СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК F02C9/46 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Известен способ защиты ГТД от перегрева газогенератора, реализованный в гидромеханической САУ с электронным ограничителем температуры газов за турбиной [1]. Способ заключается в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, выключают двигатель.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность и невозможность использования на одномоторных летательных аппаратах (ЛА).

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ защиты ГТД реализуемый, например, в электронно-гидромеханических САУ [2], [3].

САУ содержит последовательно соединенные блок датчиков (БД), включающий в себя термопару, электронный регулятор (ЭР), дозатор топлива (ДТ), клапан останова (КО).

Способ заключается в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, вычисляемым по известной формуле в зависимости от положения рычага управления двигателем (РУД), температуры и давления воздуха на входе в двигатель, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения.

Недостатком известного способа является следующее. На режиме запуска двигателя, где плотность обдува термопар очень низкая, сигнал с термопары идет с большим запаздыванием. Это снижает эффективность известного способа защиты, что приводит к подгоранию лопаток турбины компрессора. Это снижает надежность работы двигателя и приводит к ускоренной выработке ресурса газогенератора.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ в части защиты ГТД от перегрева и, как следствие, обеспечение нормальной выработки ресурса газогенератора, повышение надежности работы ГТД и безопасности ЛА.

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты газотурбинного двигателя, заключающемся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения, дополнительно на режиме запуска двигателя через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в двигатель на время 0,3...0,5 секунд.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные БД 1, ЭР 2, ДТ 3, КО 4, причем ДТ 3 подключен к БД 1, а КО 4 - к ЭР 2, сигнальное табло 5 «Опасный режим работы двигателя», подключенное к ЭР 2.

Устройство работает следующим образом. Электронный регулятор 2 по сигналам датчиков из блока 1 по известным зависимостям (см., например, [3]) формирует управляющее воздействие на ДТ 3, который осуществляет требуемые изменения расхода топлива в КС двигателя. При нормальной работе ГТД КО 4 выключен.

ЭР 2 дополнительно:

- через равные промежутки времени, заданные заранее (например, для электронных регуляторов РЭД-90, входящих в САУ двигателей ПС-90А, этот промежуток составляет 0,02 секунды), вычисляет величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени;

- величины изменения фильтрует с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в десять раз больше, чем заданный промежуток времени (для двигателей ПС-90А эта постоянная составляет 0,5 секунды);

- вычисляет отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя;

- сравнивает отношение с наперед заданной величиной (для двигателей ПС-90А эта величина составляет 0,48 К × секунду);

если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени (для двигателей ПС-90А это время составляет 0,5 секунды), формирует сигнал на табло 5 «Опасный режим работы двигателя» и на время 0,3...0,5 секунды прекращают подачу топлива в КС двигателя, включив КО 4.

Обычно этого хватает, чтобы опасный для газогенератора рост температуры газов прекратился и двигатель начал работать нормально.

Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ в части защиты ГТД от перегрева и, как следствие, нормальная выработка ресурса газогенератора, повышение надежности работы ГТД и безопасности ЛА.

Источники информации

1. Кеба И.В. Летная эксплуатация вертолетных ГТД, М.: Транспорт, 1976 г.

2. Шляхтенко С.М. Теория авиационных ВРД, М.: Машиностроение, 1974 г.

3. Шевяков А.А. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов, М.: Машиностроение, 1976 г.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления (САУ) ГТД. Сущность изобретения заключается в том, что на режиме запуска двигателя через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в двигатель на время 0,3...0,5 секунд. Положительный эффект изобретения - обеспечение нормальной выработки ресурса газогенератора, повышение надежности работы двигателя и безопасности летательного аппарата за счет повышения качества работы САУ в части защиты ГТД от перегрева. 1 ил.

Способ защиты газотурбинного двигателя (ГТД), заключающийся в том, что измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с заданным, если измеренная температура газов превысила заданное значение, уменьшают расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТД до тех пор, пока измеренная температура газов не станет меньше заданного значения, отличающийся тем, что дополнительно на режиме запуска двигателя через равные промежутки времени, заданные заранее, вычисляют величины изменения температуры газов и частоты вращения ротора двигателя за заданный промежуток времени, величины изменения фильтруют с помощью апериодического звена первого порядка с постоянной времени в двадцать пять раз больше, чем заданный промежуток времени, вычисляют отношение отфильтрованной величины изменения температуры газов к отфильтрованной величине изменения частоты вращения ротора двигателя, если отношение превышает наперед заданную величину в течение наперед заданного времени, формируют сигнал «Опасный режим работы двигателя» и прекращают подачу топлива в двигатель на время 0,3...0,5 с.