Устройство для определения приведенной частоты вращения ротора газотурбинного двигателя Советский патент 1980 года по МПК G06G7/64 

1

Изобретение относится к автомата- чесйому утфавлению и может быть применено в системах автоматического управления газотурбинного двигателя (ГТД), а также в приборах первичной информации приборных комплексов с централизованной обработкой информации на ЦВМ.

Известны устройства для вычисления приведенной частоты вращения ротора турбокомпрессора, состоящие из датчика температуры входящего воздуха, выход которого через нелинейное устройство соединен со входом делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора

Недостатком этого устройства является динамическая погрешность вычисления приведенной частоты ротора турбокомпрессора Ч f,p , обусловленная зависимостью динамической погрешности датчика температуры входящего воздуха от условий работы двигателя.

Известна система, использующая устройство для вычисления приведенной частоты вращения ротора для регулирования ГТД, которое состоит из /штчика частоты вращения ротора турбокомпрессора, выход соединен со входом вь1- числительного устройства, вьтолняюще- го операцию приведения, другой вход которого соединен с датчиком температуры входящего воздуха 2.

Недостаток этого устройства - наличие динамической ошибки датчика температуры входящего воздуха, зависящей от условий полета двигателя, что приводит к неточному вычислению при быстром изменении температуры входящего воздуха.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содерхсащее датчик температуры . входящего воздуха, первьй выход которого соединен с первым входом сумматора, а второй вход через дифференциатор соединен со входом множительного устрой- 37 СТШ1, на /.цлугой вход которого через нелинейное устройство подан выход датчика давления воздуха за компрессором, а выход соединен со вторым входом сумматора, выход которого через устройство для извлечения квадратного корня подан на первый вход делительного устройства, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора sj. Недостаток данного устройства - приблизительная коррекция постоянной времени датчика температуры входящего воздуха по величине давления за ком прессором, так как формула коррекции постоянной времени датчика температуры лишь приблизительно соответствует действительному ее изменению. Кроме того, устройство обладает малой помехоустойчивостью из-за наличия дифферен циатора, определяющего вэличину производной выходного сигнала датчика температуры входящего воздуха, находящегося в канапе вычисления приведенной частоты вращения ротора турбокомпрессора. Цель изобретения - повышение динамической точности и помехоустойчивое- ти устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит блок сравнения ключ, интегратор, второй и третий блоки нелинейности, датчик ускорения частоты вращения ротора, второй датчик давления и второй, третий и четвертый блоки деления, причем выход датчика температуры через блок извлечение квад ратного корня подключен к другому входу первого блока деления, выход которого соединен с одним входом блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу сумматора, а выход - к одному вхо ду ключа, другой вход которого через тре тий блок нелинейности соединен с вькодом дифференциатора, выход ключа через интегратор подключен к одному входу сум матора, другой вход которого соединен выходом третьего блока деления, выходы которого через первый и второй блок нелинейности соединены соответственно с выходами второго и четвертого блоков деления, первые входы которых соединены с выходом второго датчика давления выход первого датчика давления подключен ко второму входу второго блока деления, а выход датчика ускорения часто ты вращения ротора соединен со вгорым входом четвертого блока деления. 4 Достигаемый в данном устройстве эффект увеличения динамической точности вычисления приведенной частоты вращения ротора, а также повыщение помехоустойчивости устройства обосновывается следующими расчетными данными. Датчик температуры газов входящего воздуха представляет собой термопреобразователь, динамические свойства которого описываются уравнением е - сигнал с гермопреобразователя;Т - постоянная времени термо- преобразователя; К- - коэффициент передачи термо- преобразователя; температура входящего возду- V ха. Динамическая составляющая погрещ- ности измерения равна V 1/т а --г Ь- 1-ет- э аРГ причем постоянная времени термопреоб- рааователя меняется в зависимости от условий полета и режима работы двигателя, что приводит к неточному вычислению приведенной частоты вращения ротора турбокомпрессора при быстром изменении Tj Поэтому для определения динамической погрешности вычисления предлагается определить косвенно. Как известно, между степенью повышения давления на компрессоре и величиной П пр существует зависимость: fci - с,тепень повышения давления на компрессоре; К - показатель адиабаты для воздуха; П..