Способ регулирования газотурбинного двигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 176 А 5 Р 02 С 9/ И ГКНТ СССР ОБ ТЕН ЕТЕЛЬСТВУ Изобретение отлирования авиацидвигателей и, в чарегулирования оснпользованием топлроприводом.Целью изобретение точности путемработы топливноготеля. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ОПИСАНИ КАВТОРСКОМУ СВ(71) Центральный институт авиационногомоторостроения им, П.И,Баранова(56) ЯАЕ ТесЬпса Рарег Яегез, 1986, В 860238"АН Е 1 ессг 1 са "Соптго 1 з апб Ассеззогез акогСгоцпб Чеп 1 с 1 е Оаз ТцгЬпе Ргорцз 1 опЯумегпз Ч.Р.ОООО.мегпат 1 опа Сопдгеззапб ЕхрозШоп Оетго 1 т, М 1 СЬдап, РеЬгцагу24-28, 1986,(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к авиационнойтехнике, а именно к способам регулирования основного контура ГТД с использованием топливного насоса с электроприводом, ипозволяет повысить экономичность работыГТД. По измеренному значению давлениятоплива на выходе топливного насоса формируют сигнал, пропорциональный статическому моменту электродвигателя, с носится к области регуонных газотурбинных стности, к способам овного контура с исивного насоса с электния является повыше учета реальных условий насоса и электродвига Цель достигается тем, что дополнительно измеряют давление топлива на выходе топливного насоса, по которому формируют помощью преобразователя, по току электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный электромагнитному моменту электродвигателя, с помощью измерителя и преобразователя, из второго сигнала вычитают первый и по разности в блоке формируют сигнал, пропорциональный величине скорости изменения расхода топлива в двигатель, суммируют его с сигналом, пропорциональным требуемой величине расхода топлива с выхода системы управления ГТД, с сигналом, пропорциональным фактическому значению расхода топлива, который определяют по значению частоты вращения вала электродвигателя и давлению топлива на выходе топливного насоса с помощью измерителя давления, измерителя и преобразователя, преобразователя и блока по сигналу, пропорциональному полученной сумме, управляют электроприводом топливного насоса для изменения расхода топлива в камеру сгорания ГТД, Такая реализация способа позволяет повысить его точность. 2 ил. сигнал, пропорциональныи статическому моменту сопротивления электродвигателя, и сигнал, пропорциональный величине утечек в топливном насосе, по измеренной величине тока электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный электромагнитному моменту электродвигателя, по измеренной величине частоты вращения вала электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный расходу топлива, подаваемого в камеру сгорания, из сигнала, пропорционального электромагнитному моменту электродвигателя, вычитают сигнал,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пропорциональный статическому моменту сопротивления электродвигателя, и формируют сигнал, пропорциональный динамическому моменту электродвигателя, по которому формируют сигнал, пропорциональный величине скорости изменения расхода топлива, сигнал, пропорциональный фактическому расходу топлива формируют как сумму сигнала, пропорционального расходу топлива, и сигнала, пропорционального величине утечек в топливном насосе, изменение частоты вращения вала электродвигателя привода топливного насоса для изменения расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, производят по сигналу, равного сумме сигналов, пропорциональных фактическому значению расхода топлива бт,факт требуемой величине расхода топлива бт.р и величине скорости изменения расхода топлива в камеру сгорания двигателя От.На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ,На фиг,2 показаны процессы изменения параметров САУ ТРДД в стендовых условиях при воздействии расходом топлива в основную камеру сгорания, По оси абсцисс отложено время (с), по оси ординат в верхней части отложено ступенчатое воздействие расхода топлива, подаваемого в основную камеру сгорания С, скорость От и отклонение расхода топлива Л От.факт, от установившегося значения ), в нижней части - отклонение частоты вращения Л щ от установившегося значения .Регулирование происходит путем формирования сигнала, равного сумме сигна- лов, пропорциональных фактическому значению расхода топлива, требуемой величине расхода топлива и величине скорости изменения расхода топлива, Такое регули,рование достигается тем, что дополнительно измеряют давление топлива на выходе топливного насоса, по которому формируют сигнал, пропорциональный статическому моменту сопротивления электродвигателя, и сигнал, пропорциональный величине утечек в топливном насосе, По измеренной величине тока электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный электромагнитному моменту электродвигателя и по измеренной величине частоты вращения вала электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный расходу топлива, подаваемого в камеру сгорания, Из сигнала, пропорционального электромагнитному моменту электродвигателя, вычитают сигнал, пропорциональный статическому моменту сопротивления электродвигателя, и формируют сигнал, пропорционал ный динамическому моменту электродвигателя, по которому формируют сигнал, пропорциональный величине скорости изменения расхода топлива. Сигнал, пропорциональный фактическому расходу топлива От.