СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2011 года по МПК G01M15/14 

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными установками (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Известен способ контроля ГТУ с гидромеханической САУ, Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., заключающийся в том, что в процессе работы двигателя бортмеханик по показаниям прибора в кабине вертолета контролирует значение температуры газов за турбиной и, если температура становится выше заданного предела, выключает двигатель.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ контроля технического состояния ГТУ, реализованный в гидромеханической САУ с электронным ограничителем температуры газов за турбиной. Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., заключающийся в том, что в процессе работы ГТУ измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, формируют сигнал «Перегрев двигателя» и выключают ГТУ.

Недостатком известного способа является то, что контроль не охватывает значительную часть подсистем, обеспечивающих нормальную работу двигателя. Например, не контролируется состояние масляной системы двигателя, обеспечивающей охлаждение и смазку элементов опор двигателя. В эксплуатации зафиксированы случаи, когда из-за разрушения подшипников происходило повреждение и даже разрушение самого двигателя. Таким образом, низкая полнота контроля подсистем двигателя снижает надежность работы самого двигателя.

Целью изобретения является повышение полноты контроля технического состояния ГТУ и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ, ГПА и ГТЭС.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля технического состояния ГТУ, заключающемся в том, что в процессе работы ГТУ измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, формируют сигнал «Перегрев двигателя» и выключают ГТУ по циклу «Аварийный останов», дополнительно в процессе работы ГТУ измеряют температуру масла на входе в двигатель, сравнивают температуру масла на входе в двигатель с четырьмя наперед заданными величинами, определяемыми расчетно-экспериментальным путем и уточняемыми в процессе эксплуатации ГТУ, если температура масла на входе в двигатель меньше первой наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал «Минимальная температура масла на входе в двигатель» и включают теплонагревательные элементы (ТЭН) в маслобаке ГТУ, если температура масла на входе в двигатель больше второй наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, включают вентиляторы блока маслоохладителя (БМО), если температура масла на входе в двигатель больше третьей наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал «Максимальная температура масла на входе в двигатель», измеряют температуру баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ и сравнивают ее с пятой наперед заданной величиной, определяемой расчетно-экспериментальным путем и уточняемой в процессе эксплуатации ГТУ, если температура баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ меньше или равна пятой наперед заданной величине, то, уменьшая расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, плавно снижают режим работы ГТУ до снижения температуры масла на входе в двигатель ниже третьей наперед заданной величины, если температура баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ больше пятой наперед заданной величине, то формируют сигнал «Аварийный останов по максимальной температуре масла на входе в двигатель» и выключают ГТУ по циклу «Аварийный останов», если температура масла на входе в двигатель больше четвертой наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал«Аварийный останов по предельно высокой температуре масла на входе в двигатель» и выключают ГТУ по циклу «Аварийный останов».

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный блок 2 управления ГТУ (БУД), блок 3 исполнительных механизмов (ИМ), дозатор 4, клапан 5 останова (КО), концевой выключатель 6 (KB), причем дозатор 4 и KB 6 подключены к БД 1, а КО 5 - к блоку 3, блок 7 исполнительных клапанов (БИК), подключенный к БД 1 и блоку 3, пульт 8 оператора (ПУ), теплонагревательные элементы 9 (ТЭН), вентиляторы 10 блока маслоохладителя (БМО - на чертеже не показан), подключенные к БУД 2.

Устройство работает следующим образом.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 8 задает режим работы ГТУ: запуск, минимальный режим (холостой ход), промежуточный режим, максимальный режим, перегрузочный режим.

Команда оператора от ПУ 4 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2. БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 8 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Шевяков А.А. «Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок. Системы управления энергетических установок», M.: «Машиностроение», 1985 г.) формирует управляющее воздействие на блок 3 ИМ, который через дозатор 4 осуществляет управление расходом топлива в КС ГТУ через БИК 7 - положением механизации ГТУ и через блок 9 - стартером, обеспечивая выполнение циклограммы запуска ГТУ. Информация о параметрах ГТУ, положении дозатора 4, механизации компрессора (через БИК 7) и состоянии КО 5 (через KB 6) формируется в БД 1.

Информация о параметрах ГТУ, положении дозатора 4, механизации компрессора и состоянии КО 5, получаемая БУД 2 из БД 1, по цифровому каналу связи передается в ПУ 8.

ПУ 8 представляет собой ПЭВМ в промышленном исполнении, на жесткий магнитный диск (НЖМД) которой записано специальное программное обеспечение (СПО) - на чертеже не показаны.

Контроль технического состояния ГТУ осуществляется следующим образом.

В процессе работы ГТУ с помощью БД 1 измеряют температуру газов за турбиной ГТУ и в БУД 2 сравнивают ее с наперед заданным значением, определяемым для каждого типа ГТУ расчетно-экспериментальным путем (для двигателя Д049, входящего в состав ГТУ ГТЭС-2,5 производства ОАО «Сатурн-Газовые турбины», г.Рыбинск, это значение составляет 510°С).

Если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданное время (для вышеупомянутого двигателя Д049 это время составляет 1 с), БУД 2 формирует и передает в ПУ 8 сигнал «Перегрев двигателя» и с помощью блока 3 и КО 5 выключает ГТУ по циклу «Аварийный останов».

Дополнительно в процессе работы ГТУ измеренную в БД 1 температуру масла на входе в двигатель в БУД 2 сравнивают с четырьмя наперед заданными величинами, определяемыми расчетно-экспериментальным путем и уточняемыми в процессе эксплуатации ГТУ.

