RU2779807C1 - Method for regulating fuel supply to gas turbine engine combustion chamber - Google Patents
Method for regulating fuel supply to gas turbine engine combustion chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779807C1 RU2779807C1 RU2022100419A RU2022100419A RU2779807C1 RU 2779807 C1 RU2779807 C1 RU 2779807C1 RU 2022100419 A RU2022100419 A RU 2022100419A RU 2022100419 A RU2022100419 A RU 2022100419A RU 2779807 C1 RU2779807 C1 RU 2779807C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel consumption
- dispenser
- fuel
- combustion chamber
- limitation
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно, авиационных и может быть использовано для управления подачей топлива в ГТД с многозонной камерой сгорания (КС).The invention relates to the field of controlling the operation of gas turbine engines (GTE), mainly aircraft and can be used to control the supply of fuel to a GTE with a multi-zone combustion chamber (CC).
Известен способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, согласно которому формируют суммарный расход топлива в камеру сгорания двигателя для поддержания заданной частоты вращения ротора турбокомпрессора и управляют расходом топлива через, по крайней мере, два дозатора в группы форсунок в зависимости от режима работы двигателя, для первого дозатора задают максимальное и номинальное значение ограничения расхода топлива, а для второго - минимальное, дополнительно измеряют давление за компрессором двигателя, причем при давлении за компрессором ниже заданного порога осуществляют подачу топлива только через первый дозатор, при повышении давления за компрессором выше заданного порога, осуществляют подачу топлива и во второй дозатор с расходом не ниже минимально заданного расхода через второй дозатор, при превышении максимального установленного расхода топлива через первый дозатор, расход топлива ограничивают максимальным значением и повышают расход во второй дозатор на величину разности между текущим значением расхода в первый дозатор и максимальным допустимым значением, после начала подачи топлива во второй дозатор плавно снижают расход в первый дозатор до номинального значения, и, одновременно, увеличивают расход во второй дозатор, при снижении суммарного расхода топлива ниже заданного порога второй дозатор отключают и подачу топлива осуществляют только через первый дозатор (см. патент РФ №2474711, кл. F02C 9/26, 17.08.2011).A known method of regulating the fuel supply to the combustion chamber of a gas turbine engine, according to which the total fuel flow into the combustion chamber of the engine is formed to maintain a given speed of the turbocharger rotor and the fuel flow is controlled through at least two dispensers into groups of injectors, depending on the engine operating mode, for the first dispenser, the maximum and nominal value of the fuel consumption limitation are set, and for the second - the minimum, the pressure behind the engine compressor is additionally measured, and at the pressure behind the compressor below the specified threshold, fuel is supplied only through the first dispenser, when the pressure behind the compressor rises above the specified threshold, fuel is also supplied to the second dispenser at a flow rate not lower than the minimum specified flow rate through the second dispenser, if the maximum specified fuel consumption through the first dispenser is exceeded, the fuel consumption is limited to the maximum value and the flow rate is increased in the second osator by the difference between the current value of the flow rate to the first dispenser and the maximum allowable value, after the start of fuel supply to the second dispenser, the flow rate to the first dispenser is gradually reduced to the nominal value, and, at the same time, the flow rate to the second dispenser is increased, with a decrease in the total fuel consumption below the specified threshold, the second dispenser is switched off and the fuel supply is carried out only through the first dispenser (see Fig. RF patent No. 2474711, class.
В результате анализа данного способа управления необходимо отметить, что в первый коллектор камеры сгорания дозируется постоянный расход топлива, а поддержание заданного значения частоты вращения ротора обеспечивается воздействием на расход во второй коллектор.As a result of the analysis of this control method, it should be noted that a constant fuel flow is dosed into the first manifold of the combustion chamber, and maintaining the set value of the rotor speed is ensured by affecting the flow to the second manifold.
Точность поддержания частоты вращения определяется статической и динамической точностью дозирования топлива. Из-за трения в узлах дозаторов их характеристики имеют нелинейности типа «зона нечувствительности» или «гистерезис», которые увеличиваются при износе и загрязнении дозатора по мере выработки ресурса и вносят погрешность дозирования топлива. Абсолютное значение погрешности дозирования пропорционально максимальному расходу топлива через дозатор.The accuracy of maintaining the speed is determined by the static and dynamic accuracy of fuel dosing. Due to friction in the units of the dispensers, their characteristics have non-linearities of the “dead zone” or “hysteresis” type, which increase with wear and contamination of the dispenser as the resource is exhausted and introduce an error in fuel dosing. The absolute value of the dosing error is proportional to the maximum fuel flow through the dispenser.
