УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1996 года по МПК G01K13/02 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в системах контроля и регулирования нестационарных температур газовых потоков при испытаниях и эксплуатации газотурбинных двигателей (ГТД).

Известно устройство для измерения температуры газа ГТД, содержащее блок термоэлектрических преобразователей, подключенный к первому входу сумматора и через первый дифференциатор и блок умножения к второму входу сумматора, датчик полного давления воздуха за компрессором, соединенный через блок деления и блок вычитания с вторым входом блока умножения, датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, связанный с вторым входом блока вычитания.

Недостатком устройства является небольшой диапазон измеряемых температур, так как устройство позволяет измерять температуру газа только в одном сечении ГТД, а именно за турбиной ГТД, где температура изменяется в пределах 600.800 К, что сужает функциональные возможности устройства и не дает возможность контролировать температуру газа перед турбиной ГТД, наиболее полно характеризующую тепловое состояние и величину тяги ГТД.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры газа газотурбинного двигателя, содержащее блок термоэлектрических преобразователей, соединенный с первым входом сумматора и через дифференциатор и блок умножения с вторым входом сумматора, датчик полного давления воздуха за компрессором, связанный через первый блок деления и блок вычитания с вторым входом блока умножения, датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, подключенный к второму входу первого блока деления и через второй дифференциатор к второму входу блока вычитания, датчик давления газа за турбиной, соединенный с входом второго блока деления, второй вход которого связан с выходом датчика полного давления воздуха за компрессором, а выход через функциональный преобразователь соединен с первым входом третьего блока деления, вторым входом подключенного к выходу сумматора.

Недостатком устройства является низкая точность измерения температуры газа перед турбиной ГТД, обусловленная тем, что адиабатический КПД турбины принят постоянной величиной, а также отсутствием учета влияния коэффициента потерь полного давления газа в камере сгорания ГТД.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры газа перед турбиной газотурбинного двигателя.

Для достижения поставленной цели в устройство для измерения температуры газа газотурбинного двигателя, содержащее последовательно соединенные блок термоэлектрических преобразователей, первый сумматор и первый блок деления, а также последовательно связанные дифференциатор и первый блок умножения, выход которого подключен к другому входу первого сумматора, а другой выход блока термоэлектрических преобразователей связан с входом дифференциатора, датчик полного давления воздуха за компрессором, связанный через второй блок деления с входом блока вычитания, выход которого подключен к другому входу первого блока умножения, датчик давления газа за турбиной двигателя, подключенный к входу третьего блока деления, другой вход которого подсоединен к выходу датчика полного давления воздуха за компрессором, а также датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, связанный выходом с другим входом второго блока деления и с входом другого дифференциатора, соединенного выходом с другим входом блока вычитания, введены второй блок умножения, квадратор и функциональный преобразователь в виде блока суммирования произведений сигналов, а также последовательно связанные другой функциональный преобразователь в виде блока суммирования произведений сигналов и второй сумматор, выход которого соединен с другим входом первого блока деления, а другой вход связан с выходом функционального преобразователя, один вход второго блока умножения соединен с выходом датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора, другой с выходом третьего блока деления, а выход с первым входом функционального преобразователя, другой вход которого связан с выходом квадратора, вход которого и первый вход другого функционального преобразователя подключены к выходу третьего блока деления, а другой вход другого функционального преобразователя подсоединен к выходу датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора.

Функциональный преобразователь состоит из последовательно соединенных третьих блока умножения и сумматора, а также четвертого блока умножения и двух шин сигналов постоянного уровня, при этом выход четвертого блока умножения связан с другим входом третьего сумматора, первый вход функционального преобразователя является первый вход третьего блока умножения, другим входом
вход четвертого блока умножения, а выходом выход третьего сумматора, одна и другая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с другими входами третьего и четвертого блоков умножения, другой функциональный преобразователь выполнен из пятого и шестого блоков умножения, четвертого сумматора и содержит третью, четвертую и пятую шины сигналов постоянного уровня, выходы блоков умножения подключены к входам четвертого сумматора, с третьим входом которого связана пятая шина сигнала постоянного уровня, первым входом другого функционального преобразователя является вход пятого блока умножения, другим вход шестого блока умножения, выходом выход четвертого сумматора, а третья и четвертая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с другими входами пятого и шестого блоков умножения.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 и 3 схемы функциональных преобразователей устройства.

