СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в электронных системах управления подачей топлива в авиационных газотурбинных двигателях.

Известна система автоматического управления газотурбинным двигателем, которая содержит основной и дублирующий электронные регуляторы со встроенными блоками контроля, формирующие сигналы управления на исполнительный механизм, при отказе электронной части включается в работу аварийный гидромеханический регулятор, а переключение управления производится с помощью переключателей и логических элементов, система содержит также блоки обнаружения неисправностей датчиков и исполнительного механизма и блоки математических моделей двигателя и исполнительного механизма (авт. св. СССР 1642812, МКИ F 02 C 9/28, публ. 15.05.94 г., БИ 9).

Недостатком этой системы являются ограниченные функциональные возможности, а именно невозможность регулирования дополнительных режимов двигателя.

Известна система автоматического регулирования газотурбинного двигателя, содержащая два канала управления: канал управления по частоте вращения ротора и канал ограничения температуры газов, селектор минимума, исполнительное устройство, корректирующее звено канала управления по частоте вращения ротора, суммирующие элементы, разностное корректирующее звено, ключи, запоминающее устройство, компаратор, дифференциатор, элементы сравнения, модель разомкнутого канала ограничения температуры газа, устройство самонастройки (патент РФ 2172857, МКИ F 02 C 9/28, публ. 27.08.2001 г.). Эта система является наиболее близким аналогом к заявленной системе.

Схемное решение этого устройства позволяет повысить динамическую точность регулирования путем устранения заброса температуры, скачков по температуре и зоны совместной работы каналов. Однако данная система предназначена для регулирования одновального ГТД, не может быть применена для регулирования двухвального ГТД, а также не обеспечивает регулирования дополнительных режимов двигателя, что ограничивает его функциональные возможности.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей, диапазона режимов работы двигателя и повышение надежности.

Поставленная задача решается следующим образом.

В системе регулирования параметров газотурбинного двигателя, содержащей каналы ограничения частоты вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной низкого давления, каждый из которых состоит из измерителя регулируемой величины и основного формирователя закона ограничения, при этом выход измерителя регулируемой величины в каждом канале ограничения соединен с первым входом основного формирователя закона ограничения, второй вход которого соединен с выходом измерителя температуры воздуха на входе двигателя, в каждый канал ограничения введены контрольный формирователь закона ограничения, блок контроля канала и ключ, кроме этого система дополнительно снабжена задатчиком режимов, программным блоком, блоком формирования сигнала отказа, блоком контроля устройства управления расходом топлива и исполнительного механизма, ключом и пороговым элементом, при этом первые входы контрольных и основных формирователей законов ограничения и первые входы блоков контроля канала соединены с выходами соответствующих измерителей регулируемых величин, вторые входы - с выходом измерителя температуры воздуха и входом порогового элемента, выходы основного и контрольного формирователей законов ограничения соединены соответственно со вторым и третьим входами блока контроля канала, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами ключей, входы которых соединены соответственно с выходами основных формирователей закона ограничения, а выходы - с соответствующими входами селектора минимального расхода топлива, причем выходы блоков контроля каналов соответственно соединены также с входами задатчика режимов и с первым, вторым и третьим входами блока формирования сигнала отказа, четвертый вход которого соединен с выходом порогового элемента, а пятый - с выходом блока контроля устройства управления расходом топлива, первый вход которого соединен с выходом селектора минимального расхода топлива и с входом устройства управления исполнительным механизмом, а второй - с выходом исполнительного механизма, выход устройства управления исполнительным механизмом соединен с рабочим входом дополнительного ключа, выход которого соединен с исполнительным механизмом, а управляющий вход - с выходом блока формирования сигнала отказа, кроме того выход задатчика режимов соединен с входом программного блока, выходы которого соединены с соответствующими входами основных и контрольных формирователей законов ограничения, а также с четвертым входом блоков контроля в каждом канале ограничения.

Отличительные признаки, указанные в формуле изобретения, позволяют решить поставленную техническую задачу, а именно, система предназначена для автоматического регулирования двухвального газотурбинного двигателя, при этом надежность повышается за счет обеспечения возможности перехода регулирования двигателя на резервную гидромеханику.

Из изученной научно-технической и патентной информации не выявлено техническое решение с перечисленной совокупностью отличительных признаков, это дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критериям изобретения.

На чертеже представлена функциональная блок-схема заявляемого технического решения.

