автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Исследование методов управления разветвленными технологическими системами и разработка комплексной технологии обеспечения функционирования высотных стендов для испытания авиадвигателей

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOM'.ÏTZT РФ ПО ДЕЛАЯ! КДУлН и образовали

••-----------МОСКОВСКИЙ :

АВИАЦИОНКЬ!Й ТЕХ! ЮЛ ОГКЧЕС КЯЙ „ VUllSüPCmST им.К.3.ЦИОЛКОВСКОГО

i /а при sex рукописи Zttiïï.t .u..>o- i U

Матснян Пассл Днатага»саич

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОЯОГ. УПРАВЛЕНИЙ

^ЛйЗйТВЛЕННЫМК ТВХНОЛОП-Г^СКИЖ СИСТЕМ Н PaÜí-ASOTKA КОМПЛЕКСНОЙ Т^'ЮЛСГМИ OS£Cnc-IEK:-ír-. ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ Зс,;СО"-'HI-ÍX ::ТЕНДОЗ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ Л2

С.гециальнйстъ CS.О У.OS "Таплоиыэ дгн»гатели «стгтзлььы;; г.пппргтоз"

Автгосф-оргт Д!'.сс2ргаи?'.п- на учексй с: --t-e^v:

изндйдага тжпеюзсхмх ¡гау-'

Работа выполнена в Научно-испытательном цэнтро ЦИАМ им.

П.И.Баранова

Научный руководитель - профессор, кандидат технических

наук Скибин В.А,

Научный консультант - доктор технических наук

Г.В.ДобркнскиП

Официальные оппоненты - профессоо, доктор технических

наук Свирков А.Н., кандидат технических науг Таран ЕМ.

Защита диссертации состоится "_"__1998 г. на заседании специализированного совета К.063.56.06 "Тепловые

двигатели летательных аппаратов" в "_" часов в МГАТУ им.

К.Э.Циолковского по адресу: г. Москва, Берниковская наб., 14, ауд.„ „

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАТУ им. К.Э.Циолковского.

Автореферат разослан _"_1996 г.'

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 103767, г.Москва. К-31, Петровка, 27, МГАТУ Ученому секретарю специализированного Совета К.063.56.00

Ученый Секретаре Специализированного Совета доцент, кандидат технических наук

Ковалев Ф.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

"-ххуанъиааъ таелы. Развитие авиационной техники ставит перед комплексом для испытания авиадвигателей проблемы по узеличзнию производительности, расширению диапазона обес-!!обиваемых параметров, погашению надежности и качестве проведения испытаний. Современная методология доводки дви-,лелей. включающая исследование двигателя при имитации почетных условий, ставит задачу создания гибких технологических процессов с развитой автоматизированной системой контроля,

."скобой ■ испытательного центра янллетсч пнеотно-гомпрессорнся станция (ВКС), представляющая собой взаимосвязанный комплота пгрегатоо подачи воздуха на стенды, теплообменников!, систем подогрева воздуха, запорно-г-егулирующей арматуры, систем регулирования и контроля.

В отличие от компрессорных установок промышленного наз-•.ачения, турбокомпрессоры кйлытатзльного комплекса эксплуа-моухзтея в сссъма сложных условиях на переменных и переходил ."еж-ямах по расходу. ¡;\япг.ат'..о и температуре, а тзкхв под-•сленич к систеью разлкчгюгэ количества агрегатов.

■¿им о.">{»«ом, сойрзмеияоя аысотно-компрессорнаи огои-'В;'С) предотазляог собой сложную нелинейную динами-•с-со сютеыу с взаимным влиянием газодинамических и теп-..чг.А^мчедк»* «роидссоз, протекающих з се узлах- агрегатгл. >л«з*>у/ с обс^одчемием » оптимальным перераспределенном '.'2;чГ'?Г.<чгСКЖ рС5ур«ЭЯ ВКС зяжними тпебо&аниями, предыв-м.^и ;; яяпч!Отся обеспечения устойчипости ¡1 бопопос-г.ооти роботы многомашинного комплекса, достижение и под-с;:-т;чг.г. ~лпс'>*стрп-о рабочего процесс!?, обеспечения пг>иня-•й тсхяогюти испытаний на стеидо. »»елг> чао(т»» и задачи каслояраааия. Цель» диссертацкон-:;ой оабота является разработка обобщенной методики имита-•*'.!ои!!ого моделирования многорежимкых агрегатов подачи воз-•".т-, ~ ссстезс ртзезтеле^нсго гг^опоздушного тоактч выеотно-лмпздесорной станции при робота на испытательный сгемд с ¿¡оеух технологий испытания авиадвигателей и <>;т1Ш<*азиии работа многомашинного энергетического комплек-■ -1,

Каучная юсгигка. Разработаны принципы и структура построения Бссрежкмной математической модели пгрегота подачи воздуха с полном диапазоне частот вращения с учетов контуров да? 7омзтич?а:сго рггулироагмил для исследования основных элемента с и егрогата в цело« на стационарных и пароходных ре.-

Разработана технология испытания азнацшнных двигателей большой размерности, исслсдосаны пути повышения производительности агрегата к проблемы газодинамической устойчивости при согласовании компрессора и турбины с условиях ра- боты с дополнительным расходом.

