RU2670469C1 - Способ защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора - Google Patents
Способ защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670469C1 RU2670469C1 RU2017136937A RU2017136937A RU2670469C1 RU 2670469 C1 RU2670469 C1 RU 2670469C1 RU 2017136937 A RU2017136937 A RU 2017136937A RU 2017136937 A RU2017136937 A RU 2017136937A RU 2670469 C1 RU2670469 C1 RU 2670469C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surge
- threshold
- signal
- engine
- compressor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 241000124033 Salix Species 0.000 claims 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
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
- F04D27/02—Surge control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области обеспечения безопасности полета самолета с газотурбинным двигателем (ГТД) путем прекращения многократных помпажей компрессора, характеризуемых сильными низкочастотными колебаниями параметров потока в проточной части и вибрациями элементов двигателя. В данном способе дополнительно устанавливают предельно допустимое количество помпажей Nпорог за наперед заданный интервал времени Δτ, определяют количество сформированных сигналов «Помпаж» N за заранее заданный интервал времени Δτ, при этом в случае, если количество сформированных сигналов «Помпаж» N превышает Nпорог, производят автоматическое прекращение подачи топлива в двигатель. Кроме того, дополнительно применяют численное значение параметра Nпорог, равное не менее 3, а продолжительность заранее заданного интервала времени Δτ=5…10. Технический результат изобретения повышение безопасности полета за счет автоматического выключения двигателя при многократных помпажах компрессора за наперед заданный интервал времени Δτ. 1 з.п. ф-лы, 1ил.
Description
Изобретение относится к области обеспечения безопасности полета самолета с газотурбинным двигателем (ГТД) путем прекращения многократных помпажей компрессора, характеризуемых сильными низкочастотными колебаниями параметров потока в проточной части и вибрациями элементов двигателя.
Известны способы защиты компрессора газотурбинного двигателя от помпажа, в которых контролируемыми параметрами могут служить: давление воздуха за компрессором Рк, температура газов Тг, частоты вращения роторов высокого nвд и низкого давлений nнд; другие внутридвигательные параметры (Патент RU 2472974, МПК F04D 27/02, публ. 20.01.2013 г.; Патент RU 2351807, МПК F04D 27/02, публ. 10.04.2009 г.; Патент RU 2527850, МПК F04D 27/02, публ. 10.09.2014 г.; Патент RU 2374143, МПК B64D 31/00, публ. 27.11.2009 г.; Патент RU 2187711, МПК G01M 15/00, публ. 20.08.2002 г.; Патент RU 2098668, МПК F04D 27/02, публ. 10.12.1997 г.; Патент US № 5379583, F02C 9/20, публ. 10.01.1995 г; Патент US 5375412, F02C 9/16, публ. 27.12.1994 г.).
В известных способах защиты от помпажа используется принцип измерения контролируемых параметров и/или их производных, последующего сравнения их фактических величин с соответствующими величинами предельно допустимых (пороговых) значений. При превышении фактических величин над соответствующими допустимыми формируется сигнал критической ситуации, свидетельствующий о потере газодинамической устойчивости потока - сигнал «Помпаж». При наличии сигнала «Помпаж» в автоматическом режиме выполняется открытие клапанов перепуска воздуха из компрессора и/или кратковременное прекращение подачи топлива в камеру сгорания, что, как правило, позволяет восстановить газодинамическую устойчивость работы компрессора. После устранения неустойчивого режима работы сигнал «Помпаж» снимается (не формируется), далее возобновляют подачу топлива в камеру сгорания двигателя и закрытие клапанов перепуска воздуха по заданной программе управления, тем самым обеспечивается восстановление тяги двигателя до помпажа его компрессора.
Недостатком рассмотренных аналогов является возможность ложного срабатывания противопомпажной системы на максимальном режиме работы двигателя при взлете самолета, например, из-за существенных ошибок в измерении параметров двигателя, по которым идентифицируется помпаж. Такие ошибки в измерениях могут возникнуть вследствие отказа датчика параметра двигателя, переменного контакта в электропроводке датчика, иных отказов устройств обработки выходных сигналов датчиков. Ложное срабатывание противопомпажной системы неизбежно приводит к существенной потере тяги двигателя, усложнению условий пилотирования, что особенно недопустимо при взлете самолета.
