RU2639923C1 - Method of mechanization control of gas turbine engine compressor - Google Patents
Method of mechanization control of gas turbine engine compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639923C1 RU2639923C1 RU2017102861A RU2017102861A RU2639923C1 RU 2639923 C1 RU2639923 C1 RU 2639923C1 RU 2017102861 A RU2017102861 A RU 2017102861A RU 2017102861 A RU2017102861 A RU 2017102861A RU 2639923 C1 RU2639923 C1 RU 2639923C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- reduced
- compressor
- kpv
- rna
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических и гидромеханических системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД).The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in electronic hydromechanical and hydromechanical automatic control systems (ACS) of gas turbine engines (GTE).
Наиболее известными способами управления механизацией компрессора ГТД являются управление по степени сжатия воздуха (πк) в компрессоре двигателя: αрна; положение КПВ=f(πк) и по приведенной частоте вращения (Nтк пр) турбокомпрессора (ТК): αрна; положение КПВ=f(Nтк пр), гдеThe most famous ways to control the mechanization of a gas turbine compressor are to control the degree of air compression (π k ) in the engine compressor: α rna ; KPV position = f (π k ) and according to the reduced frequency of rotation (Nтк пр) of a turbocompressor (ТК): α рна ; KPV position = f (Ntk pr), where
πк - степень повышения давления воздуха в компрессоре двигателя, равная: πк=(Рк/Рвх);π to - the degree of increase in air pressure in the engine compressor, equal to: π to = (Pk / Pvh);
Рк - давление воздуха за компрессором двигателя;Рк - air pressure behind the engine compressor;
Рвх - давление воздуха на входе в двигатель;Рвх - air pressure at the engine inlet;
αрна - угол установки регулируемых направляющих аппаратов (РНА) компрессора двигателя; polar α - angle of the adjustable guide vanes (PHA) of the motor compressor;
КПВ - клапан перепуска воздуха компрессора двигателя;KPV - air bypass valve of the engine compressor;
Nтк пр - приведенная частота вращения ТК двигателя, равная: Nтк пр=Nтк×√То/Твх;Ntk pr - reduced frequency of rotation of the motor fuel cell, equal to: Ntk pr = Ntk × √To / Tvh;
Nтк - физическая (измеренная) частота вращения ТК двигателя;Ntk - physical (measured) frequency of rotation of the engine TC;
То - температура приведения, равная температуре стандартной атмосферы на уровне моря (То=288,15 K);T0 is the reduction temperature equal to the temperature of the standard atmosphere at sea level (T0 = 288.15 K);
Твх - температура воздуха на входе в двигатель.Tvh - air temperature at the engine inlet.
Способ управления механизацией компрессора ГТД по степени сжатия воздуха в компрессоре заключается в том, что измеряют давление воздуха на входе в двигатель Рвх и на выходе из компрессора Рк, вычисляют степень сжатия πк как отношение давления Рк к Рвх, по величине πк формируют заданные положения РНА и КПВ, сравнивают их с фактическими, по величине рассогласования формируют управляющие воздействия и подают их на приводы РНА и КПВ до тех пор, пока фактические положения РНА и КПВ не станут равны заданным.The method of controlling the mechanization of a gas turbine compressor by the degree of air compression in the compressor is to measure the air pressure at the inlet to the engine Pvc and at the outlet of the compressor Pk, calculate the compression ratio π to as the ratio of the pressure Pk to Pvx, and set the given positions by the value of π to RNA and KPV, compare them with the actual ones, by the magnitude of the mismatch, form control actions and feed them to the drives of the RNA and KPV until the actual positions of the RNA and KPV become equal to the set ones.
Этот способ описан в изобретении к патенту №2392498 С2 (RU). «Устройство управления механизацией компрессора газотурбинного двигателя» 2008 г. Примером реализации этого способа управления механизацией компрессора является насос-регулятор НР-2000 двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1, «Турбовинтовой двигатель ТВ3-117ВМА-СБМ1. Руководство по технической эксплуатации 3170000000РЭ», ЗМКБ «Прогресс» им. А.Г. Ивченко, 1999 г.This method is described in the invention to patent No. 2392498 C2 (RU). “A control device for the mechanization of a compressor of a gas turbine engine” in 2008. An example of the implementation of this method of controlling the mechanization of a compressor is the pump regulator HP-2000 of the TV3-117VMA-SBM1 engine, “Turboprop engine TB3-117VMA-SBM1. Guidelines for the technical operation of 3170000000RE ”, ZMKB“ Progress ”named after A.G. Ivchenko, 1999
Недостатком этого способа является сложность его реализации в устройствах гидромеханических САУ ГТД, а также в резервных регуляторах электронно-гидромеханических САУ из-за необходимости измерения 2-х давлений и деления 2-х величин, пропорциональных Рк и Рвх. Недостатком способа является также нелинейность характеристики αрна=f(πк) и необходимость вводить изменения в эту характеристику в зависимости от величины давления Рвх из-за расслоения πк по высоте полета.The disadvantage of this method is the difficulty of its implementation in the devices of hydromechanical self-propelled guns of a gas turbine engine, as well as in backup regulators of electronic-hydromechanical self-propelled guns due to the need to measure 2 pressures and divide 2 values proportional to Pk and Pbx. The disadvantage of this method is the non-linearity of the characteristic α ph = f (π k ) and the need to introduce changes in this characteristic depending on the pressure Pvc due to the separation of π k along the flight altitude.
