RU2795359C1 - Method for controlling inlet guide vane of a gas turbine engine compressor - Google Patents
Method for controlling inlet guide vane of a gas turbine engine compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795359C1 RU2795359C1 RU2022127112A RU2022127112A RU2795359C1 RU 2795359 C1 RU2795359 C1 RU 2795359C1 RU 2022127112 A RU2022127112 A RU 2022127112A RU 2022127112 A RU2022127112 A RU 2022127112A RU 2795359 C1 RU2795359 C1 RU 2795359C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- gas turbine
- guide vane
- turbine engine
- electronic
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиационного газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления с гидромеханическим резервированием.The invention relates to the field of aviation gas turbine engine building and can be used in electronic automatic control systems with hydromechanical redundancy.
В настоящее время все одно- и двухвальные газотурбинные двигатели имеют системы регулирования направляющих аппаратов в компрессоре для обеспечения его газодинамической устойчивости и повышения КПД на нерасчетных режимах.Currently, all single- and two-shaft gas turbine engines have control systems for guide vanes in the compressor to ensure its gas-dynamic stability and increase efficiency in off-design modes.
Известен способ управления газотурбинной установкой, заключающийся в том, что по измеренной частоте вращения ротора двигателя и температуре воздуха на входе в двигатель формируют значение приведенной частоты вращения ротора двигателя, по ней, по известной зависимости формируют заданное положение лопаток направляющего аппарата компрессора двигателя, сравнивают его с измеренным (фактическим) положением лопаток направляющего аппарата, по величине рассогласования между заданным и измеренным положениями направляющего аппарата формируют управляющее воздействие на привод лопаток направляющего аппарата компрессора; кроме того, на работающем двигателе сравнивают рассогласование между заданным и измеренным положениями направляющего аппарата с первой и второй наперед заданными величинами, если рассогласование становится предельным в зависимости от ситуации выполняют нормальный или экстренный останов газотурбинной установки. (RU 2 454 557 С2).There is a known method for controlling a gas turbine plant, which consists in the fact that according to the measured speed of the engine rotor and the air temperature at the engine inlet, the value of the reduced speed of the engine rotor is formed, according to it, according to the known dependence, the specified position of the blades of the guide vane of the engine compressor is formed, compared with the measured (actual) position of the guide vane blades, by the magnitude of the mismatch between the specified and measured positions of the guide vane, form a control action on the drive of the guide vane blades of the compressor; in addition, with the engine running, the mismatch between the specified and measured positions of the guide vane is compared with the first and second predetermined values, if the mismatch becomes limiting, depending on the situation, a normal or emergency shutdown of the gas turbine plant is performed. (RU 2 454 557 С2).
Недостатком аналога является то, что при выявленной неисправности в управлении направляющим аппаратом компрессора осуществляется останов, что приводит к полной потере мощности газотурбинной установки. The disadvantage of analog is that if a malfunction is detected in the control of the compressor guide vane, a shutdown is carried out, which leads to a complete loss of power of the gas turbine plant.
Известен способ управления газотурбинным двигателем, заключающийся в том, что по измеренному положению рычага управления двигателем, измеренной частоте вращения ротора двигателя и другим параметрам двигателя формируют управляющее воздействие на расход топлива в камеру сгорания, по измеренной частоте вращения ротора двигателя и температуре воздуха на входе в двигатель, формируют значение приведенной частоты вращения ротора двигателя, формируют заданное положение лопаток направляющего аппарата компрессора двигателя, определяют положение лопаток направляющего аппарата компрессора и сравнивают их с заданными, по величине рассогласования между заданным и фактическим положениями лопаток, формируют управляющее воздействие на привод лопаток направляющего аппарата компрессора, при этом в случае, если в процессе приемистости двигателя рассогласование между заданным и фактическим положениями направляющего аппарата превысило наперед заданную величину, определяемую по результатам испытаний двигателя на запас газодинамической устойчивости компрессора, ограничивают темп изменения расхода топлива (RU 2 379 534 С2). A known method of controlling a gas turbine engine, which consists in the fact that according to the measured position of the engine control lever, the measured rotational speed of the engine rotor and other engine parameters, a control action is formed on the fuel consumption in the combustion chamber, according to the measured rotational speed of the engine rotor and the air temperature at the engine inlet , form the value of the reduced speed of the engine rotor, form the specified position of the blades of the guide vane of the engine compressor, determine the position of the blades of the guide vane of the compressor and compare them with the given ones, by the magnitude of the mismatch between the given and actual positions of the blades, form a control action on the drive of the guide vanes of the compressor, at the same time, if in the process of engine injectivity the mismatch between the given and actual positions of the guide vane exceeded the predetermined value determined by the results of testing the engine for the gas-dynamic stability margin of the compressor, the rate of change in fuel consumption is limited (RU 2 379 534 C2).