Устройство содержит блок термоэлектрических преобразователей 1 (фиг. 1), сумматор 2, блок деления 3, дифференциатор 4, блок 5 умножения, датчик 6 полного давления за компрессором, второй блок 7 деления, блок 8 вычитания, датчик 9 частоты вращения ротора турбокомпрессора, второй дифференциатор 10, датчик 11 давления газа за турбиной газотурбинного двигателя, третий блок деления 12, второй блок умножения 13, квадратор 14, функциональные преобразователи 15 и 16, второй сумматор 17.

Функциональный преобразователь 15 включает в себя третий блок умножения 18 (фиг. 2), четвертый блок умножения 19 и третий сумматор 20.

Функциональный преобразователь 16 состоит из пятого и шестого блоков умножения 21 и 22 и четвертого сумматора 23.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с блока термоэлектрических преобразователей 1, соответствующий термоэлектродвижущей силе e_т, проходит на вход сумматора 2, а также на вход дифференциатора 4, где формируется сигнал , поступающий на вход блока умножения 5.

Одновременно сигналы n_к с датчиков полного давления за компрессором и частоты вращения ротора турбокомпрессора 9 поступают на входы блока деления 7, где формируется сигнал вида . Сигнал n_к с датчика 9 частоты вращения ротора турбокомпрессора поступает также на вход дифференциатора 10, выходной сигнал которого равен . Сигнал с выхода блока деления 7 и сигнал с выхода дифференциатора 10 поступают на входы блока вычитания 8, выходной сигнал которого равен и пропорционален расходу газа через сопловой аппарат турбины, т. е. представляет собой постоянную времени термопреобразователя (β постоянный коэффициент).

Выходной сигнал t_g блока вычитания 8 проходит на второй вход блока умножения 5, на выходе которого сигнал равен и поступает на вход сумматора 2. На выходе сумматора 2 сигнал определяется выражением

и соответствует температуре газа за турбиной ГТД, измеренной без динамической ошибки. Этот сигнал является выходным сигналом устройства, одновременно сигнал с датчика 11 полного давления за турбиной поступает на вход блока деления 12, на второй вход которого проходит сигнал с датчика 6 полного давления за компрессором.

Выходной сигнал блока деления 12 поступает на вход блока умножения 13, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора. На выходе блока умножения 13 формируется сигнал (где Р_т сигнал датчика полного давления за турбиной).

Одновременно сигнал с выхода блока деления 12 поступает на вход квадратора 14, выходной сигнал которого поступает на вход функционального преобразователя 15, который состоит из последовательно соединенных блока умножения 18 и сумматора 20, блока умножения 19 и двух шин сигналов постоянного уровня С₁ и С1₂, выход блока умножения 18 связан с другим входом сумматора 20, первым входом функционального преобразователя 15 является первый вход блока умножения 18, другим входом - первый вход блока умножения 19, а выходом выход сумматора 20, при этом одна и другая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с вторым входом блока умножения 18 и другим входом блока умножения 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока умножения 13. На выходе функционального преобразователя 15 сигнал определяется выражением

В то же время выходной сигнал блока деления 12 поступает на вход функционального преобразователя 16, на второй вход которого поступает сигнал n_к с выхода датчика 8 частоты вращения ротора турбокомпрессора. На выходе функционального преобразователя 16, который состоит из блоков умножения 21 и 22, сумматора 23 и содержит третью, четвертую и пятую шины сигналов постоянного уровня С₃, С₄ и С₅, выходы блоков умножения соединены с входами сумматора 23, с третьим входом которого связана пятая шина сигнала постоянного уровня, первым входом функционального преобразователя 16 является вход блока умножения 21, другим вход блока умножения 22, а выходом выход сумматора 23, при этом третья и четвертая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно, с другими входами блоков умножения 21 и 22, сигнал на выходе блока 16 определяется выражением

Выходной сигнал F₁ функционального преобразователя 15 и сигнал F₂ c выхода функционального преобразователя 16 поступают на входы сумматора 17, на выходе которого формируется сигнал

поступающий на вход блока деления 3. На выходе блока деления 3 формируется сигнал

являющийся выходным сигналом устройства.

