СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТУРБОКОМПРЕССОРА ОТ ПОМПАЖА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F04D27/02 

Изобретение относится к области выявления и предотвращения помпажа компрессора в газотурбинных двигателях (ГТД) и может быть применено в системах управления авиационными ГТД.

Известно устройство (Хоэлл А.Р., Калверт В.К. Новый метод оценки характеристик осевого компрессора по характеристикам его ступеней. Энергетические машины и установки, 1978. Т.100-М4-Изд-во «Мир» - с.240-247), контролирующее устойчивую работу компрессорного агрегата с помощью датчиков давления на входе и выходе из компрессора, подключенных к блоку вычисления степени сжатия, датчиков оборотов и температуры воздуха на входе в компрессор, присоединенных к формирователю приведенной скорости, блока воспроизведения расходной газодинамической характеристики и электронно-лучевого индикатора.

Недостатками устройства являются низкие быстродействие и надежность распознавания и ликвидации помпажа, обусловленные отсутствием контроля комплекса параметров двигателя и их порогового значения, полученных интерполяцией (усреднением).

Известны методы и устройства (Шакирьянов М.М., Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. Изв. Вузов «Авиационная техника», №1, 2000, с.80), контролирующие газодинамическое состояние ГТД с помощью комплекса его параметров. Однако они не проводят одновременный контроль обратных значений температур и давления воздуха за компрессором, наиболее полно характеризующих газодинамическое состояние двигателя.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, являются способ и устройство (Шакирьянов М.М. Решающая таблица по устранению различных видов газодинамической неустойчивости в системах, содержащих лопаточные машины. Изв. Вузов «Авиационная техника», №1, 2000, с.80) защиты турбокомпрессора от помпажа. В этом изобретении вычисляется адиабатический кпд компрессора при известных параметрах: давления воздуха за компрессором и на его входе, температуры воздуха за компрессором и на его входе, и далее он сравнивается с соответствующим порогом. Устройство реализации содержит датчики давления воздуха за компрессором и на его входе, датчики температуры воздуха за компрессором и на его входе, два делительных устройства, а также блоки сравнения и пороговое устройство.

Недостатками способа и устройства являются низкие быстродействие и надежность защиты турбокомпрессора от помпажа, обусловленные отсутствием одновременного контроля параметров обратных значений температур и давления воздуха за компрессором.

Задачей изобретения является повышение быстродействия и надежности защиты турбокомпрессора от помпажа.

Поставленная цель достигается способом защиты турбокомпрессора от помпажа, согласно которому измеряют давление воздуха за компрессором и температуру воздуха на входе в компрессор и формируются сигналы наличия помпажа на исполнительные механизмы регулирующих органов ГТД, в котором дополнительно измеряют температуру воздуха за компрессором и температуру газа перед камерой сгорания и формируют сумму обратных значений температур воздуха на входе и за компрессором и газа на входе в камеру сгорания с последующей интерполяцией изменения этой величины и в случае превышения ею порогового значения или превышения значения давления воздуха за компрессором соответствующего порогового значения формируют сигнал наличия помпажа.

Поставленная цель достигается устройством, осуществляющим данный способ, содержащим датчик давления воздуха за компрессором и последовательно соединенное с ним второе пороговое устройство, датчик температуры воздуха на входе в компрессор и первое пороговое устройство, в которое дополнительно введены датчик температуры воздуха за компрессором и последовательно соединенные с ним второй функциональный преобразователь, сумматор и интерполятор, выход которого соединен со входом первого порогового устройства, датчик температуры газа перед камерой сгорания и последовательно соединенный с ним третий функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом датчика температуры воздуха на входе в компрессор, а выход - с третьим входом сумматора, а также схема "ИЛИ", первый вход которой соединен с выходом второго порогового устройства, а второй вход - с выходом первого порогового устройства.

Примером конкретной реализации является то, что здесь учитываются конкретные параметры каждого типа компрессора, которые бывают разными, и это проявляется особенно при наступлении помпажных явлений. Фиксация изменений параметров при помпаже и учет их в соответствующих комплексах с дальнейшим сравнением с пороговыми значениями повышает быстродействие и ликвидацию помпажа реализацией критериев устойчивости при помощи упрощения критериев устойчивости, который реализуется интерполятором.

На чертеже представлена схема способа и устройства для его осуществления. Здесь 1 - датчик температуры воздуха на входе в компрессор Т₁, 2 - датчик температуры воздуха за компрессором Т₂, 3 - датчик температуры газа на входе в камеру сгорания Т₃, 4 - датчик давления воздуха за компрессором Р₂, 5 - первый функциональный преобразователь, 6 - второй функциональный преобразователь, 7 - третий функциональный преобразователь, 8 - сумматор, 9 - интерполятор, 10 - первое пороговое устройство, 11 - второе пороговое устройство, 12 - схема "ИЛИ".

