RU2817059C1 - Method of controlling fuel dosing at ignition of combustion chamber of gas turbine engines - Google Patents

Method of controlling fuel dosing at ignition of combustion chamber of gas turbine engines Download PDF

Info

Publication number
RU2817059C1
RU2817059C1 RU2023124237A RU2023124237A RU2817059C1 RU 2817059 C1 RU2817059 C1 RU 2817059C1 RU 2023124237 A RU2023124237 A RU 2023124237A RU 2023124237 A RU2023124237 A RU 2023124237A RU 2817059 C1 RU2817059 C1 RU 2817059C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ignition
fuel consumption
rose
combustion chamber
setting
Prior art date
Application number
RU2023124237A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Ситников
Игорь Георгиевич Лисовин
Игорь Николаевич Грибков
Шамиль Давидович Басаргин
Александр Александрович Сухарев
Original Assignee
Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" filed Critical Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель"
Application granted granted Critical
Publication of RU2817059C1 publication Critical patent/RU2817059C1/en

Links

Abstract

FIELD: control or regulation of internal combustion engines.
SUBSTANCE: invention relates to automatic control of gas turbine engines (GTE) used as power units in gas and power industries. Proposed method consists in increasing supply of fuel and air compressed in compressor into combustion chamber. At transition to ignition of combustion chamber (CC), according to the "SC open" signal, the current temperature behind the turbine is memorized at start-up Ttstart and instantaneous increase in flow rate at ignition to preset value Gt start + R_Gt start, kg/h; then flow rate is increased at ignition with rate ((Gt end + R_Gt end) - (Gt start + R_Gt start))/Cit kg/h/s to preset value Gt end + R_Gt end, kg/h; wherein temperature Ttstart is controlled, at increase of Ttstart by ΔTtstarti relative to Ttstart at the moment of opening of "SC", the CC ignition sign is formed, if at the same time the current task for fuel consumption is more than the preset value Gt ig + R_Gt ig, then the task for consumption is instantly reduced to the setpoint Gt ig + R_Gt ig, kg/h; and transition to acceleration algorithm is performed, if, when forming the CC ignition feature, the current fuel consumption task is less than the predetermined value Gt ig + R_Gt ig, then the flow rate task continues to increase with a given rate to the setting Gt ig + R_Gt ig, when the setpoint is reached, a transition to the acceleration algorithm is performed, if at increase in the flow rate setting to the setpoint Gt end + R_Gt end and maintaining this flow rate for a period of time Δt_Gtend has not formed the CC ignition feature, then termination of CC non-ignition start-up is performed.
EFFECT: invention improves performance and reduces the number of non-ignition of GTE CC due to optimization of fuel consumption for ignition of combustion chamber in all operating conditions.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматического управления газотурбинными двигателями, используемыми в качестве силовых агрегатов в газовой и энергетических отраслях.The invention relates to the field of automatic control of gas turbine engines used as power units in the gas and energy industries.

Из уровня техники известен способ дозирования топлива на розжиге камеры сгорания (КС) газотурбинного двигателя (ГТД), при котором закон подачи топлива имеет вид: Gт=const (с коррекцией по давлению и температуре на входе в ГТД) независимо от внешних условий - оборотов ротора высокого давления (КВД) на продувке, напряжения на клеммах агрегата зажигания, технического состояния ГТД и так далее. Дозирующий элемент дозатора топлива устанавливается с максимальной скоростью на площадку розжига и поддерживается в этом положении в течение всего розжига. «Устройство и эксплуатация силовых установок самолетов ИЛ-96-300, ТУ-204, ИЛ-114»: Учеб. пособие для вузов/Б.А. Соловьев, А.А. Иноземцев, А.А. Куландин, И.А. Рожков, В.С. Акуленко; Под ред. Б.А. Соловьева. - М.:Транспорт, 1993. 171 с.From the prior art there is a known method for dosing fuel at the ignition of the combustion chamber (CC) of a gas turbine engine (GTE), in which the fuel supply law has the form: Gt=const (corrected for pressure and temperature at the inlet to the gas turbine engine) regardless of external conditions - rotor speed high pressure (HPC) at purge, voltage at the terminals of the ignition unit, technical condition of the gas turbine engine, and so on. The metering element of the fuel dispenser is installed at maximum speed on the ignition platform and is maintained in this position throughout the entire ignition. “Design and operation of power plants of IL-96-300, TU-204, IL-114 aircraft”: Textbook. manual for universities/B.A. Soloviev, A.A. Inozemtsev, A.A. Kulandin, I.A. Rozhkov, V.S. Akulenko; Ed. B.A. Solovyova. - M.: Transport, 1993. 171 p.

При такой подаче топлива воспламенение топливовоздушной смеси в камере сгорания происходит практически при постоянном соотношении расходов воздуха и топлива. Изменение условий эксплуатации, вызывает изменение оптимального соотношения топливо-воздух, и, как следствие, является причиной нерозжига топливовоздушной смеси (ТВС). При существующем законе подачи топлива требуется выполнение комплекса работ по поиску и устранению неисправности, в том числе и регулировка расхода топлива. Как правило, производится регулировка на увеличение расхода топлива. В некоторых случаях камера сгорания разжигается только на очень богатых регулировках, что приводит к предельным забросам температуры газа за ТВД и прекращению запуска по достижению высокой температуры. With such a fuel supply, ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber occurs at an almost constant ratio of air and fuel flow rates. Changes in operating conditions cause a change in the optimal fuel-air ratio, and, as a result, cause non-ignition of the air-fuel mixture (FA). With the existing fuel supply law, it is necessary to carry out a set of work to find and eliminate the malfunction, including adjusting fuel consumption. As a rule, adjustments are made to increase fuel consumption. In some cases, the combustion chamber is ignited only at very high settings, which leads to extreme surges in gas temperature behind the turboprop and termination of startup when a high temperature is reached.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и принятым за прототип, является способ управления расходом топлива на запуске газотурбинного двигателя (Патент RU № 2386836, МПК F02C9/00, опубл. 20.04.2010), заключающийся в том, что дополнительно измеряют температуру воздушно-топливной смеси (ВТС) в КС, в случае отсутствия роста температуры ВТС в течение 1-2 секунд с момента включения аппарата закрутки (A3) изменяют заданный расход топлива на розжиге КС путем знакопеременного ступенчатого воздействия с частотой 1-2 Гц и с амплитудой, возрастающей по величине от нуля с дискретностью 5% от величины заданного расхода топлива на розжиге КС.The closest analogue in technical essence and adopted as a prototype is a method for controlling fuel consumption at the start of a gas turbine engine (Patent RU No. 2386836, IPC F02C9/00, published on April 20, 2010), which consists in additionally measuring the temperature of the air-fuel mixture (VTS) in the CS, if there is no increase in the temperature of the VTS within 1-2 seconds from the moment the spinning apparatus (A3) is turned on, the specified fuel consumption when igniting the CS is changed by alternating stepwise action with a frequency of 1-2 Hz and with an amplitude increasing in magnitude from zero with a discreteness of 5% of the value of the specified fuel consumption when igniting the compressor station.

