устройство для измерения температуры газа газотурбинного двигателя

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры газа газотурбинного двигателя, содержащее последовательно соединенные блок термоэлектрических преобразователей, первый сумматор и первый блок деления, а также последовательно связанные дифференциатор и первый блок умножения, выход которого подключен к другому входу первого сумматора, а другой выход блока термоэлектрических преобразователей связан с входом дифференциатора, датчик полного давления воздуха за компрессором, связанный через второй блок деления с входом блока вычитания, выход которого подключен к другому входу первого блока умножения, датчик давления газа за турбиной двигателя, подключенный к входу третьего блока деления, другой вход которого подсоединен к выходу датчика полного давления воздуха за компрессором, а также датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, связанный выходом с другим входом второго блока деления и с входом другого дифференциатора, соединенного выходом с другим входом блока вычитания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры газа перед турбиной, в него введены второй блок умножения, квадратор и функциональный преобразователь в виде блока суммирования произведений сигналов, а также последовательно связанные другой функциональный преобразователь в виде блока суммирования произведений сигналов и второй сумматор, выход которого соединен с другим входом первого блока деления, а другой вход связан с выходом функционального преобразователя, один вход второго блока умножения соединен с выходом датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора, другой с выходом третьего блока деления, а выход - с первым входом функционального преобразователя, другой вход которого связан с выходом квадратора, вход которого и первый вход другого функционального преобразователя подключены к выходу третьего блока деления, а другой вход другого функционального преобразователь подсоединен к выходу датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что функциональный преобразователь состоит из последовательно соединенных третьих блока умножения и сумматора, а также четвертого блока умножения и двух шин сигналов постоянного уровня, при этом выход четвертого блока умножения связан с другим входом третьего сумматора, первым входом функционального преобразователя является первый вход третьего блока умножения, другим входом вход четвертого блока умножения, а выходом выход третьего сумматора, одна и другая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с другими входами третьего и четвертого блока умножения, другой функциональный преобразователь выполнен из пятого и шестого блоков умножения, четвертого сумматора и содержит третью, четвертую и пятую шины сигналов постоянного уровня, выходы блоков умножения подключены к входам четвертого сумматора, с третьим входом которого связана пятая шина сигнала постоянного уровня, первым входом другого функционального преобразователя является вход пятого блока умножения, другим - вход шестого блока умножения, выходом выход четвертого сумматора, а третья и четвертая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с другими входами пятого и шестого блоков умножения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в системах контроля и регулирования нестационарных температур газовых потоков при испытаниях и эксплуатации газотурбинных двигателей (ГТД).

Известно устройство для измерения температуры газа ГТД, содержащее блок термоэлектрических преобразователей, подключенный к первому входу сумматора и через первый дифференциатор и блок умножения к второму входу сумматора, датчик полного давления воздуха за компрессором, соединенный через блок деления и блок вычитания с вторым входом блока умножения, датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, связанный с вторым входом блока вычитания.

Недостатком устройства является небольшой диапазон измеряемых температур, так как устройство позволяет измерять температуру газа только в одном сечении ГТД, а именно за турбиной ГТД, где температура изменяется в пределах 600.800 К, что сужает функциональные возможности устройства и не дает возможность контролировать температуру газа перед турбиной ГТД, наиболее полно характеризующую тепловое состояние и величину тяги ГТД.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры газа газотурбинного двигателя, содержащее блок термоэлектрических преобразователей, соединенный с первым входом сумматора и через дифференциатор и блок умножения с вторым входом сумматора, датчик полного давления воздуха за компрессором, связанный через первый блок деления и блок вычитания с вторым входом блока умножения, датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, подключенный к второму входу первого блока деления и через второй дифференциатор к второму входу блока вычитания, датчик давления газа за турбиной, соединенный с входом второго блока деления, второй вход которого связан с выходом датчика полного давления воздуха за компрессором, а выход через функциональный преобразователь соединен с первым входом третьего блока деления, вторым входом подключенного к выходу сумматора.

