автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Универсальная многоуровневая иерархическая система защиты ГТД от помпажа

На правах рукописи

І'і

ШАКИРЬЯНОВ Морис Масгутович

УНИВЕРСАЛЬНАЯ МНОГОУРОВНЕВАЯ ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГТД ОТ ПОМПАЖА

Специальность: 05.13.01 Системный анализ, обработка информации и управление (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 п МАЙ .013

Уфа-2013

005059347

005059347

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный педагогический университет

им. М. Акмуллы» на кафедре программирования и вычислительной математики

Официальные оппоненты

Ведущая организация

д-р техн. наук, проф. ВАЛЕЕВ Сагнт Сабитович,

зав. кафедрой информатики, ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет"

д-р техн. наук, проф.

ИЗМАЙЛОВ Рудольф Александрович,

профессор кафедры компрессорной, вакуумной и холодильной техники, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

д-р техн. наук, проф. НОСЫРЕВ Дмитрий Яковлевич,

проф. кафедры локомотивов, ФГБОУ ВПО "Самарский университет путей сообщения и транспорта"

ЗАО «Научно-исследовательский институт «Турбокомпрессор» им. В. Б. Шнеппа, г. Казань

Защита диссертации состоится 27 сентября 2013 г. в 10:00 на заседании диссертационного совета Д-212.288.03 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450025, Уфа, ул. К. Маркса, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан «. »

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф.

В. В. Миронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Известно, что еще со времен создания лопаточных машин в системах, содержащих воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и реактивное сопло, существует проблема распознавания неустойчивых газодинамических процессов, протекающих в газовоздушном тракте. Она обусловлена тем, что при помпажных явлениях ("помпаж", "помпажный срыв", "вращающийся срыв" и др.) происходит резкое изменение газодинамического состояния газотурбинной установки (ГТУ) или авиационного газотурбинного двигателя (ГТД). Последнее приводит к значительному отклонению значений различных параметров ГТУ, ГТД или всей силовой установки летательного аппарата (СУЛА).

Отклонения от нормы таких параметров как давление Я,-, температуры 7/, скорости С/, акустических масс Lai и гибкости Сш- (здесь i-сечение ГТУ) и др. в большинстве случаев, приводят не только к неустановленным режимам работы ГТУ, но и к аварии всего турбокомпрессора.

Необходимо также отметить, что в условиях конверсии все более жизненно необходимыми становятся исследования газодинамической неустойчивости в ГТУ (см. Райе И. Ж. "Термодинамическая оценка циклов совместной выработки тепла и электроэнергии в ГТУ" в журнале "Энергетические машины и установки", 1987, № 1, с. 1-9, с. 10-20), широко используемых для одновременной выработки тепла и электрической энергии в наземных условиях.

Приведем краткий перечень ГТУ, используемых для этих целей и работающих по разным схемам.

А. ГТУ с разомкнутым циклом

Здесь применяют способы промежуточного охлаждения, регенерации и промежуточного подогрева. Значительно повышается экономичность ГТУ при сочетании промежуточного охлаждения с регенерацией. Именно это преимущество было использовано при ее внедрении на судах ВМФ США. Примером могут служить двигатель Spey фирмы Rolls-Royce, а также ГТУ LM 250 OPE (General Electric), LM 5000A (General Electric), 501-D (Westing house) и др.

Б. ГТУ с замкнутым циклом

ГТУ замкнутого цикла выпускаются фирмой GHH (ФРГ) (см. Баммерт К. Опыт эксплуатации и результаты испытаний ГТУ замкнутого цикла в ФРГ п журнале "Энергетические машины и установки", 1987, № 1, с. 21-30) и используются для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии в ТЭЦ, АЭС и энергетических установках космических аппаратов. Принцип выработки энергии состоит в сжатии воздуха в компрессоре (при промежуточном охлаждении) и в подогреве в рекуператоре и в нагревателе. Далее воздух расширяется в турбине и процесс повторяется снова. Необходимо также отметить, что надежность узла "компрессор-электрогенератор-

турбина" была определена в космических условиях на установке научно-исследовательского центра им. Льюиса (НАСА).

В связи с дальнейшим совершенствованием и использованием ГТУ для обслуживания газопроводов, обогатительных и нефтеперерабатывающих заводов, возрастает опасность потери устойчивости систем, содержащих лопаточные машины. В книге Compressor controls corporation (USA, 1997) приведены примеры возникновения помпажа вследствие сбоя процесса, изменения молекулярного веса и химического состава газа и т. д. Здесь же отмечено, что помпаж опасен для ГТУ и часто является причиной ее аварийной остановки и дорогостоящего ремонта.

Поэтому задачи, связанные с исследованием по распознаванию помпаж-ных явлений, а также по их устранению, являются весьма актуальными.

Необходимо отметить, что хотя проблема помпажа стоит давно, тем не менее и в настоящее время ее можно подразделить на две подпроблемы. Первая - как предсказывать по характеристикам компрессора и дросселя и геометрическим параметрам газовой системы возможность появления неустойчивых явлений. Вторая подпроблема заключается в получении ответа на вопрос о том, почему характеристика компрессора(в этой работе он представляется как объект регулирования) принимает ту или иную форму и каким образом изменить ее в желаемом нам направлении. Обе подпроблемы, указанные выше, так или иначе можно разрешать, пользуясь быстродействующими электронными автоматическими устройствами. Причем для распознавания помпажа необходимо использовать теории как сосредоточенных, так и распределенных параметров двигателя. Это обусловлено тем, что в настоящее время существует множество различных типов двигателей со своими определенными характеристиками и применение к ним универсальных стандартных устройств весьма ограничено. Иными словами, каждый тип двигателей должен быть снабжен своим устройством защиты от помпажа.

Цель работы. Повышение надежности работы ГТД за счет быстродействия распознавания и эффективности ликвидации помпажных явлений в компрессорах как объектах управления.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

1. Провести анализ характерных особенностей физических явлений npfo потере газодинамической устойчивости компрессора как объекта регулирования.

Провести анализ существующих моделей газодинамической неустойчивости компрессора. Выявить их недостатки.

2. Разработать имитационные математические модели газодинамической неустойчивости компрессора как объекта регулирования, используя экспериментальные данные о помпаже.

Провести обобщения предложенных имитационных математических моделей.

3. Разработать и проверить достоверность критериев, методов и работы электронных автоматических устройств, реализующие комплексы внут-ридвигательных параметров.

4. Разработать решающую таблицу, по которой можно проанализировать применимость тех или иных электронных устройств для ликвидации различных видов газодинамической неустойчивости(помпажного срыва, помпажа, вращающегося срыва).

5. Провести обобщения критериев, алгоритмов, методов и структуру электронных автоматических устройств распознавания помпажа

6. Разработать многоуровневую иерархическую систему защиты ГТД от помпажа, состоящую из нескольких уровней.

7. Провести исследования по выявлению наиболее эффективного алгоритма подавления помпажа.

8. Привести результаты экспериментальных исследований электронного устройства защиты ГТД от помпажа.

Общая методика исследования. Теоретические и экспериментальные исследования проведены с применением моделей, содержащих как акустические, так и реальные параметры газовой системы с компрессором.

