СПОСОБ ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНОЙ
METHOD OF COORDINATE POSITIONING CONTROL OF GAS TURBINE

Заявляемое изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для позиционного управления газовой турбиной.
Известно применение воздушных турбин для привода рабочего инструмента без позиционирования (см., например, А.С. Наталевич. Воздушные микротурбины. М., Машиностроение. 1979, 192 с.).
Известно также исследование по управлению воздушной микротурбиной типа ПДТ-100 в следящем приводе, в котором газ подают на лопатки турбины до достижения точки позиционирования (см. А.Г. Микеров. Исследование динамических характеристик реверсивного турбинного пневмодвигателя малой мощности как элемента замкнутой системы автоматического управления. Отдел фондов НИИТЭИР, 1975 г. С.3, 15, 21, 22. УДК 681.516.2+681.523.5) (прототип).
Недостатком указанного метода управления газовой турбиной в работе А.Г. Микерова является большое время выбега (большая постоянная времени) такого двигателя по сравнению с двигателями иного типа ввиду большой инерционности турбопривода, что существенно снижает возможности применимости турбины для позиционного привода, а также уменьшение приводного момента турбины при подходе у точки позиционирования.
Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение позиционного управления газовой турбиной с получением необходимой динамики и точности позиционирования.
Технический результат достигается тем, что газ подают на лопатки турбины до достижения точки позиционирования, при этом по сигналу датчика обратной связи при подходе к точке позиционирования система управления переводит непрерывный (маршевый) режим подачи газа на лопатки турбины в режим импульсной подачи газа с одновременным обеспечением торможения вала турбины в промежутках между приводными импульсами, а при достижении точки позиционирования по сигналу датчика обратной связи вал турбины полностью затормаживается.
Суть предложения состоит в том, что введение торможения на участке импульсного движения турбины в промежутках между приводными импульсами при подходе к точке позиционирования вызывает дополнительную диссипацию энергии инерции вращения турбины, тем самым ограничивая неуправляемый выбег турбины, причем устанавливая начало перехода на импульсную подачу газа, длительность импульсной подачи газа, длительность и усилие торможения в промежутках между импульсной подачей газа добиваются необходимой динамики и точности позиционирования турбины; при этом приводной момент в импульсном движении может достигать величины приводного момента при маршевом движении.
Реализация предлагаемого способа пояснена фиг.1-4.
На фиг.1 представлен фронтальный вид механической схемы газовой турбины, на фиг.2 представлен вид сбоку механической схемы газовой турбины, на фиг.3 представлена функциональная схема системы позиционного управления газовой турбиной, на фиг.4 представлены графики действия турбины во времени.
Таким образом, схема устройства, реализующая предлагаемый способ, содержит газовую турбину 1, лопатки турбины 2, реверсивную подачу рабочего газа на лопатки турбины 3, тормозную муфту 4, подачу газа на тормозную муфту 5, выходной вал турбины 6, систему управления турбиной 7, выходной редуктор турбины 8, исполнительный механизм 9, датчик обратной связи 10.
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>T</mi><mo>*</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>M</mi><mo>*</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>В</mi><mo>*</mo></msubsup></mrow>
На фиг.4 по оси абсцисс отложено время t, а по осям ординат - безразмерные параметры: а) - усилие воздействия на лопатки турбины
, б) - усилие воздействия на муфту трения
, в) - угловая скорость на валу турбины
.
1
1
1
2
2
1
3
4
1
2
5
2
3
5
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>T</mi><mo>*</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>В</mi><mo>*</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>M</mi><mo>*</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ω</mi><mi>В</mi><mo>*</mo></msubsup></mrow>
Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. В режиме маршевой скорости текучая среда непрерывно подается на лопатки 2 турбины 1 по одному из реверсивных каналов 3 (фиг.1) и турбина 1 приводит через понижающий редуктор 8 в действие исполнительный механизм 9 (фиг.2). При подходе к точке позиционирования движения исполнительного механизма 9 с некоторым устанавливаемым упреждением от датчика обратной связи 10 системой управления 7 подается сигнал перехода на импульсное (шаговое) движение, при котором осуществляется переход в режим импульсной подачи текучей среды на лопатки 2 с одновременным обеспечением торможения вала турбины тормозной муфтой 4 в промежутках между приводными импульсами, а при достижении точки позиционирования по сигналу датчика обратной связи 10 турбина 1 полностью затормаживается тормозной муфтой 4. На фиг.4 показано, что от момента «0» до t подается газ по одному из реверсивных каналов с усилием
и турбина находится в движении с угловой скоростью
. По сигналу от датчика обратной связи (момент t) дается команда перехода на импульсное движение, и на период от t до tподача газа на лопатки прекращается и включается торможение турбины муфтой трения с усилием
, и угловая скорость
снижается. На период от t до t возобновляется подача газа на лопатки, торможение муфтой трения прекращается и угловая скорость повышается. На период от t до t процесс происходит аналогично периоду от t до t, а на период от до t процесс происходит аналогично периоду от t до t. В момент t от датчика обратной связи поступает сигнал о достижении точки позиционирования и муфта трения полностью затормаживает турбину. Выбором частоты импульсной подачи и усилием промежуточного торможения может быть установлена точность позиционирования. При этом в импульсном движении сохраняется усилие воздействия на лопатки турбины.
Предлагаемый способ имеет то преимущество по сравнению с известным, что при подходе к точке позиционирования происходит переход на импульсную подачу рабочего газа на лопатки турбины с осуществлением торможения турбины с помощью тормозной муфты в промежутках между подачей рабочего газа, что позволяет сократить время выбега турбины за счет принудительной диссипации инерции турбины в промежутках импульсного движения с сохранением величины приводного момента при подходе к точке позиционирования, а устанавливая начало перехода на импульсную подачу газа, длительность импульсной подачи газа, длительность и усилие тормозного момента тормозной муфты добиваются необходимой динамики и точности позиционирования турбины; при этом приводной момент в импульсном движении может достигать величины приводного момента при маршевом движении.