факт, формируют как сумму сигнала, пропорционального расходу топлива, и сигнала, пропорционального величине утечек в топливном насосе. Изменение частоты вращения вала электродвигателя привода топливного насоса для изменения расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания осуществляют по сумме сигналов С,тр, Отф, От,Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит: блок системы автоматического управления (САУ) двигателем 1, в котором реализуются программы регулирования и осуществляются измерения частот вращения роторов двигателя, вырабатывается ошибка рассогласования, формируется требуемая величина расхода топлива для управления двигателем; подсистему автоматического управления электроприводом 2, которая включает вентильный преобразователь и информационно-управляющую схему, обеспечивающую формирование требуемого электромагнитного момента и требуемую частоту вращения электропривода, при этом вентильный преобразователь совместно с бесконтактной синхронной машиной образует вентильный электродвигатель 3; топливный насос 4; измеритель давления за насосом 5; преобразователь давления в статический момент сопротивления электродвигателя 6; блок усиления, формирования, суммирования 7, на выходе которого сигнал пропорционален скорости изменения расхода топлива О,; измеритель и преобразователь тока в электромагнитный момент электродвигателя 8; преобразователь давления в сигнал, пропорциональный утечкам в топливном насосе 9, на выходе которого формируется сигнал, соответствующий утечкам и перетечкам через боковые и радиальные зазоры,образованные корпусом и вращающимися шестернями топливного насоса в зависимости от величины давления за топливным насосом; блок усиления, формирования,суммирования 10, на выходе которого сигнал пропорционален фактическому расходу топлива От,фзкт измеритель и преобразователь частоты вращения вала электродвигателя в расход топлива 11; сумматор 12, на входы которого поступают сигналы, пропорциональные требуемой величине расхода топлива От.треб фактической величине расхода топлива Ст,факт. и скорости ее изменения От, на выходе которого образуетсясигнал управления, поступающий на подсистему автоматического управления вентильным электроприводом топливногонасоса, который осуществляет подачу топлива в объект регулирования - газотурбинный двигатель 13.Способ регулирования реализуют следующим образом. В соответствии с программами регулирования в САУ газотурбинным 10двигателем, в блоке 1 вырабатывается сигнал, пропорциональный требуемому расходу топлива От,тр. Этот сигнал поступает насумматор 12, на выходе которого образуется сигнал управления, поступающий на подсистему автоматического управленияэлектроприводом 2, где формируют требуемый электромагнитный момент и требуемую частоту вращения вентильногоэлектродвигателя 3, Вал вентильного электродвигателя 3 жестко связан с валом насоса4 и при вращении вала электродвигателя 3насос 4 осуществляет подачу топлива стребуемыми расходом, давлением и происходит управление газотурбинным двигателем 13.Для повышения точности и качества регулирования используют сигналы, пропорциональные фактическому расходу топливаОт.факт. и производной расхода топлива От. 30Сигнал, пропорциональный производнойфаКтИЧЕСКОГО РаСХОДа тоПЛИВа От,факт, фоРмируют на основе уравнений;- напряжений на вентильном электроприводе 35О = 2 ф(1) + КЕ Й/дв,где Уф - комплексное сопротивление обмоток статора;(с) - действующее значение тока;Ке - постоянная противоЭДС электродвигателя;й/дв - частота вращения электродвигателя;- моментов на валу электродвигателяВ/дв 45Мэ/дв = + Мнагр,б 1Мэ/дв = Км 1(1),Мнагр = Ц РНгде Км - коэффициент пропорциональностимежду током и вращающим моментом;ц - удельный объем насоса (см /рад);зРн - давление перед форсункой;- суммарный момент инерции, приведенный к валу электродвигателя;б Йэ,двйс - ускорение вала электродвигателя;- изменения расхода топлива в зависимости от изменения частоты вращения электропривода бОт= К-рб й/дв,О Огде К - - коэффициент передачи расхода по частоте вращения электродвигателя.На основании этих соотношений следует уравнениеб О.