RU2702714C1 - Control method of turbo-compressor unit - Google Patents
Control method of turbo-compressor unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702714C1 RU2702714C1 RU2018129676A RU2018129676A RU2702714C1 RU 2702714 C1 RU2702714 C1 RU 2702714C1 RU 2018129676 A RU2018129676 A RU 2018129676A RU 2018129676 A RU2018129676 A RU 2018129676A RU 2702714 C1 RU2702714 C1 RU 2702714C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- compressor
- low
- values
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам управления работой турбокомпрессорных установок и может быть использовано для управления процессом возникновения критических нестационарных автоколебаний компрессора нагнетателя, возникающих при испытаниях преимущественно авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных двигателей (ГТД) для стационарных станций.The invention relates to methods for controlling the operation of turbocompressor plants and can be used to control the process of occurrence of critical non-stationary self-oscillations of a supercharger compressor that occur during testing of mainly aircraft gas turbine engines (GTE) and gas turbine engines (GTE) for stationary stations.
В настоящее время испытательные стенды «энергузлы» для авиационных двигателей и их узлов, а также газоперекачивающих станций использующих газотурбинные двигатели работают на различных режимах с учетом воздействий различных внутренних и внешних возмущений. Кроме того для обеспечения заданных условий испытаний работы энергоузлов требуется поддержание параметров в рабочей зоне нагнетателя (компрессора). Поддержание устойчивой работы компрессора обеспечивается различными способами.At present, the “energy centers” test benches for aircraft engines and their components, as well as gas pumping stations using gas turbine engines, operate in different modes, taking into account the effects of various internal and external disturbances. In addition, to ensure the specified test conditions for the operation of power units, it is necessary to maintain parameters in the working area of the supercharger (compressor). Maintaining the stable operation of the compressor is provided in various ways.
Известен способ управления работой газотурбинным двигателем, управляющий сигнал которого подают на исполнительный механизм привода направляющих аппаратов, заключающийся в изменении угла направляющих аппаратов (НА) компрессора αвна в зависимости от измерений давления на входе и выходе из компрессора, температуры воздуха на входе в компрессор, и частоты вращения ротора компрессора, дополнительно формируют заданное значение отношения степени сжатия к приведенному расходу воздуха компрессора (Пкнд/Gвпр), суммируют и подают управляющий сигнал на элемент сравнения, формируют сигнал разности программного и текущего значений Пкнд/Gвпp.A known method of controlling the operation of a gas turbine engine, the control signal of which is supplied to the actuator of the drive of guide devices, which consists in changing the angle of the guide devices (ON) of the compressor αvna depending on the measurements of pressure at the inlet and outlet of the compressor, air temperature at the inlet to the compressor, and the compressor rotor speed, additionally form the set value of the ratio of the compression ratio to the reduced compressor air flow (Pcnd / Gpr), summarize and submit the control Igna for comparison element is formed of the difference signal of the current software and FACH / Gvpp values.
/RU №2432501 C1, F04D 27/00 Опубликовано 27.10.20011 г.// RU No. 2432501 C1, F04D 27/00 Published on 10.27.20011 /
В данном способе расход воздуха регулируют по функциональной зависимости от nпр, Р* вх,Р* к, Т* вх, αвна, что не обеспечивает требуемой точности измерений при возникновении критических нестационарных автоколебаний, (помпажа).In this method, the air flow is regulated according to the functional dependence on n pr , P * in , P * k , T * in , αvna , which does not provide the required measurement accuracy in the event of critical non-stationary self-oscillations, (surge).
Известен способ поддержания устойчивой работы компрессора и предотвращения отклонений параметров в газовых турбинах путем регулирования расхода топлива в камеру сгорания Gt во время резких изменениях нагрузки или во время помпажного цикла и предотвращает отклонение частоты вращения путем принятия упреждающего сигнала о внезапном полном или частичном сбросе нагрузки в виде генерирования сигнала регулирования по разомкнутому контуру.There is a method of maintaining stable compressor operation and preventing deviations of parameters in gas turbines by adjusting the fuel consumption in the combustion chamber Gt during sudden changes in load or during a surge cycle and prevents the speed deviation by receiving a pre-emptive signal about a sudden full or partial load shedding in the form of generation open loop control signal.