Недостатками данного способа является то, что изменение заданного расхода топлива на розжиге КС реализуется путем знакопеременного и ступенчатого воздействия с достаточно высокой частотой, что значительно снижает возможность обеспечения ТВС идеальной для розжига. Бедная ТВС повышает вероятность нерозжига, а розжиг богатой ТВС приводит к предельным забросам температуры газа за турбиной и прекращению запуска по достижению высокой температуры. Кроме этого, в способе не описан алгоритм действий в случае отсутствия розжига КС.The disadvantages of this method are that the change in the specified fuel consumption during ignition of the combustion chamber is implemented through alternating and stepwise effects with a sufficiently high frequency, which significantly reduces the possibility of ensuring the fuel assembly is ideal for ignition. A lean fuel assembly increases the likelihood of failure to ignite, and ignition of a rich fuel assembly leads to extreme surges in gas temperature behind the turbine and termination of startup when a high temperature is reached. In addition, the method does not describe the algorithm of actions in the event of failure to ignite the combustion chamber.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, заключается в снижении эксплуатационных характеристик и повышенном количестве нерозжигов камеры сгорания газотурбинного двигателя при изменениях условий эксплуатации и ухудшении технического состояния двигателя, снижение надежности функционирования ГТД.The technical problem, the solution of which is provided when implementing the proposed invention, and cannot be achieved when using a prototype, is a decrease in operational characteristics and an increased number of non-ignitions of the combustion chamber of a gas turbine engine when operating conditions change and the technical condition of the engine deteriorates, reducing the reliability of the gas turbine engine.

Техническая задача заключается в повышении эксплуатационных характеристик и снижении количества нерозжигов камеры сгорания газотурбинного двигателя, обеспечением оптимизации расхода топлива для розжига камеры сгорания во всех условиях эксплуатации, повышение надежности функционирования ГТД.The technical task is to improve the performance characteristics and reduce the number of non-ignitions of the combustion chamber of a gas turbine engine, ensure optimization of fuel consumption for ignition of the combustion chamber in all operating conditions, and increase the reliability of the operation of the gas turbine engine.

Техническая проблема решается за счет того, что в способе управления дозированием топлива на розжиге камеры сгорания газотурбинных двигателей, заключающемся в том, что увеличивают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания, согласно изобретению, при переходе к розжигу камеры сгорания, по сигналу «Стопорный клапан открыть» выполняется запоминание текущей температуры за турбиной на запуске Ттзап и мгновенное увеличение расхода на розжиге до наперед заданного значения Gт нач + R_Gт нач, где Gт нач- номинальная уставка начального расхода топлива на розжиге, кг/ч, R_Gт нач- регулировка уставки начального расхода топлива на розжиге, кг/ч; далее выполняется увеличение расхода на розжиге с темпом ((Gт кон + R_Gт кон) - (Gт нач + R_Gт нач))/Крт кг/ч/с до наперед заданного значения Gт кон + R_Gт кон, где Gт кон - номинальная уставка конечного расхода топлива на розжиге, кг/ч, R_Gт кон - регулировка уставки конечного расхода топлива на розжиге, кг/ч, Крт - коэффициент скорости изменения расхода топлива, с; при этом контролируется температура Ттзап, при увеличении Ттзап на ΔТтзапр относительно Ттзап в момент открытия «Стопорного клапана», где ΔТтзапр - уставка увеличения Ттзап для определения розжига, °С, формируется признак розжига камеры сгорания, если при этом текущее задание на расход топлива больше, чем наперед заданная величина Gт роз + R_Gт роз, то задание на расход мгновенно снижается до уставки Gт роз + R_Gт роз, где Gт роз - номинальная уставка расхода топлива для устойчивого горения на розжиге, кг/ч, R_Gт роз - регулировка уставки расхода топлива для устойчивого горения на розжиге, кг/ч; и выполняется переход на алгоритм разгона, если при формировании признака розжига камеры сгорания текущее задание на расход топлива меньше, чем наперед заданная величина Gт роз + R_Gт роз, то задание на расход продолжает увеличиваться с заданным темпом до уставки Gт роз + R_Gт роз, при достижении уставки выполняется переход на алгоритм разгона, если при увеличении задания на расход до уставки Gт кон + R_Gт кон и поддержании этого расхода в течение времени Δt_Gткон, с не сформировался признак розжига камеры сгорания, то выполняется прекращение запуска по нерозжигу камеры сгорания. The technical problem is solved due to the fact that in the method of controlling fuel dosing during ignition of the combustion chamber of gas turbine engines, which consists in increasing the supply of fuel and air compressed in the compressor into the combustion chamber, according to the invention, when switching to ignition of the combustion chamber, according to the signal “ Stop valve open”, the current temperature behind the turbine at startup Ttzap is stored and the flow rate on ignition is instantly increased to a predetermined value Gt start + R_Gt start, where Gt start is the nominal setting of the initial fuel consumption at ignition, kg/h, R_Gt start is the set point adjustment initial fuel consumption during ignition, kg/h; then the ignition flow rate is increased at a rate ((Gt con + R_Gt con) - (Gt start + R_Gt start))/Krt kg/h/s to the preset value Gt con + R_Gt con, where Gt con is the nominal final flow rate setting fuel during ignition, kg/h, R_Gt con - adjustment of the final fuel consumption setting during ignition, kg/h, Krt - coefficient of rate of change in fuel consumption, s; at the same time, the temperature Ttzap is controlled, with an increase in Ttzap by ΔTtzap relative to Ttzap at the moment of opening the “Stop valve”, where ΔTtzap is the setting for increasing Ttzap to determine ignition, °C, a sign of ignition of the combustion chamber is formed, if the current fuel consumption target is greater, than the preset value Gt rose + R_Gt rose, then the consumption target is instantly reduced to the setting Gt rose + R_Gt rose, where Gt rose is the nominal fuel consumption setting for stable combustion on ignition, kg/h, R_Gt rose is the adjustment of the fuel consumption set point for stable combustion on ignition, kg/h; and the transition to the acceleration algorithm is performed, if, when a sign of ignition of the combustion chamber is formed, the current task for fuel consumption is less than the preset value Gt rose + R_Gt rose, then the fuel consumption task continues to increase at a given rate until the set point Gt rose + R_Gt rose, when it reaches setting, a transition to the acceleration algorithm is performed, if, when increasing the flow rate target to the set point Gt con + R_Gt con and maintaining this flow rate for a time Δt_Gtcon, s, a sign of ignition of the combustion chamber is not formed, then the start is terminated due to non-ignition of the combustion chamber.