Если температура масла на входе в двигатель меньше первой наперед заданной величины (для двигателя Д049 эта величина равна 30°С) в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем (для Д049 - 10 с), БУД 2 формирует и передает в ПУ 8 сигнал «Минимальная температура масла на входе в двигатель» и формирует сигнал на включение ТЭН 9 в маслобаке ГТУ.

Если температура масла на входе в двигатель больше второй наперед заданной величины (для двигателя Д049 эта величина равна 45°С) в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем (для Д049 - 10 с), БУД 2 формирует сигнал на включение вентиляторов 10 БМО.

Если температура масла на входе в двигатель больше третьей наперед заданной величины (для двигателя Д049 эта величина равна 55°С) в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем (для Д049 - 10 с), БУД 2 формирует и передает в ПУ 8 сигнал «Максимальная температура масла на входе в двигатель».

Одновременно в БД 1 измеряют температуру баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ и в БУД 2 сравнивают ее с пятой наперед заданной величиной (для двигателя Д049 эта величина равна 77°С), определяемой расчетно-экспериментальным путем и уточняемой в процессе эксплуатации ГТУ.

Если температура баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ меньше или равна пятой наперед заданной величине, то БУД 2, уменьшая с помощью блока 3 и дозатора 4 расход топлива в камеру сгорания КС ГТУ, плавно снижает режим работы ГТУ до снижения температуры масла на входе в двигатель ниже третьей наперед заданной величины.

Если температура баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ больше пятой наперед заданной величины, то БУД 2 формирует и передает в ПУ 8 сигнал «Аварийный останов по максимальной температуре масла на входе в двигатель» и с помощью блока 3 и КО 5 выключает ГТУ по циклу «Аварийный останов».

Если температура масла на входе в двигатель больше четвертой наперед заданной величины (для двигателя Д049 эта величина равна 60°С) в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем (для Д049 - 10 с), БУД 2 формирует и передает в ПУ 8 сигнал «Аварийный останов по предельно высокой температуре масла на входе в двигатель» и с помощью блока 3 и КО 5 выключает ГТУ по циклу «Аварийный останов».

Таким образом обеспечивается повышение полноты контроля технического состояния ГТУ за счет введения контроля температуры масла на входе в двигатель и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ, ГПА и ГТЭС.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно в процессе работы ГТУ измеряют температуру масла на входе в двигатель, сравнивают температуру масла на входе в двигатель с четырьмя наперед заданными величинами, определяемыми расчетно-экспериментальным путем и уточняемыми в процессе эксплуатации ГТУ, если температура масла на входе в двигатель меньше первой наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал «Минимальная температура масла на входе в двигатель» и включают теплонагревательные элементы (ТЭН) в маслобаке ГТУ, если температура масла на входе в двигатель больше второй наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, включают вентиляторы блока маслоохладителя (БМО), если температура масла на входе в двигатель больше третьей наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал «Максимальная температура масла на входе в двигатель», измеряют температуру баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ и сравнивают ее с пятой наперед заданной величиной, определяемой расчетно-экспериментальным путем и уточняемой в процессе эксплуатации ГТУ, если температура баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ меньше или равна пятой наперед заданной величине, то, уменьшая расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, плавно снижают режим работы ГТУ до снижения температуры масла на входе в двигатель ниже третьей наперед заданной величины, если температура баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ больше пятой наперед заданной величине, то формируют сигнал «Аварийный останов по максимальной температуре масла на входе в двигатель» и выключают ГТУ по циклу «Аварийный останов», если температура масла на входе в двигатель больше четвертой наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал «Аварийный останов по предельно высокой температуре масла на входе в двигатель» и выключают ГТУ по циклу «Аварийный останов». Технический результат изобретения -повышение полноты контроля технического состояния ГТУ за счет введения контроля температуры масла на входе в двигатель и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ, ГПА и ГТЭС. 1 ил.

Способ контроля технического состояния ГТУ, заключающийся в том, что в процессе работы ГТУ измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, формируют сигнал «Перегрев двигателя» и выключают ГТУ по циклу «Аварийный останов», отличающийся тем, что дополнительно в процессе работы ГТУ измеряют температуру масла на входе в двигатель, сравнивают температуру масла на входе в двигатель с четырьмя наперед заданными величинами, определяемыми расчетно-экспериментальным путем и уточняемыми в процессе эксплуатации ГТУ, если температура масла на входе в двигатель меньше первой наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал «Минимальная температура масла на входе в двигатель» и включают теплонагревательные элементы (ТЭН) в маслобаке ГТУ, если температура масла на входе в двигатель больше второй наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, включают вентиляторы блока маслоохладителя (БМО), если температура масла на входе в двигатель больше третьей наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал «Максимальная температура масла на входе в двигатель», измеряют температуру баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ и сравнивают ее с пятой наперед заданной величиной, определяемой расчетно-экспериментальным путем и уточняемой в процессе эксплуатации ГТУ, если температура баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ меньше или равна пятой наперед заданной величине, то, уменьшая расход топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, плавно снижают режим работы ГТУ до снижения температуры масла на входе в двигатель ниже третьей наперед заданной величины, если температура баббита вкладышей подшипников турбины ГТУ больше пятой наперед заданной величине, то формируют сигнал «Аварийный останов по максимальной температуре масла на входе в двигатель» и выключают ГТУ по циклу «Аварийный останов», если температура масла на входе в двигатель больше четвертой наперед заданной величины в течение наперед заданного времени, определяемого расчетно-экспериментальным путем, формируют сигнал«Аварийный останов по предельно высокой температуре масла на входе в двигатель» и выключают ГТУ по циклу «Аварийный останов».