Устройство для моделирования судовой газотурбинной установки

Устройство для моделирования судовой газотурбинной установки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 080878 (21) 2653892/18-24 (51)М KB 3

6 06 G 7/48 с присоединением заявки Йо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2309.80. Бюллетень М 35 (53) УДК 681 ° 3.33 (088 ° 8) Дата опубликования описания 230980 (72) Авторы изобретения

А, А. Берденников, С. Б, Хазин, А, И. ttlpaep и О. Н. Кабинь (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОД -",ПИРОВАНИЯ СУДОВОЙ

ГАЗОТУР ВИННОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к судострое нию и предназначено для исследования и проектирования систем автоматического управления судовых технических средств.; 5

В настоящее время при разработке и отладке систем автоматического управления и регулирования газотурбинных двигателей (ГТД), а также . 10 при созданий тренажеров находят применение различные устройства для имитации режимов работы ГТД (электронные, . пневматические, комбинированные и т.д.), Эти устройства должны обеспечивать необходимую точность воспроизведения статических и динамических характеристик ГТд, при этом их структура должна быть достаточно простой. 20

Известны устройства для моделирования ГТД, позволяющие осуществлять контроль основных внутренних параметров двигателя (1). Эти устройс ва 25 содержат блоки моделирования характеристик компрессоров (их степеней сжатия), турбин, камеры сгорания, оборотов турбокомпрессоров, блоки расходов, температур и т.д. ЗО

Практическое использование этих устройств связано с большими трудностями при их реализации из-эа большого числа нелинейных блоков.

Наиболее близким техническим решением является устройство для моде" лирования судовой газотурбинной установки (21 .

B этом устройстве относительные перепар температуры на турбинах и расход воздуха вычисляют по суммарной степени сжатия на компрессорах. Для этого устройство содержит блок вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, входы которого соединены с выходами блоков моделирования характеристик компрессоров, а выход подключен к входам блоков моделирования относительных перепадов температуры турбин к входу блока моделирования расхода воздуха, Однако это устройство имеет относительно небольшую надежность, помехоустойчивость и подверженно самовозбуждению, Последнее вызвано наличием в составе устройства замкнутого беэинерционного контура моделирования газогенератора ГТД, описываемого трансцентдентными алгебраическими уравнениями. Реализация таких сис"б 5822

1О

2О

35

55 с,а

65 тем уравнений на средствах аналоговых вычислительных машин (АВМ) приводит к генерации усилительных блоков ABM возникновению переходных процессов в устройстве, имеющих характер помех по отношению к процессам, реально протекающих в двигателе, обуславливает повышенную чувствительность всех звеньев устройства к изменению характеристик одного из них в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является обеспечение помехоустойчивости устройства.

Достигается это тем, что в устройстве для моделирования судовой гаэотурбинной установки, содержащем блок моделирования характеристик компрессора низкого давления, вход которого соединен с первым входом блока вычисления оборотов, первый вход блока моделирования характеристик компрессора высокого давления подключен к второму выходу блока вычисления оборотов, второй вход блока моделирования характеристик компрессора высокого давления соединен с выходом блока моделирования приведенных расходов, первый вход блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления подключен к выходу блока моделирования характеристик компре" ссора высокого давления, входы блоков моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления соединены с выходом блока вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, первый вход блока вычисления оборотов подключен к выходу блока моделирования перепадов температур накомпрессоров,низкого давления, второй вход блока вычисления оборотов соединен с выходом блока моделирования расхода воздуха, третий и четвертый входы блока вычисления оборотов подключены к выходам блоков моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления, пятый и шестой входы блока вычисления. оборотов соединены с выходами блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления и блока моделирования камеры сгорания соответственно. Первый и второй входы блока вычисления суммарной степени сжатия компрессоров1родкля чены соответственно к выходам блокоц моделирования характеристик компрессоров низкого и высокого давления, первый вход блока моделирования приведенных расходов подключен к выходу блока моделирования характеристик компрессо- ра низкого давления, второй вход блока моделирования, приведенных расходов подключен к выходу блока моделирова" ния расхода воздуха„ третий вход блока моделирования приведенных расхо дов соединен с выходом блока моделирования перепада температур на компрессоре низкого давления, первый и второй входы блока моделирования камеры сгорания подключены соответственно к выходам блоков моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления, третий вход блока моделирования камеры сгорания соединен с выходом блока моделирования расхода воздуха, четвертый вход блока моделирования камеры сгорания подключен к выходу блока моделирования расхода топлива, первый выход блока вычисления оборотов соединен соответственно с входами блоков моделирования расхода воздуха и блока моделирования перепадов температур на компрессоре низкого давления, выход которого подключен к второму входу блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления.

