RU2287089C2 - Gas-turbine engine compressor control device - Google Patents

Abstract

FIELD: aircraft industry.

SUBSTANCE: invention can be used in automatic control systems of gas-turbine engines. According to invention spool is installed additionally in main line connecting air bypass valve control spool after compressor with its drive hydraulic cylinder. Said spool is hydraulically connected with power pressure main line. Free control space of said spool is connected with constant-pressure main line, and spring space is connected through jet with constant-pressure main line and through normally-closed electromagnetic valve, with drain line.

EFFECT: provision of control of position of position of air bypass valve after the compressor by electric signal from antisurge system which improves reliability of operation of gas-turbine engine.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in automatic control systems (ACS) for gas turbine engines (GTE).

Известно устройство для управления положением лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора, содержащее задатчик положения лопаток ВНА, подключенный к датчикам частоты вращения турбокомпрессора (n тк) и температуры наружного воздуха (Тн) и к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу измерителя положения лопаток ВНА, выход сумматора подключен к сервоклапану, выход которого управляет сервоприводом положения лопаток ВНА [1].A device is known for controlling the position of the blades of an inlet guide vane (VNA) of a compressor, comprising a rotary vane position adjuster connected to sensors of a turbocharger speed (n tk) and outdoor temperature (T) and to a first adder input, the second input of which is connected to the meter output the position of the VNA blades, the output of the adder is connected to a servo valve, the output of which controls the servo position of the VNA blades [1].

Однако известное устройство не позволяет без существенного усложнения процесса регулирования и ужесточения требований к точности датчиков внутридвигательных параметров обеспечить необходимое качество регулирования.However, the known device does not allow, without significantly complicating the regulation process and tightening the requirements for the accuracy of the sensors of the in-motor parameters, to provide the necessary quality of regulation.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является устройство для управления механизацией компрессора ГТД, содержащее регулятор положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора, гидравлически соединенный с магистралями силового, постоянного и сливного давлений рабочего тела, с гидроцилиндрами привода ВНА, и золотник управления гидроприводом клапанов перепуска воздуха (КПВ) из-за компрессора, гидравлически связанный с магистралями силового и сливного давлений рабочего тела и кинематически - с гидроцилиндром ВНА [2].Closest to this invention in technical essence is a device for controlling the mechanization of a gas turbine compressor, containing a position controller for the blades of the compressor input guide vane (VNA), hydraulically connected to the main, constant and drain pressures of the working fluid, with VNA hydraulic cylinders, and a hydraulic actuator control spool air bypass valves (CPV) due to the compressor, hydraulically connected to the mains of power and drain pressure of the working fluid and kinematically with idrotsilindrom BHA [2].

Недостатком этого устройства является следующее.The disadvantage of this device is the following.

ВНА управляется регулятором по программе "заданное положение лопаток ВНА по внутридвигательному параметру (приведенной по температуре воздуха на входе в ГТД частоты вращения турбокомпрессора или давления воздуха за компрессором или степени сжатия в компрессоре и т.д.)". На начальном участке запуска ГТД ВНА находится в положении "закрыто", КПВ - открыты. В процессе запуска ГТД по мере роста внутридвигательного параметра по командам регулятора гидроцилиндр привода ВНА перекладывает лопатки ВНА из положения "ВНА закрыт" в положение "ВНА открыт". В момент достижения внутридвигательным параметром значения, при котором необходимо закрыть КПВ, гидроцилиндр привода ВНА перемещает золотник управления гидроприводом КПВ в положение, при котором обеспечивает закрытие КПВ. В этом положении КПВ будут находиться до выключения ГТД.The BHA is controlled by the controller according to the program "the set position of the BHA blades according to the in-motor parameter (reduced by the air temperature at the inlet of the turbine engine, the speed of the turbocharger or the air pressure behind the compressor or the compression ratio in the compressor, etc.). At the initial start-up section of the gas turbine engine, the VNA is in the "closed" position, the control valves are open. During the start-up of the gas turbine engine, as the in-motor parameter grows, according to the controller’s commands, the hydraulic drive cylinder of the BHA transfers the BHA blades from the "BHA closed" position to the "BHA open" position. When the in-motor parameter reaches the value at which it is necessary to close the CPV, the hydraulic drive cylinder VNA moves the control valve of the CPV hydraulic actuator to the position at which the CPV is closed. In this position, the CPV will remain until the gas turbine engine is turned off.

Для расчетных режимов работы ГТД этого достаточно.For the design modes of operation of the gas turbine engine this is enough.

