УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ПОЛОЖЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ АППАРАТОВ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использована для диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора газотурбинной установки, например, авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в процессе эксплуатации.
Известна система управления ГТД, содержащая модуль управления, связанный с системой управления летательного аппарата, модуль диагностики систем и агрегатов двигателя, модуль дозирования топлива основной камеры сгорания, модуль дозирования топлива форсажной камеры сгорания, модуль регулирования направляющих аппаратов компрессора, модуль регулирования входных направляющих аппаратов вентилятора, модуль регулирования критического сечения реактивного сопла ГТД.
Модуль диагностики выполнен в виде входного блока, связанного с датчиками диагностики и контроля работы ГТД, выходного блока, связанного с блоком связи, выход которого связан с информационной шиной. Выход блока связан с входом блока вычислителя, выход которого связан с входом блока связи. Питание модуля осуществляется от блока питания. Данный модуль обеспечивает обработку сигналов датчиков, сравнение их показаний с расчетными значениями, обмен информацией с электронными компонентами системы автоматического управления двигателя по цифровой шине обмена, диагностику цепей датчиков, блоков питания модулей, выходных цепей исполнительных механизмов.
Модуль регулирования направляющих аппаратов компрессора состоит из входного блока, связанного с датчиком давления воздуха на входе в ГТД и датчиком положения направляющих аппаратов, выходного блока, связанного с блоком связи, выход которого связан через информационную шину с модулем диагностики. Выход блока связан с вычислителем, выход которого связан с входом блока. Питание модуля осуществляется от блока питания. Данный модуль оснащен исполнительным механизмом регулирования направляющих аппаратов компрессора, связанным с выходным блоком для управления включением исполнительного механизма и положением направляющих аппаратов.
В процессе работы системы в процессор модуля диагностики поступают значения датчиков направляющих аппаратов и осуществляется сравнение их показателей с заданными, заложенными в программу процессора модуля. Кроме того, процессор модуля контролирует состояние цепей датчиков и исполнительных механизмов, работу блоков питания. В блоке сравнения осуществляется сравнение полученных с датчиков значений с расчетными и в случае, если отклонения текущих параметров выходят за пределы расчетных, диагностируется отказ работы направляющих аппаратов осевого компрессора.
(см. патент РФ на полезную модель №115832, кл. F02C 9/00, 2012 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной системы необходимо отметить, что она обеспечивает эффективную диагностику направляющих аппаратов в процессе работы ГТД на постоянных режимах, однако данная система не обеспечивает надежную диагностику направляющих аппаратов компрессора на наиболее « тяжелых» режимах работы, а именно при приемистости и торможении ротора осевого компрессора.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение надежности диагностики за счет обеспечения диагностики направляющих аппаратов компрессора, в том числе на наиболее « тяжелых» режимах работы, а именно при приемистости и торможении ротора осевого компрессора.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора, содержащем датчики положения направляющих аппаратов и частоты вращения ротора компрессора, выход датчика частоты вращения ротора связан с вычислителем, а датчик положения направляющих аппаратов связан со вторым входом первого элемента сравнения, новым является то, что устройство оснащено регистратором, блоком дифференцирования, задающим блоком, элементом «ИЛИ», первым и вторым элементами «И», вторым, третьим, четвертым и пятым элементами сравнения, а также первым и вторым задатчиками допустимого уровня значений отклонений направляющих аппаратов, первым и вторым задатчиками значения уровня производной частоты вращения ротора компрессора, причем датчик частоты вращения дополнительно связан с блоком дифференцирования, выход вычислителя связан с задающим блоком, выход которого связан с первым входом первого элемента сравнения, первые входы второго, третьего, четвертого и пятого элементов сравнения связаны соответственно с первым задатчиком значения уровня производной частоты вращения ротора компрессора, первым задатчиком допустимого уровня значений отклонений направляющих аппаратов, вторым задатчиком значения уровня производной частоты вращения ротора компрессора и вторым задатчиком допустимого уровня значений отклонений направляющих аппаратов, вторые входы второго, третьего, четвертого и пятого элементов сравнения связаны соответственно с выходом дифференцирующего блока, с выходом первого элемента сравнения, с выходом дифференцирующего блока, с выходом первого элемента сравнения, выходы второго и третьего элементов сравнения связаны с входами первого элемента «И», выходы четвертого и пятого элементов сравнения связаны с входами второго элемента «И», выходы элементов «И» связаны с входами элемента «ИЛИ, выход которого связан с регистратором.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 - схема заявленного устройства
- на фиг.2 - графики положения направляющих аппаратов осевого компрессора в процессе его работы. (Нумерация графиков на фиг.2: (1) - программное значение положения направляющих аппаратов осевого компрессора в зависимости от приведенной частоты вращения ротора компрессора; (2) - допустимые значения положения направляющих аппаратов осевого компрессора при приемистости осевого компрессора; (3) - допустимые значения положения направляющих аппаратов осевого компрессора при его торможении; (4) - траектория изменения положения направляющих аппаратов при приемистости в случае отсутствия неисправности; (6) - траектория изменения положения направляющих аппаратов при приемистости и наличии неисправности; (5) - траектория изменения положения направляющих аппаратов при торможении в случае отсутствия неисправности; (7) - траектория изменения положения направляющих аппаратов при торможении и наличии неисправности).
