СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2012 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 ГТД с гидромеханической САУ, Кеба И.В. Летная эксплуатация вертолетных ГТД. М.: Транспорт, 1976 г., с.177-178, заключающийся в том, что в процессе запуска 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 газотурбинного двигателя, реализованный в гидромеханической САУ с электронным ограничителем температуры газов за турбиной, заключающийся в том, что на запуске двигателя измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, прекращают запуск и выключают двигатель. Кеба И.В Диагностика авиационных ГТД, М.: Транспорт, 1980 г., с.122-123.

Недостатком известного способа является то, что контроль не охватывает значительную часть подсистем, обеспечивающих успешный запуск двигателя и его работу на основных режимах. Например, не контролируется состояние опор ротора двигателя - наиболее нагруженной части ГТУ. Это снижает надежность работы двигателя.

Целью изобретения является повышение качества 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 на запуске ГТУ измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, прекращают запуск и выключают двигатель, дополнительно в процессе запуска ГТУ контролируют длительность запуска как время с момента нажатия кнопки «Запуск» до момента выхода двигателя на режим холостого хода, если время запуска превышает первое наперед заданное значение, определяемое расчетно-экспериментальным путем и уточняемое в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Время запуска велико» и прекращают запуск ГТУ, в процессе останова ГТУ контролируют время выбега ротора газогенератора с момента прекращения подачи топлива в камеру сгорания (КС) двигателя до момента уменьшения частоты вращения ротора газогенератора ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, если время выбега ротора газогенератора меньше второго наперед заданного значения, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Мало время выбега ротора газогенератора» и после останова ГТУ проводят внеплановый технический осмотр опор ротора газогенератора, в процессе останова ГТУ контролируют время выбега ротора силовой турбины с момента прекращения подачи топлива в КС двигателя до момента уменьшения частоты вращения ротора силовой турбины ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, если время выбега ротора силовой турбины меньше третьего наперед заданного значения, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Мало время выбега ротора силовой турбины» и после останова ГТУ проводят внеплановый технический осмотр опор ротора силовой турбины,

На фигуре 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), подключенный к БУД 2.

Устройство работает следующим образом.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 8 задает режим работы ГТУ: запуск. Команда оператора от ПУ 8 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. М.: Машиностроение, 1985 г., с.234-241) формирует управляющее воздействие на блок 3 ИМ, который через дозатор 4 осуществляет управление расходом топлива в КС ГТУ и через БИК 7 - положением механизации ГТУ, обеспечивая выполнение циклограммы запуска ГТУ. Информация о положении дозатора 4, механизации компрессора (через БИК 7) и состоянии КО 5 (через KB 6) формируется в БД 1.

Информация о параметрах ГТУ, получаемая БУД 2 из БД 1, по цифровому каналу связи передается в ПУ 8.

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

Контроль технического состояния ГТУ осуществляется в ПУ 8 следующим образом.

После подачи оператором команды на запуск ГТУ в БУД 2 с помощью БД 1 измеряют температуру газов за турбиной и сравнивают ее значение с предельно допустимым, определяемым для каждого двигателя расчетно-экспериментальным путем (для двигателя ПС-90А2, например, допустимая температура газов на запуске составляет 855 К).

Если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину (для двигателя ПС-90А2 эта величина составляет 35 К) по команде БУД 2 с помощью блока 3, дозатора 4, КО 5 и БИК 7 прекращают запуск и выключают двигатель.

Дополнительно в процессе запуска ГТУ в ПУ 8 контролируют время запуска: как время с момента нажатия оператором кнопки «Запуск» (входит в состав ПУ 8, на фигуре не показана) до момента выхода двигателя на режим холостого хода.

Для ГТУ-25 разработки и производства ОАО «Авиадвигатель», входящей в состав ГПА-25П и ГТЭС-25, режим холостого хода (XX) определяется по частоте вращения роторов: частота вращения ротора компрессора высокого давления (КВД) на XX равна 9000 об/мин, компрессора низкого давления (КПД) - 3500 об/мин, силовой турбины - 4500 об/мин.

Если время запуска превышает первое наперед заданное значение, определяемое расчетно-экспериментальным путем и уточняемое в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ (для ГТУ-25 это значение равно 400 с), в ПУ 8 формируют предупредительное сообщение на экран монитора оператора ГТУ (на фигуре не показаны) «Время запуска велико». Одновременно с этим из ПУ 8 в БУД 2 формируется команда на прекращение запуска ГТУ, по которой БУД 2 выдает команды в блок 3 на выполнение останова ГТУ.

