RU2720059C1 - Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber - Google Patents

Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2720059C1
RU2720059C1 RU2019119363A RU2019119363A RU2720059C1 RU 2720059 C1 RU2720059 C1 RU 2720059C1 RU 2019119363 A RU2019119363 A RU 2019119363A RU 2019119363 A RU2019119363 A RU 2019119363A RU 2720059 C1 RU2720059 C1 RU 2720059C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
combustion chamber
afterburner
value
engine
Prior art date
Application number
RU2019119363A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Маркович Зеликин
Виктор Владимирович Королев
Николай Дмитриевич Крылов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") filed Critical Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО")
Priority to RU2019119363A priority Critical patent/RU2720059C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2720059C1 publication Critical patent/RU2720059C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26Control of fuel supply
    • F02C9/28Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

FIELD: engine building.
SUBSTANCE: invention relates to aircraft engine building and can be used in electronic-hydromechanical systems for automatic control of multi-mode gas turbine engines (GTE) with afterburner combustion chamber (ACC). In the known method for control of gas turbine engine with afterburner combustion chamber (ACC) additionally measuring area of critical section of jet nozzle, generating a signal F equal to the ratio of the degree of reduction of gas pressure on the turbine to the measured area of the critical cross-section of the jet nozzle, generating a signal Frat equal to the ratio of the deviation of the current value of the signal F from its average value to its average value, preliminary by results of tests determining values Fgr and Fgr2, corresponding to values of signal Frat at start-up and extinction of afterburner respectively, when the signal Frat exceeds the preset positive value Fgr, the combustion in the afterburner combustion chamber is determined and the augmenter of the afterburner combustion chamber is switched off, and at start of afterburner combustion chamber with reduction of signal Frat below lower preset negative value Fgr2, extinguishing of afterburner combustion chamber is determined and supply of fuel into augmenter is stopped.
EFFECT: higher reliability of determination of combustion in afterburner combustion chamber, reduced weight of engine due to exclusion of flame sensors in afterburner combustion chamber and electric wires to them, and also increased speed of reaction of system in part of detection of combustion of fuel in afterburner combustion chamber.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) с форсажной камерой сгорания (ФКС).The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in electronic-hydromechanical systems for automatic control of multi-mode gas turbine engines (GTE) with afterburner combustion chamber (FCC).

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания (ФКС), заключающийся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем (РУД), и расходу топлива в основную камеру (ОКС) сгорания (основной расход топлива) управляют расходом топлива в ФКС, по измеренным положению РУД и перепаду давлений газа на турбине двигателя управляют гидроцилиндрами привода створок реактивного сопла (PC), по измеренным положению РУД давлению воздуха за компрессором и температуре воздуха на входе в двигатель формируют заданное значение пускового расхода топлива в ФКС, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, отключают пусковой расход форсажного топлива и агрегат «огневой дорожки», увеличивают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 5%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, уменьшают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 5%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, увеличивают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 10%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, уменьшают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 10%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, изменяют заданное значение пускового расхода форсажного топлива с дискретность 5%и повторяют всю процедуру запуска ФКС и делают это до тех пор, пока не будет зафиксирован розжиг ФКС, если изменение заданного расхода топлива превысило 50%, а розжиг ФКС не произошел, попытки запуска ФКС прекращают и проводят внеочередной регламент двигателя, (см. патент РФ №2432478, кл. F02C 9/34, 2006 г.).Closest to the claimed invention in technical essence and the technical result achieved is a method of controlling a gas turbine engine with afterburner combustion chamber (FCC), which consists in the fact that the measured air temperature at the engine inlet, air pressure behind the compressor, the position of the engine control lever (ORE ), and the fuel consumption in the main combustion chamber (ACS) (main fuel consumption) is controlled by the fuel consumption in the FCC, according to the measured position of the ore and the differential pressure of the gas on the engine turbine unit They are called hydraulic cylinders for driving the shutter of the jet nozzle (PC), according to the measured throttle position, the air pressure behind the compressor and the air temperature at the engine inlet form a set value for the starting fuel consumption in the FCC, the starting fuel consumption of the afterburning fuel is fed to the FCC, the firing track unit is turned on and controlled ignition FKS according to the measured temperature of the gas in the FKS, if the ignition FKS did not occur, turn off the starting fuel consumption of the afterburner fuel and the unit of the fire track, increase the set value of the starting consumption of the afterburner fuel by 5%, feed into the FCC the starting consumption of afterburning fuel, turn on the firing track unit and control the ignition of the FCC according to the measured gas temperature in the FCC, if the FCC does not ignite, reduce the set value of the starting consumption of afterburning fuel by 5%, and submit it to the FCC boost fuel starting fuel, turn on the firing track unit and control the ignition of the FCS according to the measured gas temperature in the FCS, if the FCS is not ignited, increase the set value of the boost fuel starting fuel by 10%, feed the FCS starting flow fossil fuels, turn on the firing track unit and control the ignition of the FCS according to the measured temperature of the gas in the FCC, if the FKS ignition does not occur, reduce the set value of the starting fuel consumption of afterburner fuel by 10%, feed the starting flow rate of the afterburning fuel to the FCC, turn on the firing track unit »And control the ignition of the FCC according to the measured temperature of the gas in the FCC, if the ignition of the FCC did not occur, change the set value of the starting consumption of afterburning fuel with a resolution of 5% and repeat the entire procedure for starting the FCC and do this until Single latches FCC ignition if a predetermined fuel flow rate change exceeded 50% and the FCC ignition has not occurred, start-up attempts carried out is stopped and FCC regulations extraordinary engine (see. RF patent No. 2432478, cl. F02C 9/34, 2006).