В работе использованы формулы энергий, движения воздуха по газовоздушному тракту, уравнения отклонения расхода воздуха от равновесного режима, а также уравнения (гидродинамики) движения, неразрывности, адиабаты.

Экспериментальные исследования (проверка полученных моделей неустойчивых процессов, критериев распознавания и ликвидации помпажа) проводились с применением характерных изменений самых информативных параметров газотурбинных установок при помпаже.

Научная новизна. Выявлены и предложены имитационные математические модели газодинамической неустойчивости газотурбинных установок для последующего определения алгоритмов устойчивости. Проведены существенные теоретические обобщения этих моделей, результатами которых является классификация.

Разработаны принципиально новые методы и электронные автоматические устройства защиты компрессора от помпажа, реализующие комплексы внутридвигательных параметров, характерной особенностью которых является наличие в алгоритмах устойчивости параметров давления и обратных величин температур всего газовоздушного тракта, а также вычисление отдельных наиболее информативных параметров двигателя. Предложена классификация существующих и разработанных в этой работе методов распознавания помпажа.

Впервые предложена универсальная многоуровневая иерархическая система защиты ГТД от помпажа, состоящая из 4 уровней, реализующих комплексы внутридвигательных параметров и взаимосвязанных между собой блоками переходных алгоритмов и действующих автономно, и включаемых

последовательно при отсутствии помпажа всего двигателя, компрессора и т. д.

Проведены существенные теоретические обобщения имеющихся и предложенных в работе методов ликвидации помпажа, результатами которых являются классификации.

На защиту выносятся:

1. Имитационные математические модели и алгоритмы устойчивости турбокомпрессора как объекта регулирования на границе его устойчивой работы на основе рационального сочетания априорной информации о газодинамическом и упрощенном описании физических процессов.

2. Методика построения методов и автоматических устройств распознавания различных видов неустойчивости.

3. Теоретические обобщения математических моделей газодинамической неустойчивости, методов распознавания и методов ликвидации помпажа, результатами которых являются классификации.

4. Многоуровневая иерархическая система защиты ГТД от помпажа.

5. Комплексы параметров и отдельные параметры турбокомпрессора, характеризующие границу его газодинамической устойчивости.

Практическая ценность. Предложенная методика с использованием математических моделей газовых систем позволяет произвести исследование, анализ и выбор алгоритма определения неустойчивых режимов, подразделяющихся на помпаж, помпажный срыв и вращающийся срыв.

На основе полученных критериев разработаны электронные устройства, обладающие значительно большим быстродействием и надежностью распознавания помпажа по сравнению с существующими, проверенные подстановкой в них экспериментальных данных о помпаже. Это в значительной степени способствует не только повышению надежности работы ГТУ, ГТД, но и возможно, предотвращению от аварии газовых систем, содержащих лопаточные машины.

Установлены регулирующие органы ГТД, на которые нужно воздействовать для более эффективной ликвидации помпажных явлений. Это вызывает необходимость улучшения и отработки элементов регулирующих органов газотурбинных установок.

Выполнена классификация методов распознавания и ликвидации помпажа, предложенных в работе. Дана четкая рекомендация по их применению к конкретным ЛА.

Реализация результатов работы. На предприятии КБ "Мотор" внедрена методика оценки газодинамического состояния газотурбинных установок на основе контроля комплекса отдельных параметров газовой системы. Методика использована на этапе предварительного синтеза системы антипом-пажной защиты. Два изобретения внедрены в учебный процесс УГАТУ. Результаты диссертационной работы используются также на военной кафедре УГАТУ на специальности "Авиационные двигатели" и "Авиационное оборудование". Имеется ряд актов внедрения изобретений.

Апробация работы. Результаты работы докладывались XXX, XXXXIII, научно-технических конференциях, а также семинарах УГАТУ (в них приняли участие ученые кафедр технической кибернетики, промышленной электроники, АСУ, военной кафедры и др.) в 1980-1997 гг. Были сделаны также доклады на II Международной научно-технической конференции "Моделирование и исследование сложных систем" (г. Москва, июнь 1998 г.), Первом всероссийском семинаре "Моделирование неравновесных систем - 98 (16-18 октября 1998 г., г. Красноярск), VII Четаевской Международной конференции "Аналитическая механика, устойчивость и управление движением" (г. Казань, 11-13 июня 1997 г.), Второй Международной научно-технической конференции "Перспективные технологии в средствах передачи информации" (г. Владимир, 25-27 июня 1997 г.), XVI Международной конференции "Математическое моделирование в механике сплошных деформируемых тел. Методы граничных и конечных элементов" (23-26 июнь 1998, г., С.Петербург). а также на зональных конференциях (г. Пенза -1986 и г.Уфа -апрель 1997 г.). Содержание диссертации отражено в статьях, авторских свидетельствах и патентах автора.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 146 печатных работ, в том числе 105 изобретения подтверждены авторскими свидетельствами и патентами (из них около 50 способов) и 41 тезисов докладов и статей в центральной печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и приложения, содержит 217 страниц машинописного текста и 71 листов иллюстрационно-табличного материала, библиография - 212 наименований использованных литературных источников.

Автор искренне благодарен за обстоятельные консультации д-ру техн. наук, проф., заслуженному деятелю науки России Ю. М. Гусеву, а также д-ру техн. наук, проф., заслуженному деятелю науки и техники России Б. Г. Ильясову, д-ру техн. наук, проф., заслуженному деятелю науки России В. И. Васильеву, д-ру техн. наук, проф., заслуженному деятелю науки России Г. Г. Куликову, д-ру техн. наук, проф., заслуженному деятелю науки Республики Башкортостан В. Н. Ефанову, д-ру техн., проф., заслуженному деятелю науки Республики Башкортостан Ф. А. Гизатуллину, д-ру, техн. наук, проф. С. В. Павлову, д-ру техн. наук, проф. И. А. Кривошееву, канд. техн. наук, доц. Ю. М. Ахметову за консультации, критические замечания, советы и рекомендации в процессе написания и представления докторской диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлены неустойчивые режимы работы компрессоров как объектов регулирования и их имитационные математические модели.

Среди них необходимо выделить труды таких ученых, как В.И. Васильева, Ю.М. Гусева, В. Н. Ефанова, Б. Г. Ильясова, В. Г. Крымского, Б. А. Черкасова и др.

Проанализированы характерные особенности физических явлений при потере устойчивости компрессора как объекта регулирования. Приведен обзор работ, посвященных построению моделей газодинамической неустойчивости турбокомпрессора как объекта управления и методов и устройств их защиты от помпажа. Даны их классификации.

Сделан анализ существующих способов вывода ГТД из помпажа.

Исследованию характерных особенностей физических процессов, протекающих в газодинамических системах, посвящены работы многих авторов. Среди них необходимо выделить труды советских и зарубежных ученых: Ю. М. Ахметова, Л. Г. Близнюкова, Ф. Ш. Гельмедова, В. Т. Гриня, Е. М. Грейцера, И. Е. Дея, М. М. Жигунова, В. Р. Закирова, В. В. Казакевича, Н. Е. Кампсти, Г. Г. Куликова, Е. А. Локштанова, Р. С. Маззави, Л. Е. Оль-штейна, И. Л. Письменного, Л. И.-Семерняка, С. А. Сиротина, Р. А. Шипова и др.

