Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от помпажа при эксплуатации Российский патент 2017 года по МПК F02C9/46 

Описание патента на изобретение RU2613758C2

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода газоперекачивающих агрегатов и энергоустановок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя при эксплуатации, в частности, от помпажа, включающий измерение исходных частот вращения ротора низкого давления n1 и ротора высокого давления n2 в начале эксплуатации, измерение давления и температуры газа на турбине, периодическое измерение частоты вращения роторов в процессе эксплуатации двигателя и остановку двигателя в зависимости от предельных отклонений давления и температуры на турбине от их предшествующих значений.

/RU №2168163, МПК7 G01M 15/00, опубл. 27.05.2001 г.)/

Однако этот способ не позволяет своевременно определить начало возникновения помпажа, что в условиях эксплуатации газотурбинного двигателя приводит к существенным разрушениям газовоздушного тракта двигателя.

Задачей изобретения является разработка способа эффективной защиты двигателя при работе от возникновения помпажа, включающего принятие превентивных мер по остановке газотурбинного двигателя до развития помпажа.

Ожидаемый технический результат - снижение повреждений и продление сроков эксплуатации двигателя путем эксплуатационных ограничений параметров на максимальном режиме работы.

Технический результат достигается тем, что в известном способе защиты двухконтурного турбореактивного двигателя при эксплуатации, в частности, от помпажа, включающем измерение исходных частот вращения ротора низкого давления n1 и ротора высокого давления n2 в начале эксплуатации, измерение давления и температуры на турбине, периодическое измерение частоты вращения роторов в процессе эксплуатации двигателя и остановку двигателя в зависимости от предельных отклонений давления и температуры на турбине от их предшествующих значений, согласно изобретению дополнительно периодически в каждый промежуток времени 0,01…0,1 с измеряют давление за компрессором высокого давления Рк и при отклонении величины давления более 1-100% относительно измерения, предшествовавшего текущим значениям, при постоянном значении n1, производят остановку двигателя. В соответствии с предложением с момента начала падения давления за компрессором Рк предпочтительно давление измеряют в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с.

При эксплуатации турбореактивных двигателей при определенных условиях наблюдается срывной режим их работы, то есть нарушение газодинамической устойчивости работы, сопровождающейся хлопками, резким падением мощности и вибрацией, которая способна разрушить двигатель. Воздушный поток, обтекающий лопатки рабочего колеса, резко меняет направление, и внутри турбины возникают турбулентные завихрения, а давление на входе компрессора становится равным или большим, чем на его выходе (помпаж).

Помпаж может вызываться отклонениями в работе двигателя от расчетных режимов, в частности: разрушением и отрывом лопаток рабочего колеса (например, из-за старости), попаданием в двигатель постороннего предмета (снега, механического твердого фрагмента), сильным боковым ветром при запуске, низким давлением окружающего воздуха (в жаркую погоду в горах) и другими.

Работа двигателя в режиме помпажа быстро приводит к его разрушению из-за недопустимого повышения температуры газов перед турбиной и потери прочности ее лопаток, поэтому при его возникновении двигатель должен быть переведен в режим «малый газ» (на котором помпаж исчезнет сам собой) или отключен. Рост температуры газов может достигать нескольких сот градусов в секунду, и время принятия решения персоналом ограничено. На современных двигателях предусмотрена противопомпажная автоматика, обеспечивающая автоматическое, без участия персонала устранение помпажа путем обнаружения помпажных явлений через измерение давления и пульсаций давления на разных участках газовоздушного тракта и кратковременного (на доли секунды) снижения или прерывания подачи топлива, открытия перепускных заслонок и клапанов, включения аппаратуры зажигания двигателя, восстановления подачи топлива и восстановления режима работы двигателя.

