СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКОЙ
GAS TURBINE PLANT CONTROL METHOD

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;
Ттвд
R - 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
<img file="00000006.tif" he="6" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" />, К
≤213
233
253
267
273
288
298
308
≥318
<img file="00000007.tif" he="6" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,854
0,9086
0,9622
1,0
1,0
1,029
1,0256
1,0242
1,0218
ПОС
С=1,0 - коэффициент коррекции  при включенной противообледенительной системе (ПОС);
ПОС
С=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;
вд max
R - 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
<img file="00000014.tif" he="6" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" />, К
≤213
233
253
267
273
288
298
308
≥318
<img file="00000015.tif" he="7" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
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);
ПОС
С=1,0 - коэффициент коррекции  при включенной ПОС;
ПОС
С=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.