ак, + рКм Ка с 31 Кмв соответствии с которым по измеренной величине тока электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный электромагнитному моменту электродвигателя в измерителе-преобразователе 8, измеряют давление топлива на выходе топливного насоса измерителем 5, по которому формируют сигнал, пропорциональный статическому моменту сопротивления, в преобразователе 6, из сигнала, пропорционального электромагнитному моменту электродвигателя, вычитают сигнал, пропорциональный статическому моменту сопротивления электродвигателя, формируют сигнал, пропорциональный динамическому моменту электродвигателя, по которому образуют в блоке 7 сигнал, пропорциональный величине скорости изменения расхода топлива бт.Сигнал, пропорциональный фактическому расходу топлива формируют как сумму сигнала, пропорционального расходу топлива, и сигнала, пропорционального величине утечек в топливном насосе, и образуют на основании уравненияОт.факт= К- б Йэ/дв+ К Р Рн,О ОдОгде К Р =- - коэффициент утечек наоРнсоса, в соответствии с которым по измеренной величине частоты вращения вала электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный расходу топлива в измерителе и преобразователе 11, по измеренному давлению топлива на выходе топливного насоса формируют сигнал, пропорциональный величине утечек в топливном насосе в преобразователе 9, суммируют сигнал, пропорциональный расходу топлива, с сигналом, пропорциональным величине утечек в топливном насосе, и образуют в блоке усиления, формирования 10 сигнал, пропорциональный фактическому расходу топлива От.факт.Изменение частоты вращения вала электродвигателя привода топливного насоса для изменения расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, производят по сигналу, равного сумме сигналов, пропорциональных фактическому значению расхода топлива бт.факт требуемой величине расхода топлива От,треб, и ве личине скорости изменения расхода топлива От в камеру сгорания двигателя.Анализ работы двигателя на основных режимах показывает, что при использовании рассматриваемого способа регулирова ния наблюдается улучшение характеристик регулирования, повышается статическая и динамическая точность регулированйя. Программа приемистости выдерживается более точно и обеспечивается расходование оди наковой доли располагаемого запаса устойчивости Ь ку.крзсх., характеризующее расположениелинии совместной работы компрессора и турбины относительно границы газодинамической устойчивости, 20Формула изобретенияСпособ регулирования газотурбинного двигателя путем измерения частот вращения роторов турбокомпрессоров низкого и высокого давлений, вычисления ошибки 25 рассогласования между требуемыми и фактическими величинами частот вращения роторов турбокомпрессоров низкого и высокого давлений и формирования по ней сигнала требуемого расхода топлива, изме рения частоты вращения вала и тока электродвигателя привода топливного насоса, вычисления ошибки рассогласования между требуемой и фактической величиной частоты вращения вала электродвигателя и 35 изменения расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, изменением частоты вращения вала электродвигателя привода топливного насоса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности путем учета реальных условий работы топливного насоса и электродвигателя, дополнительно измеряют давление топлива на выходе топливного насоса, по которому формируют сигнал, пропорциональный статическому моменту сопротивления электродвигателя, и сигнал, пропорциональный величине утечек в топливном насосе, по измеренной величине тока электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный электромагнитному моменту электродвигателя, по измеренной величине частоты вращения вала электродвигателя формируют сигнал, пропорциональный расходу топлива, подаваемого в камеру сгорания, из сигнала, пропорционального электромагнитному моменту электродвигателя, вычитают сигнал, пропорциональный статическому моменту сопротивления электродвигателя, и формируют сигнал, пропорциональный динамическому моменту электродвигателя, по которому формируют сигнал, пропорциональный величине скорости изменения расхода топлива, сигнал, пропорциональный фактическому расходу топлива формируют как сумму сигнала, пропорционального расходу топлива, и сигнала, пропорционального величине утечек в топливном насосе, изменение частоты вращения вала электродвигателя привода топливного насоса для изменения расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, производят по сигналу, равного сумме сигналов, пропорциональных фактическому значению расхода топлива, требуемой величине расхода топлива и величине скорости изменения расхода топлива в камеру сгорания двигателя.1765476 Составитель С. ПигальскийТехред М,Моргентал Корректор И, Шулла Редакто НТ СССРп ьский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 Производственно-и Заказ 3368 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5