СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF STARTING GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).
Известен способ управления запуском ГТД с гидромеханической САУ, Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.178, заключающийся в том, что в процессе запуска двигателя бортмеханик по показаниям прибора в кабине вертолета контролирует значение температуры газов за турбиной и, если температура становится выше заданного предела, выключает двигатель.
Недостатком известного способа является его низкая эффективность.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления запуском ГТД заключающийся в том, что включают воздушный стартер и начинают раскрутку ротора двигателя, измеряют частоту вращения ротора двигателя, давление и температуру воздуха на входе в двигатель, в зависимости от температуры и давления воздуха на входе в двигатель определяют расход топлива, необходимый для розжига камеры сгорания (КС) двигателя, и при достижении частотой наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе ПСИ двигателя, подают расход розжига в КС, Черкасов Б.А., «Автоматика и регулирование ВРД», М., «Машиностроение», 1988 г., с.324-326.
Недостатком этого способа является следующее.
Располагаемая мощность воздушного стартера (ВС) зависит от давления и температуры подаваемого на него воздуха.
Потребная мощность, необходимая для раскрутки ротора двигателя до частоты вращения, при которой начинается подача топлива в коллектора и розжиг КС, зависит от характеристик конкретного двигателя и может изменяться в процессе выработки ресурса двигателя при его эксплуатации.
Таким образом, может возникнуть ситуация, когда из-за сочетания внешних (температура и давление воздуха на входе в ВС) и внутренних («легкий» ротор двигателя) факторов при запуске двигателя с многоколлекторной КС (например, ПД-14 разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, имеющего трехколлекторную КС) частота вращения ротора двигателя уже достигнет точки розжига КС, САУ включит агрегат зажигания, а объем подводящих трубопроводов и объем самих коллекторов не успеет заполниться пусковым расходом топлива. В этом случае розжиг КС начнется на частоте вращения ротора двигателя выше расчетной. Это приведет к тому, что расход воздуха через КС будет выше расчетного, пусковая смесь будет «беднее» расчетной, розжиг КС может не получиться, что приведет к невозможности запуска двигателя.
Это снижает надежность работы двигателя и может привести к невыполнению полетного задания самолета.
Целью изобретения является повышение качества работы САУ ГТД и, как следствие, повышение надежности запуска ГТД.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления запуском ГТД заключающемся в том, что включают воздушный стартер (ВС) и начинают раскрутку ротора двигателя, измеряют частоту вращения ротора двигателя, давление и температуру воздуха на входе в двигатель, в зависимости от температуры и давления воздуха на входе в двигатель определяют расход топлива, необходимый для розжига камеры сгорания (КС) двигателя, и при достижении частотой наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе ПСИ двигателя, подают расход розжига в КС, дополнительно для регулирования мощности ВС измеряют давление и температуру воздуха перед ВС и регулируют давление воздуха перед ВС с помощью воздушной заслонки таким образом, чтобы частота вращения ротора двигателя от момента начала подачи пускового топлива в КС до момента розжига КС, фиксируемого по скачкообразному росту температуры газов за турбиной, оставалась постоянной.
На фигуре представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор 2 (ЭР), блок 3 исполнительных элементов (ИЭ), выходы которого подключены к дозатору 4 расхода топлива в КС, заслонке 5 ВС (на фигуре не показан) и агрегату 6 зажигания (АЗ).
Устройство работает следующим образом.
По команде из кабины пилота «Запуск» ЭР 2 выдает команды в блок 3, по которым открывается входная заслонка 5 ВС - включается ВС и начинается раскрутка ротора двигателя.
С помощью БД 1 в ЭР 2 измеряют частоту вращения ротора двигателя, давление и температуру воздуха на входе в двигатель, в зависимости от температуры и давления воздуха на входе в двигатель определяют расход топлива, необходимый для розжига КС двигателя.
Так, например, для двигателя ПС-90А2 разработки ОАО «Авиадвигатель» это делают следующим образом:
<mrow><mi>G</mi><mi>т</mi><mi></mi><mtext></mtext><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>з</mi><mo>.</mo><mo>=</mo><mi>k</mi><mo>×</mo><mo>√</mo><mi>P</mi><mi>в</mi><mtext></mtext><mi>х</mi><mo>.</mo><mo>×</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>6</mn><mn>9</mn><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>7</mn><mo>×</mo><mi>T</mi><mi>в</mi><mtext></mtext><mi>х</mi><mo>.</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где Gт роз. - расход топлива, необходимый для розжига КС;
k - коэффициент коррекции расхода розжига по тепловому состоянию двигателя (зависит от температуры воздуха за компрессором, может меняться от 0,8 до 1,2, номинал равен 1,0);
Рвх. - давление воздуха на входе в двигатель;
Твх. - температура воздуха на входе в двигатель..
При достижении частотой вращения ротора двигателя наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе ПСИ двигателя (для двигателя ПС-90А2 это значение равно 1200 об/мин) по команде ЭР 2 с помощью блока 3 и дозатора 4 подают расход розжига к форсункам КС (на фигуре не показаны), включают АЗ 6.
Кроме этого, для регулирования мощности ВС в ЭР 2 с помощью БД 1 измеряют давление и температуру воздуха перед ВС и регулируют по командам ЭР 2 давление воздуха перед ВС с помощью заслонки 5 ВС таким образом, чтобы частота вращения ротора двигателя от момента начала подачи пускового топлива в КС до момента розжига КС, фиксируемого ЭР 2 по скачкообразному росту температуры газов за турбиной (измеряется с помощью БД 1), оставалась постоянной.
Так, например, для двигателя ПД-14 с электронным регулятором РЭД-14 разработки ОАО «СТАР», г.Пермь это реализуется следующим образом.
1. В зависимости от температуры воздуха перед ВС и высоты аэродрома определяется минимально допустимое давление воздуха на входе в стартер СтВ-14. Конкретные данные приведены ниже в таблице 1.
Таблица 1
Высота аэродрома, м
Температура воздуха, °С
Давление воздуха, кгс/см<sup>2</sup>
0
меньше минус 40
4,3
от минус 40 до +15
меняется по линейному закону от 4,3 до 3,5
от +15 до +55
меняется по линейному закону от 3,5 до 3
2743
от минус 55 до минус 40
меняется по линейному закону от 3,25 до 3,1
от минус 40 до минус 3,5
меняется по линейному закону от 3,1 до 2,7
от минус 3,5 до +40
меняется по линейному закону от 2,7 до 2,1
4060
от минус 55 до минус 12,5
меняется по линейному закону от 2,75 до 2,3
от минус 12,5 до +28
меняется по линейному закону от 2,3 до 1,85
2. Минимально допустимое давление воздуха перед ВС, определенное по алгоритму п.1, сравнивают с измеренным давлением воздуха перед ВС. По величине рассогласования формируют управляющее воздействие на привод заслонки ВС. Одновременно с этим измеряют частоту вращения ротора двигателя и корректируют управляющее воздействие на привод заслонки ВС (а, значит, располагаемую мощность ВС) таким образом, чтобы от момента начала подачи пускового топлива в КС до момента розжига КС частота вращения ротора двигателя оставалась постоянной, для ПД-14 это 1400 об/мин.
3. Момент розжига КС определяют по скачкообразному росту температуры газов за турбиной высокого давления, для ПД-14 это 140 К за 0,02 с.
Таким образом, за счет повышения качества работы САУ на розжиге КС двигателя обеспечивается оптимальное соотношение между расходом топлива и расходом воздуха, что повышает надежность розжига КС и, следовательно, надежность запуска двигателя.