В результате анализа данного способа необходимо отметить, что в выбранном способе управления контролируют запуск ФКС по измеренной температуре газа в ФКС. Температура газа в ФКС может достигать 2000 К, измерение таких высоких температур является технически сложной задачей. Например, при использовании термопар для измерения их необходимо защищать от высоких температур специальным продуваемым корпусом, который повышает время реакции термопары на изменение температуры в ФКС, что приводит к задержкам в формировании сигнала горения. Подобные задержки недопустимы на режимах разбега и взлета летательного аппарата. Работа термопар при высоких температурах снижает их ресурс, что приводит к росту эксплуатационных расходов.As a result of the analysis of this method, it should be noted that in the selected control method, the start of the FCC is controlled by the measured gas temperature in the FCC. The gas temperature in the FCC can reach 2000 K, the measurement of such high temperatures is technically challenging. For example, when using thermocouples to measure them, it is necessary to protect them from high temperatures with a special purged housing that increases the reaction time of the thermocouple to a temperature change in the PCF, which leads to delays in the formation of the combustion signal. Such delays are unacceptable in the take-off and take-off modes of the aircraft. The operation of thermocouples at high temperatures reduces their resource, which leads to an increase in operating costs.

Кроме того в выбранном способе управления контролируют запуск ФКС по сигналу ионизационного датчику пламени. Недостатком подобного решения является снижение надежности обнаружения горения ФКС по мере выработки ресурса т.к. подобные датчики, будучи установлены непосредственно в ФКС, «обгорают» и их чувствительность снижается.In addition, in the selected control method, the start of the FCC is controlled by the signal of the flame ionization sensor. The disadvantage of this solution is the decrease in the reliability of detection of combustion of the FCC as the resource is depleted. such sensors, when installed directly in the FCC, “burn out” and their sensitivity decreases.

Для обработки данного датчика необходимо обеспечить питание датчика напряжением 400 В с частотой 2000 Гц. Такие требования приводят к усложнению аппаратуры и увеличению ее габаритов, а так же снижению надежности.To process this sensor, it is necessary to provide power to the sensor with a voltage of 400 V with a frequency of 2000 Hz. Such requirements lead to a complication of the equipment and an increase in its dimensions, as well as a decrease in reliability.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности определения горения в ФКС, снижение веса двигателя за счет исключения датчиков пламени в ФКС и электрических проводов к ним, а также повышение скорости реакции системы в части обнаружения горения топлива в ФКС.The technical result of the present invention is to increase the reliability of determining combustion in the FCC, reducing the weight of the engine by eliminating flame sensors in the FCC and electrical wires to them, as well as increasing the reaction rate of the system in terms of detecting fuel combustion in the FCC.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном способе управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания (ФКС), в котором по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем (РУД) управляют расходом топлива в ФКС, измеряют степень понижения давления газа на турбине двигателя, управляют агрегатом запуска ФКС, новым является то, что дополнительно измеряют площадь критического сечения реактивного сопла, формируют сигнал F, равный отношению степени понижения давления газа на турбине к измеренной площади критического сечения реактивного сопла, формируют сигнал Fотн, равный отношению отклонения текущего значения сигнала F от его среднего значения к его среднему значению, предварительно по результатам испытаний нескольких образцов двигателей определяют пороговые величины Fгр и Fгp2, соответствующие значениям сигнала Fотн при запуске и погасании форсажной камеры соответственно, при превышении сигналом Fотн наперед заданной положительной величины Fгр определяют горение в ФКС и отключают агрегат запуска ФКС, а при запущенной ФКС при снижении сигнала Fотн ниже наперед заданной отрицательной величины Fгр2 определяют погасание ФКС и прекращают подачу топлива в ФКС.The specified technical result is achieved due to the fact that in the known method of controlling a gas turbine engine with afterburner combustion chamber (FCC), in which the fuel consumption is controlled by the measured air temperature at the engine inlet, air pressure behind the compressor, position of the engine control lever (ORE) FCC, measure the degree of decrease in gas pressure on the engine turbine, control the FCC start-up unit, new is that they additionally measure the critical sectional area of the jet nozzle, form the signal F equal to the ratio of the degree of decrease in gas pressure on the turbine to the measured critical cross-sectional area of the jet nozzle, a signal Frel is generated, which is equal to the ratio of the deviation of the current value of the signal F from its average value to its average value; first, threshold values Fgr and Fgp2 are determined from the results of tests of several engine samples corresponding to the values of the signal Frel when starting and extinguishing the afterburner, respectively, when the signal Frel exceeds the predetermined positive value Fgr before burning in the FCC and turn off the FCC start-up unit, and when the FCC is started, when the signal Frel decreases below the predetermined negative value Fgr2, the FCC extinction is determined and the fuel supply to the FCC is stopped.