Результаты этих работ позволяют утверждать, что к потере газодинамической устойчивости компрессора как объекта регулирования может привести ряд факторов:

- чрезмерно большое отклонение частоты вращения ротора относительно ее номинального значения;

- значительная неравномерность и нестационарность потока на входе в

компрессор;

- заброс расхода топлива в камеру сгорания и т. п.

Перечисленные факторы обуславливают возникновение срыва потока с лопаток отдельных ступеней компрессора вследствие превышения критических углов атаки профилей. Строгое математическое описание такой сложной колебательной системы, как турбокомпрессорный агрегат - газовоздушный столб - камера сгорания — входное и выходное устройства — представляет чрезвычайные трудности, усугубляемые тем, что в большинстве случаев система является автоколебательной, т. е. существенно нелинейной. Нелинейная теория таких систем почти не разработана, поэтому в имеющихся исследованиях рассматривают только пределы области неустойчивости идеализированных расчетных имитационных моделей, наделяя их основными динамическими свойствами реальных систем.

В работе показано, что существующие модели газодинамической неустойчивости газотурбинных двигателей могут быть подразделены по сложности математического описания физических процессов.

Показана необходимость получения аналитических условий газодинамической устойчивости газотурбинных установок, сформированных на основе рационального сочетания упрощенной физической модели нестационарных явлений и экспериментальных данных.

Показана целесообразность построения антипомпажных устройств, работающих на основе контроля отдельных комплексов параметров турбокомпрессора.

Как следствие из вышеизложенного, первая глава заканчивается постановкой задачи.

Во второй главе приведены имитационные математические модели газовой системы как объекта регулирования. Отмечено, что для одномерной САУ, имеющей п регулируемых координат и п регулирующих органов, уравнения движения системы имеют вид с изображенными векторами задающих координат(например, потенциальная и кинетическая энергия) и соответствующими управляющими воздействиями(например, по расходу воздуха, топлива и т. д. Предложена классификация имеющихся моделей (табл. 1) для получения алгоритмов газодинамической устойчивости с целью дальнейшей реализацией их в решающих устройствах.

Показано, что классификация является удобным инструментом для изучения предлагаемых разработок и позволяет тщательно исследовать на предмет применимости тех или иных технических решений.

В табл.1 предложены трое видов путей разработки имитационных математических моделей компрессора как объекта управления.

В первой графе представлены модели, содержащие акустические параметры двигателя. Здесь - кинетическая энергия газа, заполняющего участок трубы ГТД, X, - амплитуда объемной скорости, та1 - акустическая масса, /?, - плотность, /,• - длина, V, - объем, / - время, Б - площадь поперечного сечения.

Модели получаются рассмотрением равенства величин полных энергий и №¡«,„¡,+ №„(¡+1) различных частей СУЛА.

Вторая графа посвящена разработке моделей, содержащих реальные параметры ГТД. Она подразделена на две подграфы.

В одной из них рассматривается модель выделением отклонения расхода воздуха О, от равновесного режима. Здесь акустические импедансы определяются следующим образом

^Сап=Си1п^2)+Са1п+31+СтЩп+Са1„+цЩ1п+1).

КЛ+1=2(Р2<"+1> - Ргм)/(2В1п+11, где п - номер рассматриваемого сечения. Далее полученные уравнения решаются относительно (2 и определяются области устойчивости.

В другой подграфе приведены модели, которые получены рассмотрением совокупности уравнений (гидродинамики) движения, неразрывности, адиабаты. Здесь Р2, С2, и /^-давление, скорость и плотность воздуха за компрессором, Р^, С2х, Р2Х -скорости изменения давления, скорости и плотности воздуха за компрессором по расстоянию X. Р2, С2 - скорости изменения давления и скорости воздуха за компрессором по времени. В конечном счете определяются взаимозависимые функции, позволяющие найти области помпа-жа. Здесь Т]к*, Рг - скорость изменения КПД и давления воздуха за компрессором,

1 , с1Р2к1С>2 - скорости изменения давления воздуха за первой группой ступеней компрессора по его расходу и давления воздуха за компрессором по его расходу, соответственно.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

Модели, содержащие акустические парамет-

_£Ы_

Модели, содержащие реальные параметры ГТД

W„i=0.5maiXi,

mai-p,l/s, Wri=maiciViIiti.

Рассматривается равенство величин энергий между частями элементов ГТД.

Или

1004,5Т, 1)+>па,(1,05сУИ+х,2/2Я)

1004,5Т2*(Яи!'ш-1)+та2(],05сУ11+х22Г28

С сосредоточенными параметрами СУДА Рассматривается неустойчивость вокруг равновесного режима

•А , 1 аР(а1„+дп)

" й, Ъп ¿¿1вп п=1

т

Кп+1 TjCan п=\

іеи+

т т

Сап п=\ Л=1

-mek+Qn)K»=0

[Kn+r

С распределенными параметрами СУЛА Уравнения (гидродинамики) движения, неразрывности, адиабаты

Ргсг+Р2с2с2х=-Р

2х

Рг +Р2сгх=ъ

Л.

А

= const

Находятся взаимозависимые параметры как друг от друга, так и от времени.

Ищутся выражения и формулы вида

Ьк=ПЪ)>

*

РЦ1 = /(Р2?Я),и т.д.

Таким образом, представленная классификация представляет собой практическую ценность, указывающая возможные пути разработки математических моделей помпажных явлений.

Определены критерии устойчивости компрессора как объекта регулирования, содержащие определенный комплекс его параметров. Установлены помпажные зоны, заключенные между границами областей динамической и

статической устойчивости. Показано, что амплитуда автоколебаний уменьшается при увеличении воздушного объема компрессора и площади его поперечного сечения, а также при уменьшении длины компрессора. Доказано, что быстродействие распознавания помпажа с помощью найденных критериев в 2 раза выше, чем у существующих методов с давлением воздуха за компрессором.

Проведены исследования по выявлению уровня влияния помпажного срыва на характер газодинамических процессов в газовоздушном тракте.

Установлено, что появление помпажа в последних ступенях компрессора приводит к развитию этого явления в проточной части компрессора. Определены границы допустимых значений комплексов параметров двигателя и их скоростей изменения в различных сочетаниях. Установлено, что при фиксировании сигналов предпомпажа наибольшее влияние на изменение КПД компрессора оказывает температура Т\ воздуха на входе в компрессор. Показано, что наиболее информативным и достоверным при распознавании помпажа являются функции с1Р2"1с1()И с1Р21с1Т2=Агде Г- условное время.

В третьей главе предложена универсальная многоуровневая иерархическая система защиты от помпажа.

Подробно описано, что современная СУ представляет собой сложный комплекс энергетических узлов. Структурные схемы, контролирующие изменение комплекса (/„ g¡, Л,- и т„) ее параметров, соответствуют следующей схеме (см. рис.1).

