Электронная цифровая модель газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для контроля и диагностики электронных цифровых регуляторов газотурбинных двигателей (ГТД) на этапах проектирования, производства и эксплуатации. Сущность: устройство в динамике моделирует и имитирует работу контуров регулирования ГТД и осуществляет комплексный статический и динамический контроль параметров регулятора ГТД. С целью расширения эксплуатационных возможностей устройство содержит: блок управления моделями основных контуров 1, блок управления моделью контура направляющих аппаратов (НА) 2, блок модели исполнительного механизма расхода топлива 3, блок режима 4, блок моделей основных контуров 5, блок модели контура направляющих аппаратов 6, блок модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов 7, блок ЦАП 8, блок коммутации 9, блок установки параметров 10, блок моделей датчиков 11, блок нормализаторов 12, блок мультиплексоров 13, блок аналого-цифровых преобразователей 14, блок управления статическими параметрами и измерениями 15, блок индикации 16, канал информационного обмена 17, шину данных 18. 1 НПФ 1 илл.

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для контроля и диагностики электронных цифровых регуляторов газотурбинных двигателей (ГТД).

Известно устройство для испытания электронных регуляторов газотурбинных двигателей, содержащее имитирующую ЭВМ, имитатор датчика, блок стохастического моделирования, генератор случайных чисел, блок управления ключами, первый и второй ключи, имитатор исполнительного механизма (МПК G01M 15/00, патент РФ №2098790, публ. 12.10.1997).

Это устройство решает задачу контроля и диагностики электронных регуляторов ГТД без моделей гидромеханических агрегатов (ГМА), что ограничивает его функциональные и эксплуатационные возможности.

Известно устройство - стенд контроля и диагностики электронной системы управления газотурбинным двигателем (МПК G05B 23/02, патент РФ №1777490, публ. 27.09.1995 Бюл. №27).

Устройство содержит пульт управления и индикации, блок моделей датчиков, блок моделей гидроагрегатов, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, блок регистров, распределитель импульсов, блок модели двигателя.

Это устройство решает задачу контроля и диагностики электронных регуляторов ГТД совместно с ГМА, однако его недостатком является ограниченные эксплуатационные возможности.

Наиболее близким прототипом к заявленному техническому решению является устройство контроля и диагностики газотурбинного двигателя (МПК G05B 23/02 F02C 9/28, патент РФ №39208, публ. 20.07.2004 г. Бюл. №20).

Устройство содержит блок управления и индикации, блок дискретных команд, блок диагностики, блок нормализации аналоговых сигналов, блок моделей датчиков, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, три блока регистров, таймер, буферное запоминающее устройство, две двунаправленных шины данных.

Это устройство решает задачу контроля и диагностики электронных регуляторов в условиях производства и эксплуатации, однако его недостатком является ограниченные функциональные возможности, не позволяющие его использовать для контроля и исследования динамических характеристик электронных регуляторов без ГТД и гидромеханических агрегатов (ГМА).

Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение достоверности контроля и диагностики, а так же расширение функциональных возможностей при исследовании электронных регуляторов ГТД в условиях эксплуатации, совместно с ГМА или без них.

Поставленная задача решается следующим образом. В электронную цифровую модель газотурбинного двигателя, содержащую блок индикации, блок мультиплексоров, блок нормализаторов, блок аналого-цифровых преобразователей, блок моделей датчиков, канал информационного обмена и шину данных введены блок управления моделями основных контуров, блок управления моделью контура направляющих аппаратов, блок модели исполнительного механизма расхода топлива, блок режима, блок моделей основных контуров, блок модели контура направляющих аппаратов, блок модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов, цифро-аналоговый преобразователь, блок коммутации, блок установки параметров, блок управления статическими параметрами и измерениями, при этом выходы блока управления моделями основных контуров соединены соответственно с входами блока режима и блока модели исполнительного механизма расхода топлива, выход которого соединен с соответствующим входом блока моделей основных контуров, выходы блока режима соединены соответственно с входами блока моделей основных контуров, блока управления моделью контура направляющих аппаратов блока