Предложены критерии выбора {алгоритмов порохлючония технологических схем агрегате:

- минимизация потребляемой мощности комлреерррз за рчрт зыбора экономичного режима работы агрегата;

- минимизация сремшш переходного процесса лерэключо^ кия, при условии устойчивой работы компрессора и,турбины.

Нз оскозе факторов влияния регулирующих оргрноа и зз-дзижех разработана энергосберегающие алгоритмы переключения технологических схем агрегата и предложен обобщенный подход г. оптимизации парамогроа турбокомпрессоров ц случае совмостного кслояьзоаания имитационной матеметическоГ; модели к регрессионной модели длг. расчета динамики в многостадийных процессах.

•"Ъоседсно &кслеркмс!П«лы«се исследосанио технологии у&г лытаиия авиационных деигатеяей большой размерности и эн-зр-госберогаощих алгоритмов при помощи теории лланиросаниг. эксперимента.

Праег.-лчоскаа ценность результатов диссертационной работу »включается с рэшоник актуальной задачи порышения зффох* тиеноегти и качества испытании авиационных дзигятелей за счет оптимизации работа г.иогомашякногс гноргсткнзсшгр комплекса и стендовых систем. Нозис сиергеоборегас.у.ие алгоритму лерохлечения технологи-:ес;:>з; схем методика копите.»',:?. двигателей большой размерности кашли пр>1:ло:;смио при иа!]ь'.-танин. двигателей ПС-30, Д-433 »? ряда иг-дслп" зарубежных Фирм.

Апробация работы. Осмозкыо результаты ррбэты доклсдцецг

лись и обоухдались:

- на X!! конференции молодых ученых я специалистов ЦИАМ (Мосхпз 1987 г.)- на X3Ü хож^реиции молодых ученых и слециалистоз ЦИАМ (Москва 1989г.);

- на н,-.умно-технической конференции по конструкциям и анле-мпм. управления авиационных ГТД (ЁВИА им. Н.Е.Жукорекого Москва ?990 г.);

- на конференции молодых ученых и слецкалистое НИЦ UHÄ.VI {Лыпсарино 1991 г.)

- на н.тучно-техническсй конференции по кокстпу«"ииям и сисгто-млм управления авиационных ГТД (ВБИА мм. НЖуковского Москва 1993 г.);

- на ».««отраслевой научно-технической конференции ЦИАМ -НИЦ ЦИАМ {Лыткарино 1995 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано С печатных работ и 5 научно-технических отчетез.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из сведения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы. Содержит 133 страницы машинописного текста "¿1 таблицу, 118 иллюстраций, 43 наименования литературных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основе анализа тендени^й раззити«. стационарного компрессоростроония конкретизированы задачи, которые следует решать при оптимизации параметров турбокомпрессоров.

1. Турбохолодильный агрегата ТХА-1А предназначен дл° подачи на испытательные стенды осушенного холодного и теплого воздуха или неисушенного воздуха с расходом SO к г/с, давлением до 300 кПа в диапазоне температур от 213 до 470 К з зависимости от схемы и режима работы. Принципиальная схема ТХА-ТА представлена на рис.1. В состав агрегата входят осевой компрессор (ТК), холодильная турбина (ХТ), приводной электродвигатель (СД), теплообменники 510, 511, 512, 514, 515, регулирующие органы 405, 904, 906, 950, 951, 952, 953, 954, запор-' ные органы АО 1-Я 10. Я38, 820, Я56.

2. Одним из важнейших способов повышения экономичности компрессора является экономичное регулирование производи-

I I

коннектор 425 кПа

Рис.1

Принципиальная схема турбохолодильного агрегата

тельноети, которое осуществляется изменением положения ло-

__________поток направляющего аппарата, изменением числа оборотов и------------

дросселированием на входе.

3. Одним из направлений совершенствования турбокомпрессоров является широкое внедрение АСУ ТП на базе микропроцессорной техники и средств технической диагностики, развитой системы управления, регулирования и контроля. Современные ЭВМ позволяют моделировать динамику сложных компрессорных машин, проводить оптимизацию рабочего процесса, диагностик состояния и формировать команды управления.

Исходя из проведенного анализа сформулированы следующие основные задачи, решаемые в данной диссертационной работе.

1. Разработать всорежимную математическую модель агрегата подачи воздуха в полном диапазоне частот вращения с учетом контуров автоматического регулирования для исследования основных элементов и агрегата в целом на стационарных и переходных режимах.

