Устройство для моделирования судовой газотурбинной установки Советский патент 1980 года по МПК G06G7/48 

1

Изобретение относится к судостроению и предназначено для исследования и проектирования систем автоматического управления судовых технических средств. ;. .5

В настоящее время при разработке и отлсодке систем автоматического управления и регулирования газотурбинных двигателей (ГТД) а также .ю при создании тренажеров находят применение различные устройства для имитации режимов работы ГТД (электронные ,,пневматические, комбинированные и т.д.). Эти устройства должны обес- г печивать необходимую точность воспроизведения статических и динамических характеристик ГТД, при этом их структура должна быть достаточно простой. 20

Известны устройства для моделирования ГТД, позволяющие осуществлять контроль основных внутренних параметров двиг-ателя Эти устройства 25 содержат блоки моделирования характеристик компрессоров (их степеней сжатия), турбин, камеры сгорания, оборотов турбокомпрессоров, блоки расходов, температур и т.д.30

Практическое использование этих устройств связано с большими трудностями при их реализации из-за большого числа нелинейных блоков.

Наиболее близким техническим решением является устройство для моделирования судовой газотурбинной установки 2 .

В этом устройстве относительные .перепады температуры на турбинах и расход воздуха вычисляют по суммарной степени сжатия на компрессорах.Для этого устройство содержит блок вычисления суммарной степени сжатия компрессоров,входы которого соединены с выходами блоков моделирования характеристик компрессоров, а выход подключен к входам блоков моделирования относительных перепадов температуры турбин к входу блока моделирования расхода .

Однако это устройство имеет относительно небольшую надежность, помехоустойчивость и подверженно самовозбуждению. Последнее вызвано наличием в состсше устройства замкнутого безинерционного контура моделирования газогенератора ГТД, описываемого трансцентдентными алгебраическими уравнениями. Реализация таких сиетем уравнений на средствах аналоговых вычислительных машин (АВМ) приводит к генерации усилительных блоков АВМ, возникновению переходных процессов в устройстве, имеющих характер помех по отношению к процессам, реально протекающих в двигателе, обуславливает повышенную чувствительность всех звеньев устройства к изменению характеристик одного из них в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является обеспечение помехоустойчивости устройства.

Достигается это тем, что в устройстве для моделирования судовой газотурбинной установки, содержащем блок моделирования характеристик компрессора низкого давления, вход которого соединен с первым входом блока вычисления оборотов, первый вход блока моделирования характеристик компрессора высокого давления подключен к второму выходу блока вычисления оборотов, второй вход блока моделирования характеристик компрессора высокого давления соединен с выходом блока моделирования приведенных расходов первый вход блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого -давления подключен к выходу блока моделирования характеристик компрессора высокого давления, входы блоков моделирования относительных neperfaдов температур на турбинах низкого и высокого давления соединены с выходом блока вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, первый вход блока вычисления оборотов подключен к выходу блока моделирования перепадов температур накомпрессоров,низкого давления, второй вход блока вычисления оборотов соединен с выходом блока моделирования расхода воздуха, третий и четвертый входы блока вычисления оборотов Подключены к выходам блоков моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления, пятый и шестой входы блока вычисления оборотов соединеннее выходали блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления и блока моделирования камеры сгорания соответственно. Первый л второй, входы блока вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, родкл1о1чены соответственно к выходам бяокЪц моделирования ха рактеристик компрессоров низкого и высокого .давления, первый вход блока моделирования приведенных расходов подключен к выходу блока моделирова:ния характеристик компрессора низкого давления, второй вход блока моделирования..,приведенных расходов подключен к выходу блока моделирования расхода воздуха, третий вход блока моделирования приведенных расходов соединен с выходом блока моделирования перепада температур на компрессоре низкого давления, первый и второй входы блока моделирования камеры сгорания подключены соответственно к выходам блоков моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления, третий вход блока моделирования камеры сгорания соединен с выходом блока моделирования расхода воздуха, четвертый вход блока моделирования камеры сгорния подключен к выходу блока моделирвания расхода топлива, первый выход блока вычисления оборотов соединен соответственно с входами блоков моделирования расхода воздуха и блока моделирования перепадов температур на компрессоре низкого давления, выход которого подключен к второму входу блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления.

