RU2618774C1 - Method for controlling vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine - Google Patents
Method for controlling vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618774C1 RU2618774C1 RU2016100708A RU2016100708A RU2618774C1 RU 2618774 C1 RU2618774 C1 RU 2618774C1 RU 2016100708 A RU2016100708 A RU 2016100708A RU 2016100708 A RU2016100708 A RU 2016100708A RU 2618774 C1 RU2618774 C1 RU 2618774C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion
- frequency
- combustion chamber
- gas
- oscillation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области двигателестроения, может быть использовано для надежного и своевременного диагностирования вибрационного горения в камере сгорания газотурбинного двигателя и позволяет устранить неустойчивый режим работы двигателя путем оперативного воздействия на различные системы регулирования.The invention relates to the field of engine building, can be used for reliable and timely diagnosis of vibrational combustion in the combustion chamber of a gas turbine engine and eliminates the unstable mode of engine operation by promptly affecting various control systems.
Известен способ обнаружения режима вибрационного горения в системах топливопитания [патент СССР 646147, F02C 5/00, F23N 5/24, F23R 1/12, G01N 1/00, опубл. 05.02.1979], при котором определяют спектры вибраций на режимах вибрационного и невибрационного горения; сравнивают эти спектры, выбирают такую полосу частот при вибрационном горении, в пределах которой отсутствуют вибрации на режимах невибрационного горения, и по вибрации, замеренной в этой полосе частот, судят о режиме вибрационного горения.A known method of detecting vibrational combustion in fuel systems [USSR patent 646147, F02C 5/00, F23N 5/24, F23R 1/12, G01N 1/00, publ. 02/05/1979], in which the spectra of vibrations are determined in the modes of vibrational and non-vibrational combustion; compare these spectra, choose such a frequency band during vibrational combustion, within which there are no vibrations in the non-vibrational combustion modes, and by vibration measured in this frequency band, one judges the vibrational combustion mode.
Известен способ обнаружения виброгорения в камере сгорания газотурбинного двигателя [патент РФ 2382945, F23N 5/24, опубл. 27.02.2010], заключающийся в измерении посредством датчика, установленного на камере сгорания, динамического параметра, характеризующего наличие виброгорения; в качестве динамического параметра измеряют составляющие вибраций корпуса камеры сгорания в выделенном диапазоне частот, определенном путем построения амплитудно-частотной характеристики измерения уровня пульсаций давления в камере сгорания при испытаниях данного типа двигателей.A known method of detecting vibration in the combustion chamber of a gas turbine engine [RF patent 2382945, F23N 5/24, publ. 02/27/2010], which consists in measuring by means of a sensor mounted on the combustion chamber, a dynamic parameter characterizing the presence of vibration; as a dynamic parameter, the components of the vibrations of the combustion chamber body are measured in the selected frequency range, determined by constructing the amplitude-frequency characteristics of the measurement of the level of pressure pulsations in the combustion chamber when testing this type of engine.
Недостатком аналогов является невысокая надежность, обусловленная большим влиянием вибрации конструкции, а также возможным изменением картины широкополосных вибраций двигателя в ходе его эксплуатации и резкими эволюциями летательного аппарата, что может привести к ложным срабатываниям.The disadvantage of analogues is the low reliability due to the large influence of vibration of the structure, as well as the possible change in the picture of broadband vibration of the engine during its operation and sharp evolution of the aircraft, which can lead to false positives.