Система регулирования параметров ГТД содержит канал ограничения частоты вращения ротора низкого давления 1, канал ограничения частоты вращения ротора высокого давления 2, канал ограничения температуры газов за турбиной ротора низкого давления 3. Каждый канал содержит измеритель регулируемой величины 4, 9, 14, основной 5, 10, 15 и контрольный 7, 12, 17 формирователи законов ограничения, блоки контроля каналов 8, 13, 18 и ключи 6, 11, 16. Первые входы основных и контрольных формирователей законов ограничения, а также первые входы блоков контроля каналов 8, 13, 18 соединены с выходами соответствующих измерителей регулируемой величины 4, 9, 14, вторые входы - с выходом измерителя температуры воздуха 19 на входе двигателя и входом порогового элемента 20, выходы основного и контрольного формирователей законов ограничения соединены соответственно с вторыми и третьими входами блоков контроля каналов 8, 13, 18, выходы которых соединены с управляющими входами ключей 6, 11, 16, рабочие входы которых соединены соответственно с выходами основных формирователей законов ограничения 5, 10, 15, а выходы - с соответствующими входами селектора минимального расхода топлива 23, выходы блоков контроля каналов 8, 13, 18 соединены также с входами задатчика режимов 21 и с соответствующими тремя входами блока формирования сигнала отказа 28, четвертый вход которого соединен с выходом порогового элемента 20, а пятый вход - с выходом блока контроля устройства управления расходом топлива 27, первый вход которого соединен с выходом селектора 23 и со входом устройства управления расходом топлива 24, а второй - с выходом исполнительного механизма 26, устройство управления исполнительным механизмом 24, через ключ 25 соединен с исполнительным механизмом 26, управляющий вход ключа 25 соединен с выходом блока формирования сигнала отказа 28, выход задатчика режимов 21 соединен с входом программного блока 22, выходы которого соединены с дополнительными входами основных 5, 10, 15 и контрольных 7, 12, 17 формирователей законов ограничения и с четвертыми входами блоков контроля каналов 8, 13, 18.

Система регулирования работает следующим образом:
Регулируемый параметр в каждом канале ограничения обрабатывается соответствующим измерителем регулируемой величины 4, 9, 14, а температура воздуха на входе двигателя - измерителем 19 и преобразуются в сигналы, пропорциональные измеряемой величине. Сигналы, пропорциональные регулируемым величинам, подаются на первые входы основных и контрольных формирователей законов ограничения в соответствующем канале, где сравниваются с сигналом, пропорциональным температуре на входе в двигатель, поступающим на вторые входы формирователей законов ограничения, в результате чего формируются сигналы рассогласования, сигналы рассогласования основных формирователей 5, 10, 15 подаются через ключи 6, 11 и 16 на селектор минимального расхода топлива 23 и на входы блоков контроля соответствующего канала 8, 13, 18, сигналы рассогласования контрольных формирователей 7, 12, 17 - в соответствующий блок контроля канала 8, 13, 18. В блок контроля канала подается также сигнал, пропорциональный регулируемой величине канала с измерителей 4, 9, 14. На выход селектора 23 проходит сигнал того канала ограничения 1, 2 или 3, который при конкретном режиме двигателя требует меньшего расхода топлива. Выходной сигнал селектора минимального расхода топлива 23 через устройство управления исполнительным механизмом 24, ключ 25 и исполнительный механизм 26 управляет расходом топлива, изменяя регулируемый в конкретном режиме двигателя параметр таким образом, чтобы рассогласование на выходе основного формирователя закона ограничения 5, 10, 15 работающего (при данном режиме работы двигателя) канала стало равным нулю. Сигналы управления, поступающие в задатчик режимов 21, через программный блок 22 поступают на дополнительные входы основных 5, 10, 15 и контрольных 7, 12, 17 формирователей законов ограничения и изменяют необходимым образом законы ограничения и, следовательно, изменяются максимально допустимые режимы двигателя. Сигналы программного блока 22, вырабатываемые для каждого канала ограничения, подаются также в блок контроля соответствующего канала ограничения 8, 13, 18. Блоки контроля канала 8, 13, 18 обрабатывают поступающие в них сигналы и при заданных условиях формируют сигналы отказа каналов, которые управляют ключами 6, 11 и 16, отключая отказавший канал от селектора минимального расхода топлива 23. Сигналы отказов каналов поступают также в задатчик режимов 21, который через программный блок 22 изменяет законы ограничения каналов, обеспечивая безопасную работу двигателя. Выходной сигнал селектора минимального расхода топлива 23 в блоке контроля устройства управления исполнительным механизмом 27 сравнивается с выходным сигналом исполнительного механизма, при их несоответствии блоком 27 вырабатывается сигнал, подающийся в блок формирования сигналов отказа 28, куда поступают также сигналы с блоков контроля каналов ограничения 8, 13, 18 и с порогового элемента 20, контролирующего работу измерителя температуры на входе двигателя 19.

