УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ КОМПРЕССОРА ГТД ОТ ПОМПАЖА
DEVICE TO PROTECT GAS TURBINE UNIT AGAINST SURGE

Изобретение относится к области выявления и предотвращения помпажа компрессора в газотурбинных двигателях (ГТД) и может быть применено в системах управления авиационными ГТД.
Известно устройство (Хоэлл А.Р., Калверт В.К. Новый метод оценки характеристик осевого компрессора по характеристикам его ступеней. Энергетические машины и установки, 1978. Т.100-М4-Изд-во «Мир» - с.240-247), контролирующее устойчивую работу компрессорного агрегата с помощью датчиков давления на входе и выходе из компрессора, подключенных к блоку вычисления степени сжатия, датчиков оборотов и температуры воздуха на входе в компрессор, присоединенных к формирователю приведенной скорости, блока вос произведения расходной газодинамической характеристики и электроннолучевого индикатора.
Недостатком устройства является низкая надежность и точность распознавания помпажа, обусловленные отсутствием контроля комплекса параметров двигателя, наиболее достоверно характеризующих границу его газодинамической устойчивости.
Известны методы и устройства (Шакирьянов М.М., Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. Изв. Вузов, «Авиационная техника», №1, 2000, с.80), контролирующие газодинамическое состояние ГТД с помощью комплекса его параметров. Однако они не проводят контроль функции риска комплекса параметров двигателя.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, являются способ и устройство (Шакирьянов М.М., Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. Изв. Вузов «Авиационная техника», №1, 2000, с.80) защиты турбокомпрессора от помпажа. В этом изобретении вычисляется адиабатический КПД компрессора при известных параметрах: давлении воздуха за компрессором и на его входе, температуры воздуха за компрессором и на его входе, и далее он сравнивается с соответствующим порогом. Устройство реализации содержит датчики давления воздуха за компрессором и на его входе, датчики температуры воздуха за компрессором и на его входе, два делительных устройства, а также блоки сравнения и пороговое устройство.
Недостатком способа и устройства является низкие точность и надежность распознавания помпажа, обусловленные отсутствием контроля функции риска комплекса параметров двигателя.
Задачей изобретения является повышение достоверности и точности распознавания помпажа компрессора ГТД.
2
1
1
2
2
2
2
Поставленная задача достигается устройством, содержащим датчик давления воздуха за компрессором Р, датчик давления воздуха на входе в компрессор P, датчик температуры воздуха на входе в компрессор T и последовательно соединенный с ним первый функциональный преобразователь, делительное устройство и первое пороговое устройство, в которое дополнительно введены датчик температуры воздуха за компрессором Т и последовательно соединенные с ним второй функциональный преобразователь, сумматор, второе множительное устройство и второе пороговое устройство, а также первое множительное устройство и интегратор, выход которого связан со входом первого порогового устройства, а вход - с выходом делительного устройства, причем первый выход датчика давления воздуха за компрессором Р связан со вторым входом второго множительного устройства, а второй выход - со вторым входом первого множительного устройства, выход датчика давления воздуха за компрессором Р связан с первым входом первого множительного устройства, первый выход которого связан с первым входом делительного устройства, другой вход которого связан со вторым выходом датчика температуры воздуха за компрессором Т, выход первого функционального преобразователя связан со вторым входом сумматора.
Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.
2
1
1
2
Устройство содержит: датчик 1 давления воздуха Р за компрессором, датчик 2 давления воздуха P на входе в компрессор, датчик 3 температуры воздуха T на входе в компрессор, датчик 4 температуры воздуха за компрессором Т, первое множительное устройство 5, первый функциональный преобразователь 6, второй функциональный преобразователь 7, делительное устройство 8, сумматор 9, интегратор 10, второе множительное устройство 11, первое пороговое устройство 12, второе пороговое устройство 13.