Известен способ диагностирования склонности камеры сгорания к гудению и способ управления газовой турбиной [патент РФ 2548233, F23N 5/24, F23R 3/00, опубл. 20.04.2015], при котором осуществляют регистрацию термоакустической величины газового объема камеры сгорания и/или величины колебаний конструкции камеры сгорания в рабочем состоянии и определение параметрической величины по термоакустической величине и/или по величине колебаний; определение спектра параметрической величины в рабочем состоянии в виде ее амплитудной характеристики в зависимости от времени; идентификацию первого и второго резонансов параметрической величины с помощью спектра; определение амплитудного значения первого резонанса и амплитудного значения второго резонанса; расчет параметра стабильности в качестве функции амплитудного значения первого резонанса и амплитудного значения второго резонанса; определение нижнего и/или верхнего значения расстояния, на которое параметр стабильности лежит выше нижнего заданного порогового и/или ниже верхнего заданного порогового значения.A known method for diagnosing the tendency of the combustion chamber to buzz and a method for controlling a gas turbine [RF patent 2548233, F23N 5/24, F23R 3/00, publ. 04/20/2015], in which the thermoacoustic value of the gas volume of the combustion chamber and / or the vibration value of the design of the combustion chamber are recorded and the parametric value is determined from the thermoacoustic value and / or the value of the vibrations; determination of the spectrum of a parametric quantity in the working state in the form of its amplitude characteristic as a function of time; identification of the first and second resonances of a parametric quantity using a spectrum; determining the amplitude value of the first resonance and the amplitude value of the second resonance; calculating a stability parameter as a function of the amplitude value of the first resonance and the amplitude value of the second resonance; determining a lower and / or upper distance value by which the stability parameter lies above a lower predetermined threshold and / or below an upper predetermined threshold value.
Недостатками аналогов является ограниченные функциональные возможности, так как отсутствует возможность бортового применения.The disadvantages of analogues is limited functionality, since there is no possibility of on-board use.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля вибрационного горения в камере сгорания [патент РФ 2272923 F02C 9, опубл. 27.03.2006], который осуществляют путем регистрации изменения частот колебаний параметров газодинамического движения частиц в газе и определения наличия или отсутствия вибрационного горения, при этом регистрацию изменения параметров газодинамического движения производят электростатическими антеннами без контакта с двигателем и его газодинамической струей, фиксируют временную реализацию сигнала колебаний электростатического поля, определяют спектральную плотность в спектре мощности временной реализации этого сигнала, сравнивают с эталонным значением спектральной плотности и в случае превышения определяемого параметра заданного эталонного значения определяют частоту, за которой произошло превышение, сравнивают эту частоту со значениями частот вибрационного горения данной камеры сгорания и вырабатывают сигнал в систему контроля двигателя о наличии вибрационного горения.Closest to the proposed method is a method of controlling vibrational combustion in a combustion chamber [RF patent 2272923 F02C 9, publ. 03/27/2006], which is carried out by registering a change in the frequency of oscillations of the parameters of the gas-dynamic motion of particles in a gas and determining the presence or absence of vibrational combustion, while registering a change in the parameters of the gas-dynamic motion by electrostatic antennas without contact with the engine and its gas-dynamic jet, fix the temporal implementation of the oscillation signal electrostatic field, determine the spectral density in the power spectrum of the temporal implementation of this signal, compare with et If the specified spectral density is exceeded, and if the specified parameter exceeds the specified reference value, the frequency at which the excess is exceeded is determined, this frequency is compared with the vibrational frequencies of the given combustion chamber, and a signal is generated to the engine monitoring system about the presence of vibrational combustion.
К недостаткам данного способа относится возможное влияние электростатических помех на анализируемый сигнал, а также снижение радиолокационной заметности летательного аппарата.The disadvantages of this method include the possible effect of electrostatic interference on the analyzed signal, as well as a decrease in the radar visibility of the aircraft.
Задачей изобретения является повышение надежности работы газотурбинного двигателя.The objective of the invention is to increase the reliability of a gas turbine engine.
