СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКОЙ
METHOD OF CONTROL OVER GAS TURBINE UNIT

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, заключающийся в том, что по измеренной частоте вращения ротора двигателя по известной зависимости формируют заданное положение лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора двигателя, в соответствии с ним до заданной частоты вращения удерживают лопатки ВНА в положении «закрыто», после выхода двигателя на режимы, где частота вращения выше заданной, устанавливают лопатки ВНА в положении «открыто», Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД», М., «Машиностроение», 1965 г., с.22-23.
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 ГТУ, созданными на базе авиационных турбореактивных двигателей, с высокой степенью двухконтурности (ТРДД), такими, например, как ГТУ-25 разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, выполненной на базе авиационного двигателя ПС-90А2.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТУ, заключающийся в том, что по измеренной частоте вращения ротора двигателя и температуре воздуха на входе в двигатель формируют значение приведенной частоты вращения ротора двигателя, по ней по известной зависимости формируют заданное положение лопаток направляющего аппарата (НА) компрессора двигателя, сравнивают его с измеренным положение лопаток НА, по величине рассогласования между заданным и измеренным положениями НА формируют управляющее воздействие на привод лопаток НА, Бодлер В.А., Рязанов Ю.А, Шаймарданов Ф.А. «Системы автоматического управления двигателями летательных аппаратов», М., «Машиностроение», 1973, с.181, рис.4, 6.
Недостатком этого способа является следующее.
При отказе САУ, приводящем к неуправляемости лопаток НА (например, при отказе электрогидропреобразователя, преобразующего электрический сигнал в гидравлическую команду на перекладку гидроцилиндров привода лопаток НА), нарушается соответствие между располагаемым расходом топлива в камеру сгорания (КС) двигателя и требуемым расходом воздуха через газовоздушный тракт двигателя.
Это может привести к забросу параметров газогенератора (например, температуры газов перед турбиной) или к потере газодинамической устойчивости компрессора ГТУ - помпажу, т.е. к работе ГТУ на нерасчетных режимах газогенератора, что чревато возможностью повреждения элементов проточной части двигателя с последующим выходом ГТУ из строя.
Это, в свою очередь, приводит к снижению надежности работы ГТУ и, как следствие, снижению безопасности работы газоперекачивающего агрегата (ГТЭС), газотурбинной энергоустановки (ГТЭС) или силовой установки морского судна с газотурбинной силовой установкой - в зависимости от того, где применяется ГТУ в качестве силового привода.
Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТУ и безопасности ГПА, ГТЭС, газотурбохода.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТУ, заключающемся в том, что по измеренной частоте вращения ротора двигателя и температуре воздуха на входе в двигатель формируют значение приведенной частоты вращения ротора двигателя, по ней по известной зависимости формируют заданное положение лопаток НА компрессора двигателя, сравнивают его с измеренным положением лопаток НА, по величине рассогласования между заданным и измеренным положениями НА формируют управляющее воздействие на привод лопаток НА, дополнительно на работающем двигателе сравнивают рассогласование между заданным и измеренным положениями НА с первой и второй наперед заданными величинами, определяемыми расчетно-экспериментальным путем, если рассогласование становится больше первой наперед заданной величины, формируют предупредительную сигнализацию оператору «Неисправность НА» и выполняют снижение режима работы ГТУ до минимального и последующий нормальный останов ГТУ, если рассогласование становится меньше второй наперед заданной величины, формируют аварийную сигнализацию оператору «Экстренный останов» и независимо от режима работы ГТУ выполняют экстренный останов ГТУ.
Устройство содержит последовательно соединенные первый блок 1 датчиков (БД), блок 2 управления двигателем (БУД), блок 3 управления дозирующим агрегатом (БУШДГ), 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), агрегат 7 исполнительных клапанов (АИК), вход которого подключен к выходу БУД 2.
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 БУШДГ 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».
вх
Дополнительно на всех режимах работы ГТУ от минимального до максимального в БУД 2 с помощью БД 1 измеряют температуру (Т) воздуха на входе в двигатель и частоту вращения ротора двигателя (n), по измеренным значениям формируют приведенную частоту (nпр) вращения ротора двигателя.
Далее по приведенной частоте (nпр) вращения ротора двигателя в БУД 2 по известной зависимости формируют заданное положение НА (α на зад.) для данного режима работы двигателя. Примеры такой зависимости приведены, например, в книге Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.30-47.
Величину α на зад. в БУД 2 сравнивают с измеренным в БД 1 положением НА и по величине рассогласования между заданным и измеренным значениями формируют управляющее воздействие БУД 2 и осуществляют управление НА с помощью АИК 7.
При исправной САУ фактическое положение НА отличается от заданного практически только на динамических режимах: т.к. величина α на зад. определяется по приведенной частотой вращения ротора ГТУ, которая изменяется плавно, то величина рассогласования в динамически отлаженной системе определяется в определяющей степени транспортным запаздыванием в цепи управления НА.
Поэтому в БУД 2 дополнительно на работающем двигателе сравнивают рассогласование между заданным и измеренным положениями НА с первой и второй наперед заданными величинами, определяемыми расчетно-экспериментальным путем. Если рассогласование становится больше первой наперед заданной величины (для ГТУ-25 разработки ОАО «Авиадвигатель» эта величина составляет 20 градусов), в БУД 2 формируют выдаваемую на экран монитора оператора ПУ 6 предупредительную сигнализацию оператору «Неисправность НА», и по командам БУД 2 с помощью БУШДГ 3 и ДГ 4 выполняют снижение режима работы ГТУ до минимального, после этого по команде БУД 2 с помощью СКВ 5 выполняют нормальный останов ГТУ. Если рассогласование становится меньше второй наперед заданной величины (для ГТУ-25 эта величина составляет минус 7 градусов), в БУД 2 формируют выдаваемую на экран монитора оператора ПУ 6 аварийную сигнализацию оператору «Экстренный останов» и независимо от режима работы ГТУ по команде БУД 2 с помощью СКВ 5 выполняют экстренный останов ГТУ.
Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТУ и безопасности ГПА, ГТЭС, газотурбохода.