Кратность изменения расхода современных двигателей может достигать 50:The multiplicity of changes in the consumption of modern engines can reach 50:
- минимальный расход топлива в КС ГТД (например, на режимах запуска ОКС), - minimum fuel consumption in the GTE CS (for example, in the launch modes of the OKS),
- максимальный расход топлива в КС ГТД (например, на режимах сверхзвукового полета у земли). - maximum fuel consumption in the GTE CS (for example, in supersonic flight near the ground).
Для обеспечения данной кратности предусматривается не менее двух топливных коллекторов, первый из которых дозирует топливо в диапазон изменения расхода до 10% от максимального, второй на 8÷90%. Смещение дозирующего элемента при изменении расхода на 1% на уровне 10% требует в 5 раз большего смещения, чем при том же изменении расхода на уровне 30%, что непосредственно отражается на точности поддержания заданного расхода. Таким образом, погрешность дозирования топлива через второй дозатор в несколько раз хуже, чем через первый.To ensure this ratio, at least two fuel collectors are provided, the first of which doses fuel in the range of flow rate changes up to 10% of the maximum, the second by 8÷90%. Displacement of the dosing element with a flow rate change of 1% at a level of 10% requires 5 times more displacement than with the same flow rate change of 30%, which directly affects the accuracy of maintaining a given flow rate. Thus, the fuel dosing error through the second dispenser is several times worse than through the first one.
Погрешность дозирования приводит к нестабильности поддержания частоты вращения, которая может превышать 1% по частоте вращения.Dosing error leads to instability in maintaining the speed, which can exceed 1% of the speed.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности поддержания частоты вращения ротора.The technical result of the present invention is to improve the accuracy of maintaining the rotor speed.
Указанная цель достигается за счет того, что в способе регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, согласно которому формируют суммарный расход топлива в камеру сгорания двигателя для поддержания заданной частоты вращения ротора турбокомпрессора и управляют расходом топлива через два дозатора в группы форсунок в зависимости от режима работы двигателя, для первого дозатора задают максимальное и номинальное значение ограничения расхода топлива, новым является то, что дополнительно задают минимальное значение ограничения расхода топлива для первого дозатора, расход топлива через первый дозатор формируют как разность суммарного расхода топлива в двигатель и текущего расхода топлива через второй дозатор, расход топлива через первый дозатор ограничивают: снизу - минимальным значением ограничения, сверху - максимальным значением ограничения; расход топлива во второй дозатор формируют как сумму двух величин, первая из которых определяется интегрированием разности расхода топлива через первый дозатор до его ограничения и номинального значения ограничения расхода топлива через первый дозатор, а вторая формируется как разность расхода топлива через первый дозатор до и после его ограничения.This goal is achieved due to the fact that in the method of regulating the fuel supply to the combustion chamber of a gas turbine engine, according to which the total fuel consumption into the engine combustion chamber is formed to maintain a given speed of the turbocharger rotor and the fuel consumption is controlled through two dispensers in groups of injectors depending on the mode engine operation, for the first dispenser the maximum and nominal value of the fuel consumption limitation is set, what is new is that the minimum value of the fuel consumption limitation is additionally set for the first dispenser, the fuel consumption through the first dispenser is formed as the difference between the total fuel consumption into the engine and the current fuel consumption through the second dispenser, the fuel flow through the first dispenser is limited: from below - by the minimum value of the restriction, from above - by the maximum value of the restriction; fuel consumption in the second dispenser is formed as the sum of two values, the first of which is determined by integrating the difference in fuel consumption through the first dispenser before its limitation and the nominal value of the fuel consumption limitation through the first dispenser, and the second is formed as the difference in fuel consumption through the first dispenser before and after its limitation .
Сущность заявленного изобретения поясняется фигурой, на которой представлена схема системы регулирования подачи топлива в КС ГТД, реализующей заявленный способ.The essence of the claimed invention is illustrated by a figure, which shows a diagram of the system for regulating the fuel supply to the GTE CS, which implements the claimed method.
Система регулирования подачи топлива в КС ГТД (на фигуре не показана) содержит регулятор 1 режима работы двигателя (РРД), формирующий суммарный расход топлива в КС ГТД, подключенную к первому входу первого суммирующего усилителя 2, выход которого подключен к ограничителю 3 минимального и максимального уровня.The system for regulating the fuel supply to the GTE CS (not shown in the figure) contains the engine operation mode regulator 1 (RRD), which forms the total fuel consumption in the GTE CS connected to the first input of the
Система содержит задатчик 4 номинального ограничения расхода топлива через первый дозатор КС, подключенный к первому входу второго суммирующего усилителя 5, ко второму входу которого подключен выход первого суммирующего усилителя 2. Выход второго суммирующего усилителя 5 подключен к блоку 6 интегрирования, выход которого подключен к первому входу третьего суммирующего усилителя 7 и к второму входу первого суммирующего усилителя 2. К второму и третьему входам третьего суммирующего усилителя 7 подключены выход первого суммирующего усилителя 2 и выход ограничителя 3 соответственно.The system contains a
Выход ограничителя 3 также подключен к входу первого дозатора 8 топлива в КС ГТД.The output of the
Выход третьего суммирующего усилителя 7 подключен к входу второго дозатора 9 топлива в КС ГТД.The output of the third summing amplifier 7 is connected to the input of the
Система может быть скомпонована из известных блоков.The system can be assembled from known blocks.
В качестве регулятора 1 режимов работы ГТД может быть использован стандартный ПИД-регулятор частоты вращения ротора турбокомпрессора (ТК).As a
Суммирующие усилители 2, 5, 7 являются стандартными, коэффициенты усиления равны единице, при этом:Summing
второй вход суммирующего усилителя 2 является инвертирующим;the second input of the
первый вход суммирующего усилителя 5 является инвертирующим;the first input of the summing amplifier 5 is inverting;
третий вход суммирующего усилителя 7 является инвертирующим.the third input of the summing amplifier 7 is inverting.
Ограничитель 3 минимального и максимального уровня является стандартным, при этом минимальный уровень ограничения выбирается равным минимальному расходу топлива через первый дозатор КС, а максимальный - максимальному расходу топлива через первый дозатор КС.The
Задатчик 4 является стандартным задатчиком постоянного значения. Выходного значение задатчика 4 выбирается в середине диапазона между минимальным и максимальным расходами топлива через первый дозатор КС.Setpoint 4 is a standard fixed value setpoint. The output value of the
Блок интегрирования 6 является стандартным. Постоянная времени интегратора Т выбирается таким образом, чтобы частота среза интегратора была в (3÷5) раз ниже полосы рабочих частот регулятора режимов работы ГТД.
Система работает следующим образом.The system works as follows.
На всех режимах работы ГТД регулятором 1 формируется суммарный расход топлива в КС ГТД для поддержания заданного режима работы.In all modes of GTE operation,
Суммарный расход топлива поступает на первый вход первого суммирующего усилителя 2, на второй вход которого поступает значение интеграла блока 6 интегрирования. Сумматор 2 формирует заданный расход топлива через первый дозатор в КС ГТД. Блок 3 ограничения ограничивает данную величину и формирует расход топлива который будет отдозирован первым дозатором 8 в КС ГТД.Total fuel consumption enters the first input of the
Второй суммирующий усилитель 5 определяет невязку между номинальным ограничением расхода топлива в первый коллектор КС формируемым задатчиком 4, и заданным расходом топлива через первый дозатор в КС, формируемым суммирующим усилителем 2. Блок 6 интегрирования интегрирует данную величину и формирует заданный расход топлива через второй дозатор 9 в КС ГТД.The second summing amplifier 5 determines the discrepancy between the nominal limitation of fuel consumption in the first collector of the COP formed by the
В любой момент времени сумма расходов через дозаторы 8 и 9 должна быть равна суммарному заданному значению расхода. Для выполнения данного требования величина расхода, сформированная блоком интегрирования 6, должна быть скорректирована на величину невязки между заданным расходом и его фактическим ограниченным значением Данное действие выполняется на суммирующем усилителе 7.At any time, the sum of the flow rates through the
Таким образом, суммирующий усилитель 7 формирует расход топлива который будет отдозирован вторым дозатором 9 в КС ГТД.Thus, the summing amplifier 7 forms the fuel consumption which will be dosed by the
Система стремится поддержать расход топлива через первый дозатор 8 на уровне, заданным задатчиком 4 номинального ограничения. При постоянном (или медленно меняющемся) суммарном расходе топлива в КС ГТД, формируемом регулятором 1, блок интегрирования 6 будет изменять значение своего интеграла до тех пор, пока не станет равным и на выходе суммирующего усилителя 5 не установится значение равное нулю. При этом если ограничитель 3 не вступает в работу, расход через второй дозатор 9 численно равен значению интеграла блока 6. При плавном изменении режима работы ГТД расход через первый дозатор 8 поддерживается в диапазоне между ограничениями установленными блоком 3 и к окончанию переходного процесса устанавливается на уровень, заданный задатчиком 4.The system seeks to maintain the fuel flow through the first dispenser 8 at the level set by the
При приемистости двигателя регулятор 1 быстро увеличивает суммарный расход топлива в КС ГТД, при этом блок интегрирования 6 не успевает менять свой сигнал в соответствии с темпом изменения расхода, при этом на суммирующем усилителе 2 формируется величина, превышающая максимальное ограничение блока 3. Заданный расход топлива через первый дозатор будет ограничен блоком 3. Невязка между величинами расходов (сформированной суммирующим усилителем 2) и (сформированной блоком 3) поступит в второй дозатор 9 минуя интеграл 6 (через суммирующий усилитель 7). При окончании приемистости суммарный расход топлива, формируемый регулятором 1, перестанет меняться, а интегратор блока 6 продолжит увеличивать свое значение до тех пор, пока расход через первый дозатор 1 не станет равен его номинальному ограничению, формируемого задатчиком 4.When the engine is responsive,
