СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКОЙ
GAS TURBINE PLANT CONTROL METHOD

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления авиационными газотурбинными двигателями (ГТД) и газотурбинными установками (ГТУ) различного назначения.
Известен способ управления ГТД, 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» (Югов O.K., Селиванов О.Д. «Основы интеграции самолета и двигателя», М., «Машиностроение», 1989, с.77-80).
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 семейства ПС-90А.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТД, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения ротора двигателя и температуру воздуха на входе в двигатель, по измеренной частоте вращения ротора двигателя и температуре воздуха на входе в двигатель формируют значение приведенной частоты вращения ротора двигателя, по известной зависимости формируют заданное положение лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора двигателя, сравнивают его с измеренным положение лопаток ВНА, по величине рассогласования между заданным и измеренным значениями формируют управляющее воздействие на привод лопаток ВНА (Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М., «Машиностроение», 1975, с.411-414).
Недостатком этого способа является следующее.
При использовании этого способа в наземных двухвальных ГТУ различного назначения (например, ГТУ-25Ц, ГТЭ-25ПЭР разработки и производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь), имеющих компрессор низкого давления (КНД), компрессор высокого давления (КВД) и регулируемый ВНА КВД, приведение по температуре воздуха на входе в двигатель снижает точность поддержания расхода воздуха через ВНА КВД
Снижение точности управления расходом воздуха через КВД может приводить к увеличению удельного расхода топлива и снижению запасов ГДУ КВД. Это снижает экономичность и надежность работы двигателя.
Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение экономичности и надежности работы ГТУ.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТУ, имеющего компрессор низкого давления (КНД) и компрессор высокого давления (КВД) заключающемся в том, что измеряют частоту вращения ротора КВД и температуру воздуха на входе в ГТУ, по измеренной частоте вращения ротора КВД и температуре воздуха на входе в ГТУ формируют значение приведенной частоты вращения ротора КВД, по приведенной частоте вращения ротора КВД по известной зависимости формируют заданное положение лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) КВД, сравнивают его с измеренным положением лопаток ВНА КВД, по величине рассогласования между заданным и измеренным значениями формируют первое управляющее воздействие на привод лопаток ВНА КВД, дополнительно измеряют частоту вращения ротора КНД по температуре воздуха на входе в ГТУ и по частоте вращения ротора КНД по наперед заданной зависимости, определяемой расчетно-экспериментальным путем, вычисляют температуру воздуха на входе в КВД, по температуре воздуха на входе в КВД и по известной зависимости формируют второе значение приведенной частоты вращения КВД, по второй приведенной частоте вращения КВД по известной зависимости формируют второе заданное положение лопаток ВНА КВД, сравнивают его с измеренным положением лопаток ВНА КВД, по величине рассогласования между вторым заданным и измеренным значениями положения лопаток ВНА КВД формируют второе управляющее воздействие на привод лопаток ВНА КВД и осуществляют по нему управление приводом лопаток ВНА КВД, при невозможности из-за отказов в САУ формирования второго управляющего воздействия осуществляют управление приводом лопаток ВНА КВД по первому управляющему воздействию.
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 ВНА КВД (БУВНА), гидропривод 4 ВНА КВД, причем гидропривод 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, холостой ход, номинальный режим, максимальный режим, перегрузочный режим.
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, кн.: Шевяков А. А. «Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок. Системы управления энергетических установок», М., «Машиностроение», 1985) вычисляет потребный расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ и поддерживает режим работы ГТУ (подробное описание процесса дозирования топлива в КС ГТУ здесь не приводится, т.к. это не имеет прямого отношения к теме заявки на изобретение).
Дополнительно в БУД 2 с помощью БД 1 измеряют частоту вращения ротора КВД и температуру воздуха на входе в ГТУ, по измеренной частоте вращения ротора КВД и температуре воздуха на входе в ГТУ формируют значение приведенной частоты вращения ротора КВД:
вдпр
где n - приведенная по температуре воздуха на входе в ГТУ частота вращения ротора КВД;
вд
n - измеренная в БД 1 частота вращения ротора КВД.
