RU2778417C1

RU2778417C1 - Method for controlling a two-shaft gas turbine engine with adjustable guide devices of high and low-pressure compressors

Info

Publication number: RU2778417C1
Application number: RU2021119839A
Authority: RU
Inventors: Юрий Маркович Зеликин; Виктор Владимирович Королев; Алексей Александрович Инюкин
Filing date: 2021-07-07
Publication date: 2022-08-18

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engine construction, namely to the control of a two-shaft gas turbine engine with adjustable guide devices of high and low-pressure compressors. The technical problem of the invention is to increase the reliability of the control system. The expected result is achieved in a method for controlling a two-shaft gas turbine engine with adjustable guide devices of high and low-pressure compressors, with a set nominal ratio of the reduced rotor rotation frequencies for each engine operating mode, including control of the rotation frequencies of low and high-pressure rotors by changing fuel consumption in the main combustion chamber, adjusting the position of the guide devices, affecting the speed of their movements, at the same time, a threshold is selected in advance according to the reduced rotation frequency of one of the rotors, in the range of engine operating modes below the selected threshold, the rotation frequency of the low-pressure rotor is maintained by influencing the increase in fuel consumption into the main combustion chamber, while the rotation frequency of the high-pressure rotor is maintained based on the nominal established ratio of the reduced rotation speeds of the rotors by influencing the speed of movement of the guide devices of the high-pressure compressor, and in the range of engine operating modes above or equal to the selected threshold, the rotation frequency of the high-pressure rotor is maintained by affecting the reduction of fuel consumption in the main combustion chamber, and the rotation frequency of the low-pressure rotor is maintained based on the nominal established ratio of the reduced rotational speeds of the rotors by affecting the speed of movement of the guiding devices of the low-pressure compressor.

EFFECT: ensuring the controllability of the engine in the absence of information about the position of the compressor guides.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к управлению двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами (НА) компрессоров высокого и низкого давления.The invention relates to aircraft engine building, namely to the control of a two-shaft gas turbine engine with adjustable guide vanes (HA) of high and low pressure compressors.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ управления двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами компрессоров высокого и низкого давления, включающий управление частотой вращения роторов низкого и высокого давления путем изменения расхода топлива в основную камеру сгорания, регулирование положения направляющих аппаратов по сигналу от датчика положения направляющих аппаратов соответствующего ротора, отличающийся тем, что до начала эксплуатации двигателя устанавливают соотношение приведенных частот вращения роторов для каждого режима работы двигателя, далее в ходе эксплуатации двигателя при отсутствии сигнала от датчика положения направляющих аппаратов одного из роторов частоту вращения данного ротора регулируют воздействием на скорость перемещения его направляющих аппаратов исходя из установленного ранее соотношения приведенных частот вращения роторов (патент РФ 2696516 С1, 2019 г.).Closest to the claimed invention in terms of technical essence and achieved technical result is a method for controlling a two-shaft gas turbine engine with adjustable guide vanes of high and low pressure compressors, including controlling the speed of low and high pressure rotors by changing the fuel flow to the main combustion chamber, adjusting the position of the guide vanes according to a signal from the position sensor of the guide vanes of the corresponding rotor, characterized in that before the start of engine operation, the ratio of the reduced rotor speeds is set for each mode of engine operation, then during engine operation, in the absence of a signal from the position sensor of the guide vanes of one of the rotors, the speed of this rotor regulate by affecting the speed of movement of its guide vanes based on the previously established ratio of the reduced rotational frequencies of the rotors (RF patent 2696516 C1, 2019).

В результате анализа данного способа необходимо отметить, что описанный способ управления может применяться для газотурбинных двигателей (ГТД) с одной группой регулируемых направляющих аппаратов (НА) или при потере информации с одной из двух групп регулируемых НА. В этом случае при потере информации о положении регулируемых НА способ управления выбирается однозначно. Если регулируемые НА имеют компрессоры и низкого (вентилятор), и высокого давления, то необходимо выбрать способ управления в зависимости от вида отказа. Представленный в прототипе способ управления эту задачу не решает, так же он не решает задачу обеспечения управляемости системы при потере информации с обеих групп регулируемых НА.As a result of the analysis of this method, it should be noted that the described control method can be used for gas turbine engines (GTE) with one group of adjustable guide vanes (RA) or in case of loss of information from one of the two groups of adjustable VA. In this case, in case of loss of information about the position of the regulated SE, the control method is chosen unambiguously. If regulated pumps have both low pressure (fan) and high pressure compressors, then the control method must be selected depending on the failure mode. The control method presented in the prototype does not solve this problem, just as it does not solve the problem of ensuring the controllability of the system in the event of loss of information from both groups of adjustable ON.