/ РФ №RU 2168044 С2, МПК F02C 9/28 Опубликовано: 27.05.2001 г.// RF №RU 2168044 C2, IPC F02C 9/28 Published: May 27, 2001 /
Данный способ предотвращает отклонения скорости вращения турбины благодаря наличию средств выявления помпажа и средств уменьшения расхода топлива. Недостатком данного способа является то, что его действия происходят после выявления помпажа, а не во время приближения к помпажной границе.This method prevents deviations in the speed of rotation of the turbine due to the presence of means for detecting surge and means to reduce fuel consumption. The disadvantage of this method is that its actions occur after the surge is detected, and not while approaching the surge border.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результаты является способ управления турбокомпрессорной установкой, включающий измерение изменений температуры и полного давления воздуха на входе в компрессор низкого давления двигателя, температуры газов за турбиной низкого давления, частоты вращения ротора низкого давления и давления воздуха за компрессором высокого давления, измерение расхода топлива и величин углов установки входного и направляющих аппаратов компрессора низкого давления и формирование по измеренным параметрам рабочей частоты вращения ротора низкого давления и формирование управляющих воздействий при регулировании частоты вращения ротора низкого давления по величине рассогласования между заданными программными и измеренными значениями параметров, /RU №2490492 С1, МПК F02С 9/00 Опубликовано: 20.08.2013 г./The closest in technical essence and the achieved results is a method of controlling a turbocompressor installation, including measuring changes in temperature and total air pressure at the inlet to the low pressure compressor of the engine, the temperature of the gases behind the low pressure turbine, the rotational speed of the low pressure rotor and the air pressure behind the high pressure compressor, measurement of fuel consumption and installation angles of the inlet and guide vanes of the low-pressure compressor and the formation of measured pa the parameters of the operating speed of the low pressure rotor and the formation of control actions when adjusting the frequency of rotation of the low pressure rotor according to the size of the mismatch between the specified program and measured parameter values, / RU No. 2490492 C1, IPC F02C 9/00 Published: 08/20/2013 /
Известный способ ограничивает расход топлива в камеру сгорания максимально заданным расходом и на режиме приемистости дополнительно изменяет положение направляющих аппаратов (НА) на их раскрытие, что обеспечивает повышение качества управления (ГТД) на переходных режимах, уменьшает время приемистости при сохранении заданных запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора. По измеренному значению частоты вращения ротора высокого давления п2 и температуры газов Т*т за турбиной низкого давления (ТНД), позволяет формировать заданное значение Gt, по значению n2 и Т*вх, что позволяет сформировать приведенное значение n2пр, и заданное положение НА. По показаниям датчиков определяют Gт и положение НА, сравнивают их с заданными и по величине их рассогласования формируют управляющее воздействия на Gт и положения НА. Способ реализуется заданием ограничения Т*т и измерением следующих параметров - n2, Т*вх, Р*вх, Р*к, Т*т, положениями рычага управления двигателем (РУД) и НА. Заданное максимальное значение Gт мах регулируют в зависимости от фактического положения НА.The known method limits the fuel consumption in the combustion chamber to a maximum specified flow rate and in the throttle response mode additionally changes the position of the guide vanes (ON) to open them, which improves the quality of control (GTE) in transition modes, reduces the throttle response while maintaining the specified reserves of gas-dynamic stability (GDU) ) compressor. Using the measured value of the rotational speed of the high-pressure rotor n2 and the gas temperature T * t behind the low-pressure turbine (LPT), it allows you to generate a given value of Gt, by the value of n2 and T * in, which allows you to generate a reduced value of n2pr and a predetermined HA position. According to the readings of the sensors, GT and the position of the HA are determined, they are compared with the set ones and, by the magnitude of their mismatch, a control action on GT and the positions of the HA are formed. The method is implemented by setting the constraint T * t and measuring the following parameters - n2, T * in, P * in, P * k, T * t, the positions of the engine control lever (ORE) and ON. The set maximum value of GT max is regulated depending on the actual position of the ON.
Данный способ повышает эффективность управления ГТД на переходных режимах, однако не обеспечивает работу компрессора в узком диапазоне рабочей зоны при испытаниях камер сгораний на стендах.This method improves the efficiency of control of gas turbine engines in transient conditions, however, it does not provide compressor operation in a narrow range of the working zone when testing combustion chambers on stands.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа управления турбокомпрессорной установкой, обеспечивающего ее работу в узкой рабочей зоне при максимальных значениях КПД, тем самым повышение экономичности турбокомпрессорной установки и ее эффективности при наземных испытаниях ГТД.The objective of the present invention is to develop a method for controlling a turbocompressor installation, ensuring its operation in a narrow working area at maximum efficiency values, thereby increasing the efficiency of the turbocompressor installation and its efficiency in ground-based tests of gas turbine engines.