Недостатком устройства является низкая точность измерения температуры газа перед турбиной ГТД, обусловленная тем, что адиабатический КПД турбины принят постоянной величиной, а также отсутствием учета влияния коэффициента потерь полного давления газа в камере сгорания ГТД.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры газа перед турбиной газотурбинного двигателя.

Для достижения поставленной цели в устройство для измерения температуры газа газотурбинного двигателя, содержащее последовательно соединенные блок термоэлектрических преобразователей, первый сумматор и первый блок деления, а также последовательно связанные дифференциатор и первый блок умножения, выход которого подключен к другому входу первого сумматора, а другой выход блока термоэлектрических преобразователей связан с входом дифференциатора, датчик полного давления воздуха за компрессором, связанный через второй блок деления с входом блока вычитания, выход которого подключен к другому входу первого блока умножения, датчик давления газа за турбиной двигателя, подключенный к входу третьего блока деления, другой вход которого подсоединен к выходу датчика полного давления воздуха за компрессором, а также датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, связанный выходом с другим входом второго блока деления и с входом другого дифференциатора, соединенного выходом с другим входом блока вычитания, введены второй блок умножения, квадратор и функциональный преобразователь в виде блока суммирования произведений сигналов, а также последовательно связанные другой функциональный преобразователь в виде блока суммирования произведений сигналов и второй сумматор, выход которого соединен с другим входом первого блока деления, а другой вход связан с выходом функционального преобразователя, один вход второго блока умножения соединен с выходом датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора, другой с выходом третьего блока деления, а выход с первым входом функционального преобразователя, другой вход которого связан с выходом квадратора, вход которого и первый вход другого функционального преобразователя подключены к выходу третьего блока деления, а другой вход другого функционального преобразователя подсоединен к выходу датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора.

Функциональный преобразователь состоит из последовательно соединенных третьих блока умножения и сумматора, а также четвертого блока умножения и двух шин сигналов постоянного уровня, при этом выход четвертого блока умножения связан с другим входом третьего сумматора, первый вход функционального преобразователя является первый вход третьего блока умножения, другим входом

вход четвертого блока умножения, а выходом выход третьего сумматора, одна и другая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с другими входами третьего и четвертого блоков умножения, другой функциональный преобразователь выполнен из пятого и шестого блоков умножения, четвертого сумматора и содержит третью, четвертую и пятую шины сигналов постоянного уровня, выходы блоков умножения подключены к входам четвертого сумматора, с третьим входом которого связана пятая шина сигнала постоянного уровня, первым входом другого функционального преобразователя является вход пятого блока умножения, другим вход шестого блока умножения, выходом выход четвертого сумматора, а третья и четвертая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с другими входами пятого и шестого блоков умножения.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 и 3 схемы функциональных преобразователей устройства.

Устройство содержит блок термоэлектрических преобразователей 1 (фиг. 1), сумматор 2, блок деления 3, дифференциатор 4, блок 5 умножения, датчик 6 полного давления за компрессором, второй блок 7 деления, блок 8 вычитания, датчик 9 частоты вращения ротора турбокомпрессора, второй дифференциатор 10, датчик 11 давления газа за турбиной газотурбинного двигателя, третий блок деления 12, второй блок умножения 13, квадратор 14, функциональные преобразователи 15 и 16, второй сумматор 17.

Функциональный преобразователь 15 включает в себя третий блок умножения 18 (фиг. 2), четвертый блок умножения 19 и третий сумматор 20.

Функциональный преобразователь 16 состоит из пятого и шестого блоков умножения 21 и 22 и четвертого сумматора 23.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с блока термоэлектрических преобразователей 1, соответствующий термоэлектродвижущей силе e_т, проходит на вход сумматора 2, а также на вход дифференциатора 4, где формируется сигнал , поступающий на вход блока умножения 5.

