Устройство для моделирования газотурбинных двигателей — SU 310261 (original) (raw)
310261 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик06 д 7/4 Комитет по делам изобретений и открыт ори Совете Министро СССРПриоритет -Опубликовано 26.71.1971. Бюллетень23Дата опубликования описания 1.Х,1971 х 681.333(088. вторыобретен 1 ия Тиунов Швалев и аявител УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИ Н НЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, Т 0 где К 11 К 12 Кзз, Кзз Кзз, Кз,13 К 21з 1, Кзззз исте Ьб г 1, ггпу;гсл -ависимое от авт. свидетельства М явлено 05.1,1970 (Ж 139073018-24)присоединением заявки-Гордеев, В. И, Удавихин,Изобретение относится к области электронных аналоговых систем, и, 1 в частности, к системам моделирования газотурбинных двигателей и ис 1 пытания их то 1 пливных агрегатов.Известны электронные аналоговые устройства и безмоторные стенды для испытания топливоретулирующей аппаратуры одновальных и двухвальных а 1 виа 1 ционных двигателей, выполненных на базе элект 1 роприводов типа гене 1 ратор-двигатель и элементов аналого вой 1 вычислительной техники.Однако известные устройства не могут быт 1, использованы для моделирования газотурбинных двигателей (ГТД) в случае, когда валы турбин компрессоров низкого и высокога давления и силовой турбины связаны между собой через газодинамичеокий тракт, имеют три обособленных,выхода по обо 1 ротам, а топливный насос-регулятор регулирует 1 подачу топлива в ,камеру сгорания в зависимости от обо 1 ротов 2 всех трех выходпых валов. В таких уст 1 ройствах отсутствует возможность имитации влияния специальных узлов ГТД, например регулируемых сопловых аипаратов (РСА), на регулируемые;параметры ГТД.2,Предлагаемое устройство позволяет п 1 роводить испытания и исследования топливорегулирующей а 1 п 1 парату 1 ры трехвального ГТД, овязаттной с условиями работы строго апределенными .физическими за 1 канами, и представ физико-математическую модельГТД, динамика которого описыренциальными уравнениями вида:, Тз - постоянные времени турбокомпрессоров низкогои высокого давления исиловой турбины;- статические коэффициенты передачи смы;т - отклонение величины1 расхода топлива от установившейся;-ггз - отклонение скоростейвращения турбокомпрессоров низкого и высокогода 1 вления и силовой турбтгны;отклонение величины загрузки РСА от установившейся;Ь - отклонение величины загрузки сило 1 вой турб;1 ныот установившейся.Устройство имеет электрические, гидравлические и механические выходы для соединения с реалыным комплектом взаимосвязанных тспливных алрегатов, Оно позволяет устранить отмеченные недостатки известных устройстви дает возможность получать, заданные динамические и статические характеристики воспроизводимого объекта при высокой точности, повторяемости результатов моделирования и надежности,,Предлагаемое устройство содержит трои независимых электропривода постоянного тока типа генератор - двигатель, три полупроводниковых релейных усилителя мощности, гри датчика оборотов переменного тока с выпрямителями, шесть операционных усилителей ;постоянного тока, четыре блока постоянных времени, пять блоков нелиней.ности, датчик расхода жидкости турбинного тикала с преобразователем частотного сигнала в непрерывный, датчик углового перем- щения с преобразователем, согласующее устройство с электронным регулятором, согласующее входное устройсвво с электронным регулятором температуры, блок загрузчики силовой турбины, регулятор положения РСА с силовой турбины и отличается от известных тем, что выходное напряжени датчика углового перемещения, пропорциональное положению РСА, через операционный усилитель постоянного тока подключено на вход блока нелинейности, имитирующего функциональную зависимость статической характерисгики силовой турбины от регулятора положения РСА, и одновременно - ко входам блоков нелинейности, имивирующих функциональную зависимость статической характеристики турбин компрессоров низкого и высокого давления от регулятора положения РСА. 1(роме того, выход датчика оборотов переменного тока, замеряющего скорость вращения вала электропривода, имитирующего турбокомпрессор низкого давления, подключен через выпрямитель параллельно на входы суммирующих операционных усилителей постоянного тока, выдающих управляющие сигналы в силовые следящие системы, имитирующие скорости вращения валов турбокомарессора высокого давления и силовой турбины.