2. Разработать технологию испытания авиационных двигателей большой размерности, Исследовать пути повышения производительности агрегата и проблемы газодинамической устойчивости при согласовании компрессора и турбины в условиях работы с дополнительным расходом.

3. Сформировать критерии выбора энергосберегающих. алгоритмов переключения технологических схем агрегата подачи воздуха.

4. Оценить фактору влияния регулируют!« органов и задвижек на энергопотребления агрегата с помощью теории планирования эксперимента.

5. Разработать энергосберегающие алгоритмы переключения технологических схем агрегата я провести теоретическое исследование алгоритмов с помощью всережимной математической модели. 7

6. Пронести схспериметальные исследования энергосбере-

г-~гср:т?.;оз при работе агрегата подачи воздуха на испытательный стенд.

вторая ¡raaos леезящена вопросам создания имитационной ма-темагической модели мнегерожимного агрегата подачи воздуха г составе разветвленного газоеоэдушного тракта ВКС при работе на испытательный стенд.

1. Для описания физических процессов в разветвленной сети агрегата воспользуемся методом конечных объемов для динамики газовых линий. Структурная схема математической модели представлена на рис. 2. Газовоздушный тракт агрегате условно разбивается на 18 конечных объемов, и 32 элемента сопротивления, которыми являотся дроссели, задвижки и в 3-х случаях трубопроводы между конечными объемами. При моделировании достаточно длинной линии использовалось частичное сосредоточение параметров, когда сосредотачивается только активное гидравлическое сопротивление линии, а ее упруго-массовые свойства остается распеределенными.

Исходя из равенства втекающих и вытекающих расходов воздуха рассчитывались параметры в конечных объемах, производные температуры, давления и расхода по- нижеприведенным формулам.

с/т м м

"'II

где N - количество втекающих расходов;

М - количество вытекающих расходов.

Производная температуры

Гц и \

йТ

-ИГ---^ Я

(3)

гдо пи - текущее значение массового расхода. Производная давления йР_ тЯ(1Г ЯТФп

<1/ ~ V А + У </л • Производная расхода зависит от величины я. Для Я< Лр » ;

--Г— ' V \ ^ «4>;-. - '

Для Л"= Лр

<10 Лг-ЛрС

ТГ~Т~■ . <5>

2. Для построения математической модели есошрэссора проанализирована статистическая методика р;к«зта мэщяостных и напорных харастеритстик большого числа с^кационных оогзых

компрессоров на основе которой по характеристикам компрессора для температур на входе 243 1С, 293 К, 323 К и углов установки статорных лопаток -12°, 0°, 16° рассчитаны мощностныо и напорные характеристики компрессора з полном диапазоне частот вращения {от 10 % до 100%) по формулам:

Ю

Ыклр = Ык*р<( (б)

(7)

у I» пр V /

(8)

Здесь х^.Л'г, А'з - статистически найденные коэффициенты.

. На Основе мощностных и напорных характеристик комлрес-. сора з полном диапазоне частот вращения разработана математическая модель компрессора.

По величин© яг*о интерполированием характеристик компрессора

0&рО = /{я\/) (9)

М^о =/{л\,у) (Ю)

соответствующих текущему значению у, определяем 0'епрО и Кть-~я в точке яг'ао. Производим расчет подогрева воздуха при прохождении через компрессор Ик

ДГ\ =

я , * (11)

427 (к-!)<?«

Температура за компрессором равна

7 'квых = 'Гюэх+АТк (12)

3. Для построения математической модели холодильной турбины в полном диапазоне частот вращения используются пара-, метры, соответствующие рабочей точке на расчетном режиме тс тр. 7] ¡р.Орпр и исходные характеристики турбодетандера-Тт = /((/г.Рг.аг) (13)

(14)

Температура за турбиной и мощность турбины определяется по

формулам: ------------- .__________________ ____________________ ___________________

( ( Y\

7*лгиГ = 1— if А 1—1 —7- i

\ V J J

R к { „,. \

¿V г = —--\/ eux г— I exTithvxUT мс\

427 (/с-!) 1

Результатами расчета являются параметры на пониженных .-риссдснных частотах вращения , г/г ,Gr. Изложенная методик расчета характеристик турбодетандера удобна при. моделировании динамических процессов с учетом нерасчетных режимов на низких приведенных частотах вращения. 4. Для моделирования переходных процессов а теплообменниках 511, 512, 514, 515, использовались их тепловые характеристики, полученные при испытании теплообменников в НИЦ ЦИАМ, представляющие зависимость выходной температуры теплообменника Тт от расхода Gr и температуры

Гаых*: на выводе компрессора.