Для повышения надежности и исключения ложных срабатываний противопомпажной системы при диагностике помпажа известен комплекс внутридвигательных параметров (патент RU 2041399, МПК F04D 27/02, публ. 09.08.1995), но это неизбежно приводит к снижению быстродействия системы из-за существенного различия динамических свойств сигналов, а также повышению ее стоимости и трудоемкости обслуживания из-за увеличения количества применяемых датчиков для определения помпажа.
Наиболее близким к заявляемому и принятому за прототип, является способ защиты компрессора от помпажа (Патент RU 2255247, МПК F04D 27/02, публ. 27.06.2005 г), включающий измерение давления воздуха за компрессором Рк, определение скорости изменения давления ΔРк/Δτ, сравнение ее с пороговым значением (ΔРк/Δτ)порог, формирование сигнала «Помпаж» при ΔРк/Δτ≥(ΔРк/Δτ)порог, измерение частоты вращения ротора высокого давления nвд и сравнение с его пороговым значением nвдпорог, характеризующим взлетный режим, и в случае, если nвд<nвдпорог и наличии сигнала «Помпаж» осуществляют кратковременное отключение подачи топлива в камеру сгорания и включение перепуска воздуха из компрессора; при этом в случае, если nвд≥nвдпорог и сигнал «Помпаж» присутствует, то блокируют сигнал на отключение подачи топлива в камеру сгорания и сигнал на открытие перепуска воздуха из компрессора. Параметр nвдпорог, характеризующий взлетный режим, препятствует снижению режима работы двигателя ниже заданного nвдпорог (блокировка взлетного режима).
Таким образом для условий взлетного режима при наличии сигнала «Помпаж» и отсутствии реального снижения частоты вращения nвд ниже nвдпорог, сигнал «Помпаж» оценивается как ложный и отсечку топлива в камеру сгорания двигателя не производят.
Способ защиты двигателя от помпажа, выбранный за прототип, использовался в составе электронной цифровой системы автоматического управления авиационного двухконтурного двигателя. За время эксплуатации газотурбинного двигателя не было зафиксировано ни одного случая ложного срабатывания противопомпажной системы, приводящим к снижению режима работы двигателя, включая взлетный режим. Также на основании статистических данных о срабатывании противопомпажной системы газотурбинного двигателя установлено, что при попадании птицы на вход в двигатель, молнии или кратковременном порыве бокового ветра сверх нормы при посадке или разбеге, противопомпажная система устраняет помпаж и восстанавливает режим. Во всех вышеперечисленных случаях в подавляющем числе случаев наблюдалось однократное или в меньшей степени двукратное срабатывание противопомпажной системы.
Однако при наличии таких постоянно-действующих факторов как поломка лопаток компрессора высокого давления, отказ топливорегулирующей аппаратуры, наблюдается длительный помпаж, вызывающий срабатывание противопомпажной системы три и более раз за время Δτ=5… 10 секунд. Подобная ситуация приводит к нежелательным силовым нагрузкам на двигатель, может способствовать дополнительным поломкам лопаток компрессора и других элементов двигателя. Вышеуказанный недостаток может быть присущ различным типам газотурбинных двигателей, оснащенных системой защиты от помпажа, предусматривающей автоматическое восстановление режима.
Таким образом, если после многократных помпажей компрессора за определенный (короткий) интервал времени двигатель из помпажа не выходит, то его необходимо выключать.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении безопасности полета за счет автоматического выключения двигателя при многократных помпажах компрессора за наперед заданный (фиксированный) интервал времени Δτ.