пр
вх
пр
В устройстве диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора 1, положение направляющих аппаратов (а) отслеживается датчиком 2, а частота вращения (n) ротора компрессора - датчиком 3. Датчик 3 связан с дифференцирующим блоком 4 и с вычислителем 5 приведенной частоты вращения (n) ротора компрессора в зависимости от температуры (Т) воздуха на входе в компрессор (датчик температуры не показан). Выход вычислителя 5 связан с задающим блоком 6, формирующим программное значение угла (α0) направляющих компрессора в зависимости от приведенного значения (n) частоты вращения ротора компрессора. Выход задающего блока 6 связан с первым входом первого элемента сравнения 7, со вторым в' ходом которого связан выход датчика 2.
1
1
Устройство оснащено вторым 8 и третьим 9 элементами сравнения. Первый вход третьего элемента сравнения 9 связан с первым задатчиком 10 допустимого уровня значений отклонений (В) направляющих аппаратов, а первый вход второго элемента сравнения 8 связан с первым задатчиком 11 значения уровня производной частоты вращения (А) ротора компрессора, выше которого производится диагностирование положения направляющих аппаратов компрессора при приемистости компрессора.
Второй вход элемента сравнения 8 связан с выходом дифференцирующего блока 4, а второй вход элемента сравнения 9 связан с выходом первого элемента сравнения 7. Выходы элементов сравнения 8 и 9 связаны с входами первого элемента «И» 12.
2
2
Устройство оснащено вторым задатчиком 13 уровня значения производной частоты вращения (А) ротора компрессора, ниже которого производится диагностирование положения направляющих аппаратов компрессора при торможении компрессора, а также вторым задатчиком 14 допустимого уровня значений (В) отклонений направляющих аппаратов. Выход задатчика 13 связан с первым входом четвертого элемента сравнения 15, а выход задатчика 14 - с первым входом пятого элемента сравнения 16.
Второй вход четвертого элемента сравнения 15 связан с выходом дифференцирующего блока 4, а второй вход пятого элемента сравнения 16 связан с выходом первого элемента сравнения 7. Выходы элементов сравнения 15 и 16 связаны с входами второго элемента «И» 17.
Выходы элементов «И» 12 и 17 связаны с входами элемента «ИЛИ» 18, выход которого связан с регистратором 19.
Все используемые в устройстве блоки и элементы, являются известными и реализуют присущие им функции, их конкретное выполнение не является предметом патентной охраны и поэтому в материалах заявки указываются их выполняемые функции, а конкретное конструктивное выполнение не раскрыто.
В качестве регистратора 19 могут быть использованы запоминающее устройство, световое табло, монитор компьютера и т.п.Датчики 2 и 3 являются стандартными.
В качестве элементов сравнения 7, 8, 9, 15, 16 и в качестве элементов «И», «ИЛИ» могут быть использованы широко известные логические блоки, выполненные в виде стандартных электронных схем.
пр
вх
В качестве вычислителя 5 может быть использован стандартный процессор, реализующий функцию , где n - приведенное значение частоты вращения ротора компрессора, n - частота вращения ротора компрессора, Т - температура воздуха на входе в компрессор.
В качестве блока 6 может быть использован стандартный цифровой блок памяти, в котором в табличной форме в виде двухмерного массива хранится наперед заданная зависимость программного значения положения направляющих аппаратов компрессора от приведенной частоты вращения его ротора и температуры воздуха на входе в двигатель.
В качестве дифференцирующего блока 4 может быть также использован цифровой блок, в котором реализована функция дифференцирования сигнала с датчика 3.
В качестве задатчиков 10, 11, 13, 14 могут быть использованы стандартные цифровые блоки памяти, в которых хранятся наперед заданные допустимые значения отклонений фактического значения положения направляющих аппаратов компрессора от их программного значения и значения производной частоты вращения ротора компрессора при приемистости и торможении соответственно.
