit and the calculated value becomes less than the second predetermined value (for a ship gas turbine engine on the basis of a gas turbine engine E 70/8 RD this value is 0), a message is sent to the ship control system "A gas turbine shutdown is required", the gas turbine unit is turned off and routine maintenance is performed to a gas generator: conduct inspection of the high-pressure and high-pressure pump units and, depending on the state of the high-pressure and high-pressure pump, replace one or both modules.

Таким образом, за счет повышения качества контроля технического состояния судовой ГТУ повышается надежность работы ГТУ и, как следствие, безопасность судна.Thus, by improving the quality of control of the technical condition of the ship gas turbine, the reliability of the gas turbine and, as a consequence, the safety of the vessel are increased.

Claims

A method of monitoring a ship gas turbine installation (GTU), which consists in the fact that the temperature of the gases behind a high-pressure turbine (HPT) and a low-pressure turbine (LPH) is measured in the LST of a gas turbine and compared with predetermined limit values, when any temperature is exceeded, the limit value is formed message to the ship’s control system "Exceeded gas temperature", characterized in that in addition to the operation of the gas turbine when operating at modes from nominal and higher, the ratio of the temperature of the gases behind the theater of operations to those the gas temperature behind the LPT and compare it with a predetermined limit value determined by calculation for each engine type and refined during the PSI of a particular engine, if the difference between the calculated and limit value becomes less than the first forward set value, a message is sent to the ship’s control system “Minimum the remainder of the resource of the hot part of the gas turbine ”, if the difference between the limit and the calculated value becomes less than the second predetermined value, form a message to the ship’s system at a systematic way, "Needed stop GTU", turn off the gas turbine and conduct maintenance work on the gas generator.