•• = /( lw..G*.} • í

Поиоедена идентификация математической модели г.о ре-"•.■•льтагом испытаний агрегата при работе ,ча испытагел&ный с помощью обобщенного метода наименьших хеадрагсс. йквизалентность регрессионных моделей процессов g матема-; веской модели и о объекте оценивалась при помощи Î-¿■ритерия Стыодента.

3 третьей главе рассмотрена технология испытания двига-- злей большой размерности, где с лзчсстсе испытуемого двига-, -;;г>! рассматривалось изделие 92. При Н—11 и M-Q.S необходимый расход воздуха для двигателя составляет G~'¿20 кг/сек при Тзх < 233 К. Схема газоноздушного контура для проведения испытания представлена на рис. 3.

~ чингур агрегата ТХД-1А i-ой секани вдувается дополнительный воздушный поток с расходом 30 кг/с из коллектора 425 . кЛа. В результате производительность агрегата уаеличипается и z коллектор 300 xila с выхода агрегата поступает воздух с расходом líe 30 кг/с, о 120 кг/с при температуре 213 К.

Ркс.З . Технологическая схема для испытания двигателе!! большой размерности

Воздушный поток с расходом 30 кг/с из коллектора 425 кПа

-------- поступает на вход холодипьно-осушительной станции (ХОС) !1-ой -----

секции с выхода которой при температуре 248 К поступает е коллектор 300 хЛа Агрегат 1А 11-ой секции подает в коллектор 300 кПа воздушный поток с расходом 90 кг/с при температуре 213 К.

В контур агрегата ТХА-1А Ш-ей секции вдувается дополни-•тельный воздушный потек с расходом 30 кг/сек из коллектора 425 rJia. В результате производительность агрегата увеличивается и в коллектор 300 кПа с выхода агрегата поступает воздух с расходом 120 кг/с при температуре 213 К.

Воздушный поток с расходом 90 кг/с поступает из коллектора 425 кПа на вход холодильно-осушительной станции IV-ой секции и далее на вход агрегата 1А IV-ой секции. С выхода агрегата 1А IV-ой секции воздушный поток с расходом 90 кг/с при температуре 213 К поступает в коллектор 300 кПа.

В результате на вход стенда из коллектора 300 кПа поступает суммарный воздушный поток с расходом 420 кг/с при температур 233 К .

Однако предложенная схема гаэовоздушного контура агрегате ко .чкжет быть использована из-за ограничений, связанных газодинамической устойчивость» агрегата и пропускной способностью турбины.

Результаты математического моделирования показали, что требуемый расход воздуха i20 кг/с от каждого-агрегата можно . обсспечкть за счет подачи дополнительного воздушного потока ; расходом 30 кг/с из коллектора 425 кПа на вход теплообменника 514 через задвижку 838. При этом для обеспечения газодинамической устойчивости и экономичности агрегата необходимо организовать частичный .перепуск воздуха в обход турбины "срез дроссель 313, который целесообразно заменить на регулирующий орган. Для обеспечения минимального («15°) подогрева воздуха э коллекторе за счет перепуска части воздуха через регулирующий орган 313 рабочее значение диаметра его проходного сечение на'данном режиме должно составлять 50% ст номинального значения диаметра полностью открытой существующей задвижки 813. Газодинамическая устойчивость при согласовании компрессора и турбины обеспечивается за счет ^•станозки сопловых аппаратов турбины s режим минимального расхода.

В четтгертой гласа предложены энергосберегающие алгоритмы переключения технологических схем агрегата, полученные е результате математического моделирования и экспериментальной оценки факторов влияния регулирующих органов и задвижек на энергопотребление агрегата с помощью метода математического планирования эксперимента.

Штзтные алгоритмы предусматривают в большинстве случаев неэкономичное антипомпажное регулирование за счет перепуска части воздуха в атмосферу через дроссель и в основном последовательное изменение проходных сечений регулирующих органов и задвижек.

Отличительной особенностью новых алгоритмов является принудительное изменение угла установки направляющих аппаратов комп[>ессора в начале и в конце переходного процесса в режим минимального расхода, а также в ряде случаев одновременное перемещение регулирующих органов и задвижек в течение переходного процесса.

С помощью имитационной математической модели проведено расчетное исследование 14-ти алгоритмов переключения технологических схем агрегата с учетом контуров автоматического регулирования. Получены динамические характеристики компрессора, турбины, параметры в конечных объемах. -

Многостадийный процесс переключения можно представить кок единое целое в виде большого "черного ящика" на который воздействуют факторы переключения: регулирующие органы и задвижки.