В изобретении предлагается дополнительно периодически в каждый, определенный экспериментально, промежуток времени в интервале 0,01…0,1 с измерять давление за компрессором высокого давления Рк. Если при измерении давления отклонения относительно его текущих значений превысят величину более 1% (100%), то это указывает на начало возникновения помпажа, что позволяет оперативно принять решение и отключить двигатель при наступлении значимых помпажных явлений (например, сверхнормативные вибрации и другие.) Если отклонение давления достигнет 100% от предыдущего текущего измерения, то наблюдается механическое разрушение двигателя. При значениях промежутков времени <0,01 с наблюдаются затруднения опроса первичных преобразователей измерения давления, а при значениях промежутков времени >0,1 с наступают значимые помпажные явления. Для наиболее точного определения момента наступления значимых помпажных явлений, в соответствии с предложением, с момента начала падения давления за компрессором Рк предусмотрена возможность измерения давления в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с, ограниченный частотой и являющийся наиболее информативным.

На чертеже показан газотурбинный двигатель, установленный в газоперекачивающем агрегате или энергоустановке с подключенной системой управления, реализующей предлагаемый способ.

Газотурбинный двигатель 1 включает в себя: компрессор 2 (включающий в себя компрессор низкого и высокого давления), турбину 3 (включающую в себя турбину низкого и высокого давления), свободную (силовую) турбину 4. Для реализации предложенного способа производится контроль изменения давления за компрессором Рк относительно исходной величины.

Пример

Перед началом эксплуатации газотурбинного двигателя 1 проводят измерение его базовых (исходных) характеристик, включающее в себя определение исходного давления Рк за компрессором 2. В процессе эксплуатации проводится постоянный контроль давления Рк и сравнение его величины с предшествующими измеренными значениями. При снижении давления Рк за компрессором 2 на величину более 1% относительно предшествующих текущих значений за промежуток времени менее 0,1 с при отсутствии управляющего сигнала на изменение режима работы двигателя производят останов двигателя.

Реализация изобретения позволяет предотвратить развитие помпажа двигателя, вызванного различными причинами (неправильная эксплуатация, повреждение рабочих лопаток и т.д.) при эксплуатации газотурбинного двигателя в наземной установке. Позволяет снизить затраты на восстановительный ремонт двигателей путем своевременной остановки и тем самым предотвращения развития разрушений в газовоздушном тракте и системах двигателя.

Похожие патенты RU2613758C2

название год авторы номер документа
Способ эксплуатации газотурбинного двигателя 2015
  • Балабан Юрий Николаевич
  • Куприк Виктор Викторович
  • Хотеенков Иван Александрович
RU2612663C9
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ТРЕХКАСКАДНЫМ ГАЗОГЕНЕРАТОРОМ ОТ ПОМПАЖА С ПОСЛЕДУЮЩИМ РАЗРУШЕНИЕМ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА 2020
  • Ленюский Александр Иванович
  • Бойко Алексей Иванович
  • Черничкин Иван Александрович
  • Бегинин Сергей Владимирович
RU2747113C1
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ 2013
  • Артюхов Александр Викторович
  • Еричев Дмитрий Юрьевич
  • Кондрашов Игорь Александрович
  • Куприк Виктор Викторович
  • Манапов Ирик Усманович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Мовмыга Дмитрий Алексеевич
  • Поляков Константин Сергеевич
  • Симонов Сергей Анатольевич
  • Селиванов Вадим Николаевич
  • Селезнев Александр Сергеевич
  • Шабаев Юрий Геннадиевич
RU2544632C1
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ 2009
  • Иноземцев Александр Александрович
  • Полатиди Софокл Харлампович
  • Халиуллин Виталий Фердинандович
  • Воронков Виктор Евгеньевич
  • Саженков Алексей Николаевич
RU2406990C1
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ 2013
  • Артюхов Александр Викторович
  • Еричев Дмитрий Юрьевич
  • Кондрашов Игорь Александрович
  • Куприк Виктор Викторович
  • Манапов Ирик Усманович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Мовмыга Дмитрий Алексеевич
  • Поляков Константин Сергеевич
  • Симонов Сергей Анатольевич
  • Кузнецов Игорь Сергеевич
  • Селезнев Александр Сергеевич
  • Шабаев Юрий Геннадиевич
RU2544415C1
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО ЕГО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ 1999
  • Андреев А.В.
  • Куприк В.В.
  • Рогожин В.И.
  • Цыбулько В.А.
  • Чепкин В.М.
  • Марчуков Е.Ю.
RU2168163C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ДВУХРОТОРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ 2011
  • Куприк Виктор Викторович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Орлов Олег Иванович
RU2476849C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ УСЛОВИЙ, СПОСОБСТВУЮЩИХ ВОЗНИКНОВЕНИЮ ПОМПАЖА, ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ САМОЛЕТА 2018
  • Эбюрдери, Эмманюэль, Микаэль
RU2764225C2
СПОСОБ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ОТРЕМОНТИРОВАННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ПАРТИИ, ПОПОЛНЯЕМОЙ ГРУППЫ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ОТРЕМОНТИРОВАННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ (ВАРИАНТЫ) 2013
  • Артюхов Александр Викторович
  • Кондрашов Игорь Александрович
  • Куприк Виктор Викторович
  • Манапов Ирик Усманович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Мовмыга Дмитрий Алексеевич
  • Симонов Сергей Анатольевич
  • Селиванов Вадим Николаевич
  • Селезнев Александр Сергеевич
  • Шабаев Юрий Геннадиевич
RU2555944C2
ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ). СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ). СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ. СПОСОБ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ. СПОСОБ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ. СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2012
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Куприк Виктор Викторович
  • Киселев Андрей Леонидович
  • Селиванов Николай Павлович
RU2487334C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 613 758 C2

