СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2024 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано при разработке систем автоматического управления ГТД.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению является способ управления ГТД, основанный на измерении положения рычага управления двигателем (РУД), частоты вращения ротора ГТД, температуры воздуха на входе в двигатель и регулировании расхода топлива в камере сгорания (см., например, Черкасов А.Н., Грасько Т.В. Системы управления авиационных силовых установок: Учебное пособие. - Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2018, с. 89).

Недостатком известного способа является низкая эффективность управления, обусловленная влиянием влажности воздуха на коэффициент полноты сгорания топлива.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности управления ГТД за счет поддержания требуемого значения коэффициента полноты сгорания топлива в зависимости от относительной влажности и температуры воздуха.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе управления ГТД, основанном на измерении положения РУД, частоты вращения ротора ГТД, температуры воздуха на входе в двигатель и регулировании расхода топлива в камере сгорания, согласно изобретению, дополнительно измеряют относительную влажность воздуха на входе в двигатель, а на выходе камеры сгорания - индексы эмиссии монооксидов углерода (СО) и углеводородов (НС), рассчитывают значение влагосодержания, также требуемое и действительное значения коэффициента полноты сгорания топлива и в зависимости от их соотношения регулируют расход топлива в камере сгорания.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно измеряют относительную влажность воздуха на входе в двигатель, а на выходе камеры сгорания - индексы эмиссии СО и НС, рассчитывают значение влагосодержания, также требуемое и действительное значения коэффициента полноты сгорания топлива и в зависимости от их соотношения регулируют расход топлива в камере сгорания.

Известно (см., например, Абдельвахид М.Б. Методика оценки влияния климатических условий и эрозионного износа на характеристики ТРДДФ: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.07.05 / Абдельвахид Мохаммед Балла. - М., 2014, с. 27), что влияние влажности на характеристики ГТД проявляется как следствие изменения теплофизических свойств воздуха и продуктов сгорания топлива в нем. Это существенно влияет на эффективность рабочего процесса в камере сгорания, которая определяется коэффициентом полноты сгорания топлива. В свою очередь, действительное значение коэффициента полноты сгорания топлива определяется уровнем содержания индексов эмиссии СО и НС на выходе камеры сгорания, а требуемое - составом воздуха на входе в двигатель, в том числе количеством содержащейся в нем влаги.

Поэтому, согласно изобретению, измеряют относительную влажность воздуха на входе в ГТД, а на выходе камеры сгорания - индексы эмиссии СО и НС. С использованием относительной влажности и температуры воздуха рассчитывают влагосодержание в воздухе, массовое содержание сухого воздуха и далее требуемое значение коэффициента полноты сгорания топлива. Действительное значение коэффициента полноты сгорания топлива рассчитывают с использованием измеренных значений индексов эмиссии СО и НС. В зависимости от соотношения требуемого и действительного значений коэффициентов полноты сгорания топлива регулируют расход топлива путем изменения его количества, подаваемого в камеру сгорания.

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, схема которого приведена на фигуре 1, где обозначено: 1 - датчик относительной влажности воздуха, 2 - блок расчета влагосодержания, 3 - датчик температуры воздуха, 4 - блок расчета массового содержания сухого воздуха, 5 - датчик индексов эмиссии углеводородов и монооксидов углерода на выходе из камеры сгорания, 6 - блок расчета требуемого значения коэффициента полноты сгорания топлива, 7 - блок расчета действительного значения коэффициента полноты сгорания топлива, 8 -схема сравнения, 9 - датчик положения РУД, 10 - блок управления, 11 -датчик частоты вращения ротора ГТД.

Датчики относительной влажности воздуха 1 и температуры воздуха 3 могут быть конструктивно объединены в одном устройстве и предназначены для непрерывного преобразования относительной влажности и температуры воздуха в цифровой либо аналоговый выходной сигнал напряжения или тока, могут быть реализованы в виде емкостного, резистивного или психрометрического гигрометра с термопарой, см. (https://теплоприбор.рф, дата обращения 28.03.2023 г.).