Недостатком данного аналога и ему подобных способов (RU 2 490 492 С1, RU 2 653 262 C2) является то, что в случае неисправности канала управления положением лопаток компрессора, например, из-за отказа датчика положения лопаток или отклонений в работе исполнительной части контура регулирования положением лопаток, возможно существенное рассогласование между заданным и фактическим положениями лопаток, что приведет к ограничению темпа изменения расхода топлива, а значит произойдет увеличение времени приёмистости двигателя, т.е. недобор тяги в динамике. В ряде случае, например, при уходе самолета на второй круг, такое недопустимо.The disadvantage of this analog and similar methods (
Известен способ управления газотурбинным двигателем (ГТД) (RU 2379534 C2), который выбран за прототип и заключающийся в том, что по измеренной частоте вращения ротора двигателя и температуре воздуха на входе в двигатель формируют значение приведенной частоты вращения ротора двигателя, по приведенной частоте формируют заданное положение лопаток направляющего аппарата компрессора двигателя, сравнивают его с измеренным (фактическим) положением лопаток направляющего аппарата, по величине рассогласования между заданным и измеренным положениями направляющего аппарата в электронном блоке (электронном регуляторе двигателя) формируют управляющее воздействие на привод лопаток направляющего аппарата компрессора; при этом формируют величину расчетного положения лопаток направляющего аппарата, сравнивают расчетное положение лопаток направляющего аппарата с измеренным положением лопаток направляющего аппарата, и, если разница между ними больше наперед заданной величины, формируют сигнал «отказ канала управления направляющего аппарата» и переводят управление на гидромеханический регулятор.A known method for controlling a gas turbine engine (GTE) (RU 2379534 C2), which is selected as a prototype and consists in the fact that the measured speed of the engine rotor and the air temperature at the engine inlet form the value of the reduced speed of the engine rotor, the given frequency is used to form the specified the position of the guide vanes of the engine compressor is compared with the measured (actual) position of the guide vanes, by the magnitude of the mismatch between the specified and measured positions of the guide vanes in the electronic unit (electronic engine controller), a control action is formed on the drive of the guide vanes of the compressor; at the same time, the value of the calculated position of the guide vanes is formed, the calculated position of the guide vanes is compared with the measured position of the guide vanes, and, if the difference between them is greater than the predetermined value, the signal "failure of the guide vane control channel" is generated and control is transferred to the hydromechanical regulator.
К недостаткам прототипа относится:The disadvantages of the prototype include:
- низкий уровень диагностирования (контролепригодности) контура управления положением лопаток компрессора ГТД, что приводит к снижению отказоустойчивости электронной системы в целом. Данный недостаток особенно неприемлем для электронного регулятора двухканальной конструкции, когда из-за возможного отклонения в формировании управляющего электрического сигнала работающего канала электронного регулятора происходит отключение электронной системы полностью;- low level of diagnostics (testability) of the GTE compressor blade position control circuit, which leads to a decrease in the fault tolerance of the electronic system as a whole. This drawback is especially unacceptable for an electronic regulator of a two-channel design, when, due to a possible deviation in the formation of the control electrical signal of the operating channel of the electronic regulator, the electronic system is completely turned off;
- пониженная эффективность работы ГТД при его управлении с помощью резервного регулятора после выявления отказа электронной системы.- reduced efficiency of the gas turbine engine when it is controlled by a backup regulator after a failure of the electronic system is detected.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и не может быть реализовано при использовании прототипа, является отсутствие дифференцированного подхода к выявлению и парированию возможных неисправностей канала управления положением лопаток компрессора ГТД.The technical problem, the solution of which is provided by the implementation of the present invention, and cannot be implemented using the prototype, is the lack of a differentiated approach to identifying and parrying possible malfunctions of the channel for controlling the position of the GTE compressor blades.
Техническим результатом изобретения является повышение контролепригодности (полноты диагностирования) контура управления положением лопаток компрессора ГТД с помощью электронного регулятора двухканальной конструкции за счет введения внутренней обратной связи по контролю электрического управляющего сигнала электронного регулятора. При этом обеспечивается своевременное выявление неисправности (отказа) канала управления и недопущение отклонения лопаток направляющего аппарата компрессора до критических значений, которые свойственны прототипу.The technical result of the invention is to increase the controllability (completeness of diagnosis) of the GTE compressor blade position control loop using an electronic regulator of a two-channel design by introducing internal feedback to control the electric control signal of the electronic regulator. This ensures timely detection of a malfunction (failure) of the control channel and prevention of deviation of the compressor guide vanes to critical values that are characteristic of the prototype.