Кроме того, коэффициент скорости изменения расхода топлива Крт равен 5…25⋅с.In addition, the rate of change coefficient of fuel consumption Krt is equal to 5…25⋅s.

Кроме того, уставка увеличения для определения розжига ΔТтзапр равна 30…130°С.In addition, the increase setting for determining ignition ΔTtzapr is 30...130°C.

Кроме того, время задержки на уставке конечного расхода топлива на розжиге Δt_Gткон равно 1…5 с.In addition, the delay time at the final fuel consumption setting for ignition Δt_Gtkon is 1...5 s.

Техническое решение позволяет повысить эксплуатационные характеристики и снизить количество нерозжигов камеры сгорания газотурбинного двигателя обеспечением оптимизации расхода топлива для розжига камеры сгорания во всех условиях эксплуатации и, тем самым повысить надежность функционирования ГТД.The technical solution makes it possible to improve the performance characteristics and reduce the number of non-ignitions of the combustion chamber of a gas turbine engine by optimizing fuel consumption for igniting the combustion chamber under all operating conditions and thereby increasing the reliability of the operation of the gas turbine engine.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The present invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показано графическое пояснение предлагаемого способа. In fig. 1 shows a graphical explanation of the proposed method.

На фиг. 2 представлена блок-схема, иллюстрирующая порядок осуществления заявляемого способа.In fig. 2 is a block diagram illustrating the procedure for implementing the proposed method.

Блок 1 - представляет собой запоминающий блок, который запоминает значение температуры Ттзап, °С в момент открытия стопорного клапана. Выходной сигнал I1 поступает в блок 5 и служит уставкой для вычисления разницы между текущей температурой за турбиной и температурой Ттзап в момент открытия стопорного клапана.Block 1 is a memory block that remembers the temperature value Ttsap, °C at the moment the stop valve opens. The output signal I 1 enters block 5 and serves as a setpoint for calculating the difference between the current temperature behind the turbine and the temperature Tsap at the moment the stop valve opens.

Блок 2 - представляет собой блок суммирования, в котором складываются две величины, величина расхода топлива для устойчивого горения на розжиге и её регулировка. Выходной сигнал I2 служит уставкой расхода устойчивого горения для блока сравнения 9 и блока селектирования 13.Block 2 is a summation block in which two values are added up, the amount of fuel consumption for stable combustion during ignition and its adjustment. The output signal I 2 serves as the steady combustion flow rate setting for the comparison block 9 and the selection block 13.

Блок 3 - представляет собой блок суммирования, в котором складываются две величины, величина начального расхода топлива на розжиге и её регулировка. Выходной сигнал I3 служит уставкой начального расхода на розжиге для блока вычисления 6 и интегрирующего блока 8.Block 3 is a summation block in which two values are added, the value of the initial fuel consumption during ignition and its adjustment. The output signal I 3 serves as the initial ignition flow rate setting for the calculation block 6 and the integrating block 8.

Блок 4 - представляет собой блок суммирования, в котором складываются две величины, величина конечного расхода топлива на розжиге и её регулировка. Выходной сигнал I4 служит уставкой конечного расхода на розжиге для блока вычисления 6, интегрирующего блока 8 и блока сравнения 10.Block 4 is a summation block in which two values are added up, the value of the final fuel consumption during ignition and its adjustment. The output signal I 4 serves as the final flow rate setting for ignition for the calculation block 6, the integrating block 8 and the comparison block 10.

Блок 5 - представляет собой вычитающий блок, который определяет разницу между текущей температурой за турбиной на запуске Ттзап и значением температуры Ттзап в момент открытия стопорного клапана. Выходной сигнал I5 поступает в блок сравнения 7.Block 5 - is a subtractive block that determines the difference between the current temperature behind the turbine at startup Ttzap and the temperature value Ttzap at the moment the stop valve opens. The output signal I 5 goes to the comparison block 7.

Блок 6 - представляет собой блок, вычисляющий темп изменения расхода топлива на розжиге от начального до конечного. Выходной сигнал I6 поступает на вход интегрирующего блока 8.Block 6 - is a block that calculates the rate of change in fuel consumption during ignition from initial to final. The output signal I 6 is supplied to the input of the integrating block 8.

