Система регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна

Система регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна, що містить форсунки камери згоряння, підкачуючий насос, вимірювач кутової швидкості, вимірювач кутового прискорення, виконуючий пристрій, дросель-регулятор, яка відрізняється тим, що в неї введені гідромеханічний пристрій для вимірювання температури на вході в двигун, диференційний датчик тиску, плунжерний насос-регулятор, обчислювальний пристрій, первинні перетворювачі вихідних сигналів з датчиків, пристрій формування сигналу зворотного зв'язку, незворотний клапан та підсилювач потужності, електричні датчики кутової швидкості та кутового прискорення, виконуючий пристрій у вигляді електричного двигуна з редуктором, при цьому входи електричних датчиків кутової швидкості і кутового прискорення з'єднані з ротором газотурбінного двигуна, вихід електричного датчика куто U 2 57305 1 3 тора, досягнення можливості використання широкого спектру законів управління, що забезпечує отримання необхідних показників якості в нестаціонарних умовах, зменшення маси і габаритів агрегатів системи регулювання. Поставлена задача вирішується тим, що в систему регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна, відповідно до корисної моделі, введені гідромеханічний пристрій для вимірювання температури на вході в двигун, диференційний датчик тиску, плунжерний насосрегулятор, обчислювальний пристрій, первинні перетворювачі вихідних сигналів з датчиків, пристрій формування сигналу зворотного зв'язку, виконуючий пристрій у вигляді електричного двигуна з редуктором, незворотний клапан та підсилювач потужності, а механічні вимірювачі кутової швидкості і кутового прискорення замінені електричними датчиками кутової швидкості та кутового прискорення. Суть корисної моделі пояснюється кресленням на Фіг.1, де наведена функціональнокінематична схема системи регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна та на Фіг.2, де наведена структурно-функціональна схема системи. Система регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна містить: об'єкт управління - газотурбінний двигун 1, вал 2 ротора якого з'єднаний з агрегатами - підкачуючим насосом 3, плунжерним насосом-регулятором 4, вимірювачами - електричним датчиком 5 кутової швидкості, електричним датчиком 6 кутового прискорення. Для вимірювання кутової швидкості використовується індукційний датчик 5, який працює по принципу підрахунку періодів вихідної напруги [Э.П. Осадчий и др. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М.: Машиностроение, 1979, стр.243, 244, рис.9.26], для вимірювання кутового прискорення - індуктивний датчик 6 [Э.П. Осадчий и др. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М.: Машиностроение, 1979, стр.244, 245, рис.9.28]. Вихід електричного датчика 5 кутової швидкості з'єднаний з першим первинним перетворювачем 7 сигналу, вихід якого з'єднаний з першим входом обчислювального пристрою 9, вихід електричного датчика 6 кутового прискорення через другий первинний перетворювач сигналу 8 з'єднаний з другим входом обчислювального пристрою 9. В системі встановлено гідромеханічний пристрій для вимірювання температури повітря на вході в двигун, яка містить полу спіраль 10 та полу трубку 11, що заповнені рідиною, сильфони 12 і 13 та диференційний датчик тиску 14, який зв'язаний через третій первинний перетворювач сигналу 15 з третім входом обчислювального пристрою 9. На четвертий вхід 16 обчислювального пристрою 9 подається задаюча дія від ручки керування двигуном. Вихід обчислювального пристрою 9 з'єднаний з підсилювачем потужності 17, який послідовно з'єднаний з електричним двигуном 18, редуктором 19, перший вихід якого зв'язаний з керуючим входом дроселя-регулятора 21, другий вихід редуктора 19 через пристрій формування сигналу зворотного зв'язку 20 з'єднаний з п'ятим входом обчислюва 57305 4 льного пристрою 9, другий вихід дроселярегулятора 21 за допомогою магістралі 22 зв'язаний з першим входом витратного бака пального 24, другим входом якого є магістраль пального 23, вихід витратного баку горючого 24 з'єднаний за допомогою магістралі 25 з входом підкачуючого насосу 3. Перший вихід підкачуючого насосу 3 за допомогою магістралі 26, з'єднаний з гідравлічним входом дроселя-регулятора 21, другий вихід підкачуючого насосу 3 за допомогою магістралі 27 з'єднаний з першим входом плунжерного насосарегулятора 4, вихід якого з'єднаний з магістраллю форсунок 29, перший вихід дроселя-регулятора 21 через незворотній клапан 28 з'єднаний з магістраллю