Ожидаемый технический результат - предотвращение возникновения критических нестационарных автоколебаний частоты вращения ротора низкого давления, снижение расхода топлива, исключение неоправданных остановок.The expected technical result is to prevent the occurrence of critical non-stationary self-oscillations of the rotational speed of the low pressure rotor, reducing fuel consumption, eliminating unjustified stops.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном способе управления турбокомпрессорной установкой, включающем измерение изменений температуры и полного давления воздуха на входе в компрессор низкого давления двигателя, температуры газов за турбиной низкого давления, частоты вращения ротора низкого давления и давления воздуха за компрессором высокого давления, измерение расхода топлива и величин углов установки входного и направляющих аппаратов компрессора низкого давления и формирование по измеренным параметрам рабочей частоты вращения ротора низкого давления и формирование управляющих воздействий при регулировании частоты вращения ротора низкого давления по величине рассогласования между заданными программными и измеренными значениями параметров, по предложению до начала возникновения критических нестационарных автоколебаний частоты вращения ротора низкого давления, дополнительно измеряют статическое давление на входе в компрессор, полное давление за компрессором низкого давления и полное давление, не менее чем в двух точках в радиальном сечении к оси компрессора высокого давления, по статистически значимым относительно заданных значений измеренных величин с учетом статического давления, температуры, усредненного полного давления на входе в компрессор высокого давления и полного давления за компрессором низкого давления определяют расход воздуха соответствующий рабочей частоте вращения ротора низкого давления, а формирование управляющих воздействий производят по величине рассогласования между заданными программными значениями расхода воздуха и расхода воздуха определенного по значениям измеренных величин в интервале запаса устойчивости компрессора, при этом управляющее воздействие производят помпажной заслонкой, установленной на турбокомпрессорной установке.The expected technical result is achieved by the fact that in the known method of controlling a turbocompressor installation, including measuring changes in temperature and total air pressure at the inlet to the low pressure compressor of the engine, the temperature of the gases behind the low pressure turbine, the rotational speed of the low pressure rotor and the air pressure behind the high pressure compressor, measurement of fuel consumption and installation angles of the inlet and guide vanes of the low-pressure compressor and the formation of measured parameters p the secondary rotor speed of the low pressure rotor and the formation of control actions when adjusting the rotor speed of the low pressure rotor according to the size of the mismatch between the programmed and measured parameter values, on the proposal before the onset of critical unsteady oscillations of the rotor speed of the low pressure rotor, the static pressure at the compressor inlet is additionally measured , the total pressure behind the low-pressure compressor and the total pressure, at least at two points in the radial m section to the axis of the high pressure compressor, statistically significant relative to the set values of the measured values, taking into account static pressure, temperature, averaged total pressure at the inlet to the high pressure compressor and full pressure behind the low pressure compressor, determine the air flow rate corresponding to the operating speed of the low pressure rotor, and the formation of control actions is carried out according to the size of the mismatch between the specified program values of the air flow and air flow determined from the measured values in the range of margin of stability of the compressor, wherein the control action produces a surge damper mounted on the turbo-compressor unit.
Сущность изобретения основана на следующем:The invention is based on the following:
В известном решении дополнительно с помощью датчиков для определения скоростного напора π(λ) на входе в нагнетатель, до начала возникновения критических нестационарных автоколебаний частоты вращения ротора нагнетателя, измеряют статическое давление в мерном сечении на входе в компрессор-нагнетатель, измеряют полное давление, не менее чем в двух точках в радиальном сечении к оси компрессора-нагнетателя, что позволяет учитывать неравномерности, измерения давления на выходе компрессора - нагнетателя, Размещение более шести точек измерения по радиальному сечению является излишним, поскольку дальнейший учет неравномерностей измерения давления практически не отражается на результатах величины формируемого сигнала управления.In the known solution, additionally, using sensors to determine the velocity head π (λ) at the inlet of the supercharger, before the onset of critical non-stationary self-oscillations of the rotor speed of the supercharger, measure the static pressure in the measured cross section at the inlet to the compressor-supercharger, measure the total pressure, not less than than at two points in the radial section to the axis of the compressor-supercharger, which allows you to take into account irregularities, pressure measurements at the outlet of the compressor-supercharger, the placement of more than six points is measured A radial cross section is unnecessary, since further consideration of pressure measurement irregularities practically does not affect the results of the generated control signal.
Использование статистически значимых относительно заданных программных значений измеренных величин с учетом статического давления, температуры, усредненного полного давления на входе и выходе в компрессор-нагнетатель позволяет уточнить величину приведенного расхода воздуха соответствующего рабочей частоте вращения ротора нагнетателя. Используемое при этом измерение параметров методом дублирования двумя независимыми системами - двигательной и стендовой, взаимодействуя между собой через сервер по сети CAN, определяя достоверность расчета Gв, Пк двигательной системы, при необходимости корректируя эти значения результатами расчета стендовой измерительной системы, позволяет повысить точность и достоверность измерительных каналов.Using statistically significant measured values relative to specified program values, taking into account static pressure, temperature, averaged total pressure at the inlet and outlet of the compressor-compressor, it is possible to clarify the magnitude of the reduced air flow rate corresponding to the operating speed of the compressor rotor. The measurement of parameters used in this way by duplication by two independent systems — the propulsion and bench systems, interacting with each other through the server via the CAN network, determining the reliability of the calculation of Gb and Pc of the motor system, and, if necessary, correcting these values with the results of the calculation of the bench measuring system, improves the accuracy and reliability of the measurement channels.
