СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОЛОЖЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ АППАРАТОВ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 2014 года по МПК G01M15/14 

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для диагностики направляющих аппаратов осевого компрессора газотурбинной установки, например, авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в процессе эксплуатации.

Известен реализуемый системой способ управления ГТД, при котором осуществляется диагностика положения направляющих аппаратов компрессора, согласно которому посредством датчиков измеряют положение направляющих аппаратов компрессора, частоту вращения ротора компрессора, температуру воздуха на входе в компрессор, сравнивают их значения с заданными и в случае, если отклонения текущих параметров выходят за пределы заданных, диагностируют отказ работы направляющих аппаратов осевого компрессора (см. патент РФ на полезную модель №115832, кл. F02C 9/00, 2012 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он обеспечивает эффективную диагностику направляющих аппаратов в процессе работы ГТД на постоянных режимах, однако реализуемый системой данный способ не обеспечивает надежную диагностику направляющих аппаратов компрессора на наиболее «тяжелых» режимах работы, а именно при приемистости и торможении ротора осевого компрессора.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности диагностики за счет обеспечения диагностики направляющих аппаратов компрессора, в том числе на наиболее «тяжелых» режимах работы, а именно при приемистости и торможении ротора осевого компрессора.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора, включающем задание программного значения положения направляющих аппаратов, измерение положения направляющих аппаратов при работе компрессора, сравнение измеренных значений с программными и по результатам сравнения диагностирование положения направляющих аппаратов, новым является то, что дополнительно задают допустимые значения отклонений от программного положения направляющих аппаратов на приемистости и торможении ротора компрессора, причем в качестве значений допустимых отклонений на приемистости и торможении используют значения заданного допустимого уровня отклонения положения направляющих аппаратов и заданной величины скорости изменения частоты вращения ротора компрессора, причем на режимах приемистости или торможения допустимое заданное значение отклонения положения направляющих аппаратов сравнивают со значением отклонения текущего положения направляющих аппаратов от программного, а допустимое значение величины скорости изменения частоты вращения ротора компрессора - с текущим ее значением и по результатам сравнения диагностируют положение направляющих аппаратов ротора компрессора на приемистости или торможении.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых:

- на фиг.1 - схема устройства, реализующего способ;

- на фиг.2 - графики положения направляющих аппаратов осевого компрессора в процессе работы осевого компрессора. (Нумерация графиков на фиг.2: (1) - программное значение положения направляющих аппаратов осевого компрессора в зависимости от приведенной частоты вращения ротора компрессора; (2) - допустимые значения положения направляющих аппаратов осевого компрессора при приемистости осевого компрессора; (3) - допустимые значения положения направляющих аппаратов осевого компрессора при его торможении; (4) - траектория изменения положения направляющих аппаратов при приемистости в случае отсутствия неисправности; (6) - траектория изменения положения направляющих аппаратов при приемистости и наличии неисправности; (5) - траектория изменения положения направляющих аппаратов при торможении в случае отсутствия неисправности; (7) - траектория изменения положения направляющих аппаратов при торможении и наличии неисправности).

Способ диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора реализуется устройством, в котором осевой компрессор обозначен позицией 1, положение направляющих аппаратов (α) компрессора отслеживается датчиком 2, а частота вращения (n) ротора компрессора - датчиком 3. Датчик 3 связан с дифференцирующим блоком 4 и с вычислителем 5 приведенной частоты вращения (n_пр) ротора компрессора в зависимости от температуры (T_вх) воздуха на входе в компрессор (датчик температуры не показан). Выход вычислителя 5 связан с задающим блоком 6, формирующим программное значение угла (α0) направляющих аппаратов в зависимости от приведенного значения (n_пр) частоты вращения ротора компрессора. Выход задающего блока 6 связан с первым входом первого элемента сравнения 7, со вторым входом которого связан выход датчика 2.

Устройство оснащено вторым 8 и третьим 9 элементами сравнения. Первый вход третьего элемента сравнения 9 связан с первым задатчиком 10 допустимого уровня значений отклонений (B₁) направляющих аппаратов, а первый вход второго элемента сравнения 8 связан с первым задатчиком 11 значения уровня производной частоты вращения (A₁) ротора компрессора, выше которого производится диагностирование положения направляющих аппаратов компрессора при приемистости компрессора.

Второй вход элемента сравнения 8 связан с выходом дифференцирующего блока 4, а второй вход элемента сравнения 9 связан с выходом первого элемента сравнения 7. Выходы элементов сравнения 8 и 9 связаны с входами первого элемента «И» 12.