модели контура направляющих аппаратов и блока управления моделями основных контуров, выходы блока моделей основных контуров соединены с соответствующими входами блока коммутации, выходы которого соединены с входами блока моделей датчиков, выходы которого соединены с шиной данных, при этом дополнительный выход блока моделей основных контуров, через цифро-аналоговый преобразователь, соединен с соответствующим входом блока коммутации, выходы блока управления моделью контура направляющих аппаратов соединены соответственно с входами блока модели контура направляющих аппаратов, блока модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов и блока установки параметров, выходы которого, а также выход блока модели контура направляющих аппаратов, соединены с соответствующими входами блока коммутации, выход блока модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов соединен с дополнительным входом блока модели контура направляющих аппаратов, вход блока нормализаторов соединен с шиной данных, а выход - с блоком мультиплексоров, выходы которого соединены с входами блока аналого-цифровых преобразователей и блока управления статическими параметрами и измерениями, соответствующие выходы которого соединены с входом блока мультиплексоров, с входом аналого-цифрового преобразователя и входом блока индикации, дополнительный вход которого, соединен с соответствующим выходом блока управления моделями основных контуров, который вместе с блоком управления моделью контура направляющих аппаратов и блоком управления статическими параметрами и измерениями соединен с каналом информационного обмена, кроме того, соответствующие выходы цифрового регуляторы соединены с входами блока управления моделями основных контуров, блока управления моделью контура направляющих аппаратов, и блока нормализаторов, а соответствующие входы - с блоком управления статическими параметрами и измерениями и шиной данных.

Совокупность признаков заявляемого технического решения позволяет обеспечить контроль и диагностику электронных цифровых регуляторов ГТД

на этапах проектирования, производства и эксплуатации без объекта управления - ГТД, совместно с ГМА или без них, как в статическом так и динамическом режимах, что расширяет его функциональные и эксплуатационные возможности.

На рисунке представлена функциональная схема заявляемой полезной модели.

Устройство содержит электронную систему регулирования, блок управления моделями основных контуров 1, блок управления моделью контура направляющих аппаратов 2, блок модели исполнительного механизма расхода топлива 3, блок режима 4, блок моделей основных контуров 5, блок модели контура направляющих аппаратов 6, блок модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов 7, цифро-аналоговый преобразователь 8, блок коммутации 9, блок установки параметров 10, блок моделей датчиков 11, блок нормализаторов 12, блок мультиплексоров 13, блок аналого-цифровых преобразователей 14, блок управления статическими параметрами и измерениями 15, блок индикации 16, канал информационного обмена 17, шину данных 18.

Выходы блока управления моделями основных контуров 1 соединены соответственно с входами блока режима 4 и блока модели исполнительного механизма расхода топлива 3, выход которого соединен с соответствующим входом блока моделей основных контуров 5, выходы блока выбора режима 4 соединены соответственно с входами блока моделей основных контуров 5, блока управления моделью контура направляющих аппаратов 2, блока модели контура направляющих аппаратов 6 и блока управления моделями основных контуров 1, выходы блока моделей основных контуров 5 соединены с соответствующими входами блока коммутации 9, выходы которого соединены с входами блока моделей датчиков 11, выходы которого соединены с шиной данных 18, при этом дополнительный выход блока моделей основных контуров 5, через цифро-аналоговый преобразователь 8, соединен с соответствующим входом блока коммутации 9, выходы блока управления моделью контура направляющих аппаратов 2 соединены соответственно с входами блока модели

контура направляющих аппаратов 6, блока модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов 7 и блока установки параметров 10, выходы которого, а также выход блока модели контура направляющих аппаратов 6, соединены с соответствующими входами блока коммутации 9, выход блока модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов 7 соединен с дополнительным входом блока модели контура направляющих аппаратов 6, вход блока нормализаторов 12 соединен с шиной данных 18, а выход - с блоком мультиплексоров 13, выходы которого соединены с входами блока аналого-цифровых преобразователей 14 и блока управления статическими параметрами и измерениями 15, соответствующие выходы которого соединены с входом блока мультиплексоров 13, с входом блока аналого-цифровых преобразователей 14 и входом блока индикации 16, дополнительный вход которого, соединен с соответствующим выходом блока управления моделями основных контуров 1, который вместе с блоком управления моделью контура направляющих аппаратов 2 и блоком управления статическими параметрами и измерениями 15 соединен с каналом информационного обмена 17, кроме того, соответствующие выходы цифрового регуляторы соединены с входами блока управления моделями основных контуров 1, блока управления моделью контура направляющих аппаратов 2, и блока нормализаторов 12, а соответствующие входы - с блоком управления статическими параметрами и измерениями 15 и шиной данных 18.

