способ управления газотурбинной установкой

Формула изобретения

Способ управления ГТУ, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения силовой турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения силовой турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения силовой турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, отличающийся тем, что дополнительно сравнивают измеренную частоту вращения силовой турбины с наперед заданным предельным значением, определяемым расчетно-экспериментальным путем, если измеренная частота вращения силовой турбины превысила наперед заданное предельное значение, формируют сигнал оператору ГТУ «Раскрутка ротора силовой турбины» и прекращают подачу топлива в КС ГТУ, измеряют температуру газов за турбиной и температуру воздуха на входе в ГТУ, в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТУ формируют предельное значение температуры газов за турбиной и сравнивают его с измеренной температурой газов за турбиной, если измеренная температура газов за турбиной превысила предельное значение, формируют сигнал оператору ГТУ «Высокая температура газов за турбиной» и прекращают подачу топлива в КС ГТУ, измеряют частоту вращения ротора турбокомпрессора, в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТУ формируют предельное значение частоты вращения ротора турбокомпрессора, если измеренная частота вращения ротора турбокомпрессора превысила предельное значение, формируют сигнал оператору ГТУ «Высокая частота вращения ротора турбокомпрессора» и прекращают подачу топлива в КС ГТУ.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ управления ГТУ, реализованный в электронно-гидромеханической САУ супервизорного типа, Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование BPД», М., «Машиностроение», 1974, с.299-296.

Способ заключается в том, что с целью повышения точности управления управляющее воздействие гидромеханического регулятора корректируется в ограниченном диапазоне электронным корректором.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТУ, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения силовой турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения силовой турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения силовой турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, Техническое задание «Система автоматического управления, регулирования, защиты, контроля и диагностики (САУ ГТУ) газотурбинной установки ГТУ-6/8РМ» 8Т1.000.014 ТЗ, ОАО «НПО «Сатурн», г. Рыбинск, 2001 г., с.28-54.

Недостатком этого способа является следующее.

При отказе САУ, незафиксированном встроенным контролем, возможно превышение предельных параметров ГТУ, и, как следствие, нарушение работоспособности элементов ГТУ (например, рабочих лопаток и дисков турбины), что может привести к повреждению как ГТУ, так и устройства, приводимого от ГТУ (электрогенератора, газоперекачивающего агрегата).

Это снижает надежность и безопасность работы ГТУ.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ с целью повышения надежности и безопасности работы ГТУ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТУ, заключающемся в том, что измеряют частоту вращения силовой турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения силовой турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения силовой турбины управляют расходом топлива в КС ГТУ, дополнительно сравнивают измеренную частоту вращения силовой турбины с наперед заданным значением, определяемым расчетно-экспериментальным путем, если измеренная частота вращения силовой турбины превысила наперед заданное значение, формируют сигнал оператору ГТУ «Раскрутка ротора силовой турбины» и прекращают подачу топлива в КС ГТУ, измеряют температуру газов за турбиной и температуру воздуха на входе в ГТУ, в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТУ формируют предельное значение температуры газов за турбиной и сравнивают его с измеренной температурой газов за турбиной, если измеренная температура газов за турбиной превысила предельное значение, формируют сигнал оператору ГТУ «Высокая температура газов за турбиной» и прекращают подачу топлива в КС ГТУ, измеряют частоту вращения ротора турбокомпрессора, в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТУ формируют предельное значение частоты вращения ротора турбокомпрессора, если измеренная частота вращения ротора турбокомпрессора превысила предельное значение, формируют сигнал оператору ГТУ «Высокая частота вращения ротора турбокомпрессора» и прекращают подачу топлива в КС ГТУ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), блок 2 управления двигателем (БУД), блок 3 управления дозирующим агрегатом, дозирующий агрегат 4 (ДГ), стопорный клапан 5 (СКВ), причем ДГ 4 подключен к БД 1, а СКВ 5 - к БУД 2, к БУД 2 подключен пульт 6 управления ГТУ (ПУ).

Устройство работает следующим образом.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 6 задает режим работы ГТУ: запуск, холостой ход, номинальный режим, максимальный режим, перегрузочный режим.