Использование указанных связей в устройстве позволяет представить контур моделирования судовой газотурбинной установки в виде последовательной цепочки звеньев, включающей как безинерционные, так и инерционные звенья (блоки вычисления оборотов турбокомпрессоров), и таким образом исключить помехи.

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит блоки 1 и 2 моделирования характеристикк компрессоров низ кого и высокого давления, блоки 3 и 4 моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления; блоки 5 и 6 моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления, блок 7 моделирования расхода воздуха, блок

8 вычисления оборотов, блок 9 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, блоки 10-12 моделирования приведенйых расходов камеры сгорания и расхода топлива соответственно, Вычисление степени сжатия компрессоров низкого и высокого давления производится в блоках 1 и 2 моделирования характеристик компрессоров низкого и высокого давления. Причем вход блока 1 и первый вход блока 2 электрически связаны соответственно с первым и вторым выходами блока 8 вычисления оборотов, а второй вход блока 2 — с выходом блока 10 моделирования приведенного расхода воздуха через компрессор высокого давления, Вычисление перепадов температур на компрессорах осуществляется в бло- ках 3 и 4 моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления. Причем вход блока

3 электрически связан с выходом блока 8, а вход блока 4 - с выходами блоков 2 и 3.

Вычисление относительных перепадов температур на турбинах низкого

7G 5822 и высокого давления осуществляется в блоках 5 и б. Причем вход каждого из них электрически подключен к выходу блока 9 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров.

Вычисление расхода воздуха осуществляется в блоке 7 моделировани я расхода воздуха, вход которого электрически связан с выходом бло.ка 8.

Вычисление оборотов турбокомпрессоров низкого и высокого давления осуществляется в блоке 8, Прйчем входы блока 8 электрически связаны с выходами блока 3 моделирования перепадов температур на компрессоРе низкого давления, блоков 5 и б моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления, блока 7 моделирования расхода воздуха и блока 11 моделировани я камеры crop àíè я, а т акже ° с выходами блока 4 моделиров ания перепадов температур на компрессоре высокого давления, блока б моделирования относительных перепадов температур на турбине высокого давления и блоков моделирования -расхода воздуха 7 и камеры сгорания 11, Вычисление суммарной степени сжатия компрессоров осуществляется в блоке 9, входы которого электрически 30 связаны с выходами блоков 1 и 2 моделирования характеристик компрессоров низкого и высокого давления.

Вычисление приведенного расхода воздуха через компрессор высокого 35 давления осуществляется в блоке 10 моделирования приведенных расходов, входы которого электрически связ аны с выходами блока 1 моделирования характеристики компрессора низкого дав- 40 пения, блока 3 моделирования перепада гемператур на этом компрессоре и блока 7 моделирования расхода воздуха.

Вычисление температуры в камере сгорания осуществляется в блоке моде- 4 лирования ll камеры сгорания,,входы которого электрически связаны с выходами блоков 3 и 4 моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления, блока

7 расхода воздуха и блока 12 расхода ,топлива.

Вычисление расхода топлива осуществляется в блоке моделирования 12 расхода топлива посредством задания уров-. ня электрического сигнала оператором, Конструктивная реализация устройства может быть выполнена на базе типовых электронных блоков, выпускаелжх промышленностью. 60

Блок 1 моделирования характеристики компрессора низкого давления (КНД) представляет собой блок следящей системы, реализующий зависимость

®н = (пн) 65 где n — сигнал, пропорциональный оборотам КНД;

1i сигнал, пропорциональный степени сжатия КНД

Блок моделирования характеристики компрессора высокого давления 2 (КВД) представляет собой сумматор, реализующий зависимость )Я" — К12 + «+ К5, где К(, К, К, — йостоянные коэффи.циен ты;

Е Х сигналы, пропорциональные приведенным оборотам и расходу воздуха через КВД;

1" В сигнал, пропорциональный степени сжатия КВД, Блок 3 моделирования перепада температур в КНД (д Т I,„) представляет собой блок следящей системы, реализующий зависимость дТ, = Ta f 2 (nH) где Т вЂ” постоянный. сигнал, пропорцион альный температуре наружного воздуха.

Блок 4 моделирования перепада температуры в КВД (aТ в) реализует зависимость аТ„, = (Т„+aT ) й(а).

Этот блок состоит из сумматора, блока следящей систек я и блока перемножения.

