Устройство для моделирования судовой газотурбинной установки Советский патент 1982 года по МПК G06G7/48 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СУДОВОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для исследования и проектирования систем автоматического управлегшя судовых технических средств.

По основному авт. св. № 5179О1 известно устройство для моделирования судовой газотурбинной установки, содержащее блоки моделирования характеристик компрессоров, первые входы которых подключены к выходам блока вычисления оборотов, вторые входы - к выходам блока моделирования приведенных расходов, третьи входь - к блоку задания уставок, а выходы - к входам блоков моделирования относительных перепадов температуры компрессоров и первому и второму входам блока моделирования приведенных расходов, третий и четвертый входы которых подключены к выходам блоков моделирования относительных перепадов текшературы компрессоров н первым двум входам блока моделирования камеры сгорании, третий вход которого подключен к выходу блока модели- рования расхода воздуха н первому входу блока вычисления оборотов, соединенному с пятым входом блока моделирова ния приведенных расходов, четвертый вход подключен к выходу блока модели рования расхода топлива, а выход - к второму входу блока вычисления оборотов, третий вход которого подключен к

fg выходу блока моделирования нагрузки винта, четвертый н птый вхошл - к выходам блоков моделировании OTHoorrent Hbtx перепадов температуры компрессоров, а остальные вxoдь соедш1ены с выхода

f5 ми блоков относительных перепадов температуры турбин. Кроме того, оно соде жит блок вычисления суммарной степенн сжатия компрессоров, входы которого соединены с выходами блоков моделвро20 вания характеристик компрессоров, а выход переключен к входам бпоксж моделирования относительных перепадов температуры турбин и входу блока мскдсгафования расхода воздухаШНедосягатком этого устройства является недостаточяая точность модеяироваяия, так как оно не может бьгго испотшэовано для имвтацав процесса реверса газотурбинных установок, оборудованных турбинами заднего хода, при одновременном контроле параметров турбокомпрессоров. Последнее объясняется тем, что отсутствуют элементы, мо;|е11Ирукядие изменение крутящего мо мента на турбинах переднего и заднего хода при перемещении реверсных органов.

Цель изобретения - расширение фунх даональных возможностей моделирования за счет моделирования реверса газотурбинных установок.

Эта цель достигается тем, что в устройство введены три функциональных преобразователя, четыре блока перемножения, четъфе усилителя, четыре сумматора, два квад|)атора, интегратор и блок задания относительных перемещений реверсных органов, причем выход блока вычисления суммарной степени сжатия подключен к входу первого функцвональногю преобразователя, выход которого соединен с входом второго функционального преобразователя и входом первого усилителя, выход которсях) подключен к входу третьего функционального преобразователя, выход которого- соединен с входом первого квафатора и первым входом первого блока перемножения, выход которого подключея к первому входу первого сумматора, выход первого квадратора соеД1шен с входом второго усилителя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с первым входом второго ёлока перемйоження, вьосод которого переключен к первому входу второго сумматора, выход блсжа моделирования нагрузки винта соедвнев с входам третьего усилителя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора выход которого соедннеп с входом ян- тегрвтсра, выход которого подключен к второму входу первого блока иер шожения и первому входу третьего блока перемножения выход второго функционального преобразователя соедия с входом второго квадратора в вторым входом третьего блока перемн якения, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, выход второго квадратора соединен с входом четвертого усилителя, выход которого подкяк ЧО1 к второму входу тртьего сумматора

выход которого соединен с первым входом четвертого блока перемножения, вы; ход которого подключен к третьему входу второго сумматора, выход блока, заДания относительньос перемещений реверо ных органов соед1шен с вторым входом второго блока перемножения и входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу четвертого)

блока перемножения.

Кроме того, функпвоиальшлй преобразователь содержит квадратор, два усилителя и сумматор, причем входы первого усилителя и квадратора объединены и

$ являются входом преобразователя, выход которого соединен с выходом сумматора, выход которого подключен к выходу первого уашителя, выход квадратора соединен с входоь второго усилителя, выход

которого подключен к второму входу сумматора.

Относительные крутящие моменты, развиваемые турбинами переднего и заднего хода при впуске газа только в одну

из этих турбин могут быть определены следующими соотнесениями:

.й„,-«й -йЯ

,: йгч-Ч)

где N - относительная мощность турбококофессорной части газотур у бннной установки; ..Hiehl/Tcl относительная мощность турби1 ПХ ны заднего хода; мадсимальные мощности тур- , ; ПХ ЭХ .бин Переднего и заднего хода; П - относительное число оборотов

гребн(ях вала;

fA - отношение крутящего момента, развиваз юго турбиной при заторможенном рот, к моменту, развиваемому ею при той же мощности установки на усзтановившемся режиме работы. Приведенные соотношения получены при следующих допущениях.

