Система для управления охлаждением дисков турбомашин при их термоциклических испытаниях на прочность

СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ ДИСКОВ ТУРБОМАШИН ПРИ ИХ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ НА ПРОЧНОСТЬ по авт. св. N 1489352, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности путем обеспечения тpебуемой интенсивности нагpева и охлаждения дисков пpи отpаботке многоступенчатых кусочно-линейных пpогpамм, она в каждом автоматическом устpойстве упpавления стpуйным охлаждением дополнительно содеpжит пеpвый и втоpой многопозиционные ключи и дополнительные интегpатоpы, пеpвый многопозиционный ключ включен между выходом втоpого ключа и входом пеpвого интегpатоpа, втоpой многопозиционный ключ включен между выходом пеpвого интегpатоpа и пеpвым входом тpетьего ключа, дополнительные интегpатоpы подключены между оставшимися выходами пеpвого многопозиционного ключа и оставшимися входами втоpого многопозиционного ключа, упpавляющие входы пеpвого и втоpого многопозиционных ключей подключены к выходу компаpатоpа.

Изобретение относится к турбомашиностроению и может найти применение в установках для разгонно-циклических испытаний дисков турбомашин.
Цель изобретения - повышение точности системы путем обеспечения требуемой интенсивности нагрева и охлаждения дисков при обработке многоступенчатых кусочно-линейных программ.
На фиг. 1 представлена структурная схема системы; на фиг. 2 даны временные диаграммы работы системы.
Система для управления охлаждением дисков турбомашин при их термоциклических испытаниях на прочность (фиг. 1) содержит термобарокамеру 1 с вращающимся в ней по заданной программе диском 2 и связанные с термобарокамерой 1 автоматические устройства 3 управления индукционным нагревом и автоматические устройства 4 управления струйным охлаждением, каждое из которых содержит программно-задающее устройство 5, блок 6 суммирования, регулятор 7 температуры, исполнительный механизм 8 и установленный на подводящих трубопроводах 9 охлаждающего воздуха регулирующий орган 10 с аэродинамическими соплами 11, связанный с исполнительным механизмом 8, и датчик 12 расхода.
Кроме того, в каждом автоматическом устройстве 4 управления струйным охлаждением система содержит последовательно соединенный датчик 13 положения исполнительного механизма 8, первый ключ 14 и регулятор 15 расхода, последовательно соединенные второй ключ 16, интегратор 17, третий ключ 18, последовательно соединенные компаратор 19 и реле 20 времени, датчик 21 температуры и установленный на подводящем трубопроводе 9 охлаждающего воздуха отсечной клапан 22, датчик 21 температуры подключен к входу блока 6 суммирования, к второму входу которого подключено программно-задающее устройство 5, а его выход подключен к входу соответствующего автоматического устройства 3 управления индукционным нагревом, входу компаратора 19, входу второго ключа 16, к второму входу которого подключен выход реле 20 времени, и к входу регулятора 7 температуры, выход которого подключен к второму входу третьего ключа 18, выход которого подключен к первому входу регулятора 15 расхода, второй вход которого подключен к выходу первого ключа 14, третий - к выходу датчика 12 расхода, а выход - к исполнительному механизму 8, выход компаратора 19 подключен к отсечному клапану 22 и к второму и третьему входам первого и третьего ключей 14 и 18 соответственно.
Система также в каждом автоматическом устройстве 4 управления струйным охлаждением содержит первый и второй многопозиционные ключи 23 и 24 и дополнительные интеграторы 25, первый многопозиционный ключ 23 включен между выходом второго ключа 16, входом первого интегратора 17, второй многопозиционный ключ 24 включен между выходом первого интегратора 17 и первым входом третьего ключа 18, дополнительные интеграторы 25 подключены между оставшимися выходами первого многопозиционного ключа 23 и оставшимися входами второго многопозиционного ключа 24, управляющие входы первого и второго многопозиционных ключей подключены к выходу компаратора 19.
Система работает следующим образом.
Сигнал задания U₅ с выхода программно-задающего устройства 5 (фиг. 2) поступает на второй вход блока 6 суммирования, на первый вход которого поступает сигнал отрицательной обратной связи с выхода датчика 21 температуры. Разность этих сигналов U₆ с выхода блока 6 (сигнал ошибки системы) в зависимости от его знака воздействует либо на соответствующее автоматическое устройство 3 управления индукционным нагревом, либо на регулятор 7 температуры. На интервале нагрева сигнал ошибки системы U₆ имеет положительную полярность (фиг. 2), а на интервале охлаждения - отрицательную.
На этапе охлаждения диска сигнал ошибки системы поступает на регулятор 7 температуры, который формирует сигнал, воздействующий на регулятор 15 расхода. Последний регулирует поток массы охлаждающего воздуха так, чтобы охлаждение диска протекало по заданной программе. Это возможно только в том случае, если время полного открытия регулирующих органов 10 будет намного меньше времени охлаждения диска. В действительности эти времена соизмеримы, так как время полного хода регулирующего органа 10 равно 100-120 с, и диск охлаждения 150-200 с. Поэтому, если не применяется специальных мер, то программа сигнала задания будет отрабатываться с недопустимой погрешностью U₆ (фиг. 2) на интервалах t₂ - t₃; t₄ - t₅; t₆ - t₇.