В частном случае реализации заявленного способа величину Fгр снижают при уменьшении давления за компрессором.In the particular case of the implementation of the claimed method, the value of Fg is reduced with decreasing pressure behind the compressor.

В частном случае реализации заявленного способа величину Fгр2 повышают по абсолютной величине по мере повышения степени форсирования двигателя.In the particular case of the implementation of the inventive method, the value of Fg2 is increased in absolute value as the degree of boosting the engine increases.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена схема системы управления ГТД.The essence of the claimed invention is illustrated by graphic materials on which a diagram of a gas turbine engine control system is presented.

Система управления расходом топлива в ГТД содержит задатчик 1 топлива в ФКС 2, ко входам которого подключены датчик 3 температуры на входе в двигатель, датчик 4 положения РУД, датчик 5 давления воздуха за компрессором. Система так же содержит первый и второй делители 6 и 7; к первому входу первого делителя 6 подключен датчик 5 давления воздуха за компрессором, ко второму входу первого делителя 6 подключен датчик 8 давления газа за турбиной, выход первого делителя 6 связан с первым входом второго делителя 7, ко второму входу которого подключен датчик 9 площади критического сечения реактивного сопла. Выход второго делителя 7 подключен к фильтру 10 среднего значения и к первому входу сумматора 11, ко второму входу которого подключен выход фильтра 10, так же выход фильтра 10 связан со вторым входом третьего делителя 12, с первым входом которого связан выход сумматора 11. Выход делителя 12 подключен к первому компаратору 13 с порогом срабатывания Fгр и через первый ключ 14 ко второму компаратору 15 с порогом срабатывания Fгр2. Первый компаратор 13 подключен к управляющему входу первого ключа 14 и к управляющему входу второго ключа 16. Второй компаратор 15 подключен к одному из входов задатчика 1 топлива в ФКС 2.The fuel consumption control system in the gas turbine engine contains a fuel master 1 in the FCC 2, to the inputs of which a temperature sensor 3 at the engine inlet, an ore control sensor 4, an air pressure sensor 5 behind the compressor are connected. The system also contains the first and second dividers 6 and 7; an air pressure sensor 5 behind the compressor is connected to the first input of the first divider 6, a gas pressure sensor 8 behind the turbine is connected to the second input of the first divider 6, the output of the first divider 6 is connected to the first input of the second divider 7, the critical section sensor 9 is connected to its second input jet nozzle. The output of the second divider 7 is connected to the average value filter 10 and to the first input of the adder 11, the output of the filter 10 is connected to the second input of the same, the output of the filter 10 is connected to the second input of the third divider 12, the output of the adder 11 is connected to the first input of it 12 is connected to the first comparator 13 with a threshold of operation Fgr and through the first key 14 to a second comparator 15 with a threshold of operation Fgr2. The first comparator 13 is connected to the control input of the first key 14 and to the control input of the second key 16. The second comparator 15 is connected to one of the inputs of the fuel master 1 in the FCC 2.

Система содержит третий компаратор 17, к входу которого подключен датчик 4 положения РУД, а выход компаратора 17 через ключ 16 управляет включением агрегата 18 зажигания ФКС.The system contains a third comparator 17, the input of which is connected to the ORE position sensor 4, and the output of the comparator 17 through the key 16 controls the inclusion of the ignition unit 18 of the FCS.

Для реализации способа управления по п. 2 к управляющему входу первого компаратора 13 должен быть подключен выход датчика 5 давления воздуха за компрессором.To implement the control method according to claim 2, the output of the air pressure sensor 5 behind the compressor must be connected to the control input of the first comparator 13.

Для реализации способа управления по п. 3 система должна дополнительно содержать четвертый делитель 19 и задатчик 20 значения положения РУД на режиме полного форсирования; выход четвертого делителя 19 должен быть подключен к управляющему входу второго компаратора 15, к первому входу четвертого делителя 19 должен быть подключен датчик 4 положения РУД, ко второму входу - задатчик 20.To implement the control method according to claim 3, the system must further comprise a fourth divider 19 and a setter 20 of the value of the throttle position in full boost mode; the output of the fourth divider 19 must be connected to the control input of the second comparator 15, the sensor 4 of the ORE position 4 must be connected to the first input of the fourth divider 19, and the setter 20 to the second input.

Заявленная система может быть скомпонована из известных блоков и элементов.The claimed system can be composed of known blocks and elements.