По измеренным значениям Nк, Твх, Р*вх, Р*к и рассчитанным значениям Nк пр и Пк, определяют интервал допустимых значений приведенного расхода воздуха, соответствующего работе компрессора-нагнетателя в узкой рабочей зоне, исключающее возникновение критических нестационарных автоколебаний частоты вращения ротора нагнетателя и обеспечивающее максимальный КПД установки. Формирование управляющих воздействий производят по величине рассогласования между математически заданными программными значениями приведенного расхода воздуха и приведенного расхода воздуха определенного по значениям измеренных величин в интервале допустимого запаса устойчивости компрессора определяют величину (угол) приоткрытая противопомпажной заслонки, позволяющее рабочую точку компрессора-нагнетателя вернуть в заданную рабочую зону, причем управляющее воздействие производят помпажной заслонкой, установленной на турбокомпрессорной установке, по заранее оттарированной шкале.From the measured values of Nk, Tvh, P * vkh, P * k and the calculated values of Nk pr and Pk, the interval of permissible values of the reduced air flow corresponding to the operation of the compressor-supercharger in a narrow working area is determined, eliminating the occurrence of critical non-stationary oscillations of the rotor speed of the supercharger and providing maximum installation efficiency. The formation of control actions is carried out according to the size of the mismatch between the mathematically specified program values of the reduced air flow rate and the reduced air flow rate determined from the values of the measured values in the range of the compressor’s allowable margin of safety, the magnitude (angle) of the ajar anti-surge damper is determined, which allows the operating point of the compressor-blower to return to the specified working area moreover, the control action is produced by the surge damper mounted on the turbocom spring installation on a pre-Tare the scale.
Изобретение реализуется на турбокомпрессорной установке оснащенной системой управления положением помпажной заслонки, установленной на турбокомпрессорной установке.The invention is implemented on a turbocompressor installation equipped with a position control system for a surge damper mounted on a turbocompressor installation.
На рис приведена схема алгоритма управления турбокомпрессорной установкой реализуемого системой управленияThe figure shows a diagram of the control algorithm of a turbocompressor installation implemented by the control system
Система управления положением помпажной заслонки реализует алгоритм управления положением помпажной заслонки, который представлен в виде модулей заданного определенного назначения, преобразующих поступающие и формирующих управляющие сигналы с помощью блоков устройств внутри системы.The control system of the position of the surge damper implements the algorithm for controlling the position of the surge damper, which is presented in the form of modules of a given specific purpose, converting incoming and generating control signals using device units inside the system.
Алгоритм управления положением помпажной заслонки содержит:The control algorithm for the position of the surge damper contains:
(А) "измерительный модуль" - средство сбора данных с датчиков систем статически-изменяемых параметров, осуществляющее аппаратный опрос измерительных каналов с частотой до 100 Гц с одновременной регистрацией информации непосредственно на контроллере или персональном компьютере ПК;(A) “measuring module” - a means of collecting data from sensors of systems of statically variable parameters, performing hardware polling of measuring channels with a frequency of up to 100 Hz with simultaneous recording of information directly on the controller or PC personal computer;
(В) "вычислительный модуль" При поступлении в него измерительной информации производит накопление данных, грубую отбраковку параметров, определение режимов и расчеты моделей по различным методикам;(B) “computational module” When measuring information is received therein, it accumulates data, roughly rejects parameters, determines modes and calculates models using various techniques;
В вычислительный модуль в соответствии с предложением входит "модуль сравнения".In accordance with the proposal, a “comparison module” is included in the computing module.
(С) "модуль сравнения" - средство сравнения, обеспечивает сравнение результатов работы математической модели с использованием рассчитанной информации и математической модели реального времени, обеспечивает проведение отбраковки данных статистическими методами, выбор расчетных значений расхода воздуха и определение достоверности расчета расхода воздуха, необходимого для управления противопомпажной заслонкой и выявление степени приближения к помпажной границе;(C) “comparison module” - a means of comparison, provides a comparison of the results of the mathematical model using the calculated information and a real-time mathematical model, provides data screening by statistical methods, the choice of calculated values of the air flow and the reliability of the calculation of the air flow necessary to control the surge damper and revealing the degree of approach to the surge border;
(F) "модуль обмена" обеспечивает передачу данных от "вычислительного модуля" на "исполнительный модуль", а также контролирует корректность принятой информации и скорость обмена данными;(F) the “exchange module” provides data transmission from the “computing module” to the “executive module”, and also controls the correctness of the received information and the speed of data exchange;
(D) "исполнительный модуль" обеспечивает оператора всей необходимой информацией для принятия решения о частичном открытии противопомпажной заслонки, а также осуществляет ее автоматическое полное открытие в случае, когда выявлен помпаж в случае отключения команды "блокировка" при признании расчета достоверным. Пример Способ осуществляли на турбокомпрессорной установке газотурбинного двигателя АЛ31СТ и нагнетателя 10РМ при испытании на камерном стенде. На рисунке приведена схема реализованного способа.(D) the "executive module" provides the operator with all the necessary information to make a decision on the partial opening of the anti-surge damper, and also performs its automatic full opening in the event that surging is detected in the event of disconnection of the "lock" command when the calculation is recognized as reliable. Example. The method was carried out on a turbocompressor installation of an AL31ST gas turbine engine and a 10RM supercharger when tested on a chamber bench. The figure shows a diagram of the implemented method.
Перед началом испытаний двигатель предварительно препарировали датчиками, предусмотренными по известной схеме испытаний и дополнительно датчиками, предусмотренными в соответствии с предложенным способом.Before starting the test, the engine was pre-prepared with sensors provided by the known test scheme and additionally by sensors provided in accordance with the proposed method.