Технический результат достигается тем, что в способе защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора, заключающийся в том, что измеряют давление воздуха за компрессором Рк, определяют скорость изменения давления ΔРк/Δτ, сравнивают ее с пороговым значением (ΔРк/Δτ)порог, формируют сигнал «Помпаж» при ΔРк/Δτ≥(ΔРк/Δτ)порог, измеряют частоту вращения ротора высокого давления nвд и сравнивают с его пороговым значением nвдпорог, характеризующим взлетный режим, и в случае, если nвд<nвдпорог и наличии сигнала «Помпаж» осуществляют кратковременное отключение подачи топлива в камеру сгорания и включают перепуск воздуха из компрессора; при этом в случае, если nвд≥nвдпорог и сигнал «Помпаж» присутствует, то блокируют сигнал на отключение подачи топлива в камеру сгорания и сигнал на открытие перепуска воздуха из компрессора, согласно изобретения, дополнительно устанавливают предельно допустимое количество помпажей Nпорог за наперед заданный интервал времени Δτ, определяют количество сформированных сигналов «Помпаж» N за заранее заданный интервал времени Δτ, при этом в случае, если количество сформированных сигналов «Помпаж» N превышает Nпорог производят автоматическое прекращение подачи топлива в двигатель.
Кроме того, согласно изобретению, устанавливают численное значение параметра Nпорог не менее 3, а продолжительность заранее заданного интервала времени Δτ=5…10 секунд.
В предлагаемом изобретении, в отличие от прототипа, дополнительно устанавливают предельно допустимое количество помпажей Nпорог за наперед заданный интервал времени Δτ, определяют количество сформированных сигналов «Помпаж» N за заранее заданный интервал времени Δτ, при этом в случае, если количество сформированных сигналов «Помпаж» N превышает Nпорог производят автоматическое прекращение подачи топлива в двигатель, что позволяет повысить безопасность полета за счет автоматического выключения двигателя при многократных помпажах компрессора за наперед заданный (фиксированный) интервал времени Δτ.
На фиг. 1 - представлена структурная схема для реализации заявляемого способа.
Блок 1 представляет собой блок диагностики и устранения помпажа. На вход блока 1 поступает сигнал о величине давления воздуха за компрессором Рк и сигнал о величине частоты вращения ротора высокого давления nвд.
В блоке осуществляется вычисление первой производной Рк по времени ΔРк/Δτ, сравнение текущего значения ΔРк/Δτ с параметром (ΔРк/Δτ)порог, представляющим собой предельно допустимое значение параметра ΔРк/Δτ и характеризующим неустойчивую работу компрессора; формирование сигнала «Помпаж» на выходе блока 1 (I1) при ΔРк/Δτ>(ΔРк/Δτ)порог. Сигнал I1 представляет собой стандартный электрический сигнал высокого логического уровня. Сигнал I1 «Помпаж» поступает в бортовую систему регистрации полетной информации, а также на вход блока 2.
В блоке 1 также осуществляют измерение частоты вращения ротора высокого давления nвд и сравнение с его пороговым значением nвдпорог, характеризующим взлетный режим, и в случае, если nвд<nвдпорог и наличии сигнала «Помпаж» осуществляют кратковременное отключение подачи топлива в камеру сгорания и включение перепуска воздуха из компрессора; при этом в случае, если nвд≥nвдпорог и сигнал «Помпаж» присутствует, то блокируют сигнал на отключение подачи топлива в камеру сгорания и сигнал на открытие перепуска воздуха из компрессора.
Блок 2 представляет собой типовой электронный счетчик электрических сигналов l1 высокого логического уровня. Вход блока 2 соединен с выходом блока 1. В случае, если количество N сигналов l1 превышает Nпорог за заранее заданный интервал времени Δτ, то на выходе блока 2 формируется управляющий сигнал по которому производят автоматическое прекращение подачи топлива в двигатель.
Способ осуществляется следующим образом.
В процессе работы двигателя на вход блока 1 поступает сигнал частоты вращения ротора высокого давления nвд и сигнал о величине давления воздуха за компрессором Рк. При ΔРк/Δτ≥(АРк/Δτ)порог формируют сигнал «Помпаж» на выходе блока 1 в виде электрического сигнала (I1) высокого логического уровня. В блоке 1 также осуществляют измерение частоты вращения ротора высокого давления nвд и сравнение с его пороговым значением nвдпорог, характеризующим взлетный режим. В случае, если nвд<nвдпорог и в наличии сигнала «Помпаж», то осуществляют кратковременное отключение подачи топлива в камеру сгорания и включение перепуска воздуха из компрессора.