Использование указанных связей в устройстве позволяет представить контур моделирования судовой газотурбинной установки в виде последовательной цепочки звеньев, включающей как безинерционные, так и инерционные звенья (блоки вычисления оборотов турбокомпрессоров), и таким образом исключить помехи.

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит блоки 1 и 2 моделирования Характеристик компрессоров низко гр и высокого давления, блоки 3 и 4 моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления; блоки 5 и б моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления, блок 7 моделирования расхода воздуха, блок 8 вычисления оборотов, блок У вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, блоки 10-12 моделирования приведенных расходов камеры сгорания и расхода топлива соответственно.

Вычисление степени сжатия компрессоров низкого и высокого давления производится в блоках .1 и 2 моделирования характеристик компрессоров низкого и высокого давления.причем вход блока 1 и первый вход блока 2 электрически связаны соответственно с первым и вторым выходами блока 8 вычисления оборотов, а второй вход блока 2-е выходом блока 10 моделирования приведенного расхода воздуха через компрессор высокого давления.,

Вычисление перепадов температур компрессорах осуществляется в блоках 3 и 4 моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления. Причем вход блока 3 электрически связан с выходом блока 8 а вход блока 4 - с выходами блоков 2 и 3.

Вычисление относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления осуществляется в блоках 5 и 6. Причем вход каждого из них электрически подключен к выходу блока 9 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров. Вычисление расхода воздуха осуществляется в блоке 7 моделирования расхода воздуха, вход которого электрически связан с выходом бло.ка 8. Вычисление оборотов турбокомпрессоров низкого и высокого давления осуществляется в блоке 8. Причем вхо ды блока 8 электрически связаны с выходами блока 3 моделирования перепадов температур на компрессоре низкого давления, блоков 5 и 6 моделиро вания относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления , блока 7 моделирования расхода воздуха и блока 11 моделирования камеры сгорания, а также-с выходами блока 4 моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления, блока б моделирования относительных перепадов температур на турбине высокого давления и блоков моделирования-расхода воздуха 7 и ка меры сгорания 11. Вычисление суммарной степени сжатия компрессоров осуществляется в блоке 9, входы которого электрически связаны с выходами блоков 1 и 2 моделирования характеристик компрессоров низкого и высокого давления. Вычисление приведенного расхода воздуха через компрессор высокого давления осуществляется в блоке 10 моделирования приведенных расходов, входы которого электрически связаны с выходами блока 1 моделировгшия ха актеристики компрессора низкого дав пения,блока 3 моделирования перепада температур на этом компрессоре и бло ка 7 моделирования расхода воздуха. Вычисление температуры в камере сгорания осуществляется в блоке моде лирования 11 камеры сгорания,, входы которого электрически связаны с выходами блоков 3 и 4 моделирования пе репадов температур на компрессорах низкого и высокого давления, блока 7 расхода воздуха и блока 12 расхода топлива. Вычисление расхода топлива осущес вляется в блоке моделирования 12 рас хода топлива посредством задания уро ня электрического сигнала оператором. Конструктивная реализация устройства может быть выполнена на базе типовых электронных блоков, выпускае кых промышленностью. Блок 1 моделирования характеристи ки компрессора низкого давления (КНД) представляет собой блок следящей системы, реализующий зависимость ЯГн f (п„) , Пц - сигнал, пропорциональный оборотам КНД; fC - сигнал, пропорциональный степени сжатия КНД; БЛОК моделирования характеристики прессора высокого давления 2 Д) представляет собой , шизующий зависимость 11Гд + К-х + К К,, К,, Kj - постоянные коэффи.циенты; Z, X- сигналы, пропорциональные приведенным оборотам и расходу воздуха через КВД; 1tg- сигнал, пропорцио1Гальный степени сжатия КВД. Блок 3 моделирования перепада тематур в КНД ( ) Представляет ой блок следящей системы,реализуй зависимость Д кн 1 Тд - ПОСТОЯННЫЙ.сигнал, пропорциональный температуре наружного воздуха Блок 4 моделирования перепада тематуры в КВД { &Ti{,g) реализует заимостьйТкв (TO + %,)- f(1te). Этот блок состоит из сумматора, ка следящей систег и блока перемения. Блоки 5 и б моделирования относиьных перепадов температуры на турах низкого ( ) и высокого )|-ц давления представляют собой ки .следящйх cиcтe , реализующие исимости . ТСу - сигнал, пропорциональный суммарной сте-пени сжатия комп рессоров. Блок 7 моделирования расхода воза (G) представляет собой блок слеей системы, реализующий зависитьG f«j (пц). Епок вычисления оборотов реализует исимости ,(,-(;))(.т„)а, fvTT а,: Bj, dg - постоянные коэффициТ - сигнал, пропорциональный температуре газа в камере сгорания, /.:

, где Qg, в, dp - постоянные коэффициенты.

Этот блок состоит из четырех сумматоров, пяти блоков произведения, трех блоков деления, двух интеграторов и блока извлечения корня,

Блок 9 вычисленйя суммарной степени сжатия компрессоров представляет собой блок произведения, реализующий зависимость .K

i. н Ц

Блок 10 моделирования приведенного раЪхода воздуха через КВД реализует

зависимость х -d |-

где d - постоянный коэффициент,

Этот блок состоит из сумматора, блока корня квадратного, блока произведения и блока деления,

Епок 11 моделирования камеры сгорния реализует зависимость,;

Т . С (Т., + + лТке)+ С, где В - сигнал, пропорциональный

расходу топлива; С , постоянные коэффициенты. Этот блок состоит из блока деления и сумматора. Блок 12 моделирования расхода топлива представляет собой потенциометр,

Устройство позволяет контролировать следующие параметры ГТД: обороты турбокомпрессоров, степени сжатия температурные перепады на турбинах и компрессорах, расходы воздуха и топлива, а также температуру газа на выходе из камеры сгорания и точность определения параметров ГТД в

переходных процессах аналогична точности, получаемой в устройстве-прототипе при отсутствии в нем помех.

Формула изобретения

Устройство для моделирования судовой, газотурбинной установки, содержащее блок моделирова ния характеристик компрессора низкого давления, вход которого соединен с первым выходом блока вычисления оборотов, первый вход блока моделирования характеристики компрессора высокого давлени подключен ко второму выходу блока вычисления оборотов,, второй вход блока -моделирования характеристики компрессора высокого давления соединен с выходом блока моделирования приведенных расходов, первый вход блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления подключен к выходу блока моделирования характеристик компрессора высокого давления, входы блоков моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления соединены с выходом блока вычисления суммарной степени

сжатия компрессоров, первый вход блока вычисления оборотов подключен к выходу блока .моделирования перепадов температур на компрессоре низкого давлeния, второй вход блока вычисления оборотов соединен с выходом блока моделирования расхода воздуха, третий и четвертый входы блока вычисления оборотов подключены к выходам блоков моделиро.вания относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления, пятый и шестой входы блока вычисления оборотов соединены с выходами блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления и блока моделирования камеры сгорания соответственно, первый и второй входы блока вычисления суммарной степени сжатия компрессоров подключены соответственно к выходам блоков моделирования характеристик компрессоров низкого и высокого давления, первый вход блока моделирования приведенных расходов подключен к выходу блока моделирования характеристики компрессора низкого давления, второй вход блока моделирования.приведенных расходов подключен к выходу блока моделирования расхода воздуха, третий вход блока моделирования приведенных расходов соединен с выходом блока моделирования перепада температур на компрессоре низкого давления, первый и второй входы блока моделирования камеры сгорния подключены соответственно к выходам блоков моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления, третий вход блока моделирования камеры сгорания соединен с выходом блока моделирования расхода воздуха, четвертый вход блока моделирования кгмеры сгорания подключен к выходу блока/моделирования расхода топлива, отличающ е е с я тем, что, с целью обеспечения помехоустойчивости, первый выход блока вычисления оборотов соединен с входами блоков моделирования расхода воздуха и блока моделирования перепадов температур на компрессоре низкого давления, выход которого подключен к второму входу блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Бигаев Б, П, и Зеленин В, М, Элактронная модель судовой газотурбинной установки, - ж,. Судостроение , 1963. 10.

2, Авторское свидетельство СССР 517901,° G 06 G 7/48, 1973 (прототип) ,