На испытательном стенде собирали информацию с различных типов измерительной аппаратуры, для каждого из которых разработана индивидуальная система сбора данных (ССД). Сбор, регистрация и передача данных на сервер стенда на каждой ССД производилась с частотой 100 Гц. Все ССД объединены в общую подсеть Ethernet (технология пакетной передачи данных) и поддерживали скорость 1 Гбит/с для ПК и 100 Мбит/с для контроллеров. Сервер стенда подключен к обеим подсетям Ethernet (ССД и автоматизированного рабочего места (АРМ)) и поддерживает скорость 1 Гбит/с для каждой. Через «подсеть ССД» сервер получает данные со всех ССД и формирует единый пакет данных для всей системы измерений «Статика». Сервер осуществляет рассылку единого пакета данных с частотой 100 Гц на все АРМы, поддерживающие скорость 1 Гбит/с через «подсеть АРМ». АРМы предназначены для приема, обработки, отображения и регистрации данных, допускового контроля параметров, формирования замерных протоколов и др. ПО «АРМ Статика» является универсальным, но каждый АРМ настраивается индивидуально для специалистов отдельных служб. Основные алгоритмы программ (определения условий, быстродействующая математическая модель, и т.д.) встроены в ПО «АРМ Статика» на ПК «АРМ расчетной бригады». На этом ПК производится настройка параметров программного модуля перед запуском, обработка данных в соответствии с алгоритмами ММ, отображение информации и выдача рекомендаций в процессе запуска. Выдаваемые рекомендации через «подсеть АРМ» поступают на ПК «АРМ сменного инженера» и на два АРМ техника стенда», после чего сменный инженер принимает окончательное решение о необходимых действиях.At the test bench, information was collected from various types of measuring equipment, for each of which an individual data collection system (SSD) was developed. The collection, registration and transmission of data to the stand server on each SSD was performed with a frequency of 100 Hz. All SSDs are integrated into a common Ethernet subnet (packet data technology) and support the speed of 1 Gbit / s for PC and 100 Mbit / s for controllers. The stand server is connected to both Ethernet subnets (SSD and workstation) and supports 1 Gbit / s for each. Through the “SSD subnet”, the server receives data from all SSDs and forms a single data packet for the entire Static measurement system. The server distributes a single data packet with a frequency of 100 Hz to all workstations supporting a speed of 1 Gbit / s via the “workstation subnet”. Workstations are intended for receiving, processing, displaying and recording data, tolerance control of parameters, generation of measurement protocols, etc. The “Workstation Statics” software is universal, but each workstation is configured individually for specialists of individual services. The main program algorithms (determination of conditions, high-speed mathematical model, etc.) are built into the “Workstation Statics” software on the “Workstation of the calculation team” PC. On this PC, you configure the parameters of the software module before starting, process the data in accordance with the MM algorithms, display information and issue recommendations during the launch. Issued recommendations through the “AWP subnet” are sent to the PC “Workstation of a shift engineer” and two workstations technician workstation ”, after which the shift engineer makes the final decision on the necessary actions.
Помехи, наличие некорректных измерений, сбои в процессе передачи данных от измерительной аппаратуры до автоматизированного рабочего места оператора исключаются грубой отбраковкой. Идет накопление данных 20 срезов (кадров), их осреднение, и при превышении следующего среза (кадра) осредненного значения в 20 раз, измерение отбраковывается.Interference, the presence of incorrect measurements, failures in the process of transmitting data from the measuring equipment to the operator’s workstation are ruled out by rough rejection. There is an accumulation of data of 20 slices (frames), their averaging, and when the next slice (frame) exceeds the averaged value by 20 times, the measurement is rejected.
Для учета условий стендовых испытаний двигателей разработана программа «Определение режима», которая во время испытаний фиксирует параметры режима, особенности протекания рабочего процесса в двигателе. Условия режима записываются в электронный протокол, которые влияют на величину и допуск ожидаемого параметра.To take into account the conditions of bench tests of engines, the program “Determination of the regime” was developed, which during the tests fixes the parameters of the regime, especially the flow of the working process in the engine. The conditions of the mode are recorded in the electronic protocol, which affect the value and tolerance of the expected parameter.
Слежение за корректностью измерений основных параметров обеспечивается методом дублирования замеров штатной и стендовой систем измерений, а также проверкой корреляционных связей основных параметров.Monitoring the accuracy of measurements of the main parameters is ensured by the method of duplication of measurements of the standard and bench measurement systems, as well as by checking the correlation of the main parameters.