При помощи регрессионного анализа проведена оптимизация потребляемой мощности компрессора в процессе перемещения регулирующих органов и зацвижек. На основе экспериментальных данных и результатов расчетных исследований с помощью математической модели выбирались наименьшие значения потребляемой мощности компрессора в точение каждого процесса переключения. Далее выбирались матрицы планирования эксперимента с помощью которых формировались регрессионные модели для каждого конкретного переключения в виде полинома первой степени

у = Ь.< + Ых, + ..+Ьх+Ы2х1хг + ¿?здпл~+, ..+£<-1. а?- ш (17)

Количество факторов определялось числом регулирующих органов и задвижек, участвующих в данном процесса переключения, поэтому регрессионные модели выбирались для каждой

- :з -

поры переходов: 1-2 2-1. 1-3 3-1, 1-'» 4-1, 2-3 3-2, 2-4 4-2, 3-4 4-3, 5-6 8-5, Для построения_матриц при_минимальных.экспери-. ментальных данных применены дрсокые реплики i , - , ± . Значимость коэффициентов моделей проверялась при помощи '-критерия Стьюдента и построения доверительного интэреала. Гипотезы адекватности моделей лрозарены при помои;и F-критерия Фишера.

В результате дня 14 процессов переключен-.»« по; трее>-■ а линейная регрессионная модель з комбинации с *митац>«он1-о« математической моделью, отражающая оптимальные еоагкошэ-ния диаметров проходных сечений регучмрух.-мих* oprwo» и >я-двихек, которые нужно под„2ржиеагь а терние процесса переключения. В качестве примера на рис. 4, 5, 0. 7 приведены переходные процессы изменения мощности компрессора при переключении схем 1-2 и 5-6 для штатных и нсзых алгоритмов, позволивших снизить энергопотребление агрегата на 34-62 % з зависимости от схемы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Из основании методики, использующей статист-,^-: зависимости, полученные о результате обрэб.---гки бол ■>,■.-.: го «иола авиационных осевых уомпрессорсз. рпсс-итгну и мощностные характеристики компрессора аг:>.-гто воздуха на стенды во всем диапазоне изме -зето» -- '-^v щения {от 101 i до 100%) при трех значениях у,~сг> ус: лопаток компрессора л ~ -* - . г? --у ~ J(>~ -

2. Согласно данных исследований погрешность з «пред-зло -нии напорных и мощностных хзраютристих по испол-зуемой методике при постоянных значениях «амструхгиг»»«* ш-^шигг'.^ и неизменней геометрии проточного траста --í

превышает 15% при малых значениях приведенных частот вращения, И пр < 0.1 и менее" 2-3% при п пр > 0.5. Оценка точности расчета характеристик компрессора по характеристикам номинального эежима при Г« - 243 - К у, - -12 .1'.' --tr.y.i ¡6' и постоянной частоте зряшен и-з 5

об/мин показали практическое совпадение результатеп статистической модели и экспериментальных характеристик компрессора.

+-N ЮПРЕССОРЯ 1®т]

Д Л аМ , \й л1И &

100 200 300 400 500 600 700 800 900

СЕК

Рис.4 Мощность компрессора .при переключении схем 1-2 по штатным алгоритмам

N к [®т]

12000

10000

8000

6000 I

4000'

/

\

-нкоипрессорд!®!)

50 100 1Ь0 гоо ¿0 300 за .400 500 550 600 650 700 СЕХ

Рис.5

Мощность компрессора при переключении схем 1-2 по новым алгоритмам

- н гапррспсгя 1тт] . ¡1 ПТЕЖУСШ]

100 200 - 300 400 . 500 600 700 800

2РЕНЯ СЕК

Рас.6 Мощность компрессор я турбины при аеренлвчеют с~ек 5-6 по ататяш алгорзтмам

Г, Ц 9

Ч "ГОЛ J

■ Я КЛПОХРЯ Ют!

30000

<50М

■а--N тутам Е»СЗгЗ

1 —н—|——^-»

\

—+— —

■/ /

Г _._ А .. Л ■ — 2 I- ') Ъ —

Ьп , Г

СЕ'

Рас.7

Мощность компрессора я турбин« при переключении схем 5-6 по новым алгоритмам

3. Впервые сформулированы общие принципы и структура всережимной математической модели агрегата подачи воздуха на стенды, представлены алгоритмы математического описания физических процессов на стационарных и переходных режимах основных элементов агрегата компрессора, турбодетандера, теплообменных аппаратов, разветвленного воздушного тракта.

4. Разработан комплекс программ всережимной математической модели агрегата подачи воздуха, предназначенной для расчетных исследований стационарных и переходных режимов в полном диапазоне частот вращения с учетом контуров регулирования, выбора оптимальных алгоритмов управления многомашинным энергетическим комплексом в эксплуатационных и нештатных ситуациях, создания новых технологий испытания авиадвигателей при имитации полетных условий. » .