Устройство диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора работает следующим образом.
В процессе работы газотурбинной установки, в режиме реального времени при раскручивании ротора (на приемистости) осуществляется диагностика положения направляющих аппаратов осевого компрессора, угловое положение направляющих аппаратов которого отслеживается датчиком 2, а частота вращения ротора компрессора - датчиком 3. На вход вычислителя 5 поступает значение температуры воздуха на входе в компрессор.
пр
пр
пр
вх
В блоке 4 осуществляется дифференцирование (dn/dt) значения частоты (n). Параллельно значение (n) поступает в вычислитель 5, где по приведенной выше зависимости осуществляется вычисление приведенной частоты вращения (n) ротора компрессора. Вычисленное значение (n) поступает в задающий блок 6, в котором из наперед заданного массива данных или по аппроксимирующей зависимости в зависимости от значения (n) и (Т) определяется программное значение положения направляющих аппаратов компрессора (α0). Сигнал (α0) поступает с блока 6 на первый вход первого элемента сравнения 7, на второй вход которого поступает сигнал с датчика 2 (а), в результате вырабатывается сигнал (Δα), характеризующий отклонение фактического значения положения направляющих аппаратов от программного (Δα=α-α0) (на фиг.2 это разница значений по оси ординат между линией 1 и каждой из линий 4, 5, 6 или 7).
1
1
1
1
На первые входы элементов сравнения 9 и 8 поступают соответственно с задатчиков 10 и 11 значения заданного допустимого уровня отклонения положения направляющих аппаратов (В) и заданной величины производной частоты вращения ротора компрессора (А). Данные значения сравниваются в процессе приемистости компрессора соответственно со значениями (Δα) и (dn/dt) и если значения (Δα) и (dn/dt) превышают величины В и А соответственно, то на выходе блоков 9 и 8 вырабатываются логические сигналы «да». При одновременном наличии сигналов «да» на обоих входах логического блока «И» 12 он формирует признак неисправности, который через логический блок «ИЛИ» 18 поступает на регистратор 19. Если при приемистости отклонение графика 6 относительно графика 1 по ординате больше чем отклонение графика 2 относительно графика 1, или если при торможении отклонение графика 7 относительно 1 меньше чем отклонение графика 3 относительно 1, то в первом случае с элемента сравнения 9 на блок 12 или с элемента сравнения 16 на логический блок 17 во втором случае поступает разрешительная команда «да» см. фиг.2.
При превышении темпа приемистости или темпа торможения заданных значений, заложенных в блоках 11 и 13, на второй вход логических блоков «И» 12 или 17 также поступает вторая разрешительная команда «да». В этом случае через логический блок 18 на регистратор 19 проходит информация при неисправности направляющих аппаратов компрессора.
В случае, если по результатам сравнения вычисленные значения меньше заданных, то, диагностируется нормальное состояние направляющих компрессора, В этом случае сигнал через блоки «И» 12 и «ИЛИ 18 не поступает на регистратор 19. Эта ситуация иллюстрируется на фиг.2 графиком 4 при приемистости и графиком 5 при торможении, которые находятся внутри заданного рабочего диапазона (между кривыми 1 и 2 или 1 и 3), не пересекая графики 2 или 3. В этом случае через логические блоки «И» и блок «ИЛИ» информация на регистратор 19 не проходит, что свидетельствует о нормальном состоянии направляющих аппаратов компрессора.
При замедлении вращения ротора компрессора (при торможении) в элементах сравнения 16 и 15 сравниваются значения (Δα) и (dn/dt) с заданными значениями задатчиков 13 и 14. В случае, если по результатам сравнения вычисленные значения меньше заданных при приемистости или больше заданных при торможении, то, диагностируется исправное состояние направляющих компрессора, которое через блоки «И» 17 и «ИЛИ 18 не поступает на регистратор 19, а если вычисленные значения больше заданных, то через блоки 17 и 18 на регистратор 19 поступает сигнал неисправности.
1
2
При медленном вращении ротора производная dn/dt по абсолютной величине не превышает значений (А) или (А) и на блоки «И» не поступают разрешающие команды «да» по вторым входам, то есть, при медленном вращении ротора диагностика состояния направляющих аппаратов не осуществляется
Использование данного устройства позволяет диагностировать состояние направляющих аппаратов компрессора во всем диапазоне режимов его работы, в том числе на переходных режимах приемистости и торможения, на которых наблюдаются наибольшие нагрузки на элементы конструкции направляющих аппаратов компрессора.