Наиболее близким к заявляемому способу по назначению, физической сущности, техническому решению и достигаемому результату при использовании является способ управления механизацией компрессора по приведенной частоте вращения ТК двигателя, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения ротора ТК и температуру воздуха на входе в двигатель, по частоте вращения ТК и величине температуры воздуха рассчитывают приведенную частоту вращения ротора ТК, по приведенной частоте вращения формируют заданные положения РНА и КПВ компрессора, сравнивают их с фактическими, по величине рассогласования формируют управляющие воздействия и подают их на приводы РНА и КПВ до тех пор, пока фактические положения РНА и КПВ не станут равны заданным.Closest to the claimed method according to the purpose, physical nature, technical solution and the achieved result when using is a method for controlling compressor mechanization according to the reduced frequency of rotation of the engine TC, which consists in measuring the speed of the rotor of the TC and the air temperature at the engine inlet, by frequency the rotation of the TC and the value of the air temperature calculate the reduced rotational speed of the rotor of the TC, from the reduced frequency of rotation form the specified position of the PHA and CPV of the compressor, Niva their actual, largest deviation form the control actions and feed them on drives PHA and CPV as long as the actual position of PHA and CPV will not be equal to the specified.
Этот способ описан в изобретении к патенту №2514463 C1 (RU) «Способ механизации компрессора газотурбинного двигателя» 2012 г. Примером реализации этого способа управления механизацией компрессора является насос-регулятор НР-3 двигателей ТВ3-117 всех модификаций, «Руководство по технической эксплуатации турбовального двигателя ТВ3-117», ЛНПО им. В.Я. Климова, Ленинград 1986 г.This method is described in the invention to patent No. 2514463 C1 (RU) “2012 Method for mechanizing the compressor of a gas turbine engine” 2012. An example of the implementation of this method of controlling the mechanization of the compressor is the pump-regulator HP-3 of TV3-117 engines of all modifications, “Turboshaft technical operation manual engine TV3-117 ", LNPO them. V.Ya. Klimova, Leningrad 1986
Недостатком этого способа является сложность реализации его в гидромеханических САУ, а также в резервных гидромеханических регуляторах электронно-гидромеханических САУ вследствие необходимости измерения гидромеханическими устройствами температуры воздуха во входном устройстве двигателя. Особенно это касается малоразмерных ГТД, у которых установка достаточно объемного гидромеханического датчика температуры в проточной части двигателя вызывает затенение потока воздуха и способствует возникновению срывных явлений на лопатках компрессора (помпажа). Поэтому на таких двигателях датчик температуры входящего в двигатель воздуха размещается, как правило, на устройстве, управляющем механизацией компрессора, а воздух из входного устройства двигателя подводят к датчику специальным воздуховодом, что требует дополнительных материальных затрат и приводит к изменению температуры воздуха вследствие нагрева его от двигателя.The disadvantage of this method is the difficulty of its implementation in hydromechanical self-propelled guns, as well as in standby hydromechanical regulators of electronic-hydromechanical self-propelled guns due to the need to measure hydromechanical air temperature in the input device of the engine. This is especially true for small-sized gas turbine engines, in which the installation of a sufficiently voluminous hydromechanical temperature sensor in the engine duct causes a shading of the air flow and contributes to the occurrence of stalling phenomena on the compressor blades (surge). Therefore, on such engines, the temperature sensor of the air entering the engine is usually located on the device controlling the compressor mechanization, and the air from the engine input device is supplied to the sensor with a special air duct, which requires additional material costs and leads to a change in air temperature due to heating from the engine .