В качестве датчиков могут быть использованы стандартные датчики контроля параметров работы ГТД, например, терморезистивные датчики температуры, резистивные датчики давлений, стандартные линейные дифференциальные трансформаторы для измерения линейных или угловых перемещений.As sensors can be used standard sensors for monitoring the parameters of the gas turbine engine, for example, thermoresistive temperature sensors, resistive pressure sensors, standard linear differential transformers for measuring linear or angular displacements.

Используемые в системе делители, сумматоры и ключи являются стандартными.The dividers, totalizers, and keys used in the system are standard.

Задатчик 1 расхода в форсажную камеру может реализовывать следующую известную зависимость:The unit 1 flow in the afterburner can implement the following well-known dependence:

Figure 00000001
Figure 00000001

В качестве фильтра 10 среднего значения может быть использован фильтр низкой частоты.As the average value filter 10, a low-pass filter can be used.

В качестве агрегата 18 зажигания ФКС может быть использован известный агрегат запуска огневой дорожки (АОД).As the ignition unit 18 of the FCC, a known firing track launching unit (AOD) can be used.

Компаратор 17 является стандартным с заранее выбранным порогом срабатывания.The comparator 17 is standard with a pre-selected threshold.

Для реализации системы по п. 1 в качестве компараторов 13 и 15 могут быть использованы компараторы с заранее выбранными порогами срабатывания Fгр и Fгр2 соответственно. Для реализации системы по п. 2. компаратор 13 должен быть с переменным порогом срабатывания (Fгр), изменяющимся в зависимости от сигнала на его управляющем входе. Для реализации системы по п. 3. компаратор 15 должен быть с переменным порогом срабатывания (Fгр2), изменяющимся в зависимости от сигнала на его управляющем входе. Пороги срабатывания компаратора 13 - Fгр и компаратора 15 - Fгр2 могут быть выбраны расчетным путем или по результатам испытаний.To implement the system according to claim 1, as comparators 13 and 15, comparators with preselected thresholds of operation Fgr and Fgr2, respectively, can be used. To implement the system according to claim 2., the comparator 13 must be with a variable threshold (Fg), which varies depending on the signal at its control input. To implement the system according to claim 3. comparator 15 must be with a variable threshold (Fgr2) that varies depending on the signal at its control input. The thresholds for comparator 13 - Fgr and comparator 15 - Fgr2 can be selected by calculation or by test results.

Для выбора величины Fгр регистрируется изменение сигнала Fотн в момент запуска форсажной камеры на различных режимах работы двигателя при испытаниях двигателя. Величина Fгр выбирается на (20…30)% ниже минимального значения сигнала, зафиксированного при успешных запусках форсажной камеры, что обеспечивает надежное обнаружение успешного запуска форсажной камеры. Для выбора величины Fгр2 прекращается подача топлива в форсажную камеру на различных режимах форсирования двигателя и регистрируется изменение сигнала Fотн. Величина Fгр2 выбирается не менее чем на 30% меньше по абсолютной величине, чем максимальное по абсолютной величине отклонение сигнала Fотн от нулевого значения.To select the value of Fgr, a change in the signal Frel is recorded at the time the afterburner starts up at various engine operating modes during engine tests. The value of Fgr is selected by (20 ... 30)% below the minimum signal value recorded during successful starts of the afterburner, which ensures reliable detection of the successful launch of the afterburner. To select the value of Fgr2, the fuel supply to the afterburner is stopped at various modes of boosting the engine and the change in the signal Frel is recorded. The value of Fg2 is selected at least 30% less in absolute value than the maximum in absolute value of the deviation of the signal Frel from the zero value.

Задатчик 20 является стандартным задатчиком постоянного значения.Reference 20 is a standard constant reference.

Ключ 14 разомкнут, когда на его управляющем входе сигнал логического нуля.Key 14 is open when a logic zero signal is present at its control input.

Ключ 16 замкнут, когда на его управляющем входе сигнал логического нуля.Key 16 is closed when a logic zero signal is applied to its control input.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Режим работы двигателя задается перемещением РУД (на фиг.не показан), положение которого измеряется датчиком 4. Порог срабатывания компаратора 17 выбран таким образом, что он срабатывает при переводе РУД в форсажную область.The engine operating mode is set by moving the throttle (not shown in Fig.), The position of which is measured by the sensor 4. The threshold of the comparator 17 is selected so that it is triggered when the throttle is transferred to the afterburner.

Делитель 6 по показаниям датчиков 5 давления воздуха за компрессором и датчика 8 давления газа за турбиной формирует значение степени понижения давления расширения газа на турбине (πТ).The divider 6, according to the readings of the air pressure sensors 5 behind the compressor and the gas pressure sensor 8 behind the turbine, generates the value of the degree of decrease in the gas expansion pressure on the turbine (π T ).