Блок 7 - представляет собой блок сравнения (компаратор), выполняющий сравнение разницы между текущей температурой за турбиной на запуске Ттзап и значением температуры Ттзап в момент открытия стопорного клапана с уставкой признака розжига КС равной ΔТтзапр. При превышении разницы температур уставки формируется выходной сигнал I7=1 - «Розжиг камеры сгорания», который поступает в блок 11.Block 7 is a comparison block (comparator) that compares the difference between the current temperature behind the turbine at the start of Ttzap and the temperature value Ttzap at the moment of opening the stop valve with the setting of the ignition sign of the combustion chamber equal to ΔTtzap. When the temperature difference exceeds the set point, the output signal I 7 =1 - “Ignition of the combustion chamber” is generated, which is supplied to block 11.

Блок 8 - интегрирующий блок, изменяющий расход топлива на розжиге от начального значения I3 до конечного значения I4 с темпом I6 при наличии сигнала «СК открыть». Выходной сигнал I8 служит величиной текущего задания расхода топлива на вход блока сравнения 9, блока сравнения 10 и блока селектирования 13.Block 8 is an integrating block that changes fuel consumption during ignition from the initial value I 3 to the final value I 4 at a rate of I 6 in the presence of the “SC open” signal. The output signal I 8 serves as the value of the current fuel consumption reference to the input of the comparison block 9, the comparison block 10 and the selection block 13.

Блок 9 - представляет собой блок сравнения (компаратор), выполняющий сравнение величины текущего задания расхода топлива I8 с уставкой расхода устойчивого горения I2, при превышении величины текущего задания расхода топлива над величиной уставки формируется сигнал I9=1. Выходной сигнал I9 поступает в блок 11.Block 9 is a comparison block (comparator) that compares the value of the current fuel consumption target I 8 with the steady combustion flow rate setting I 2 , when the value of the current fuel consumption target exceeds the set value, the signal I 9 =1 is generated. The output signal I 9 goes to block 11.

Блок 10 - представляет собой блок сравнения (компаратор), выполняющий сравнение величины текущего задания расхода топлива I8 с уставкой конечного расхода на розжиге I4, при превышении величины текущего задания расхода топлива над величиной уставки формируется сигнал I10=1. Выходной сигнал I10 поступает в блок 12.Block 10 is a comparison block (comparator) that compares the value of the current fuel consumption setting I 8 with the final ignition consumption setting I 4 , when the value of the current fuel consumption setting exceeds the setting value, the signal I 10 =1 is generated. The output signal I 10 goes to block 12.

Блок 11 - представляет собой блок логического умножения (И), который при наличии сигнала «Признак розжига камеры сгорания» (I7 = 1) и сигнала I9 формирует сигнал I11=1 - «Переход на разгон». Также выходной сигнал I11 поступает в блок 13.Block 11 is a logical multiplication (AND) block, which, in the presence of the signal “Sign of ignition of the combustion chamber” (I 7 = 1) and the signal I 9 , generates the signal I 11 = 1 - “Transition to acceleration”. Also, the output signal I 11 is supplied to block 13.

Блок 12 - представляет собой блок задержки (таймер), при наличии сигнала I10 о превышении величины текущего задания расхода топлива над величиной уставки конечного расхода на розжиге в течение времени Δt_Gткон формируется сигнал I12=1 - «Прекращение запуска».Block 12 - is a delay block (timer), if there is a signal I 10 about the value of the current fuel consumption setting exceeding the value of the final consumption setting on ignition during the time Δt_Gtkon, the signal I 12 = 1 - “Start Termination” is generated.

Блок 13 - представляет собой блок селектирования, при отсутствии сигнала I11 - «Переход на разгон» на управление дозатором выдается текущее задание расхода топлива из интегрирующего блока 8, при наличии сигнала I11 на управление дозатором выдается уставка расхода устойчивого горения.Block 13 is a selection block; in the absence of signal I 11 - “Transition to acceleration”, the current fuel consumption setting from the integrating block 8 is issued to control the dispenser; in the presence of signal I 11, the steady combustion flow rate setting is issued to control the dispenser.

В описании используются следующие обозначения и наименования:The following designations and names are used in the description:

СК - стопорный клапан - клапан, который подает топливо в дозирующий элемент и далее в КС;SK - stop valve - a valve that supplies fuel to the metering element and then to the KS;

Ттзап - температура за турбиной на запуске, °С;Ttzap is the temperature behind the turbine at startup, °C;

ΔТтзапр - уставка увеличения Ттзап для определения розжига, 30…130°С;ΔTtzapr - setting for increasing Ttzap to determine ignition, 30…130°C;

Gт роз - номинальная уставка расхода топлива для устойчивого горения на розжиге, 150…300 кг/ч; GT rose - nominal fuel consumption setting for stable combustion on ignition, 150…300 kg/h;

R_Gт роз - регулировка уставки расхода топлива для устойчивого горения на розжиге, кг/ч; R_Gт rose - adjustment of the fuel consumption setting for stable combustion on ignition, kg/h;

Gт нач - номинальная уставка начального расхода топлива на розжиге, 0…150 кг/ч;GT start - nominal setting of initial fuel consumption during ignition, 0…150 kg/h;

R_Gт нач - регулировка уставки начального расхода топлива на розжиге, кг/ч; R_Gt start - adjustment of the initial fuel consumption setting for ignition, kg/h;

Gт кон - номинальная уставка конечного расхода топлива на розжиге, 300…400 кг/ч;GT con - nominal setting for final fuel consumption during ignition, 300…400 kg/h;

R_Gт кон - регулировка уставки конечного расхода топлива на розжиге, кг/ч;R_Gt con - adjustment of the final fuel consumption setting during ignition, kg/h;

Крт - коэффициент скорости изменения расхода топлива, 5…25 с.Krt - coefficient of rate of change in fuel consumption, 5...25 s.

Δt_Gткон - время задержки на уставке конечного расхода топлива на розжиге, 1…5 с.Δt_Gtkon - delay time at the final fuel consumption set point during ignition, 1…5 s.

