×
10.09.2014
216.012.f24c

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОМПАЖА КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится области двигателестроения и может быть использовано для надежного и своевременного диагностирования помпажа газотурбинного двигателя, и позволяет устранить неустойчивый режим работы компрессора путем оперативного воздействия на различные системы регулирования двигателя. Техническим результатом является повышение достоверности и быстродействия определения начала помпажа на всех режимах работы двигателя. Микропроцессорным комплексом осуществляют обработку информации от датчиков давления на выходе и входе компрессора, температуры газа за камерой сгорания, угловой скорости вращения ротора, мгновенного расхода топлива; вычисление первых производных измеряемых параметров и их пороговых значений; мажоритарное определение начала помпажа путем сравнения производных измеряемых параметров с их пороговыми значениями; генерирование и передачу сигнала начала помпажа противопомпажным системам регулирования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для надежного и своевременного диагностирования помпажа газотурбинного двигателя (ГТД), и позволяет устранить неустойчивый режим работы компрессора путем оперативного воздействия на различные системы регулирования двигателя. Способ диагностирования помпажа включает в себя измерение угловой скорости вращения ротора турбины, измерение давления воздуха на входе и выходе компрессора, измерение мгновенного расхода топлива и измерение цветовой температуры за камерой сгорания.

Известен способ диагностики помпажа компрессора [патент США №25178801, G01M 15/00, апрель, 1978], при котором измеряют температуру газов перед турбиной и частоту вращения ротора компрессора. Поскольку при развитии срыва потока в компрессоре возрастает температура газов перед турбиной и снижается частота вращения ротора, то вывод о развитии помпажа в компрессоре делают в случае превышения порогового значения отношения температуры газов перед турбиной к частоте вращения ротора.

Недостатком способа является то, что отношение температуры газов перед турбиной к частоте вращения ротора может превысить пороговое значение при изменении режима работы двигателя, например при дросселировании, на основании чего может быть сделан ложный вывод о наличии помпажа. Также к недостаткам можно отнести инерционность и уязвимость способа при отказе одного из датчиков.

Известен способ диагностики помпажа компрессора [Чигрин B.C. Конструкция турбовального газотурбинного двигателя Д-136. Харьков: ХВВАИУ, 1989. - 143 с.], при котором измеряют давление за компрессором, вычисляют величину изменения давления за компрессором ГТД, которая определяется как производная давления за компрессором по времени, и в случае превышения полученной величиной порогового значения делают вывод о развитии помпажа компрессора.

Недостатком такого способа является то, что он позволяет устанавливать наличие помпажа уже при фактическом наступлении помпажного режима работы компрессора, так как пороговое значение назначают достаточно высоким (в приведенном примере оно составляет 8 с-1). Снижение порогового значения для более ранней диагностики помпажа может привести к получению ложных выводов о наличии помпажа при изменении режимов работы двигателя (например, при сбросе газа тоже происходит уменьшение давления за компрессором).

Также известен способ диагностики помпажа компрессора [патент РФ №2263234 C1, F04D 27/02, опубл. 27.10.2005], при котором измеряют давление на входе, давление за компрессором и частоту вращения ротора, определяют знаки и величину производных по времени от этих параметров, сравнивают каждую производную со своим пороговым значением. Вывод о наличии развития помпажа делают в случае превышения производными своих пороговых значений. Поскольку изменение параметров может происходить со сдвигом во времени, то при превышении порогового значения одной производной ожидают, когда значения остальных производных превысят свои пороговые значения, и только тогда делают вывод о наличии помпажа. Этот способ позволяет делать вывод о развитии помпажа уже во время первого помпажного колебания.

Однако при использовании этого способа для авиационного газотурбинного двигателя в случае изменения режима работы, например при сбросе газа, производные давления за компрессором и частоты вращения ротора также могут превысить свои пороговые значения. Третий параметр - давление на входе в компрессор, не является показательным, поскольку зависит не только от режима работы двигателя, но и от большого числа факторов, определяемых высотой и скоростью полета летательного аппарата. Следовательно, при использовании этого способа для авиационного газотурбинного двигателя также могут быть получены ложные выводы о наличии помпажа.

Наиболее близким к предполагаемому способу является способ [патент РФ №2187711, МПК F04D 27/02, опубл. 20.08.2002 / Иноземцев А.А. и др. Способ диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя], заключающийся в измерении яркостной температуры поверхности роторной лопатки турбины и ее первых двух производных яркостным пирометром, сравнении температурных параметров с их пороговыми значениями, дополнительном измерении давления за компрессором и его первой производной, сравнении параметров давления с их пороговыми значениями и формированием сигнала о начале помпажа, при одновременном выходе первых производных яркостной температуры и давления за компрессором за их пороговые значения.

