Система топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя с обнаружением источников сбоев

Полезная модель относится к области систем топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя и может быть использована для управления в авиационной и ракетной технике.

Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей системы за счет обнаружения и регистрации в работе аппаратуры источников скрытых дефектов (сбоев).

Система топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя с обнаружением источников сбоев дополнительно содержит между насосами и блоком управления датчики сбоев - контактные, работающие по информативному признаку дифференцирования сигналов, и бесконтактные, работающие по информативному признаку «Электромагнитное излучение».

Полученная модель относится к системам топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя и может быть использована для управления в авиационной и ракетной технике. С помощью контактных и бесконтактных датчиков сбоев, выполненных с возможностью работы в широком диапазоне частот (от долей герца до единиц гигагерц) и установленных на линиях связи или в непосредственной близости (до 1-2 см) от них, обнаруживают в качестве источников сбоев: соединители (разъемы) и линии связи.

В качестве информативных параметров наличия сбоев в указанных элементах используют повышенное электромагнитное излучение и появление эффекта дифференцируемости электрических сигналов.

Известно устройство, реализующее способ управления газотурбинным двигателем, содержащее блоки датчиков, электронный регулятор, исполнительные элементы, гидромеханический регулятор, блок встроенного контроля (Патент РФ 2308605. МПК F02C 9/00 от 20.10.2007 г.). В данном устройстве для повышения надежности работы двигателя введены два канала управления двигателем с разным физическим принципом управления (электрический и гидравлический). Недостатком устройства является его сложность, проявляющаяся, в частности, при регулировке системы в случае отказа одного из каналов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является система топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя, содержащее насосный блок из двух параллельно установленных насосов с регулируемыми электроприводами, причем каждый из насосов снабжен датчиком, датчики и электроприводы связаны с блоком управления, дополнительно соединенным с датчиком, определяющим подачу топлива в двигателе, а каждый из насосов имеет датчик предельных режимов, связанный с блоком управления (Патент РФ 2308606. МПК F02C 9/00 от 20.10.2007 г.).

Недостатком устройства является достаточно большое число дополнительно введенных датчиков с отсутствием их резервирования, а также значительная протяженность линий связи данных датчиков с остальной аппаратурой, вносящая понижение надежности функционирования, в том числе и от действия электромагнитных помех.

Задача, решаемая полезной моделью, - расширение функциональных возможностей, в частности за счет повышения надежности аппаратуры, посредством обнаружения сбоев элементов и узлов вследствие введения датчиков сбоев и использования новых информативных признаков сбоев с соответствующей обработкой информации (сигналов).

Поставленная задача решается тем, что система топливоподачи и регулирования газотурбинного привода с обнаружением источников сбоев дополнительно содержит контактные и бесконтактные датчики сбоев, выполненные с возможностью работы в диапазоне частот от доли герца до единиц гигагерц и установленные между насосами и блоком управления на линиях связи с соединителями или в непосредственной близости (до 1-2 см) от элемента (линии связи) или узла (соединителя) электрической сети.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве источников сбоев обнаруживают следующие элементы и узлы электрической цепи системы топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя с обнаружением источников сбоев: соединители (разъемы) и линии связи, а также внешнее электромагнитное воздействие (помеху).

Поставленная задача решается также тем, что в качестве информативных признаков при обнаружении источников сбоев используют повышенное электромагнитное излучение и эффект дифференцируемости сигналов.

Поставленная задача решается также тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП - инверторах.

Поставленная задача решается также тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (L, С - элементы) микрорезонансных контурах.

Поставленная задача решается также тем, что при срабатывании двух контактных датчиков сбоя в качестве источника сбоя определяется узел или элемент с более ранним по времени срабатыванием датчика.

Поставленная задача решается также тем, что при срабатывании двух или более бесконтактных датчиков сбоя, расположенных вблизи различных линий связи, в качестве источника сбоев определяется внешнее электромагнитное воздействие (помеха).

Решение поставленной задачи определения сбойных состояний и источников внутренних сбоев в виде линий связи, соединителей (разъемов) и внешних сбоев в виде электромагнитного воздействия (помехи) по информативным параметров появления эффекта дифференцирования электрических сигналов и повышенного электромагнитного излучения основано на представлении скрытых дефектов упомянутых элементов аппаратуры (линии связи, соединители) в форме микрозазоров, микронеровностей, микротрещин, частичных микроразрывов и образование вследствие этого микрорезонансных контуров.

На фигуре 1(а-г) схематично показаны три состояния линий связи (электрических проводников) и контактных подключений (соединители, разъемы): исправное (фиг.1а), отказное в виде обрыва (фиг.1б), сбойное (фиг.1в), а также эквивалентная электрическая схема замещения сбойного состояния (фиг.1г). В общем случае схема замещения сбойного состояния (скрытый дефект) представляет собой "N" параллельно включенных микрорезонансных контуров с переменными параметрами Ri, Li, Ci (i=1,2,,N), где Ri, Li - соответственно распределенная омическая и индуктивная составляющие, а Ci - образованная при скрытых дефектах (за счет микрозазоров, микронеровностей и т.п.) емкостная составляющая.