Используемые в изобретении величины ΔТтзапр, Gт роз, Gт нач, Gт кон, Крт, Δt_Gткон определяются расчетно-экспериментальным путем в зависимости от мощности газотурбинного двигателя и конструкции камеры сгорания, величины R_Gт роз, R_Gт нач, R_Gт кон определяются расчетно-экспериментальным путем в зависимости от состояния ГТД и условий эксплуатации.The values ΔTtzapr, Gt rose, Gt start, Gt con, Krt, Δt_Gtcon used in the invention are determined by calculation and experiment depending on the power of the gas turbine engine and the design of the combustion chamber, the values of R_Gt rose, R_Gt start, R_Gt con are determined by calculation and experiment depending on the state of the gas turbine engine and operating conditions.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

При переходе к розжигу камеры сгорания, по сигналу «СК открыть» в блоке 1 выполняется запоминание текущей температуры за турбиной Ттзап и мгновенное увеличение задания расхода на розжиге в интегрирующем блоке 8 до начального значения Gт нач, кг/ч + R_Gт нач, кг/ч (начальная установка интегратора), которое вычисляется в блоке 3. When switching to ignition of the combustion chamber, at the “SK open” signal in block 1, the current temperature behind the turbine Ttzap is stored and the ignition flow rate setting is instantly increased in integrating block 8 to the initial value Gt start, kg/h + R_Gt start, kg/h (integrator initial setting), which is calculated in block 3.

Далее в блоке 8 выполняется увеличение задания расхода на розжиге с темпом ((Gт кон, кг/ч + R_Gт кон, кг/ч) - (Gт нач, кг/ч + R_Gт нач, кг/ч))/Крт кг/ч/с, темп увеличения вычисляется в блоке 6, до наперед заданного значения Gт кон, кг/ч + R_Gт кон, кг/ч, которое вычисляется в блоке 4. При этом контролируется температура Ттзап, при увеличении Ттзап на ΔТтзапр относительно Ттзап в момент открытия СК, формируется признак розжига КС, разница между текущей Ттзап и Ттзап в момент открытия СК вычисляется в блоке 5, сравнение разницы температур с уставкой ΔТтзапр и формирование признака розжига КС выполняется в блоке 7.Next, in block 8, the ignition flow rate is increased at a rate ((Gt end, kg/h + R_Gt end, kg/h) - (Gt start, kg/h + R_Gt start, kg/h))/Krt kg/h /s, the rate of increase is calculated in block 6, up to a predetermined value Gt con, kg/h + R_Gt con, kg/h, which is calculated in block 4. At the same time, the temperature Tzap is controlled, with an increase in Tzap by ΔTzapr relative to Tzap at the moment of opening SK, the sign of ignition of the CS is formed, the difference between the current Ttzap and Tsap at the moment of opening the SK is calculated in block 5, comparison of the temperature difference with the setting ΔTtzapr and the formation of the sign of ignition of the CS is performed in block 7.

В блоке 9 выполняется сравнение величины текущего задания расхода топлива I8, которая вычисляется в блоке 8, с уставкой расхода устойчивого горения Gт роз, кг/ч + R_Gт роз, кг/ч, которая вычисляется в блоке 2. При превышении величины текущего задания расхода топлива над величиной уставки формируется сигнал I9=1. In block 9, a comparison is made of the value of the current fuel consumption setting I 8 , which is calculated in block 8, with the steady combustion flow rate setting Gt rose, kg/h + R_Gt rose, kg/h, which is calculated in block 2. If the value of the current flow rate is exceeded fuel above the set value, the signal I 9 =1 is generated.

Если при формировании признака розжига КС текущее задание на расход топлива больше, чем наперед заданная величина Gт роз, кг/ч + R_Gт роз, кг/ч, то задание на расход мгновенно снижается до уставки Gт роз, кг/ч + R_Gт роз, кг/ч и выполняется переход на алгоритм разгона. Сигнал перехода на режим разгона формируется в блоке 11, поэтому же сигналу в блоке 13 задание на расход мгновенно снижается до уставки Gт роз, кг/ч + R_Gт роз, кг/ч. If, when the ignition signal is generated, the current fuel consumption target is greater than the preset value Gt rose, kg/h + R_Gt rose, kg/h, then the fuel consumption task is instantly reduced to the set value Gt rose, kg/h + R_Gt rose, kg /h and the transition to the acceleration algorithm is performed. The signal for switching to the acceleration mode is generated in block 11, therefore, the signal in block 13 instantly reduces the flow rate to the set point Gt rose, kg/h + R_Gt rose, kg/h.

Если при формировании признака розжига КС текущее задание на расход топлива меньше, чем наперед заданная величина Gт роз, кг/ч + R_Gт роз, кг/ч, то задание на расход продолжает увеличиваться с заданным темпом до уставки Gт роз, кг/ч + R_Gт роз, кг/ч, при достижении уставки выполняется переход на алгоритм разгона, если при увеличении задания на расход до уставки Gт кон, кг/ч + R_Gт кон, кг/ч (сравнение выполняется в блоке 10) и поддержании этого расхода в течение времени Δt_Gткон (задержка реализуется в блоке 12) не сформировался признак розжига КС, то выполняется прекращение запуска по нерозжигу камеры сгорания.If, when the ignition sign is formed, the current fuel consumption task is less than the preset value Gt rose, kg/h + R_Gt rose, kg/h, then the consumption task continues to increase at a given rate until the set point Gt rose, kg/h + R_Gt roz, kg/h, when the setpoint is reached, a transition to the acceleration algorithm is performed, if by increasing the flow rate task to the setpoint Gt con, kg/h + R_Gt con, kg/h (the comparison is performed in block 10) and maintaining this flow rate over time Δt_Gtkon (the delay is implemented in block 12), the ignition sign of the combustion chamber has not been formed, then the start is terminated due to non-ignition of the combustion chamber.

Приведены примеры осуществления изобретения.Examples of implementation of the invention are given.

Пример 1. Отсутствие розжигаExample 1. No ignition

Gт нач = 0 кг/ч, R_Gт нач = 0 кг/ч, Gт кон = 400 кг/ч,Gt start = 0 kg/h, R_Gt start = 0 kg/h, Gt end = 400 kg/h,

R_Gт кон = 0 кг/ч, Gт роз = 300 кг/ч, R_Gт роз = 0 кг/ч,R_Gt con = 0 kg/h, Gt rose = 300 kg/h, R_Gt rose = 0 kg/h,

Крт = 25 с, ΔТтзапр = 130°С, Δt_Gткон = 5 с.Krt = 25 s, ΔTtzapr = 130°C, Δt_Gtkon = 5 s.