Такое устройство позволяет воспроизводить функциональную зависимость влияния регулятора, положения РСА в системе регулирования грехвального ГТД на,подачу топлива 8 камеру сгорания и поддержания оборотов двигателя, а также газодинамичеакую связь турбокомпрессора низкого давления с турбокомпрессором высокого давления и силовой турбиной,На чертеже представлена прияципиальная схема предлагаемого устройства, содержащего электродвигатели 1 - 3 постоянного тока с неза,висимым возбуждением; генераторы 4 - б постоянного тока; полупроводниковые релейные усилителями мощности 7 - 9; мультипликаторы 10 - 12; датчики 13, 14, 15 оборотов пере 3, 10, 15, 18), имитирующих соотвегственно скоростями вращения турбокомпрессоров низкого и высокого давления и силовой турбины, Таким образом, задающие электрические сигналы посту 1 пают на входы полу 1 проводниковых релейных усилителей мощности 7 - 9, выходные напряжения которых, в свою очередь, воздействуют на обмогки возбуждения генераторов 4 - б постоянного тока. Последние, увеличивая напряжение на якорях приводных 6065 менного тока, установленные соответствепно на валах мультипликаторов 10 - 12; выпрямители 1 б, 17, 18; датчик расхода 19 турбинного типа; преобразователь 20 электрического ча стотного сигнала датчика расхода в непрерывный датчик 21 углового перемещения ссилового аппарата; преобразователь 22; операционные усилители 23 - 28 постоянного тока; блоки 29 - 32 лостоянных времени; блоки ЗЗ - 0 37 нелинейности от одной переменной; блок 38загрузки силовой турбины с рычагом у 1 правления 39; электронный регулятор температуры 40 с блоком 41 согласующего входного устройства; исследуемую топливную аппаратуру, включающую в себя исполнительный механизм ограничителя температуры газов за турбиной 42, топливный насос-регулятор 43 с рычагом управления 44, регулятор-ограничитель 45 оборотов силовой турбины, регулятор 4 б положения РСА с рычагом 47 ручного управления, топливный насос 48 постоянного давления с регулятором оборотов компрессора низкого давления; топливную систему 49 испытательного стенда; эквивалент форсунок двита теля 50.При работе устройства в режиме моделитрехвального ГТД с РСА силовой турбины рычаг управления 44 исследуемого насоса-регулятора 43 устанавливается в положение маЗо лый газ, включаются элеквродвигатели 1 и 3,затем электродвигатель 2, который через мультипликатор 11 приводит во вращение,качающий узел насоса-регулятора 43 с некоторыми начальными обо 1 ротами, определяемыми величиной начального сигнала на выходе блоков нелинейности 34 и 37. Сигнал от датчика 19 расхода тороплива после преобразования в блоке 20 и усилителе 25 постоянного тока подается в виде уровня напряжения постоянного 4 О тока на,входы блоков нелинейности 33, 34, 35,воспроизводящих статические характеристики по расходу топлива турбокомпрессоров низкого давления и силовой турбины.В блоках 24, 32, 33, 27, 30, 34; 28, 29, 35 45происходит формирование управляющих электрических сигналов, позволяющих на выходах усвройсвва получить соответствующие статические и динамические характеристики имитируемого трехвального двигателя.С выходов суммирующих операционныхусилителей 2 б, 27, 28 постоянного тока, выдающих электрические сигналы, пропорциональные скорости вращения турбин ГТД, сигналы поступают на входы силовых следящих систем (поз. 7, б, 1, 12, 13, 1 б; 8, 5, 12, 11, 14, 17; 9, 4, 310261двигателей 1 - 3, повышают их скорости в 1 ращения. Через мультилликаторы 10 - 12 двигатели увеличивают обороты топливных агрегатов 43, 45, 48 до оборотов малого газа.Обратные связи в следящих системах (поз.7, 6, 1, 12, 13, 16; 8, 5, 2, 11, 14, 17; 9, 4, 3, 10, 15, 18) позволяют качественно поддерживать скорости вращения выходных валов мультипликаторов 10 - 12 в зависимости от сигнала рассогласования на входах полупроводниковых релейных усилителей мощности 7 - 9, а также устранять дрейфы скорости вращения электродвигателей 1 - 3 постоянного тока, обусловленные внешними причинами.Электрический сигнал, пропорциональный углу поворота сопловых аппаратов, с выхода датчика 21 углового .перемещения через преобразователь 22 и операционный усилитель 23 постоянного тока поступает на вход блоков нелинейности 36, 37. Выходные напряжения последних подаются на входы суммируюгцих усилителей 24, 27, 28, Уровнями напряжений, выдаваемые датчиком 21 углового перемещения, в зависимости от положения рычага управления 47 регулятора РСА 46 обуславливают имитацию терех основных режимов работы соплового аппарата силовой турбины трехвального ГТД: загрузка, свободный режим и режим торможения.На суммирующие операционные усилители 27, 28 поступает электрический сигнал, аропорциональный ско 1 рости вращения электродьигателя 1, благодаря чему учитывается газодинамическое влияние турбины,компрессора низкого давления на турбины компрессора высокого давления и,на силовую турбину,Подобным же образом в устройстве учитывается газодинамическая связь турбины компрессора высокого,давления с турбиной компрессора низкого давления и силовой турбиной,Блок 38 с рычагом управления 39 обеапечивает воспроизведение режима запрузки силовой турбины.