Техническая проблема изобретения заключается в повышении надежности системы управления.The technical problem of the invention is to improve the reliability of the control system.

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение управляемости двигателя при отсутствии информации о положении направляющих аппаратов компрессоров.The technical result of the present invention is to ensure the controllability of the engine in the absence of information about the position of the guide vanes of the compressors.

Указанный технический результат достигается в способе управления двухвальным газотурбинным двигателем с регулируемыми направляющими аппаратами компрессоров высокого и низкого давления, с установленным номинальным соотношением приведенных частот вращения роторов для каждого режима работы двигателя, включающий управление частотами вращения роторов низкого и высокого давления путем изменения расхода топлива в основную камеру сгорания, регулирование положения направляющих аппаратов воздействуя на скорость их перемещения, при этом заранее выбирают порог по приведенной частоте вращения для одного из роторов, в диапазоне режимов работы двигателя ниже выбранного порога поддерживают частоту вращения ротора низкого давления воздействием на увеличение расхода топлива в основную камеру сгорания, при этом частоту вращения ротора высокого давления поддерживают исходя из номинального установленного соотношения приведенных частот вращения роторов воздействием на скорость перемещения направляющих аппаратов компрессора высокого давления, а в диапазоне режимов работы двигателя выше или равному выбранному порогу поддерживают частоту вращения ротора высокого давления воздействием на уменьшение расхода топлива в основную камеру сгорания, а частоту вращения ротора низкого давления поддерживают исходя из номинального установленного соотношения приведенных частот вращения роторов воздействием на скорость перемещения направляющих аппаратов компрессора низкого давления.The specified technical result is achieved in a method for controlling a two-shaft gas turbine engine with adjustable guide vanes of high and low pressure compressors, with a set nominal ratio of the reduced rotor speeds for each engine operation mode, including controlling the low and high pressure rotor speeds by changing the fuel flow into the main chamber combustion, regulating the position of the guide vanes by influencing the speed of their movement, while pre-selecting a threshold for the reduced speed for one of the rotors, in the range of engine operating modes below the selected threshold, the speed of the low-pressure rotor is maintained by affecting the increase in fuel consumption in the main combustion chamber, at the same time, the rotational speed of the high-pressure rotor is maintained based on the nominal set ratio of the reduced rotational frequencies of the rotors by acting on the speed of movement of the guide vanes of the high-pressure compressor, and in the range of engine operating modes above or equal to the selected threshold, the high-pressure rotor speed is maintained by affecting the reduction of fuel consumption in the main combustion chamber, and the low-pressure rotor speed is maintained based on the nominal set ratio of the reduced rotor speeds by acting on the speed of movement of the guide vanes of the low-pressure compressor.

Сущность настоящего изобретения поясняется графическими материалами на которых представлены:The essence of the present invention is illustrated by graphic materials which show:

фиг. 1 - структурная схема системы управления, реализующая настоящий способ управления,fig. 1 is a block diagram of a control system that implements the present control method,

фиг. 2 - области работы регуляторов по режиму работы двигателя.fig. 2 - areas of operation of regulators according to the mode of operation of the engine.

Система управления двухвальным ГТД содержит рычаг управления двигателем (РУД) 1 с датчиком положения (на рисунке не показан), задатчик 2 предельной частоты вращения ротора компрессора низкого давления (КНД), задатчик 3 заданной частоты вращения КНД от РУД, задатчик 4 предельной частоты вращения ротора компрессора высокого давления (КВД), задатчик 5 заданной частоты вращения КВД от РУД. Выход РУД 1 подключен к входам задатчиков 3 и 5.The control system of a two-shaft gas turbine engine contains an engine control lever (THR) 1 with a position sensor (not shown in the figure), a low-pressure compressor (LPC) rotor speed limit setter 2, a LPC setpoint speed setter 3 from the throttle, a rotor speed limit setter 4 high-pressure compressor (HPC), setter 5 of the preset speed of the HPC from the throttle. The output of throttle 1 is connected to the inputs of controllers 3 and 5.

Система содержит первый и второй управляемые переключатели 6 и 7. Выходы задатчиков 2 и 3 подключены к первому и второму функциональным входам первого переключателя 7, а выходы задатчиков 4 и 5 к аналогичным входам переключателя 7. К управляющим входам переключателей 6 и 7 подключен компаратор 8.The system contains the first and second controlled switches 6 and 7. The outputs of the masters 2 and 3 are connected to the first and second functional inputs of the first switch 7, and the outputs of the masters 4 and 5 to the analogous inputs of the switch 7. The comparator 8 is connected to the control inputs of the switches 6 and 7.