Целью заявленного технического решения в качестве изобретения является упрощение реализации описанного способа управления механизацией компрессора ГТД путем определения приведенной частоты вращения ротора ТК двигателя по внутридвигательным параметрам без измерения температуры воздуха на входе в двигатель.The aim of the claimed technical solution as an invention is to simplify the implementation of the described method for controlling the mechanization of a gas turbine compressor by determining the reduced rotational speed of the rotor of the engine TC by the internal motor parameters without measuring the air temperature at the engine inlet.
Одной из основных характеристик ГТД является приведенная дроссельная характеристика, показывающая зависимость приведенной частоты вращения ротора ТК от приведенного расхода топлива в камеру сгорания (КС) двигателя (Gт пр=Gт×Ро/Рвх×√То/Твх), гдеOne of the main characteristics of a gas turbine engine is the reduced throttle characteristic, which shows the dependence of the reduced rotational speed of the rotor of the fuel cell on the reduced fuel consumption in the combustion chamber (CS) of the engine (GT pr = Gt × Po / Pvh × √To / Twh), where
Gт пр - приведенный расход топлива в КС двигателя;GT pr - reduced fuel consumption in the engine;
Gт - фактический (измеренный) расход топлива в КС двигателя;Gt is the actual (measured) fuel consumption in the engine КС;
Ро - давление приведения, равное стандартной атмосфере на уровне моря Ро=0,1013 МПа.Po is the reduction pressure equal to the standard atmosphere at sea level Po = 0.1013 MPa.
По приведенной дроссельной характеристике двигателя, зная величину приведенного расхода топлива в КС, можно определить величину приведенной частоты вращения ротора ТК двигателя. В случае, когда расход топлива приведен только по давлению воздуха на входе в двигатель без приведения его по температуре воздуха на входе в двигатель, найденная по приведенной дроссельной характеристике частота вращения ТК будет совпадать с приведенной частотой вращения ТК только при температуре воздуха на входе в двигатель, равной температуре приведения То=288,15 К. При отклонении температуры воздуха от температуры приведения частота, найденная по приведенной дроссельной характеристике в случае отсутствия приведения расхода топлива по температуре воздуха будет равна частоте, которая имела бы место при температуре воздуха на входе в двигатель равной То=288,15 K (Nтк288), т.е. будет отличаться от приведенной, гдеGiven the throttle characteristic of the engine, knowing the magnitude of the reduced fuel consumption in the COP, you can determine the magnitude of the reduced rotational speed of the rotor of the engine TC. In the case when the fuel consumption is given only by the air pressure at the engine inlet without bringing it into the air temperature at the engine inlet, the TC speed found by the given throttle characteristic will coincide with the reduced speed of the TC only at the air temperature at the engine inlet, equal to the cast temperature T0 = 288.15 K. When the air temperature deviates from the cast temperature, the frequency found from the reduced throttle characteristic in the absence of a cast fuel consumption air temperature is equal to the frequency which would occur at an inlet air temperature of the engine equal That = 288,15 K (Ntk 288), i.e. will be different from where
Nтк288 - частота вращения ТК, найденная по приведенной дроссельной характеристике двигателя в случае приведения расхода топлива в КС только по давлению воздуха на входе в двигатель.Ntk 288 is the rotational speed of the fuel cell found by the reduced throttle characteristic of the engine in the case of reducing the fuel consumption in the compressor only from the air pressure at the engine inlet.
Проведенные расчеты показывают, что при неизменных физических (измеренных) расходах топлива в КС двигателя при изменении температуры воздуха на входе в двигатель изменяются как Nтк пр, так и Nтк. Так в таблице №1 в качестве примера приведены расчетные данные по изменению Nтк пр и Nтк семейства двигателей ТВ3-117 при неизменных расходах топлива в КС двигателя на режимах с закрытыми КПВ в диапазоне температур воздуха на входе в двигатель от минус 60 до плюс 60°С. Из таблицы видно, что при изменении температуры воздуха на входе в двигатель имеется зависимость между изменениями Nтк пр и Nтк, причем при температуре приведения То=288,15 K Nтк пр и Nтк равны между собой и в случае отсутствия приведения расхода топлива по температуре воздуха совпадают с частотой, найденной по приведенной дроссельной характеристике. Таким образом, отклонение измеренной частоты Nтк от найденной по приведенной дроссельной характеристике свидетельствует об отклонении температуры воздуха на входе в двигатель от температуры приведения (То=288,15 K). При этом отклонение приведенной частоты вращения ТК (ΔNтк пр) от найденной по приведенной дроссельной характеристике пропорционально отклонению от нее измеренной частоты вращения ТК (ΔNтк).The performed calculations show that, at constant physical (measured) fuel consumption in the engine's CS, when Ntk pr and Ntk change, the air temperature at the engine inlet changes. So, in table No. 1, as an example, the calculated data on the change of Ntk pr and Ntk of the TV3-117 engine family are given at constant fuel consumption in the engine KS at closed KPV modes in the air inlet temperature range from minus 60 to plus 60 ° С . The table shows that when the temperature of the air at the engine inlet changes, there is a relationship between the changes of Ntk pr and Ntk, and at a reduction temperature T0 = 288.15 K Ntk pr and Ntk are equal to each other and if there is no reduction in fuel consumption by air temperature with the frequency found by the reduced throttle response. Thus, the deviation of the measured frequency Ntk from that found from the given throttle characteristic indicates the deviation of the air temperature at the inlet of the engine from the cast temperature (To = 288.15 K). In this case, the deviation of the reduced rotation frequency of the TC (ΔNtk pr) from that found from the given throttle characteristic is proportional to the deviation of the measured rotation speed of the TC (ΔNtk) from it.
