Способ автоматического регулирования многовального газотурбинного двигателя с керамическими элементами Советский патент 1993 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к автоматическому регулированию газотурбинного двигателя (ГТД), в частности, к электронным системам управления и защиты ГТД с керамическими элементами.

Цель изобретения - повышение надежности и ресурса работы многовальных ГТД с керамическими элементами посредством ограничения бросков температуры в камере сгорания на переходных режимах.

Согласно изобретению формирование дополнительного управляющего воздействия производится с учетом балансовых характеристик камеры сгорания, что позволяет учесть тепловую инерцию многовальных ГТД.

Регулирование ГТД с учетом теплового Ьаланса позволяет практически мгновенно определить величину отклонения массовых

расходов воздуха и газа от заданного соотношения, получить дополнительный аналоговый сигнал, с помощью которого может быть скорректировано основное управляю- ш,ее воздействие.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 (см. материалы заявки) показана функционально-структурная схема системы автоматического регулирования многовального ГТД с керамическими элементами для реализации способа.

Система регулирования содержит массовый расходомер 1 газа, массовый расходомер 2 воздуха, измеритель 3 температуры воздуха перед камерой сгорания, измеритель 4 температуры газа перед камерой сго- рания, орган 5 сравнения массовых расходов воздуха и газа, делитель 6, блок 7 сравнения, сумматор 8, решающее устрой00

О 00 00

о

ство 9, блок 10 задатчика мощности, блок 11 измерения фактической мощности ГТД, блок 12 формирования основного управляющего воздействия на сервомотор 13 клэпа- на 14 подачи топливного газа в газотурбинный двигатель 15.

Пример осуществления способа.

Измеряют по расходомеру 1 массовый расход GT топливного газа и по расходомеру 2 массовый расход Gp воздуха и определяют их фактическое отношение в блоке 5. Полученное отношение делят в блоке б на сте- хиометрический коэффициент L0 (кг/кг) газа и определяют фактический коэффициент Оф избытка воздуха

GB

-бГТГ

Измеряют фактическое значение мощности Ыф в блоке 11. вычитают из него заданное в блоке 10 значение мощности N3 и определяют их относительную величину Nj N,fr . W

Зависимость между температурой газа на выходе камеры сгорания и мощностью Ыф определяется при испытаниях ГТД и вводится в решающее устройство 9.

С учетом текущих значений Тв, Тг и заданного значения мощности N3 определяют заданный коэффициент избытка воздуха по формуле:

О -Ьст 4-Срт(Тг-273)+и,С,г(Т,-;73)-(l + LQ ) Ср, (г -1П )

а, --иЩ,в гТ Тг - 213)- ---

где Q - теплота сгорания топлива, кДж/кг;

hCT - коэффициент полноты сгорания топлива:

Срг - теплоемкость топливного газа при температуре ТГ(К), кДж/кг К;

Срвг - теплоемкость воздуха при температуре Тг(К), кДж/кг К;

Срг - средняя весовая теплоемкость газа при « 1, кДж/кг К;

СрВ - теплоемкость воздуха при температуре TD, кДж/кг К.

Затем сравнивают фактическое «ф и заданное «3 значения коэффициентов избытка воздуха в блоке 7 и определяют его относительную величину

«Ф - «з . «ф . - 0з«з

В блоке 8 вычитают из сигнала относительной величины мощности (т-р -1) сигнал

5 относительного избытка воздуха ( -1) и их

разность

Г™4-%

IM. rr

-кг- -fir-) используют в качестве

основного управляющего сигнала, который подают в блок 12.

Например, при резком увеличении подачи топливного газа в камеру сгорания и возрастании соответственно .температуры уменьшается коэффициент СЕф, что приведет к возрастанию величины основного управляющего сигнала, который воздействует на сервомотор 13 и закроет клапан 14 подачи топливного газа в двигатель 15. В результате этого будет обеспечено ограничение броска температуры газа на

выходе камеры сгорания во время перехода ГТД с одного режима работы на другой, определяемого инерционностью его кинематической схемы.

Таким образом, регулирование многовального ГТД с керамическими элементами по балансным характеристикам позволит повысить их надежность и ресурс работы, оптимизировать эксплуатацию двигателя. Формула изобретения

Способ автоматического регулирования многовального газотурбинного двигателя с керамическими элементами путем измерения выходной мощности, определения относительной разности с заданной мощностью

и формирования управляющего воздействия на изменение расхода топлива в камеру сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы посредством ограничения бросков

температуры газа на переходных режимах, измеряют массовые расходы воздуха и газа, формируют сигнал их отношения умножением на величину, обратную стехиометричег скому коэффициенту, определяют

фактический коэффициент избытка воздуха, в соответствии с балансовыми характеристиками камеры сгорания задают коэффициент избытка воздуха, определяют относительную разность между фактическим и заданным коэффициентами избытка воздуха, на которую уменьшают величину управляющего воздействия.

Ht

A

я.

Использование: автоматическое регулирование газотурбинных двигателей (ГТД), в частности, управление и защита многовальных ГТД с керамическими элементами. Сущность изобретения: измеряют выходную мощность, сравнивают ее с заданной и формируют основное управляющее воздействие для изменения расхода топлива в камеру сгорания, дополнительно измеряют отношение массового расхода воздуха к массовому расходу газа, из которого определяют фактический коэффициент избытка воздуха, соответствующий фактическому расходу газа, а затем определяют относительную разность между фактическим и заданным коэффициентом избытка воздуха, на которую уменьшлот величину сигнала основного управляющего воздействия и полученным результирующим сигналом воздействуют на изменение расхода топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя. /; о ел С