форсунок 29, яка в свою чергу з'єднана з форсунками камери згоряння 30. В структуру плунжерного насоса-регулятора 4 входять: баростат 31 та датчик тиску палива 32. Система регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна працює в такий спосіб. При відхиленні частоти обертання ротора газотурбінного двигуна від значення, обумовленого задаючою дією від ручки керування двигуном, яка визначається четвертим входом 16 обчислювального пристрою 9, за допомогою датчиків кутової швидкості 5 і кутового прискорення 6 формуються сигнали пропорційні кутовій швидкості та кутовому прискоренню обертання ротора. Ці сигнали подаються на первинні перетворювачі сигналів 7 і 8, далі на обчислювальний пристрій 9, за допомогою якого, у відповідності до певних алгоритмів, формується керуючий сигнал. Використання гідромеханічного пристрою для вимірювання температури на вході в двигун, в який входить диференційний датчик тиску 14, дозволяє враховувати в законі управління температуру повітря на вході в компресор. Сформований сигнал управління поступає на підсилювач потужності 17, далі на виконавчий орган у вигляді електричного двигуна 18. За допомогою редуктора 19 змінюється стан дроселярегулятора, в результаті чого регулюється витрата палива в магістраль форсунок 29. Секундна витрата палива визначається тиском на гідравлічному вході дроселя-регулятора 21. Для стабілізації витрати пального служить плунжерний насосрегулятор 4, який працює по замкненій схемі в якості регулятора витрати палива, а по відношенню до числа обертів ротора двигуна він працює по розімкненій схемі. Згідно з функціонально-кінематичною схемою наведеною, на Фіг.1, можна представити структурно-функціональну схему системи регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна (Фіг.2). Згідно з цими схемами виділяють наступні контури регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна: перший - контур регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна, що включає газотурбінний двигун 1, вал ротора газотурбінного двигуна 2, електричний датчик кутової швидкості 5, електричний датчик кутового прискорення 6, первинні перетворювачі сигналу 7 і 8, обчислювальний пристрій 9, підсилювач потужності 17, електричний двигун 18, редуктор 19, дросель-регулятор 21, незворотній кла 5 57305 пан 28, магістраль форсунок 29, форсунки камери згоряння 30. Функціонування першого контуру пояснюється тим, що при відхиленні частоти обертання ротора газотурбінного двигуна від значення задаючої дії, яка визначається четвертим входом 16 обчислювального пристрою 9, за допомогою датчиків кутової швидкості 5, кутового прискорення 6 формуються сигнали пропорційні кутовій швидкості та кутовому прискоренню обертання ротора. Ці сигнали подаються на первинні перетворювачі сигналу 7 і 8, далі на обчислювальний пристрій 9, за допомогою якого формується керуючий сигнал. Також при формуванні керуючого сигналу додатково враховується сигнал з гідромеханічного пристрою для вимірювання температури на вході в двигун. Сформований сигнал управління поступає на підсилювач потужності 17, далі на виконавчий орган у вигляді двигуна 18, за допомогою редуктора 19 змінюється положення дроселя-регулятора, в результаті чого змінюється витрата палива в магістраль форсунок 29. В залежності від секундної витрати пального в форсунки камери згоряння, змінюється частота обертання ротора газотурбінного двигуна. Другий контур включає плунжерний насос-регулятор 4, форсунки камери згоряння 30. Цей контур працює по замкнутій схемі в якості регулятора витрати палива, а по відношенню до числа обертів ротора двигуна він працює по розімкненій схемі. Один з варіантів закону управління для схеми регулювання частоти обертання ротора газотурбінного двигуна приведений в рівнянні 1:  U  K1    K 2    K 3 T  K 4   dt  K 5   Tdt  K 6 де K1,K2,K3 - коефіцієнти закону управління;  - кутова швидкість обертання ротора газотурбінного двигуна, град/с;   - кутове прискорення обертання ротора газотурбінного двигуна, град/с2; T - температура на вході в компресор. Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 d2  dt2   (1) Таким чином, за рахунок запропонованої системи підвищується надійність і точність регулятора частоти обертання газотурбінного двигуна, збільшується ресурс регулятора, досягнена можливість використання широкого спектру законів управління, що забезпечує отримання необхідних показників якості в нестаціонарних умовах, зменшується маса і габарити агрегатів системи регулювання. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601