К недостаткам этого способа относятся инерциальность измерения температуры, связанная с временной задержкой нагрева поверхности роторной лопатки; возможность формирования ложного сигнала о начале помпажа при нестационарных режимах работы, например при переходе из номинального режима в режим «малого газа»; возможность формирования ложного сигнала о начале помпажа из-за отказа системы охлаждения рабочих поверхностей ГТД.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении надежности определения начала помпажа на всех режимах работы.

Техническим результатом данного изобретения является повышение достоверности определения начала помпажа на всех режимах работы.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя, заключающемся в измерении температуры за камерой сгорания и вычислении ее первой производной, измерении давления воздуха в компрессоре и вычислении ее первой производной, сравнении производных измеряемых параметров с их пороговыми значениями и определении помпажа, при выходе нескольких производных за пороговые значения, в отличие от прототипа дополнительно измеряют разницу давления на выходе и входе компрессора двигателя и вычисляют ее первую производную, измеряют мгновенный расход топлива и вычисляют его первую производную, измеряют угловую скорость вращения ротора турбины двигателя и вычисляют ее первую производную, вычисляют пороговые значения первых производных температуры камеры сгорания, разницы давления на выходе и входе компрессора двигателя, угловой скорости вращения ротора турбины двигателя и путем сравнения первых производных температуры камеры сгорания, разницы давления на выходе и входе компрессора двигателя, угловой скорости вращения ротора турбины двигателя с их пороговыми значениями, производят мажоритарное голосование по которому судят о начале помпажа.

Отличительными признаками способа являются измерение первых производных температуры газа ∂Т/∂t, разницы давления на входе и выходе компрессора ∂ΔР/∂t, угловой скорости вращения вала ротора турбины ∂ω/∂t и сравнение их с их пороговыми значениями: [∂T/∂t], [∂ΔР/∂t], [∂ω/∂t] соответственно, функционально зависящими от мгновенного расхода топлива G. Во время начала помпажа первые производные этих параметров выйдут за пороговое значение. Для мажоритарного голосования используются условия выхода первых производных за их пороговые значения. (∂T/∂t>[∂T/∂t], ∂ΔР/∂t<[∂ΔР/∂t], ∂ω/∂t<[∂ω/∂t].) Для формирования сигнала о начале помпажа достаточно выхода за пороговые значения производных двух параметров. При отказе одного из датчиков информации от оставшихся достаточно для формирования сигнала начала помпажа, что повышает надежность способа. При ложном срабатывании одного из датчиков его информации недостаточно для формирования сигнала начала помпажа, что повышает достоверность сигнала способа. При росте мгновенного расхода топлива в безпомпажном состоянии ГТД характерны рост температуры газа Т, увеличение угловой скорости вращения ротора турбины ГТД ω и рост разницы давления на входе и выходе компрессора ΔР.

Существо изобретения поясняется на чертеже. На фиг. показано устройство, реализующее способ.

Пример конкретной реализации

Заявляемый способ реализуется устройством диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя. Устройство содержит: датчик мгновенного расхода топлива 1, датчик давления на входе компрессора 2, датчик давления на выходе компрессора 3, датчик угловой скорости вращения ротора турбины ГТД 4, пирометр спектрального отношения 5, подключенные к микропроцессорной системе 6, связанной с противопомпажной система регулирования 7. Пирометр спектрального отношения 5 расположен таким образом, чтобы измерять температуру газа за камерой сгорания.

Согласно способу датчик мгновенного расхода топлива 1, датчики давления на выходе и входе компрессорам 2 и 3, датчик угловой скорости вращения ротора турбины 4 и пирометр спектрального отношения 5 передают результаты измерения микропроцессорной системе 6, которая вычисляет разницу давления на входе и выходе ΔР, первые производные измеряемых параметров ∂Т/∂t, ∂ΔР/∂t, ∂ω/∂t, ∂G/∂t. Исходя из знака производной мгновенного расхода топлива определяется текущий режим работы двигателя: рост расхода топлива, постоянный расход топлива и падение расхода топлива. При росте (падении) мгновенного расхода топлива в безпомпажных режимах работы двигателя, параметры Т, ΔР и ω соответственно растут (падают) и остаются неизменными при постоянном мгновенном расходе топлива. Возникновение помпажа определяется различным внешними факторами и не зависит от текущего расхода топлива, и сопровождается ростом температуры и снижением угловой скорости вращения ротора турбины и разницы давления на входе и выходе компрессора. Использование цветовой температуры газа в камере сгорания позволяет существенно уменьшить временную задержку измерения температуры за камерой сгорания в связи с практической безынерционностью газа, по сравнению с элементами конструкции ГТД. Использование разницы давления на входе и выходе компрессора является более показательным параметром, чем давление на выходе компрессора, так как позволяет учитывать атмосферное давление и избежать внесения дополнительных погрешностей, связанных с пороговыми значениями и атмосферным давлением. Пороговые значения [∂Т/∂t], [∂ΔР/∂t], [∂ω/∂t] зависят от высоты, скорости полета, мгновенного расхода топлива, геометрических характеристик двигателя и рассчитываются программно по функциональным зависимостям, полученными опытным путем. Для мажоритарного голосования используются условия выхода первых производных за их пороговые значения. (∂T/∂t>[∂T/∂t], ∂ΔP/∂t<[∂ΔP/∂t], ∂ω/∂t<[∂ω/∂t].) Для формирования сигнала о начале помпажа достаточно выхода за пороговые значения производных двух параметров.


СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОМПАЖА КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 104.
20.02.2013
№216.012.28a8

Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в высокоскоростных магнитоэлектрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей высокоскоростных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475928
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.3136

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты)

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. Для повышения механической прочности и электрической проводимости в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si формируют два типа ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478136
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.04.2013
№216.012.3ae4

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480637
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.40f8

Износостойкий композиционный материал с эвтектическим инфильтрантом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к композиционным материалам для вставок буровых шарошечных долот. Композиционный материал содержит каркас из карбида титана и инфильтрант - сплав эвтектического состава с краевым углом смачивания менее 90°, содержащий кобальт 12-20%; хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482202
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.50ca

Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки гтд из титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиадвигателестроении при получении заготовок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ получения заготовки лопатки ГТД с ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486275
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.08.2013
№216.012.6195

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания

Изобретение относится к испытательной технике. Образец содержит две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490613
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.696e

Способ определения экологического состояния водоемов

Измеряют гидробиологические показатели - индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечек. Одновременно измеряют гидрохимические показатели - водородный показатель, химическое потребление кислорода, концентрация растворенного кислорода и электропроводность. Рассчитывают сводный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492641
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a5d

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноблочного лопаточного диска (блиска), преимущественно, для ротора газотурбинного двигателя. Получают лопатку с выступом, параметры которого обеспечивают присоединение к диску посредством линейной сварки трением. На лопатке выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496987
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a5f

Способ линейной сварки трением лопаток с диском для получения блиска

Изобретение относится к авиационной промышленности, в частности к способу изготовления моноблочного лопаточного диска преимущественно для использования в роторе газотурбинного двигателя. При изготовлении лопаточного диска, имеющего множество лопаток, присоединенных к диску радиально, формируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496989
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.801c

Способ изготовления биметаллического центрального электрода искровой свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к обработке давлением биметаллических изделий. Способ изготовления биметаллического центрального электрода искровой свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания заключается в холодном прямом выдавливании биметаллической цилиндрической заготовки с поперечной или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498469
Дата охранного документа: 10.11.2013
Показаны записи 1-10 из 116.
20.02.2013
№216.012.28a8

Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в высокоскоростных магнитоэлектрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей высокоскоростных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475928
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.3136

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты)

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. Для повышения механической прочности и электрической проводимости в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si формируют два типа ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478136
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.04.2013
№216.012.3ae4

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480637
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.40f8

Износостойкий композиционный материал с эвтектическим инфильтрантом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к композиционным материалам для вставок буровых шарошечных долот. Композиционный материал содержит каркас из карбида титана и инфильтрант - сплав эвтектического состава с краевым углом смачивания менее 90°, содержащий кобальт 12-20%; хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482202
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.50ca

Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки гтд из титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиадвигателестроении при получении заготовок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ получения заготовки лопатки ГТД с ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486275
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5d55

Способ получения износостойкого покрытия на основе интерметаллида системы ti-al

Изобретение относится к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и деталей машин и инструмента. Обрабатываемую деталь размещают в вакуумной камере установки, содержащей плазменный источник с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489514
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.6195

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания

Изобретение относится к испытательной технике. Образец содержит две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490613
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.696e

Способ определения экологического состояния водоемов

Измеряют гидробиологические показатели - индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечек. Одновременно измеряют гидрохимические показатели - водородный показатель, химическое потребление кислорода, концентрация растворенного кислорода и электропроводность. Рассчитывают сводный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492641
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e77

Матрица для высадки многогранных деталей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица для высадки этих изделий содержит корпус, в который запрессованы последовательно расположенные коническая вставка с многогранным отверстием и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493930
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.78d6

Матрица для высадки многогранных деталей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица содержит корпус, в который запрессована промежуточная втулка. В упомянутую втулку запрессована цилиндрическая вставка с многогранным отверстием, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496596
Дата охранного документа: 27.10.2013
+ добавить свой РИД