По сигналу «СК открыть» была зафиксирована текущая температура за турбиной на запуске Ттзап и мгновенно увеличен расход на розжиге до наперед заданного значения (Gт нач + R_Gт нач) = 0 кг/ч, далее выполнялось увеличение расхода на розжиге с темпом ((Gт кон + R_Gт кон) - (Gт нач + R_Gт нач))/Крт = 16 кг/ч/с до наперед заданного значения (Gт кон + R_Gт кон) = 400 кг/ч, с поддержанием этого расхода в течение времени Δt_Gткон с, при этом контролировалась температура Ттзап, увеличения Ттзап на ΔТтзапр °С относительно Ттзап в момент открытия СК не произошло, признак розжига КС не сформировался, по истечении времени Δt_Gткон выполнено прекращение запуска по нерозжигу КС.According to the “SK open” signal, the current temperature behind the turbine was recorded at the start of Ttzap and the ignition flow rate was instantly increased to a predetermined value (Gt start + R_Gt start) = 0 kg/h, then the ignition flow rate was increased at a rate ((Gt end + R_Gt con) - (Gt start + R_Gt start))/Krt = 16 kg/h/s to a predetermined value (Gt con + R_Gt con) = 400 kg/h, maintaining this flow rate for a time Δt_Gt con s, at In this case, the temperature Ttzap was controlled, an increase in Ttzap by ΔTtzapr °C relative to Ttzap did not occur at the moment of opening the SC, the sign of ignition of the CS was not formed, after the time Δt_Gtkon the launch was terminated due to non-ignition of the CS.

Пример 2. Поздний розжигExample 2. Late ignition

Gт нач = 0 кг/ч, R_Gт нач = 0 кг/ч, Gт кон = 400 кг/ч,Gt start = 0 kg/h, R_Gt start = 0 kg/h, Gt end = 400 kg/h,

R_Gт кон = 0 кг/ч, Gт роз = 300 кг/ч, R_Gт роз = 0 кг/ч, Крт = 25 с,R_Gt con = 0 kg/h, Gt rose = 300 kg/h, R_Gt rose = 0 kg/h, Krt = 25 s,

ΔТтзапр = 130°С, Δt_Gткон = 5 с.ΔTtzapr = 130°C, Δt_Gtkon = 5 s.

По сигналу «СК открыть» была зафиксирована текущая температура за турбиной на запуске Ттзап и мгновенно увеличен расход на розжиге до наперед заданного значения (Gт нач + R_Gт нач) = 0 кг/ч, далее
выполнялось увеличение расхода на розжиге с темпом
((Gт кон + R_Gт кон) - (Gт нач + R_Gт нач))/Крт = 16 кг/ч/с, при этом контролировалась температура Ттзап. Увеличение Ттзап на ΔТтзапр = 130°С относительно Ттзап в момент открытия СК и формирование признака розжига КС произошло при текущем задании на расход топлива большем, чем наперед заданная величина (Gт роз + R_Gт роз) = 300 кг/ч. При формировании признака розжига КС задание на расход было мгновенно снижено до уставки (Gт роз + R_Gт роз) =0 кг/ч и выполнен переход на алгоритм разгона с этого значения расхода топлива, что позволило снизить заброс по температуре.
According to the “SK open” signal, the current temperature behind the turbine at startup Ttzap was recorded and the ignition flow rate was instantly increased to a predetermined value (Gt start + R_Gt start) = 0 kg/h, then
the ignition flow rate was increased at a rate
((Gt end + R_Gt end) - (Gt start + R_Gt start))/Krt = 16 kg/h/s, while the temperature Ttzap was controlled. An increase in Ttzap by ΔTtzapr = 130°C relative to Ttzap at the moment of opening the SC and the formation of the sign of ignition of the CS occurred at the current fuel consumption target greater than the previously specified value (Gt rose + R_Gt rose) = 300 kg/h. When the sign of ignition of the combustion chamber was formed, the consumption target was instantly reduced to the set point (Gt rose + R_Gt rose) = 0 kg/h and a transition was made to the acceleration algorithm from this fuel consumption value, which made it possible to reduce the temperature overshoot.

Пример 3. Ранний розжигExample 3. Early ignition

Gт нач = 0 кг/ч, R_Gт нач = 0 кг/ч, Gт кон = 400 кг/ч,Gt start = 0 kg/h, R_Gt start = 0 kg/h, Gt end = 400 kg/h,

R_Gт кон = 0 кг/ч, Gт роз = 300 кг/ч, R_Gт роз = 0 кг/ч, Крт = 25 с,R_Gt con = 0 kg/h, Gt rose = 300 kg/h, R_Gt rose = 0 kg/h, Krt = 25 s,

ΔТтзапр = 130°С, Δt_Gткон = 5 с.ΔTtzapr = 130°C, Δt_Gtkon = 5 s.

По сигналу «СК открыть» была зафиксирована текущая температура за турбиной на запуске Ттзап и мгновенно увеличен расход на розжиге до наперед заданного значения (Gт нач + R_Gт нач) = 0 кг/ч, далее выполнялось увеличение расхода на розжиге с темпом ((Gт кон + R_Gт кон) - (Gт нач + R_Gт нач))/Крт = 16 кг/ч/с, при этом контролировалась температура Ттзап. Увеличение Ттзап на ΔТтзапр °С относительно Ттзап в момент открытия СК и формирование признака розжига КС произошло при текущем задании на расход топлива меньшем, чем наперед заданная величина (Gт роз + R_Gт роз) = 300 кг/ч. При формировании признака розжига КС продолжилось увеличение расхода топлива с темпом ((Gт кон + R_Gт кон) - (Gт нач + R_Gт нач))/Крт = 16 кг/ч/с до уставки (Gт роз + R_Gт роз) =300 кг/ч, после чего был выполнен переход на алгоритм разгона с этого значения расхода топлива, что позволило избежать срыва пламени и снизить заброс по температуре из-за броска топлива для обеспечения требуемого ускорения на разгоне.According to the “SK open” signal, the current temperature behind the turbine was recorded at the start of Ttzap and the ignition flow rate was instantly increased to a predetermined value (Gt start + R_Gt start) = 0 kg/h, then the ignition flow rate was increased at a rate ((Gt end + R_Gt end) - (Gt start + R_Gt start))/Krt = 16 kg/h/s, while the temperature Ttzap was controlled. An increase in Ttzap by ΔTtzapr °C relative to Ttzap at the moment of opening the SC and the formation of a sign of ignition of the CS occurred at the current fuel consumption target less than the previously specified value (Gt rose + R_Gt rose) = 300 kg/h. When the sign of ignition of the combustion chamber was formed, the increase in fuel consumption continued at a rate ((Gt con + R_Gt con) - (Gt start + R_Gt start))/Krt = 16 kg/h/s to the set point (Gt rose + R_Gt rose) = 300 kg/ h, after which a transition was made to the acceleration algorithm from this fuel consumption value, which made it possible to avoid flameout and reduce the temperature rise due to fuel surge to ensure the required acceleration during acceleration.