Здесь ВУ1, ВУ2, ВУЗ, ВУ„ - вычислительные устройства, формирующие соответственно комплексы /, к, и тп; ПУ1, ПУ2, ПУЗ, ПУп - пороговые устройства; },юр, g, ,„,,., Н,юр, и ш„ор. - величины порогов соответственно для комплексов/, , Л, чт„;у!1у2.....у„ — реальные параметры газодинамических процессов, протекающих в газовоздушном тракте СУ; 1 ИМ РО ГТД, 2 ИМ РО ГТД, 3 ИМ РО ГТД и п ИМ РО ГТД - соответственно первый, второй, третий и п-й исполнительные механизмы регулирующих органов ГТД.

Решение задач по распознаванию и ликвидации помпажных явлений должно осуществляться достоверными и быстродействующими автоматическими устройствами, позволяющими значительно уменьшить вероятность ложных срабатываний и повысить надежность работы двигателя. Очевидно, что наиболее надежными и точными являются устройства, построенные на основе анализов, в полной мере учитывающих картину физических процессов в случае возникновения срывных явлений в газовоздушном тракте двигателя.

Впервые предложена многоуровневая иерархическая система защиты ГТД от помпажа (рис. 2), состоящая из 4 уровней, реализующих комплексы внутридвигательных параметров взаимосвязанных между собой блоками переходных алгоритмов и действующих автономно, и включаемых последовательно при отсутствии помпажа всего двигателя, компрессора и т. д.

СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГТД ОТ ПОМПАЖА

Рис. 1. Схема защиты ГТД от помпажа

При необходимости она позволяет подключать блоки переходных критериев и сформировать соответствующие критерии устойчивости.

По мере включения уровней уменьшается количество регулирующих органов для устранения помпажа и упрощаются реализуемые критерии устойчивости, содержащие комплексы внутридвигательных параметров.

Первый уровень системы позволяет фиксировать помпаж всего двигателя ( собственно помпаж, вращающийся срыв, помпажный срыв) с помощью критериев, содержащих входные, выходные и промежуточные параметры компрессора, а также входные и выходные параметры турбины. Ликвидация помпажных процессов должна производиться воздействием на несколько регулирующих органов (например, на клапан отсечки топлива, входной направляющий аппарат, ленту и клапан перепуска воздуха за компрессором и его промежуточными ступенями и т. д.).

При отсутствии неустойчивости первого уровня включается второй уровень системы, который позволяет фиксировать помпаж всего компрессора (собственно помпаж, вращающийся срыв) с помощью критериев, содержащих входные, выходные промежуточные параметры компрессора. Ликвидация помпажных процессов должна производиться воздействием на клапан отсечки топлива. Входной направляющий аппарат, ленту перепуска и др.

В случае отсутствия неустойчивости на втором уровне включается третий уровень системы, который позволяет фиксировать помпажные колебания с помощью критериев, состоящих из входных и выходных параметров компрессора. Ликвидация помпажа может производиться воздействием на клапан отсечки топлива и ленту перепуска воздуха за компрессором.

При отсутствии неустойчивости на третьем уровне включается четвертый уровень системы, который позволяет фиксировать помпажный срыв с помощью выходных параметров компрессора. Ликвидация помпажа производится воздействием на клапан отсечки топлива.

Приведена также решающая таблица (см. табл. 2) зависимости выбираемых систем управления, при воздействии на которые помпажные явления можно ликвидировать, от электронных автоматических устройств, реализуемыми в них алгоритмами.

УНИВЕРСАЛЬНАЯ МНОГОУРОВНЕВАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ ПОМПАЖА

РЕШАЮЩАЯ ТАБЛИЦА № 1

Группы моделей газодинамической неустойчивости Группа А Рассматривается пересечение характеристик компрессора и дросселя Группа Б Используются системы уравнений движения, неразрывности, адиабаты Группа В Учет гистерезиса Группа Г Энергетический подход

Методы распознавания помпажа

Сигнализатор помпажа СПТ-99 (стандартное устройство) # # = =

Комплекс параметров турбокомпрессора = = # #

Приращения комплексов параметров _ # #

Акустические методы — # # #

Применение методов и электронных устройств на практике +

Турбокомпрессорн ые станции + - + +

ГТУ для наземных испытаний + - + +

= возможность получения данного критерия с использованием этой модели, # невозможность или некорректность получения соответствующего критерия

устойчивости

-I- или - целесообразность или нецелесообразность использования предложенных алгоритмов в ГТУ

РЕШАЮЩАЯ ТАБЛИЦА № 2

Типы неустойчивости Помпажный срыв Вращающийся срыв Помпаж Переход двигателя на пониженные режимы оборотов

Методы распознавания * помпажа

Сигнализатор помпажа СПТ-88(стандартное устройство) Клапан отсечки топлива Клапан отсечки топлива, уменьшение чисел оборотов ротора Клапан отсечки топлива Клапан отсечки топлива

Комплекс прямых параметров компрессора Клапан перепуска воздуха за компрессором Клапан отсечки топлива, уменьшение чисел оборотов ротора Уменьшение амплитуды колебаний поддержанием определенных законов регулирования Частичные воздействия сразу на несколько регулирующих органов СУЛА

Приращения комплексов параметров Клапан отсечки топлива Клапан отсечки топлива Клапаны отсечки топлива и перепуска воздуха за компрессором Попеременные воздействия на ИМ РО

Акустические характеристики Клапан перепуска воздуха за компрессором Клапан отсечки топлива Клапан отсечки топлива Клапан перепуска воздуха за компрессором

КЛАССИФИКАЦИЯ КРИТЕРИЕВ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

Двигатели простейших схем Одновальные гтд Двухвальные ГТД Двигатели сложных схем

МЛ, Ц2Рг-Пъ ЩгРг*Х'П Вц&Вц Вц В\+1 В1+1=втЦ/Лт ^т~Рт+\!Рт (Л], ВзХ,Ву2< Вз,з-.-Вз^ и <к> О4о С СЕ>) СП(В,=(Р,(Ю-Р,(М- "у1 В2,3---В2о 1=1 т ]=1 С т) Критерий динамической устойчивости т п ьм ъьи т ]"-№ /=1 [ (С„(Д)/ т м Критерий статической устойчивости Ви^Ъи П4Д)У у=1 ¿=1 1_ п , т [ (С„(Д) ЕД2,7 ] 1-1 у=1 1

В четвертой главе показаны пути построения методов и устройств по распознаванию помпажных явлений (что является продолжением математических алгоритмов, данных в третьей главе), а также примеры отдельных электронных устройств, реализующих те или иные параметры (или комплексы параметров) газовых систем, содержащих лопаточные машины.

Показана эффективность устройства, учитывающего неравномерность потока в трех точках на выходе компрессора.

Предложена классификация методов и решающих устройств, разработанных в работе.

Предложена также решающая таблица (табл. 3), по которой можно проанализировать применимость тех или иных электронных устройств для ликвидации различных видов газодинамической неустойчивости(помпажного срыва, помпажа, вращающегося срыва).