Система содержит регуляторы частот вращения роторов КНД 9 и КВД 10. К первым входам регуляторов 9 и 10 подключены выходы переключателей 6 и 7 соответственно. Выходы регуляторов 9 и 10 частот вращения роторов КНД и КВД подключены к первому и второму входу селектора 11 минимального уровня. Выход селектора 11 подключен к интегратору 12, который в свою очередь подключен к системе дозирования топлива 13 в основную камеру сгорания (КС, на рисунке не показана) ГТД 14.The system contains speed controllers of rotors KND 9 and HPC 10. The outputs of switches 6 and 7, respectively, are connected to the first inputs of regulators 9 and 10. The outputs of the regulators 9 and 10 of the rotational speeds of the LPC and HPC rotors are connected to the first and second inputs of the minimum level selector 11. The output of the selector 11 is connected to the integrator 12, which in turn is connected to the fuel dosing system 13 into the main combustion chamber (CC, not shown in the figure) of the gas turbine engine 14.

Параметры работы ГТД 14 измеряются датчикам частоты вращения ротора КНД 15, температуры на входе в ГТД 16 и частоты вращения ротора КВД 17.The operation parameters of the GTE 14 are measured by the sensors of the rotor speed of the HPC 15, the temperature at the inlet to the GTE 16 and the rotor speed of the HPC 17.

Система содержит функциональные преобразователи 18 и 19, формирующие приведенные частоты вращения ротора КНД и ротора КВД соответственно. К первому входу функционального преобразователя 18 подключен датчик 15 частоты вращения ротора КНД, к аналогичному входу функционального преобразователя 19 подключен датчик 17 частоты вращения ротора КВД. Ко вторым входам функциональных преобразователей 18 и 19 подключен датчик 16 температуры на входе в ГТД 14.The system contains functional converters 18 and 19, which form the reduced rotational speeds of the LPC rotor and HPC rotor, respectively. To the first input of the functional converter 18 is connected to the sensor 15 of the speed of the HPC rotor, to a similar input of the functional converter 19 is connected to the sensor 17 of the speed of the HPC rotor. To the second inputs of the functional converters 18 and 19, a temperature sensor 16 is connected at the inlet to the gas turbine engine 14.

Система содержит задатчик 20 частоты вращения ротора КНД в зависимости от приведенной частоты вращения ротора КВД и температуры на входе в ГТД и задатчик 21 частоты вращения ротора КВД в зависимости от приведенной частоты вращения ротора КНД и температуры на входе в ГТД.The system comprises a LPC rotor speed adjuster 20 depending on the reduced HPC rotor speed and temperature at the GTE inlet and a HPC rotor speed presetter 21 depending on the reduced LPC rotor speed and temperature at the GTE inlet.

К первому входу задатчика 20 подключен выход датчика 16 температуры на входе в ГТД, к второму входу подключен выход функционального преобразователя 19, выход задатчика 20 подключен к первому входу регулятора 22 частоты вращения ротора КНД, к второму входу которого подключен выход датчика 15 частоты вращения ротора КНД.The output of the temperature sensor 16 at the GTE inlet is connected to the first input of the master 20, the output of the functional converter 19 is connected to the second input, the output of the master 20 is connected to the first input of the controller 22 of the speed of the LPC rotor, to the second input of which the output of the sensor 15 of the speed of the LPT rotor is connected .

К первому входу задатчика 21 подключен выход датчика 16 температуры на входе в ГТД, к второму входу задатчика 21 подключен выход функционального преобразователя 18, выход задатчика 21 подключен к первому входу регулятора 23 частоты вращения ротора КВД, к второму входу которого подключен выход датчика 17 частоты вращения ротора КВД.The output of the temperature sensor 16 at the GTE inlet is connected to the first input of the master 21, the output of the functional converter 18 is connected to the second input of the master 21, the output of the master 21 is connected to the first input of the regulator 23 of the speed of the HPC rotor, to the second input of which the output of the sensor 17 of the speed is connected HPC rotor.

Выходы регуляторов 22 и 23 подключены к входам исполнительных механизмов управления положением НА КНД 24 и КВД 25 соответственно.The outputs of the regulators 22 and 23 are connected to the inputs of the position control actuators ON KND 24 and KVD 25, respectively.