Технический результат достигается тем, что в заявленном способе управления ГТД, заключающемся в том, что по измеренной частоте вращения ротора двигателя и температуре воздуха на входе в двигатель формируют значение приведенной частоты вращения ротора двигателя, по приведенной частоте формируют заданное положение лопаток направляющего аппарата компрессора двигателя, сравнивают его с измеренным (фактическим) положением лопаток направляющего аппарата, по величине рассогласования между заданным и измеренным положениями направляющего аппарата, формируют управляющее воздействие на привод лопаток направляющего аппарата компрессора, а также сравнивают заданное (расчетное) положение лопаток направляющего аппарата с измеренным положением лопаток направляющего аппарата, и, если разница между ними больше наперед заданной величины, формируют сигнал «отказ канала управления направляющего аппарата» и переводят управление на резервный (гидромеханический) регулятор, дополнительно применяют электронный регулятор двухканальной конструкции, содержащий основной (работающий) и дублирующий канал, в основном и дублирующем каналах электронного регулятора определяют фактическое и расчетное значение величины электрического управляющего сигнала из электронного регулятора на электрогидропреобразователь контура управления положением лопаток направляющего аппарата компрессора, формируют первый Δ1 и второй Δ2 наперед заданный допустимый диапазон изменения электрического управляющего сигнала из электронного регулятора, Δ1 ˂ Δ2 , при этом если рассогласование (разница) между фактическим и расчетным значениями величины электрического управляющего сигнала из основного (работающего) канала электронного регулятора превысит Δ1 на время τ1 и более, то производят отключение основного канала и подключение дублирующего канала электронного регулятора, и если, затем рассогласование между фактическим и расчетным значениями величины электрического управляющего сигнала из дублирующего канала электронного регулятора превысит Δ1 на время τ1 и более, то производят отключение дублирующего канала и переводят управление ГТД на резервный (гидромеханический) регулятор, кроме того, если рассогласование между расчетными значениями величин электрического управляющего сигнала основного и дублирующего канала электронного регулятора превысит Δ2 на время τ2 и более, то производят отключение электронного регулятора и переводят управление ГТД на гидромеханический (резервный) регулятор.The technical result is achieved by the fact that in the claimed method of controlling the gas turbine engine, which consists in the fact that, according to the measured speed of the engine rotor and the air temperature at the engine inlet, the value of the reduced speed of the engine rotor is formed, according to the reduced frequency, the specified position of the blades of the guide vane of the engine compressor is formed, it is compared with the measured (actual) position of the guide vanes by the magnitude of the mismatch between the given and measured positions of the guide vane, a control action is formed on the drive of the guide vanes of the compressor, and the specified (calculated) position of the guide vanes is compared with the measured position of the guide vanes , and, if the difference between them is greater than a predetermined value, a signal "failure of the guide vane control channel" is generated and control is transferred to the backup (hydromechanical) controller, an electronic controller of a two-channel design is additionally used, containing the main (working) and backup channel, mainly and in the redundant channels of the electronic regulator, the actual and calculated value of the electric control signal from the electronic regulator to the electro-hydraulic converter of the control circuit for the position of the compressor guide vanes is determined, the first Δ1 and the second Δ2 are formed in advance of the predetermined allowable range of change of the electric control signal from the electronic regulator, Δ1 ˂ Δ2 , while if the mismatch (difference) between the actual and calculated values of the electrical control signal from the main (working) channel of the electronic regulator exceeds Δ1 for a time τ 1 or more, then the main channel is turned off and the backup channel of the electronic regulator is connected, and if, then the mismatch between the actual and the calculated values of the electrical control signal from the backup channel of the electronic regulator exceeds Δ1 for a time τ 1 or more, then the backup channel is turned off and the control of the gas turbine engine is transferred to the backup (hydromechanical) regulator, in addition, if the mismatch between the calculated values of the electrical control signal of the main and the backup channel of the electronic regulator exceeds Δ2 for a time τ 2 or more, then the electronic regulator is turned off and the control of the gas turbine engine is transferred to the hydromechanical (backup) regulator.
Кроме того, согласно изобретению, в качестве значения времени τ1 и τ2 используют численное значение равное 0,1 с.In addition, according to the invention, a numerical value equal to 0.1 s is used as the time value τ 1 and τ 2 .