Приведенный алгоритм подачи топлива на розжиге КС позволяет: The given algorithm for supplying fuel during ignition of the compressor station allows:

- выполнить розжиг КС с автоматическим поиском оптимальных условий воспламенения в исследованном диапазоне расхода топлива (от Gт нач, кг/ч + R_Gт нач, кг/ч до Gт кон, кг/ч + R_Gт кон, кг/ч). Так при работе двух каналов агрегата зажигания с частотой 3 Гц за 15 секунд происходит около 90 разрядов на двух свечах. Таким образом, за 15 секунд работы агрегата зажигания выполняется 90 попыток розжига с изменением расхода топлива между попытками на ≈2,2 кг/ч (при разнице между начальным и конечным расходом 200 кг/ч);- perform ignition of the combustion chamber with an automatic search for optimal ignition conditions in the studied range of fuel consumption (from Gt start, kg/h + R_Gt start, kg/h to Gt end, kg/h + R_Gt end, kg/h). So, when two channels of the ignition unit operate with a frequency of 3 Hz, about 90 discharges occur on two spark plugs in 15 seconds. Thus, in 15 seconds of operation of the ignition unit, 90 ignition attempts are performed with a change in fuel consumption between attempts by ≈2.2 kg/h (with a difference between the initial and final consumption of 200 kg/h);

- понизить расход топлива на розжиге (при розжиге на большом расходе) до установленной нормы, что снижает максимальную температуру газа за турбиной;- reduce fuel consumption during ignition (when igniting at high flow rate) to the established norm, which reduces the maximum gas temperature behind the turbine;

- увеличить расход топлива для увеличения вероятности пламепереброса в остальные жаровые трубы, при розжиге пусковых жаровых труб и отсутствии пламепереброса на низком расходе топлива.- increase fuel consumption to increase the likelihood of flame transfer to the remaining flame tubes, when the starting flame tubes are ignited and there is no flame transfer at low fuel consumption.

Положительный технический результат получен во всех случаях осуществления изобретения на всех двигателях разработки АО «ОДК-Авиадвигатель», используемых в качестве силовых агрегатов в газовой и энергетических отраслях.A positive technical result was obtained in all cases of implementation of the invention on all engines developed by UEC-Aviadvigatel JSC, used as power units in the gas and energy industries.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками, позволяет повысить эксплуатационные характеристики и снизить количество нерозжигов камеры сгорания газотурбинного двигателя обеспечением оптимизации расхода топлива для розжига камеры сгорания во всех условиях эксплуатации и тем самым повысить надежность функционирования ГТД.Thus, the use of the proposed invention with the above distinctive features makes it possible to increase the performance characteristics and reduce the number of non-ignitions of the combustion chamber of a gas turbine engine by ensuring optimization of fuel consumption for igniting the combustion chamber under all operating conditions and thereby increasing the reliability of the operation of the gas turbine engine.

Claims (4)