5. Произведен статический расчет шести основных технологических схем турбохолодильного агрегата для различных значений входных температур. Для стандартных атмосферных условий получены следующие значения параметров в коллекторе при работе на стенд:

- по схеме 1 Р= 230 кПа Т= 440 К 74 кг/с

- по схеме 2 Р= 290 кПа Т- 307 К 90.1 кг/с

- по схеме 3 Р^ 290 кПа Т= 247 К С= 83.3 кг/с

- по схеме 4 Р= 260 кПа Т= 319 К 90 кг/с

-по схеме 5 Р= 135 кПа Т= 214 К 6= 90 кг/с

- по схеме С Р= 139 кПа Т= 288 К 6= 89 кг/с,

которые соответствуют диапазонным изменениям параметров при экспериментальных исследованиях в НИЦ ЦИАМ.

6. Разработана технология испытания авиационных двигателей большой размерности, исследованы пути повышения производительности агрегата и проблемы газодинамической устойчивости при согласовании компрессора и турбины в условиях работы с дополнительным расходом. Требуемый расход воздуха 120 кг/с от каждого агрегата на входе в коллектор можно обеспечить за счет подачи дополнительного воздушного потока с расходом 30 кг/с из коллектора 425 кПа на вход теплообменника 514 через задвижку 838. При этом для обеспечения газодинамической устойчивости компрессора необходимо организовать перепуск воздуха в обход турбины через дроссель 813, который целесообразно заменить на регулирующий орган. Для обеспечения минимального (15°) подогрева воздуха а коллек-

торе за счет перепуска части воздуха через регулирующий орган 313 рабочее значение диаметра его проходного сечения на данном режиме должно составлять 10% от номинального значения диаметра полностью открытой существующей задвижки.

7. На основе экспериментальных данных к результатов рас-четньга исследований проведена оптимизация процесса переключения технологических схем. Построены матрицы планирования эксперимента и произведена оценка факторов влиян*«? (запорно-регулирующей арматуры) на потребляемую мощность компрессора для каждого переключения технологических схем. Проведено сравнение экспериментальных результатов с характеристиками линейных регрессионных моделей для каждого процесса переключения. Количество факторов регрессионной модели определялось числом регулирующих органов и задвижек. участвующих а данном процессе переключения. Значимость коэффициентов моделей проверялась при помощи (-критерия Стьюдента и построения доверительного интерсала Гипотезы адекватности моделей проверены при помощи Р- критерия Фишера

3. Проведены расчетные исследования и анализ переходных процессов при переключении технологических схем агрегата подачи воздуха с помощью вое режимной математической модели, построенной для 14-ги возможных комбинаций персключв-ния между группой 1,2,3,4 схем и между 5 и 0 схемами. Предложены критерии выбора энергосберегающих алгоритмов переключения особенностью которых является принудительно« изменение угла установки направляющих аппаратов компрессора в начале и в конце переходного процесса в режим минимального расхода, а также в ряде случаев одновременное перемещение регулирующих органов, задвижек в течение переходного процесса, гибкое использование ряда систем регулирования, что позволило снизить энергопотребление на-36-02%, а длительность переходных процессов сократить на 23-00% при сохранении газодинамической устойчивости агрегата.

9. На основе математического моделирования процессов переключения технологических схем агрегата ТХА-1А и экспериментальной оценки факторов влияния залорно-регулирующей арматуры на потребляемую мощность компрессора предложен обобщенный подход к оптимизации параметров турбокомпрессоров в случае совместного использования имитационной мате-

магической модели и регрессионной модели для расчета динамики в многостадийных процессах.

10. Для каждого процесса переключения разработаны новые энергосберегающие алгоритмы и проведено их сравнение с алгоритмами, предложенными поставщиком агрегата.

При переключении агрегата со схемы 1 на схему 2 и обратно энергопотребление сокращено на 54-59%.

При переключении агрегата со схемы 1 на схему 3 и обратно энергопотребление сокращено на 49-51%.

При переключении агрегата со схемы 1 на схему 4 и обратно энергопотребление сокращено на 36%.

При переключении агрегата со схемы 2 на схему 3 и обратно энергопотребление сокращено на 50-52%.

При переключении агрегата со схемы 2 на схему 4 и обратно энергопотребление сокращено на 43-59%.

При переключении агрегата со схемы 3 на схему 4 и обратно энергопотребление сокращено на 34-42%.

При переключении агрегата со схемы 5 на схему 6 и обратно энергопотребление сокращено на 02%.

11. Энергосберегающие алгоритмы переключения технологических схем агрегата приведены в таблицах 1-7.

Таблица 1

Переключение схем 1-2 Переключение схем 2-1

Вргмм ЭРА Тип Время ЗРА Тип

(с) переметан« (с) перемещения ;

■ 70 еос Закрыть 70 906 ■ Закрыть .