Однако существуют нерасчетные режимы работы ГТД, например помпаж компрессора. Для выхода компрессора из помпажа необходимо, в том числе, открыть КПВ независимо от положения гидроцилиндра привода ВНА для сброса воздуха из-за компрессора в атмосферу.However, there are off-design modes of gas turbine engine operation, such as compressor surging. To exit the compressor from the surge, it is necessary, among other things, to open the CPV, regardless of the position of the hydraulic cylinder of the VNA drive, to discharge air from the compressor into the atmosphere.

Известное устройство неспособно выполнять эту функцию.A known device is unable to perform this function.

Это снижает надежность работы ГТД.This reduces the reliability of the gas turbine engine.

Целью изобретения является повышение надежности работы ГТД за счет введения управления положением КПВ из-за компрессора по электрической команде от противопомпажной системы (ППС).The aim of the invention is to increase the reliability of a gas turbine engine by introducing control of the position of the CPV due to the compressor by an electrical command from the anti-surge system (PPS).

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления механизацией компрессора ГТД, содержащем регулятор положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора, гидравлически соединенный с магистралями силового, постоянного и сливного давлений рабочего тела, с гидроцилиндрами привода ВНА, и золотник управления гидроприводом клапанов перепуска воздуха (КПВ) из-за компрессора, гидравлически связанный с магистралями силового и сливного давлений рабочего тела и кинематически - с гидроцилиндром ВНА, дополнительно в магистрали, соединяющей золотник управления КПВ с гидроцилиндром его привода, установлен золотник, гидравлически связанный с магистралью силового давления (Рсил.), свободная полость управления этого золотника соединена с магистралью постоянного давления (Ркпд), а пружинная полость через жиклер - с магистралью постоянного давления и через нормально закрытый электромагнитный клапан - с магистралью слива (Рсл.).This goal is achieved by the fact that in the device for controlling the mechanization of the gas turbine compressor, containing the position controller for the blades of the compressor input guide vane (VNA), is hydraulically connected to the mains, constant and drain pressures of the working fluid, with the VNA hydraulic cylinders, and a spool control valve for hydraulic bypass valves air (KPV) due to the compressor, hydraulically connected to the mains of power and drain pressure of the working fluid and kinematically to the hydraulic cylinder VNA, additional o in the line connecting the control valve spool to the hydraulic cylinder of its drive, a spool is installed hydraulically connected to the power pressure line (Rsil.), the free control cavity of this spool is connected to the constant pressure line (RPC), and the spring cavity through the nozzle to the constant line pressure and through a normally closed solenoid valve - with a drain line (Rsl.).

На чертеже представлена структурная схема заявляемого устройства управления механизацией компрессора ГТД.The drawing shows a structural diagram of the inventive device for controlling the mechanization of a gas turbine compressor.

Устройство содержит регулятор 1 положения лопаток ВНА компрессора, гидравлически соединенный с магистралями 2 силового, 3 постоянного и 4 сливного давлений рабочего тела и с рабочей полостью 5 гидроцилиндра 6 привода 7 ВНА, пружинная полость 8 гидроцилиндра 6 гидравлически соединена с магистралью 4 сливного давления, золотник 9 управления гидроприводом 10 КПВ 11, гидравлически связанный с магистралями 3 постоянного и 4 сливного давлений рабочего тела и кинематически - с гидроцилиндром 6 привода 7 ВНА, золотник 12, гидравлически связанный с магистралью 2 силового давления, рабочая полость 13 этого золотника соединена с магистралью 3 постоянного давления, а пружинная полость 14 через жиклер 15 - с магистралью 3 постоянного давления и через нормально закрытый электромагнитный клапан 16 (НЗ ЭМК) - с магистралью 4 слива.The device contains a regulator 1 of the position of the VNA compressor blades, hydraulically connected to the mains 2 power, 3 constant and 4 drain pressure of the working fluid and with a working cavity 5 of the hydraulic cylinder 6 of the actuator 7 VNA, the spring cavity 8 of the hydraulic cylinder 6 is hydraulically connected to the drain pipe 4, spool 9 hydraulic actuator control 10 CPV 11, hydraulically connected to the mains 3 constant and 4 drain pressure of the working fluid and kinematically to the hydraulic cylinder 6 of the actuator 7 VNA, spool 12, hydraulically connected to the master the pressure avenue 2, the working cavity 13 of this spool is connected to the constant pressure line 3, and the spring cavity 14 through the nozzle 15 to the constant pressure line 3 and through the normally closed solenoid valve 16 (НЗ ЭМК) to the drain line 4.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Регулятор 1 для поддержания заданного положения лопаток ВНА формирует управляющее воздействие, подключая к рабочей полости 5 гидроцилиндра 6 магистраль 2 силового или 3 постоянного, или 4 сливного давления рабочего тела. Гидроцилиндр 6, перемещаясь, через привод 7 изменяет положение лопаток ВНА и, на определенных режимах работы ГТД, через кинематическую связь - положение золотника 9 управления гидроприводом 10 КПВ 11. Перемещаясь, золотник 9 подключает (через золотник 12) к рабочей полости гидропривода 10 магистраль 3 постоянного (КПВ 11 открыты) или 4 сливного (КПВ закрыты) давления рабочего тела.The regulator 1 to maintain a predetermined position of the VNA blades generates a control action by connecting to the working cavity 5 of the hydraulic cylinder 6 a line 2 of power or 3 constant, or 4 drain pressure of the working fluid. The hydraulic cylinder 6, moving through the actuator 7, changes the position of the VNA blades and, in certain modes of operation of the gas turbine engine, through the kinematic connection - the position of the spool 9 for controlling the hydraulic actuator 10 of the CPV 11. When moving, the spool 9 connects (via the spool 12) to the hydraulic drive 10 of the main 3 constant (CPV 11 open) or 4 drain (CPV closed) working fluid pressure.