Выражение (I) позволяет измерять температуру газа перед турбиной ГТД T*г

Таким образом, техническое решение позволяет повысить точность измерения температуры газа перед турбиной ГТД, что позволяет повысить контролируемость рабочего процесса в двигателе, надежность системы управления ГТД, точность регулирования двигателя и следовательно, ресурс ГТД, а также вести прямое регулирование температуры газа перед турбиной ГТД. При этом уменьшается влияние забросов по температуре на ресурс двигателя, появляется возможность увеличить ограничиваемую температуру газа на входе в турбину на 5.7^o, что приводит к увеличению тяги на 1,5.2% и соответственно увеличивает тягововооруженность самолета.

Использование: авиационное приборостроение, регулирование нестационарных газовых потоков. Сущность изобретения: устройство содержит блок термоэлектрических преобразователей 1, два сумматора 2, 17, три блока деления 3, 7, 12, два дифференциатора 40 10, два блока умножения 5, 13, датчик полного давления за компрессором 6, блок вычитания 8, датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора 9, датчик 11 давления газа за турбиной, квадратор 14, два функциональных преобразователя 15, 16. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения температуры газа газотурбинного двигателя, содержащее последовательно соединенные блок термоэлектрических преобразователей, первый сумматор и первый блок деления, а также последовательно связанные дифференциатор и первый блок умножения, выход которого подключен к другому входу первого сумматора, а другой выход блока термоэлектрических преобразователей связан с входом дифференциатора, датчик полного давления воздуха за компрессором, связанный через второй блок деления с входом блока вычитания, выход которого подключен к другому входу первого блока умножения, датчик давления газа за турбиной двигателя, подключенный к входу третьего блока деления, другой вход которого подсоединен к выходу датчика полного давления воздуха за компрессором, а также датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора, связанный выходом с другим входом второго блока деления и с входом другого дифференциатора, соединенного выходом с другим входом блока вычитания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры газа перед турбиной, в него введены второй блок умножения, квадратор и функциональный преобразователь в виде блока суммирования произведений сигналов, а также последовательно связанные другой функциональный преобразователь в виде блока суммирования произведений сигналов и второй сумматор, выход которого соединен с другим входом первого блока деления, а другой вход связан с выходом функционального преобразователя, один вход второго блока умножения соединен с выходом датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора, другой с выходом третьего блока деления, а выход - с первым входом функционального преобразователя, другой вход которого связан с выходом квадратора, вход которого и первый вход другого функционального преобразователя подключены к выходу третьего блока деления, а другой вход другого функционального преобразователь подсоединен к выходу датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что функциональный преобразователь состоит из последовательно соединенных третьих блока умножения и сумматора, а также четвертого блока умножения и двух шин сигналов постоянного уровня, при этом выход четвертого блока умножения связан с другим входом третьего сумматора, первым входом функционального преобразователя является первый вход третьего блока умножения, другим входом вход четвертого блока умножения, а выходом выход третьего сумматора, одна и другая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с другими входами третьего и четвертого блока умножения, другой функциональный преобразователь выполнен из пятого и шестого блоков умножения, четвертого сумматора и содержит третью, четвертую и пятую шины сигналов постоянного уровня, выходы блоков умножения подключены к входам четвертого сумматора, с третьим входом которого связана пятая шина сигнала постоянного уровня, первым входом другого функционального преобразователя является вход пятого блока умножения, другим - вход шестого блока умножения, выходом выход четвертого сумматора, а третья и четвертая шины сигналов постоянного уровня соединены соответственно с другими входами пятого и шестого блоков умножения.