Пристрій керування механізацією компресора газотурбінного двигуна

Реферат: Пристрій керування механізацією компресора газотурбінного двигуна (ГТД) має датчики частоти обертання турбокомпресора (ТК) двигуна та температури повітря на вході в двигун, лічильновирішуючий пристрій для формування величини приведеної частоти обертання ТК, і обчислення по заданих законах в залежності від приведеної частоти обертання ТК заданих положень направляючих апаратів (ПНА), що регульовані, і клапанів перепуску повітря (КПП), вимірювач фактичного положення ПНА та КПП, механізм порівняння фактичних положень (ПНА) та (КПП) із заданим, формувач керуючого впливу на приводи ПНА та КПП доки фактичні положення ПНА та КПП не стануть такими, що дорівнюють заданим. Лічильно-вирішуючий пристрій виконаний у вигляді об'ємного кулачка із записаною на ньому приведеною дросельною характеристикою двигуна, один із входів якого поєднаний із дозатором палива в камеру згоряння двигуна, другий - із датчиком тиску повітря на вході в двигун, вихід - поєднаний із датчиком поєднання ПНА та КПП, при цьому пристрій додатково має коректор положення ПНА та КПП за величиною виміряної частоти обертання ТК двигуна. UA 116438 U (12) UA 116438 U UA 116438 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі авіаційного двигунобудування і може бути використана в електронно-гідромеханічних і гідромеханічних системах автоматичного керування (САК) газотурбінними двигунами (ГТД). Відомі пристрої керування механізацією компресора ГТД за приведеною частотою обертання турбокомпресора (ТК) і за ступенем стиснення повітря в компресорі двигуна [Шевляков А.А. "Теорія автоматичного керування силовими установками літальних апаратів", М.: Машинобудування, 1976 р.] Пристрій керування механізацією компресора ГТД за приведеною частотою обертання турбокомпресора (ТК) випливає з теорії лопаткових машин, однією з яких є осьовий компресор, тому є пріоритетним. В цьому випадку залежність між кутом установки регульованих направляючих лопаток компресора і приведеною частотою обертання ТК лінійна. Такі пристрої забезпечують оптимальне обтікання лопаток осьового компресора і високий ККД. Однак у зв'язку з тим, що при класичному способі формування приведеної частоти обертання ТК необхідно вимірювати температуру повітря на вході в двигун (N тк пр = N тк288,15/Tвx), де: N тк - частота обертання ТК двигуна; N тк пр - приведена частота обертання ТК двигуна; Т вх - температури повітря на вході в двигун, реалізація такого пристрою дуже ускладнена. Це пов'язано перш за все зі складністю передачі інформації в разі гідромеханічної реалізації пристрою від датчика температури, встановленого в повітрозабірник двигуна до пристрою управління механізацією компресора, виконаного, як правило, в складі насоса-регулятора двигуна із-за необхідності вимірювання частоти обертання ТК, який встановлюють в коробці приводів в середній частині двигуна. Тому, наприклад, на вертолітних двигунах сімейства ТВ3-117 всіх модифікацій є спеціальний повітропровід, по якому повітря від повітрозабірника надходить до насосарегулятора НР-3, що встановлений на коробці приводів двигуна, для обдування датчика температури. При цьому повітря природно нагрівається від гарячого двигуна, що викликає похибку при формуванні приведеної частоти обертання ТК двигуна. Також складним є пристрій формування наведеної частоти обертання ТК за раніше приведеною формулою. В даний час в електронно-гідромеханічних САК двигунів електронний регулятор управляє механізацією компресора двигуна, як правило, за приведеною частотою обертання ТК, а резервний гідромеханічний регулятор, що підключається до управління при знеструмленні або відмові електронного регулятора, управляє механізацією компресора, як правило, за ступенем стиснення повітря в компресорі двигуна πк= Рк/Рвх, де: Рк - тиск повітря за компресором двигуна. Такий пристрій реалізується простіше, але має ряд недоліків в порівнянні з керуванням механізацією компресора за приведеною частотою обертання ТК, пов'язаних насамперед з підвищеною похибкою в зв'язку з нелінійністю залежності πк від N тк пр, розшаруванням πк по висоті польоту літального апарата і падінням πк при відборах повітря від компресора на потреби двигуна і літального апарату в той час як приведена частота обертання ТК двигуна при збереженні потужності зростає. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляють, за призначенням, технічною суттю і результату, що досягають при використанні, є пристрій механізації компресора ГТД, що містить датчики частоти обертання турбокомпресора (ТК) двигуна і температури повітря на вході в двигун, лічильно-вирішальний пристрій для формування величини приведеної частоти обертання ТК і обчислення по заданих законах залежно від приведеної частоти обертання ТК заданих положень регульованих направляючих апаратів (РНА) і клапанів перепуску повітря (КПП), вимірювач фактичного положення РНА і КПП, механізм порівняння фактичних положень РНА і КПП з заданими, формувач керуючого впливу на приводи РНА і КПП доки фактичні положення РНА і КПП не стануть рівні заданим [см. Опис винаходу до патенту № 2 514463 С2 (RU) "Спосіб управління механізацією компресора газотурбінного двигуна", М.кл … F04D 27/00]. Пристрій, що використаний для реалізації способу, забезпечує безпомпажну роботу багатоступінчатого компресора ГТД і його високий ККД. Недоліком пристрою є складність вимірювання температури повітря у вхідному пристрої двигуна в гідромеханічних системах автоматичного управління (САК), а також в резервних регуляторах електронно-гідромеханічних САК ГТД. Це пов'язано з досить великим обсягом гідромеханічних (механічних) датчиків температури, що затінюють потік повітря у вхідному пристрої, а також з труднощами доведення сигналу до гідромеханічного регулятора. 