Устройство оснащено вторым задатчиком 13 уровня значения производной частоты вращения (A2) ротора компрессора, ниже которого производится диагностирование положения направляющих аппаратов компрессора при торможении компрессора, а также вторым задатчиком 14 допустимого уровня значений (B2) отклонений направляющих аппаратов. Выход задатчика 13 связан с первым входом четвертого элемента сравнения 15, а выход задатчика 14 - с первым входом пятого элемента сравнения 16.

Второй вход четвертого элемента сравнения 15 связан с выходом дифференцирующего блока 4, а второй вход пятого элемента сравнения 16 связан с выходом первого элемента сравнения 7. Выходы элементов сравнения 15 и 16 связаны с входами второго элемента «И» 17.

Выходы элементов «И» 12 и 17 связаны с входами элемента «ИЛИ» 18, выход которого связан с регистратором 19.

Все используемые в устройстве блоки и элементы, являются известными и реализуют присущие им функции, их конкретное выполнение не является предметом патентной охраны и поэтому в материалах заявки указываются их выполняемые функции, а конкретное выполнение не раскрыто.

В качестве регистратора 19 могут быть использованы: запоминающее устройство, световое табло, монитор компьютера и т.п.

Датчики 2 и 3 являются стандартными.

В качестве элементов сравнения 7, 8, 9, 15, 16 и в качестве элементов «И», «ИЛИ» могут быть использованы широко известные логические блоки, выполненные в виде стандартных электронных схем.

В качестве вычислителя 5 может быть использован стандартный процессор, реализующий функцию $$n_{пр}=n\sqrt{\frac{288}{T_{вх}}}$$ , где n_пр - приведенное значение частоты вращения ротора компрессора, n - частота вращения ротора компрессора, T_вх - температура воздуха на входе в компрессор.

В качестве блока 6 может быть использован стандартный цифровой блок памяти, в котором в табличной форме в виде двухмерного массива хранится наперед заданная зависимость программного значения положения направляющих аппаратов компрессора от приведенной частоты вращения его ротора и температуры воздуха на входе в двигатель.

В качестве дифференцирующего блока 4 может быть также использован цифровой блок, в котором реализована функция дифференцирования сигнала с датчика 3.

В качестве задатчиков 10, 11, 13, 14 могут быть использованы стандартные цифровые блоки памяти, в которых хранятся наперед заданные значения допустимых значений отклонений фактического значения положения направляющих аппаратов компрессора от его программного значения и значения производной частоты вращения ротора компрессора при приемистости и торможении соответственно.

Таким образом, аппаратная реализация заявленного способа не может вызывать сомнений.

Способ диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора осуществляют следующим образом.

Для проведения диагностики направляющих аппаратов изначально задают:

- программные значения положения направляющих аппаратов компрессора (в блоке 6);

- значения заданного допустимого уровня отклонения положения направляющих аппаратов (B₁) и заданной величины производной частоты вращения ротора компрессора (A₁) на режиме приемистости ротора компрессора (их значения закладывают в блоки 10 и 11);

- значения заданного допустимого уровня отклонения положения направляющих аппаратов (B₂) и заданной величины производной частоты вращения ротора компрессора (A₂) на режиме торможения ротора компрессора (их значения закладывают в блоки 14 и 13).

Значения (A₁, A₂, B₁, B₂) могут быть получены как экспериментальным, так и расчетным путем. На фиг.2 интервал допустимых значений - это расстояние по оси абсцисс от графика 1 до графика 2 и от графика 1 до графика 3. Таким образом, задаваемые параметры позволяют диагностировать состояние направляющих аппаратов компрессора на всех режимах его работы.

В процессе работы газотурбинной установки, в режиме реального времени при раскручивании ротора осевого компрессора (на приемистости) датчиком 2 постоянно осуществляется контроль углового положения направляющих аппаратов компрессора, а частота вращения ротора компрессора - датчиком 3. На вход вычислителя 5 постоянно поступает значение температуры воздуха на входе в компрессор.

Блок 4 производит дифференцирование значения сигнала (n), получая (dn/dt) - значение, которое характеризует текущую скорость изменения параметра.

Параллельно вычисляют (в вычислителе 5) значение приведенной частоты вращения (n_пр) ротора компрессора, которое осуществляют по зависимости $$n_{пр}=n\sqrt{\frac{288}{T_{вх}}}$$ , где n_пр - приведенное значение частоты вращения ротора компрессора, n - частота вращения ротора компрессора, T_вх - температура воздуха на входе в компрессор.

По вычисленному значению (n_пр) в задающем блоке 6 из наперед заданного массива данных или по аппроксимирующей зависимости в зависимости от значения (n_пр) и (T_вх) определяют соответствующее ему программное значение положения направляющих аппаратов компрессора (α0). Сигнал (α0) поступает с блока 6 на первый вход первого элемента сравнения 7, на второй вход которого поступает сигнал (α) с датчика 2, в результате сравнения вырабатывается сигнал (Δα), характеризующий текущее отклонение фактического значения положения направляющих аппаратов от программного (Δα=α-α0).