Назначение датчика индексов эмиссии углеводородов и монооксидов углерода на выходе из камеры сгорания 5 ясно из его названия. Он может быть реализован, например, в виде газового хроматографа, который измеряет массовую концентрацию углеводородов и монооксидов углерода на выходе из камеры сгорания и по массовому расходу топлива выдает сигнал значения индексов эмиссии СО и НС, см. (https://chromatec.ru, дата обращения 28.03.2023 г.).

Блок расчета влагосодержания 2 и блок расчета массового содержания сухого воздуха 4 предназначены для расчета соответственно влагосодержания и массового содержания сухого воздуха по известной методике (см., например, Абдельвахид М.Б. Методика оценки влияния климатических условий и эрозионного износа на характеристики ТРДДФ: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.07.05 / Абдельвахид Мохаммед Балла. - М., 2014, с. 82).

Блок расчета требуемого значения коэффициента полноты сгорания топлива 6 предназначен для расчета требуемого значения коэффициента полноты сгорания топлива по известной методике (см., например, Резник В.Е., Данильченко В.П., Болотин Н.Б. и др. Проектный расчет камеры сгорания авиационного ГТД: Учебное пособие. - Куйбышев: КуАИ, 1982, с. 37) и может быть реализован в виде вычислителя на базе микроконтроллера (см., например, Бродин В.Б., Калинин А.В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики. М.: ЭКОМ, 2002, с. 135).

Блок расчета действительного значения коэффициента полноты сгорания топлива 7 предназначен для расчета действительного значения коэффициента полноты сгорания топлива по существующей методике (см., например, Григорьев А.В., Митрофанов В.А., Рудаков О.А., Саливон Н.Д. Теория камеры сгорания / под ред. О.А. Рудакова - СПб.: Наука, 2010, с. 135).

Схема сравнения 8 может быть выполнена в виде компаратора (см., например, Антипенский Р.В., Змий Б.В., Клочков Г.Л. Электроника и схемотехника. Воронеж: ВАИУ, 2009, с. 289).

Устройство работает аналогично прототипу с некоторыми отличиями. Отличия заключаются в том, что по данным датчиков относительной влажности воздуха 1 и температуры воздуха 3 в блоке расчета влагосодержания 2 и далее в блоке расчета массового содержания сухого воздуха 4 рассчитывают соответствующие величины, а в блоке расчета требуемого значения коэффициента полноты сгорания топлива 6 - требуемый коэффициент полноты сгорания топлива. По данным датчика индексов эмиссии СО и НС на выходе из камеры сгорания 5 рассчитывают действительное значение коэффициента полноты сгорания топлива в блоке 7. В схеме сравнения 8 сравнивают требуемое и действительное значения коэффициента полноты сгорания топлива, по результатам которого блок управления 10 регулирует расход топлива в камере сгорания.

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано при разработке систем автоматического управления ГТД. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности управления ГТД за счет поддержания требуемого значения коэффициента полноты сгорания топлива в зависимости от относительной влажности и температуры воздуха. Способ управления ГТД от известных отличается тем, что дополнительно измеряют относительную влажность воздуха на входе в ГТД, а на выходе камеры сгорания - индексы эмиссии монооксидов углерода и углеводородов, рассчитывают значение влагосодержания, также требуемое и действительное значения коэффициента полноты сгорания топлива и в зависимости от их соотношения регулируют расход топлива в камере сгорания. 1 ил.

Способ управления газотурбинным двигателем, основанный на измерении положения рычага управления двигателем, температуры воздуха на входе в ГТД, частоты вращения ротора ГТД и регулировании расхода топлива в камере сгорания, отличающийся тем, что дополнительно измеряют относительную влажность воздуха на входе в ГТД, а на выходе камеры сгорания - индексы эмиссии монооксидов углерода и углеводородов, рассчитывают значение влагосодержания, также требуемое и действительное значения коэффициента полноты сгорания топлива и в зависимости от их соотношения регулируют расход топлива в камере сгорания.