На фиг.2 представлена схема системы с датчиками сбоев. Система содержит насосный блок, состоящий из двух насосов с регулируемыми электроприводами 1 и 2, каждый из которых на нефорсированном режиме имеет подачу меньше максимальной потребной для двигателя, обратные клапаны 3 и 4, установленные в линии выхода каждого насоса, и датчик 5, определяющий подачу топлива двигателя, соединенный с блоком управления 6. Насосы 1 и 2 снабжены датчиками 7 и 8, определяющими подачу каждого насоса. Система содержит также датчики 9 и 10 предельных режимов работы насосов. Электроприводы насосов 1 и 2, датчики 7, 8, 9 и 10 также связаны с блоком управления 6. Система также содержит контактные датчики сбоев (КДС) 11, 12, 13, 14 и бесконтактные датчики сбоев БДС 15, 16. КДС 11-14 устанавливаются в начале линии связи (11, 14) или в ее конце (12, 13). Срабатывание КДС в начале линии и в ее конце диагностирует источником сбоев соединитель (разъем), подключенный к соответствующей линии связи. Срабатывание только одного КДС в соответствующей линии связи говорит о данной линии как источнике сбоев. В общем случае (при необходимости) контактными датчиками сбоев охватываются все линии связи, на фиг.2 показаны (для большей наглядности) только две линии связи. Их отличие между собой состоит в том, что одна линия связи имеет датчики сбоев с автономной индикацией (или регистрацией) сбоев (датчики 13, 14), а другая - с выходом на блок управления 6 (КДС 11, 12).

Реализация контактных датчиков сбоев (11-14) достаточно проста и заключается, например, в подключении к соответствующим точкам интегральных микросхем структуры КМОП (комплементарная металл-окисел полупроводниковая), имеющих большое (от 10⁷ Oм и выше), входное сопротивление, а при наличии микрозазоров, микротрещин, шероховатостей, неровностей и тому подобное в диагностируемых элементах и, следовательно, создающих условия дифференцируемости проходящих сигналов, что может быть зафиксировано как автономными средствами индикакации и регистрации, так и централизованными (например, вводом в блок управление 6).

Вместо контактных датчиков сбоев (или дополнительно к ним) в систему могут вводиться и бесконтактные датчики сбоев (БДС) 15, 16. Принцип действия БДС основан на регистрации дополнительного (сверх допустимого) электромагнитного излучения источника сбоев за счет образования микрорезонансных контуров. Реализация данных датчиков также достаточно проста и, в частном случае, может быть построена на пассивных L, C - элементах, установленных на расстоянии 1-2 см. от предполагаемых источников сбоев. Число БДС на одной линии связи может быть любым и зависит от необходимости обнаруживать скрытый дефект как во всем элементе (линии связи), так и в его фрагменте (отдельном отрезке линии связи). На фиг.2 для упрощения показаны только по одному БДС на каждую линию связи или узел (соединитель). Так же, как и КДС, бесконтактные датчики сбоев могут иметь автономную (БДС 16) или централизованную (БДС 15) систему индикации и регистрации.

Одновременное срабатывание БДС в различных каналах связи свидетельствует о наличии внешней электромагнитной помехи. Идеология включения БДС, а также алгоритм их функционирования в системе аналогичен контактным датчикам сбоев. Основное отличие - в величине фиксируемого сигнала в зависимости от расстояния до источников сбоев.

1. Система топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя, содержащая насосный блок из двух параллельно установленных насосов с регулируемыми электроприводами, причем каждый из насосов снабжен датчиком, датчики и электроприводы связаны с блоком управления, дополнительно соединенным с датчиком, определяющим подачу топлива в двигатель, а каждый из насосов имеет датчик предельных режимов, связанный с блоком управления, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит контактные и бесконтактные датчики сбоев, выполненные с возможностью работы в диапазоне частот от долей герц до единиц гигагерц и установленные между насосами и блоком управления на линиях связи с соединителями или в непосредственной близости (до 1-2 см) от элемента (линия связи) или узла (соединителя) электрической цепи.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве источников сбоев обнаруживают соединители (разъемы) и линии связи, а также внешнее электромагнитное воздействие (помеху).

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве информативных признаков при обнаружении источников сбоев используют повышенное электромагнитное излучение и эффект дифференцируемости сигналов.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП-инверторах.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (L, С - элементы) микрорезонансных контурах.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что при срабатывании двух контактных датчиков сбоя в качестве источника сбоя определяется узел или элемент с более ранним по времени срабатыванием датчика.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что при срабатывании двух или более бесконтактных датчиков сбоя, расположенных вблизи различных линий связи, в качестве источников сбоев определяется внешнее электромагнитное воздействие (помеха).