Выход датчика 15 частоты вращения ротора КНД также подключен к второму входу регулятора 9, а выход датчика 17 частоты вращения ротора КВД - к второму входу регулятора 10.The output of the sensor 15 of the speed of the HPC rotor is also connected to the second input of the controller 9, and the output of the sensor 17 of the speed of the HPC rotor is connected to the second input of the controller 10.

В частном случае реализации выход функционального преобразователя 18 также подключен к входу компаратора 8.In a particular case of implementation, the output of the functional converter 18 is also connected to the input of the comparator 8.

В частном случае реализации выход функционального преобразователя 19 также подключен к входу компаратора 8.In a particular case of implementation, the output of the functional converter 19 is also connected to the input of the comparator 8.

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

Положение РУД 1 отслеживается стандартным линейным дифференциальным трансформатором для измерения линейных или угловых перемещений.The position of throttle 1 is monitored by a standard linear differential transformer for measuring linear or angular displacements.

Задатчики 2 и 4 являются задатчиками постоянного значения, формирующими на своих выходах сигналы, равные максимально допустимым частотам вращения роторов КНД и КВД соответственно.Setters 2 and 4 are constant value setters that generate signals at their outputs equal to the maximum allowable speeds of the LPC and HPC rotors, respectively.

Задатчики 3 и 5 являются стандартными и реализуют выбранные заранее зависимости заданных частот вращения роторов КНД

и КВД

соответственно в зависимости от значения сигнала РУД на входе:

Setters

3 and 5 are standard and implement pre-selected dependences of the given speeds of LPC rotors

and KVD

respectively, depending on the value of the throttle signal at the input:

Управляемые переключатели 6 и 7 являются стандартными. Переключатель 6 выбран таким образом, что при подаче логической единицы на его управляемый вход он подключает к своему выходу первый функциональный вход. Переключатель 7 выбран таким образом, что при подаче логической единицы на его управляемый вход он подключает к своему выходу второй функциональный вход.Controlled switches 6 and 7 are standard. Switch 6 is selected in such a way that when a logical unit is applied to its controlled input, it connects the first functional input to its output. Switch 7 is selected in such a way that when a logical unit is applied to its controlled input, it connects the second functional input to its output.

Компаратор 8 является стандартным, с выбранным заранее порогом срабатывания. Порог срабатывания компаратора 8, при котором формируется единичный выходной сигнал, выбран из условия согласования управления расходом топлива и положением направляющих аппаратов и соответствует приведенной частоте вращения ротора КНД (или КВД в ином частном случае реализации), при которой должно осуществляться открытие НА КНД с нижнего механического упора, например n_1np=75%.Comparator 8 is standard, with a pre-selected response threshold. The threshold of operation of the comparator 8, at which a single output signal is generated, is selected from the condition of matching the control of the fuel consumption and the position of the guide vanes and corresponds to the reduced speed of the LPC rotor (or HPC in another particular case of implementation), at which the opening of the LPC from the lower mechanical stop, for example n _1np = 75%.

В качестве регуляторов 9, 10, 22, 23 могут быть использованы стандартные ПИД-регуляторы.Standard PID controllers can be used as controllers 9, 10, 22, 23.

Селектор 11, интегратор 12 являются стандартными.Selector 11, integrator 12 are standard.

В качестве датчиков параметров работы ГТД могут быть использованы индуктивные датчики частот вращения (15, 17) и терморезистивный датчик температуры (16).Inductive speed sensors (15, 17) and thermistive temperature sensor (16) can be used as GTE operation parameters sensors.

Функциональные преобразователи 18 и 19 реализуют следующую известную функцию расчета приведенного параметра:Functional converters 18 and 19 implement the following well-known function for calculating the reduced parameter:

где

where

U_вых - выходной сигнал функционального преобразователя,U _out - output signal of the functional converter,

U₁ - сигнал на первом входе функционального преобразователя,U ₁ - signal at the first input of the functional converter,

U₂ - сигнал на втором входе функционального преобразователя.U ₂ - signal at the second input of the functional converter.

Задатчик 20 формирует на своем выходе заданную частоту вращения ротора КНД для реализации установленного номинального соотношения роторов

или, в области физической частоты вращения ротора КНД:The setter 20 generates at its output a given frequency of rotation of the LPC rotor to implement the established nominal ratio of the rotors

or, in the field of the physical speed of the LPC rotor:

где:

where:

- заданное значение частоты вращения ротора низкого давления,

- set value of low pressure rotor speed,

- приведенная частота вращения ротора высокого давления,

- reduced frequency of rotation of the high-pressure rotor,

Т_вх - это температура на входе в двигатель. _Tin is the temperature at the engine inlet.