После устранения помпажа возобновляют подачу топлива в двигатель и закрытие клапанов перепуска воздуха по заданной программе управления, тем самым обеспечивая восстановление режима работы двигателя до помпажа. В случае, если причиной помпажа был кратковременный фактор, то повторного помпажа не происходит и продолжается эксплуатация двигателя без каких-либо ограничений. Наоборот, при наличии постоянно действующего фактора, приводящего к неустойчивой работе компрессора, возможно наличие многократных помпажей.
В блоке 2 осуществляется подсчет сигналов «Помпаж», а именно определение количества электрических сигналов I1 за заранее заданный интервал времени Δτ. В случае, если количество N сигналов I1 превышает Nпорог за наперед заданный интервал времени Δτ, то на выходе блока 2 формируется управляющий сигнал, по которому производят автоматическое прекращение подачи топлива в двигатель.
Статистикой и расчетами установлено, что для двухконтурных авиационных двигателей с типовым временем приемистости «Малый газ - Максимальный режим» 7…9 секунд, предпочтительным является следующий количественный критерий - автоматическое выключение двигателя целесообразно осуществлять при не менее 3 срабатываний противопомпажной системы (Nпорог не менее 3) за заранее заданное время Δτ=5…10 секунд.
Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет повысить безопасность полета за счет автоматического выключения двигателя при многократных помпажах компрессора за наперед заданный (фиксированный) интервал времени Δτ.
Claims (2)
1. Способ защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора, включающий измерение давления воздуха за компрессором Рк, определение скорости изменения давления ΔРк/Δτ, сравнение ее с пороговым значением (ΔРк/Δτ)порог, формирование сигнала «Помпаж» при ΔРк/Δτ ≥ (ΔРк/Δτ)порог, измерение частоты вращения ротора высокого давления nвд и сравнение с его пороговым значением nвдпорог, характеризующим взлетный режим, и в случае, если nвд < nвдпорог и в наличии сигнал «Помпаж», осуществляют кратковременное отключение подачи топлива в камеру сгорания и включение перепуска воздуха из компрессора; при этом в случае, если nвд ≥ nвдпорог и сигнал «Помпаж» присутствует, то блокируют сигнал на отключение подачи топлива в камеру сгорания и сигнал на открытие перепуска воздуха из компрессора, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают предельно допустимое количество помпажей Nпopoг за наперед заданный интервал времени Δτ, определяют количество сформированных сигналов «Помпаж» N за заранее заданный интервал времени Δτ, при этом в случае, если количество сформированных сигналов «Помпаж» N превышает Nпopoг, производят автоматическое прекращение подачи топлива в двигатель.
2. Способ защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора по п. 1, отличающийся тем, что численное значение параметра Nпopoг не менее 3, а продолжительность заранее заданного интервала времени Δτ=5…10 секунд.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017136937A RU2670469C1 (ru) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | Способ защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017136937A RU2670469C1 (ru) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | Способ защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2670469C1 true RU2670469C1 (ru) | 2018-10-23 |
Family
ID=63923527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017136937A RU2670469C1 (ru) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | Способ защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2670469C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4202226C2 (de) * | 1991-10-01 | 1995-06-08 | Atlas Copco Energas | Verfahren zur Überwachung eines mehrstufigen, zwischengekühlten Turboverdichters |
| RU2041399C1 (ru) * | 1991-02-20 | 1995-08-09 | Научное конструкторско-технологическое бюро "Вихрь" | Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления |
| US5599161A (en) * | 1995-11-03 | 1997-02-04 | Compressor Controls Corporation | Method and apparatus for antisurge control of multistage compressors with sidestreams |