Классификация критериев устойчивости по комплексу параметров компрессоров как объектов управления, полученных в этой работе, была произведена по следующих типам систем(см. рис. 3, а, б, в) :

1 гр. - критерии, содержащие входные, выходные и промежуточные пара-метры компрессора, а также входные и выходные параметры турбины;

2 гр. - критерии, содержащие входные, выходные и промежуточные параметры компрессора;

3 гр. - критерии, содержащие входные и выходные параметры компрессора;

4 гр. - критерии, содержащие выходные параметры компрессора.

Необходимо отметить, что первая группа критериев наиболее подходит

для распознавания помпажа в двигателях сложных схем;

2 группа - для двигателей двухвальных схем; 3 группа - для одноваль-ных двигателей о высоконапорным компрессором; 4 группа - для двигателей простейших схем.

I

II

4

I

II

4

а

б

^а! , Саь Са,

Вход

Выход

в

Рис.3

1 гр. - критерии, содержащие входные, выходные и промежуточные пара-метры компрессора, а также входные и выходные параметры турбины;

2 гр. - критерии, содержащие входные, выходные и промежуточные параметры компрессора;

3 гр. - критерии, содержащие входные и выходные параметры компрессора;

4 гр. - критерии, содержащие выходные параметры компрессора.

Рассмотрена более подробно взаимосвязь между критериями, реализуемыми в соответствующих группах устройств. Последние представлены следующим образом:

1 гр . — Ви;Ви;В!,3;...В1ф

2 гр. — В2/; В2.2; В23; ...Вц,

3 гр. — ВХ1; ВХ2; В„; ...В^;

4 гр. — В4 В4,2; В4,2;... В4,;

Здесь — В/¡; Н2,р' Вц; В^ — комплексы параметров газовоздушного тракта, характеризующие границу газодинамической устойчивости двигателя.

Выражение критерия устойчивости для двигателей простейших схем выглядит так:

где ¡=]= 1,2,¡л, = «/?//(£; V)), где °с, В — коэффициент адиабаты и газовая постоянная; /,, 5, , Рг*1, ТУ - длина, площадь сечения, давление и температура, соответственно, в определенном сечении газовоздушного тракта, Ц- объем воздуха, заключенный в определенном месте газовой системы. Переход к определению алгоритмов устойчивости с входными и выходными параметрами компрессора одновального двигателя можно осуществить с помощью множителя Ц^Тз/Т^ЛУЦг. т. е.

Вз^Вц, В,+, =9т /Яш, Лт =Р,„+1/Р,„; 6га =Тт+1/Тт; (Д, = Ц;/цы ; т = 1,2,3..., 1=1,2,3... порядковый номер множителя; Р„, Тт - давление и температура; Р/, Рг, Т/, Т2 -давление и температура на входе и выходе компрессора.

Далее найдем выражение для критериев устойчивости, содержащих входные, выходные и промежуточные параметры компрессора. Оно имеет следующий вид

Я2] С„1В>, N - номер группы ступеней компрессора, £> - номер дроссе-

ля, характеризующий появление срывных явлений с тех или иных лопаток,

сГЧР^-Р,1"-")-'.

После преобразований уравнения отклонения расхода воздуха £?/ будем иметь (приведение акустических величин к прямым параметрам двигателя и учет степени сжатия компрессора тСщ увеличивает достоверность оценки состояния современных ГТД):

) , , ¿РршГ + о,)

=0,

где Р2 (1), О/а - давление и расход воздуха при равновесном режиме для первой группы ступеней компрессора; Ьа, Са - акустические масса и гибкость, К - коэффициент сопротивления дросселя. Привод последнего выражения к реальным параметрам двигателя (давлению Р и температуре 7) дает следующие выражения для определения области устойчивости -динамической

р2

[т,МР2-Р,тУ1 - [{Р2-р,ш'у'т,^{р2-рГ)л г р(/)]"'<0, 2 2 2

- статической

р2 р12 [Г,ц,(Р2-/>/'У ^ - \{РтРГ)ЛТ;-^{Р2-Р}ш)л Т2 )■' > 0,

где Р|(1|) - давление на входе во вторую группу ступеней.

Для двигателей сложных схем выражения критериев устойчивости будут выглядеть так:

- граница динамической устойчивости

уГ> -ксл' -^ф-я^ву г.

- граница статической устойчивости

П / г\\ Ш

где 114 ' =Т,Т№>... • = В2.,+В2.2+Вг_г+ ...

В таблице 3 приведены критерии устойчивости, по которым можно разработать устройства защиты от помпажа для двигателей различных схем. В ней даны также множители перехода из одного вида алгоритмов в другие.

Таким образом, в этом параграфе проведено обобщение и приведена классификация методов и электронных устройств для защиты компрессора от помпажа, полученных автором для двигателей различных схем. Резюмируя приведенные в этой главе модели и критерии устойчивости, необходимо отметить следующее.

Как и установлено во многих исследованиях, при возникновении неустойчивых режимов работы газовых систем с компрессорами(помпажа), происходит обмен энергией между попавшими в срывную зону ступенями компрессора. Последнее приводит к запиранию проточной части двигателя воздухом, двигающимся на вход ГТД в результате попадания рабочих лопаток в срывной режим. Накопление воздушной массы происходит вследствие резкого изменения параметров силовой установки (увеличения значений температуры и уменьшения величин давления в соответствующих сечениях газовоздушного тракта, например, таких параметров как 7/, Т"'2, Т2, Тз, Р/, Р2", Р2, Рз и др.).

При возникновении колебаний расхода воздуха вторая группа ступеней играет роль дросселя на установке. Поэтому ощутимо влияние внутренней емкости последних ступеней компрессора на его первые ступени. Надо отметить, что, наибольшему изменению подвергаются выходные параметры компрессора, которые создают противодавление основному направлению движения потока. Меньшие изменения значения Ргт и Т4"? приводит к смешиванию потоков в пространстве между группами ступеней компрессора, идущих с их выходов. Для предупреждения этого явления необходимо таким образом построить компрессор, чтобы максимально удалить соответствующие кривые

от границы помпажа. Этого можно добиться увеличением ,.../4 и уменьшением ,...У4 и 5],.^(геометрические параметры компрессора как объекта регулирования).

В пятой главе проведены исследования по выявлению закономерностей исчезновения помпажа. Показано, что с устранением помпажных явлений происходит повышение расхода воздуха за первой группой ступеней компрессора и незначительное повышение давления воздуха на входе в компрессор Р\.

Установлено, что погашение помпажа сопровождается с достаточно большими амплитудами и дальнейшим затуханием. Показано, что для более эффективного подавления помпажных явлений необходимо соблюдать следующие законы О,, 02, Т/Г„+1, Р^Р„+,=1п|2|, а также С*и <2:. Г,/Г„+;> Р^Р„+1 =

еЛ

Произведен выбор регулирующих органов для более эффективного подавления помпажа. Приведены разработанные методы и устройства для устранения помпажа. Показана эффективность реализации в этих устройствах таких способов, как многократное воздействие на ленту перепуска, разделение последней на две половинки, а также применение эффекта "захвата" вынужденными колебаниями свободных помпажных колебаний. Продемонстрированы высокие надежность и информативность ликвидации помпажных явлений.

