Способ регулирования расхода топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя при загрязнении дозатора топлива Российский патент 2024 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к области автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД), используемыми в качестве силовых агрегатов в газовой и энергетических отраслях и может быть применено в системе автоматического управления ГТД.

Из уровня техники известен способ управления исполнительными механизмами дозатора топлива ГТД включающими в себя формирование управляющего сигнала, сигнала положения исполнительного механизма дозатора, сравнение этих сигналов и получение сигнала рассогласования, которым осуществляется воздействие на элемент управления (Патент RU №2285140, МПК F02C9/28. публ. 10.10.2006), заключающийся в том, что для повышения качества регулирования устанавливается 2 пороговых значения сигнала рассогласования, разных по величине, и сравнивают с ними сигнал рассогласования, при превышении большего порога выполняется перемещение дозатора в сторону уменьшения ошибки, при превышении меньшего порога без превышения большего на управляющий элемент подается единичный импульс для совершения единичного перемещения в направлении уменьшения сигнала ошибки.

Однако, использование данного способа не может обеспечить необходимое качество регулирования ГТД при засорениях дозатора в условиях использования загрязненного топлива, так как, в управлении дозатором используется только задание на него и его положения без учёта фактического расхода топлива через дозирующий элемент.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и принятым за прототип, является способ управления расходом топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя (Патент RU №2439350, МПК F02С9/26, публ. 20.05.2010), заключающийся в том, что дополнительно измеряют фактический расход топлива, поступающий к топливному коллектору форсунок камеры сгорания (КС), по зависимости, формируемой расчетно-экспериментальным путем, определяют расчетное количество форсунок, необходимых для подачи измеренного расхода топлива в КС с перепадом на форсунках, обеспечивающим требуемое качество распыла топлива, сравнивают расчетное количество форсунок с фактическим, если расчетное количество форсунок меньше фактического, с помощью индивидуальных запорных клапанов (ЗК), при чем для каждой форсунки свой ЗК, подают топливо только к группе форсунок, состоящей из расчетного количества форсунок.

Недостатками данного способа управления расходом топлива в камеру сгорания ГТД является необходимость использования большого количества индивидуальных запорных клапанов (для каждой форсунки необходим свой запорный клапан), что усложняет систему автоматического управления и конструкцию топливной системы, а также наличием дискретности в регулировании подачи топлива в КС обусловленной конечным количеством форсунок и запорных клапанов.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является обеспечение необходимого качества регулирования газотурбинным двигателем при серных загрязнениях и наличии твердых частиц в топливе на работающем ГТД.

Техническая задача заключается в повышении эксплуатационных характеристик и надежности в процессе эксплуатации газотурбинных двигателей используемых в качестве силовых агрегатов в энергетических и газовых отраслях.

Техническая задача решается за счет того, что в способе регулирования расхода топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя (ГТД) при загрязнении дозатора топлива, заключающемся в том, что измеряют температуру и давление воздуха на входе в двигатель, частоту вращения ротора двигателя, давление воздуха за компрессором двигателя, по измеренным параметрам вычисляют заданный расход топлива в камере сгорания (КС), измеряют фактический расход топлива, поступающий в КС, согласно изобретению, дополнительно вычисляется разница между заданным и фактическим расходом топлива, при превышении разницы наперед заданной предельной величины (ΔGt+Rgt) кг/ч, где ΔGt – номинальное значение предельной разницы между заданным и фактическим расходом топлива, кг/ч, Rgt – регулировка предельной величины разницы между заданным и фактическим расходом топлива, кг/ч, для восстановления расходной характеристики штатного дозатора топлива выполняется полное перераспределение топлива из основной линии дозирования топлива в резервную линию с наперед заданным темпом (dGt/dt+Rdgt) кг/ч/с, где dG/dt – номинальное значение темпа изменения расхода топлива изменения расхода топлива, кг/ч/с, Rdgt – регулировка величины темпа перераспределения топлива, кг/ч/с, до закрытия штатного дозатора топлива на наперед заданное время T секунд, причем поддержание режима работы ГТД выполняется с помощью резервного дозатора, по истечению времени T секунд топливо из резервной линии перераспределяется в основную линию подачи топлива с темпом (dGt/dt+Rdgt) кг/ч/с, при этом дальнейшее поддержание режима ГТД осуществляется штатным дозатором топлива с восстановленной расходной характеристикой.