Реферат патента 2017 года Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от помпажа при эксплуатации

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода газоперекачивающих агрегатов и энергоустановок. Периодически в каждый промежуток времени 0,01…0,1 с измеряют давление за компрессором высокого давления Рк и при отклонении величины давления более 1-100% относительно измерения, предшествовавшего текущим значениям, при постоянном значении n1, производят остановку двигателя. С момента начала падения давления за компрессором Рк предпочтительно давление измеряют в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с. Реализация изобретения позволяет предотвратить развитие помпажа двигателя, вызванного различными причинами (неправильная эксплуатация, повреждение рабочих лопаток и т.д.) при эксплуатации газотурбинного двигателя в наземной установке. Позволяет снизить затраты на восстановительный ремонт двигателей путем своевременной остановки и тем самым предотвращения развития разрушений в газовоздушном тракте и системах двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 613 758 C2

1. Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя от помпажа при эксплуатации, включающий измерение исходных частот вращения ротора низкого давления n1 и ротора высокого давления n2 в начале эксплуатации, измерение давления и температуры на турбине, периодическое измерение частоты вращения роторов в процессе эксплуатации двигателя и остановку двигателя в зависимости от предельных отклонений давления и температуры на турбине от их предшествующих значений, отличающийся тем, что дополнительно периодически в каждый промежуток времени 0,01…0,1 с измеряют давление за компрессором высокого давления Рк и при отклонении величины давления более 1-100% относительно измерения, предшествовавшего текущим значениям, при постоянном значении n1, производят остановку двигателя.

2. Способ защиты двухконтурного турбореактивного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что с момента начала падения давления за компрессором Рк давление измеряют в каждый промежуток времени, равный 0,02…0,05 с, ограниченный частотой опроса первичных преобразователей измерения давления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2613758C2

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО ЕГО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ 1999
  • Андреев А.В.
  • Куприк В.В.
  • Рогожин В.И.
  • Цыбулько В.А.
  • Чепкин В.М.
  • Марчуков Е.Ю.
RU2168163C1
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2011
  • Дудкин Юрий Петрович
  • Гладких Виктор Александрович
  • Фомин Геннадий Викторович
  • Титов Юрий Константинович
RU2472974C2
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ПОМПАЖА 2006
  • Дудкин Юрий Петрович
  • Гладких Виктор Александрович
  • Фомин Геннадий Викторович
RU2329403C2
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ПОМПАЖА 2007
  • Дудкин Юрий Петрович
  • Гладких Виктор Александрович
  • Фомин Геннадий Викторович
RU2351807C2
WO2010118976A1,21.10.2010
Способ подготовки поверхности стекла 1974
  • Ивановский Геннадий Фомич
  • Шуранова Любовь Михайловна
  • Вязникова Тамара Александровна
  • Крупельницкий Виктор Иванович
  • Хоц Галина Ефимовна
SU500195A1

RU 2 613 758 C2

Авторы

Балабан Юрий Николаевич

Куприк Виктор Викторович

Хотеенков Иван Александрович

Даты

2017-03-21Публикация

2015-08-14Подача