Проведена классификация(табл.5) полученных автором методов ликвидации помпажа ГТД. Даны указания по их применению в тех или иных ЛА различного назначения.

В шестой главе проведена техническая реализация электронных автоматических устройств распознавания и ликвидации помпажа. Показана необходимость выбора множительных и делительных устройств, логарифмического усилителя и т. д.

Приведены результаты экспериментальных исследований макетного образца электронного устройства. Указано на целесообразность использования имитационного моделирования. Установлено, что обнаружение помпажных явлений более эффективно с помощью разработанной лабораторной установки, чем с существующими.

В опытных условиях устройство, основанном на приведенном выше комплексе, можно реализовать так, как это представлено на рис. 4.

Схема экспериментальной установки включает ИМ - имитатор, моделирующий комплекс параметров в зависимости от времени как в штатном, так и в неустойчивом режимах, УЗП - устройство защиты компрессора ГТД от помпажа, фиксирующее срывные явления, возникающие в газовом потоке; Г1, Г2 - генераторы синусоидальных колебаний.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ЛИКВИДАЦИИ ПОМПАЖА

Полная отсечка топли- Частичные воз- Попеременные Санкциониро-

ва действия на не- воздействия на ванные воздейст-

(применяется для ЛА с сколько РО СУ- РОГТД вия на лопаточ-

ограниченным количе- ЛА (транспортные ные машины и

ством двигателей) (ЛА специаль- ЛА) поддержание оп-

ного назначе- ределенных за-

ния) конов ре-

гулирования (вы-

соко-скоростн ые

ЛА-истребители)

Распознавание помпа- Диагноз пом- В устройстве В одном случае

жа путем установления пажных явлений ликвидации используется

одностороннего порога производится помпажа реали- ключ теплового

для комплексов путем установ- зуется зависи- воздействия, со-

комп.1 = ления двусто- мость типа держащий пиро-

роннего порога й патрон-

комп.2 = для отдельных /,(Р,,Т„Р2,Т2,...), воспламенитель

/2 (7*2,Рг, ¿а/ХагСялСяг), параметров, т.е. В другом случае

бвп = ^ (Л.7/„ на постоянную

комп .ъ=и(ТтР„,ЬатСап) Л;<пар.|<Дг, Л+/. 7/+;). составляющую

Л3<пар.2<А4, Здесь расхода воздуха

Критерии устойчиво- /45<пар.3<Л6, п=1,2,3,...£. Qbii накла-

сти дываются сину-

комп.^Спор.1, /1,<пар.,<Л,+/ Критерии ус- соидальные ко-

комп.2>СПОр.2, где тойчивости лебания с функ-

/=1,3,5,7,...ДО; (2в1>Рпор..1, цией Sin cot для

комп.п>СПОр.„ 7=1,2,3,.../:. О.П1>Рпор.]Ь захвата помпаж-

ных колебаний.

Л+/ = О.Вп^Р'Ичр..^ Необходима ли-

/2('5/+/,/'/>7}+1, квидация пом-

С пажа соблюде-

нием следующих

законов

Qh Qn. T„/T„+I,

P,/P„+l=lnQh Qi,

Q„, 7УГ„+/,

P,/Pn+i= Qn"2, гс-

сечение ГТД

Отметим, что ИМ представляет собой устройство, включающее в себя функциональные преобразователи, позволяющие имитировать изменения газодинамических параметров в газовоздушном тракте. С помощью ИМ имеет-

ся возможность устанавливать несколько значений сигналов параметров Р,, Р?, Т/ не только в статическом и динамическом режимах, но и при возникновении разных видов неустойчивости. Величины иР, иР, ІІТ представляют собой сигналы параметров РІУ Р2, Т/ соответственно.

СХЕМА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Рис. 4. Экспериментальная установка

Проверкой подачей синусоидального сигнала от внешнего генератора на Рг установлено, что обнаружение неустойчивости фиксируется устройством за 39 мс, а двух параметров Р1 и Р2 одновременно - за 41 мс. Показано, что даже при наличии помех у параметров Р, и Р2 быстродействие обнаружения помпажа повышается, соответственно, на 8 мс и 6 мс (рис.5).

3 3 ' ?

Рис.5

Значение критерия при повышении температуры и уменьшения давления по

времени

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В работе проведен анализ характерных особенностей физических явлений при потере газодинамической устойчивости компрессора как объекта регулирования.

Проведен анализ существующих моделей газодинамической неустойчивости компрессора. Общим недостатком этих моделей является трудность реализации математических построений в соответствующих электронных устройствах ввиду громоздкости и сложности алгоритмов.

2. Предложены имитационные математические модели газодинамической неустойчивости компрессора как объекта регулирования, среди которых выделены модели, с последующим определением алгоритмов устойчивости, содержащими комплексы внутридвигательных параметров, максимально исключающих выдачу ложного сигнала о помпаже особенно на переходных режимах работы газовых систем.

Проведены теоретические обобщения предложенных имитационных математических моделей, результатом которых является классификация.

3. Разработаны принципиально новые критерии, методы и электронные автоматические устройства, реализующие комплексы внутридвигательных параметров, характерной особенностью которых является наличие в алгоритмах устойчивости параметров давления и обратных величин температур газовоздушного тракта, а также вычисление отдельных, наиболее информативных параметров двигателя. Например, приведены электронные автоматические устройства, реализующие к.п.д. компрессора, число Рейнольдса Яе, дисперсии комплексов параметров для учета неравномерности потока и т.д.

4. Предложена решающая таблица, по которой можно проанализировать применимость тех или иных электронных устройств для ликвидации различных видов газодинамической неустойчивости(помпажного срыва, помпажа, вращающегося срыва).

5. Проведены теоретические обобщения критериев, алгоритмов, методов и электронных автоматических устройств распознавания помпажа, результатом которого является классификация.

6. Впервые предложена многоуровневая иерархическая система защиты ГТД от помпажа, состоящая из 4 уровней, реализующих комплексы внутридвигательных параметров и взаимосвязанных между собой блоками переходных алгоритмов и действующих автономно, и включаемых последовательно при отсутствии помпажа всего двигателя, компрессора и т. д.

По мере включения уровней уменьшается количество регулирующих органов для устранения помпажа и упрощаются реализуемые критерии устойчивости, содержащие комплексы внутридвигательных параметров.

Первый уровень системы позволяет фиксировать помпаж всего двигате-ля(собственно помпаж, вращающийся срыв, помпажный срыв) с помощью критериев, содержащих входные, выходные и промежуточные параметры

компрессора, а также входные и выходные параметры дросселя. Ликвидация помпажных процессов должна производиться воздействием на несколько регулирующих органов(например, на клапан отсечки топлива, входной направляющий аппарат, ленту и клапан перепуска воздуха за компрессором и его промежуточными ступенями и т. д.

При отсутствии сигнала о неустойчивости по первому уровню включается второй уровень системы, который позволяет фиксировать помпаж всего компрессора(собственно помпаж, вращающийся срыв) с помощью критериев, содержащих входные, выходные и промежуточные параметры компрессора. Ликвидация помпажных процессов должна производиться воздействием на клапан отсечки топлива, входной направляющий аппарат, ленту перепуска и др.