90 814 Открыть 90 814 Закрыть

!Х> Открыть 150 812 Открыть

90 Открыть 170 850 Открыть

130 К12 Закрыть 250 826 Закрыть

130 850 Закрыть 350 807 Закрыть

530 900 Открыть 540 906 Открыть

соо Стабилизация параметре« 600 Стабилизация параметров

Таблица 2

Пеуекпкнемие схем 1-3 Переключение схем 3-1

Орем» | 0РА ____________ _ 70 ; _Г>Ю_ 90 1 ~"т>5 " Тип перемещении Закрыть_____ Открыть Время | ЗРА _!<?)_.: 1..... 70 ЭОС 90 "| 803 Тип перемещения Закрыть___ Закрыть

Открыть 90 ! Л12 Закрыть

Г'^ N ; -и ; 813 СТ'ХЫГЬ ! СП I 813 | Закрыть

! ' З^риП,- I <~г. 1 ./О ! СС5 ! Открыть

■ -гсо ! ©ос Открыт:» ! 200 \ | Отусыть

; 370 | Сиаиияиаация параметров I

. аблииа 3

! Псреключе)«е схем 1-4 |_______Переключение схем 4-1 ____

! ЗГА 1 ЦП 2;; ••;/•■•. СРЛ | Тип ,

1.) : псрс:.1сч;0!;и;; |

\ 50 ! зн ■ Открыт^ 50 811 1 Закрыть |

? " сот: Лгмлиги 70 054 1 1

> / () а) 1 1 1 С *

1 250 ео5 Открыть 250 812 Открыть

"50 606 Открыть 250 850 Открыть

320 воз Открыть 250 826 Закрыть.

п 350 812 Закрыть 350 805 Закрыть

'¿50 856 Закрыть 350 806 Закры гь

49!) 954 О) крыть 420 803 Закрыть

540 еос Открыть 540 500 Открыть

650__| Стабилизация параметров 600 Стабилизация параметре«

о 2-2

л; 22Л ... ,

"ОГ'^о 'л-' ,

Г.?.'. 2 20 . .. .

2'Х; '3 ры ■¿Л" С/л;»'.. ;-, - ;

1Ю/ ; 7» У .42-0 О г'

"10 О'^м., |

. нос ; 0 '350 0г.,,гып, :

250 813 I Открыть | 350 813 Закрыть ]

'.-"Л ДОГ, 1 Я^П .Я.ГЛ ГЯ^крии. !

■ < .",03 .. 'ч...... ..'

г 5..-.0 I

{Стебщдездия пзраттроз | С50 | Стабилизации параметре^ j

> | | | Г.;'.*', . - 1

.'.." ■ ■ .•■; ь ! ГС !

->2 : Г'и •■".Ч'Е!-".:.

; а) ( ¡и» 1 Сткршь 1 70 .Закрыть

ггоП" 207 1 Открыть | 150 811 Закрыть

120 005 Открыть 170 607 Отхрыть

200 еоз Огк рыть 200 805 Закрыть

зоо GOO ae Обрыть 270 803 Закрыть

90G Открыть 450 806 Закрыть

620 954 Отхрыть 610 90G Открыть

770 Стабилизация параметров 730 Стабилизация параметров'

"Гоблина 6

Переключение схем 3-4 flepermxettuff схем 4-3

Вррмя _<с]__ ЗРА Тип перемещения Время (с) ЗРА Тип перемещения

70 906 За»-рыть 50 S54 Закрыть

90 . «и Отхрыть 70 S06 Закрыть

lOOl 811 Открыт», 80 811 Закрыть

11СП 626 Открыть 100 813 ' Открыть

300 613 Захоыть 110 85G Открыть

350 «■С Закрыть ЗОО 82С Закрыть

580 SCG Откоыть 400 80G Закрыть

5.ЭД 954 Открыть 580 90G Открыть

С70 Стабилиг-щия паааметроа 650 Стабилизация параметров

Таблица 7

ricpexreoietaie схем 5-G Пеоеклкэчсние схем G-5

Время ÎO ЗРА Тип перемещения Время (с) ЗРА Тип порем etu шип

50 S0G Закрыть 50 sœ Закрыть

70 1 807 Открыть 70 eos Открыть

70 150 805 Закрыть ' 150 603 Открыть

еоз Закрыть 150 ео7 Закрыть

330 " 400 90G Открыть 250 900 Открыть

Стабилизация пг.рамгтроо 450 Стабилизация ларпметроз

Ochocjioo содору/.asnîD диссертации отражено с следующий работах:

1. З.В.Глазшза, ПАМатейин, П.А. Романов, А.А. Степанов Т/о Исследование и разработка проектных решений с обеспечение проектирования установки ТХА-1А в ЦИАМе, ГАПе, ЧКДГ, Труда НИЦ ЦИАМ N 476-4S6. 198GT.

2. З.В.Глазкова, П.А.Матенин, О.В.Пикалооа Т/о Выработка проектных и конструкторских решений, "разработка ТЗ и ТУ по система?.! астоматики, управления и контроля установки ДР-IV-II часть. Труды НИЦ ЦИАМ N 47G-557. 1SS7 г.