Кроме того, согласно изобретению, в качестве первого наперед заданного допустимого диапазона Δ1 используют численное значение равное примерно одной шестой всего диапазона изменения электрического управляющего сигнала из электронного регулятора на электрогидропреобразователь контура управления положением лопаток направляющего аппарата компрессора.In addition, according to the invention, as the first predetermined allowable range Δ1, a numerical value is used equal to approximately one sixth of the entire range of changes in the electrical control signal from the electronic regulator to the electro-hydraulic converter of the compressor guide vane position control loop.
Кроме того, согласно изобретению, в качестве второго наперед заданного допустимого диапазона Δ2 используют численное значение равное примерно одной четвертой всего диапазона изменения электрического управляющего сигнала из электронного регулятора на электрогидропреобразователь контура управления положением лопаток направляющего аппарата компрессора.In addition, according to the invention, as the second predetermined allowable range Δ2, a numerical value is used equal to approximately one fourth of the entire range of changes in the electrical control signal from the electronic regulator to the electro-hydraulic converter of the compressor guide vane position control loop.
На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ. Устройство содержит блок 1 электрических датчиков параметров ГТД, электронный регулятор 2, блок 3 механических и гидромеханических датчиков параметров ГТД, гидромеханический регулятор 4, ГТД 5 с регулируемым положением лопаток направляющего аппарата компрессора.In FIG. 1 shows a diagram of a device that implements the proposed method. The device comprises a
Блок 1 представляет собой совокупность электрических датчиков и сигнализаторов, которые обеспечивают измерение положения рычага управления двигателем и внешних параметров условий полета (температура и давление воздуха на входе в ГТД Твх*, Рвх*), измерение параметров рабочего процесса ГТД 5 (частота вращения ротора высокого nвд и ротора низкого nнд давлений, давление воздуха за компрессором Рк*, температура газов за турбиной Тг двигателя и др.), измерение положения лопаток направляющего аппарата компрессора, положение иных элементов ГТД 5 и самолета. Выходные сигналы датчиков блока 1 поступают на вход электронного регулятора 2.
Электронный регулятор 2 ГТД 5 представляет специализированную цифровую вычислительную машину (на микропроцессорах), оснащенную устройствами ввода/вывода для получения входной информации, формирования управляющих воздействий на свои исполнительные элементы (электрогидропреобразователи, электромагниты) согласно заданным программам управления для обеспечения необходимого уровня тяги и надежной работы ГТД 5. Электронный регулятор состоит из двух идентичных каналов: основного – работающего 2.1, т.е. включенного в контур управления и дублирующего 2.2, находящегося в «горячем резерве». The
Электронный регулятор 2 также содержит систему встроенного контроля (не показана), предназначенную для своевременного выявления и парирования возникающих неисправностей электронного регулятора, электрических датчиков и электрических исполнительных механизмов. При выявлении недопустимого отказа основного канала система встроенного контроля автоматически отключает его и подключает дублирующий канал для управления ГТД 5, если затем произойдет отказ дублирующего канала, то система встроенного контроля отключит дублирующий канал и управление ГТД 5 перейдет на гидромеханический (резервный) регулятор.The
В системе встроенного контроля сформированы и зашиты в памяти запоминающего устройства первый Δ1 и второй Δ2 наперед заданные допустимые диапазоны изменения электрического управляющего сигнала из электронного регулятора, причем Δ1 ˂ Δ2. В основном и дублирующем каналах электронного регулятора система встроенного контроля измеряет фактическое и расчетное значение величины электрического управляющего сигнала из электронного регулятора по контуру управления положением лопаток направляющего аппарата компрессора, соответственно iф вна и iр вна. Конкретно под электрическим управляющим сигналом понимается электрический ток управления (iвна) на электрогидропреобразователь контура управления положением лопаток направляющего аппарата компрессора, в милиамперах.In the built-in control system, the first Δ1 and the second Δ2 are predetermined allowable ranges of change in the electrical control signal from the electronic regulator, and Δ1 ˂ Δ2, are formed and stored in the memory of the storage device. In the main and backup channels of the electronic regulator, the built-in control system measures the actual and calculated value of the electrical control signal from the electronic regulator along the control loop for the position of the compressor guide vanes, respectively i f vna and i p vna . Specifically, the electrical control signal refers to the electrical control current (i vna ) to the electro-hydraulic converter of the compressor guide vane position control circuit, in milliamps.