Задатчик 21 формирует на своем выходе заданную частоту вращения ротора КВД для реализации установленного номинального соотношения роторов

или, в области физической частоты вращения ротора КВД:The master 21 generates at its output the specified speed of the HPC rotor to implement the set nominal ratio of the rotors

or, in the field of physical HPC rotor speed:

где:

where:

заданное значение частоты вращения ротора высокого давления,

high pressure rotor speed setpoint,

приведенная частота вращения ротора низкого давления,

reduced speed of the low pressure rotor,

Исполнительные механизмы управления положением НА КНД 24 и НА КВД 25 являются стандартными механизмами интегрирующего типа, например, гидроцилиндрами, скорость перемещения которых пропорциональна входному управляющему сигналу.Position control actuators ON KND 24 and HPC 25 are standard mechanisms of an integrating type, for example, hydraulic cylinders, the movement speed of which is proportional to the input control signal.

Система управления двухвальным ГТД с двумя группами регулируемых НА имеет три управляющих воздействия - расход топлива в КС ГТД и два положения НА, и регулируемые параметры - частоты вращения роторов КНД и КВД, причем все управляющее воздействия в разной степени влияют на регулируемые параметры.The control system of a two-shaft gas turbine engine with two groups of adjustable HA has three control actions - fuel consumption in the GTE CS and two positions of the HE, and adjustable parameters - the speed of the LPC and HPC rotors, and all control actions affect the adjustable parameters to varying degrees.

В такой системе проблемой является обеспечение устойчивой работы регуляторов. Для обеспечения устойчивой работы ГТД необходимо перекладку каждой из групп НА из закрытого в открытое положение выполнять последовательно по мере повышения режима работы двигателя. При повышении режима с малого газа сначала должны открываться НА КВД при закрытых НА КНД. После того, как НА КВД будут установлены в открытое положение, начинается открытие НА КНД.In such a system, the problem is to ensure the stable operation of the regulators. To ensure the stable operation of the gas turbine engine, it is necessary to transfer each of the groups of AE from the closed to the open position sequentially as the engine operation mode increases. When the mode is increased from idle, the HP HP should first be opened with the HP LPC closed. After the LHP are set to the open position, the opening of the LHP begins.

На каждом режиме работы двигателя одна из частот вращения роторов должна поддерживаться воздействием на расход топлива в КС ГТД, а другая - воздействием на скорость изменения положения НА.At each engine operation mode, one of the rotor speeds must be maintained by influencing the fuel consumption in the GTE CS, and the other - by influencing the rate of change in the position of the SE.

Изменение положения НА КВД пропорционально изменяет потребляемую КВД мощность и частоту вращения ротора КВД при неизменном расходе топлива. При этом влияние на частоту вращения ротора КНД существенно ниже. Изменение положения НА КНД, напротив, существенно влияет на частоту вращения ротора КНД и практически не оказывает влияние на частоту вращения ротора КВД.Changing the position ON the HPC proportionally changes the power consumed by the HPC and the frequency of rotation of the HPC rotor at a constant fuel consumption. At the same time, the effect of LPC on the rotor speed is significantly lower. Changing the position of the LPC, on the contrary, significantly affects the frequency of rotation of the LPC rotor and has almost no effect on the frequency of rotation of the HPC rotor.

Поэтому негативный эффект влияния совместной работы управляющих воздействий на устойчивость системы управления будет минимально в том случае, если в области работы НА КВД регулировать частоту вращения ротора КВД воздействием на положение НА КВД, а частоту вращения ротора КНД воздействием на расход топлива. И наоборот - в области работы НА КНД регулировать частоту вращения ротора КНД воздействием на положение НА КНД, а частоту вращения ротора КВД воздействием на расход топлива.Therefore, the negative effect of the influence of the combined operation of control actions on the stability of the control system will be minimal if, in the area of operation of the HPC, the HPC rotor speed is controlled by influencing the position of the HPC, and the HPC rotor speed is controlled by the influence on fuel consumption. And vice versa - in the area of operation of the LPC, control the frequency of rotation of the LPC rotor by influencing the position of the LPC, and the frequency of rotation of the HPC rotor by influencing the fuel consumption.

Область работы регуляторов показана на фиг. 2, где в верхней его части условно представлены штатные (реализующие номинальное скольжение роторов) программы положения НА КНД и КВД в зависимости от приведенной частоты вращения ротора КНД, а в нижней указана связь управляющих воздействий и регулируемых параметров.The area of operation of the regulators is shown in Fig. 2, where in its upper part the standard programs (realizing the nominal slip of the rotors) of the LPC and HPC position programs are conditionally presented depending on the reduced LPC rotor speed, and in the lower part the relationship between control actions and controlled parameters is indicated.