Таким образом при описанном способе приведенная частота вращения ТК двигателяThus, with the described method, the reduced engine speed
равна:is equal to:
, ,
гдеWhere
Ai - коэффициент коррекции, зависящий от характера приведенной дроссельной характеристики и режима работы двигателя.A i - correction factor, depending on the nature of the reduced throttle response and engine operation mode.
Как видно из формулы, заявленный способ управления механизацией компрессора ГТД позволяет получать приведенную частоту вращения ТК двигателя, в зависимости от которой управляются элементы механизации компрессора ГТД, по внутридвигательным параметрам без непосредственного измерения температуры воздуха на входе в двигатель.As can be seen from the formula, the claimed method of controlling the mechanization of a gas turbine compressor allows you to get the reduced frequency of rotation of the engine TC, depending on which the mechanization elements of the gas turbine compressor are controlled by the internal motor parameters without directly measuring the air temperature at the engine inlet.
МП - максимально-продолжительный режим работы двигателя.MP - the maximum continuous operation of the engine.
Заявленный способ заключается в том, что измеряют частоту вращения ТК, расход топлива в КС двигателя и давление воздуха на входе в двигатель, приводят расход топлива к стандартной атмосфере на уровне моря, по известной приведенной дроссельной характеристике двигателя, используя расход топлива в КС, приведенный по давлению воздуха на входе в двигатель, находят частоту вращения ТК двигателя, сравнивают ее с измеренной частотой вращения ТК двигателя, по величине рассогласования рассчитывают величину коррекции найденной частоты, суммируют величину коррекции с частотой, найденной по приведенной дроссельной характеристике двигателя, получают приведенную частоту вращения ТК двигателя, по приведенной частоте по заданным законам определяют заданные положения РНА и КПВ, измеряют фактические положения РНА и КПВ, сравнивают заданные и фактические положения РНА и КПВ, по величине рассогласования формируют управляющие воздействия на приводы РНА и КПВ до тех пор, пока фактические положения РНА и КПВ не станут равны заданным.The claimed method consists in that they measure the frequency of rotation of the fuel cell, the fuel consumption in the engine CS and the air pressure at the engine inlet, bring the fuel consumption to a standard atmosphere at sea level, according to the known reduced throttle characteristic of the engine, using the fuel consumption in the compressor, given by the air pressure at the engine inlet, find the rotational speed of the motor TK, compare it with the measured rotational speed of the motor TK, the magnitude of the mismatch calculate the correction value of the found frequency, summarize the correction value with the frequency found from the reduced throttle characteristic of the engine, the reduced frequency of rotation of the engine TC is obtained, according to the given laws, the specified positions of the PHA and CPV are determined according to the given laws, the actual positions of the PHA and CPV are measured, the set and actual positions of the PHA and CPV are compared, by value the mismatches form the control actions on the RNA and KPV drives until the actual positions of the RNA and KPV become equal to the specified ones.
На рис. 1 представлена одна из возможных схем устройства, реализующего описанный способ управления механизацией компрессора.In fig. 1 shows one of the possible circuits of a device that implements the described method for controlling compressor mechanization.