На установившихся режимах работы вьшопняются сяедуюпше соотношения:

. - при шуске газа

в турбину передиего хода;

Р аза S турбину задне го хода.

Зависимость WCfi) при Я

const прямолинейная.

Относительная мощность турбокомпрессориой часгш газотурбинной установ-; ки N может быть определена как функция суммарной степени сжатия компрео соров N (.Jig)Расчеты показывают, что эта зависи мость с достаточной точностью может быть аппроксимирована выражением: , , Ол , а - постоянные коэффя. 1щеаты. При изменении N в рабочем диапазоне зависимости и N ах N) также .могут быть аппроксимированы полинома ми второй степени ; , н„В)да.с4н„.й))«з. где Ь , Ъ„ , bj, С. Ч С , С - посто янные коэффициенты. Определение относительного крутяще го момента М , развиваемого на гребном валу, при одновременном впуске га за в турб1шы переднего и заднего хода может быть произведено в до1|ушеш1И, что при перемещении реверсных органов в промежуточное положение происходат редуцирование крутшцих моментов Tyjvбин переднего и заднего хода, пропо1 штональное относительному перемещению реверсных органов § . В соответствии с этим допущенииу M )-Wj,S.M3x OiSi1, где соответствует впуску газа только в турбину переднего хода; S « 1 соответствует впуску газа только в турбину заднего хода. Реализация приведенных зависимосте на элементах вычислительной техники обеспечивает достижение указанной цели На чертеже изображено устройство для моделирования судовой газотурбинной установки. Устройство содержит блоки 1 и 2 моделирования характеристик компрессо ров, блоки 3 и 4 моделирования относительных перепадов температуры компрессоров, блоки 5-7 моделирования относительных перепадов температуры тур&ш, блок 8 моделирования расхода воэяуха, блок 9 моделирования расхода топлива, блок 10 моделирования приве денных расходов, блок 11 модешфовани камеры сгорания, блок 12 вьгчисл шя оборотов, блок 13 вычисления суммарной errenoffl сжатия компрессоров, блок 14 задания уставок, блок 15 моделирования нагрузки винта, функциональные преобразователи 16 - 18, усилители 19 - 22, ква;фаторы 23 и 24, сумматоры 25 - 28, блоки 29 - 32 перемножения, интегратор 33, блок 34 задания относительных перемещений реверсных органов. Кроме того, каждый функциональный преобразователь содержит квадратор 35, усилители 36 и 37 и сумма-, тор 38. - -...« Устройство работает следующим образом, Вычисле101е степеней сжатия на компрессорах осуществляется в блоках 1 и 2 моделирования характеристик компресс соров, три входа каждого из которых электрически связаны с соответствующие ми выходами блока 12 вьгшсления оборотов, блока 10 моделирования прнведенных расходов и блока 14 задания уставок. Вычисление относительных перепадов температуры на компрессорах осуществляется в блоках 3 и 4 модетафовакия относительных перепадов температуры компрессоров, вход каждого из которых электрически связан с соответствующими выходе блоков 1 и 2 моделирования характеристик компрессоров. Вычисление относительных перепадов температуры ва турбинах осуществляется в блоках 5-7 моделирования относительных перепадов {Температуры турбин, вход каждого из KOTOptDt электрически связан с выходом блока 13 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров. Вычисление расхо да воздуха осуществляется в блоке 8 моделирования расхода воздуха, вход которого элект1шчески связан с выходом блока 13 вычисления суммарной степени сжатия компресс(. Вычисление расхода топлива осуществляется в блоке 9 моделсирования расхода топлива посредстве задания электрического сигнала оператором. Вычислешхе приведенных расходов осуществляется в блоке 1О модепирсюания преведевных расходов, входы которого электрически связаны с выходами блоков 1 и 2 моделирования характеристик компрессоров, блоков 3 и 4 моделирования относительных перепадет температуры KOMnpeccqpOB и блока 8 моделирования расхода воздуха. Вычислите температуры газа на выходе из камеры сгорания осуществляется в блоке 11 модепировашхя камеры сгорания, входы которого электрически связаны с выходоми блеяса 8 моделирования расхода воздуха, блока 9 моделирования расхода

тогошва и блоков 3 и 4 моделирования относягепьных перепадов температуры компрессоров. Вычислеиие оборотов ту1 бокомпрессоров осуществляется в блоке 12 вычисления оборотов, входы которого электрически связаны с выходами блоков 5 - 7 моделирования относительных перепадов температуры турбин и блоков 3 и 4 моделирования относзательных перепадов температуры компрессоров, блока 8 моделирования расхода воздуха, блока 11 моделирования камеры сгорания и блока 15 модепирова1шя нагрузки винта.