Программа

задатчика 20 выбирается таким образом, чтобы в области закрытых НА КНД заданная частота вращения ротора КНД заведомо приводила к формированию регулятором 22 сигнала на закрытие НА КНД, в области открытых - сигнала на открытие, и прижатия НА к механическим упорам, соответственно, в области, где НА КНД находятся в рабочем диапазоне, программа

должна быть выбрана близкой к реальной (номинальной) линии скольжения двигателя при штатной программе положения НА КНД.Program

setter 20 is selected in such a way that in the region of closed LPC ATs, the given LPC rotor speed will certainly lead to the formation of a signal by the regulator 22 to close the LPC, in the open area - a signal to open, and pressing the AT to the mechanical stops, respectively, in the area where ON KND are in the operating range, the program

should be chosen close to the real (nominal) slip line of the engine with the standard program of the LPC position.

Программа

задатчика 21 выбирается аналогичным образом для привода НА КВД.Program

the setpoint 21 is selected in the same way for the HPC drive.

Система работает следующим образом.The system works as follows.

Частные способы реализации настоящего способа отличаются только выбором сигнала по приведенной частоте вращения ротора низкого или высокого давления, дальнейшее описание приводится для частного случая реализации - по частоте вращения ротора низкого давления.Particular ways of implementing the present method differ only in the choice of a signal according to the reduced rotational speed of the low or high pressure rotor, further description is given for a particular case of implementation - according to the rotational speed of the low pressure rotor.

На режиме малого газа (МГ) ГТД частота вращения ротора КНД ниже порога срабатывания компаратора 8, и переключатель 6 установлен таким образом, что на вход регулятора 9 поступает сигнал с задатчика 3. При этом порог срабатывания компаратора 8 для переключения режима установлен для ротора низкого давления.In the idle gas (MG) mode of the gas turbine engine, the speed of the LPC rotor is below the threshold of comparator 8, and switch 6 is set in such a way that the input of regulator 9 receives a signal from master 3. At the same time, the threshold of comparator 8 for switching the mode is set for the low-pressure rotor .

Таким образом, регулятор 9 формирует на своем выходе сигнал расхода топлива в КС ГТД для поддержания заданной частоты вращения ротора КНД от РУД. Переключатель 7 установлен так, что на вход регулятора 10 поступает сигнал с задатчика 4. Таким образом, регулятор 10 формирует увеличение расхода топлива для поддержания максимального режима работы ГТД по частоте вращения ротора КВД. Расход топлива, формируемый регулятором 10, существенно больше расхода топлива, формируемого регулятором 9, и селектор 11 минимального уровня выбирает сигнал регулятора 9. Данный сигнал поступает на вход интегратора 12. Интегратор 12 накапливает сигнал расхода топлива в КС ГТД от регулятора 9 и посредством системы дозирования 13 дозирует его в КС ГТД 14. При совпадении фактической частоты вращения ротора КНД, измеряемой датчиком 15, с частотой, заданной задатчиком 3, регулятор 9 сформирует на своем выходе сигнал равный нулю и интегрирование блоком 12 остановится. Режим двигателя перейдет в установившийся.Thus, the controller 9 generates at its output a signal of fuel consumption in the GTE COP to maintain a given speed of the LPC rotor from the throttle. The switch 7 is set so that the input of the controller 10 receives a signal from the master 4. Thus, the controller 10 generates an increase in fuel consumption to maintain the maximum operating mode of the GTE in terms of the speed of the HPC rotor. The fuel consumption generated by the regulator 10 is significantly greater than the fuel consumption generated by the regulator 9, and the minimum level selector 11 selects the signal of the regulator 9. This signal is fed to the input of the integrator 12. The integrator 12 accumulates the fuel consumption signal in the GTE CS from the regulator 9 and through the dosing system 13 doses it into the COP GTE 14. If the actual speed of the LPC rotor, measured by sensor 15, coincides with the frequency set by the master 3, the controller 9 will generate a signal equal to zero at its output and the integration by block 12 will stop. The engine mode will go into steady state.

При движении РУД 1 в диапазоне от МГ до n_1пр=75% срабатывания компаратора 8 не происходит, и система работает в режиме поддержания заданной частоты вращения ротора КНД воздействием на расход топлива.When the throttle 1 moves in the range from MG to n _1pr =75%, the comparator 8 does not operate, and the system operates in the mode of maintaining a given speed of the LPC rotor by influencing fuel consumption.