Измеренные данные, после отбраковки поступают в расчетную часть вычислительного модуля, состоящую их трех частей. В первой части использовались данные стендовой измерительной системы (в табл. 1 №5.1, 6.1, 8.1, 12, 14.1), во второй части данные двигательной системы (в табл. 1 № 5.2, 7, 9, 13, 14.2), а в третьей дополнительные данные стендовой измерительной системы (в табл.1 №1, 4, 6.2, 8.2, 10, 11, 14.1).The measured data, after rejection, enters the calculated part of the computing module, which consists of three parts. In the first part, the data of the bench measuring system were used (in Table 1 No. 5.1, 6.1, 8.1, 12, 14.1), in the second part the data of the motor system (in Table 1 No. 5.2, 7, 9, 13, 14.2), and third additional data bench measuring system (in table 1 No. 1, 4, 6.2, 8.2, 10, 11, 14.1).
Результаты расчетных данных:The results of the calculated data:
Из расчетных модулей данные Gв сравниваются с ожидаемыми данными по математической модели (ММ). В ММ заходят данные оборотов нагнетателя, (в табл. 1 №14.1), температуры входа в нагнетатель (в табл. 1 №1, 4, 5.1), полные давления входа (в табл. 1 №6.1, 6.2,), выхода из нагнетателя (в табл. 1 №10, 11, 12) и статическое давление на входе (в табл. 1 №8.1, 8.2).From the calculation modules, the data Gв are compared with the expected data according to the mathematical model (MM). The MM includes data on the revolutions of the supercharger, (in Table 1 No. 14.1), the temperature of the inlet to the supercharger (in Table 1 No. 1, 4, 5.1), the total inlet pressures (in Table 1 No. 6.1, 6.2,), the exit from a supercharger (in table 1 No. 10, 11, 12) and a static inlet pressure (in table 1 No. 8.1, 8.2).
Для отсеивания выпадающих точек применяются методы математической статистики, которые реализуются стандартным математическим обеспечением.For sifting out drop-down points, methods of mathematical statistics are applied, which are implemented by standard mathematical software.
Для измерения расхода воздуха и степени повышения давления и управления противопомпажной заслонкой нагнетателя использовались средства сбора данных, приведенные в Таблице 1:To measure air flow and the degree of increase in pressure and control the surge damper of the supercharger, the data collection tools shown in Table 1 were used:
Расчетные данные, полученные при испытании двигателя и нагнетателя приведены в Таблица 2.The calculated data obtained during testing of the engine and supercharger are shown in Table 2.
На основании результатов работы математической модели, после проведения отбраковки статистическими методами, осуществляется выбор значения расхода воздуха для управления противопомпажной заслонкой. На вход модуля выбора подаются три значения расхода воздуха: два канала от стендовой системы и один канал от двигательной системы. Производится сравнение значений Gв стендовой системы Gв_1кол=14,23 кг/с и Gd_2кол=14,30 кг/с и в случае рассогласования между ними не более 0,7% (в данном примере ΔGв_1-2к=0,516%) от величины расхода на первом канале, устанавливается среднее арифметическое значение между двумя каналами Gв=14,29 кг/с, сигналу выбора канала расхода присваивается значение "0". В случае превышения величины рассогласования между каналами, вычисляется среднее арифметическое значение между всеми входными каналами, с учетом коэффициента подобия стендовой и двигательной системы, после чего по наименьшему рассогласованию между средним арифметическим значением и значениями каналов стендовой системы, устанавливается значение одного из каналов, сигналу выбора канала расхода присваивается номер выбранного канала.Based on the results of the mathematical model, after the rejection by statistical methods, the air flow rate is selected to control the surge damper. Three values of air flow are fed to the input of the selection module: two channels from the bench system and one channel from the propulsion system. The values of Gv of the bench system are compared Gv_1kol = 14.23 kg / s and Gd_2kol = 14.30 kg / s and in case of mismatch between them no more than 0.7% (in this example ΔGv_1-2k = 0.516%) of the flow rate by the first channel, the arithmetic mean value is set between the two channels Gв = 14.29 kg / s, the signal of the choice of the flow channel is assigned the value "0". If the mismatch between the channels is exceeded, the arithmetic mean value between all input channels is calculated, taking into account the similarity coefficient of the bench and motor systems, after which the value of one of the channels, the channel selection signal is set using the smallest mismatch between the arithmetic average and the bench system channels. the flow is assigned the number of the selected channel.
После выбора значения расхода воздуха определяется достоверность расчета расхода. На вход модуля определения достоверности кроме установленного значения расхода воздуха и сигнала выбора канала расхода подаются три канала из модуля определения режимов: два канала режима N11 и N22 (стендовая и двигательная система) и режим по AL РУД. Расчет расхода воздуха считается достоверным, если значение сигнала выбора канала расхода равно "0", а значения всех каналов режимов не превышают "1" (в данном примере «режим» = 0). В противном случае расчет признается недостоверным, а также по наибольшему значению канала режима определяется признак режима недостоверности. Если определился признак недостоверности, то идет команда «блокировки» автоматического управления противопомпажной заслонки от расхода воздуха, а остается автоматическое управление от перепада давления на выходе из компрессора.After choosing the value of air flow, the reliability of the calculation of the flow is determined. In addition to the set value of the air flow rate and the signal for selecting the flow rate channel, there are three channels from the mode determination module: two channels of mode N11 and N22 (bench and propulsion system) and the mode according to AL ORE . The calculation of air flow is considered reliable if the value of the signal for selecting the flow channel is "0", and the values of all channels of the modes do not exceed "1" (in this example, "mode" = 0). Otherwise, the calculation is recognized as unreliable, and the sign of the mode of unreliability is determined by the highest value of the mode channel. If a sign of inaccuracy is determined, then the “block” command for automatic control of the anti-surge damper from the air flow is issued, and automatic control from the differential pressure at the outlet of the compressor remains.