Точность регулирования увеличивается за счет установления начального открытия регулирующих органов 10 перед началом охлаждения. Установка начального положения регулирующих органов 10 осуществляется в функции сигнала ошибки U₆, измеренного на идентичном участке предыдущего цикла охлаждения. Для этого в подводящих трубопроводах 9 охлаждающего воздуха последовательно с регулирующими органами 10 включены отсечные клапаны 22, открывающиеся на время охлаждения диска 2 положительным сигналом U₁₉ = U₂₂ с выхода компаратора 19 (фиг. 2). В остальное время он закрыт и охлаждающий воздух в термобарокамеру 1 не поступает.
Термоциклические испытания начинаются с нагрева диска. При этом сигнал ошибки U₆ > 0, выходной сигнал компаратора 19 и реле 20 времени также равны нулю, и все ключи находятся в состоянии, показанном на фиг. 1. Поэтому на первый вход регулятора 15 расхода поступает сигнал с выхода интегратора 17, который для первого цикла равняется нулю, что соответствует полностью закрытому регулирующему органу 10. Этап нагрева и выдержки сменяется первым этапом охлаждения. В этот момент сигнал на выходе блока 6 суммирования меняет знак на отрицательный. Выход сигнал компаратора 19 становится равным единице, что приводит к открытию отсечного клапана 22, отключения первого ключа 14 и переключению выхода третьего ключа 18 с выхода ключа 24 на выход регулятора 7 охлаждения. Выходным сигналом теперь для регулятора 15 расхода является выходной сигнал регулятора 7 охлаждения, а сигналом обратной связи - сигнал с датчика 1 расхода. Одновременно с этим единичный выходной сигнал с компаратора 19 запускает реле 20 времени (фиг. 2), которое держит второй ключ 16 замкнутым в течение нескольких секунд в начале этапа охлаждения. Таким образом, сигнал с выхода блока 6 суммирования, пропорциональный отклонению текущей температуры диска от программной в начале охлаждения, который вызван полностью закрытым регулирующим органом, поступает на вход интегратора 17. По истечении установки t реле 20 времени размыкает второй ключ 16 и устройство продолжает функционировать в оставшееся время первого этапа охлаждения обычным образом: система автоматического управления охлаждением отрабатывает заданную программу. По окончании первого этапа охлаждения сигнал ошибки U₆ меняет знак, что приводит к закрытию отсечного клапана 22, включению первого ключа 14, переключению многопозиционных ключей 23 и 24 во второе положение и подключению к входу регулятора 15 расхода выхода одного из дополнительных интеграторов 25. Выходное напряжение дополнительного интегратора 25 для первого цикла равно нулю, что соответствует полностью закрытому регулирующему органу 10. Теперь работает система индукционного нагрева. С началом второго этапа охлаждения сигнал ошибки U₆ снова меняет знак и процесс охлаждения на втором и последующих этапах охлаждения первого цикла испытаний протекает аналогично первому этапу с учетом того, что интегрирование ошибки по температуре на каждом этапе охлаждения ведется своим дополнительным интегратором 25. По окончании первого цикла испытаний сигнал ошибки U₆ снова меняет знак, начинается поэтапный нагрев диска, а все ключи переходят в исходное состояние, соответствующее фиг. 1. При этом на вход регулятора 15 расхода поступит сигнал с выхода интегратора 1, пропорциональный ошибке системы, накопленной интегратором 17 за несколько секунд после начала первого этапа охлаждения в предыдущем цикле. По окончании нагрева начнется поэтапно охлаждение диска, но регулирующий орган 10 в начале каждого этапа охлаждения будет уже предварительно открыт на величину, пропорциональную ошибке системы на соответствующем этапе охлаждения предыдущего цикла, и, следовательно, сигнал ошибки системы будет меньше, чем на аналогичном участке предыдущего цикла. Результирующий сигнал ошибки вновь интегрируется дополнительным интегратором 25 в течение времени t в начале каждого этапа охлаждения, и в третьем цикле этапы охлаждения будут начинаться с еще более точным предварительным открытием регулирующего органа 10. Таким образом, от цикла к циклу сигнал ошибки системы в начале каждого этапа охлаждения уменьшается и на последующих циклах испытаний он достигает заданной величины.
Предлагаемое устройство для управления охлаждением дисков турбомашин при термоциклических испытаниях на прочность заключается в более точной отработке заданной программы вследствие того, что в начале каждого этапа охлаждения регулирующий орган имеет состояние, обеспечивающее требуемую интенсивность охлаждения в начале этого этапа. (56) Авторское свидетельство СССР N 1489352, кл, G 01 V 15/00, 1987.
Изобретение касается управления охлаждением дисков турбомашин при их термоциклических испытаниях на прочность, относится к турбомашиностроению и может найти применение в установках для разгонно-циклических испытаний дисков турбомашин. Система обеспечивает точную реализацию кусочно-линейных программ нагрева и охлаждения диска 2, вращающегося в термобарокамере 1. Нагрев диска 2 осуществляется автоматическими устройствами 3 управления индукционным нагревом, а охлаждение - автоматическими устройствами 4 управления струйным охлаждением, воздействующими на регулирующие органы 10 и обычные клапаны 22, установленные на подводящих трубопроводах 9 охлаждающего воздуха. Управление в каждом устройстве 4 управления ведется по программе, задаваемой программно-задающим устройством 5 в зависимости от сигналов датчика 21 температуры, датчика 12 расхода и датчика 13 положения множительного механизма 8. Такое выполнение системы позволяет повысить ее прочность в работе. 2 ил.