Делитель 7 формирует сигнал F, равный отношению πТ к измеренной датчиком 9 площади критического сечения реактивного сопла (Sкр). Фильтр низкой частоты 10 фильтрует сигнал F, получая среднее значение сигнала - Fcp. Сумматор 11 формирует отклонение сигнала F от его среднего значения F' как разность текущего значения сигнала F и его среднего значения Fc. Делитель 12 формирует сигнал Fотн, равный отношению отклонения текущего значения сигнала F от его среднего значения к его среднему значению.The divider 7 generates a signal F equal to the ratio π T to the critical nozzle cross-sectional area (Scr) measured by the sensor 9. The low-pass filter 10 filters the signal F, getting the average signal value - F cp . The adder 11 generates a deviation of the signal F from its average value F 'as the difference between the current value of the signal F and its average value F c . The divider 12 generates a signal Frel equal to the ratio of the deviation of the current value of the signal F from its average value to its average value.

Fотн=F' / Fcp.Frel = F '/ F cp .

Изменение сигнала F возможны в следующих случаях:Changing the signal F is possible in the following cases:

1. Изменение πТ из-за изменения режима работы газогенератора,1. Change π T due to changes in the operating mode of the gas generator,

2. Изменение количества горящего топлива в ФКС.2. Change in the amount of burning fuel in the FCC.

При этом система должна работать таким образом, чтобы компараторы 13 или 15 срабатывали только по второму пункту.In this case, the system should work in such a way that the comparators 13 or 15 work only on the second item.

Это достигается выбором порогов срабатывания компараторов и постоянной времени фильтра 10 среднего значения: изменение πТ из-за изменения режима работы газогенератора происходит сравнительно медленно, в несколько раз медленнее, чем изменение вследствие возгорания топлива в ФКС или изменения площади критического сечения реактивного сопла. Поэтому при таком изменении πТ значения сигнала Fcp близко совпадает с его текущим значением F.This is achieved by choosing the thresholds for the operation of the comparators and the filter time constant 10 of the average value: a change in π T due to a change in the operation mode of the gas generator is relatively slow, several times slower than a change due to fuel ignition in the FCS or a change in the critical section area of the jet nozzle. Therefore, with such a change in π T , the signal value F cp closely coincides with its current value F.

При изменении площади критического сечения меняется давление газа за турбиной, а значит и степень понижения давления газа на турбине, но изменения Fотн не происходит, т.к. увеличение Sкр пропорционально уменьшению πТ.When the critical cross-sectional area changes, the gas pressure behind the turbine changes, which means the degree of decrease in gas pressure on the turbine, but Frel does not change, because an increase in Scr is proportional to a decrease in π T.

Поэтому переходные процессы не связанные с горением топлива в ФКС не вызывают срабатывания компараторов 13 и 15.Therefore, transients not associated with fuel combustion in the FCC do not cause the comparators 13 and 15 to trip.

При этом пока нет срабатывания компаратора 13, ключ 14 разомкнут и компаратор 15 отключен отделителя 12.In this case, while the comparator 13 is not triggered, the key 14 is open and the comparator 15 is turned off of the separator 12.

Когда РУД находится не в форсажной области задатчик 1 формирует нулевой суммарный расход топлива в ФКС 2, горения в ФКС 2 нет, при этом на выходе компаратора 17 в соответствии с выбранным порогом срабатывания формируется сигнал логического нуля и вне зависимости от состояния ключа 16 агрегат 18 зажигания ФКС выключен. Компаратор 13, формирует сигнал логического нуля, в соответствии с этим сигналом ключ 16 замкнут.When the throttle is not in the afterburner, the control unit 1 generates zero total fuel consumption in the FCS 2, there is no combustion in the FCS 2, while a logic zero signal is generated at the output of the comparator 17 in accordance with the selected response threshold and, regardless of the state of the key 16, the ignition unit 18 FCC is off. The comparator 13, generates a logic zero signal, in accordance with this signal, the key 16 is closed.

При переводе РУД в форсажную область задатчик 1 топлива в ФКС по сигналам с датчиков 3 (Твх), 4 (РУД) и 5 (Рк) в соответствии с зависимостью 1 начинает формировать расход топлива в ФКС 2 и посредством дозаторов (на фиг. не показаны) подает их в ФКС 2. При этом регулятор основного контура (на фиг. не показаны) поддерживают постоянную частоту вращения ротора и давление воздуха за компрессором.When transferring the throttle to the afterburner, the fuel inverter 1 in the FCS according to the signals from the sensors 3 (TVX), 4 (ORE) and 5 (Rk), in accordance with dependence 1, starts to generate fuel consumption in the FCS 2 and by means of dispensers (not shown in Fig. ) feeds them to the FCC 2. At the same time, the main loop controller (not shown in Fig.) maintains a constant rotor speed and air pressure behind the compressor.