- приведенная частота вращения ротора турбокомпрессора; В - постоянная величина. Однако эта зависимость справедлива только для установившихся режимов ГТД. При наличии ускорения частоты вращения ротора турбокомпрессора эта зависимость принимает вид ICj V Н.,.лр-(|)(4) А - постоянная величина; наытенне входе в цвира- тель; - ускорение частоты вращения ротора турбокомпрессора. По формуле (4) приведенная частота вращения ротора турбокомпрессора равна vHr( p LH pr drTir - -давление воздуха на входе в двигатель; -давление воздуха за компрессором. Датчики, используемые для вычисления Ипр являются безынерционными, поэтому динамическая ошибка вычисления будет отсутствовать. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит датчик 1 температуры, блок 2 извлечения квадратного корня, первый блок 3 деления, датчик 4 частоты вращения ротора, первый датчик 5 давления, второй блок 6 деления, второй датчик 7 давления, первый блок 8 нелинейности, третий блок 9 деления, второй блок 10 нелинейности, четвертый блок 11 деления, датчик 12 ускорения частоты вращения ротора, сум матор 13, блок 14 сравнения, ключ 15, интегратор 16, дифференциатор 17, третий блок 18 нелинейности. Выход датчика 1 температуры входящего воздуха через блок извлечения ква ратного корня 2 подан на вход первого блока 3 деления, на второй вход которого подан выход датчика 4 частоты вра щения ротора турбокомпрессора. Выход первого датчика 5 давления воздуха за компрессором соединен , со входом второго блока 6 деления, на второй вход которого подан выход второго датчика 7 давления на входе в компрессор. Выход второго блока 6 деления через первый блок 8 нелинейности соединен со входом третьего блока 9 де ления, другой вход которого через второ блок 10 нелинейности соединен с выходом четвертого блока 11 деления, на вх ды которого поданы выходы .второго дат чика 7 давления на входе в двигатель и датчика ускорения частоты вращения ротора 12 турбокомпрессора. 45 Выход третьего блока О до;им1ия подан на вход сумматора 13, выход которого соединен со входом блока 1-1 сравнения, другой вход которого соединен с выходом первого блока 3 деления, а выход через 1СЛЮЧ 15 и интегратор 16 соединен со входом сумматора 13 . При этом выход датчика 1 температуры входящего воздуха через дифференциа- тор 17 и третий блок 18 нелинейности подан на управляющий вход ключа 15. Работа устройства осуществляется следующим образом. При изменении температуры входящего воздуха, измеряемой датчиком 1 температуры, появляется сигнал на выходе дифференциатора 17. Если его величина больше, чем зона нечувствительности третьего блока 18 нелинейности, то ключ 15 соединяет вход интегратора 16 с общей шиной. При этом сигнал с датчика 1 температуры входящего воздуха через блок извлечения квадратного кор- ня 2, где формируется сигнал , подается на первый блок 3 деления, на второй вход которого подается сигнал с датчика 4 частоты вращения ротора турбокомпрессора. На первом блоке 3 деления вычисляется величина приведенной частоты вращения и подается на блок 14 сравнения. На входы второго блока 6 деления подаются сигналы с первого и второго датчиков 5 и 7 давления, а выходной сигнал второго блока 6 деления через первый блок 8 нелинейности, где формируетI±±Vir --1 ся сигнал подается на вход третьего блока 9 деления. На блок 11 деления поступают сигналы с датчиков давления на входе в двигатель 7 и ускорения частоты вращения ротора турбокомпрессора 12, а выходной с четвертого блока 11 деления через второй блок 1О нелинейности, формирующий а а п ТГ -гт:- 1, подается Р 3 ) а второй вход третьего блока У деления, на котором вычисляется приведенная частота вращения косвенным методом. Когда выходной сигнал дифференциатора становится меньше зоны нечувствительности третьего блока 18 нелинейности, что оответствует статическому режиму работы устройства, ключ 15 замыкает выход блока 14 сравнения со входом инегратора 16, выходной сигнал которог-о