Устройство содержит блок датчиков входной информации 1, соединенный с регулятором расхода 2, блоком 3 и корректором 5, регулятор расхода 2 соединен с исполнительным механизмом 7 подачи топлива в КС двигателя и блоком 3, получающим информацию от блока 1 о давлении воздуха на входе в двигатель, приводящим расход топлива к давлению стандартной атмосферы на уровне моря и соединенным с устройством 4, содержащим приведенную дроссельную характеристику двигателя, формирующим по приведенной дроссельной характеристике частоту вращения ТК и соединенным с корректором 5, получающим информацию о измеренной частоте вращения ТК двигателя от блока 1 и о частоте, найденной по приведенной дроссельной характеристике от устройства 4. Корректор 5 по формуле 1 вычисляет приведенную частоту вращения ТК и передает ее блоку 6, который по заданным законам формирует заданные положения РНА и КПВ, сравнивает их с фактическими положениями РНА и КПВ, получаемыми от исполнительных механизмов 8, по величине рассогласования вырабатывает управляющие команды и передает их исполнительным механизмам 8 РНА и КПВ, реализующим эти команды.The device comprises an input
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017102861A RU2639923C1 (en) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Method of mechanization control of gas turbine engine compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017102861A RU2639923C1 (en) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Method of mechanization control of gas turbine engine compressor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639923C1 true RU2639923C1 (en) | 2017-12-25 |
Family
ID=63857375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017102861A RU2639923C1 (en) | 2017-01-27 | 2017-01-27 | Method of mechanization control of gas turbine engine compressor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639923C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6321525B1 (en) * | 2000-02-03 | 2001-11-27 | Rolls-Royce Corporation | Overspeed detection techniques for gas turbine engine |
RU2392498C2 (en) * | 2008-05-26 | 2010-06-20 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Control device of mechanisation of gas turbine engine compressor |
RU2470834C1 (en) * | 2011-07-27 | 2012-12-27 | Николай Борисович Болотин | Aircraft |
RU2472023C2 (en) * | 2009-03-30 | 2013-01-10 | Харас Исхакович Акчурин | Operating method (versions) and arrangement of compound engine with two-phase working medium based on piston-type internal combustion engine (versions) |
RU2514463C1 (en) * | 2012-09-07 | 2014-04-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Фирма "Газ-Система-Сервис" | Control over gas turbine engine compressor actuators |
-
2017
- 2017-01-27 RU RU2017102861A patent/RU2639923C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6321525B1 (en) * | 2000-02-03 | 2001-11-27 | Rolls-Royce Corporation | Overspeed detection techniques for gas turbine engine |
RU2392498C2 (en) * | 2008-05-26 | 2010-06-20 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Control device of mechanisation of gas turbine engine compressor |
RU2472023C2 (en) * | 2009-03-30 | 2013-01-10 | Харас Исхакович Акчурин | Operating method (versions) and arrangement of compound engine with two-phase working medium based on piston-type internal combustion engine (versions) |
RU2470834C1 (en) * | 2011-07-27 | 2012-12-27 | Николай Борисович Болотин | Aircraft |
RU2514463C1 (en) * | 2012-09-07 | 2014-04-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственная Фирма "Газ-Система-Сервис" | Control over gas turbine engine compressor actuators |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103080505B (en) | Water or hail are inhaled into the detection of turbogenerator | |
US7367193B1 (en) | Auxiliary power unit control method and system | |
JP5583697B2 (en) | Method and system for controlling a gas turbine, and a gas turbine including such a system | |
RU2337250C2 (en) | Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions | |
EP3171004A1 (en) | Method and system for improving parameter measurement | |
US8311684B2 (en) | Output flow control in load compressor | |
US10697382B2 (en) | Control device for supercharging system | |
BR102015008867A2 (en) | strategy for inlet pressure control in internal combustion engine for gaseous fuel | |
EP0974745B1 (en) | Method and apparatus for determining a fuel command for a fuel system | |
JPH0835433A (en) | Method and equipment for correcting output fluctuation of internal combustion engine by altitude | |
RU2639923C1 (en) | Method of mechanization control of gas turbine engine compressor | |
RU2334889C2 (en) | Turboprop power plant fuel flow rate control method | |
RU2638896C1 (en) | Method for diagnosing surging of gas turbine engine compressor and device for its implementation | |
CN111108277B (en) | Gas turbine control device, gas turbine control method, and recording medium | |
RU2319025C1 (en) | Gas-turbine engine control method | |
RU2464437C1 (en) | Control method of jet turbine double-flow engine with afterburner | |
RU2431051C1 (en) | Gas turbine plant control method | |
RU2431753C1 (en) | Gas turbine plant control method | |
RU2634997C2 (en) | Gas-turbine engine with afterburner operation mode and its actualization system | |
RU2658709C2 (en) | Gas turbine engine compressor mechanization control device | |
RU174395U1 (en) | Gas turbine compressor mechanization control device | |
US3886731A (en) | Governing device for a gas turbine system | |
RU2289708C2 (en) | Gas-turbine engine control device | |
JP2009156086A (en) | Device for controlling gas turbine engine | |
RU2422658C1 (en) | Control method of fuel flow at start of gas turbine unit |