Перевод РУД в форсажную область вызывает срабатывание компаратора 17, на его выходе формируется сигнал логической единицы, т.к. срабатывания компаратор 13 пока не произошло, ключ 16 замкнут и агрегат 18 зажигания начинает работать.The transfer of the ore into the afterburner triggers the comparator 17, a logical unit signal is generated at its output, because tripping comparator 13 has not yet occurred, the key 16 is closed and the ignition unit 18 begins to work.

В момент заполнения топливного коллектора ФКС происходит распыл топлива и, т.к. агрегат зажигания 18 работает, топливо воспламеняется.At the moment of filling the fuel collector of the FCC, fuel is sprayed and, as the ignition unit 18 is working, the fuel is ignited.

В момент воспламенения топлива в ФКС 2 происходит резкий рост давления газа за турбиной, измеряемого датчиком 8, вследствие чего падает степень понижения давления газа на турбине πТ. За время переходного процесса по параметру πТ изменение среднего значения Fcp не происходит, а мгновенное значение сигнала F падает. Возникает положительный сигнал Fотн, который приводит к срабатыванию первого компаратора 13, который замыкает первый ключ 14 и размыкает второй ключ 16.At the moment of fuel ignition in FCC 2, there is a sharp increase in gas pressure behind the turbine, measured by the sensor 8, as a result of which the degree of decrease in gas pressure on the turbine π T decreases. During the transient process with respect to the π T parameter, the average value of Fcp does not change, and the instantaneous value of the signal F decreases. A positive signal Frel arises, which leads to the operation of the first comparator 13, which closes the first key 14 and opens the second key 16.

При размыкании второго ключа 16 агрегат 18 зажигания отключается. Процесс запуска ФКС 2 завершается.When the second key 16 is opened, the ignition unit 18 is turned off. The process of launching FCC 2 ends.

При замыкании ключа 14 выход делителя 12 подключается ко второму компаратору 15, который настроен на срабатывание в момент погасания ФКС 2.When the key 14 is closed, the output of the divider 12 is connected to the second comparator 15, which is configured to operate at the time of extinguishment of the FCC 2.

Через время, определяемое постоянной времени фильтра 10, сигнал Fcp достигает значения сигнала F, что приводит к уменьшению ошибки F' и снижению сигнала Fотн до нуля.After a time determined by the time constant of the filter 10, the signal Fcp reaches the value of the signal F, which leads to a decrease in the error F 'and a decrease in the signal Frel to zero.

Если ФКС запущена, то второй компаратор 15 отслеживает состояние сигнала Fотн. В момент погасания топлива в ФКС 2 происходит резкое падение давления газа за турбиной, вследствие чего растет степень понижения давления газа на турбине πТ. За время переходного процесса по параметру πТ изменение среднего значения Fcp не происходит, а мгновенное значение сигнала F растет. Возникает отрицательный сигнал Fотн, который приводит к срабатыванию второго компаратора 15. Компаратор 15 выдает сигнал логической единицы на задатчик 1, который прекращает дозирование топлива в ФКС 2.If the FCC is running, then the second comparator 15 monitors the state of the signal Frel. At the time of the extinction of fuel in FCC 2, a sharp drop in gas pressure behind the turbine occurs, as a result of which the degree of decrease in gas pressure on the turbine π T increases . During the transition process, the mean value of Fcp does not change in the π T parameter, and the instantaneous signal F increases. There is a negative signal Frel, which leads to the operation of the second comparator 15. The comparator 15 generates a signal of a logical unit to the master 1, which stops the dosing of fuel in FKS 2.

При изменении условий работы двигателя, например при снижении давления на входе, пропорционально падает и давление воздуха за компрессором. Т.к. регуляторы форсажного контура настроены на поддержание заданной степени понижения давления газа на турбине, параметр πТ и следовательно значение критерия F остаются постоянными. При снижении давления падает суммарный расход топлива в ФКС 2, что приводит к падению сигнала Fотн, и во время запуска ФКС 2 при постоянном пороге компаратора 13, он не сработает. Для обеспечения срабатывания компаратора 13 необходимо снижать порог его срабатывания в зависимости от величины снижения давления воздуха за компрессором ниже номинального значения, для чего на управляющий вход компаратор 13 подается сигнал с датчика 5. За номинальное значение принимается значение давления воздуха за компрессором на максимальном режиме работы двигателя при нормальных атмосферных условиях.When the engine operating conditions change, for example, when the inlet pressure decreases, the air pressure behind the compressor decreases proportionally. Because afterburner controllers are configured to maintain a given degree of decrease in gas pressure on the turbine, the parameter π T and therefore the value of the criterion F remain constant. With a decrease in pressure, the total fuel consumption in FCC 2 decreases, which leads to a drop in the signal Frel, and during the start of FCC 2 with a constant threshold of comparator 13, it will not work. To ensure the operation of the comparator 13, it is necessary to lower the threshold of its operation, depending on the amount of air pressure decrease behind the compressor, below the nominal value, for which the signal from the sensor 5 is sent to the control input of the comparator 13. The air pressure behind the compressor at the maximum engine operating mode is taken as the nominal value under normal atmospheric conditions.