По приведенной частоте вращения ротора КВД и по известной зависимости в БУД 2 формируют заданное положение лопаток ВНА КВД:
вна зад.
где α - заданное положение лопаток ВНА КВД;
вдпр
n - приведенная по температуре воздуха на входе в ГТУ  частота вращения ротора КВД.
вна зад
вдпр
Пример зависимости α=f(n) для ГТЭ-25ПЭР производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, представлен в таблице 1.
Таблица 1
α<sub>вна зад</sub>, град
-45
-40,6
-31,3
-27
-19
-10,3
0
n<sub>вдпр</sub>, об/мин
≤8950
9400
10000
10450
10900
11600
≥12050
Далее в БУД 2 заданное положение ВНА КВД сравнивают с измеренным с помощью БД 1 положением лопаток ВНА КВД, по величине рассогласования между заданным и измеренным значениями формируют первое управляющее воздействие на привод лопаток ВНА КВД.
Дополнительно в БУД 2 с помощью БД 1 измеряют частоту вращения ротора КНД, по температуре воздуха на входе в ГТУ и по частоте вращения ротора КНД по наперед заданной зависимости, определяемой расчетно-экспериментальным путем, вычисляют температуру воздуха на входе в КВД:
где  - температура воздуха на входе в КВД;
- температура воздуха на входе в ГТУ;
ндпр
n - приведенная по температуре воздуха на входе в ГТУ  частота вращения ротора КНД; определяется по зависимости:
ндпр
Пример зависимости f(n) для ГТЭ-25ПЭР производства ОАО "Авиадвигатель", г. Пермь, представлен в таблице 2.
Таблица 2
n<sub>ндпр</sub>, об/мин
0
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
f(n<sub>ндпр</sub>)
1,000
1,070
1,010
1,130
1,183
1,230
1,287
1,310
Далее в БУД 2 по измеренной с помощью БД 1 температуре воздуха на входе в КВД и по известной зависимости формируют второе значение приведенной частоты вращения КВД
вд0
где n - вторая приведенная по температуре воздуха на входе КВД (за КНД) частота вращения ротора КВД;
- температура воздуха на входе в КВД, рассчитанная по (3).
По второй приведенной частоте вращения КВД и по известной зависимости в БУД 2 формируют второе заданное положение лопаток ВНА КВД
вна зад.2
где α- второе заданное положение лопаток ВНА КВД;
вд0
n - вторая приведенная по температуре воздуха на входе в КВД частота вращения ротора КВД.
вна зад.2
вд0
Пример зависимости α =f(n) для ГТЭ-25ПЭР производства ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, представлен в таблице 3.
Таблица 3
α<sub>вна зад.2</sub>, град
-45
-40,6
-31,3
-27
-19
-10,3
0
n<sub>вд0</sub>,об/мин
≤8700
9000
9500
9700
10000
10300
≥10600
Далее в БУД 2 сравнивают его с измеренным с помощью БД 1 положением лопаток ВНА КВД, по величине рассогласования между вторым заданным и измеренным значениями положения лопаток ВНА КВД формируют второе управляющее воздействие на привод лопаток ВНА КВД выдают его в БУВНА 3, который с помощью гидропривода 4 обеспечивает требуемое изменение положения лопаток ВНА КВД.
При невозможности из-за отказов в САУ, обнаруживаемых логикой самоконтроля, реализованной в БУД 2, формирования второго управляющего воздействия, БУД 2 осуществляет управление приводом лопаток ВНА КВД по первому управляющему воздействию. При этом информация об отказах выдается из БУД 2 в ПУ 5 на экран монитора оператора.
Таким образом, за счет повышения качества работы САУ обеспечивается повышение точности управления расходом воздуха через КВД и, как следствие, повышение экономичности и надежности работы ГТУ.