-■--■— 3. ПАМатенин.Автоматизированная систем управления приводами агрегата ТХА-1А. ЦИАМ, 1333. Труды ЦИАМ N 1230-----------------------

4. Г.В.Добрянский, ПАМатенин, В.З.Пономарева, Н.В.Тер-Григоряк, Е.И.Хлебникова.' Т/о Обобщенная функционально-технологическая схема автоматизированной системы энергетического многомашинного комплекса Труды НИЦ ЦИАМ N 465002, 1989;.

Б. ¡0.И.Зотов, П.А.Матенин Т/с Напорные и мощностные характеристики'компрессора !1-АУА-58 агрегата 7ХА- 1А. Труды НИЦ

4П5-СЯЗ ., 1939 г. о. Аотоилтизнровакнач система ДР-ЛЛЗнергз уярзсяскич *гмег>-гооборудованием ВКС. Тезисы XIII конференции молодых ученых и специалистов ЦИАМ. 1989 г.

7. Г.В.Добрянский, Ю.И.Зотов, ПАМатенин, В.З.Пономарева, Е.И.Хлебникова. Т./о Всережимная математическая модели ТХА. Труды НИЦ ЦИАМ N 465-733, 1990 г.

8. А.Я.Черкеэ, Г.В.Добрянский, ПАМатенин, В.И.Мироноа и др. Аинотзцмонный отчет. О выявленных связях между параметрами,

контролируемыми при стендосмх испытаниях, условиями на входе в вентилятор и температурой газа перед турбиной оделил 88. ЦИАМ. 1990 г

9. Э З.Гольдберг, Г.В.Добрянский, ПАМатенин я др. Т/о Анализ влияния статической и динамической точности »зтоматиэиройан-ной системы управлений технологическим« параметрами стендя Ц-4Н иа основные характеристики ТРДДО в процессе испытаний на стационарных VI переходных режимах работы по тиггоиым

, траекториям полета. Трчды НИЦ ЦИАМ N 465-719 1990 г.

10. А Я Черкез, Г.В.Добрянский, ПАМатенин В.И.Мироноа и др. Т/о Экспериментальная проверка точности методики настрсйки ограничения температуры газа изделий 88 при "холодны-/" стендовых испытаниях (по результатам испытаний 2-53 изделий на стенде с подогревом воздуха завода "Красный Октябрь"). Труды НИЦ ЦИАМ N 4А5-728 1990 -.'

11. Г. В Добряиекий. ПАМатенин и др. Физические и алгоритмические основы построения мптемлхичосксй модели многомашинного энергетического комплекса с разветвленной газоиоз-душной сеть» отраслевого испытательного центра авиационного деигателестреения, 1991г. {Сборник научно-методических материалов по конструкциям и системам управления аеиациогыых

ГТД под редакцией В.И. Никитина ВВИА им. Н.Е. Жуковского 1991 г.)

12. ПАМатенин Математическая модель турбохолодильмого аг-оегата ТХА-1А. (Тезиса докладов I конференции молодых ученых и специалистов НИЦ ЦИАМ. 1991 г).

13. Г.Б.Добрянский, Н.И.Жидов, А.^.Иванов, П.А.Матеник, В.В.Пономарева, Е. И.Хлебникова Т/о Предварительная расчетная оценка возможности обеспечения необходимых параметров воздуха, подаваемого агрегатом ТХА-1А на стенд Ц-1А при испытании двигателей большой размерности по теме "Прорыт.". Труды НИЦ ЦИАМ N 465-746 1991 г.

14. П.А.Матенин Т/о Выбор рационально энергосберегающих алгоритмое управления разветвленным га^овоздушным тракте;.-агрегата ТХА-1А при переключении технологических схем. Труди НИЦ ЦИАМ N 430-753 1993 г.

15. П.А.Матенин Т/о Оценка факторов влияния регулирующих органов и зздвижек на энергопотребление агрегата ТХА-1А с помощью метода математического планирования эксперимента при переключении технологических схем. Труды НИЦ ЦИАМ N 477-770, 1994 г.

1С. Г.Б.Добрянский, П.АГЛатенин Комбинированная математическая модель агрегата ТХА-1А и газовогдушного траста стенда Ц-1А. Труды межотраслевой научно-технической конференции ЦИАМ-К1Ц ЦИАМ 1895 г.

17. А.И.Кузнецов, П.А.Матенин и др. Распределенная система обработки и представления информации при испытаниях ГТД. Труды межотраслевой научно-технической конференции ЦИАМ-НИЦ ЦИАМ 1995 г. •

18. Г.Б.Добрянский, Д.В.Барышников, П.А.Матенин Унив'ерсаль-_ ное программное обеспечение для автоматизированных рабочих мест испытательных стендов. Труды межотраслевой научно-технической конференции ЦИАМ-НИЦ ЦИАМ 1995 г.