Техническим результатом является обеспечение надежного обнаружения вибрационного горения для предотвращения нерасчетной работы и поломки двигателя.The technical result is the provision of reliable detection of vibrational combustion to prevent off-design operation and engine breakdown.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе контроля вибрационного горения в камере сгорания газотурбинного двигателя производят регистрацию изменения частот колебаний параметров газодинамического движения частиц в газе и определение наличия или отсутствия вибрационного горения, согласно изобретению регистрацию изменения частот колебаний параметров газодинамического движения производят датчиком, чувствительным к электромагнитному излучению продуктов горения в камере сгорания, определяют спектральную плотность в спектре мощности временной реализации этого сигнала, сравнивают с эталонным значением спектральной плотности и в случае превышения определяемого параметра заданного эталонною значения определяют частоту, на которой произошло превышение, сравнивают эту частоту со значениями частот вибрационного горения данной камеры сгорания и вырабатывают сигнал в систему контроля двигателя о наличии вибрационного горения.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the method of controlling vibrational combustion in the combustion chamber of a gas turbine engine, a change in the frequency of oscillation of the parameters of the gas-dynamic movement of particles in the gas is recorded and the presence or absence of vibrational combustion is detected, according to the invention, a change in the frequency of the oscillation of the parameters of the gas-dynamic movement is recorded a sensor sensitive to electromagnetic radiation of combustion products in the combustion chamber, determine t is the spectral density in the power spectrum of the temporal realization of this signal, compared with the reference value of the spectral density, and if the determined parameter exceeds the specified reference value, the frequency at which the excess occurred is compared, this frequency is compared with the values of the vibrational frequencies of the combustion chamber and a signal is generated in the system engine monitoring of the presence of vibrational combustion.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующего способ, на фиг. 2 - частотный спектр излучения продуктов горения в камере сгорания с выявленным вибрационным горением.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the method, FIG. 2 - frequency spectrum of radiation of combustion products in a combustion chamber with detected vibrational combustion.
Устройство контроля вибрационного горения состоит из последовательно соединенных оптического объектива 1, световода 2, фоточувствительного элемента 3, управляемого усилителя 4, фильтра низкой частоты 5, аналого-цифрового преобразователя 6 и вычислительного устройства 7, которое соединено с управляемым усилителем 4.The vibration combustion control device consists of a series-connected
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Излучение продуктов горения в камере сгорания попадает на оптический объектив 1 с широкоугольной линзой, собирающей излучение с большой зоны камеры сгорания и фокусирующей его на торец световода 2. Электронная часть отнесена на безопасное расстояние от тепло- и вибронагруженных элементов двигателя, таких как камера сгорания и турбина. Излучение с малым поглощением в волокне выводится на фоточувствительный элемент 3, преобразуясь в электрический ток. Мощность слабого электрического тока повышается усилителем. Особенностью измерения излучения из камеры сгорания является большой динамический диапазон сигнала, достигающий шести и более порядков, диктующий необходимость в усилителе сигнала 4 с переменным коэффициентом усиления. После того как сигнал усилен, из него фильтром низкой частоты 5 удаляются высокочастотные шумы во избежание элайзинга. Далее сигнал оцифровывается в аналого-цифровом преобразователе 6 для дальнейшего анализа вычислительным устройством 7. При определении характерных параметров сигнала, соответствующих вибрационному горению, вычислительное устройство отправляет сообщение в систему регулирования двигателя 8 по стандарту ГОСТ18977-79.The radiation of the combustion products in the combustion chamber is incident on an
Пример конкретной реализации способа.An example of a specific implementation of the method.