При сбросе режима поведение системы аналогично, за исключением того, что заданный расход топлива через первый дозатор будет ограничением минимальным значением ограничения блока 3.When the mode is reset, the system behavior is similar, except that the specified fuel flow through the first dispenser will be limited by the minimum limit value of
Система в любой момент времени поддерживает баланс расходов: расход, формируемый регулятором 1, численно равен сумме расходов, отдозированных дозаторами 8 и 9. При этом поддержание заданной частоты вращения на установившихся режимах и при плавном ее изменении обеспечивается изменением расхода топлива через первый дозатор. Дозирование топлива через первый дозатор в ограниченном диапазоне расходов может быть обеспечено с более высокой точностью, чем дозирование той же величины через второй дозатор, что позволяет поддерживать стабильное значение частоты вращения с отклонением от заданного значения не более 0,05%.The system maintains the flow balance at any time: the flow generated by
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2779807C1 true RU2779807C1 (en) | 2022-09-13 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4027473A (en) * | 1976-03-05 | 1977-06-07 | United Technologies Corporation | Fuel distribution valve |
US5036657A (en) * | 1987-06-25 | 1991-08-06 | General Electric Company | Dual manifold fuel system |
RU2337250C2 (en) * | 2006-12-08 | 2008-10-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions |
RU2435972C1 (en) * | 2010-03-01 | 2011-12-10 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Control method of fuel flow to multi-manifold combustion chamber of gas turbine engine |
RU2474711C1 (en) * | 2011-08-17 | 2013-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Method of adjusting fuel feed into gas turbine engine combustion chamber and system to this end |
RU2626181C1 (en) * | 2016-02-18 | 2017-07-24 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of controlling fuel feed in gas turbine engine combustion chamber |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4027473A (en) * | 1976-03-05 | 1977-06-07 | United Technologies Corporation | Fuel distribution valve |
US5036657A (en) * | 1987-06-25 | 1991-08-06 | General Electric Company | Dual manifold fuel system |
RU2337250C2 (en) * | 2006-12-08 | 2008-10-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions |
RU2435972C1 (en) * | 2010-03-01 | 2011-12-10 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Control method of fuel flow to multi-manifold combustion chamber of gas turbine engine |
RU2474711C1 (en) * | 2011-08-17 | 2013-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Method of adjusting fuel feed into gas turbine engine combustion chamber and system to this end |
RU2626181C1 (en) * | 2016-02-18 | 2017-07-24 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of controlling fuel feed in gas turbine engine combustion chamber |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4188781A (en) | Non-linear dual mode regulator circuit | |
US9297315B2 (en) | Systems and methods for determining a target exhaust temperature for a gas turbine | |
CN112955639B (en) | Control method for a turbomachine, computer program, electronic control module and turbomachine | |
US8826671B2 (en) | Control system for a gas turbine power plant | |
CA1240380A (en) | Transient derivative scheduling control system | |
US20190195133A1 (en) | Method and system for turbine engine temperature regulation | |
US4044554A (en) | Gas turbine engine fuel control | |
CN113357017B (en) | Method for controlling rotating speed of aircraft engine in acceleration process | |
JP2017505403A (en) | Method for operating a gas turbine at partial load | |
CN104635486A (en) | Method and device for setting parameters of closed-loop PID (proportion integration differentiation) controller of gas turbine | |
RU2779807C1 (en) | Method for regulating fuel supply to gas turbine engine combustion chamber | |
RU2395704C1 (en) | Gas turbine engine control system | |
JPS6146655B2 (en) | ||
RU2754621C1 (en) | Method for controlling gas turbine, controller for gas turbine, gas turbine, and machine-readable data storage medium | |
RU2634997C2 (en) | Gas-turbine engine with afterburner operation mode and its actualization system | |
RU2476703C1 (en) | Method controlling fuel feed in gas turbine engine combustion chamber in acceleration mode | |
RU2774564C1 (en) | Gas turbine engine control method | |
RU2653262C2 (en) | Method of management of a gas turbine engine and system for its implementation | |
JPS6039842B2 (en) | Boiler/turbine coordinated voltage transformation operation method | |
JP2781407B2 (en) | Control device | |
CN111219258A (en) | PI controller design method for preventing integral saturation in engine control strategy switching | |
KR102580091B1 (en) | Method for regulating a pressure of a dosing system | |
JP3792853B2 (en) | Combined cycle control device and gas turbine control device | |
JPS6125897B2 (en) | ||
RU2730581C1 (en) | Method of controlling supply of fuel to gas turbine engine and system for its implementation |