В представленном изобретении применены следующие буквенные обозначения:

ΔGt – номинальное значение предельной разницы между заданным и фактическим расходом топлива, кг/ч;

Rgt – регулировка предельной величины разницы между заданным и фактическим расходом топлива, кг/ч;

Rdgt – регулировка величины темпа перераспределения топлива, кг/ч/с;

Gt- расход топлива, кг/ч;

(ΔGt+Rgt) кг/ч, где ΔGt – номинальное значение предельной разницы между заданным и фактическим расходом топлива, кг/ч, Rgt – регулировка предельной величины разницы между заданным и фактическим расходом топлива, кг/ч;

(dGt/dt+Rdgt) кг/ч/с, где dG/dt – номинальное значение темпа изменения расхода топлива, кг/ч/с (изменение расхода топлива на величину dGt за единицу времени dt), Rdgt – регулировка величины темпа перераспределения топлива, кг/ч/с;

dt – единица времени, с;

d – обозначение изменения.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.

На чертеже представлена блок-схема, иллюстрирующая порядок осуществления заявляемого способа.

Блок 1 – блок суммирования, в котором складываются две величины, величина темпа перераспределения топлива из основной линии дозирования топлива в резервную линию и её регулировка. Выходной сигнал I₁ служит уставкой темпа перераспределения топлива из основной линии дозирования топлива в резервную линию и поступает в блок 4.

Блок 2 – блок, выполняющий оценку необходимости начала перераспределения из основной линии дозирования в резервную. Выходной сигнал I₂ поступает в блок 4.

Блок 3 – блок суммирования, в котором складываются две переменные, предельная величина рассогласования заданного и фактического расхода через дозатор топлива и её регулировка. Выходной сигнал I₃ служит уставкой величины рассогласования заданного и измеренного расхода топлива для блока 2.

Блок 4 – представляет собой интегрирующий блок, вычисляющий величину расхода перераспределения топлива из основной линии дозирования топлива в резервную и обратно. Выходной сигнал I₄ поступает на вход блока 5, 8 и 9.

Блок 5 – представляет собой блок вычисления, в котором при отсутствии сигнала (I₆ = 1) выполняется уменьшение/увеличение расхода топлива в основной линии в зависимости от сигнала I₄. Выходной сигнал I₅ служит величиной расхода топлива в КС по основной линии.

Блок 6 – представляет собой блок сравнения (компаратор), выполняющий сравнение расхода топлива в основной линии дозирования. При достижении расхода топлива 0 кг/ч формируется выходной сигнал I₆ = 1, который поступает в блок 4 и 7.

Блок 7 – представляет собой блок таймер, при отсутствии расхода топлива через основную линию. Выходной сигнал I₇ поступает в блок 8, 9 и блок 4.

Блок 8 – представляет собой блок сравнения, выполняющий сравнение времени дозирования топлива через резервную линию. При выполнении условия I₇ > T формируется выходной сигнал I₈ = 1, который поступает в блок 2.

Блок 9 – представляет собой блок селектирования, при наличии условии 0 < I₇ < T выбирающий необходимый расход топливного газа в КС для поддержания режима ГТД через резервный дозатор. Выходной сигнал служит величиной текущего задания расхода топливного газа через резервный дозатор.

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе работы ГТД в блоке 2 вычисляется разность между заданным расходом топлива для поддержания режима двигателя и фактическим расходом топлива, поступающим в КС. Вычисленная разность сравнивается с предельной величиной рассогласования, вычисленной в блоке 3 (I₃), при превышении уставки предельной величины рассогласования между заданным и измеренным расходом топлива, формируется сигнал о засорении дозатора I₂ = 1. В блоке 4 при одновременном наличии двух сигналов I₂ и сигнала I₇ (регулирование ГТД через основную линию дозирования топлива) формируется сигнал I₄ = 1 (перераспределение топлива из основной линии дозирования в резервную линию) и поступает в блок 5.

В блоке 5 с наперед заданным в блоке 1 темпом выполняется вычисление величины расхода перераспределения топлива из основной линии дозирования топлива в резервную линию при отсутствии сигнала I₆ (в основной линии присутствует топливо).

В блоке 5 при отсутствии сигнала I₆ выполняется уменьшение расхода топлива в основной линии в зависимости от сигнала I₄. Выходной сигнал I₅ служит величиной расхода топлива в КС по основной линии.

При снижении расхода топлива через основную линию дозирования до 0 кг/ч блок 6 формируется сигнал I₆, который блокирует вычисление расхода в блоке 5 и запускает таймер в блоке 7. При выполнении условия 0 < I₇ < T в блоке 9 вычисляется необходимый расход Gt зад топливного газа в КС для поддержания режима ГТД через резервный дозатор. Gt зад вычисляется системой автоматического управления исходя из условий поддержания режима работы ГТД.

При превышении наперед заданного времени T (выполнении условия I₇ > T) в блоке 4 с наперед заданным в блоке 1 темпом выполняется вычисление величины расхода перераспределения топлива из резервной линии дозирования топлива в основную линию. При достижении в резервной линии дозирования расхода топлива 0 кг/ч в блоке 8 формируется выходной сигнал I₈ = 1, который поступает в блок 2 и останавливает перераспределение топлива.