1. Способ управления дозированием топлива на розжиге камеры сгорания газотурбинных двигателей, заключающийся в том, что увеличивают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания, отличающийся тем, что при переходе к розжигу камеры сгорания, по сигналу «Стопорный клапан открыть» выполняется запоминание текущей температуры за турбиной на запуске Ттзап и мгновенное увеличение расхода на розжиге до наперед заданного значения Gт нач + R_Gт нач, где Gт нач – номинальная уставка начального расхода топлива на розжиге, кг/ч, R_Gт нач – регулировка уставки начального расхода топлива на розжиге, кг/ч; далее выполняется увеличение расхода на розжиге с темпом ((Gт кон + R_Gт кон) – (Gт нач + R_Gт нач))/Крт кг/ч/с до наперед заданного значения Gт кон + R_Gт кон, где Gт кон – номинальная уставка конечного расхода топлива на розжиге, кг/ч, R_Gт кон – регулировка уставки конечного расхода топлива на розжиге, кг/ч, Крт – коэффициент скорости изменения расхода топлива, с; при этом контролируется температура Ттзап, при увеличении Ттзап на ΔТтзапр относительно Ттзап в момент открытия стопорного клапана, где ΔТтзапр – уставка увеличения Ттзап для определения розжига, формируется признак розжига камеры сгорания, °С, если при этом текущее задание на расход топлива больше, чем наперед заданная величина Gт роз + R_Gт роз, то задание на расход мгновенно снижается до уставки Gт роз + R_Gт роз, где Gт роз – номинальная уставка расхода топлива для устойчивого горения на розжиге, кг/ч, R_Gт роз – регулировка уставки расхода топлива для устойчивого горения на розжиге, кг/ч; и выполняется переход на алгоритм разгона, если при формировании признака розжига камеры сгорания текущее задание на расход топлива меньше, чем наперед заданная величина Gт роз + R_Gт роз, то задание на расход продолжает увеличиваться с заданным темпом до уставки Gт роз + R_Gт роз, при достижении уставки выполняется переход на алгоритм разгона, если при увеличении задания на расход до уставки Gт кон + R_Gт кон и поддержании этого расхода в течение времени Δt_Gткон, с, не сформировался признак розжига камеры сгорания, то выполняется прекращение запуска по нерозжигу камеры сгорания. 1. A method for controlling fuel dosing during ignition of the combustion chamber of gas turbine engines, which consists in increasing the supply of fuel and air compressed in the compressor into the combustion chamber, characterized in that when switching to ignition of the combustion chamber, at the signal “Open stop valve”, the current temperature behind the turbine at startup Ttzap is memorized and the ignition flow rate is instantly increased to a predetermined value Gt start + R_Gt start, where Gt start is the nominal setting of the initial fuel consumption at ignition , kg/h, R_Gt start – adjustment of the initial fuel consumption setting for ignition, kg/h; then the ignition flow rate is increased at a rate ((Gt con + R_Gt con) – (Gt start + R_Gt start))/Krt kg/h/s to the preset value Gt con + R_Gt con, where Gt con is the nominal final flow rate setting fuel during ignition, kg/h, R_Gt con – adjustment of the final fuel consumption setting during ignition, kg/h, Krt – coefficient of rate of change in fuel consumption, s; at the same time, the temperature Ttzap is controlled, with an increase in Ttzap by ΔTtzap relative to Ttzap at the moment of opening the stop valve, where ΔTtzap is the setting for increasing Ttzap to determine ignition, a sign of ignition of the combustion chamber is formed, °C, if the current fuel consumption target is greater than in advance given value Gt rose + R_Gt rose, then the consumption target is instantly reduced to the set point Gt rose + R_Gt rose, where Gt rose is the nominal fuel consumption setting for stable combustion on ignition, kg/h, R_Gt rose is the adjustment of the fuel consumption set point for stable combustion on ignition, kg/h; and the transition to the acceleration algorithm is performed, if, when a sign of ignition of the combustion chamber is formed, the current task for fuel consumption is less than the preset value Gt rose + R_Gt rose, then the fuel consumption task continues to increase at a given rate until the set point Gt rose + R_Gt rose, when it reaches setting, a transition to the acceleration algorithm is performed, if, when increasing the flow rate target to the set point Gt con + R_Gt con and maintaining this flow rate for the time Δt_Gtcon, s, the sign of ignition of the combustion chamber is not formed, then the start is terminated due to non-ignition of the combustion chamber. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент скорости изменения расхода топлива Крт равен 5…25 с.2. The method according to claim 1, characterized in that the coefficient of the rate of change in fuel consumption Krt is equal to 5...25 s. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что уставка увеличения для определения розжига ΔТтзапр равна 30…130°С.3. Method according to claim 1, characterized in that that the increase setting for determining ignition ΔTtzapr is equal to 30...130°C. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что время задержки на уставке конечного расхода топлива на розжиге Δt_Gткон равно 1-5 с.4. Method according to claim 1, characterized in that that the delay time at the final fuel consumption setting for ignition Δt_Gtkon is 1-5 s.
RU2023124237A 2023-09-20 Method of controlling fuel dosing at ignition of combustion chamber of gas turbine engines RU2817059C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817059C1 true RU2817059C1 (en) 2024-04-09

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5440490A (en) * 1992-11-20 1995-08-08 Rolls-Royce Plc Aircraft engine emergency control system
RU2316663C1 (en) * 2006-06-13 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Method of metering out of fuel at starting of gas-turbine engine
RU2386836C2 (en) * 2008-04-14 2010-04-20 Открытое акционерное общество "СТАР" Method to control fuel flow rate in starting gas turbine engine
RU2422658C1 (en) * 2009-12-22 2011-06-27 Закрытое акционерное общество научно-производственная фирма ЗАО НПФ "ГАЗ-система-сервис" Control method of fuel flow at start of gas turbine unit
RU2786965C1 (en) * 2022-02-17 2022-12-26 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5440490A (en) * 1992-11-20 1995-08-08 Rolls-Royce Plc Aircraft engine emergency control system
RU2316663C1 (en) * 2006-06-13 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Method of metering out of fuel at starting of gas-turbine engine
RU2386836C2 (en) * 2008-04-14 2010-04-20 Открытое акционерное общество "СТАР" Method to control fuel flow rate in starting gas turbine engine
RU2422658C1 (en) * 2009-12-22 2011-06-27 Закрытое акционерное общество научно-производственная фирма ЗАО НПФ "ГАЗ-система-сервис" Control method of fuel flow at start of gas turbine unit
RU2786965C1 (en) * 2022-02-17 2022-12-26 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3902315A (en) Starting fuel control system for gas turbine engines
US7823388B2 (en) Gas turbine engine control system
US8983755B2 (en) Control system and control method of gas engine
RU2550292C2 (en) Gas-turbine plant controller and its control method
US7003939B1 (en) Method for the adaption of the operation of a staged combustion chamber for gas turbines
KR20100074026A (en) Control system for a land-based simple cycle pdc hybrid engine for power generation
EP2672089B1 (en) Control device for gas turbine power generation plant
US10094292B2 (en) Method of acceleration control during APU starting
US20160333731A1 (en) Method for operating a gas turbine at part load
US10724495B2 (en) Gas engine system
KR840002483B1 (en) Control for start-up of a gas turbine engine
RU2817059C1 (en) Method of controlling fuel dosing at ignition of combustion chamber of gas turbine engines
GB2348675A (en) Changing combustion modes in gas turbine engine
WO2011023852A1 (en) Ignition control of spark ignited reciprocating combustion engine
EP3369923A1 (en) Gas engine control method
JP2002317664A (en) Differential pressure control device for gas engine auxiliary chamber
RU2705500C1 (en) Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber
GB2574443A (en) Knock mitigation and cylinder balancing in an internal combustion engine
JP3382025B2 (en) Gas engine control unit
RU2781460C1 (en) Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner
US11876379B2 (en) Method of synchronizing a generator with a power supply network
RU2786965C1 (en) Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner
RU2706518C1 (en) Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber
RU2798129C1 (en) Method for protecting gas turbine engine from surge
RU2774564C1 (en) Gas turbine engine control method