1 UA 116438 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Тому метою технічного рішення, що заявляють, є зниження вартості і підвищення надійності роботи системи керування шляхом формування величини приведеної частоти обертання ТК шляхом доступних параметрів двигуна. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій керування механізацією компресора ГТД додатково введений лічильно-вирішальний пристрій, виконаний у вигляді об'ємного кулачка із записаною на ньому приведеною дросельною характеристикою двигуна, один з входів якого з'єднаний з дозатором палива в камеру згоряння (КЗ) двигуна, другий - з датчиком тиску повітря на вході в двигун, за яким здійснюється приведення витрати палива до стандартної атмосфери на рівні моря (Р0=0,1013 МПа), а вихід - із задатчиком положень РНА і КПП, а також додатково введений коректор положення РНА та КПП за величиною виміряної частоти обертання ТК двигуна. Розрахунки показують, що відхилення приведеної частоти обертання ТК від частоти, знайденої за приведеною дросельною характеристикою двигуна по витраті палива в КЗ, що не приведеною по температурі повітря на вході в двигун, пропорційне відхиленню фізичної (виміряної) частоти ТК від частоти, що знайдена за приведеною дросельною характеристикою. Тому можна записати формулу визначення приведеної частоти обертання ТК двигуна за приведеною дросельною характеристикою двигуна без вимірювання температури повітря на вході в двигун в наступному вигляді: дх дх N тк пр=N тк +A (N тк -N тк), дх де N тк - частота обертання ТК двигуна, що знайдена за приведеною дросельною характеристикою двигуна; А - коефіцієнт корекції, що залежить від характеру дросельної характеристики двигуна. На кресл. представлена схема пристрою керування механізацією компресора двигуна. Пристрій містить об'ємний кулачок 1 із записаною на ньому приведеною дросельною характеристикою двигуна, з'єднаний з дозатором палива 2 в КЗ двигуна, датчиком 3 тиску повітря на вході в двигун, коректором 4 і суматором 6. Коректор 4 поєднаний з датчиком 5 частоти обертання ТК двигуна і з суматором 6, що сполучений з формувачем 7 заданих положень РНА і КПП, який в свою чергу з'єднаний з механізмом 8 формування керуючих впливів на привід и РНА і КПП, який пов'язаний Прямими та оберненими зв'язками з приводами 9 РНА та КПП. Пристрій працює наступним чином: об'ємний кулачок 1 отримує інформацію про величину витрати палива в КЗ від дозатора 2, використовуючи інформацію від датчика 3 тиску повітря на вході в двигун, що дорівнює Р0=0,1-13 Мпа, рівній 288,15К і передає її в коректор 4 і в суматор 6. Датчик 5 вимірює величину фактичної частоти обертання ТК і передає її в коректор 4, який віднімає з частоти, знайденої за наведеною дросельної характеристиці двигуна, фактичну частоту обертання ТК, отриману величину примножує на коефіцієнт корекції А, і результат передає на суматор 6. Суматор 6 сумує величину частоти, яка одержана від об'ємного кулачка з величиною корекції, яка одержана від коректора 4, одержує істину величину приведеної частоти обертання ТК двигуна і передає її до формувача 7, який за заданими законами формує задані положення КНА і КПП, передає цю інформацію механізму формування 8 керуючих дій на привід РНА та КПП, який додатково одержує фактичні визначення РНА та КПП, порівнює їх із заданими, по величині розузгодження формує керуючий вплив на виконуючі механізми доки фактичні положення РНА та КПП не стануть рівні заданим. Як видно з викладу суті заявлюваного технічного рішення, воно має новизну, має винахідницький рівень і є промислово придатне. Пропоноване технічне рішення забезпечує формування приведеної частоти обертання ТК двигуна, в залежності від якої керується механізація компресора, шляхом використання приведеної дросельної характеристики двигуна без вимірювання температури повітря на вході в двигун, що знижує вартість пристрою і підвищує його надійність. Описаний вище пристрій механізації компресора ГТД пройшов випробування в складі насоса-регулятора НР3000 на двигуні ТВЗ-117ВМА-СБМ1В 1 серія і показав результати, що відповідають заданим вимогам. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Пристрій керування механізацією компресора газотурбінного двигуна (ГТД), що має датчики частоти обертання турбокомпресора (ТК) двигуна та температури повітря на вході в двигун, лічильно-вирішуючий пристрій для формування величини приведеної частоти обертання ТК, і обчислення по заданих законах в залежності від приведеної частоти обертання ТК заданих положень направляючих апаратів (ПНА), що регульовані, і клапанів перепуску повітря (КПП), 2 UA 116438 U 5 вимірювач фактичного положення ПНА та КПП, механізм порівняння фактичних положень (ПНА) та (КПП) із заданим, формувач керуючого впливу на приводи ПНА та КПП доки фактичні положення ПНА та КПП не стануть такими, що дорівнюють заданим, який відрізняється тим, що лічильно-вирішуючий пристрій виконаний у вигляді об'ємного кулачка із записаною на ньому приведеною дросельною характеристикою двигуна, один із входів якого поєднаний із дозатором палива в камеру згоряння двигуна, другий - із датчиком тиску повітря на вході в двигун, вихід поєднаний із датчиком поєднання ПНА та КПП, при цьому пристрій додатково має коректор положення ПНА та КПП за величиною виміряної частоти обертання ТК двигуна. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3