Если рассогласование между фактическим iф вна и расчетным iр вна значениями величины электрического управляющего сигнала из основного (работающего) канала электронного регулятора превысит Δ1 на время τ1 и более, то система встроенного контроля производит отключение основного канала и подключение дублирующего канала электронного регулятора. Если затем рассогласование между фактическим и расчетным значениями величины электрического управляющего сигнала из дублирующего канала электронного регулятора также превысит Δ1 на время τ1 и более, то производят отключение дублирующего канала и переводят управление ГТД на гидромеханический регулятор.If the mismatch between the actual i f vna and the calculated i p vna values of the electrical control signal from the main (operating) channel of the electronic regulator exceeds Δ1 for a time τ 1 or more, then the built-in control system turns off the main channel and connects the backup channel of the electronic regulator. If then the mismatch between the actual and calculated values of the electrical control signal from the backup channel of the electronic regulator also exceeds Δ1 for a time τ1 or more, then the backup channel is turned off and the GTE control is transferred to the hydromechanical regulator.
Если рассогласование между расчетными значениями iр вна величин электрического управляющего сигнала основного и дублирующего канала электронного регулятора превысит Δ2 на время τ2 и более, то производят отключение электронного регулятора и переводят управление ГТД на гидромеханический регулятор.If the mismatch between the calculated values of i p in the values of the electrical control signal of the main and backup channels of the electronic controller exceeds Δ2 for a time τ 2 or more, then the electronic controller is turned off and the control of the gas turbine engine is transferred to the hydromechanical controller.
Электронный регулятор 2 является основным устройством электронной системы управления ГТД. Примером такого устройства является двухканальный электронный регулятор двигателя РЭД-90 из состава турбореактивного двухконтурного двигателя ПС-90А для Ил-96-300 и Ту-214/-204. The
Блок 3 представляет собой совокупность механических и гидромеханических датчиков, которые обеспечивают измерение положения рычага управления двигателем, температуры воздуха на входе в ГТД Твх*, основных параметров рабочего процесса ГТД 5 (частоты вращения ротора высокого давления nвд, давления за компрессором и др.). Как правило, количество механических или гидромеханических датчиков существенно меньше количества датчиков электронной системы управления; их точность измерения параметров также ниже точности измерения электрическими датчиками.
Гидромеханический регулятор 4 предназначен для топливопитания, автоматического управления по заданным законам подачи топлива в камеру сгорания и управления геометрией компрессора ГТД 5 как по управляющим командам электронного регулятора 2, так и по собственным управляющим командам. Как правило, количество программ управления в резервном гидромеханическом регуляторе 4 существенно меньше количества программ управления, реализованных в электронном регуляторе 2. Из-за пониженной точности измерения параметров, меньшего количества программ управления, их упрощенности эффективность управления ГТД на гидромеханическом регуляторе ниже по сравнению с электронной системой управления.The
Конструктивно в гидромеханическом регуляторе 4 размещены типовые электрогидропреобразователи, которые осуществляют регулирование расхода топлива в камере сгорания и регулирование положения входного направляющего аппарата компрессора по командам из электронного регулятора 2. Так, электрический сигнал из электронного регулятора 2 с помощью электрогидропреобразователя 4.1 контура регулирования направляющего аппарата преобразуется в гидравлическую команду на перемещение гидроцилиндров привода направляющего аппарата.Structurally, in the
Примером электрогидропреобразователя 4.1 для управления положением входного направляющего аппарата является преобразователь сигналов типа ПС-7, широко применяемый в насосах-регуляторах НР-90 производства АО «ОДК-Стар», РФ.An example of an electro-hydraulic transducer 4.1 for controlling the position of the inlet guide vane is a signal converter of the PS-7 type, which is widely used in HP-90 pump regulators manufactured by ODK-Star JSC, Russia.
ГТД 5 – любой известный тип газотурбинного двигателя. Применительно к турбореактивным двухконтурным двигателям, его газогенератор содержит компрессор, камеру сгорания и турбину. Компрессор состоит из статора и ротора, образующих в собранном виде лопаточную машину осевого типа. Для расширения зоны устойчивой работы компрессора его входной направляющий аппарат выполнен регулируемыми и имеет механизм поворота лопаток, что позволяет изменять расход воздуха через компрессор и, таким образом, избежать помпажа, который мог бы возникнуть при срывном обтекании лопаток. GTE 5 - any known type of gas turbine engine. In relation to turbojet bypass engines, its gas generator contains a compressor, a combustion chamber and a turbine. The compressor consists of a stator and a rotor, which form an axial-type bladed machine when assembled. To expand the zone of stable operation of the compressor, its inlet guide vane is adjustable and has a mechanism for turning the blades, which allows you to change the air flow through the compressor and, thus, avoid surge that could occur during stall flow around the blades.