| RU2255247C1 (ru) * | 2003-12-01 | 2005-06-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Способ защиты компрессора при неустойчивой работе газотурбинного двигателя |
| RU2351907C2 (ru) * | 2002-10-11 | 2009-04-10 | Нокиа Корпорейшн | Способ осуществления взаимодействия между адаптивным многоскоростным широкополосным кодеком (amr-wb-кодеком) и многорежимным широкополосным кодеком с переменной скоростью в битах (vbr-wb-кодеком) |
| RU2472974C2 (ru) * | 2011-01-11 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Способ защиты газотурбинного двигателя |
-
2017
- 2017-10-19 RU RU2017136937A patent/RU2670469C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2041399C1 (ru) * | 1991-02-20 | 1995-08-09 | Научное конструкторско-технологическое бюро "Вихрь" | Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления |
| DE4202226C2 (de) * | 1991-10-01 | 1995-06-08 | Atlas Copco Energas | Verfahren zur Überwachung eines mehrstufigen, zwischengekühlten Turboverdichters |
| US5599161A (en) * | 1995-11-03 | 1997-02-04 | Compressor Controls Corporation | Method and apparatus for antisurge control of multistage compressors with sidestreams |
| RU2351907C2 (ru) * | 2002-10-11 | 2009-04-10 | Нокиа Корпорейшн | Способ осуществления взаимодействия между адаптивным многоскоростным широкополосным кодеком (amr-wb-кодеком) и многорежимным широкополосным кодеком с переменной скоростью в битах (vbr-wb-кодеком) |
| RU2255247C1 (ru) * | 2003-12-01 | 2005-06-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Способ защиты компрессора при неустойчивой работе газотурбинного двигателя |
| RU2472974C2 (ru) * | 2011-01-11 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Способ защиты газотурбинного двигателя |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10962448B2 (en) | Method for monitoring the engines of an aircraft | |
| US10190440B2 (en) | Emergency shut-down detection system for a gas turbine | |
| TWI625274B (zh) | Aircraft auxiliary power unit starter performance detecting method and device | |
| CN109661504B (zh) | 用于燃气涡轮发动机的控制系统 | |
| US10254199B2 (en) | Method for monitoring the engines of an aircraft | |
| US4454754A (en) | Engine failure detector | |
| US6059522A (en) | Compressor stall diagnostics and avoidance | |
| EP0185601A2 (en) | Surge/stall cessation detection system | |
| KR20160140703A (ko) | 쌍발 엔진 헬리콥터의 제 1 터빈 엔진의 고장을 탐지하는 것 및 제 2 터빈 엔진을 작동시키는 것을 위한 방법, 및 대응하는 장치 | |
| KR101985388B1 (ko) | 항공기 보조파워 유니트의 연료유니트의 성능검출방법 및 장치 | |
| JPH0472056B2 (ru) | ||
| US11512650B2 (en) | Method and device for detecting conditions conducive to the onset of pumping with a view to protecting a compressor of an aircraft turbine engine | |
| US11965424B2 (en) | Electronic overspeed protection system and method | |
| EP3098510B1 (en) | Gas turbine engine uncontrolled high thrust accommodation system and method | |
| US20150097376A1 (en) | Method of operating an internal combustion engine coupled to a generator | |
| RU2670469C1 (ru) | Способ защиты газотурбинного двигателя от многократных помпажей компрессора | |
| US12000294B2 (en) | Power withdrawal from a LP body and system for removing debris | |
| RU2305788C2 (ru) | Способ аварийной защиты газотурбинного двигателя при отказах и неисправностях | |
| RU2255247C1 (ru) | Способ защиты компрессора при неустойчивой работе газотурбинного двигателя | |
| CN112832910A (zh) | 一种涡扇发动机空中熄火及二次起动成功识别方法 | |
| US20210180524A1 (en) | System and method for detecting and accommodating a loss of torque on a gas turbine engine | |
| RU2602644C1 (ru) | Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от раскрутки турбины низкого давления | |
| RU2813647C1 (ru) | Способ автоматического управления силовой установкой самолета при снижении тяги одного из двигателей на взлетном режиме | |
| RU2629244C2 (ru) | Способ испытания защиты от сверхноминальной скорости вращения одновальной газопаротурбинной установки | |
| CN112943458A (zh) | 发动机熄火检测方法与装置、发动机系统和存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210303 Effective date: 20210303 |