Способ и устройство осуществляются следующим образом. Первый функциональный преобразователь 5, второй функциональный преобразователь 6, третий функциональный преобразователь 7 формируют обратные значения температур воздуха на входе в компрессор Т₁, температуры воздуха за компрессором Т₂ и температуры газа на входе в камеру сгорания Т₃ соответственно. Сумматор 8 суммирует эти значения и далее их интерполирует (усредняет) в интерполяторе 9. В первом пороговом устройстве 10 производится сравнение значений, поступающих с выхода интерполятора 9, с соответствующим пороговым значением порогового устройства, при превышении которого выдается сигнал на схему "ИЛИ" 12. По другому каналу при превышении порогового значения второго порогового устройства 11 сигналом, поступающим с выхода датчика 4 давления воздуха за компрессором Р₂, сигнал поступает на схему "ИЛИ" 12. Если хотя бы на одном из входов схемы "ИЛИ" 12 появляется сигнал, то это означает появление помпажа и сигнал далее поступает на исполнительные механизмы регулирующих органов газотурбинных двигателей для ликвидации последнего.

Способ и устройство подтверждаются следующими теоретическими выкладками [1]. Появление помпажа сопровождается резким повышением температуры воздуха на входе в компрессор, температуры воздуха за компрессором и температуры газа на входе в камеру сгорания, а также резким понижением давления воздуха за компрессором. Это и явилось основанием применения данных критериев газодинамической устойчивости двигателя (т.е. величин типа 1/Т₁, 1/Т₂, 1/Т₃ и их суммированием). Применение интерполятора обуславливается уточнением уровня появления помпажных процессов, которые могут быть разными для разных параметров.

Существенные отличия данного изобретения заключаются в том, что здесь производится одновременный контроль обратных значений температур и их усредненные пороговые значения и давления воздуха за компрессором. Экономический эффект заключается в том, что данные способ и устройство позволяют повысить надежность работы двигателей, а следовательно, обеспечивают безопасность полета летательных аппаратов.

Использование: системы управления авиационными ГТД для выявления и предотвращения помпажа компрессора. Технический результат - повышение быстродействия и надежности защиты турбокомпрессора от помпажа. В способе защиты турбокомпрессора от помпажа дополнительно измеряют температуру воздуха за компрессором и температуру газа перед камерой сгорания и формируют сумму обратных значений температур воздуха на входе и за компрессором и газа на входе в камеру сгорания с последующей интерполяцией изменения этой величины и в случае превышения ею порогового значения или превышения значения давления воздуха за компрессором соответствующего порогового значения формируют сигнал наличия помпажа. В устройство, осуществляющее данный способ, дополнительно введены датчик температуры воздуха за компрессором и последовательно соединенные с ним второй функциональный преобразователь, сумматор и интерполятор, выход которого соединен со входом первого порогового устройства, датчик температуры газа перед камерой сгорания и последовательно соединенный с ним третий функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом датчика температуры воздуха на входе в компрессор, а выход - с третьим входом сумматора, а также схема "ИЛИ", первый вход которой соединен с выходом второго порогового устройства, а второй вход - с выходом первого порогового устройства. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа, согласно которому измеряют давление воздуха за компрессором и температуру воздуха на входе в компрессор и формируются сигналы наличия помпажа на исполнительные механизмы регулирующих органов ГТД, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности распознавания и ликвидации помпажа, дополнительно измеряют температуру воздуха за компрессором и температуру газа перед камерой сгорания и формируют сумму обратных значений температур воздуха на входе и за компрессором и газа на входе в камеру сгорания с последующей интерполяцией изменения этой величины и в случае превышения ею порогового значения или превышения значения давления воздуха за компрессором соответствующего порогового значения формируют сигнал наличия помпажа.

2. Устройство защиты турбокомпрессора от помпажа, осуществляющее данный способ, содержащее датчик давления воздуха за компрессором и последовательно соединенное с ним второе пороговое устройство, датчик температуры воздуха на входе в компрессор и первое пороговое устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности распознавания и ликвидации помпажа, в него дополнительно введены датчик температуры воздуха за компрессором и последовательно соединенные с ним второй функциональный преобразователь, сумматор и интерполятор, выход которого соединен со входом первого порогового устройства, датчик температуры газа перед камерой сгорания и последовательно соединенный с ним третий функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом датчика температуры воздуха на входе в компрессор, а выход - с третьим входом сумматора, а также схема "ИЛИ", первый вход которой соединен с выходом второго порогового устройства, а второй вход - с выходом первого порогового устройства.