При обнаружении помпажа компрессора двигателя ППС формирует управляющие воздействия, направленные на ликвидацию помпажа. В том числе, ППС формирует электрическую команду на открытие НЗ ЭМК 16. Пружинная полость 14 золотника 12 соединяется с магистралью 4 сливного давления рабочего тела. Золотник 12 отключает от рабочей полости гидропривода 10 управляющее давление от золотника 9 и подключает магистраль 2 силового давления рабочего тела. КПВ 11 открываются и завершают ликвидацию помпажа. Электрическая команда на открытие НЗ ЭМК 16 снимается. Золотник 12 отключает от рабочей полости гидропривода 10 магистраль 2 силового давления рабочего тела и подключает управляющее давление от золотника 9.If a surge in the compressor of the engine is detected, the PPS generates control actions aimed at eliminating the surge. In particular, the faculty forms an electrical command to open the NS EMK 16. The spring cavity 14 of the spool 12 is connected to the line 4 of the drain pressure of the working fluid. The spool 12 disconnects from the working cavity of the hydraulic actuator 10 the control pressure from the spool 9 and connects the line 2 of the power pressure of the working fluid. CPV 11 open and complete the elimination of surge. The electric command to open the NC EMK 16 is removed. The spool 12 disconnects from the working cavity of the hydraulic actuator 10 the line 2 of the power pressure of the working fluid and connects the control pressure from the spool 9.

Таким образом обеспечивается управление положением КПВ из-за компрессора по электрической команде от ППС, что позволит повысить надежность работы ГТД.This ensures that the position of the CPV is controlled due to the compressor by an electrical command from the faculty, which will improve the reliability of the gas turbine engine.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Шевяков А.А. "Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов", М., "Машиностроение", 1976 г.1. Shevyakov A.A. "The theory of automatic control of aircraft power plants", M., "Mechanical Engineering", 1976

2. "Выбор и обоснование рациональных схем электронно-гидравлических CAP вертолетных и транспортных ГТД", т.о. ЦИАМ №8533, 1978 г.2. "The selection and justification of rational schemes of electronic-hydraulic CAP helicopter and transport gas turbine engines", thus TsIAM No. 8533, 1978

Claims (1)

Устройство для управления механизацией компрессора ГТД, содержащее регулятор положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора, гидравлически соединенный с магистралями силового, постоянного и сливного давлений рабочего тела, с гидроцилиндрами привода ВНА, и золотник управления гидроприводом клапанов перепуска воздуха (КПВ) из-за компрессора, гидравлически связанный с магистралями силового и сливного давлений рабочего тела и кинематически - с гидроцилиндром ВНА, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы ГТД, дополнительно в магистрали, соединяющей золотник управления КПВ с гидроцилиндром его привода, установлен золотник, гидравлически связанный с магистралью силового давления, свободная полость управления этого золотника соединена с магистралью постоянного давления, а пружинная полость через жиклер - с магистралью постоянного давления и через нормально закрытый электромагнитный клапан с магистралью слива.A device for controlling the mechanization of a gas turbine compressor, containing a position regulator for the blades of the compressor input guide vane (VNA), hydraulically connected to the mains, constant and drain pressures of the working fluid, with VNA hydraulic cylinders, and a spool for controlling the hydraulic bypass of air bypass valves (CPV) due to a compressor hydraulically connected to the mains of the power and drain pressure of the working fluid and kinematically to the hydraulic cylinder VNA, characterized in that, in order to increase the reliability of GTD bots, in addition to the line connecting the CPV control spool to its drive hydraulic cylinder, a spool is installed hydraulically connected to the power pressure line, the free control cavity of this spool is connected to the constant pressure line, and the spring cavity through the jet to the constant pressure line and through normally closed solenoid valve with drain line.