Устройство работает следующим образом.

При подключении устройства к электронному регулятору ГТД оператором через блок режима 4 осуществляется выбор режима работы электронной цифровой модели газотурбинного двигателя. В зависимости от поставленной задачи на различных этапах производства и эксплуатации цифровых регуляторов ГТД, таких как регулировка и настройка, исследование, испытания и эксплуатация, устройство имеет три основных режима работы. Режим с моделью ГТД, безмодельный режим и комбинированный режим.

Широтно-импульсно модулированый (ШИМ) с частотным заполнением сигнал управления исполнительным механизмом расхода топлива, с цифрового

регулятора ГТД, поступает на блок управления моделями основных контуров 1, в котором происходит его анализ, обработка, оцифровка, передача и трансляция сигнала в блок модели исполнительного механизма расхода топлива 3, с которого преобразованный в соответствии с моделью, сигнал передается в блок моделей основных контуров 5. Одновременно блок управления моделями основных контуров 1, через блок режима 4, в соответствии с заданной программой вырабатывает управляющие цифровые сигналы на блок моделей основных контуров 5, где происходит программное построение в цифровом виде в реальном времени и выдача в дискретном виде переходных характеристик согласно математическим моделям основных контуров регулирования ГТД в зависимости от заданного режима. Там же происходит формирование, выработка и преобразование выходных характеристик основных контуров регулирования ГТД, а именно частот вращения турбины ротора низкого давления (РНД), ротора высокого давления (РВД), а так же температуры газов за турбиной низкого давления. При чем частоты вращения РНД и РВД из цифровой формы программно преобразуются в частотную и через блок коммутации 9, поступают в блок моделей датчиков 11, а сигнал температуры газов за турбиной низкого давления поступает в блок моделей датчиков 11 через цифро-аналоговый преобразователь и через блок коммутации 9. Данные о режимах работы, подключения контуров и параметров сигнала ШИМ передаются блоком управления моделями основных контуров 1 на блок индикации 16, где происходит их отображение.

Широтно-импульсно модулированый (ШИМ) с частотным заполнением сигнал управления исполнительным механизмом угла поворота направляющих аппаратов, с цифрового регулятора ГТД, поступает на блок управления моделью контура направляющих аппаратов 2, где происходит его анализ, обработка, оцифровка, передача и трансляция сигнала в блок модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов 7, с которого преобразованный, в соответствии с моделью, сигнал передается в блок модели контура направляющих аппаратов 6. Заданный оператором режим в блоке режима 4 формирует управляющие сигналы на блок управления

моделью контура направляющих аппаратов 2 и блок модели контура направляющих аппаратов 6, на который также поступает сигнал управления с блока управления моделью контура направляющих аппаратов 2. В блоке модели контура направляющих аппаратов 6 происходит программное построение в цифровом виде в реальном времени и выдача в дискретном виде переходных характеристик согласно математической модели контура направляющих аппаратов через блок коммутации 9 на блок моделей датчиков 11.

Сигналы, преобразованные в блоке моделей датчиков 11 через шину данных 18, подаются в цифровой регулятор ГТД и блок нормализаторов 12. Электронный регулятор парирует поступившие на его входы сигналы, формируя определенные воздействия, которые поступают на блок управления моделями основных контуров 1 и на блок управления моделью контура направляющих аппаратов 2. Таким образом система становится замкнутой. Кроме того, в безмодельном и в комбинированном режимах под управлением блока управления моделью контура направляющих аппаратов 2 посредством блока установки параметров 10 оператор может произвольно задавать значения параметров идентичных выходным параметрам блока моделей основных контуров 5 и блока модели контура направляющих аппаратов 6. Заданные параметры через блок коммутации 9 и блок моделей датчиков 11 поступают в цифровой регулятор ГТД и блок нормализаторов 12.

