Регулятор частоты вращения ротора турбокомпрессора Советский патент 1982 года по МПК G05B13/02 

(54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА ТУРБОКОМПРЕССОРА

Изобретение относится к системам автоматического управления авиацисиными газотурбинными и турбовинтовыми двигателями и может найти широкое применение в авиационной промышленности. Известен регулятор частоты вращения ротора турбокомпрессора, включающий в себя блок сравнения, вхоцы которого соединены с выходом зацатчика режимов, а также непосредственно и через дифференциатор с выходом датчика частоты враще ния, а выход элемента сравнения через усилитель и блок формирования сигналов управления связан с входом исполнитель. ного механизма l . Недостатком известного регулятора яв ляется то, что при возникновении помпаж двигателя с уменьшением частоты вращения регулятор упеличушает подачу топлиЪа в го время как для ликвидации гтомпажа необходимо уменьшать подачу топлива. Известен также регулятор, содержащий элемент сравнения, вьгход которого непосредственно и через дифференциатор соединен с входами логического блока и с сигнальным входом переключателя, управляющий вход которого связан с выходом логического блока, а выход через усилители соединен с исполнительным механизмом 2. Недостаток этого устройства - отсутствие противопомпажной защиты,, С воеиникновением помпажа частота вращения ротора турбокомпрессора уменьшается, сигнал рассогласования на выходе блока сравнения Л П положителен и возрастает, сигнал производной Ап ог сигнала рассогласования при этом имеет положительйое значоше. Знак функции перекточения в л п-v СДП также имеет положительное значение. Это приводит к тому, что сигнал на выходе регулятора Lib MiSign(S4n) соответствует увеличению расхода топлива и аальнейшему развитию помпажа. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является регулятор частоты вращения ротора турбокомпрессора, содержащий датчик частоты вращения и за датчик частоты вращения, выходы которых подключены к соответстцующим входам блока сравнения, выход кото рого подключен к сигнальному вхочу пе- реключателя и через логический блок к управляющему входу переключателя, выходы которого через соответствующиеусилители подключены к входам усилителя мсядности, вход которого соединен с входом исполнительного механизма, и датчик давления за компрессором з. . Недостатком известного реТулятора является малая область устойчивости и как следствие этого малый ресурс турбокомпрессора. Цель изобретения - .расширение области устойчивости регулятора и повышение ресурса турбокомпрессора. Поставленная цель достигается; тем, что в регуляторе дополнительно установлен функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом датчика дав ления за компрессором, а выход - с вторым входом логического блока. На чертеже приведена функциональная схема регулятора. Устройство- включает датчик давления за компрессором, блок 2 сравнения, задатчик 3 частоты вращения, датчик 4 час тоты -вращения, переключатель 5, логичес кий блок 6, усилители 7, 8, усилитель 9 мощности, исполнительный механизм Ю, фун кци они ый: пре обр азовате ль 11. Регулятор работает следующим образом. На блок сравнения 2 поступают сигна лы с выходов задатчика 3 значения част ты Вращения и датчика 4 частоты вращения. Выработанный в блоке 2 .сравнения сигнал рассогласования и И подается на сигнальный вход переключателя 5 и на первый вход логического блока 6, на вто рой вход которого через преобразователь 11 подается сигнал с выхода Датчика I давления за компрессором. В логическом блоке 6 формируется сигнал фунмпга переключения, гдэ А, в - постоянные коэффициенты, hn- рассогласование по частоте вращения, & npnpametme давления за комрессором, вычисленное с помодью пребразователя 11, имеющего передаточую функцию оператор преобразования Лапласа. В зависимости от «зочетания знаков сигнала рассогласования uh и сигнала функции . переключения & ь логическом блоке 6 вырабатывается управляющий сигнал и - s-ign (uti- S), посхупакяций на управляющий вход переключателя 5. С помгацью усилителей 7 и 8 вырабатывается сигнал управления oi дп, при дп , I ЬДП, при йПб О, где oi -я коэффициенты передачи ответственно усилителей 7 и 8. Полученный сигнал U через усилитель 9 мощности подается на исполнительный механизм 1О. Отличие предлагаемого регулятора от известного заключается в исполнении преобразованного преобразователем 11 сигнала р , для формирования сигнала 4ункций переключения 5 . При отсутствии помпажа и при небольших отклонениях регулируемых координат двигатель достаточно хорошо описывается передаточными функциями и тогда справедтшвы уравнения ) kc,n-6CT,, ).P(,f где8г,,8С ,8 Р2 отклонения от установившегося режима частоты вращения ротора, расхода топлива и давления заторможенного потока воздуха за компрессором соответственно, , kQ р коэффициенты передачи по каналу расход топлива - частота ёрещения и каналу расход топлива - давление заторможенного потока воздутса за компрессором соответственно, T,JG -J., р 2 - постоянные времени компрессора и канала расходтопливадавление заторможенного потока воздуха за компрессором соответственно. Из (3) следует (ЧРР) PX.G,P2P+): - - l-коэффициент передачи ка нала давление загорможенного гготока за компрессором - часгога вращения. Найдем из (4) б р и подставим в (1) с учетом (2) 5..B kp ni4TptSn 8n).,. (5 УчитьЕая, что лп ,Пуст- п j «з (5) найдем ,p ii 14nyct-bfl -C ,рг уст-Ь 1 Ср. in-B kp n-itc; p p + l)JAn un uBKp2h - l4 Обозначим в (6) коэффициент накло на линии переключения Тогда & скользящем режиме выТ1ОЛН5 стся условие S /vn(C + p) 0. Это выражение совпадает с алгоритмом формирования сигнала функции перек лючения в известном устройстве. Следоватепьно, при отсутствии помпажа алгоритм (1) эквивалентен .соответствующему алгоритму в прототипе. Во время помпажа значение pt уменьшается, а приращение Др становится отрицательным. Частота вращения П ,уменьшается, рассогласование йП положительно и растет, но значитель но медленнее, чем падает ра ак сле дует из (I), знак S при этом будет отрицательным, управление с выхода регулятора и «in-s-ign (.5 &.«) также смени t6 35 Емак на отрицательный, что соответствует сливу топлива и ликвидации помпажа. Таким образом, указанные отличитояьные особенности предлагаемого регулятора позволяют уменьшить вероятность возникновения помпажа компрессора, а Частично и исключить его. За счет этого на 10% расширяется область устойчивости регулятора, на 8% и на 5% ресурс двигателя. Формула изобретения Регулятор частоты вращения ротора турбокомпрессора, содержащий датчик час:тоты вращения и за датчик частоты вращения, выходы которых подключены к соответствующим входам блока сравнения, выход которого подключен к сигнальному BXofy переключателя и через логический блок - к управлякяцему входу переключателя. Выходы которого через соответствующие усилители подключены к входам усилителя мощности, выход Которого соединен с входом исполнительного механизма, и датчик давления за компрессором, отличающийся тем, что, с п&лью расширения области устойчивости регулятора и увеличения ресурсов турбокомпрессора, в регуляторе допотннтельно установлен функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом датчика давления за компрессором, а выход с вторым входом логического блока. Источники информации, принятые ьо внимание при экспертизе 1.Штода А. В. и др. Системы управления и регулирования авиационных двигателей. Изд-во ВВИА им. Жуковского, 1977, с. 90. 2.Емель5шов С. В. Теории систем с еременной структурой, М., Наука , 1970, с. 49. 3. Емельянов С. В. Системы автомаического управления с переменной струкурой, М., Наука, 1967, с. 39-41 прототип).