При заданных условиях сигнал с блока формирования сигнала отказа 28, воздействуя на ключ 25, отключает исполнительный механизм 26 от системы регулирования и выдает команду, обеспечивающую переход регулирования двигателя на резервную гидромеханику.

Таким образом, заявляемая система автоматического регулирования параметров ГТД за счет введенных в нее изменений обеспечивает возможность регулирования двухвального газотурбинного двигателя с более высокими показателями по надежности в сравнении с известными техническими решениями.

На практике заявляемая система регулирования ГТД выполнена с применением известных стандартных операционных усилителей серии 153, 140, компараторов серии 521 и цифровых микросхем серии 564.

Система автоматического регулирования параметров ГТД предназначена для управления подачей топлива в авиационных газотурбинных двигателях. Каждый канал регулирования содержит измеритель регулируемой величины, основной и контрольный формирователи законов ограничения, блоки контроля и ключи. Первые входы основных и контрольных формирователей законов ограничения, а также первые входы блоков контроля каналов соединены с выходами соответствующих измерителей регулируемой величины, вторые входы - с выходом измерителя температуры воздуха на входе двигателя и выходом порогового элемента, выходы основного и контрольного формирователей законов ограничения соединены соответственно со вторыми и третьими входами блоков контроля каналов, выходы которых соединены с управляющими входами ключей, рабочие входы которых соединены соответственно с выходами основных формирователей законов ограничения, а входы - с соответствующими входами селектора минимального расхода топлива, выходы блоков контроля каналов соединены также с входами задатчика режимов и с соответствующими входами селектора минимального расхода топлива, выходы блоков контроля каналов соединены также с входами задатчика режимов и с соответствующими тремя входами блока формирования сигнала отказа, четвертый вход которого соединен с выходом порогового элемента, а пятый вход - с выходом блока контроля устройства управления расходом топлива, первый вход которого соединен с выходом селектора и со входом устройства управления расходом топлива, а второй вход - с выходом исполнительного механизма, устройство управления исполнительным механизмом через ключ соединен с исполнительным механизмом, управляющий вход ключа, соединен с выходом блока формирования сигнала отказа, выход задатчика режимов соединен с входом программного блока, выходы которого соединены с дополнительными входами основных и контрольных формирователей законов ограничения и с четвертыми входами блоков контроля каналов. Такое выполнение системы позволяет расширить функциональные возможности, а также повысить надежность за счет обеспечения перехода регулирования двигателя на резервную гидромеханику. 1 ил.

Система автоматического регулирования параметров газотурбинного двигателя, содержащая каналы ограничения частоты вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной низкого давления, каждый из которых состоит из измерителя регулируемой величины и основного формирователя закона ограничения, при этом выход измерителя регулируемой величины в каждом канале ограничения соединен с первым входом основного формирователя закона ограничения, второй вход которого соединен с выходом измерителя температуры воздуха на входе двигателя, ceлектор минимального расхода топлива, выход которого соединен с входом устройства управления исполнительным механизмом, исполнительный механизм, отличающаяся тем, что в каждый канал ограничения введены контрольный формирователь закона ограничения, блок контроля канала и ключ, кроме того, система дополнительно снабжена задатчиком режимов, программным блоком, блоком формирования сигнала отказа, блоком контроля устройства управления расходом топлива и исполнительного механизма, ключом и пороговым элементом, при этом первые входы контрольных и основных формирователей законов ограничения и первые входы блоков контроля канала соединены с выходами соответствующих измерителей регулируемой величины, вторые входы - с выходом измерителя температуры воздуха и входом порогового элемента, выходы основного и контрольного формирователей законов ограничения соединены соответственно с вторым и третьим входами блока контроля канала, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами ключей, рабочие входы которых соединены соответственно с выходами основных формирователей закона ограничения, а выходы - с соответствующими входами селектора минимального расхода топлива, причем выходы блоков контроля каналов соответственно соединены также с входами задатчика режимов и с первым, вторым и третьим входами блока формирования сигнала отказа, четвертый вход которого соединен с выходом порогового элемента, а пятый - с выходом блока контроля устройства управления расходом топлива, первый вход которого соединен с выходом селектора минимального расхода топлива и с входом устройства управления исполнительным механизмом, а второй - с выходом исполнительного механизма, выход устройства управления исполнительным механизмом соединен с рабочим входом дополнительного ключа, выход которого соединен с исполнительным механизмом, а управляющий вход - с выходом блока формирования сигнала отказа, кроме того, выход задатчика режимов соединен с входом программного блока, выходы которого соединены с соответствующими входами основных и контрольных формирователей законов ограничения, а также с четвертым входом блоков контроля в каждом канале ограничения.