Вычисление суммартой степени сжатая на компрессорах осуществляется в блоке 13 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, входа которого соединены с выходами блоков 1 и 2 модепирования характеристик компрессоров. Задание уставок осуществляется с помощью блока 14 задания уставок, а вычисление наг рузки винта - в блоке 15моделирювания нагрузки винта. Вход функционального преобразовател 16электрически связан с выходом блока 13 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, а его выход элект рически связан с входами функционально го преобразователя 17 и усдалителя 19, выход которого связан с входом функционального преобразователя 18. Выход функционального преобразователя 17 электрически связан с входом сумматора 25через последовательно включенные квадратор 23 и усилитель 20, а также с первым входом блока 29 перемножения, второй вход которого электрически связан с выходом интегра тора 33, Выхо сумматора 25 электрически связан с первым входом блока перемножейия ЗО, второй вход которого через сумматор 26связан с блоксж 34 задания относительных перемещений реверсных органов Выход функционального иреобразова-iтеля 18 электрически связан с входом сумматора 27 через последовательно включенные квадратор 24 и усилитель 21, а также - с первым входом блока перемножения 31, второй вход которого электрически связан с выходом интегратора 33. Выход сумматора 27 электрически связан с первым входом блока пфемножения 32, второй вход которого связан с блоком 34, а его выход электрически связан с первым входом сумма тора 28, второй вход которого связан с выходом блока перемножения 30, а третяй - с выходам блока 15 моделирования нагрузки винта через усзоштепь 22.

В функциональном преобразователе 16 происходлг вычисление относитель- 5 ной мопшости N турбокомпрессорной части газотурбшшой установки. При этом в квадраторе 35 вычисляется величина, равная квадрату суммарной степени сжатия компрессоров jTji. В масштабном

