[go: up one dir, main page]

RU2351807C2 - Method of protecting gas turbine engine against surge - Google Patents

Method of protecting gas turbine engine against surge Download PDF

Info

Publication number
RU2351807C2
RU2351807C2 RU2007107755/06A RU2007107755A RU2351807C2 RU 2351807 C2 RU2351807 C2 RU 2351807C2 RU 2007107755/06 A RU2007107755/06 A RU 2007107755/06A RU 2007107755 A RU2007107755 A RU 2007107755A RU 2351807 C2 RU2351807 C2 RU 2351807C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
surge
criterion
gas turbine
signal
setting
Prior art date
Application number
RU2007107755/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007107755A (en
Inventor
Юрий Петрович Дудкин (RU)
Юрий Петрович Дудкин
Виктор Александрович Гладких (RU)
Виктор Александрович Гладких
Геннадий Викторович Фомин (RU)
Геннадий Викторович Фомин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "СТАР"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "СТАР" filed Critical Открытое акционерное общество "СТАР"
Priority to RU2007107755/06A priority Critical patent/RU2351807C2/en
Publication of RU2007107755A publication Critical patent/RU2007107755A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2351807C2 publication Critical patent/RU2351807C2/en

Links

Landscapes

  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to aircraft engine production and can be incorporated with electronic hydro mechanical automatic gas turbine engine control systems. To identify the compressor surge state, this invention proposes to calculate additionally the surge criterion and compare it with the cut-in/cut-out settings selected for every gas turbine type experimentally. In case the said criterion exceeds the cut-in setting, the "SURGE" signal is generated. If the said criterion is smaller than the cutting-in setting, it is compared with cutting-off setting. Is the criterion exceeds the cutting-off setting, the "SURGE" signal is preserved. Is the criterion is smaller than the cutting-off setting, the "SURGE" signal is removed, cooling chamber is cut out and fuel feed to combustion chamber of gas turbine is resumed.
EFFECT: higher engine reliability and aircraft safety.
1 dwg

Description

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

Известен способ защиты ГТД от помпажа, реализованный в гидромеханической САУ с электронным сигнализатором помпажа, [1]. Способ заключается в том, что по сигналу от сигнализатора помпажа выключают двигатель.A known method of protecting a gas turbine engine against surge, implemented in a hydromechanical self-propelled guns with an electronic surge signaling device, [1]. The method consists in turning off the engine by a signal from a surge detector.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность и невозможность использования на одномоторных летательных аппаратах (ЛА).The disadvantage of this method is its low efficiency and the inability to use on single-engine aircraft (LA).

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ защиты ГТД, реализуемый, например, в электронно-гидромеханических САУ, [2].Closest to this invention in technical essence is a method of protecting a gas turbine engine, implemented, for example, in electronic hydromechanical self-propelled guns, [2].

САУ содержит последовательно соединенные блок датчиков (БД), включающий в себя сигнализатор помпажа, электронный регулятор (ЭР), дозатор топлива (ДТ), клапан останова (КО).The self-propelled gun contains a series-connected sensor unit (DB), which includes a surge indicator, an electronic regulator (ER), a fuel metering device (DT), and a stop valve (KO).

Способ заключается в том, что с помощью сигнализатора помпажа определяют начало помпажа компрессора, включают КО и прекращают подачу топлива в камеру сгорания (КС) ГТД на наперед заданное время, зависящее от характеристик ГТД, после истечения этого времени выключают КО и возобновляют подачу топлива в КС ГТД.The method consists in the fact that with the help of the surge indicator, the start of compressor surge is determined, KOs are turned on and the fuel supply to the gas turbine combustion chamber is stopped for a predetermined time, depending on the characteristics of the gas turbine engine, after this time, the KOs are turned off and the fuel supply to the KS is resumed. GTE.

Недостатком известного способа является следующее. Прекращение подачи топлива в КС обычно обеспечивает вывод компрессора двигателя из помпажа. Но процесс потери и восстановления запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора сильно зависит от индивидуальных характеристик ГТД. Особенно это касается современных ГТД (ПС-90А, ПС-90А1, ПС-90А2), газогенераторы которых «выжаты» в смысле запасов ГДУ для обеспечения экономических эксплуатационных характеристик двигателя. Это приводит к тому, что для современных ГТД предлагаемый способ восстановления расхода топлива (через наперед заданное время) может усугубить состояние двигателя - в случае, если к моменту истечения наперед заданного времени двигатель еще не вышел из помпажа, или вызвать повторный помпаж - если к моменту истечения наперед заданного времени двигатель еще не набрал необходимого запаса ГДУ. Это снижает надежность работы двигателя и может привести к необходимости его выключения. Это снижает безопасность летательного аппарата (ЛА) и делает практически невозможным использование известного способа для защиты современных ГТД.The disadvantage of this method is the following. The cessation of fuel supply to the COP usually provides the output of the engine compressor from surging. But the process of loss and restoration of gas-dynamic stability (GDU) reserves of a compressor strongly depends on the individual characteristics of a gas turbine engine. This is especially true of modern gas turbine engines (PS-90A, PS-90A1, PS-90A2), the gas generators of which are "squeezed" in the sense of gas-turbine engine reserves to ensure the economic performance of the engine. This leads to the fact that, for modern gas turbine engines, the proposed method of recovering fuel consumption (after a predetermined time) can aggravate the condition of the engine - if by the time the predetermined time has expired the engine has not yet surged, or cause repeated surging - if by the time the expiration of a predetermined time, the engine has not yet scored the necessary supply of GDU. This reduces the reliability of the engine and may lead to the need to turn it off. This reduces the safety of the aircraft (LA) and makes it almost impossible to use the known method to protect modern gas turbine engines.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ в части защиты ГТД от помпажа и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.The aim of the invention is to improve the quality of work of self-propelled guns in terms of protecting a gas turbine engine from surging and, as a result, improving the reliability of a gas turbine engine and the safety of aircraft.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно для идентификации состояния помпажа компрессора рассчитывают критерий помпажа, сравнивают критерий с уставками включения и выключения, определяемыми для каждого типа ГТД экспериментально, в случае превышения критерием уставки включения формируют сигнал "Помпаж", а если критерий меньше уставки включения, сравнивают его с уставкой выключения, если критерий больше уставки выключения, сохраняют сигнал «Помпаж», если критерий меньше уставки выключения, снимают сигнал «Помпаж», и только после этого выключают КО и возобновляют подачу топлива в КС ГТД.The goal is achieved by the fact that in addition to identifying the compressor surge status, the surge criterion is calculated, the criterion is compared with the on and off settings determined for each type of gas turbine engine experimentally, if the criterion exceeds the inclusion setpoint, the "surge" signal is generated, and if the criterion is less than the inclusion setpoint, compare it with the shutdown setpoint, if the criterion is greater than the shutdown setpoint, save the "Surge" signal, if the criterion is less than the shutdown setpoint, remove the "Surge" signal, and only after that, they turn off the CO and resume the supply of fuel to the gas turbine engine.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.The drawing shows a diagram of a device that implements the inventive method.

Устройство содержит последовательно соединенные БД 1, включающий в себя сигнализатор 2 помпажа, ЭР 3, ДТ 4, КО 5, причем ДТ подключен к БД 1, а КО 5 - к ЭР 3.The device contains a series-connected database 1, which includes a surge indicator 2, ER 3, DT 4, KO 5, and DT is connected to the database 1, and KO 5 to the ER 3.

Устройство работает следующим образом. Электронный регулятор 2 по сигналам датчиков из блока 1 по известным зависимостям (см., например, [2]) формирует управляющее воздействие на ДТ 4, который осуществляют требуемые изменения расхода топлива в КС двигателя. При нормальной работе ГТД КО 5 выключен.The device operates as follows. The electronic controller 2 by the signals of the sensors from block 1 according to known dependencies (see, for example, [2]) generates a control action on the diesel fuel 4, which carry out the required changes in fuel consumption in the engine CS. During normal operation, the TBG KO 5 is turned off.

При возникновении помпажа сигнализатор 2 формирует сигнал в ЭР 3. После получения этого сигнала ЭР 3 формирует команду на включение КО 5. КО 5 прекращает подачу топлива в КС. Одновременно по команде ЭР 3 ДТ 4 устанавливается в положение, соответствующее расходу топлива на режиме МГ.When surge occurs, signaling device 2 generates a signal in ER 3. After receiving this signal, ER 3 generates a command to turn on KO 5. KO 5 stops the fuel supply to the KS. At the same time, by command of ER 3, DT 4 is set to the position corresponding to the fuel consumption in the MG mode.

После ликвидации помпажа сигнал от сигнализатора 2 снимается, ЭР 3 выключает КО 5. Через ДТ 4 в КС начинает поступать расход топлива, соответствующий режиму работы двигателя.After the surge is eliminated, the signal from the signaling device 2 is removed, the ER 3 turns off the CO 5. Through DT 4, the fuel consumption corresponding to the engine operating mode begins to flow to the CS.

Сигнализатор 2 помпажа представляет вычислитель (процессор, ОЗУ, ПЗУ) с устройствами ввода/вывода, подключенными к БД 1 и ЭР 2. Сигнализатор 2 работает следующим образом (все численные значения используемых переменных приведены для двигателя ПС-90А, но по известной методике, см., например, [3], их можно выбрать для любого другого двигателя по его обобщенным характеристикам).The surge signaling device 2 is a calculator (processor, RAM, ROM) with input / output devices connected to the DB 1 and ER 2. The signaling device 2 operates as follows (all numerical values of the variables used are given for the PS-90A engine, but according to a known method, see ., for example, [3], they can be selected for any other engine according to its generalized characteristics).

До расчета критерия помпажа производятся проверки условий, по которым диагностика помпажа отключается:Before calculating the criterion for surge, the conditions are checked, according to which the diagnosis of surge is turned off:

1. Наличие/отсутствие метки отключения функции диагностики помпажа (от ЭР 3).1. The presence / absence of a mark for disabling the surge diagnostic function (from ER 3).

2. Наличие/отсутствие частоты вращения турбокомпрессора больше 35% (при более низкой частоте степень сжатия мала).2. The presence / absence of a turbocharger speed of more than 35% (at a lower frequency, the compression ratio is small).

3. Проверяется готовность буфера, то есть его заполненность кондиционными значениями измерения давления за компрессором, являющимися непрерывной последовательностью.3. The readiness of the buffer is checked, that is, its filling with standard values of pressure measurement behind the compressor, which are a continuous sequence.

Метод диагностики помпажа на основе цифровой фильтрации. Данный метод основан на оценке мощности гармоник требуемой частоты, выделенных из сигнала давления воздуха за компрессором, таким образом, помпаж диагностируется при наличии колебаний давления воздуха за компрессором определенной частоты и с отношением амплитуды колебаний к среднему значению давления большим, чем определенное предельное значение. Критерий помпажа определяется по формуле:Method for the diagnosis of surge based on digital filtering. This method is based on estimating the power of harmonics of the required frequency extracted from the air pressure signal behind the compressor, thus surge is diagnosed in the presence of air pressure fluctuations behind the compressor of a certain frequency and with a ratio of the amplitude of oscillations to the average pressure value greater than a certain limit value. Surge criteria are determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ΔPк - амплитуда колебаний давления воздуха за компрессором;where ΔP k is the amplitude of the air pressure fluctuations behind the compressor;

Pк СР - среднее значение измеряемого давления.P to SR - the average value of the measured pressure.

ΔРк определяется как мощность гармоник определенной частоты. Всякий процесс f(t) может быть разложен в ряд Фурье по формуле:ΔР к is defined as the power of harmonics of a certain frequency. Every process f (t) can be expanded in a Fourier series by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ω0 - основная угловая частота функции (наименьшая кратная гармоника);where ω 0 is the fundamental angular frequency of the function (the smallest multiple harmonic);

an, bn - множество весовых коэффициентов для каждой гармоники;a n , b n - the set of weights for each harmonic;

t - время;t is the time;

a0 - постоянная составляющая сигнала.a 0 is the constant component of the signal.

Коэффициенты можно рассчитать по формулам:The coefficients can be calculated by the formulas:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000004
Figure 00000005

Мощность сигнала, представленного таким образом, согласно теореме Парсеваля определяется какThe power of the signal thus represented, according to the Parseval theorem, is defined as

Figure 00000006
Figure 00000006

мощность сигнала - величина, пропорциональная квадрату амплитуды n-х гармоник сигнала, нам же необходимо определять относительную амплитуду полосы частот сигнала, поэтому перейдем к относительным весовым коэффициентам:signal power - a value proportional to the square of the amplitude of the n-th harmonics of the signal, but we need to determine the relative amplitude of the signal frequency band, so we turn to the relative weight coefficients:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Таким образом, критерий приобретает следующий вид:Thus, the criterion takes the following form:

Figure 00000009
Figure 00000009

где С - критерий.where C is the criterion.

Если перейти от преобразования Фурье к методам оптимальной (квазиоптимальной) цифровой фильтрации с конечной импульсной характеристикой (КИХ), то формула (6) приобретет следующий вид:If we pass from the Fourier transform to the methods of optimal (quasi-optimal) digital filtering with a finite impulse response (FIR), then formula (6) will take the following form:

Figure 00000010
Figure 00000010

где a1(n) и a2(n) - коэффициенты синусного и косинусного фильтров,where a 1 (n) and a 2 (n) are the coefficients of the sine and cosine filters,

а3(n) - коэффициенты фильтра низкой частоты,and 3 (n) are the coefficients of the low-pass filter,

х(n) - входная последовательность,x (n) is the input sequence,

N - порядок КИХ фильтра.N is the order of the FIR filter.

Затем критерий сравнивается с уставкой срабатывания (0.2), и в случае превышения выдается сигнал "Помпаж", а если критерий меньше уставки включения, сравнивается с уставкой выключения (0.15), и в случае превышения уставки над критерием снимается сигнал "Помпаж".Then, the criterion is compared with the operation setpoint (0.2), and in case of exceeding the signal “Surge” is issued, and if the criterion is less than the setpoint on, it is compared with the shutdown setpoint (0.15), and in case of exceeding the setpoint the signal “Surge” is removed.

Таким образом, обеспечивается диагностирование помпажа компрессора двигателя по внутридвигательному параметру: давлению воздуха за компрессором методом анализа динамики его изменения, что обеспечивает повышение достоверности оценки состояния двигателя и качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.Thus, it is possible to diagnose surging of the compressor of an engine by the internal motor parameter: air pressure behind the compressor by analyzing the dynamics of its change, which provides an increase in the reliability of assessing the state of the engine and the quality of the ACS and, as a result, increasing the reliability of the gas turbine engine and the safety of the aircraft.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИLIST OF SOURCES OF INFORMATION

1. Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД». М., «Транспорт», 1976.1. Keba I.V. "Flight operation of helicopter gas turbine engines." M., "Transport", 1976.

2. Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД». М., «Машиностроение», 1988.2. Cherkasov B.A. "Automation and regulation of the WFD." M., "Engineering", 1988.

3. Техническая справка №2001.06.29. «Методика синтеза критерия помпажа». Пермь, ОАО «СТАР», 2001.3. Technical information No. 2001.06.29. "Method for the synthesis of surge criteria." Perm, OJSC STAR, 2001.

Claims (1)

Способ защиты газотурбинного двигателя (ГТД) от помпажа, заключающийся в том, что при возникновении помпажа включают клапан останова (КО) и прекращают подачу топлива в камеру сгорания (КС) ГТД, отличающийся тем, что дополнительно для идентификации состояния помпажа компрессора рассчитывают критерий помпажа, сравнивают критерий с уставками включения и выключения, определяемыми для каждого типа ГТД экспериментально, в случае превышения критерием уставки включения формируют сигнал "Помпаж", а если критерий меньше уставки включения, сравнивают его с уставкой выключения, если критерий больше уставки выключения сохраняют сигнал «Помпаж», если критерий меньше уставки выключения снимают сигнал «Помпаж», выключают КО и возобновляют подачу топлива в КС ГТД. A method of protecting a gas turbine engine (GTE) from surging, which consists in the fact that when a surge occurs, a stop valve (KO) is turned off and the fuel supply to the combustion chamber (CS) of the gas turbine is stopped, characterized in that in addition to identifying the compressor surging condition, the surging criterion is calculated, they compare the criterion with the on and off settings that are determined experimentally for each type of gas turbine engine; if the criterion exceeds the inclusion setpoint, the signal "Surge" is generated, and if the criterion is less than the inclusion setpoint, comparing They are shown with the shutdown setpoint, if the criterion greater than the shutdown setpoint saves the “Surge” signal, if the criterion is less than the shutdown setpoint, they remove the “Surge” signal, turn off the power switch and resume the fuel supply to the gas turbine engine.
RU2007107755/06A 2007-03-01 2007-03-01 Method of protecting gas turbine engine against surge RU2351807C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007107755/06A RU2351807C2 (en) 2007-03-01 2007-03-01 Method of protecting gas turbine engine against surge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007107755/06A RU2351807C2 (en) 2007-03-01 2007-03-01 Method of protecting gas turbine engine against surge

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007107755A RU2007107755A (en) 2008-09-10
RU2351807C2 true RU2351807C2 (en) 2009-04-10

Family

ID=39866510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007107755/06A RU2351807C2 (en) 2007-03-01 2007-03-01 Method of protecting gas turbine engine against surge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2351807C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468257C2 (en) * 2010-11-11 2012-11-27 Открытое акционерное общество "СТАР" Gas turbine engine control method
RU2613758C2 (en) * 2015-08-14 2017-03-21 Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Method for protecting bypass turbojet engine against stall during operation
RU2773588C1 (en) * 2021-07-13 2022-06-06 Александр Анатольевич Романов Method for spectral assessment of the occurrence of the pre-surge condition of aircraft gas turbine engines

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЧЕРКАСОВ Б.А. Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1988, с.226-229. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468257C2 (en) * 2010-11-11 2012-11-27 Открытое акционерное общество "СТАР" Gas turbine engine control method
RU2613758C2 (en) * 2015-08-14 2017-03-21 Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Method for protecting bypass turbojet engine against stall during operation
RU2773588C1 (en) * 2021-07-13 2022-06-06 Александр Анатольевич Романов Method for spectral assessment of the occurrence of the pre-surge condition of aircraft gas turbine engines
RU2801768C1 (en) * 2023-02-03 2023-08-15 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method for protecting a gas turbine engine from compressor surge

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007107755A (en) 2008-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103080505B (en) Water or hail are inhaled into the detection of turbogenerator
US8068997B2 (en) Continuous performance analysis system and method
US6990814B2 (en) Engine turbocharger control management system
US9470167B2 (en) System and method for estimating high-pressure fuel leakage in a common rail fuel system
US7810386B2 (en) Method for a plausibility check of the output signal of a rail pressure sensor
US10006348B2 (en) Turbocharger device
EP3171004A1 (en) Method and system for improving parameter measurement
US10458372B2 (en) Method and device for dynamic monitoring of an air charging system of an internal combustion engine
US20220170819A1 (en) Method and system for monitoring a status of a reducer of a gas turbine
RU2337250C2 (en) Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions
CN106523163A (en) Surge control method and electronic controller for aero-gas turbine engine
EP2677151A1 (en) Device for controlling internal combustion engine
EP2930337B1 (en) Method to control a supercharged internal combustion engine provided with a turbocharger by means of an estimation of the average power delivered by the turbine of the turbocharger
US11667392B2 (en) Method and system for operating a rotorcraft engine
RU2351807C2 (en) Method of protecting gas turbine engine against surge
CN103452642A (en) Method and device for diagnosing a blowoff valve for a supercharging device of an internal combustion engine
RU2431753C1 (en) Gas turbine plant control method
US20160258799A1 (en) Method and device for recognizing an error in the acquisition of sensor quantities relating to a mass flow or to a pressure in a gas line system of an internal combustion engine
RU2310100C2 (en) Method to protect gas-turbine engine from unstable operation of compressor
RU2374498C1 (en) Anti-surge device for gas turbine engine compressor
RU2305788C2 (en) Method of emergency protection of gas-turbine engine at failures and troubles
RU2472974C2 (en) Method of gas turbine engine protection
RU2435970C1 (en) Gas turbine plant control method
RU2418962C2 (en) Gas turbine engine control method
RU2387882C2 (en) Method to protect gas turbine engine against surge

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120302