Сигналы, дополнительно контролируемых параметров ГТД под управлением блока управления статическими параметрами и измерениями 15 с цифрового регулятора ГТД, поступают на блок нормализаторов 12, в котором происходит их преобразование в форму приемлемую для измерения, а затем через блок мультиплексоров 13 и через блок АЦП 14 подаются в блок управления статическими параметрами и измерениями 15, в котором происходит их цифровая обработка и выдача на блок индикации 16, где происходит их отображение.

Блоки управления 1, 2, 15 через канал информационного обмена 17 связаны между собой и с персональным компьютером (ЭВМ). Таким образом,

имеется возможность, посредством имеющегося программного обеспечения в целях расширения возможностей по исследованию динамических характеристик при различных режимах работы двигателей ГТД, контролировать и изменять параметры электронной цифровой модели ГТД в соответствии с эксплуатационными требованиями.

Данное устройство, по сравнению с прототипом позволяет осуществлять объединенный контроль и диагностику, а также проверку законов управления и динамических характеристик при переходных процессах электронного цифрового регулятора ГТД в лабораторных условиях, на этапе проектирования, и на этапах производства и эксплуатации при отсутствии объекта управления ГТД, совместно с ГМА или без них. Такое техническое решение способно моделировать широкий набор реальных ситуаций, задаваемых оператором в соответствии с методикой контроля и диагностики ГТД. Это способствует повышению точности моделирования за счет максимального приближения лабораторных условий контроля и диагностики электронных регуляторов ГТД к реальным.

Экономический эффект от использования полезной модели достигается за счет повышения достоверности контроля, диагностики и исследования опытных и серийно выпускаемых электронных цифровых регуляторов, что снижает эксплуатационные затраты при их использовании в реальных условиях.

Электронная цифровая модель газотурбинного двигателя, содержащая блок индикации, блок мультиплексоров, блок нормализаторов, блок аналого-цифровых преобразователей, блок моделей датчиков, канал информационного обмена, шину данных, отличающаяся тем, что в нее введены блок управления моделями основных контуров, блок управления моделью контура направляющих аппаратов, блок модели исполнительного механизма расхода топлива, блок режима, блок моделей основных контуров, блок модели контура направляющих аппаратов, блок модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов, цифро аналоговый преобразователь, блок коммутации, блок установки параметров, блок управления статическими параметрами и измерениями, при этом выходы блока управления моделями основных контуров соединены соответственно с входами блока режима и блока модели исполнительного механизма расхода топлива, выход которого соединен с соответствующим входом блока моделей основных контуров, выходы блока выбора режима соединены соответственно с входами блока моделей основных контуров, блока управления моделью контура направляющих аппаратов, блока модели контура направляющих аппаратов и блока управления моделями основных контуров, выходы блока моделей основных контуров соединены с соответствующими входами блока коммутации, выходы которого соединены с входами блока моделей датчиков, выходы которого соединены с шиной данных, при этом дополнительный выход блока моделей основных контуров через цифроаналоговый преобразователь соединен с соответствующим входом блока коммутации, выходы блока управления моделью контура направляющих аппаратов соединены соответственно с входами блока модели контура направляющих аппаратов, блока модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов и блока установки параметров, выходы которого, а также выход блока модели контура направляющих аппаратов, соединены с соответствующими входами блока коммутации, выход блока модели исполнительного механизма угла поворота направляющих аппаратов соединен с дополнительным входом блока модели контура направляющих аппаратов, вход блока нормализаторов соединен с шиной данных, а выход - с блоком мультиплексоров, выходы которого соединены с входами блока аналого-цифровых преобразователей и блока управления статическими параметрами и измерениями, соответствующие выходы которого соединены с входом блока мультиплексоров с входом блока аналого-цифровых преобразователей и входом блока индикации, дополнительный вход которого соединен с соответствующим выходом блока управления моделями основных контуров, который вместе с блоком управления моделью контура направляющих аппаратов и блоком управления статическими параметрами и измерениями соединен с каналом информационного обмена, кроме того, соответствующие выходы цифрового регуляторы соединены с входами блока управления моделями основных контуров, блока управления моделью контура направляющих аппаратов, и блока нормализаторов, а соответствующие входы - с блоком управления статическими параметрами и измерениями и шиной данных.