Приведенный способ регулирования расхода топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя при загрязнении дозатора топлива позволяет:

- исключить уход расходной характеристики дозирующего элемента, вызванный засорением дозатора топлива;

- исключить недобор мощности двигателя из-за недостатка топлива поступающего в КС в следствии засорения дозирующего элемента;

- обеспечить качественное управление ГТД при одновременном дозировании топлива через основной и резервный дозатор (при перераспределении топлива);

- управлять ГТД в случае засорения основного дозатора топлива через резервный дозатор.

Положительный технический результат получен во всех случаях осуществления изобретения на двигателе разработки
АО «ОДК-Авиадвигатель», используемого в качестве силовых агрегатов в газовых отраслях.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками, позволяет повысить эксплуатационные характеристики и обеспечить необходимое качество регулирования газотурбинного двигателя, при засорении дозатора топлива и обеспечить точный расход топлива для камеры сгорания во всех условиях эксплуатации и тем самым повысить надежность функционирования ГТД.

Изобретение относится к области автоматического управления газотурбинными двигателями, используемыми в качестве силовых агрегатов в газовой и энергетических отраслях, и может быть применено в системе автоматического управления газотурбинного двигателя (ГТД). Способ регулирования расхода топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя при загрязнении дозатора топлива заключается в том, что измеряют температуру и давление воздуха на входе в двигатель, частоту вращения ротора двигателя, давление воздуха за компрессором двигателя, по измеренным параметрам вычисляют заданный расход топлива в камере сгорания (КС), измеряют фактический расход топлива, поступающий в КС. Дополнительно вычисляется разница между заданным и фактическим расходами топлива, при превышении разницы наперед заданной предельной величины (ΔGt+Rgt) кг/ч, где ΔGt - номинальное значение предельной разницы между заданным и фактическим расходами топлива, кг/ч; Rgt - регулировка предельной величины разницы между заданным и фактическим расходами топлива, кг/ч, для восстановления расходной характеристики штатного дозатора топлива выполняется полное перераспределение топлива из основной линии дозирования топлива в резервную линию с наперед заданным темпом (dGt/dt+Rdgt) кг/ч/с, где dG/dt – номинальное значение темпа изменения расхода топлива, кг/ч/с; Rdgt – регулировка величины темпа перераспределения топлива, кг/ч/с, до закрытия штатного дозатора топлива на наперед заданное время T секунд, причем поддержание режима работы ГТД выполняется с помощью резервного дозатора, по истечении времени T секунд топливо из резервной линии перераспределяется в основную линию подачи топлива с темпом (dGt/dt+Rdgt) кг/ч/с, при этом дальнейшее поддержание режима ГТД осуществляется штатным дозатором топлива с восстановленной расходной характеристикой. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик и надежности в процессе эксплуатации газотурбинных двигателей, используемых в качестве силовых агрегатов в энергетических и газовых отраслях в условиях загрязненного топлива. 1 ил.

Способ регулирования расхода топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя (ГТД) при загрязнении дозатора топлива, заключающийся в том, что измеряют температуру и давление воздуха на входе в двигатель, частоту вращения ротора двигателя, давление воздуха за компрессором двигателя, по измеренным параметрам вычисляют заданный расход топлива в камере сгорания (КС), измеряют фактический расход топлива, поступающий в КС, отличающийся тем, что дополнительно вычисляется разница между заданным и фактическим расходами топлива, при превышении разницы наперед заданной предельной величины (ΔGt+Rgt) кг/ч, где

ΔGt - номинальное значение предельной разницы между заданным и фактическим расходами топлива, кг/ч;

Rgt - регулировка предельной величины разницы между заданным и фактическим расходами топлива, кг/ч,

для восстановления расходной характеристики штатного дозатора топлива выполняется полное перераспределение топлива из основной линии дозирования топлива в резервную линию с наперед заданным темпом (dGt/dt+Rdgt) кг/ч/с, где

dG/dt – номинальное значение темпа изменения расхода топлива, кг/ч/с;

Rdgt – регулировка величины темпа перераспределения топлива, кг/ч/с, до закрытия штатного дозатора топлива на наперед заданное время T секунд, причем поддержание режима работы ГТД выполняется с помощью резервного дозатора, по истечении времени T секунд топливо из резервной линии перераспределяется в основную линию подачи топлива с темпом (dGt/dt+Rdgt) кг/ч/с, при этом дальнейшее поддержание режима ГТД осуществляется штатным дозатором топлива с восстановленной расходной характеристикой.