Одновременно сигналы n_к с датчиков полного давления за компрессором и частоты вращения ротора турбокомпрессора 9 поступают на входы блока деления 7, где формируется сигнал вида . Сигнал n_к с датчика 9 частоты вращения ротора турбокомпрессора поступает также на вход дифференциатора 10, выходной сигнал которого равен . Сигнал с выхода блока деления 7 и сигнал с выхода дифференциатора 10 поступают на входы блока вычитания 8, выходной сигнал которого равен и пропорционален расходу газа через сопловой аппарат турбины, т. е. представляет собой постоянную времени термопреобразователя ( постоянный коэффициент).

Выходной сигнал t_g блока вычитания 8 проходит на второй вход блока умножения 5, на выходе которого сигнал равен и поступает на вход сумматора 2. На выходе сумматора 2 сигнал определяется выражением



и соответствует температуре газа за турбиной ГТД, измеренной без динамической ошибки. Этот сигнал является выходным сигналом устройства, одновременно сигнал с датчика 11 полного давления за турбиной поступает на вход блока деления 12, на второй вход которого проходит сигнал с датчика 6 полного давления за компрессором.

Выходной сигнал блока деления 12 поступает на вход блока умножения 13, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора. На выходе блока умножения 13 формируется сигнал (где Р_т сигнал датчика полного давления за турбиной).

Одновременно сигнал с выхода блока деления 12 поступает на вход квадратора 14, выходной сигнал которого поступает на вход функционального преобразователя 15, который состоит из последовательно соединенных блока умножения 18 и сумматора 20, блока умножения 19 и двух шин сигналов постоянного уровня С₁ и С1₂, выход блока умножения 18 связан с другим входом сумматора 20, первым входом функционального преобразователя 15 является первый вход блока умножения 18, другим входом - первый вход блока умножения 19, а выходом выход сумматора 20, при этом одна и другая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с вторым входом блока умножения 18 и другим входом блока умножения 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока умножения 13. На выходе функционального преобразователя 15 сигнал определяется выражением



В то же время выходной сигнал блока деления 12 поступает на вход функционального преобразователя 16, на второй вход которого поступает сигнал n_к с выхода датчика 8 частоты вращения ротора турбокомпрессора. На выходе функционального преобразователя 16, который состоит из блоков умножения 21 и 22, сумматора 23 и содержит третью, четвертую и пятую шины сигналов постоянного уровня С₃, С₄ и С₅, выходы блоков умножения соединены с входами сумматора 23, с третьим входом которого связана пятая шина сигнала постоянного уровня, первым входом функционального преобразователя 16 является вход блока умножения 21, другим вход блока умножения 22, а выходом выход сумматора 23, при этом третья и четвертая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно, с другими входами блоков умножения 21 и 22, сигнал на выходе блока 16 определяется выражением



Выходной сигнал F₁ функционального преобразователя 15 и сигнал F₂ c выхода функционального преобразователя 16 поступают на входы сумматора 17, на выходе которого формируется сигнал



поступающий на вход блока деления 3. На выходе блока деления 3 формируется сигнал



являющийся выходным сигналом устройства.

Выражение (I) позволяет измерять температуру газа перед турбиной ГТД T^*_г как на установившихся, так и на переходных режимах работы двигателя.

Таким образом, техническое решение позволяет повысить точность измерения температуры газа перед турбиной ГТД, что позволяет повысить контролируемость рабочего процесса в двигателе, надежность системы управления ГТД, точность регулирования двигателя и следовательно, ресурс ГТД, а также вести прямое регулирование температуры газа перед турбиной ГТД. При этом уменьшается влияние забросов по температуре на ресурс двигателя, появляется возможность увеличить ограничиваемую температуру газа на входе в турбину на 5.7^o, что приводит к увеличению тяги на 1,5.2% и соответственно увеличивает тягововооруженность самолета.