На объектив устройства, установленного на место штатных эндоскопических лючков кольцевой камеры сгорания, попадает электромагнитное излучение от горящей топливовоздушной смеси. Линза, изготовленная из монокристаллического сапфира Al2O3, фокусирует излучение на торце покрытого алюминием оптического металлизированного волокна. Излучение, выводимое из волокна, переносится на фотоприемник S1223, чувствительный в области 0,4 мкм - 1,1 мкм. Ток фотоприемника преобразуется в напряжение усилителем, затем фильтром низкой часты 2-го порядка удаляются гармоники из сигнала выше 25 кГц. Микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем производит оцифровку сигнала с частотой 50 кГц и для избегания искажения сигнала корректирует коэффициент усиления с помощью цифрового потенциометра при достижении сигналом граничных значений на аналого-цифровой преобразователь. Микроконтроллер производит вычисление быстрого преобразования Фурье по 256 точкам 100 раз в секунду. После преобразования происходит дальнейший анализ на основе выходного массива и вычисляются частоты гармоник сигналов. В результате анализа получены следующие гармоники - 78 Гц, 246 Гц, 344 Гц, что свидетельствует о вибрационном горении в камере сгорания.Electromagnetic radiation from a burning air-fuel mixture gets onto the lens of a device mounted in place of standard endoscopic hatches of an annular combustion chamber. A lens made of single-crystal sapphire Al 2 O 3 focuses the radiation at the end of an aluminum-coated optical metallized fiber. The radiation output from the fiber is transferred to the S1223 photodetector, which is sensitive in the region of 0.4 μm - 1.1 μm. The photodetector current is converted into voltage by an amplifier, then harmonics from a signal above 25 kHz are removed by a low-order second-order filter. The microcontroller with a built-in analog-to-digital converter digitizes the signal at a frequency of 50 kHz and, to avoid signal distortion, corrects the gain using a digital potentiometer when the signal reaches the limit values on the analog-to-digital converter. The microcontroller calculates the fast Fourier transform at 256 points 100 times per second. After the conversion, further analysis is performed based on the output array and the harmonic frequencies of the signals are calculated. As a result of the analysis, the following harmonics were obtained - 78 Hz, 246 Hz, 344 Hz, which indicates vibrational combustion in the combustion chamber.
Преимуществами данного способа является установка объектива системы на место штатных эндоскопических лючков камеры сгорания, а также отсутствие влияния вибрации двигателя на анализируемый сигнал. Преимуществом также является то, что описанный способ применим и для бортового использования на летательном аппарате в жестких условиях эксплуатации. Это позволяет определять вибрационное горение в не моделируемых на стенде условиях работы двигателя, например анализировать влияние воздушных ям на газодинамические процессы в камере сгорания.The advantages of this method are the installation of the system lens in place of the standard endoscopic hatches of the combustion chamber, as well as the absence of the influence of engine vibration on the analyzed signal. An advantage is also that the described method is applicable for on-board use on an aircraft in harsh operating conditions. This makes it possible to determine vibrational combustion under engine operating conditions not simulated at the bench, for example, to analyze the effect of air holes on gas-dynamic processes in the combustion chamber.
Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность определения вибрационного горения за счет приема электромагнитного излучения продуктов горения в камере сгорания.So, the claimed invention improves the reliability of determining vibrational combustion by receiving electromagnetic radiation of combustion products in the combustion chamber.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100708A RU2618774C1 (en) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Method for controlling vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100708A RU2618774C1 (en) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Method for controlling vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2618774C1 true RU2618774C1 (en) | 2017-05-11 |
Family
ID=58715762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016100708A RU2618774C1 (en) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Method for controlling vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2618774C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2663311C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-08-03 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of the non-contact early burnout diagnostics of the rocket chamber on the self-magnetic field intensity of combustion products |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU646147A1 (en) * | 1976-02-04 | 1979-02-05 | Предприятие П/Я В-8759 | Method of detecting vibration combustion mode in fuel supply systems |