Принцип работы устройства заключается в реализации выражения
2
1
2
и сравнения ее с соответствующим порогом, а также в реализации критерия устойчивости P(1/T+1/T) и сравнения ее с порогом.
2
1
2
2
2
Первое множительное устройство 5 формирует произведение значений сигналов, поступающих с выходов датчиков давления воздуха за компрессором Р 1 и давления воздуха на входе в компрессор P 2. Делительное устройство 8 формирует функцию f(x)/K с сигналов, поступающих с выхода первого множительного устройства 5, коэффициента К и датчика температуры воздуха за компрессором Т 4.
Интегратор 10 интегрирует значения сигналов, поступающих с выхода делительного устройства 8. В первом пороговом устройстве 12 производится сравнение значений сигналов, поступающих с выхода интегратора 10 с данными пороговыми значениями, при превышении которых сигналы поступают на ИМ РО ГТД (исполнительные механизмы регулирующих органов газотурбинных двигателей, например окно перепуска, клапан отсечки топлива и т.д.) для устранения помпажа.
1
2
1
2
2
По другому каналу первый функциональный преобразователь 6 и второй функциональный преобразователь 7 формируют отношения 1/T и 1/T значений сигналов, поступающих, соответственно, с выходов датчика температуры воздуха на входе в компрессор T 3 и датчика температуры воздуха за компрессором Т 4. Сумматор 9 суммирует значения сигналов, поступающих с выходов первого функционального преобразователя 6 и второго функционального преобразователя 7. Второе множительное устройство 11 формирует произведение значений сигналов, поступающих с выходов сумматора 9 и датчика давления воздуха за компрессором Р 1.
Во втором пороговом устройстве 13 производится сравнение значений сигналов, поступающих с выхода второго множительного устройства 11 с данными пороговыми значениями, при превышении которых сигналы также поступают на ИМ РО ГТД для устранения помпажа.
Существенные отличия данного изобретения заключаются в том, что здесь производится контроль функции риска, содержащем класс критических ситуаций и сравнения их с соответствующими порогами, т.е. реализуется выражение .
Экономический эффект заключается в том, что данное устройство позволяют повысить надежность и точность распознавания помпажа, а значит и надежность работы двигателей, а следовательно, обеспечивают безопасность полета летательных аппаратов.
Изобретение подтверждается следующими теоретическими выкладками.
Вполне приемлемым при исследовании различных зависимостей и процессов является также и применение методов теории вероятностей.
Для оценки информативности и достоверности полученных критериев устойчивости с существующими (эталоном является сигнализатор помпажа с измерением давления воздуха за компрессором Рз) можно использовать функцию риска для комплекса параметров двигателя.
Функция риска R(x) равна
2
где К - коэффициент, характеризующий класс критических ситуаций;
1
0
n
2
1
2
2
1
2
K - коэффициент, характеризующий класс нормальных режимов; х,…,х - параметр (комплекс параметров) авиационного двигателя. Реализация первого слагаемого (1) и критерия P(1/T+1/T) [1] позволили создать данное предлагаемое изобретение. Здесь Р - давление воздуха за компрессором, T - температура воздуха на входе в компрессор, Т - температура воздуха за компрессором.
a
a
a
a
В качестве начального критерия использовался критерий устойчивости L/kC[1], здесь L - акустическая масса, С - акустическая гибкость, k - коэффициент сопротивления дросселя.
Обоснование технического эффекта.
При наступлении помпажных явлений происходит резкое понижение давления воздуха по тракту компрессора и повышение температуры воздуха по всему газовоздушному тракту двигателя. Поэтому значение первого слагаемого то падает, то колеблется, а второго резко падает, а данное устройство позволяют быстрее фиксировать резкие уменьшения этих критериев. Вследствие этого происходит резкое повышение надежности и точности распознавания помпажа, следовательно, увеличивается безопасность полетов.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить надежность и точность распознавания помпажа за счет увеличения их достоверности.