После прекращения подачи топлива в КС двигателя (определяется в БУД 2 по срабатыванию KB 6 «КО закрыт», информация о закрытии КО 5 с KB 6 передается в БУД 2 через БД 1, из БУД 2 поступает в ПУ 8) в процессе останова ГТУ в ПУ 8 контролируют времена выбега роторов ГТУ.

Контролируется частота вращения ротора газогенератора с момента прекращения подачи топлива в КС двигателя до момента уменьшения ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ (для ГТУ-25 это значение составляет 100 об/мин).

Если время выбега ротора газогенератора меньше второго наперед заданного значения (для ГТУ-25 это время составляет для КВД и КНД 100 с), формируют предупредительное сообщение на экран монитора оператора ГТУ «Мало время выбега ротора газогенератора» и после останова ГТУ проводят внеплановый технический осмотр опор ротора газогенератора.

Одновременно в процессе останова ГТУ контролируют время выбега ротора силовой турбины с момента прекращения подачи топлива в КС двигателя до момента уменьшения частоты вращения ротора силовой турбины ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ (для ГТУ-25 - 100 об/мин).

Если время выбега ротора силовой турбины меньше третьего наперед заданного значения (для ГТУ-25 - 20 мин), формируют предупредительное сообщение на экран монитора оператора ГТУ «Мало время выбега ротора силовой турбины» и после останова ГТУ проводят внеплановый технический осмотр опор ротора силовой турбины,

Т.о. обеспечивается повышение качества контроля технического состояния ГТУ за счет введения контроля состояния опор роторов ГТУ и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ, ГПА и ГТЭС.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными установками (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и газотурбинных электростанций (ГТЭС). Дополнительно в процессе запуска ГТУ контролируют длительность запуска как время с момента нажатия кнопки «Запуск» до момента выхода двигателя на режим холостого хода, если время запуска превышает первое наперед заданное значение, определяемое расчетно-экспериментальным путем и уточняемое в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Время запуска велико» и прекращают запуск ГТУ, в процессе останова ГТУ контролируют время выбега ротора газогенератора с момента прекращения подачи топлива в камеру сгорания (КС) двигателя до момента уменьшения частоты вращения ротора газогенератора ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, если время выбега ротора газогенератора меньше второго наперед заданного значения, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Мало время выбега ротора газогенератора» и после останова ГТУ проводят внеплановый технический осмотр опор ротора газогенератора, в процессе останова ГТУ контролируют время выбега ротора силовой турбины с момента прекращения подачи топлива в КС двигателя до момента уменьшения частоты вращения ротора силовой турбины ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, если время выбега ротора силовой турбины меньше третьего наперед заданного значения, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Мало время выбега ротора силовой турбины» и после останова ГТУ проводят внеплановый технический осмотр опор ротора силовой турбины. Технический результат изобретения - повышение качества контроля технического состояния ГТУ и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ, ГПА и ГТЭС. 1 ил.

Способ контроля технического состояния ГТУ, заключающийся в том, что на запуске ГТУ измеряют температуру газов за турбиной, сравнивают ее значение с предельно допустимым, если измеренная температура газов превысила предельное значение на наперед заданную величину, прекращают запуск и выключают двигатель, отличающийся тем, что дополнительно в процессе запуска ГТУ контролируют длительность запуска как время с момента нажатия кнопки «Запуск» до момента выхода двигателя на режим холостого хода, если время запуска превышает первое наперед заданное значение, определяемое расчетно-экспериментальным путем и уточняемое в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Время запуска велико» и прекращают запуск ГТУ, в процессе останова ГТУ контролируют время выбега ротора газогенератора с момента прекращения подачи топлива в камеру сгорания (КС) двигателя до момента уменьшения частоты вращения ротора газогенератора ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, если время выбега ротора газогенератора меньше второго наперед заданного значения, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Мало время выбега ротора газогенератора» и после останова ГТУ проводят внеплановый технический осмотр опор ротора газогенератора, в процессе останова ГТУ контролируют время выбега ротора силовой турбины с момента прекращения подачи топлива в КС двигателя до момента уменьшения частоты вращения ротора силовой турбины ниже наперед заданного значения, определяемого расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, если время выбега ротора силовой турбины меньше третьего наперед заданного значения, формируют предупредительное сообщение оператору ГТУ «Мало время выбега ротора силовой турбины» и после останова ГТУ проводят внеплановый технический осмотр опор ротора силовой турбины.