Вопрос №1. Электрические системы регулирования частоты вращения роторов ГТД.

Содержание группового занятия

Введение

Все большее усложнение задач регулирования ГТД, необходимость обеспечения регулирования большого числа переменных с более высокой точностью привело к использованию новых конструктивных направлений, например, таких, как системы регулирования, в которых сочетаются электрические, пневматические и гидромеханические устройства.

Электрические устройства обеспечивают более высокую точность регулирования и позволяют осуществить лучшее согласование с датчиками и выполнение логических функций.

Вопрос №1. Электрические системы регулирования частоты вращения роторов ГТД.

При применении электрических систем осуществляется комплексное регулирование взаимосвязанных основного и форсажного контуров

На рис.1 представлена схема, поясняющая работу электрического регулятора типа РРД при стабилизации заданной частоты вращения ротора ГТД.

Рис. 1. Схема работы электрического регулятора типа РРД при стабилизации

заданной частоты вращения ротора ГТД

При перемещении РУД изменяется положение щетки потенциометра R1, которой задается частота вращения ротора ГТД. Действительное (текущее) значение частоты вращения n воспринимается трехфазным тахогенератором ТГ, напряжение которого выпрямляется и усиливается усилителем УЗ. Напряжение U_n, снимаемое с потенциометра R2 на выходе усилителя УЗ, пропорционально частоте вращения n авиадвигателя.

На входе усилителя У1 осуществляется сравнение заданного U_пз и текущего U_n значений напряжений, снимаемых с потенциометров R1 и R2. Разность напряжений ΔU_n усиливается усилителями У1 и У2. Усилитель У2 является генератором прямоугольных импульсов напряжения, длительность которых зависит от величины входного напряжения. Отношение длительности импульса τ_и к периоду их повторения Т называется скважностью импульсов

Q=τ_и/T

где, T = τ_и + τ_паузы, и для рассматриваемой схемы линейно зависит от величины входного сигнала усилителя У2:

где, К₂ - коэффициент усиления усилителя У2.

Изменение величины скважности пропорционально приращению напряжения ΔU2

где К ₁ - коэффициент усиления усилителя У1.

С увеличением скважности Q_и импульсов напряжения, поступающих на обмотку электромагнитного клапана подачи топлива ЭМКТ, возрастает количество q подаваемого в двигатель топлива и соответственно частота вращения n турбокомпрессора. Следовательно, для получения нового значения частоты вращения n необходимо и соответственно новое значение скважности. Поскольку изменение скважности ΔQ_и пропорционально разности напряжений ΔU_n, или ΔQи=k*Δn, то для получения различных величия n_з необходимо наличие достаточно большой разности Δn=n_з-n, т.е, имеется значительная статическая ошибка.

С целью уменьшения погрешности в регуляторе применена положительная обратная связь по частоте вращения ротора авиадвигателя. Эта связь реализуется следующим образом: давление топлива в топливном коллекторе двигателя, пропорциональное частоте вращения ротора турбокомпрессора, измеряется индуктивным датчиком ИД напряжение с которого усиливается усилителем У4 и с потенциометра R3 напряжение коррекции Uк подается на обмотку обратной связи магнитного усилителя У1. В результате изменение скважности импульсов ΔQ_и определяется суммой:

ΔQ_и = K₂(K₁ΔU_n + K_1ocK₄K_Tn),

где, K ₁ и K _1oc - коэффициенты усиления усилителя У1 для напряжений соответственно ΔU_n и U_n = K ₄∙ PT = K ₄ K_Tn

K ₄ - общий коэффициент усиления элементов ИД, У4, РЗ;

К_Т - коэффициент пропорциональности между частотой вращения n двигателя и давлением P_Т топлива. Поскольку

то

Выбирая величины коэффициентов из условия K₁ K₃=K_1ocK₄ K_T, получим:

т.е. статическая погрешность регулятора будет отсутствовать.

С целью обеспечения подачи топлива в соответствии с приемистостью двигателя в электрическом регуляторе режимов реализуется экспоненциальный закон изменения скважности импульсов при резком перемещении РУД. Напряжение U_рт (рис. 2), получаемое на выходе индуктивного датчика ИД давления Р_T топлива, после усиления в усилителе У4 подводится к дифференцирующей цепочке R1-C. С выхода последней напряжение сигнала гибкой отрицательной обратной связи по давлению Р_T топлива поступает на управляющую обмотку W1 усилителя У6. Усилители У1, У2 и ЭМКТ выполняют те же задачи, что и в схеме на рис. 1.

Рис. 2. Схема электрического регулятора режимов

К обмотке W2 усилителя У6 подводится напряжение , снимаемое со щетки потенциометра R. Положением этой щетки задается максимально допустимая скорость измерения подачи топлива (задается вручную или автоматически).

В усилителе У6 магнитные потоки обмоток W1 и W2 сравниваются друг с другом. Если , то напряжение на выходе усилителя У6, т.е. на обмотке W2 усилителя У2, отсутствует. В этом случае изменение подачи топлива в двигатель определяется скоростью изменения напряжения на входе усилителя У1, т.е. происходит в темпе перемещения РУД.

При быстром перемещении РУД . Тогда на обмотке W2 усилителя У2 появляется напряжение . Магнитный поток обмотки W2 усилителя У2 вычитается из потока обмотки W1. В результата уменьшается величина скважности Q_и импульсов напряжения на обмотке клапана ЭМКТ и, следовательно, уменьшается подача топлива в двигатель.

Максимальное в начальный момент после перемещения РУД значение напряжения затем уменьшается по экспоненциальному закону.

В соответствии с этим законом возрастает величина скважности импульсов напряжения на обмотке ЭМКТ. При этом устанавливается скорость нарастания количества подаваемого в двигатель топлива, определяемая выражением

где - максимально допустимая скорость изменения подачи топлива, определяемая из условий приемистости двигателя.

Она устанавливается путем подбора определенных величин сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора C;

- заданное значение приращения величина подачи топлива. Диод в схеме рис. 2 обеспечивает работу схемы ограничения скорости изменения подачи топлива только при движении РУД вперед.

Вывод: все большее усложнение задач регулирования ГТД, необходимость обеспечения регулирования большого числа переменных с более высокой точностью привело к использованию новых конструктивных направлений, например, таких, как системы регулирования, в которых сочетаются электрические, пневматические и гидромеханические устройства.