Полученные значения сигналов (Δα) и (dn/dt) в элементах сравнения 9 и 8 сравнивают соответственно с допустимыми (заложены в блоки 10 и 11) значениями (B₁) и (A₁), и если значения (Δα) и (dn/dt) превышают величины (B₁) и (A₁) соответственно, то на выходе блоков 9 и 8 вырабатываются логические сигналы «да». При одновременном наличии сигналов «да» на обоих входах логического блока «И» 12 он формирует признак неисправности, который через логический блок «ИЛИ» 18 поступает на регистратор 19. На фиг.2 это состояние иллюстрируется графиком 6, который пересекает график 2. В случае если по результатам сравнения вычисленные значения меньше заданных, то диагностируется нормальное состояние положения направляющих компрессора. В этом случае сигнал через блоки «И» 12 и «ИЛИ» 18 не поступает на регистратор 19. На фиг.2 это состояние иллюстрируется графиком 4, который не пересекает график 2.

Таким образом, в процессе работы ротора компрессора постоянно контролируется как его значение отклонения от заданного положения (Δα), так и скорость (темп) (dn/dt) изменения данного отклонения, которая характеризует скорость развития дефекта, что позволяет заблаговременно проводить необходимые профилактические мероприятия.

При замедлении вращения ротора компрессора (при торможении) в элементах сравнения 16 и 15 сравниваются значения (Δα) и (dn/dt) с допустимыми (заложены в блоки 14 и 13) значениями (B₂) и (A₂), и если значения (Δα) и (dn/dt) превышают величины (B₂) и (A₂) соответственно, то на выходе блоков 16 и 15 вырабатываются логические сигналы «да». При одновременном наличии сигналов «да» на обоих входах логического блока «И» 17 он формирует признак неисправности, который через логический блок «ИЛИ» 18 поступает на регистратор 19. На фиг.2 это состояние иллюстрируется графиком 7, который пересекает график 3. В случае, если по результатам сравнения вычисленные значения не выходят за пределы заданных при торможении, то диагностируется исправное состояние направляющих компрессора, соответствующее значение сигнала которого через блоки «И» 17 и «ИЛИ 18 не поступает на регистратор 19.

При медленном вращении ротора производная dn/dt по абсолютной величине не превышает значений (A₁) или (A₂), и на блоки «И» не поступают разрешающие команды «да» по вторым входам, то есть при медленном вращении ротора диагностика положения направляющих аппаратов не осуществляется.

Использование данного способа позволяет диагностировать состояние направляющих аппаратов компрессора во всем диапазоне режимов его работы, в том числе на переходных режимах (приемистости и торможения), на которых наблюдаются наибольшие нагрузки на механизмы направляющих аппаратов компрессора.

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора ротора газотурбинной установки, например, авиационного газотурбинного двигателя (ГТД). Дополнительно задают допустимые значения отклонений от программного положения направляющих аппаратов на приемистости и торможении ротора компрессора, причем в качестве значений допустимых отклонений на приемистости и торможении используют значения заданного допустимого уровня отклонения положения направляющих аппаратов и заданной величины скорости изменения частоты вращения ротора компрессора, причем на режимах приемистости или торможения допустимое заданное значение отклонения положения направляющих аппаратов сравнивают с значением отклонения текущего положения направляющих аппаратов от программного, а допустимое значение величины скорости изменения частоты вращения ротора компрессора - с текущим ее значением и по результатам сравнения диагностируют положение направляющих аппаратов ротора компрессора на приемистости или торможении. Технический результат изобретения - повышение надежности диагностирования во всем диапазоне режимов его работы. 2 ил.

Способ диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора, включающий задание программного значения положения направляющих аппаратов, измерение положения направляющих аппаратов при работе компрессора, сравнение измеренных значений с программными и по результатам сравнения диагностирование положения направляющих аппаратов, отличающийся тем, что дополнительно задают допустимые значения отклонений от программного положения направляющих аппаратов на приемистости и торможении ротора компрессора, в качестве значений допустимых отклонений на приемистости и торможении используют значения заданного допустимого уровня отклонения положения направляющих аппаратов и заданной величины скорости изменения частоты вращения ротора компрессора, причем на режимах приемистости или торможения допустимое заданное значение отклонения положения направляющих аппаратов сравнивают с значением отклонения текущего положения направляющих аппаратов от программного, а допустимое значение величины скорости изменения частоты вращения ротора компрессора - с текущим ее значением и по результатам сравнения диагностируют положение направляющих аппаратов ротора компрессора на приемистости или торможении.