В случае отсутствия сигнала о неустойчивости по второму уровню включается третий уровень системы, который позволяет фиксировать пом-пажные колебания с помощью критериев, состоящих из входных и выходных параметров компрессора. Ликвидация помпажа может производиться воздействием на клапан отсечки топлива и ленту перепуска воздуха за компрессором.

При отсутствии сигнала о неустойчивости на третьем уровне включается четвертый уровень системы, который позволяет фиксировать помпажный срыв с помощью выходных параметров компрессора. Ликвидация помпажа производится воздействием на клапан отсечки топлива.

При проектировании каждого уровня системы в отдельности можно сделать выводы: первый уровень системы наиболее подходит для распознавания помпажа в газовых системах сложных схем, второй уровень системы - для двухвальных схем, третий уровень - для газовых схем с высоконапорными компрессорам, четвертый уровень системы - для газовых систем простейших схем.

Приведена также решающая таблица зависимости выбираемых систем управления, при воздействии на которые помпажные явления можно ликвидировать, от электронных автоматических устройств с реализуемыми в них алгоритмами.

7 .Проведены исследования по выявлению наиболее эффективного подавления помпажа. Установлено, что исчезновение помпажных колебаний протекает с достаточно большими значениями амплитуд. Доказано, что для более эффективного подавления негативных явлений в газовоздушном тракте необходимо изменение (З1 по функции логарифма, т. е. надо, чтобы Ql, £>2, 7У Т„+1, /УЛн./=/л&

Рекомендовано обеспечить оптимальный вывод из помпажа и £>т по закону степенной функции, т.е. необходимо соблюдение следующих законов:

б;. <22, 7УГ„+/, Р,/Р„+1=а203, а также

<2/. 02, Г/Г,)+;, Р,/Рл+1= <2та\

Предложено повысить надежность ликвидации помпажа многократным воздействием на ленту перепуска. Установлено, что большой эффект устранения помпажных явлений можно получить воздействием на расход возду-

ха(соответственно на давление Р) лентой перепуска, состоящей из двух половинок и включаемых в противофазе относительно друг друга. Показано, что применение двух половинок в сочетании с решающим электронным устройством повышает эффективность и надежность ликвидации помпажа.

8. Приведены результаты экспериментальных исследований электронного устройства защиты ГТД от помпажа. Основой лабораторной установки явился имитатор, имитирующий изменение параметров и комплекса параметров при возникновении газодинамической неустойчивости компрессора как объекта регулирования.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рецензируемых журналах из списка ВАК

1. Об одном принципе построения устройства противопомпажной защиты компрессора газотурбинного двигателя / М. М. Шакирьянов П Изв. вузов. Авиационная техника. 1983. № 3. С. 97 - 99.

2. Об одном способе построения устройства защиты ГТД от помпажа / М. М. Шакирьянов // Изв. вузов. Авиационная техника. 1985. № 2. С.64 - 66.

3. Разработка модели неустойчивой работы турбокомпрессора и построение устройства для защиты ГТД от помпажа / М. М. Шакирьянов // Изв. вузов. Авиационная техника. 1986. № 1, С. 61-66.

4. Классификация критериев газодинамической устойчивости газотурбинного двигателя по комплексу его параметров / М. М. Шакирьянов// Изв. вузов. Авиационная техника. 1986. № 4, С. 101-105.

5. Разработка устройства для защиты газотурбинного двигателя от помпажа с учетом неравномерности потока в его газовоздушном тракте / М. М. Шакирьянов//Изв.вузов. Авиационная техника. 1987. №2, С. 90-91.

6. Классификация методов ликвидации помпажа ГТД / М. М. Шакирьянов // Изв. вузов. Авиационная техника. 1989. № 3, С. 106 - 109.

7. Об одном методе ликвидации помпажа ГТД / М. М. Шакирьянов //Авиационная промышленность. 1989. №9. С. 22-23.

8. Выбор алгоритма изменения параметров двигателя в зависимости от внешних условий полета летательного аппарата /М. М. Шакирьянов // Авиационная промышленность. 1990. № 8, С. 22.

9. Разработка электронного устройства защиты ГТД от помпажа /М. М. Шакирьянов // Авиационная промышленность. 1991. № 6, С.20 - 21.

10. Классификация моделей газодинамической неустойчивости компрессоров ГТД /М. М .Шакирьянов//Авиационная промышленность. 1992. № 8. С.18 - 19.

11. Об одном принципе ликвидации помпажа компрессора ГТД / М. М. Шакирьянов // Авиационная промышленность. 1994. № 3/4. С. 19 - 21.

12. Предпомпаж авиационного двигателя. Разработка устройства для распознавания предпомпажных явлений / М. М. Шакирьянов // Изв. вузов, Авиационная техника. 1998. №4. С. 109- 112.

13. Решающая таблица для определения границы газодинамической устойчивости и устранения помпажных явлений / М. М. Шакирьянов // Изв. вузов, Авиационная техника. 2000. №1.С. 80.

14. Экспериментальное исследование электронного устройства защиты ГТД от помпажа / М. М. Шакирьянов // Изв. вузов, Авиационная техника. 2006г., № 2, С. 65 - 66.

15. Классификация имитационных моделей газодинамической устойчивости компрессора как объекта регулирования / М. М. Шакирьянов// Вестник Ижевского гос. техн. ун-та. 2010. № 3. С. 139 - 140.

Патенты и авторские свидетельства, приравненные к публикациям из перечня ВАК России с 19.02.2010

16. Патент РФ № 2041398. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления / Ю. М. Гусев, Р. 3. Шаяхметов, М.М. Шакирьянов/ Заявл.: 04.12.90; опубл.: 09.08.95. Бюлл. № 22. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение телтературы в его проточной части).

17. Патент РФ № 2041399. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления / Ю. М. Гусев, Р. 3. Шаяхметов, М. М. Шакирьянов / Заявл.: 20.02.91; опубл.: 09.08.95. Бюлл. № 22. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

18. Патент РФ № 2054132. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления / Ю. М. Гусев, Р. 3. Шаяхметов, М. М. Шакирьянов / Заявл.: 4.12.90. опубл.: 10.02.96. Бюлл. № 4. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

19. Патент РФ № 2254498. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления. / Ю. М. Смирнов, М. М. Шакирьянов, М. М. Шакирьянов и Е. Ю. Смирнова/ Заявл.: 30.12.03; Опубл.: 20.06.05. Бюлл. № 17.{Соискателем предложен алгоритм распознавания помпажа, позволяющий контролировать значение потенциальной энергии потока).

20. Патент РФ № 2254499. Устройство защиты турбокомпрессора от помпажа, / Ю. М. Смирнов М. М. Шакирьянов, М. М. Шакирьянов и Е. Ю. Смирнова/ Заявл.: 30.12.03; Опубл.: 20.06.05. Бюлл. № 17. (Соискателем предложен алгоритм распознавания помпажа, позволяющий контролировать значение кинетической энергии потока).