Идет сигнал оператору о «блокировке», который принимает решение или отключить «блокировку», или перейти в ручной режим.There is a signal to the operator about the "lock", which makes a decision to either disable the "lock", or switch to manual mode.
В ММ заложены реперные точки линии рабочих режимов (ЛРР), верхней и нижней границ зоны допустимых режимов, зона подключения противопомпажной системы и ее границы (табл. 3). По рассчитанным и измеренным данным определяются граничные и допусковые режимы работы нагнетателя согласно Таблице 3, по ним и измеренным приведенным оборотам нагнетателя определяют:MM includes reference points of the line of operating modes (LRR), the upper and lower boundaries of the zone of permissible modes, the connection zone of the anti-surge system and its boundary (Table 3). Based on the calculated and measured data, the boundary and tolerance modes of the supercharger are determined according to Table 3, and from them and the measured reduced revolutions of the supercharger are determined:
приведенный расход на ЛРР = Gв пр лрр = 14,23 кг/с;reduced flow rate for LRR = Gv pr lrr = 14.23 kg / s;
приведенный расход на вгз = Gв пр вгз = 13,93 кг/с;reduced flow rate for VGZ = GV pr VGZ = 13.93 kg / s;
приведенный расход на нгз = Gв пр нгз = 14,40 кг/с;reduced flow rate for NGZ = GV pr NGZ = 14.40 kg / s;
приведенный расход на границе помпажа = Gв пр гр пом = 13,84 кг/с;reduced flow rate at the surge boundary = Gв CR gr pom = 13.84 kg / s;
приведенный расход на зоне подключения ППС = Gb пр ппс = 13,93 кг/с.reduced flow rate at the connection zone of PPP = Gb pr ppp = 13.93 kg / s.
Определение режима положения рабочей точки нагнетателя происходит следующим образом: «0» - рабочая точка находится на ЛРР; «1» - рабочая точка пересекла нижнюю границу зоны допустимых режимов; «2» - рабочая точка пересекла верхнюю границу зоны допустимых режимов; «3» - рабочая точка пересекла помпажную границу зоны допустимых режимов. Далее сравнивают полученные из ММ значения Gв пр лрр, Gв пр вгз, Gв пр нгз, Gв пр гр пом, Gв пр ппс с измеренным расходом воздуха и в зависимости от в какой зоне находится измеренный Gв пр идет команда на противопомпажную заслонку (% открытие, полное открытие или нет сигнала). При режиме работы «3» помпажная заслонка открывается на величину, определенную оператором (38%) или модельными данными, полученными от стенда, достаточную для возращения рабочей точки на ЛРР. После возвращения на режим работы равный «0», помпажная заслонка начинает закрываться с минимально возможной скоростью, с целью обеспечения плавной регулировки и поддержания рабочей точки регулятором основной заслонки перепуска. В данном примере заслонка не приоткрывается, так как ММ показала положение рабочей точки «0».Determination of the position of the operating point of the supercharger is as follows: "0" - the operating point is located on the LRR; “1” - the operating point crossed the lower boundary of the zone of permissible modes; "2" - the operating point crossed the upper boundary of the zone of permissible modes; “3” - the operating point crossed the surge boundary of the zone of permissible modes. Next, the values obtained from the MM are compared Gv prlrr, Gv prvgz, Gv prngz, Gv prgomp, Gv prpc with the measured air flow and depending on which zone the measured Gv pr is in, the anti-surge damper command (% opening, full opening or no signal). In operating mode “3”, the surge damper opens by an amount determined by the operator (38%) or by model data received from the stand, sufficient to return the operating point to the LRR. After returning to the operating mode equal to "0", the surge damper starts to close at the lowest possible speed, in order to ensure smooth adjustment and maintenance of the operating point by the regulator of the main bypass damper. In this example, the shutter does not open, as MM showed the position of the operating point "0".
В других случаях для управления процессом возникновения критических нестационарных автоколебаний компрессора нагнетателя, в результате обработки информации устанавливается необходимость перемещения помпажной заслонки. Поэтому в ММ заложена зависимость % открытия противопомпажной заслонки на требуемое ΔGв пр и ΔПк. Для повышения надежности и избежание ложных срабатываний дополнительно для расчетов используются также данные, рассчитанные стендовой системой и принятые по линии обмена.In other cases, to control the process of occurrence of critical non-stationary self-oscillations of the compressor of the supercharger, as a result of information processing, the need for moving the surge damper is established. Therefore, in the MM, the dependence of the% opening of the anti-surge damper on the required ΔG in pr and ΔPk is laid. To increase reliability and avoid false positives, in addition to calculations, data also calculated by the bench system and received via the exchange line are used.