Команда оператора от ПУ 6 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2. БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 6 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.117-135) вычисляет потребный расход топлива в КС ГТУ и с помощью блока 3 и ДГ 4 поддерживает режим работы ГТУ, изменяя расход топлива в КС ГТУ.

В частности, в БУД 2 с помощью БД 1 измеряют частоту вращения силовой турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения силовой турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения силовой турбины управляют расходом топлива в КС ГТУ.

При работе ГТУ СКВ 5 находится в положении «Открыт».

Дополнительно на всех режимах работы ГТУ от холостого хода до максимального обеспечивают защиту ГТУ по предельным параметрам следующим образом.

В БУД 2 с помощью БД 1 измеряют частоту вращения силовой турбины и сравнивают ее с наперед заданным предельным значением, определяемым для каждого типа ГТУ расчетно-экспериментальным путем (для ГТЭ-25ПЭР разработки и производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, это значение равно 5500 об/мин).

Если частота вращения силовой турбины превысила предельное значение, по командам БУД 2 с помощью блока 3, ДГ 4 и СКВ 5 прекращают подачу топлива в КС и формируют сигнал из БУД 2 в ПУ 6 в виде сообщения оператору ГТУ «Раскрутка ротора силовой турбины».

В БУД 2 с помощью БД 1 измеряют температуру газов за турбиной и температуру воздуха на входе в ГТУ, в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТУ формируют предельное значение температуры газов за турбиной.

Для ГТЭ-25ПЭР это делается следующим образом.

где

- предельная температура газов за турбиной;

R_Ттвд - величина эксплуатационной регулировки, задаваемой в БУД 2 с ПУ 6 в зависимости от характеристик конкретного двигателя (определяется в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ);

- величина эксплуатационной регулировки, задаваемой в БУД 2 с ПУ 6 в зависимости от сезона (зима/лето);

- коэффициент коррекции программы по температуре воздуха на входе в ГТЭ-25ПЭР;

Зависимость представлена в таблице 1.

Таблица 1
, К	213	233	253	267	273	288	298	308	318
	0,854	0,9086	0,9622	1,0	1,0	1,029	1,0256	1,0242	1,0218

С_ПОС=1,0 - коэффициент коррекции при включенной противообледенительной системе (ПОС);

С_ПОС=0 - коэффициент коррекции при выключенной ПОС.

Предельное значение температуры газов за турбиной сравнивают с измеренной температурой газов за турбиной, если измеренная температура газов за турбиной превысила предельное значение, формируют из БУД 2 в ПУ 6 сигнал оператору ГТУ «Высокая температура газов за турбиной» и прекращают подачу топлива в КС ГТУ по командам БУД 2 с помощью блока 3, ДГ 4 и СКВ 5.

В БУД 2 с помощью БД 1 измеряют частоту вращения ротора турбокомпрессора, в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТУ формируют предельное значение частоты вращения ротора турбокомпрессора.

Для ГТЭ-25ПЭР это делается следующим образом.

где

- предельное значение частоты вращения ротора турбокомпрессора;

R_{вд max} - величина эксплуатационной регулировки, задаваемой в БУД 2 с ПУ 6 в зависимости от характеристик конкретного двигателя (определяется в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ);

- коэффициент коррекции программы по температуре воздуха на входе в ГТУ;

Зависимость представлена в таблице 2.

Таблица 2
, К	213	233	253	267	273	288	298	308	318
	0,9165	0,9466	0,9756	0,9955	0,9980	1,01	1,015	1,019	1,023

- величина эксплуатационной регулировки, задаваемой в БУД 2 с ПУ 6 в зависимости от сезона (зима/лето);

С_ПОС=1,0 - коэффициент коррекции при включенной ПОС;

С_ПОС=0 - при выключенной ПОС.

Если измеренная частота вращения ротора турбокомпрессора превысила предельное значение, формируют из БУД 2 в ПУ 6 сигнал оператору ГТУ «Высокая частота вращения ротора турбокомпрессора» и прекращают подачу топлива в КС ГТУ по командам БУД 2 с помощью блока 3, ДГ 4 и СКВ 5.

Таким образом, за счет повышения качества работы САУ обеспечивается защита ГТУ по предельным параметрам и, как следствие, повышение надежности и безопасности работы ГТУ.