На установившемся режиме расход топлива, окорости вращения выходных, валов мультипликаторов 10 - 12, давление в магистрали топливного насоса 48 постоянного давления, а также напряжения на всех элементах устройства являются постоянными величинами, которые определяются положением рычага управления 44 насоса-регулятора 43, рычага 47 ручного управления регулятора РСА 46 и рычага управления 39 блока 38 загрузки сило. вой турбины.В переходном режиме по рычагу управления 44 насоса-регулятора 43 когда он переводится в положение максимального режима, система выходит из состояния равновесия, и расход топлива на выходе насоса-регулятора 43, проходящий через датчик 19, начинает увеличиваться. Это изменение расхода вызывает увеличение уровня напряжения, снимаемого с преобразователя 20, Напряжение на выходе операционного усилителя 25 постоянного тока также возрастает, что, в свою оче 40 45 50 55 60 65 5 10 15 20 25 Зо 35 редь, как было описано выше, увеличивает обороты мультипликаторов 10 - 12, соответствующие оборотам турбокомпрессоров низкого и высокого давления и силовой турбины до тех пср, пока топливный насос-регулятор 43 не прекратит увеличивать расход топлива.После того, как расход топлива,в топливной системе 49 установится, наступает новое равновесное состояние устройства.Перемещение рычага управления 39 блока загрузки 38, когда рычаг управления 44 насоса-регулятора 43 находится,в положенни полный газ, имитирует режим изменения загрузки силовой турбины ГТД. На(иример, при имитации загрузки силовой турбины пропорционально перемещению рычага управления 39, уровень выдаваемого блоком 38 сигнала уменьшается. Следовательно, управляющий сигнал на выходе операционного усилителя 28 увеличивается, т. е. увеличивается скорость вращения электродвигателя 3 и соответственно мультипликатора 10. Это увеличение скорости вращения воспринимается 1 регуляторомограничителем 45 оборотов силовой турбины, который уменьшает расход в топливной магистрали 49 и за счет воздействия датчвка расода 19, преобразователя 20 и далее по схеме (поз. 25, 34, 27, 8, 2, 11; 25, 33, 24, 7, 6, 1, 12;25, 35, 28, 9, 4, 3, 10) изменяет скорости щращения электродвигателей 1 - 3 до тех пор, пока скорость вращения элекпродвигателя 3 не достигнет заданного значения, соответствующего измененной загрузке силовой турбины. При этом уменьшение расхода прекращается и устройство приходит к новому установившемуся состоянию, определяемому величиной загрузки силовой турбины. Изменением положения рычага управления 47 регулятора РСА 46 имитируется три режима трехвального ГТД, которые соответствуют полной загрузке, свободному вращению и тормозному режимч силовой турбины, В этом случае рычаг управления 44 насоса-регулятора 43 устанавливается в положение полный газ, а рычаг управления 39 блока загрузки 38 в положение, соответствующее полной загрузке силовой турбины,Предмет изобретения Устройство для моделирования газотурбинных двигателей, содержащее электроприводы постоянного тока, полупроводниковые усилители мощности, датчики оборотов с выпрямителями, операционные усилители, блоки нелинейности, датчик углового, перемещения соплового аппарата с,преобразователем, мультивибраторы и генераторы постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и упрощения устройства, в нем выход датчика углового перемещения соплового аппарата через преобразователь и операционный усилитель,подключен на вход блока нелинейности, моделирую310261 Составитель Е. В. ТимохинаС, Нанкина Тсхред Л. Л, Евдонов корректор Т. А, Миронова Рсдакто Заказ 355/1254 Изд.1001 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ 1(омптета по дедам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушскаи наб., д. 4/5 ьк, фил. пред. Патен Тип,щего функциональную зависимость статической характеристики силовой турбины от положения 1 рычага управления регулятора соплового аппарата и одновременно на вход блока нелинейности, моделирующего функциональиую зависимость статичвских характеристик турбокомпрессоров низкого и высокого давления от положения рычата управления регулятора соплового адпарата, причем выход датчика оборотов электропривода, моделирующего окорость вращения турбокомпрессора .низкого давления; через выпрямитель подключен параллельно на,входы двух суммирующих операционных усилителей, выходы которых соединены с последовательно соединенными усилителем мощности, генератором постоянного тока, мультивибратором и датчиком оборотов.