Применение изобретения помогает предотвратить возникновение критических нестационарных автоколебаний частоты вращения ротора компрессора-нагнетателя, позволяет обеспечить управление турбокомпрессорной установкой и ее работу в узкой рабочей зоне при максимальных значениях КПД и заданных запасов его газодинамической устойчивости компрессора, обеспечивает заданное равномерное поле давления и температур на рабочие места, снижает расход топлива и исключает неоправданные остановки турбокомпрессорной установки.The application of the invention helps to prevent the occurrence of critical non-stationary self-oscillations of the rotor speed of the compressor-supercharger, allows control of the turbocompressor installation and its operation in a narrow working area at maximum efficiency and given reserves of its gas-dynamic stability of the compressor, provides a predetermined uniform pressure and temperature field to workplaces, reduces fuel consumption and eliminates unjustified shutdowns of a turbocompressor installation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129676A RU2702714C1 (en) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | Control method of turbo-compressor unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129676A RU2702714C1 (en) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | Control method of turbo-compressor unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2702714C1 true RU2702714C1 (en) | 2019-10-09 |
Family
ID=68170694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018129676A RU2702714C1 (en) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | Control method of turbo-compressor unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2702714C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1562534A1 (en) * | 1987-10-26 | 1990-05-07 | Казанский Химико-Технологический Институт Им.С.М.Кирова | Device for controlling compressor capacity |
| RU2273831C1 (en) * | 2004-09-06 | 2006-04-10 | Институт проблем управления сложными системами РАН (ИПУСС РАН) | Method of detecting surging and of evaluation of parameters of surging oscillations in compressors of gas-turbine assemblies |
| RU2490492C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Control method of gas-turbine engine, and system for its implementation |
| RU2638896C1 (en) * | 2017-03-14 | 2017-12-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for diagnosing surging of gas turbine engine compressor and device for its implementation |
-
2018
- 2018-08-15 RU RU2018129676A patent/RU2702714C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1562534A1 (en) * | 1987-10-26 | 1990-05-07 | Казанский Химико-Технологический Институт Им.С.М.Кирова | Device for controlling compressor capacity |
| RU2273831C1 (en) * | 2004-09-06 | 2006-04-10 | Институт проблем управления сложными системами РАН (ИПУСС РАН) | Method of detecting surging and of evaluation of parameters of surging oscillations in compressors of gas-turbine assemblies |
| RU2490492C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Control method of gas-turbine engine, and system for its implementation |
| RU2638896C1 (en) * | 2017-03-14 | 2017-12-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for diagnosing surging of gas turbine engine compressor and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110717219B (en) | Method and device for acquiring inlet flow of air compressor in complete machine state of aero-engine | |
| CA2398248C (en) | Diagnostic method and system for turbine engines | |
| US9556798B2 (en) | Systems and methods for measuring a flow profile in a turbine engine flow path | |
| US10260425B2 (en) | Leak detection, isolation and accommodation assembly for gas turbine engines | |
| US6532433B2 (en) | Method and apparatus for continuous prediction, monitoring and control of compressor health via detection of precursors to rotating stall and surge | |
| US8311684B2 (en) | Output flow control in load compressor | |
| CA2852299C (en) | Engine operations support systems and methods for reducing fuel flow | |
| CN110080833B (en) | Method for evaluating frequency modulation capability of high-speed governing valve of steam turbine for improving peak shaving of unit | |
| CN109885023B (en) | Semi-physical simulation test system of gas turbine control system | |
| RU2559718C2 (en) | System and method of adjustment/calibration of families of turbomachine stages | |
| CN107103167B (en) | DEH speed regulation function diagnosis method and system for load shedding working condition | |
| JP5845705B2 (en) | Gas turbine performance estimation device | |
| CN110646193B (en) | Test method for obtaining flow characteristic of high-pressure regulating valve of steam turbine | |
| US10197472B2 (en) | Method for performing maintenance on an engine | |
| RU2354851C1 (en) | Method of controlling compressor operating conditions and device to this end | |
| RU2702714C1 (en) | Control method of turbo-compressor unit | |
| JP2003314305A (en) | Gas turbine control device, gas turbine system, and gas turbine control method | |
| CN108760329B (en) | Low-pressure turbine noise test method and improvement method thereof | |
| JP6801968B2 (en) | Gas turbine control device and control method, and gas turbine | |
| RU2691273C1 (en) | Turbocharger control system | |
| CN107560864B (en) | Method and apparatus for scale monitoring and prediction in combustors | |
| CN111720218B (en) | Signal response monitoring for turbine engines | |
| RU2665142C1 (en) | Method of flight diagnostics of units of turbofan engine with flow mixing | |
| JP4523826B2 (en) | Gas turbine monitoring device and gas turbine monitoring system | |
| RU2817573C1 (en) | Method for diagnosing and countering failures of sensors of controlled parameters of two-channel electronic automatic control system of gas turbine engine |