Поворот лопаток направляющего аппарата осуществляется по заданной программе Lвна = f (nвд пр), где Lвна – угол положения лопаток направляющего аппарата компрессора, nвд пр -приведенная частота вращения ротора двигателя, рассчитанная по известной формуле приведения к Твх*. Однако, специалистам в области управления двухконтурных двигателей ясно, что возможно регулирование положением лопаток направляющего аппарата компрессора по nвд, приведенной к температуре воздуха на входе в компрессор. В случае отказа электронного регулятора поворот лопаток компрессора осуществляется по команде из гидромеханического регулятора, обычно по релейной программе. The rotation of the guide vane blades is carried out according to a given program . However, it is clear to those skilled in the field of bypass engine control that it is possible to control the position of the compressor guide vanes according to n vp , reduced to the temperature of the air at the compressor inlet. In case of failure of the electronic regulator, the rotation of the compressor blades is carried out on command from the hydromechanical regulator, usually according to the relay program.
Как отмечалось выше поворот лопаток направляющего аппарата компрессора осуществляется с помощью силовых гидроцилиндров (не показаны) от гидромеханического регулятора 4, но возможно применение электрического привода. Измерение Lвна осуществляют с помощью электрических или механических датчиков.As noted above, the rotation of the compressor guide vanes is carried out using power hydraulic cylinders (not shown) from the
Способ осуществляется следующим образом. В процессе работы ГТД в электронном регуляторе 2 производят измерение частоты вращения ротора двигателя nвд, температуры воздуха на входе в двигатель Твх* и формируют значение приведенной частоты вращения ротора двигателя nвд пр. На основе имеющейся программы регулирования Lвна = f (nвд пр) в зависимости от текущего значения приведенной частоты nвд пр формируют уставочное (заданное) положение лопаток направляющего аппарата компрессора двигателя Lуст вна, сравнивают его с измеренным (фактическим) положением лопаток направляющего аппарата Lвна. По величине рассогласования между уставочным и измеренным положениями лопаток (Lуст вна - Lвна) формируют управляющее электрическое воздействие из электронного регулятора 2 на электрогидропреобразователь 4.1 гидромеханического регулятора 4 для минимизации этого рассогласования. The method is carried out as follows. During the operation of the gas turbine engine in the
При исправном состоянии всех элементов контура управления положением лопаток направляющего аппарата компрессора, а именно исправности основного и дублирующего каналов электронного регулятора, всех конструктивных элементов и модулей гидромеханического регулятора, в т.ч. электрогидропреобразователя управления положением лопаток; силовых гидроцилиндров привода, электрических и механических датчиков измерения Lвна, электрических линий связи и трубопроводных коммуникаций, и отсутствии превышений внешних воздействующих факторов, управляющее электрическое воздействие из электронного регулятора – как расчетное значение тока iр вна , так и фактическое значение тока iф вна - обычно находятся в пределах своих статистических норм. If all elements of the compressor guide vane position control loop are in good condition, namely, the main and backup channels of the electronic regulator are in good condition, all structural elements and modules of the hydromechanical regulator, incl. electrohydraulic converter for controlling the position of the blades; power hydraulic cylinders of the drive, electrical and mechanical sensors for measuring L out , electrical communication lines and pipeline communications, and the absence of excesses of external influencing factors, the control electrical action from the electronic regulator - both the calculated value of the current i r out , and the actual value of the current i f out - are usually within their statistical norms.
Однако, в случае неисправности, например, в результате облитерации (постепенном заиливании) командных золотников или при попадании частиц загрязнения в исполнительный механизм, значение величины электрического управляющего сигнала может существенно меняться как в статике, так и в динамике. Поскольку диапазоны изменений управляющих команд ограничены механическими упорами и не могут превышать определенный диапазон (например, от минус 30 ма на сбросе режима до плюс 30 ма на приемистости), это неизбежно ведет к рассогласованию между заданным и фактическим положением лопаток компрессора и последующему переходу на гидромеханический регулятор. Могут быть и другие причины, приводящие к несанкционированному изменению управляющего тока в работающем канале электронного регулятора, например, при «затирании» силовых гидроцилиндров также возможно смещение значений iф вна и iр вна для статических режимов работы ГТД.However, in the event of a malfunction, for example, as a result of obliteration (gradual silting) of the command spools or when contamination particles enter the actuator, the value of the electrical control signal can change significantly both statically and dynamically. Since the ranges of changes in control commands are limited by mechanical stops and cannot exceed a certain range (for example, from minus 30 mA at mode reset to plus 30 mA at throttle response), this inevitably leads to a mismatch between the set and actual position of the compressor blades and the subsequent transition to a hydromechanical regulator. . There may be other reasons leading to an unauthorized change in the control current in the operating channel of the electronic regulator, for example, when the power hydraulic cylinders are “mashed”, it is also possible to shift the values of i f ext and i r ext for static modes of operation of the gas turbine engine.