Подача топлива в ФКС осуществляется через несколько подключаемых последовательно топливных коллекторов. При этом у каждого из таких коллекторов существует минимальный расход топлива через него, при котором обеспечивается горение. При снижении степени форсирования суммарный расход топлива снижается плавно, а коллекторы отключаются дискретно. При этом может быть сформирован сигнал Fотн превышающий (по модулю) величину Fотн при отключении первого коллектора, что приведет к срабатыванию компаратора 15 и ложному прекращению дозирования топлива в ФКС, как при погасании ФКС.Fuel is supplied to the FCC via several fuel collectors connected in series. Moreover, each of these collectors has a minimum fuel consumption through it, at which combustion is ensured. With a decrease in the degree of forcing, the total fuel consumption decreases smoothly, and the collectors are switched off discretely. In this case, a signal Frel exceeding (modulo) the value of Frel when the first collector is turned off can be generated, which will lead to the operation of the comparator 15 and a false stop of the dosing of fuel in the FCS, as when the FCS is extinguished.

Для парирования данного фактора необходимо повышать (по модулю) порог срабатывания компаратора 15 в зависимости от степени форсирования камеры. На режиме минимального форсирования компаратор 15 должен срабатывать при формировании Fотн при погасании 7…10% суммарного расхода топлива от полного форсированного режима, а на режиме полного форсирования, компаратор должен срабатывать при формировании Fотн при погасании 30%.To counter this factor, it is necessary to increase (modulo) the threshold of the comparator 15, depending on the degree of forcing the camera. In the minimum boost mode, the comparator 15 should be triggered when Frel is formed when 7 ... 10% of the total fuel consumption from the full boost mode is extinguished, and in the full boost mode, the comparator should be triggered when Fot is formed when 30% is extinguished.

Степень форсирования двигателя задается перемещением РУД. Сигнал, характеризующий текущую степень форсирования формируется делителем, к первому входу которого подключен датчик 4 положения РУД, а ко второму - задатчик 20 значения РУД на режиме полного форсирования:The degree of engine forcing is set by moving the throttle. The signal characterizing the current degree of forcing is generated by a divider, the first input of which is connected to the ORE position sensor 4, and to the second - the ORE value setter 20 in the full boost mode:

Кф=РУД/РУДПФKf = RUD / RUDPF

Например, значение РУД на площадке малый газ составляет 15%, на площадке максимального режима работы - 65%, минимального форсированного режима - 70%, полного форсированного 100%. Режиму минимального форсирования будет соответствовать Кф=0,7, полному форсированию - Кф=1.For example, the ORE value at the small gas site is 15%, at the site of maximum operating mode - 65%, minimum forced mode - 70%, full forced 100%. The minimum boost mode will correspond to Kf = 0.7, to full boost - Kf = 1.

Таким образом, порог срабатывания компаратора 15 надо повышать (по модулю) при увеличении значения Кф выше 0.7 и устанавливать на максимальный уровень при Кф=1.Thus, the threshold of the comparator 15 must be increased (modulo) with an increase in Kf above 0.7 and set to the maximum level at Kf = 1.

Данный способ управления позволяет исключить из системы управления двигателем датчики горения в ФКС, что позволяет упростить аппаратуру управления и контроля: исключить аналоговые каналы обработки этих датчиков, что приводит снижению веса системы управления и двигателя и повышает надежность системы.This control method allows to exclude combustion sensors in the FCC from the engine control system, which simplifies the control and monitoring equipment: excludes the analog processing channels of these sensors, which reduces the weight of the control system and engine and increases the reliability of the system.

Данный способ позволяет повысить надежность определения горения топлива в ФКС, т.к. он основан на газодинамических свойствах ГТД.This method improves the reliability of the determination of fuel combustion in the FCC, because It is based on the gas-dynamic properties of a gas turbine engine.

Так же следует отметить, что время реакции системы близко к времени возгорания или погасания топлива и не превышает 0,05 с.It should also be noted that the reaction time of the system is close to the time of ignition or extinction of the fuel and does not exceed 0.05 s.

Claims (3)

1. Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания (ФКС), заключающийся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем управляют расходом топлива в форсажную камеру сгорания, измеряют степень понижения давления газа на турбине, управляют агрегатом запуска ФКС, отличающийся тем, что дополнительно измеряют площадь критического сечения реактивного сопла, формируют сигнал F, равный отношению степени понижения давления газа на турбине к измеренной площади критического сечения реактивного сопла, формируют сигнал Fотн, равный отношению отклонения текущего значения сигнала F от его среднего значения к его среднему значению, при этом предварительно по результатам испытаний нескольких образцов двигателей определяют пороговые величины Fгр и Fгр2, соответствующие значениям сигнала Fотн при запуске и погасании форсажной камеры сгорания соответственно, затем при превышении сигналом Fотн наперед заданной положительной величины Fгр определяют горение в форсажной камере сгорания и отключают агрегат запуска форсажной камеры сгорания, а при запущенной форсажной камере сгорания при снижении сигнала Fотн ниже наперед заданной отрицательной величины Fгр2 определяют погасание форсажной камеры сгорания и прекращают подачу топлива в форсажную камеру сгорания.1. The method of controlling a gas turbine engine with a boost combustion chamber (FCC), which consists in the fact that according to the measured air temperature at the engine inlet, the air pressure behind the compressor, the position of the engine control lever, the fuel consumption in the afterburner is controlled, the degree of gas pressure decrease is measured on the turbine, control the FCC start-up unit, characterized in that they additionally measure the critical sectional area of the jet nozzle, generate a signal F equal to the ratio of the degree of decrease in gas pressure n and a turbine forms a signal Frel equal to the deviation of the current value of the signal F from its average value to its average value to the measured area of the critical section of the jet nozzle, and the threshold values Fgr and Fgr2 corresponding to the values of the signal Frel are preliminarily determined by the results of tests of several engine samples when starting and extinguishing the afterburner, respectively, then when the signal Frel exceeds the predetermined positive value Fgr, combustion in the afterburner is determined D combustion and shut off the machine run afterburner combustion chamber, and the running afterburner combustion chamber while reducing Fotn signal is below a predetermined negative value beforehand determined extinction Fgr2 afterburner combustion chamber and the fuel supply is stopped in the afterburner combustion chamber. 2. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что величину Fгр снижают при уменьшении давления за компрессором.2. The control method according to claim 1, characterized in that the Fgr value is reduced with a decrease in pressure behind the compressor. 3. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что величину Fгр2 повышают по абсолютной величине по мере повышения степени форсирования двигателя.3. The control method according to claim 1, characterized in that the value of Fg2 is increased in absolute value as the degree of engine boosting increases.
RU2019119363A 2019-06-21 2019-06-21 Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber RU2720059C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019119363A RU2720059C1 (en) 2019-06-21 2019-06-21 Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019119363A RU2720059C1 (en) 2019-06-21 2019-06-21 Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2720059C1 true RU2720059C1 (en) 2020-04-23

Family

ID=70415476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019119363A RU2720059C1 (en) 2019-06-21 2019-06-21 Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2720059C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1988268A2 (en) * 2007-05-03 2008-11-05 Pratt & Whitney Canada Corp. Method of starting turbine engine from low engine speed
RU2432478C2 (en) * 2009-02-27 2011-10-27 Открытое акционерное общество "СТАР" Control method of gas turbine engine with afterburner
RU2435969C2 (en) * 2009-01-29 2011-12-10 Открытое акционерное общество "СТАР" Control method of gas turbine engine with afterburner

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1988268A2 (en) * 2007-05-03 2008-11-05 Pratt & Whitney Canada Corp. Method of starting turbine engine from low engine speed
RU2435969C2 (en) * 2009-01-29 2011-12-10 Открытое акционерное общество "СТАР" Control method of gas turbine engine with afterburner
RU2432478C2 (en) * 2009-02-27 2011-10-27 Открытое акционерное общество "СТАР" Control method of gas turbine engine with afterburner

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7840333B2 (en) Event-driven starter controller
EP2031192B1 (en) Method and system for detection of gas turbine combustion blowouts utilizing fuel normalized power response
US7950238B2 (en) Method for detecting onset of uncontrolled fuel in a gas turbine combustor
US3902315A (en) Starting fuel control system for gas turbine engines
EP3650676B1 (en) Fuel flow control system and method for engine start
EP3039270B1 (en) Gas turbine flameout detection
EP3176405B1 (en) Two-shaft gas turbine having steam injection mechanism
CN106795814B (en) For starting the device and method of gas turbine, the method for regulating gas secondary speed and relevant gas turbine and turbogenerator
US20120088197A1 (en) System and method for determining a flame condition in a combustor
US8151573B2 (en) Turbomachine flameout confirmation
RU2720059C1 (en) Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber
CN105971737B (en) A kind of sequential control method for improving punching engine ignition success rate
RU2578012C1 (en) Method for determining extinction turbomachine combustion chamber
CN111527285B (en) Method for detecting ignition of a turbine engine
RU2255247C1 (en) Method to protect compressor at unsteady operation of gas- turbine engine
US5235802A (en) Flame failure detection method
RU2027887C1 (en) Method of starting afterburner chamber of gas-turbine engine
EP4141238A1 (en) System and method for controlling fuel flow to an aircraft engine during start
EP3855004A1 (en) Methods and systems for starting an engine
RU2310100C2 (en) Method to protect gas-turbine engine from unstable operation of compressor
RU2634997C2 (en) Gas-turbine engine with afterburner operation mode and its actualization system
RU2305788C2 (en) Method of emergency protection of gas-turbine engine at failures and troubles
JP4119575B2 (en) Gas turbine flame detector
US20200284200A1 (en) Aircraft engine reignition
RU2706518C1 (en) Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber