[go: up one dir, main page]

RU2376487C2 - Method of gas turbine engine protection - Google Patents

Method of gas turbine engine protection Download PDF

Info

Publication number
RU2376487C2
RU2376487C2 RU2008100984/06A RU2008100984A RU2376487C2 RU 2376487 C2 RU2376487 C2 RU 2376487C2 RU 2008100984/06 A RU2008100984/06 A RU 2008100984/06A RU 2008100984 A RU2008100984 A RU 2008100984A RU 2376487 C2 RU2376487 C2 RU 2376487C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
transmission
rotor
sensors
pickups
Prior art date
Application number
RU2008100984/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008100984A (en
Inventor
Игорь Федорович Кравченко (UA)
Игорь Федорович Кравченко
Александр Александрович Разладский (UA)
Александр Александрович Разладский
Виктор Николаевич Харитонов (UA)
Виктор Николаевич Харитонов
Сергей Борисович Резник (UA)
Сергей Борисович Резник
Юрий Владленович Рублевский (UA)
Юрий Владленович Рублевский
Сергей Евгеньевич Сигарев (UA)
Сергей Евгеньевич Сигарев
Original Assignee
Государственное предприятие "Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" имени академика А.Г. Ивченко"
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 Государственное предприятие "Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" имени академика А.Г. Ивченко" filed Critical Государственное предприятие "Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" имени академика А.Г. Ивченко"
Priority to RU2008100984/06A priority Critical patent/RU2376487C2/en
Publication of RU2008100984A publication Critical patent/RU2008100984A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2376487C2 publication Critical patent/RU2376487C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed method comprises controlling fuel feed in emergent uncoupling of power (free) turbine transmission. Fuel feed control, up to complete outage of feed, is subject to relative motion of engine rotor and stator and performed exploiting the properties of magnetic induction engine rotor RPM pickups to register relative dynamic motion of engine rotor, stator and transmission caused by oscillatory processes in engine operation. Note here that the moment of transmission failure is revealed simultaneously by engine unlike rotor RPM pickups to generate fuel feed reduction signal. Moment of power turbine transmission failure is revealed using, additionally, rotor torque measurement system pressure pickups which are taken to make technical state control system pickups. Claimed method allows simplifying engine protection system by ruling out additional inductors and RPM pickups in power (free) turbine via using signals of standard pickups.
EFFECT: reliability and fast detection of transmission shaft disengagement.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Заявляемое техническое решение относится к управлению газотурбинными двигателями, особенно авиационными. В частности, оно касается способов защиты двигателя при аварийном рассоединении трансмиссии его силовой (свободной) турбины путем управления топливоподачей двигателя.The claimed technical solution relates to the control of gas turbine engines, especially aircraft. In particular, it relates to methods for protecting the engine during emergency disconnection of the transmission of its power (free) turbine by controlling the fuel supply of the engine.

Более конкретно, заявляемое решение относится к способам и логическим системам текущего автоматического отслеживания признаков состояния трансмиссии с использованием сигнала и, в частности, свободной турбины путем обеспечения и выполнения команд воздействия на функцию топливоподачи с ограничением ее параметров вплоть до полного прекращения.More specifically, the claimed solution relates to methods and logical systems for automatically monitoring the signs of a transmission state using a signal and, in particular, a free turbine by providing and executing commands to influence the fuel supply function with the restriction of its parameters until it is completely stopped.

Частота вращения роторных частей газотурбинных двигателей достигает от десятков до нескольких сотен оборотов в секунду. Рассоединение трансмиссии того или иного ротора приводит к непредсказуемому катастрофическому отказу двигателя. На Фиг.1 схематично представлено рассоединение трансмиссии 6 ГТД 1.The rotational speed of the rotor parts of gas turbine engines reaches from tens to several hundred revolutions per second. Disconnecting the transmission of one or another rotor leads to unpredictable catastrophic engine failure. Figure 1 schematically shows the disengagement of the transmission 6 GTE 1.

При этом происходят:When this happens:

- внезапное торможение переднего (до места рассоединения трансмиссии) фрагмента (Фиг.1 ω1_П→0, частота вращения стремится к 0),- sudden braking of the front (to the point of disconnection of the transmission) fragment (Figure 1 ω1_P → 0, the rotation speed tends to 0),

- неконтролируемое ускорение или неуправляемая раскрутка заднего (за местом рассоединения трансмиссии) фрагмента (Фиг.1 ω1_3), когда частота вращения стремится к частоте самоторможения, если в ГТД 1 продолжает поступать топливо).- uncontrolled acceleration or uncontrolled promotion of the back (behind the place of disconnection of the transmission) fragment (Figure 1 ω1_3), when the rotational speed tends to the self-braking frequency if fuel continues to flow in the turbine engine 1).

Последнее вызывает недопустимый риск, когда центробежные силы достигают величин, приводящих к разрушению заднего фрагмента от удара его частей о корпус статора, и его разрушение с возможным выбросом компонентов и последующим разрушением остальных частей двигателя и далее фюзеляжа.The latter causes an unacceptable risk when centrifugal forces reach values that lead to the destruction of the rear fragment from the impact of its parts on the stator housing, and its destruction with the possible ejection of components and subsequent destruction of the remaining parts of the engine and the fuselage.

Весь этот процесс происходит в десятые доли секунды, т.е. значительно быстрее реакции экипажа воздушного судна, поэтому в международных Авиационных правилах АП33 (п.33.19(C) и JAR-T850 оговорено обязательное наличие автоматической системы защиты двигателя.This whole process takes place in tenths of a second, i.e. much faster than the reaction of the aircraft crew, therefore, in the International Aviation Rules AP33 (paragraph 33.19 (C) and JAR-T850, the mandatory presence of an automatic engine protection system is stipulated.

Защита от внезапного разрушения роторов таких двигателей при рассоединении трансмиссии, особенно авиационных, чрезвычайно актуальна.Protection against sudden destruction of the rotors of such engines when the transmission is disconnected, especially aircraft, is extremely important.

Так, из описания к патенту Франции №2818691 (кл. МПК F02C 9/28, заявитель SNECMA, №з. 0016899 от 22.12.2000) известно техническое решение защиты газотурбинного двигателя при забросе частоты вращения вала.So, from the description of French patent No. 2818691 (class IPC F02C 9/28, applicant SNECMA, No. 0016899 dated December 22, 2000), a technical solution is known for protecting a gas turbine engine when casting a shaft speed.

Оно содержит электропреобразователь с электронным звеном выявления превышения допустимой частоты вращения, в частности, вала турбины высокого давления.It contains an electric converter with an electronic link for detecting an excess of the permissible speed, in particular, a high-pressure turbine shaft.

Защита осуществляется подачей гидравлического сигнала электропреобразователя на клапан регулирования подачи топлива в системе рычага управления двигателем. В свою очередь, этот сигнал формируется данными электронного звена, которое отслеживает частоту вращения.Protection is carried out by applying a hydraulic signal of the electric converter to the fuel control valve in the engine control lever system. In turn, this signal is generated by electronic link data, which tracks the speed.

Принцип известного решения в значительной степени основан на взаимодействии гидравлических агрегатов. В этом техническом решении в критический момент превышения допустимой частоты вращения вала при срабатывании гидравлики может отрицательно проявиться ее недостаточно быстрое действие.The principle of the known solution is largely based on the interaction of hydraulic units. In this technical solution, at a critical moment when the permissible shaft rotation speed is exceeded, when the hydraulics are triggered, its insufficiently fast action can be negatively manifested.

Из описания к патенту США №6176074 (кл. МПК F02C 7/00, кл. НКИ США 60/39.03, заявлен фирмой P&W 05.01.1998) известен способ управления газотурбинным двигателем с компрессором и турбиной на общем валу при срезе и рассоединении последнего. Известный способ предусматривает прекращение подачи топлива как реакцию на сигнал частоты вращения от одного и более датчиков частоты вращения, в частности, и соотношения приращения таковой.From the description of US patent No. 6176074 (CL IPC F02C 7/00, CL NCI US 60 / 39.03, claimed by P&W 01/05/1998), a method for controlling a gas turbine engine with a compressor and a turbine on a common shaft when cutting and disconnecting the latter is known. The known method provides for the cessation of fuel supply in response to a speed signal from one or more speed sensors, in particular, and the increment ratio thereof.

При этом известный способ предусматривает размещение датчиков вблизи первой ступени компрессора и далее по потоку за компрессором.Moreover, the known method involves placing sensors near the first stage of the compressor and further downstream of the compressor.

Таким образом известный способ основан на контроле изменения скорости торможения переднего фрагмента трансмиссии при ее рассоединении.Thus, the known method is based on monitoring changes in the braking speed of the front fragment of the transmission when it is disconnected.

Следовательно, отсутствуют прямой замер и сигнал частоты вращения заднего фрагмента трансмиссии, что снижает достоверность полученных данных.Therefore, there is no direct measurement and the signal of the rotation frequency of the rear fragment of the transmission, which reduces the reliability of the obtained data.

Кроме того, при рассоединении трансмиссии очень велика степень вероятности разушения датчиков, установленных в газодинамическом тракте.In addition, when the transmission is disconnected, the probability of desensing the sensors installed in the gas-dynamic path is very high.

Из описания к патенту США №6293085 (кл. МПК F02C 9/28, кл. НКИ США 60/39.03, заявлен фирмой P&W 29.11.2000), как развитие системы FADEC, известны метод и аппаратура логистического контроля внезапного рассоединения вала на рабочих режимах, например в газотурбинном двигателе с внутренним валом ротора низкого давления и внешним валом ротора высокого давления.From the description of US patent No. 6293085 (CL IPC F02C 9/28, CL NCI 60/39.03, declared by P&W on 11/29/2000), as a development of the FADEC system, a method and apparatus for logistic control of sudden shaft disconnection in operating modes are known, for example, in a gas turbine engine with an internal shaft of a low pressure rotor and an external shaft of a high pressure rotor.

Устройство в электронном блоке использует на каждом из валов два набора двух видов датчиков.The device in the electronic unit uses on each of the shafts two sets of two types of sensors.

Один набор - датчики частоты вращения вала на входе в компрессор низкого давления и датчики давления на входе в камеру сгорания. Эти датчики сообщены с первым каналом системы FADEC (Full Authority Digital Engine Control).One set - shaft speed sensors at the inlet to the low pressure compressor and pressure sensors at the inlet to the combustion chamber. These sensors communicate with the first channel of the FADEC (Full Authority Digital Engine Control) system.

Другой набор - датчики абсолютного давления на выходе из камеры сгорания и датчики частоты вращения.Another set - absolute pressure sensors at the outlet of the combustion chamber and speed sensors.

Они сообщены со вторым, резервным, каналом системы FADEC.They are communicated with the second, backup, channel of the FADEC system.

Наиболее известный способ предлагает установку на разных концах трансмиссии силовой тубины датчиков частоты вращения и индукторов для обнаружения разницы в показаниях этих датчиков в случае рассоединения указанной трансмиссии (так называемая разностная защита).The most well-known method offers the installation of speed sensors and inductors at different ends of the transmission of the power tubing to detect differences in the readings of these sensors in case of disconnection of the specified transmission (the so-called differential protection).

Подразумевается, что при разрушении вала и неконтролируемом увеличении частоты вращения турбины логистическая схема обеспечивает оперативную команду немедленного отсечения подачи топлива в камеру сгорания.It is understood that if the shaft is destroyed and the turbine rotational speed increases uncontrollably, the logistic scheme provides an operational command to immediately cut off the fuel supply to the combustion chamber.

Двигатель тормозится, чем предполагается предотвращение возможных катастрофических последствий.The engine is braked, which is supposed to prevent possible catastrophic consequences.

Техническое решение по патенту США №6293085 нуждается в усовершенствовании, поскольку оно не позволяет напрямую контролировать раскрутку отсоединившейся турбины. Опытные испытания показали, что при торможении компрессора и раскрутке турбины их скорости значительно отличаются. В зависимости от места рассоединения (разрыва) вала индуктор может практически мгновенно, т.е. до формирования сигнала, ударить корпус датчика частоты вращения.The technical solution according to US patent No. 6293085 needs to be improved because it does not allow direct control of the spin-off of a disconnected turbine. Experimental tests have shown that during compressor braking and turbine spinning, their speeds differ significantly. Depending on the place of disengagement (rupture) of the shaft, the inductor can almost instantly, i.e. Before generating the signal, hit the speed sensor housing.

В этих случаях информация состояния просто не может появиться, а это свидетельствует об определенной ненадежности известного решения.In these cases, state information simply cannot appear, and this indicates a certain unreliability of the known solution.

Опыт также показал, что прием дублирования для подтверждения достоверности сигнала датчиков (см. Фиг.3, поз.76 и 86 описания к патенту) может дать разные результаты не только по амплитуде, но и по знаку, что приведет к неоднозначной реакции системы.Experience has also shown that receiving duplication to confirm the reliability of the sensor signal (see Fig. 3, items 76 and 86 of the patent description) can give different results not only in amplitude but also in sign, which will lead to an ambiguous reaction of the system.

Однако именно это известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого благодаря близости решаемой задачи, общности отдельных существенных признаков и возможности его усовершенствования.However, it is this well-known technical solution that is selected as a prototype of the claimed one due to the proximity of the problem being solved, the commonality of the individual essential features and the possibility of its improvement.

Статор газотурбинного двигателя всегда является «приемником» всех колебательных процессов, происходящих в двигателе. Основные составляющие этих процессов, как реакция, отражаются (в той или иной степени) в сигналах всех магнитно-индукционных датчиков частоты вращения, так как они обладают свойством чувствительных элементов относительных перемещений в системе «ротор-статор». То есть, сигналы вышеназванных датчиков в общем виде можно представить в видеThe stator of a gas turbine engine is always the “receiver” of all oscillatory processes occurring in the engine. The main components of these processes, as a reaction, are reflected (to one degree or another) in the signals of all magnetic induction speed sensors, since they have the property of sensitive elements of relative displacements in the rotor-stator system. That is, the signals of the above sensors in general can be represented as

Figure 00000001
Figure 00000001

Dx, Hx - коэффициенты, зависящие от типа датчика, места установки, режимаDx, Hx - coefficients depending on the type of sensor, installation location, mode

работы двигателя, сроков и условий эксплуатации и т.д.,engine operation, terms and conditions of use, etc.,

Z1, Z2 - количество зубьев шестерен-индукторов,Z1, Z2 - the number of teeth of gears-inductors,

ω1(t), ω2(t) - мгновенные частоты вращения роторов турбокомпрессора и свободной турбины,ω1 (t), ω2 (t) - instantaneous rotational speeds of the rotors of the turbocompressor and a free turbine,

ωg(t) - мгновенные частоты вращения приводных звеньев.ωg (t) are the instantaneous frequencies of rotation of the drive links.

Это и было учтено авторами настоящего технического решения, чтобы предотвратить серьезные разрушения или хотя бы ограничить их локализацию на корпусе двигателя.This was taken into account by the authors of this technical solution in order to prevent serious damage or at least limit their localization on the engine housing.

Перед авторами стояла задача создать такой способ защиты газотурбинного двигателя и систему его осуществления, которые позволили бы достичь определенного совокупного технического результата, включающего несколько логически взаимосвязанных причинно-следственной связью прогрессивных технических результатов, а именно обеспечение:The authors were faced with the task of creating a way to protect a gas turbine engine and a system for its implementation, which would allow to achieve a certain cumulative technical result, including several logically interconnected causal progressive technical results, namely ensuring:

- на рабочих режимах газотурбинного двигателя надежности и быстроты обнаружения по времени и месту рассоединения вала трансмиссиии,- on the operating modes of the gas turbine engine reliability and speed of detection by time and place of disconnection of the transmission shaft,

- оперативной подачи сигнала перемещения ротора относительно статора с одновременной оперативной реакцией ограничения или полного прекращения подачи топлива при неординарных сигналах взаимных перемещений ротора и статора,- prompt supply of the rotor displacement signal relative to the stator with the simultaneous operational reaction of limiting or complete cessation of fuel supply with extraordinary signals of mutual displacements of the rotor and stator,

- при упрощении системы за счет исключения дополнительных индукторов и датчиков частоты вращения в области (свободной) силовой турбины за счет использования сигналов стандартно комплектуемых датчиков.- while simplifying the system by eliminating additional inductors and speed sensors in the region of the (free) power turbine due to the use of signals from standardly equipped sensors.

Обязательный минимум таких стандартно комплектуемых датчиков в системе контроля параметров газотурбинных двигателей дан в отраслевом стандарте ОСТ 1 00788-2000, раздел 6, стр.6 и 7.The obligatory minimum of such standardly equipped sensors in the gas turbine engine parameter control system is given in the industry standard OST 1 00788-2000, section 6, pages 6 and 7.

В ОСТ 1 00788-2000 отмечены подлежащие обязательному контролю посредством стандартно комплектуемых датчиков параметры технического состояния узлов с постоянной выдачей сигнала, а именно:In OST 1 00788-2000, the parameters of the technical condition of nodes with constant signal output, which are subject to mandatory monitoring by means of standardly equipped sensors, are marked, namely:

- частота ω1 вращения ротора свободной турбины - датчик частоты вращения свободной турбины (ДЧВ1 - принятое авторами условное обозначение),- the frequency ω1 of rotation of the rotor of a free turbine is a sensor of the frequency of rotation of a free turbine (DCHV1 - the designation adopted by the authors),

- частота ω2 вращения ротора турбокомпрессора - датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора (ДЧВ2 - принятое авторами условное обозначение),- frequency of rotation of the rotor of the turbocompressor ω2 - sensor of the frequency of rotation of the rotor of the turbocompressor (DCHV2 - designation adopted by the authors),

- давление Рикм в канале измерения крутящего момента - датчик давления из состава измерителя крутящего момента на выходном валу (ДДикм - принятое авторами условное обозначение).- pressure Rickm in the channel for measuring torque - pressure sensor from the composition of the torque meter on the output shaft (DDikm - the designation adopted by the authors).

Поставленная задача решается тем, что в известном способе защиты газотурбинного двигателя путем управления топливоподачей и системе для его осуществления произведены определенные усовершенствования.The problem is solved in that in the known method of protecting a gas turbine engine by controlling the fuel supply and the system for its implementation, certain improvements are made.

Так, в известном способе защиты газотурбинного двигателя при рассоединении трансмиссии его силовой турбины в процессе работы двигателя используют сигналы давления и частот вращения роторов, затем:So, in the known method of protecting a gas turbine engine when disconnecting the transmission of its power turbine in the process of engine operation, the pressure signals and rotor speeds are used, then:

- обрабатывают эти сигналы,- process these signals,

- по результатам обработки определяют техническое состояние контролируемой трансмиссии и тем самым воздействуют на функцию управления подачей топлива в двигатель,- according to the results of processing determine the technical condition of the controlled transmission and thereby affect the function of controlling the supply of fuel to the engine,

усовершенствование состоит в следующем:The improvement is as follows:

управление подачей топлива в двигатель вплоть до ее полного прекращения осуществляют тем, что используют информацию о колебательных процессах двигателя за счет свойств магнитно-индукционных датчиков частоты вращения дополнительно выдавать таковую по реакции статора как приемника всех упомянутых процессов в двигателе, включая указанную трансмиссию.control of the fuel supply to the engine up to its complete cessation is carried out by using information on the oscillatory processes of the engine due to the properties of the magnetic induction speed sensors to additionally issue such a response of the stator as a receiver of all the mentioned processes in the engine, including the specified transmission.

При этом момент нарушения целостности трансмиссии диагностируют во времени изменением указанной реакции статора и одновременно обеспечивают уменьшение вплоть до прекращения подачи топлива.In this case, the moment of violation of the integrity of the transmission is diagnosed in time by changing the specified stator reaction and at the same time provide a reduction until the fuel supply is cut off.

Способ осуществляется тем, что в управление подачей топлива подключается дополнительное звено - модуль алгоритмов защиты (МА3 - принятое авторами сокращение), которое на основе свойств штатных магнитно-индукционных датчиков частоты вращения способно воспринимать колебательные процессы, происходящие в двигателе, и определять момент нарушения целостности трансмиссии, и, по ситуации, производить ограничение подачи топлива вплоть до полного его прекращенияThe method is carried out by connecting an additional link to the fuel supply control module of the protection algorithms (MA3 - the abbreviation adopted by the authors), which, based on the properties of standard magnetic induction speed sensors, is able to perceive vibrational processes occurring in the engine and determine the moment of transmission integrity violation , and, according to the situation, to limit the supply of fuel until its complete cessation

Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где:The claimed technical solution is illustrated by drawings, where:

- на Фиг.1 представлен схематично газотурбинный двигатель с условно показанными передним и задним фрагментами его трансмиссии в случае рассоединения последней.- figure 1 shows schematically a gas turbine engine with conventionally shown front and rear fragments of its transmission in case of disengagement of the latter.

Для переднего фрагмента частота вращения стремится к 0, т.е. торможение ω1_П→0;For the front fragment, the rotation frequency tends to 0, i.e. braking ω1_P → 0;

Для заднего фрагмента (за местом рассоединения), т.е. неконтролируемое ускорение ω1_3→ωсамоторможения;For the back fragment (behind the place of separation), i.e. uncontrolled acceleration ω1_3 → ω of self-braking ;

- на Фиг.2 показана принципиальная схема взаимодействия элементов и систем силовой установки летательного аппарата при использовании заявляемого способа защиты;- figure 2 shows a schematic diagram of the interaction of elements and systems of the power plant of the aircraft when using the proposed method of protection;

- на Фиг.3 показана укрупненная схема алгоритма работы модуля автоматической защиты (МАЗ-8, Фиг.2);- figure 3 shows an enlarged diagram of the algorithm of the automatic protection module (MAZ-8, figure 2);

- на Фиг.4 дана вспомогательная таблица отдельных обозначений, показанных в предыдущих чертежей.- figure 4 is an auxiliary table of the individual symbols shown in the previous drawings.

Предлагаемый способ защиты газотурбинного двигателя, осуществление которого показано на конкретном примере двухвального газотурбинного двигателя со свободной (силовой) турбиной, производится следующим образом.The proposed method of protecting a gas turbine engine, the implementation of which is shown on a specific example of a twin-shaft gas turbine engine with a free (power) turbine, is as follows.

Газотурбинный двигатель 1 (см. Фиг.1, 2) содержит статор 2, в котором установлен ротор свободной турбины совместно с датчиком 3 (ДЧВ1), а также ротор турбокомпрессора с датчиком 4(ДЧВ2) и датчиком давления 5 (ДДикм) в системе 6 измерителя крутящего момента. Как указывалось ранее, - это стандартно комплектуемые штатные датчики, условно объединенные в группу 7 (см. Фиг.2) и вспомогательную таблицу обозначений (Фиг.4).The gas turbine engine 1 (see Fig. 1, 2) contains a stator 2, in which a rotor of a free turbine is installed together with a sensor 3 (DCHV1), as well as a rotor of a turbocompressor with a sensor 4 (DCHV2) and a pressure sensor 5 (Ddikm) in system 6 torque meter. As indicated earlier, these are standardly equipped standard sensors, conditionally combined in group 7 (see Figure 2) and an auxiliary notation table (Figure 4).

Группа 7 датчиков формирует и выдает соответствующие сигналы, а именно X1(t), он же ПО-сигнал датчика частоты вращения свободной турбины, X2(t), он же П1-сигнал датчика вращения турбокомпрессора, и сигнал Pикм(t) датчика давления измерителя крутящего момента, он же П2. Эти сигналы направляются в модуль 8 алгоритмов защиты (на схеме Фиг.2 - МАЗ), который дополнительно введен в электронную систему управления 9 (на схеме Фиг.2 - ЭСУ) двигателя.A group of 7 sensors generates and generates the corresponding signals, namely X1 (t), which is also the PO signal of the speed sensor of the free turbine, X2 (t), it is also the P1 signal of the turbocharger rotation sensor, and the signal Pcm (t) of the meter pressure sensor torque, he's P2. These signals are sent to the protection algorithms module 8 (in the diagram of FIG. 2 - MAZ), which is additionally introduced into the electronic control system 9 (in the diagram of FIG. 2 - ESA) of the engine.

В электронной системе управления 9 (ЭСУ) частота вращения ω1 ротора силовой (свободной) турбины сравнивается в программном модуле 10 с предельным значением (на схеме Фиг.2 - ПО N2).In the electronic control system 9 (ESA), the rotation frequency ω1 of the rotor of the power (free) turbine is compared in the software module 10 with the limit value (in the diagram of Figure 2 - software N2).

В свою очередь, программный модуль 10 при определенных заданных значениях ω1 предельных оборотов частоты вращения ротора силовой турбины выдает команду на исполнительный механизм 12 (на схеме Фиг.2 - ИМ) насоса-дозатора в подмодуле 11 для ограничения подачи топлива из бака в двигатель 1. В случае превышения критического значения предельных оборотов ω1 частоты вращения ротора силовой турбины электронная система управления 9 (ЭСУ) выдает команду на клапан 13 прекращения подачи рабочего топлива (на схеме Фиг.2 - ППРТ) насоса-дозатора в подмодуле 11 и, следовательно, на прекращение подачи топлива в двигатель 1.In turn, the software module 10, at certain specified values of ω1 of the maximum speed of the power turbine rotor, gives a command to the actuator 12 (in the diagram of FIG. 2 - MI) of the metering pump in submodule 11 to limit the fuel supply from the tank to the engine 1. In case of exceeding the critical value of the limit speed ω1 of the rotational speed of the power turbine rotor, the electronic control system 9 (ESA) issues a command to the valve 13 for stopping the supply of working fuel (in the diagram of Figure 2 - PPRT) of the metering pump in submodule 11 and, therefore, to stop the fuel supply to the engine 1.

Модуль 8 (Фиг.2) алгоритмов защиты (МАЗ) принимает сигналы ПО, П1 и П2 от группы 7 упомянутых штатных датчиков (Фиг.2) и производит соответствующую их дискретизацию. В дальнейшем дискретизованные сигналы X1(t), X2(t), Рикм(t) (Фиг.1, 2) поступают в подмодуль 14 предварительной обработки во временной области (ПОВО), где преобразуются в определенный вид амплитудно-частотной характеристики (АЧХ):Module 8 (FIG. 2) of protection algorithms (MAZ) receives software, P1, and P2 signals from group 7 of the aforementioned standard sensors (FIG. 2) and performs their corresponding discretization. Subsequently, the discretized signals X1 (t), X2 (t), Rickm (t) (Figs. 1, 2) enter the pre-processing sub-module 14 in the time domain (POW), where they are converted into a certain type of amplitude-frequency characteristic (AFC) :

Figure 00000002
Figure 00000002

Ak, Bk, Ck - коэффициенты разбиения,Ak, Bk, Ck - partition coefficients,

k - количество разбиений исходных сигналов,k is the number of splits of the original signals,

ψk(t) - базисные функции разбиения.ψk (t) are the basis functions of the partition.

Из подмодуля 14 ПОВО данные поступают в подмодуль 15 (см. Фиг.3), где формируются относительные коэффициенты в подконтрольных диапазонах видаFrom POW submodule 14, the data arrives at submodule 15 (see FIG. 3), where relative coefficients are formed in controlled ranges of the form

Figure 00000003
Figure 00000003

[n-m,…n-1,n,n+1,…n+j,…n+l]∈к,[n-m, ... n-1, n, n + 1, ... n + j, ... n + l] ∈к,

Figure 00000004
- относительные коэффициенты разбиения в подконтрольных диапазонах.
Figure 00000004
- Relative partition coefficients in controlled ranges.

По относительным показателям производится оценка изменений в подконтрольной области АЧХ, соответствующей зоне рабочих частот вращения подконтрольной трансмиссии и зонам возможных частот вращения при разрушении указанной трансмиссии. Данные оценки изменений в виде относительных коэффициентов и номеров диапазона амплитудно-частотных характеристик АЧХ попадают в схемы обобщения и сравнения (СОиС) 16, 17 и 18.Relative indicators are used to evaluate changes in the controlled area of the frequency response corresponding to the zone of operating speeds of the controlled transmission and the zones of possible speeds when the specified transmission is destroyed. The data of the assessment of changes in the form of relative coefficients and numbers of the range of amplitude-frequency characteristics of the frequency response fall into the generalization and comparison schemes (SO&S) 16, 17 and 18.

В подмодуле 16 схемы обобщения и сравнения (СОиС) проверяется стабильность изменений. В случае обнаружения изменений в зонах ниже и выше рабочих частот, в модулях 17 и 18 производят сравнение номера текущей зоны, где отмечены изменения в критических зонахIn submodule 16 of the generalization and comparison scheme (SO&S), the stability of changes is checked. In case of detection of changes in the areas below and above the operating frequencies, in the modules 17 and 18, the number of the current zone is compared, where changes in critical zones are noted

В результате определяется набор признаков, которые в дальнейшем поступают в подмодуль 19 схемы принятия решения (СПР).As a result, a set of features is determined, which subsequently enter the submodule 19 of the decision-making scheme (DSS).

Определенные сочетания признаков определяют как состояние системы измерения, так и состояние трансмиссии ротора силовой (свободной) турбины.Certain combinations of features determine both the state of the measurement system and the state of transmission of the rotor of the power (free) turbine.

В случае определения значимого градиента изменения частоты вращения ротора силовой турбины МАЗ 8 формирует в СПР 19 (19.2) команду ПЗ (см. Фиг.2) на ограничение топлива и передает ее по цифровой шине данных в ЭСУ 9 для дальнейшего исполнения ее исполнительным механизмом (ИМ) 12 насоса-дозатора 11. При обнаружении рассоединения трансмиссии ротора силовой (свободной) турбины подмодуль схемы принятия решения СПР 19 (19.1) выдает команду П4 на клапан прекращения подачи топлива (ППРТ) 13 насоса-дозатора 11 на прекращение подачи топлива в двигатель 1. При определенных обстоятельствах может быть предусмотрена функция ограничения подачи топлива ПЗ с более плавным переходом на прекращение подачи топлива, как это показано на Фиг.3 в вариантах решений подмодуля схемы принятия решения упомянутого СПР 19.In the case of determining a significant gradient of the change in the rotor speed of the power turbine, MAZ 8 generates in PSS 19 (19.2) a PZ command (see Figure 2) for fuel restriction and transmits it via a digital data bus to ESA 9 for further execution by an actuator (IM ) 12 metering pump 11. If a disconnection of the transmission of the rotor of the power (free) turbine is detected, the submodule of the decision scheme SPR 19 (19.1) issues a command P4 to the fuel shut-off valve (ППРТ) 13 of the metering pump 11 to shut off the fuel supply to engine 1. When identifying PARTICULAR circumstances, it may be provided a function of fuel flow restriction PP with a smoother transition to the termination of the fuel supply, as shown in Figure 3 in the embodiments, solutions submodule decision logic 19 said SPR.

Проведенные экспериментальные работы показали, что интервал сбора данных и результат их обработки могут быть в пределах 0,01…0,03 миллисекунды. Такой подход позволяет на практике решать многие задачи контроля технического состояния и защиты газотурбинных двигателей, особенно авиационных.The conducted experimental work showed that the interval of data collection and the result of their processing can be in the range of 0.01 ... 0.03 milliseconds. This approach allows in practice to solve many problems of monitoring the technical condition and protection of gas turbine engines, especially aircraft.

Claims (2)

1. Способ защиты газотурбинного двигателя, содержащего магнитно-индукционные датчики в системах контроля технического состояния и управления двигателем, в том числе систему измерения крутящего момента роторов двигателя, когда при нарушении целостности трансмиссии силовой турбины в процессе работы двигателя используют сигналы указанных датчиков, пропорциональные параметрам давления и частот вращения роторов двигателя, по которым оценивают техническое состояние двигателя, в том числе упомянутой трансмиссии силовой турбины, и определяют момент ее нарушения с последующим воздействием на функцию управления подачей топлива в двигатель, отличающийся тем, что управление подачей топлива, вплоть до ее полного прекращения, формируют по признаку относительных перемещений роторов двигателя и его статора за счет свойств магнитно-индукционных датчиков частоты вращения роторов двигателя отражать относительные динамические перемещения статора и роторов двигателя, в том числе трансмиссии силовой турбины как результат колебательных процессов при его работе, причем момент нарушения целостности указанной трансмиссии диагностируют одновременно датчиками частоты вращения разноименных роторов двигателя и формируют уменьшение подачи топлива, вплоть до полного ее прекращения.1. A method of protecting a gas turbine engine containing magnetic induction sensors in the systems for monitoring the technical condition and engine control, including a system for measuring the torque of the engine rotors, when, in violation of the integrity of the power turbine transmission, the signals from these sensors are used proportional to the pressure parameters and rotational speeds of the engine rotors, which evaluate the technical condition of the engine, including the aforementioned power turbine transmission, and determine they determine the moment of its violation with the subsequent effect on the function of controlling the fuel supply to the engine, characterized in that the fuel supply control, up to its complete cessation, is formed on the basis of the relative movements of the engine rotors and its stator due to the properties of magnetic induction sensors of the rotor speed of the engine reflect the relative dynamic movements of the stator and rotors of the engine, including the power turbine transmission as a result of oscillatory processes during its operation, and the moment Decisions of the integrity of the specified transmission are simultaneously diagnosed by the rotational speed sensors of opposite rotors of the engine and a decrease in fuel supply is formed, up to its complete cessation. 2. Способ защиты газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что момент нарушения целостности указанной трансмиссии силовой турбины диагностируют, дополнительно используя датчики давления в системе измерения крутящего момента роторов как датчики систем контроля технического состояния. 2. The method of protecting a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the moment of integrity violation of said transmission of a power turbine is diagnosed, additionally using pressure sensors in the rotor torque measuring system as sensors of technical condition monitoring systems.
RU2008100984/06A 2008-01-09 2008-01-09 Method of gas turbine engine protection RU2376487C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008100984/06A RU2376487C2 (en) 2008-01-09 2008-01-09 Method of gas turbine engine protection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008100984/06A RU2376487C2 (en) 2008-01-09 2008-01-09 Method of gas turbine engine protection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008100984A RU2008100984A (en) 2009-07-20
RU2376487C2 true RU2376487C2 (en) 2009-12-20

Family

ID=41046744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008100984/06A RU2376487C2 (en) 2008-01-09 2008-01-09 Method of gas turbine engine protection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2376487C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2495395C1 (en) * 2012-04-27 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" Method of diagnosing twin-shaft gas turbine engine transmission
RU2504677C1 (en) * 2012-10-18 2014-01-20 Открытое акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро" Two-channel gas turbine fuel feed and adjustment system
RU2564159C2 (en) * 2010-07-02 2015-09-27 Турбомека Determination of free turbine overspeed by measurements using torque meter
RU2602644C1 (en) * 2015-10-29 2016-11-20 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method for protection of dual-frow turbojet engine against low pressure turbine spin-up
RU2631194C1 (en) * 2013-09-17 2017-09-19 Сименс Акциенгезелльшафт Method of control of the device for protection against exceeding the frequency of rotation of a single installation
RU2809537C2 (en) * 2019-07-12 2023-12-12 Соулар Тёрбинз Инкорпорейтед Method for obtaining data about rotation speed deviation

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114923696B (en) * 2022-03-30 2023-05-12 中国民用航空飞行学院 UAV micro-turbojet engine measurement and control platform and measurement and control method

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2564159C2 (en) * 2010-07-02 2015-09-27 Турбомека Determination of free turbine overspeed by measurements using torque meter
RU2495395C1 (en) * 2012-04-27 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" Method of diagnosing twin-shaft gas turbine engine transmission
RU2504677C1 (en) * 2012-10-18 2014-01-20 Открытое акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро" Two-channel gas turbine fuel feed and adjustment system
RU2631194C1 (en) * 2013-09-17 2017-09-19 Сименс Акциенгезелльшафт Method of control of the device for protection against exceeding the frequency of rotation of a single installation
US10036275B2 (en) 2013-09-17 2018-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Method for testing an overspeed protection apparatus of a single-shaft system
RU2602644C1 (en) * 2015-10-29 2016-11-20 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method for protection of dual-frow turbojet engine against low pressure turbine spin-up
WO2017074225A1 (en) * 2015-10-29 2017-05-04 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method of protecting a turbofan engine from uncontrolled low-pressure turbine acceleration
RU2809537C2 (en) * 2019-07-12 2023-12-12 Соулар Тёрбинз Инкорпорейтед Method for obtaining data about rotation speed deviation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008100984A (en) 2009-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2376487C2 (en) Method of gas turbine engine protection
RU2564159C2 (en) Determination of free turbine overspeed by measurements using torque meter
EP3034812B1 (en) Torque sensor monitoring for gas turbine engine
US10962448B2 (en) Method for monitoring the engines of an aircraft
CA2976984C (en) Shaft event detection in gas turbine engines
EP1980719A2 (en) Turbomachine with microwave sensor
GB2476555A (en) Acoustic detection of turbomachine blade crack
US8869603B2 (en) Debris detection in turbomachinery and gas turbine engines
CN107407222B (en) Method and system for preventing oil from escaping
EP4194983A1 (en) Methods and systems for operating an aircraft engine
EP4194982A1 (en) Methods and systems for operating an aircraft engine
US11965424B2 (en) Electronic overspeed protection system and method
US20210140338A1 (en) Methods and systems for operating a gas turbine engine
EP3654682B1 (en) Method and system for frequency spectrum security
RU2602644C1 (en) Method for protection of dual-frow turbojet engine against low pressure turbine spin-up
RU2255247C1 (en) Method to protect compressor at unsteady operation of gas- turbine engine
EP1753939B1 (en) Overspeed limiter for turboshaft engines
EP3882599B1 (en) Detection of transient events
RU2250382C2 (en) Onboard monitoring system for engine at limited temperature, fuel parameters and pressure
CN109854701A (en) A kind of fluid-flywheel clutch security interlocking protection method, storage medium, computer equipment
RU2252328C2 (en) Aircraft engine airborne monitoring system with limitation of speed, fuel parameters and pressure
US20200408140A1 (en) Method and apparatus for predicting turbocharger failure modes
RU2249716C2 (en) Onboard monitoring system of aircraft engine at limited temperature, fuel parameters and thrust
UA32219U (en) Method for protection of gas-turbine engine
RU2247846C2 (en) On-board aircraft engine monitoring system at limitation of rotational speed, temperature, pressure and thrust