Если рассогласование между iф вна и iр вна из основного канала электронного регулятора превысит Δ1 на время τ1 и более, то система встроенного контроля производит отключение основного канала электронного регулятора и подключение его дублирующего канала. Таким образом, управление ГТД от электронного регулятора сохраняется.If the mismatch between i f out and i p out from the main channel of the electronic regulator exceeds Δ1 for a time τ 1 or more, then the built-in control system turns off the main channel of the electronic regulator and connects its backup channel. Thus, the control of the gas turbine engine from the electronic regulator is preserved.
Если затем рассогласование (iф вна - iр вна ) из дублирующего канала электронного регулятора также превысит Δ1 на время τ1 и более, то производят отключение дублирующего канала и переводят управление ГТД на гидромеханический регулятор.If then the mismatch (i f vna - i p vna ) from the backup channel of the electronic regulator also exceeds Δ1 for a time τ 1 or more, then the backup channel is turned off and the GTE control is transferred to the hydromechanical regulator.
В процессе работы ГТД в электронном регуляторе постоянно осуществляется сравнение расчетных значений iр вна основного и дублирующего канала электронного регулятора. В случае, если рассогласование между расчетными значениями iр вна основного и дублирующего канала электронного регулятора превысит Δ2 на время τ2 и более, то производят отключение электронного регулятора и переводят управление ГТД на гидромеханический регулятор. Такой подход с одной стороны позволяет максимально реализовать возможности двигателя при управлении электронным регулятором, с другой – не допускать опасных рассогласований между заданным и фактическим положением лопаток направляющего аппарата компрессора, и, таким образом, повысить надежность эксплуатации ГТД.During the operation of the gas turbine engine in the electronic regulator, the calculated values of i p are constantly compared to the main and backup channels of the electronic regulator. If the mismatch between the calculated values of i p on the main and backup channels of the electronic regulator exceeds Δ2 for a time τ 2 or more, then the electronic regulator is turned off and the GTE control is transferred to the hydromechanical regulator. On the one hand, this approach makes it possible to maximize the capabilities of the engine when controlling the electronic regulator, on the other hand, to prevent dangerous mismatches between the set and actual position of the compressor guide vanes, and thus increase the reliability of the gas turbine engine.
Заявляемый способ успешно апробирован в составе турбореактивного двухконтурного двигателя ПС-90А для самолетов Ту-204/-214 и Ил-96-300. Были полностью подтверждены функциональная работоспособность и эффективность способа управления входным направляющим аппаратом компрессора двигателя, оснащенным электронно-гидромеханической системой автоматического управления типа САУ-90.The inventive method has been successfully tested as part of the PS-90A bypass turbojet engine for Tu-204/-214 and Il-96-300 aircraft. The functional performance and efficiency of the method for controlling the inlet guide vane of the engine compressor, equipped with an electronic-hydromechanical automatic control system of the SAU-90 type, were fully confirmed.
В конструкции компрессора двигателя ПС-90А предусмотрено регулирование положением лопаток входного направляющего аппарата, статорных лопаток первой и второй ступени компрессора высокого давления. Для повышения эффективности управления применяют программу регулирования положением лопаток направляющего аппарата компрессора по nвд, приведенной к температуре воздуха на входе в компрессор.The design of the compressor of the PS-90A engine provides for the regulation of the position of the inlet guide vanes, stator blades of the first and second stages of the high-pressure compressor. To improve the efficiency of control, a program is used to control the position of the compressor guide vanes according to n vd , reduced to the air temperature at the compressor inlet.
Принимая во внимание, что рабочий диапазон изменения тока iф вна электрогидропреобразователя типа ПС-7 контура управления положением лопаток направляющего аппарата в САУ-90 составляет величину 60 ма (от минус 30 ма на сбросе режима до плюс 30 ма на приемистости), то численное значение Δ1 составило 10 ма, а численное значение Δ2 составило 15 ма. В частности, выбранное значение Δ1 позволило оптимально сохранить управление ГТД от электронного регулятора, без перехода на резервное управление от гидромеханического регулятора. Введение контроля по критерию Δ2 увеличило полноту и глубину диагностики контура управления положением лопаток направляющего аппарата в целом.Taking into account that the operating range of current change i f vna of the PS-7 electrohydraulic converter of the guide vane position control circuit in SAU-90 is 60 mA (from minus 30 mA at mode reset to plus 30 mA at injectivity), then the numerical value Δ1 was 10 ma, and the numerical value of Δ2 was 15 ma. In particular, the chosen value of Δ1 made it possible to optimally maintain the control of the gas turbine engine from the electronic regulator, without switching to backup control from the hydromechanical regulator. The introduction of control according to the criterion Δ2 increased the completeness and depth of diagnostics of the control loop for the position of the guide vanes as a whole.
