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 ВРД». - 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 неконтролируемое изменение расхода топлива в КС ГТУ, что может привести к превышению предельных параметров ГТУ или выходу газогенератора на нерасчетный режим работы. Для ГТУ сложной схемы (например, ГТЭ-25ПЭР производства ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь) с несколькими роторами (у ГТЭ-25ПЭР - три ротора: ротор каскада низкого давления, ротор каскада высокого давления и ротор силовой турбины) и несколькими корпусами (у каждого каскада - свой) следствием этого может стать нарушение работоспособности элементов ГТУ (например, рабочих лопаток и дисков компрессоров и турбин вследствие их перегрева или заклинивания из-за нештатного режима охлаждения корпуса), 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 измеряют частоту вращения ротора высокого давления, в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТУ формируют минимально допустимое значение частоты вращения ротора высокого давления, если измеренная частота вращения ротора высокого давления стала меньше минимально допустимого значения, формируют сигнал оператору ГТУ «Предельно низкая частота вращения ротора высокого давления» и прекращают уменьшение расхода топлива в КС ГТУ, измеряют частоту вращения ротора низкого давления, сравнивают ее с предельно допустимым значением, определяемым расчетно-экспериментальным путем, если измеренная частота вращения ротора низкого давления стала больше максимально допустимого значения, формируют сигнал оператору ГТУ «Предельно высокая частота вращения ротора низкого давления» и уменьшают расход топлива в КС ГТУ до тех пор, пока частота вращения ротора низкого давления не станет меньше предельно допустимого значения, измеряют давление воздуха за компрессором высокого давления, сравнивают его с предельно допустимым значением, определяемым расчетно-экспериментальным путем, если измеренное давление воздуха за компрессором высокого давления стало больше максимально допустимого значения, формируют сигнал оператору ГТУ «Предельно высокое давление за компрессором высокого давления» и уменьшают расход топлива в КС ГТУ до тех пор, пока давление воздуха за компрессором высокого давления не станет меньше предельно допустимого значения.
На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
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 ротора высокого давления, в зависимости от температуры воздуха на входе в ГТУ формируют минимально допустимое значение частоты вращения ротора высокого давления. Для ГТЭ-25ПЭР, например, это делают следующим образом:
Твх
вх
n
где C =f(Т*).
Твх
вх
n
Зависимость С =f(T*) представлена в таблице 1
Таблица 1
Т*<sub>вх</sub>, К
≤213
233
253
267
273
288
298
308
≥318
С<sub>Твх</sub> <sup>n</sup>
0,8833
0,9142
0,9457
0,9671
0,9770
1,0
1,015
1,030
1,044
Если измеренная частота вращения ротора высокого давления стала меньше минимально допустимого значения, в БУД 2 формируют и передают в ПУ 6 сигнал оператору ГТУ «Предельно низкая частота вращения ротора высокого давления» и с помощью блока 3 и ДГ 4 прекращают уменьшение расхода топлива в КС ГТУ.
В БУД 2 с помощью БД 1 измеряют частоту вращения ротора низкого давления, сравнивают ее с предельно допустимым значением, определяемым расчетно-экспериментальным путем (для ГТЭ-25ПЭР это значение равно 4275 об./мин.). Если измеренная частота вращения ротора низкого давления стала больше максимально допустимого значения, в БУД 2 формируют и передают в ПУ 6 сигнал оператору ГТУ «Предельно высокая частота вращения ротора низкого давления» и с помощью блока 3 и ДГ 4 уменьшают расход топлива в КС ГТУ до тех пор, пока частота вращения ротора низкого давления не станет меньше предельно допустимого значения.
2
В БУД 2 с помощью БД 1 измеряют давление воздуха за компрессором высокого давления, сравнивают его с предельно допустимым значением, определяемым расчетно-экспериментальным путем (для ГТЭ-25ПЭР это значение равно 35,5 кг/см). Если измеренное давление воздуха за компрессором высокого давления стало больше максимально допустимого значения, в БУД 2 формируют и передают в ПУ 6 сигнал оператору ГТУ «Предельно высокое давление за компрессором высокого давления» и с помощью блока 3 и ДГ 4 уменьшают расход топлива в КС ГТУ до тех пор, пока давление воздуха за компрессором высокого давления не станет меньше предельно допустимого значения.
Таким образом, за счет повышения качества работы САУ обеспечивается защита ГТУ по предельным параметрам, что позволяет предотвратить выход газогенератора на нерасчетные режимы работы и, как следствие, обеспечить повышение надежности и безопасности работы ГТУ.