Блоки 5 и б моделирования относительных перепадов температуры на турбинах низкого () и высокого

TH (), давлени7 представляют соаоА блЪси:следящих систеь-:, реализующие зависимости

Р, ".) (.")"- "где F — сигнал, пропорциональный суммарной степени сжатия компрессоров.

Блок 7 моделирования расхода воздуха (G) представляет собой блох следящей система, реализующий зависимость

G = й. (n ).

Блок вычисления оборотов реализует з ависимости й„и

Z=> т т ат где a„,: в„, йз - постоянные коэффициенты;

Т вЂ” сигнал, пропорциональный температуре газа в камере сгора- ния, 765822, где а . в, с1 в — постоянные коэффициен чы.

Этот блок состоит иэ четырех сумматоров, пяти блоков произведения, трех блоков деления, двух интеграторов и блока извлечения корня, Блок 9 вычисления суммарной степени сжатия компрессоров представляет собой блок произведения, реализующий зависимость !6 БТ т .

Г Н в

Блок 10 моделирования приведенного расхода воздуха через КВД реализует

10 з ави симость ) = О—

Н а где Й вЂ” постоянный коэффициент. 15

Этот блок состоит из сумматора, блока корня квадратного, блока произведения и блока деления.

Блок 11 моделирования камеры сгора.ния реализует зависимость 20 т = с„<т,„+,т + т„б)+ с

В где В - сигнал, пропорциональный расходу топлива;

С„,С- постоянные коэффициенты.

Этот блок состоит из блока деления и сумматора. Блок 12 моделирования расхода топлива представляет собой потенциометр.

Устройство позволяет контролировать следующие параметры ГТД обороты турбокомпрессоров, степени сжатия, температурные перепады на турбинах и компрессорах, расходы воздуха и топлива, а также температуру газа на выходе из камеры сгорания и точность определения. параметров ГТД в переходных процессах аналогична точности, получаемой в устройстве-прототипе при отсутствии в нем помех.

Формула изобретения 40

Устройство. для моделирования су" довой; газотурбинной установки, содержащее блок моделирования характеристик компрессора низкого давления, вход которого соединен с первым выходом блока вычисления оборотов, первый вход блоха моделирования характеристики компрессора высокого давления подключен ко второму выходу блока вычисления оборотов, второй вход блока моделирования характеристики компрессора высокого давления соединен с выходом блока моделирования приведенных расходов, первый вход блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления подключен к выходу блока моделирования характеристик компрессора высокого давления, входы блоков моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и вы- Щ сокого давления соединены с выходом блока вычисления суммарной степени сжатия компрессоров, первый вход блока вычисления оборотов подключен к выходу блока .моделирования перепадов температур на компрессоре низкого давления„> второй вход блока вычисления оборотов соединен с выходом блока моделирования расхода воздуха

1 третий и четвертый входы блока вычисления оборотов подключены к выходам блоков моделирования относительных перепадов температур на турбинах низкого и высокого давления, пятый и шес-. той входы блока вычисления оборотов соединены с выходами блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления и блока моделирования камеры сгорания соответственно, первый и второй входы блока вычисления суммарной степени сжатия компрессоров подключены cooz— ветственно к выходам блоков моделирования характеристик компрессоров низкого и высокого давления, первый вход блока моделирования приведенных расходов подключен к выходу блока моделирования характеристики компрессора низкого давления, второй вход блока моделирования приведенных расходов подключен к выходу блока моделирования расхода воздуха, третий вход блока моделирования приведенных расходов соединен с выходом блока моделирования перепада температур на компрессоре низкого давления, первый и второй входы блока моделирования камеры сгорания подключены соответственно к выходам блоков моделирования перепадов температур на компрессорах низкого и высокого давления, третий вход блока моделирования камеры сгорания соединен с выходом блока моделирования расхода воздуха, четвертый вход блока моделирования камеры сгорания подключен к выходу блока моделирования расхода топлива, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью обеспечения помехоустойчивости, первый выход блока вычисления оборотов соединен с входами блоков моделирования расхода воздуха и блока моделирования перепадов температур на компрессоре низкого давления, выход которого подключен к второму входу блока моделирования перепадов температур на компрессоре высокого давления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бигаев Б. П. и Зеленин В, М, Элактронная модель судовой гаэотурбинной установки. - ж. Судостроение, 1963. Р 10.

2. Авторское свидетельство СССР

9 517901, G 06 G 7/48, 19 73 (прототип) .

76 5822

Составитель Н. Арасланов

Техред М.Рейвес

Корректор Н. Стец

Редактор Е. Гончар

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 6 511/4б Тираж 7 51 Подпн си ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5