SU1283496A1 (en) * | 1984-07-16 | 1987-01-15 | Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Device for monitoring process of burning in combustion chamber |
US6922612B2 (en) * | 2001-01-30 | 2005-07-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Combustion vibration estimating apparatus, plant and gas turbine plant |
RU2272923C1 (en) * | 2004-08-23 | 2006-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Method of control of vibratory combustion in gas-turbine engine combustion chamber |
EP1688671A1 (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-09 | ALSTOM Technology Ltd | Protection method and control system for a gas turbine |
RU2382945C1 (en) * | 2008-12-09 | 2010-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Method of detecting vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine |
RU2548233C2 (en) * | 2009-04-08 | 2015-04-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method to diagnose disposition of combustion chamber to buzz and method to control gas turbine |
-
2016
- 2016-01-11 RU RU2016100708A patent/RU2618774C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU646147A1 (en) * | 1976-02-04 | 1979-02-05 | Предприятие П/Я В-8759 | Method of detecting vibration combustion mode in fuel supply systems |
SU1283496A1 (en) * | 1984-07-16 | 1987-01-15 | Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Device for monitoring process of burning in combustion chamber |
US6922612B2 (en) * | 2001-01-30 | 2005-07-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Combustion vibration estimating apparatus, plant and gas turbine plant |
RU2272923C1 (en) * | 2004-08-23 | 2006-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Method of control of vibratory combustion in gas-turbine engine combustion chamber |
EP1688671A1 (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-09 | ALSTOM Technology Ltd | Protection method and control system for a gas turbine |
RU2382945C1 (en) * | 2008-12-09 | 2010-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Method of detecting vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine |
RU2548233C2 (en) * | 2009-04-08 | 2015-04-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method to diagnose disposition of combustion chamber to buzz and method to control gas turbine |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2663311C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-08-03 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of the non-contact early burnout diagnostics of the rocket chamber on the self-magnetic field intensity of combustion products |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5544478A (en) | Optical sensing of combustion dynamics | |
Búa-Núñez et al. | Instrumentation system for location of partial discharges using acoustic detection with piezoelectric transducers and optical fiber sensors | |
RU2315968C2 (en) | Method and apparatus for detecting mechanical impulse actions upon member of plant | |
RU2012118578A (en) | METHOD FOR PROTECTING A GAS TURBINE ENGINE FROM HIGH-DYNAMIC PROCESSES AND A GAS TURBINE ENGINE FOR IMPLEMENTING THIS METHOD | |
RU2390736C2 (en) | Method and device for detecting place of pulsed mechanical effect of equipment component | |
RU2618774C1 (en) | Method for controlling vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine | |
RU2362136C1 (en) | Method for impact testing of construction | |
JPH05240765A (en) | Exhaust gas particle sensor | |
RU2542162C1 (en) | Method of diagnostics of pre-emergency modes of operation of dry rocket engines (dre) in hold down tests | |
US8964509B2 (en) | Remote communication and control of acoustic detectors | |
Núñez et al. | Multichannel acquisition system and denoising for the detection and location of partial discharges using acoustic emissions | |
JP6389780B2 (en) | Signal analysis device and knocking detection device | |
RU2531057C2 (en) | Method to measure acoustic characteristics of gas jets at cut of output devices of gte and device for its realisation | |
CN114121305A (en) | Sensor safety detection method and system based on frequency sweep technology | |
RU152833U1 (en) | Piezoelectric Transducer Performance Monitoring Device | |
RU2382945C1 (en) | Method of detecting vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine | |
RU2258923C1 (en) | Method of diagnosing gas turbine engines at steady and non-steady states of operation | |
Linares-Herrero et al. | High-speed IR monitoring of a turbojet engine gas flow using an uncooled MWIR imaging sensor | |
JPH06213755A (en) | Piezoelectric converter and cylinder pressure detecting method | |
RU2663311C1 (en) | Method of the non-contact early burnout diagnostics of the rocket chamber on the self-magnetic field intensity of combustion products | |
RU2631907C1 (en) | Device for determining bearing angle and range to signal source | |
WO2013074881A1 (en) | Resonant ultrasound spectrocopy using surface acoustic wave analysis | |
SU1104309A1 (en) | Device for checking fuel injection | |
Takahashi | Evaluation of structural health monitoring results utilizing environmental noise | |
US20140170574A1 (en) | Flame instability detector |