способ управления расходом топлива на запуске газотурбинной установки

Формула изобретения

Способ управления расходом топлива на запуске газотурбинной установки (ГТУ), заключающийся в том, что измеряют параметры ГТУ и параметры воздушного потока на входе в ГТУ, в соответствии с измеренными параметрами по заранее определенным зависимостям определяют потребный суммарный расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, в зависимости от потребного суммарного расхода топлива в КС определяют заданное положение дозатора, измеряют фактическое положение дозатора и осуществляют управление расходом топлива в КС с помощью изменения положения дозатора, отличающийся тем, что дополнительно контролируют скорость изменения температуры газов за турбиной компрессора и частоту вращения ротора турбокомпрессора, если скорость увеличения температуры газов выше первой наперед заданной величины, а скорость уменьшения частоты вращения ротора турбокомпрессора ниже второй наперед заданной величины в течение наперед заданного промежутка времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе эксплуатации ГТУ, формируют сигнал «Срыв компрессора высокого давления» и прекращают запуск ГТУ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронно-механических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными установками (ГТУ) различного назначения.

Известен способ управления расходом топлива в камеру сгорания (КС) ГТД, заключающийся в том, что подают в КС двигателя постоянный расход топлива - расход розжига, определяемый для каждого типа двигателей расчетно-экспериментальным путем (Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД», М., «Машиностроение», 1965 г., с.324-328).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность с точки зрения обеспечения требуемых запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и, как следствие, невозможность использования для управления современными ГТД, а именно турбореактивными двигателями с высокой степенью двухконтурности (ТРДД), такими, например, как двигатели ПС-90А и ПС-90А2, а также газотурбинных установок (ГТУ) наземного применения (для привода нагнетателей газоперекачивающих агрегатов - ГПА и электрогенераторов газотурбинных электростанций - ГТЭС).

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления расходом топлива на запуске ГТУ, заключающийся в том, что измеряют параметры ГТУ и параметры воздушного потока на входе в ГТУ, в соответствии с измеренными параметрами по заранее определенным зависимостям определяют потребный суммарный расход топлива в КС ГТУ, в зависимости от потребного суммарного расхода топлива в КС определяют заданное положение дозатора, измеряют фактическое положение дозатора и осуществляют управление расходом топлива с помощью изменения положения дозатора (Раздолин М.В., Сурнов Д.Н. «Агрегаты ВРД», М., «Машиностроение», 1973 г., с.232-235, 352).

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает защиту ГТУ от срыва и помпажа компрессора, что может привести к перегреву турбины ГТУ и, как следствие, снижает надежность работы ГТУ.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления расходом топлива на запуске ГТУ, заключающемся в том, что измеряют параметры ГТУ и параметры воздушного потока на входе в ГТУ, в соответствии с измеренными параметрами по заранее определенным зависимостям определяют потребный суммарный расход топлива в КС ГТУ, в зависимости от потребного суммарного расхода топлива в КС определяют заданное положение дозатора, измеряют фактическое положение дозатора и осуществляют управление расходом топлива в КС с помощью изменения положения дозатора, дополнительно контролируют скорость изменения температуры газов за турбиной компрессора и частоту вращения ротора турбокомпрессора, если скорость увеличения температуры газов выше первой наперед заданной величины, а скорость уменьшения частоты вращения ротора турбокомпрессора ниже второй наперед заданной величины в течение наперед заданного промежутка времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе эксплуатации ГТУ, формируют сигнал «Срыв компрессора высокого давления» и прекращают запуск ГТУ.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный блок 2 управления ГТУ (БУД), блок 3 управления дозатором (БУШДГ), дозатор 4, причем дозатор 4 подключен к БД 1, пульт 5 оператора (ПУ), подключенный к БУД 2.

Устройство работает следующим образом.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 5 задает режим работы ГТУ: запуск.

Команда оператора от ПУ 5 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2. БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 5 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Шевяков А. А. «Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок, Системы управления энергетических установок», М., «Машиностроение», 1985 г.) вычисляет потребный суммарный расход топлива в КС ГТУ, в зависимости от потребного суммарного расхода топлива в КС по расходной характеристике дозатора 4, которая записывается в энергонезависимую память БУД 2 в процессе приемосдаточных испытаний ГТУ, формирует заданное положение дозатора 4, сравнивает его с измеренным в БД 1 положением, по величине рассогласования формирует управляющее воздействие и выдает его в БУШДГ 3. БУШДГ 3 является по своей сути электромеханическим преобразователем, выполненным, например, в виде шагового двигателя.

В зависимости от величины управляющего воздействия, полученного от БУД 2, БУШДГ 3 изменяет положение, а соответственно, и расход топлива в КС ГТУ.

Дополнительно БУД 2 рассчитывает и контролирует скорость изменения температуры газов за турбиной компрессора и частоту вращения ротора турбокомпрессора. Если скорость увеличения температуры газов выше первой наперед заданной величины (для ГТУ-25 производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, входящей в состав ГТУ-25П и ГТЭС-25ПЭР эта величина составляет 100К/с), а скорость уменьшения частоты вращения ротора турбокомпрессора ниже второй наперед заданной величины (для ГТУ-25 - минус 100 об./мин./с) в течение наперед заданного промежутка времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе эксплуатации ГТУ (для ГТУ-25 это время равно 0,5 с), БУД 2 формирует сигнал «Срыв компрессора высокого давления» (этот сигнал передается в ПУ 5 и индицируется на экране монитора оператора) и прекращает запуск ГТУ (дозатор 4 устанавливается в положение нулевого расхода).

Таким образом, за счет повышения качества работы САУ предотвращается работа ГТУ на нерасчетных режимах компрессора, что позволяет избежать перегрева турбины ГТУ и, как следствие, повышает надежность работы ГТУ.