Одновременно с этим функциональные преобразователи 18 и 19 по показаниям датчиков 15, 16, 17 рассчитывают приведенные значения частот вращения роторов КНД и КВД соответственно.At the same time, the functional transducers 18 and 19, according to the readings of the sensors 15, 16, 17, calculate the reduced values of the rotational speeds of the LPC and HPC rotors, respectively.

Согласно выбранной программе задатчика 20 регулятор 22, сравнивая заданную (задатчиком 20) и фактическую (от датчика 15) частоты вращения ротора КНД, формирует на своем выходе сигнал максимальной скорости закрытия НА КНД, который приводит в движение ИМ НА КНД 24. При достижении полностью закрытого положения гидроцилиндр ИМ НА КНД 24 прекращает свое движение. Обеспечивается закрытое положение НА КНД.According to the selected program of the master 20, the controller 22, comparing the set (by the master 20) and the actual (from the sensor 15) speed of the LPC rotor, generates at its output a signal of the maximum closing speed ON the LPC, which sets in motion the IM ON the LPC 24. When the fully closed position, the hydraulic cylinder IM ON KND 24 stops its movement. The closed position of the LPC is provided.

Выбранная программа задатчика 21 (совпадающая с номинальным скольжением роторов) может быть реализована только при штатном положении НА КВД. Любое отклонение положения НА КВД от своего номинального значения вызовет отклонение скольжения роторов двигателя от номинального - ошибку регулирования. Регулятор 23, сравнивая заданное задатчиком 21 номинальное значение частоты вращения ротора КВД с фактической, формируемой датчиком 17, формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный ошибки регулирования, ИМ НА КВД 25 начнет движение, что вызовет изменение положения НА КВД, изменение скольжения роторов и уменьшение ошибки регулирования регулятора 23. При совпадении фактической и заданной частоты ротора КВД регулятор 23 сформирует на своем выходе нулевой сигнал, и ИМ НА КВД 25 остановится - НА КВД займут свое штатное положение.The selected program of the generator 21 (coinciding with the nominal slip of the rotors) can be implemented only in the standard position of the HPC. Any deviation of the HPC position from its nominal value will cause the slip of the engine rotors to deviate from the nominal value - a control error. The regulator 23, comparing the nominal value of the HPC rotor speed set by the setter 21 with the actual value generated by the sensor 17, generates at its output a signal proportional to the control error, the IM ON the HPC 25 will start moving, which will cause a change in the position of the HPC, a change in the slip of the rotors and a decrease in the error control of the regulator 23. If the actual and set frequency of the HPC rotor coincide, the regulator 23 will generate a zero signal at its output, and the IM ON HPC 25 will stop - HPC will take their regular position.

Таким образом, система обеспечивает управление НА КВД по штатной программе управления без использования информации от датчиков положения НА КВД.Thus, the system provides control of the HPC according to the standard control program without using information from the position sensors of the HPC.

При переводе РУД 1 и повышении режима работы ГТД выше или равного порогу срабатывания компаратора 8, последний переводит переключатели 6 и 7 в иное положение: к входу регулятора 9 будет подключен выход задатчика 2, к входу регулятора 10 - выход задатчика 5. Регулятор 9 будет работать в режиме ограничения максимально допустимой частоты вращения ротора КНД, а регулятор 10 - в режиме поддержания заданной частоты вращения ротора КВД от РУД 1. До достижения частотой вращения ротора КНД максимально допустимой селектор 11 будет выбирать сигнал регулятора 10, и значение суммарного расхода топлива (значение интегратора 12) будет определяться регулятором 10 по сигналу обратной связи от датчика 17 частоты вращения ротора КВД.When the throttle 1 is switched and the GTE operating mode is increased above or equal to the threshold of operation of the comparator 8, the latter switches the switches 6 and 7 to a different position: the output of the master 2 will be connected to the input of the controller 9, the output of the master 5 will be connected to the input of the controller 10. The controller 9 will work in the mode of limiting the maximum allowable speed of the HPC rotor, and the controller 10 - in the mode of maintaining the specified speed of the HPC rotor from throttle 1. Until the speed of the HPC rotor reaches the maximum allowable speed, the selector 11 will select the signal of the controller 10, and the value of the total fuel consumption (the value of the integrator 12) will be determined by the controller 10 by the feedback signal from the sensor 17 of the speed of the HPC rotor.