10 усилителе 36 эта величина умножается на постоянный коэффициент d . В усилителе 37 сигнал, равный Jij-,, умножается на другой постоянный коэффициент с(. и в сумматоре 38 происходит алгебраическое слежение сигналов a JT MdnJjy, с постоянной уставкой d j . Сформированный таким образом на выходе функционального преобразователя 16 сигнал равен N . В функциональном преобразова происходит вычисление величины N. Првя этом в квадраторе 35 функционального преобразователя 17 вьтчисляется величина н, в масштабном усилителе 36 эта величина умножается на постоянный кдаффициент Ъ , в усилителе 37 сигнал Ы умножается на постоянный коэффициент b(j и в сумматоре 38 сигналы Ъ Й и алгебраически складываются с постоянной уставкой bj. Сформированный таким образом на выходе функционального преобразователя 17 сигнал ровен N. В усилителе 19 сигнал N умножается на постоянный коэф4иш ент, равный относительной мощности турбины заднего хода Ы j . В функциональном преобразователе 18 происходит вычисле1ше велич1шы (N jy N ) . При этом в квадраторе 35 функционального .преобразователя 18 вычисляется величина (fljy- М ). В масштабном усилителе 36 эта величина умножается на постоянный коэф41шиент С .В масштабном усилителе 37 сигаал N умножается на постоянный коэф4нш1ент Cij и в сумматоре 38 сигналы -((зх) и C|j(N N) алгебраически складьгааются с постоянной уставкой (Tj . Сформированный таким образом на выходе функционального преобразователя 18 сигнал равен(Ыау-М№ В квадраторе 23 сигнал п -t/ N возводится во вторую степень, после чего в усилителе 2О сигнал умножается на постоянный коэффициент . В блоке пер«ушожения 29 сигнал М умножается на сигнал из интегратора 33, равный относительному числу оборотов гребного вала и . В cyscviaTope 25 сигналы /xN и алгебраически складываются, в результате на выходе сумматора 25 формируется сягнал, равный относительному крутящему моменту .MJu I развиваемому турбшюй переднего. хода при впуске газа только в эту ryj бвяу. , равный относительному перемешению реверсных органов S , фор мируется в блоке 34 посредством зада яия уровня эпектрического сигнала оператором. При этом § 0 .соответствует впуску газа только в турбину переднего хода, а § « 1 соответствует впуску :газа только в турбину заднего хода. В сумматоре 26 сигнал, равный § , вычитается из постоянного сяпнала, равнрго 1, после чехх сигнал, равный (1 - § ), умножается в блсже перемноження ЗО на сигнал, равный Мр . На выходе из блока п хя шожения 30 формируется сясг нал (1 - § )-Мпх, равный относительному крутящему моменту, развиваемому турйшой переднего хода при перемещении реверсных ортитов в промежуточное положс-ние. В квадраторе 24 сигнал iN3,.Rfi ВОЗВОДИТСЯ во вторую степень. чего в усилителе 21 сигнал () умножается на постоянный коэффициенту-А. В блоке перемножения 31 c«man(ft-if 1)yMaasKaf;rrcz на сигнал из интегратора 33, разшый п .В cyivtматрре 27 сигналы -fi(Sjy N)и fi ( N |W3 алгебраически складываются. В результате на выходе сумматора 27 формируется сигнал, равный относительному крутящему моменту Mj , развиваемому турбиной заднего хода при впуске газа только в эту турбину. Этот сигнал умножается в блоке 32 перемножения на сигнал из блока 34, равный относительному перемещению S реверсных с мпаиов В результате на выходе блока 32 перемножения формируется сигнал S эх В усилителе 22 сигнал из блока 15 моделирования нагрузки винта, равнь1й моменту сопротивле1шя на винте Mg , умно жается на постоянный коэффициент, равный 1/MgQ , где М - момент сопротивления, развиваемьтй винтом на номинальном установивщемся режиме работы. С выхода усилителя 22 сигнал, равный относительному моменту сопротивления на винте, поступает на вход сумматора 28, где он алгебраически складывается с сигналами из б хоков 30 и 32 перемиожения, равными() § М. В результате на выходе сумматора 28 формируется сигнал, пропорииональньгЯ скорости изменения числа оборотов хребиого вала. Этот сигнал поступает на ин. тегратор 33, где формируется сигнал. 9 90. равный относвггельнсму числу оборотов гребного вала п .. Реализация предтагаемого устройства может быть выпош{ева на электронных эл ентах, серийно выпускаекодх отечественной промышленностью. Использование предлагаемого устрой-: ства позволяет имитировать реверс газотурбинной устан шки при одновременном коштроле параметров турбокофлпрессоррв в процессе исследовання мавевреиных хв$ актеристшс судов, определения рациональных законсж управления их реверсам, а также при исследовании и отладке сио тем управления реверсом газотурбинной установки. Формула изобретения 1. Устройство дая моделирования судовой газотурбинной установки по авт. св. й 517901, отлича1бщееся тем, что, с целью расошрения функциональных возможностей за счет моделирования реверса газотурбинной установки, в иего введены три функци(1алы1ых преобразователя, четыре блока пер люжеяия, четыре усилителя, четыре сумматора, два квадратора, интегратор и блсж задания относительных перемещений реверсных органов, причем выход блока 1а гчисления су1«1марв9ой степени сжатия подалючен к входу первого функционального преобразователя, выход которся о соединен с входом второго функционального преобразователя и входом первого усилителя, выход которого подключен к входу третьего функционального преобразователя, выход квааратора и первым вхоцом блока перемножения, выхоц которого поцключен к первому входу первого сумматора, выхоп лервому входу первого сумматора, выход первого квадратора соединен с входе вто рсач) усилителя, выход которого подклкяен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с первым вхсдсял второго блока перемножения, выход которого подключен к- первому входу BTOptvго сумматора выход блока моделЕфования нагрузки винта соединен с входом третьего усшэтгеля, выход которого подключен к ъторсалу входу второго сумматора, выход которого соелшея с входом интегратора, выход которого подключен к второму входу первого блока п емножения и первому входу третьего блока перемиожения, выход второго фушошсжального преобразоеатеliflсзосдаве1( с вкодся vfOparo жяерреггоpa я вторым входам третьего блока пе))емнокцга1я, выход vofoporo шздюпо;чвя к пе реом7 BKHQT трвпувго сумкигго ра« шкод впгорого квафатора соедсшея с всюдом четвертого усдоштепя выход кото{Х9Го подкшочен к второму входу третьего сум}.1аторву выход которого соедйаеи с первым входам бяока перемцокеивя, вшэсод которого водкшочен к третьек у входу второго сумматоре, выход блока задания отно с9И1тельШ 1Х nep emeraift рвверсэшх ор гансь соедввеп t вторым второ;ТХ блока первмяожевяя я входам четвер того сумматора,, выход которого подкл11 чея к вТсрому входу четвертого бпсжа псремвоясеяяя. 90 2. Устройство поп, 1, отличаю ж ее с я тем, что каждый функцвональвый преобраэоватепь содерокит квадратору два усвпителя и сумматор, щпчем входы первого усзюителя я квадратора объеду вены я являются воюдом функцяональвого преобразователя, выход которого соедяцея с выходом сумматора, первый вход которого подключев к выходу пе1 вого усвпителя, выход квафатора соедвяен с входом второго усгашгепя, выход которого подключен к второму входу сумматора. . и HrttyopntfiiyU) принятые во внямавяе 11|ж экспертизе 1. Ав торское ааидетельсгво ССХР № 517901; вп, Q Об 5 7/48, 1976 ифОХОхшО