Таким образом, предлагаемое изобретение с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, устанавливает дифференцированный подход к выявлению и парированию возможных неисправностей канала управления положением лопаток компрессора ГТД.Thus, the proposed invention with the above distinctive features, together with the known features, establishes a differentiated approach to identifying and parrying possible malfunctions of the GTE compressor blade position control channel.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2795359C1 true RU2795359C1 (en) | 2023-05-03 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817573C1 (en) * | 2023-10-25 | 2024-04-16 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for diagnosing and countering failures of sensors of controlled parameters of two-channel electronic automatic control system of gas turbine engine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2379534C2 (en) * | 2008-01-28 | 2010-01-20 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Method to control gas turbine engine |
| RU2599079C1 (en) * | 2015-05-06 | 2016-10-10 | Юрий Семенович Тверской | Method of air flow rate control in a compressor of gas-turbine plants of a binary power unit and device for implementation thereof |
| RU2696516C1 (en) * | 2018-10-10 | 2019-08-02 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Control method of two-shaft gas turbine engine with adjustable guide vanes of compressor and fan |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2379534C2 (en) * | 2008-01-28 | 2010-01-20 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Method to control gas turbine engine |
| RU2599079C1 (en) * | 2015-05-06 | 2016-10-10 | Юрий Семенович Тверской | Method of air flow rate control in a compressor of gas-turbine plants of a binary power unit and device for implementation thereof |
| RU2696516C1 (en) * | 2018-10-10 | 2019-08-02 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Control method of two-shaft gas turbine engine with adjustable guide vanes of compressor and fan |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817573C1 (en) * | 2023-10-25 | 2024-04-16 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for diagnosing and countering failures of sensors of controlled parameters of two-channel electronic automatic control system of gas turbine engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4230356B2 (en) | Method and apparatus for applying an acceleration plan to a gas turbine engine control system | |
| US20170175646A1 (en) | Method and system for stall margin modulation as a function of engine health | |
| JP2005509794A5 (en) | ||
| US10161317B2 (en) | Gas-turbine control device, gas turbine, and gas-turbine control method | |
| US11053861B2 (en) | Overspeed protection system and method | |
| EP3715964A1 (en) | Distributed control modules with built-in tests and control-preserving fault responses | |
| US11333081B2 (en) | Rotating machine control device, rotating machine equipment, rotating machine control method, and rotating machine control program | |
| RU2631974C2 (en) | Gas-turbine engine with augmented combustion chamber operation mode and its actualization system | |
| US20160341066A1 (en) | Gas turbine engine uncontrolled high thrust accommodation system and method | |
| EP1197648A2 (en) | Methods and apparatus for over-speed protection of a gas turbine | |
| EP2918810B1 (en) | Gas turbine power generation equipment | |
| RU2795359C1 (en) | Method for controlling inlet guide vane of a gas turbine engine compressor | |
| US20160069476A1 (en) | Control process for operation of valves of a gas supply device of the gas turbine | |
| EP3171005B1 (en) | Fuel supply system for use in a gas turbine engine and method of controlling an overspeed event therein | |
| US20230407761A1 (en) | Electronic overspeed protection system and method | |
| CN113330221B (en) | Method for monitoring the operating state of a system for positioning a variable-geometry component of a turbomachine | |
| RU2810867C1 (en) | Method for protecting gas turbine engine from compressor surge by electronic two-channel automatic control system | |
| RU2801768C1 (en) | Method for protecting a gas turbine engine from compressor surge | |
| Vlăducă et al. | Automation Control System for Naval Propulsion Retrofitting | |
| RU2345234C2 (en) | Method of gas turbine engine control | |
| RU2351787C2 (en) | Method of controlling gas turbine engine | |
| RU2817573C1 (en) | Method for diagnosing and countering failures of sensors of controlled parameters of two-channel electronic automatic control system of gas turbine engine | |
| RU2798129C1 (en) | Method for protecting gas turbine engine from surge | |
| RU2795360C1 (en) | Method for controlling gas turbine engine by electronic hydromechanical system | |
| RU2810866C1 (en) | Method for emergency protection of turbojet double-circuit twin-shaft engine from spinning of its rotors |