Согласно выбранной программе задатчика 21 регулятор 23, сравнивая заданную (задатчиком 21) и фактическую (датчиком 17) частоты вращения ротора КВД, формирует на своем выходе сигнал максимальной скорости открытия НА КВД, который приводит в движение ИМ НА КВД 25. При достижении полностью открытого положения гидроцилиндр ИМ НА КВД 25 прекращает свое движение. Обеспечивается открытое положение НА КВД.According to the selected program of the master 21, the controller 23, comparing the preset (by the master 21) and the actual (by the sensor 17) speed of the HPC rotor, generates at its output a signal of the maximum opening speed ON the HPC, which drives the IM ON the HPC 25. When the fully open position is reached hydraulic cylinder IM ON KVD 25 stops its movement. The open position of the HPC is provided.

Выбранная программа задатчика 20 (совпадающая с номинальным скольжением роторов) может быть реализована только при штатном положении НА КНД. Любое отклонение положения НА КНД от своего номинального значения вызовет отклонение скольжения роторов двигателя от номинального - ошибку регулирования. Регулятор 22, сравнивая заданное задатчиком 20 номинальное значение частоты вращения ротора КНД с фактической, формируемой задатчиком 15, формирует на своем выходе сигнал пропорциональный ошибке регулирования, ИМ НА КНД 24 начнет движение, что вызовет изменение положения НА КНД, изменение скольжения роторов и уменьшение ошибки регулирования регулятора 22. При совпадении фактической частоты ротора КНД с заданной регулятор 22 сформирует на своем выходе нулевой сигнал и ИМ НА КНД 24 остановится - НА КНД займут свое штатное положение.The selected program of the generator 20 (coinciding with the nominal slip of the rotors) can only be implemented in the standard position of the LPC. Any deviation of the position of the LPC from its nominal value will cause a deviation of the slip of the motor rotors from the nominal - a control error. The controller 22, comparing the nominal value of the speed of the LPC rotor given by the master 20 with the actual value generated by the master 15, generates at its output a signal proportional to the control error, the IM ON the LPC 24 will start moving, which will cause a change in the position of the LPC, a change in the slip of the rotors and a decrease in the control error regulator 22. If the actual frequency of the LPC rotor coincides with the given one, the regulator 22 will generate a zero signal at its output and the IM ON LPC 24 will stop - ON LPC will take their regular position.

Для исключения совместной работы регулятора 22 и регулятора 9 в режиме ограничения максимальной частоты вращения ротора КНД целесообразно выбрать программу задатчика 20 так, чтобы НА КНД занимали свое полностью открытое положение при частоте вращения ротора КНД меньше максимальной, формируемой задатчиком 2. В этом случае при выходе на максимальный режим работы обе группы НА будут открыты, регуляторы 22 и 23 формируют сигналы на прижатие НА к уборам открытия, и осуществляется штатная система регулирования частот вращения роторов КНД и КВД воздействием на расход топлива.To exclude the joint operation of regulator 22 and regulator 9 in the mode of limiting the maximum speed of the HPC rotor, it is advisable to choose the program of the master 20 so that the LPC occupies its fully open position when the speed of the HPC rotor is less than the maximum speed generated by the master 2. In this case, when reaching the the maximum operating mode, both groups of HP will be open, regulators 22 and 23 will generate signals to press the HP to the opening locks, and the regular system of regulation of the speeds of the HP and HP rotors by influencing the fuel consumption is carried out.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет осуществлять управление ГТД по штатным программам регулирования НА компрессоров без использования информации о положении групп НА, что повышает надежность системы управления.Thus, the present invention makes it possible to control the gas turbine engine according to the standard programs for regulating the compressors RP without using information about the position of the RP groups, which increases the reliability of the control system.

Claims

A method for controlling a two-shaft gas turbine engine with adjustable guide vanes of high and low pressure compressors, with a set nominal ratio of the reduced rotor speeds for each engine operation mode, including controlling the low and high pressure rotor speeds by changing the fuel flow to the main combustion chamber, adjusting the position of the guides devices, influencing the speed of their movement, characterized in that a threshold is preselected according to the reduced rotational speed for one of the rotors, in the range of engine operating modes below the selected threshold, the rotational speed of the low-pressure rotor is maintained by influencing the fuel consumption in the main combustion chamber, and the rotational speed of the high pressure rotor is supported based on the established nominal ratio of the reduced speeds of rotation of the rotors by affecting the speed of movement of the guide vanes of the high pressure compressor, and in the range of re If the engine operation presses are above or equal to the selected threshold, the high pressure rotor speed is maintained by influencing the fuel flow to the main combustion chamber, and the low pressure rotor speed is maintained based on the set nominal ratio of the reduced rotor speeds by affecting the low pressure compressor guide vanes movement speed.