RU27842U1

RU27842U1 - SYSTEM OF AUTOMATIC REGULATION OF PARAMETERS OF A GAS TURBINE ENGINE (GTE)

Info

Publication number: RU27842U1
Application number: RU2002130043/20U
Authority: RU
Inventors: В.А. Ушаков; Е.П. Резник; Г.С. Говоренко; В.И. Мозговой; В.Л. Семенов
Original assignee: ОАО "КБ Электроприбор"
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2003-02-20

Description

Система автоматического регулирования параметров газотурбинного двигателя (ГТД)System for automatic control of gas turbine engine (GTE) parameters

Полезная модель относится к области автоматики и может быть использована в электронных системах управления подачей топлива в авиационных газотурбинных двигателях.The utility model relates to the field of automation and can be used in electronic fuel supply control systems in aircraft gas turbine engines.

Известна система автоматического управления газотурбинным дви1.:1телем, которая содержит основной и дублирующий электронные регу. 1яторы со встроенными блоками контроля, формирующие сигналы упр1 зления на исполнительный механизм, при отказе электронной части вклк чается в работу аварийный гидромеханический регулятор, а переллючение управления производится с помощью переключателей и логических элементов, система содержит также блоки обнаружения неисправностей датчиков и исполнительного механизма и блоки математических моделей двигателя и исполнительного механизма (А.С. СССР № 1642812, МКИ F02C9/28 публ. 15.05.94 г. БИ № 9).A known system for automatic control of a gas turbine engine 1.: 1tel, which contains the main and backup electronic control. The simulators with integrated control units that generate control signals to the actuator, in case of failure of the electronic part, the emergency hydromechanical regulator is switched on, and the control is switched over using switches and logic elements, the system also contains blocks for detecting sensors and actuator malfunctions and mathematical blocks engine and actuator models (AS USSR No. 1642812, MKI F02C9 / 28 publ. 05/15/94, BI No. 9).

Недостатком этой системы являются ограниченные функциональные возможности, а именно невозможность регулирования дополнительных режимов двигателя.The disadvantage of this system is limited functionality, namely the inability to regulate additional engine modes.

Известна система автоматического регулирования газотурбигнюго дви1ателя содержащая два канала управления: канал управления по частоте врап.ения ротора и канал ограничения температуры газов, селектор минимума, ислоанительное устройство, корректирующее звено канала управления по часчоте вращения ротора, сум1.;ирующие элементы, разностноеA known system for automatically controlling a gas turbine engine containing two control channels: a control channel for rotational speed of a rotor and a channel for limiting gas temperature, a minimum selector, an illumination device, a correcting link of a control channel for a rotational speed of a rotor, sum1.; Regulating elements, difference

МКИ F02C 9/28MKI F02C 9/28

корректирующее звено, ключи, запоминающее устройство, компаратор, дифференциатор, элементы сравнен , модель разомкнутого канала ограничения температуры газа, устройство самонастройки( патент РФ ЛЁ 217 2857 МКИ F02C9/28 публ.27.08.2001 г.).corrective link, keys, storage device, comparator, differentiator, elements compared, open-channel model of gas temperature limiting, self-tuning device (RF patent ЛЕ 217 2857 MKI F02C9 / 28 published on August 27, 2001).

Схемное решение этого устройства позволяет повысить динамическую точность регулирования путём устранения заброса температуры, скачков по температуре и зоны совместной работы каналов. Однако, данная система предназначена для регулирования одновального ГТД, не может быть при у;енена для регулирования двухвального ГТД, а также не обеспечивает регу.чирование дополнительных режимов двигателя, что ограничивает его функциональные возможности.The circuit design of this device allows you to increase the dynamic accuracy of regulation by eliminating temperature overshoot, temperature jumps and the zone of joint operation of the channels. However, this system is designed to regulate a single-shaft gas turbine engine, cannot be used for; it cannot be used to regulate a two-shaft gas turbine engine, and it does not provide regulation of additional engine modes, which limits its functionality.

Наиболее близким прототипом к заявляемому техническому рещению является комплексный регулятор двигателя КРД-99А, разработанный в ОАО «КБ Электроприбор (6Б 1.320.008 РЭ).The closest prototype to the claimed technical solution is the KRD-99A integrated engine regulator, developed by OAO Electropribor Design Bureau (6B 1.320.008 RE).

Эта электронная система содержит каналы ограничения частоты вращения роторов низкого и высокогх) давления и температуры газов за турбиной низкого давления, каждый из которых состоит из измерителя регулируемой величины и основного формирователя закона ограничения, при этом выход измерителя регулируемой величины в каждом канале ограничения соединён с первым входом соответствующего основного формирователя закона ограничения, второй вход которого соединён с выходом измерителя температуры воздуха на входе двигателя, а выход со своим входом селектора мини 1ального расхода топлива, выход которого соединён с входом устройства упраьления исполнительным механизлюм, выход которого соединён с испо. нительным механизмом.This electronic system contains channels for limiting the speed of rotation of low and high pressure rotors and gas temperatures behind a low pressure turbine, each of which consists of a variable meter and the main driver of the restriction law, while the output of the variable meter in each restriction channel is connected to the first input the corresponding main driver of the law of restriction, the second input of which is connected to the output of the air temperature meter at the engine inlet, and the output with its input selector house mini 1alnogo fuel consumption, which is connected to the input output device upraleniya executive mehanizlyum, the output of which is connected to the ASIC. wearable mechanism.

Недостатком прототипа является низкая надёжность, невозможность регулирования дополнительных .юв, ограниченные функциональныеThe disadvantage of the prototype is low reliability, the inability to regulate additional .juv, limited functional

ВОЗУЮЖНОСТИ.OPPORTUNITIES.

Технической задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей, диапазона режимов работы двигателя и повышение надёл ности.The technical task of the claimed utility model is to expand the functionality, range of engine operating modes and increase the availability.

Поставленная задача решается следуюшим образом.The problem is solved as follows.

В системе регулирования параметров газотурбинного двигателя, содержашей каналы ограничения частоты враш,ения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной низкого давления, каждый из которых состоит из измерителя регулируемой величины и основного формирователя закона ограничения, при этом выход измерителя регулируемой величины в каждом канале ограничения соединён с первым входом основного формирователя закона ограничения, второй вход которого соединён с выходом измерителя температуры воздуха на входе двигателя, в каждый канал ограничения введены контрольный формирователь закона ограничения, блок контроля канала и ключ, кроме этого система дополнительно снабжена задатчиком режимов, программным блоком, блоком формирования сигнала отка- а, блоком контроля устройства управления расходом топлива и исполнительного механизма, ключом и пороговым элементом, при этом nepfi ле входы контрольных и основных формирователей законов ограничения и 1:срвые входы блоков контроля канала соединены с выходами cooi .етствующих измерителей регулируемых величин, вторые входы - с выхс дом измерителя температуры воздуха и входом порогового элемента, выхсды основного и контрольного (|.ормирователей законов ограничения соединены соответственно со вторым и третьим входами блока контроля каиа/ш, выходы которых, соединены соответственно с управляющими входамиIn the control system of the parameters of a gas turbine engine, which contains channels for limiting the rotational frequency, rotors of low and high pressure and gas temperatures behind the low pressure turbine, each of which consists of a meter of adjustable magnitude and the main driver of the law of limitation, while the output of the meter of adjustable magnitude in each channel restriction is connected to the first input of the main driver of the law of restriction, the second input of which is connected to the output of the air temperature meter at the inlet of the engine For each restriction channel, a control driver of the restriction law, a channel control unit and a key are introduced, in addition, the system is additionally equipped with a mode dial, a program unit, a failure signal generation unit, a control unit for the fuel consumption control device and actuator, a key and a threshold element at the same time, the inputs of the control and the main generators of the laws of restriction are nepfi and 1: the first inputs of the channel control units are connected to the cooi outputs of the corresponding meters of adjustable values, second s inputs - with vyhs house air temperature meter and the input of the threshold element, and the main control vyhsdy (| .ormirovateley limit laws are connected respectively to the second and third input control unit kaia / w, the outputs of which are connected respectively to the control inputs

ключей, входы которых соединены соответственно с выходами основных формирователей закона ограничения, а выходы - с соответствующими входами селектора минимального расхода топлива, причём выходы блоков контроля каналов соответственно соединены также с входами задатчика режимов и с первым, вторым и третьим входами блока формирования сигнала отказа, четвёртый вход которого соединён с выходом порогового элемента, а пятый - с выходом блока контроля устройства управления расходом топлива, первый вход которого соединён с выходом селектора минимального расхода топлива и с входом устройства управления исполнительным механизмом, а второй - с выходом исполнительного механизма, выход устройства управления исполнительным механизмом соединён с входом дополнительного ключа, выход которого соединён с исполнительным механизмом, а управляющий вход - с выходом блока формирования сигнала отказа, кроме того выход задатчика режимов соединён с входом программного блока, выходы которого соединены с соответствующими входами основных и контрольных формирователей законов ограничения, а также с четвёртым входом блоков контроля в каждом канале ограничения.keys, the inputs of which are connected respectively with the outputs of the main drivers of the law of restriction, and the outputs are with the corresponding inputs of the selector of the minimum fuel consumption, and the outputs of the channel control units are respectively connected also with the inputs of the mode dial and with the first, second and third inputs of the failure signal generating unit, fourth the input of which is connected to the output of the threshold element, and the fifth to the output of the control unit of the fuel consumption control device, the first input of which is connected to the output of the selector m minimum fuel consumption and with the input of the actuator control device, and the second with the output of the actuator, the output of the actuator control device is connected to the input of an additional key, the output of which is connected to the actuator, and the control input is connected to the output of the failure signal generating unit, in addition the output of the mode dial is connected to the input of the program unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the main and control shapers of the laws of restriction, and t Also with the fourth input of control units in each restriction channel.

На фиг.1 представлена функциональная блок-схема заявляемого технического решения.Figure 1 presents the functional block diagram of the proposed technical solution.

Система регулирования параметров ГТД содержит канал ограничения частоты вращения ротора низкого давления 1, канал ограничения частоты вращения ротора высокого давления 2, канал ограничения температуры газов за турбиной ротора низкого давления 3. Каждый канал содержит измеритель регулируемой величины 4, 9, 14, основной 5, 10, 15 и контрольный 7, 12, 17 формирователи законов ограничения, блоки контроля каналов 8,13,18 и ключи 6,11,16. Первые входы основных и контрольных формирователей законов ограничения, а также первые входы блоков контроля каналов 8,13,18The gas turbine engine parameters control system contains a channel for limiting the rotational speed of the low pressure rotor 1, a channel for limiting the rotational speed of the high pressure rotor 2, a channel for limiting the temperature of gases behind the turbine of the low pressure rotor 3. Each channel contains an adjustable value meter 4, 9, 14, main 5, 10 , 15 and control 7, 12, 17 shapers of laws of restriction, blocks of control of channels 8,13,18 and keys 6,11,16. The first inputs of the main and control shapers of the laws of restriction, as well as the first inputs of the channel control blocks 8,13,18

соединены с выходами соответствующих измерителей регулируемой величины 4,9,14, вторые входы - с выходом измерителя температуры воздуха 19 на входе двигателя и входом порогового элемента 20, выходы основного и контрольного формирователей законов ограничения соединены соответственно с вторыми и третьими входами блоков контроля каналов 8,13,18, выходы которых соединены с управляющими входами ключей 6,11,16, рабочие входы которых, соединены соответственно с выходами основных формирователей законов ограничения 5,10,15, а выходы - с соответствующими входами селектора минимального расхода топлива 23, выходы блоков контроля каналов 8,13,18 соединены также с входами задатчика режимов 21 и с соответствующими тремя входами блока формирования сигнала отказа 28, четвёртый вход которого соединён с выходом порогового элемента 20, а пятый вход - с выходом блока контроля устройства управления расходом топлива 27, первый вход которого соединён с выходом селектора 23 и со входом устройства управления расходом топлива 24, а второй - с выходом исполнительного механизма 26, устройство управления исполнительным механизмом 24, через ключ 25 соединён с исполнительным механизмом 26, управляющий вход ключа 25 соединён с выходом блока формирования сигнала отказа 28, выход задатчика режимов 21 соединён с входом программного блока 22, выходы которого соединены с дополнительными входами основных 5,10,15 и контрольных 7,12,17 формирователей законов ограничения и с четвёртыми входами блоков контроля каналов 8,13,18.connected to the outputs of the respective meters 4,9,14, the second inputs to the output of the air temperature meter 19 at the inlet of the engine and the input of the threshold element 20, the outputs of the main and control shapers of the laws of restriction are connected respectively to the second and third inputs of the control units of channels 8, 13,18, the outputs of which are connected to the control inputs of the keys 6,11,16, the working inputs of which are connected respectively to the outputs of the main shapers of the laws of restriction 5,10,15, and the outputs - with the corresponding inputs the minimum fuel consumption selector 23, the outputs of the channel monitoring units 8,13,18 are also connected to the inputs of the mode setter 21 and to the corresponding three inputs of the failure signal generating unit 28, the fourth input of which is connected to the output of the threshold element 20, and the fifth input is connected to the output the control unit of the fuel consumption control device 27, the first input of which is connected to the output of the selector 23 and with the input of the fuel consumption control device 24, and the second with the output of the actuator 26, the actuator control device 24, through key 25 is connected to the actuator 26, the control input of key 25 is connected to the output of the fault signal generation block 28, the output of the mode dial 21 is connected to the input of the software block 22, the outputs of which are connected to additional inputs of the main 5,10,15 and control 7,12,17 shapers of laws of restriction and with the fourth inputs of the blocks of control channels 8,13,18.

Система регулирования работает следующим образом:The regulatory system works as follows:

Регулируемый параметр в каждом канале ограничения обрабатываетсяAn adjustable parameter in each restriction channel is processed

соответствующим измерителем регулируемой величины 4,9,14 а температураa suitable measuring instrument 4.9.14 and temperature

воздуха на входе двигателя - измерителем 19 и преобразуются в сигналы,air at the engine inlet - meter 19 and are converted into signals,

пропорциональные измеряемой величине. Сигналы, пропорциональныеproportional to the measured value. Proportional Signals

регулируемым величинам, подаются на первые входы основных и контрольных формирователей законов ограничения в соответствующем канале, где сравниваются с сигналом, пропорциональным температуре на входе в двигатель, поступающим на вторые входы формирователей законов ограничения, в результате чего формируются сигналы рассогласования, сигналы рассогласования основных формирователей 5,10,15 подаются через ключи 6,11 и 16 на селектор минимального расхода топлива 23 и на входы блоков контроля соответствующего канала 8,13,18, сигналы рассогласования контрольных формирователей 7,12,17 - в соответствующий блок контроля канала 8,13,18. В блок контроля канала подаётся также сигнал, пропорциональный регулируемой величине канала с измерителей 4,9,14. На выход селектора 23 проходит сигнал того канала ограничения 1,2 или 3, который при конкретном режиме двигателя требует меньщего расхода топлива. Выходной сигнал селектора минимального расхода топлива 23 через устройство управления исполнительным механизмом 24, ключ 25 и исполнительный механизм 26 управляет расходом топлива, изменяя регулируемый в конкретном режиме двигателя параметр таким образом, чтобы рассогласование на выходе основного формирователя закона ограничения 5,10,15 работающего (при данном режиме работы двигателя) канала стало равным нулю. Сигналы управления, поступающие в задатчик режимов 21 через программный блок 22 поступают на дополнительные входы основных 5,10,15 и контрольных 7,12,17 формирователей законов ограничения и изменяют необходимым образом законы ограничения и, следовательно, изменяются максимально допустимые режимы двигателя. Сигналы программного блока 22, вырабатываемые для каждого канала ограничения, подаются также в блок контроля соответствующего канала ограничения 8,13,18. Блоки контроля канала 8,13,18 обрабатывают поступающие в них сигналы и при заданныхadjustable values are fed to the first inputs of the main and control shapers of the laws of restriction in the corresponding channel, where they are compared with a signal proportional to the temperature at the engine inlet fed to the second inputs of the shapers of the laws of restriction, as a result of which mismatch signals, mismatch signals of the main shapers 5, 10.15 are fed through keys 6.11 and 16 to the minimum fuel consumption selector 23 and to the inputs of the control units of the corresponding channel 8.13.13, the mismatch signals control shapers 7,12,17 - to the corresponding channel control unit 8,13,18. A signal proportional to the adjustable channel value from the meters 4,9,14 is also sent to the channel control unit. The output of the selector 23 passes the signal of the restriction channel 1.2 or 3, which in a particular engine mode requires less fuel consumption. The output signal of the minimum fuel consumption selector 23 through the actuator control device 24, the key 25, and the actuator 26 controls the fuel consumption by changing the parameter regulated in a particular engine mode so that the mismatch at the output of the main driver of the law of limitation 5.10.15 operating (at given engine operating mode) channel became equal to zero. The control signals entering the mode dial 21 through the program unit 22 are supplied to the additional inputs of the main constraint law generators 5,10,15 and control 7,12,17 and change the restriction laws as necessary and, therefore, the maximum allowable engine modes are changed. The signals of the program unit 22 generated for each restriction channel are also supplied to the control unit of the corresponding restriction channel 8,13,18. Channel control units 8,13,18 process the signals arriving in them at given

условиях формируют сигналы отказа каналов, которые управляют ключами 6,11 и 16, отключая отказавший канал от селектора минимального расхода топлива 23. Сигналы отказов каналов поступают также в задатчик режимов 21, который через программный блок 22 изменяет законы ограничения каналов, обеспечивая безопасную работу двигателя. Выходной сигнал селектора минимального расхода топлива 23 в блоке контроля устройства управления исполнительным механизмом 27 сравнивается с выходным сигналом исполнительного механизма, при их несоответствии блоком 27 вырабатывается сигнал, подающийся в блок формирования сигналов отказа 28, куда поступают также сигналы с блоков контроля каналов ограничения 8,13,18 и с порогового элемента 20, контролирующего работу измерителя температуры на входе двигателя 19.Under conditions, channel failure signals are generated that control the keys 6,11 and 16, disconnecting the failed channel from the minimum fuel consumption selector 23. The channel failure signals also enter the mode dial 21, which, through the program unit 22, changes the laws of channel restriction, ensuring safe engine operation. The output signal of the minimum fuel consumption selector 23 in the control unit of the actuator control device 27 is compared with the output signal of the actuator, if they do not comply with the unit 27, a signal is generated that feeds to the failure signal generation unit 28, which also receives signals from the control channels of the restriction channels 8.13 , 18 and with a threshold element 20 that controls the operation of the temperature meter at the inlet of the engine 19.

При заданных условиях сигнал с блока формирования сигнала отказа 28, воздействуя на ключ 25,отключает исполнительный механизм 26 от системы регулирования и выдаёт команду, обеспечивающую переход регулирования двигателя на резервную гидромеханику.Under the given conditions, the signal from the failure signal generating unit 28, acting on the key 25, disconnects the actuator 26 from the control system and issues a command ensuring the transition of the engine control to the backup hydromechanics.

Таким образом, заявляемая система автоматического регулирования параметров ГТД за счёт введенных в неё изменений обеспечивает возможность регулирования двухвального газотурбинного двигателя с более высокими показателями по надёжности в сравнении с известными техническими решениями.Thus, the claimed system of automatic control of gas turbine engine parameters due to the changes introduced into it provides the ability to regulate a twin-shaft gas turbine engine with higher reliability indicators in comparison with the known technical solutions.

На практике заявляемая система регулирования ГТД выполнена с применением известных стандартных операционных усилителей серии 153,140, компараторов серии 521 и цифровых микросхем серии 564.In practice, the inventive GTE control system is implemented using well-known standard operational amplifiers of the 153.140 series, 521 series comparators and 564 series digital microcircuits.

Claims

Система автоматического регулирования параметров газотурбинного двигателя, содержащая каналы ограничения частоты вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной низкого давления, каждый из которых состоит из измерителя регулируемой величины и основного формирователя закона ограничения, при этом выход измерителя регулируемой величины в каждом канале ограничения соединен с первым входом основного формирователя закона ограничения, второй вход которого соединен с выходом измерителя температуры воздуха на входе двигателя, селектор минимального расхода топлива, выход которого соединен с входом устройства управления исполнительным механизмом, исполнительный механизм, отличающаяся тем, что в каждый канал ограничения введены контрольный формирователь закона ограничения, блок контроля канала и ключ, кроме этого система дополнительно снабжена задатчиком режимов, программным блоком, блоком формирования сигнала отказа, блоком контроля устройства управления расходом топлива и исполнительного механизма, ключом и пороговым элементом, при этом первые входы контрольных и основных формирователей законов ограничения и первые входы блоков контроля канала соединены с выходами соответствующих измерителей регулируемой величины, вторые входы - с выходом измерителя температуры воздуха и входом порогового элемента, выходы основного и контрольного формирователей законов ограничения соединены соответственно с вторым и третьим входами блока контроля канала, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами ключей, рабочие входы которых соединены соответственно с выходами основных формирователей закона ограничения, а выходы - с соответствующими входами селектора минимального расхода топлива, причем выходы блоков контроля каналов соответственно соединены также с входами задатчика режимов и с первым, вторым и третьим входами блока формирования сигнала отказа, четвертый вход которого соединен с выходом порогового элемента, а пятый - с выходом блока контроля устройства управления расходом топлива, первый вход которого соединен с выходом селектора минимального расхода топлива и с входом устройства управления исполнительным механизмом, а второй - с выходом исполнительного механизма, выход устройства управления исполнительным механизмом соединен с рабочим входом дополнительного ключа, выход которого соединен с исполнительным механизмом, а управляющий вход - с выходом блока формирования сигнала отказа, кроме того выход задатчика режимов соединен с входом программного блока, выходы которого соединены с соответствующими входами основных и контрольных формирователей законов ограничения, а также с четвертым входом блоков контроля в каждом канале ограничения.

A system for automatically regulating the parameters of a gas turbine engine, containing channels for limiting the rotational speed of low and high pressure rotors and gas temperatures behind a low pressure turbine, each of which consists of a variable meter and a primary driver of the restriction law, while the output of the variable meter in each restriction channel is connected with the first input of the main driver of the law of restriction, the second input of which is connected to the output of the air temperature meter n the engine input, the minimum fuel consumption selector, the output of which is connected to the input of the actuator control device, an actuator, characterized in that a control driver of the restriction law, a channel control unit and a key are introduced into each restriction channel, in addition, the system is additionally equipped with a mode dial, software a block, a block for generating a failure signal, a control block for a fuel consumption control device and an actuator, a key and a threshold element, while the first inputs of the control and main generators of the laws of restriction and the first inputs of the control units of the channel are connected to the outputs of the corresponding meters of adjustable size, the second inputs are the outputs of the meter of the air temperature and the input of the threshold element, the outputs of the main and control generators of the laws of restriction are connected respectively to the second and third inputs of the block channel control, the outputs of which are connected respectively to the control inputs of the keys, the working inputs of which are connected respectively to the output the main drivers of the restriction law, and the outputs are with the corresponding inputs of the minimum fuel consumption selector, and the outputs of the channel control units are respectively connected also to the inputs of the mode setter and to the first, second and third inputs of the failure signal generating unit, the fourth input of which is connected to the output of the threshold element and the fifth - with the output of the control unit of the fuel consumption control device, the first input of which is connected to the output of the minimum fuel consumption selector and to the input of the control device an actuation mechanism, and the second - with the output of the actuator, the output of the actuator control device is connected to the working input of the additional key, the output of which is connected to the actuator, and the control input is connected to the output of the failure signal generation unit, in addition, the output of the mode dial is connected to the input a software block, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the main and control shapers of the laws of restriction, as well as to the fourth input of the control blocks in each om channel restrictions.