21. Патент РФ № 2372526. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления. / Ю. М. Гусев, Ю. М. Ахметов, С.Т.Рахманова, М. М. Шакирьянов/ Заявл.: 18.02.08; Опубл.: 10.11.09. Бюлл.

№ 32. (Соискателем предложен алгоритм распознавания помпажа, позволяющий контролировать значение полной энергии потока).

22. Патент РФ № 2373434. Устройство защиты компрессора ГТД от помпажа./ Ю. М. Гусев, Ю. М. Ахметов, С. Т. Рахманова, М. М. Шакирьянов Заявл.: 18.02.08; Опубл.: 20.11.09. Бюлл. № 32. (Соискателем предложен алгоритм распознавания помпажа, позволяющий контролировать значение потенциальной энергии потока).

23. Патент РФ № 2374498. Устройство защиты компрессора ГТД от помпажа. ЛО. М. Гусев, Ю. М. Ахметов, С. Т. Рахманова, М. М. Шакирья-нов/Заявл.: 03.03.08; Опубл.: 27.11.09. Бюлл. № 33.{Соискателем предложен алгоритм распознавания помпажа, позволяющий контролировать значение потенциальной энергии потока в проточной части компрессора).

24. A.c. СССР № 934746. Устройство противопомпажной защиты компрессора газотурбинного двигателя./ Ю. М. Гусев, В. И. Васильев, А. И. Иванов, В. А. Семеран, Ю. М. Ахметов и М. М. Шакирьянов// Открытия. Изобретения, 1982(заявл. 17.12.80), ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

25. A.c. СССР № 953866. Устройство вывода компрессора газотурбинного двигателя из помпажа / Ю.М.Гусев, В.И.Васильев, В.Н. Ефанов и М.М.Шакирьянов// Открытия. Изобретения. 1982(заявл. 20.03.1981), ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

26. A.c. СССР № 980493. Сигнализатор помпажа / Ю.М. Гусев, В.И. Васильев, Ю.М.Ахметов, В. А. Семеран и М. М. Шакирьянов/Юткрытия. Изобретения. 1982(заявл. 27.05.81); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

27. A.c. СССР № 995552. Устройство для защиты турбокомпрессора от помпажа ЛО. М. Гусев, В. А. Семеран, В. И. Васильев и М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1982(заявл. 2.07.81); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержаицш обратное значение температуры в его проточной части).

28. A.c. СССР № 1018474. Способ защиты турбокомпрессора газотурбинного двигателя от помпажа и устройство для его осуществления / Ю. М. Гусев, В. И. Васильев, Ю. М. Ахметов и М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1983(заявл. 23.10.1981); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

29. A.c. СССР № 1039301. Устройство для защиты турбокомпрессора от помпажа /Ю. М. Гусев, В. И. Васильев, Ю. М. Ахметов и М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1983(заявл. 3.02.1982); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора ком-

ппексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

30. A.c. СССР № 1052054. Устройство для защиты компрессора газотурбинного двигателя от помпажа ,/М. М. Шакирьянов/Юткрытия. Изобретения. 1983(заявл. 5.04.1982); ДСП.

31. A.c. СССР № 1083699. Способ защиты турбокомпрессора от помпажа и устройство для его осуществления. ЛО. М. Гусев, С. А. Сиротин, В. И. Васильев и М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1983(заявл. 16.07.1982); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

32. A.c. СССР № 1097009. Устройство для защиты газотурбинного двигателя от помпажа. /М .М. Шакирьянов) //Открытия. Изобретения. 1984(заявл. 29.01.83); д.с.п.

33. A.c. СССР № 1104976. Устройство для защиты компрессора газотурбинного двигателя от помпажа. /М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1984(заявл. 29.01.1983); ДСП.

34. A.c. СССР № 1108825. Устройство для защиты компрессора газотурбинного двигателя от помпажа / Ю. М. Гусев, Ю. М. Ахметов, В. И. Васильев, М. М. Шакирьянов, Р. Я. Шаяхметов и Д. J1. Ахметхафизов // Открытия. Изобретения. 1984(заявл. 7.04.1983); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

35. A.c. СССР № 1118121. Устройство для защиты от помпажа многоступенчатого компрессора / М.М.Шакирьянов // Открытия. Изобретения. 1984(заявл. 29.06.1983), ДСП.

36. A.c. СССР № 1130042. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / М. М. Шакирьянов // Открытия. Изобретения. 1984(заявл. 26.09.1983); ДСП.

37. A.c. СССР № 1130043. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / М. М. Шакирьянов // Открытия. Изобретения. 1984(заявл. 26.09.1983); ДСП.

38. A.c. СССР № 1130044. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1984(заявл. 19.08.1983); ДСП.

39. A.c. СССР № 1157910. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / В. И. Васильев, М. М. Шакирьянов, И. X. Салимьянова и Т. Г. Васильева //Открытия. Изобретения. 1985(заявл. 19.01.1984); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

40. A.c. СССР № 1159368. Устройство для защиты от помпажа многоступенчатого компрессора газотурбинного двигателя / В. И. Васильев, М. М. Шакирьянов, Л. М. Гиниятуллина и Д. А. Сайфутдинова //Открытия. Изобретения. 1985(заявл. 19.01.1984); ДСП. (Соискателем предложено кошпролиро-

вать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

41. A.c. СССР № 1172329. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / Ю. М. Гусев, В. И. Васильев, М. М. Ша-кирьянов и С. Т. Рахманова//Открытия. Изобретения. 1985(заявл. 18.04.1984); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

42. A.c. СССР № 1203987. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / Ю. М. Гусев, В. И. Васильев, Ю. М. Ахметов и М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1985(заявл. 7.05.1984); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

43. A.c. СССР № 1207246. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1985(заявл. 7.05.1984); ДСП.

44. A.c. СССР № 1231968. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / Ю. М. Гусев, В. И. Васильев, В. М. Лу-керин и М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1986(заявл. 18.09.84); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

45. А.с.СССР № 1231969 . Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / М. М. Шакирьянов // Открытия. Изобретения. 1986(заявл. 18.09.84); ДСП.

46. A.c. СССР № 1246678 . Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя. /Ю. М. Гусев, В. И. Васильев, В. М. Лу-керин и М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1986(заявл. 4.12.1984); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

AI. A.c. СССР № 1248378. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя. /М. М. Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1986(заявл. 2.10.1984); ДСП.

48. A.c. СССР № 1356625. Устройство для защиты ГТД от помпажа / Г. Г. Куликов и М. М. Шакирьянов// Открытия. Изобретения. 1987(заявл. 27.01.86); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

49. A.c. СССР № 1356626. Способ защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления / Г. Г. Куликов и М. М .Шакирьянов //Открытия. Изобретения. 1987(заявл. 27.01.1986); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние

компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

50. A.c. СССР № 1362167. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / М. М. Шакирьянов // Открытия. Изобретения. 1987(заявл. 28.01.1985); ДСП.

51. A.c. СССР № 1369417. Устройство для защиты от помпажа компрессора газотурбинного двигателя / Г. Г. Куликов и М. М. Шакирьянов. //Открытия. Изобретения. 1987(заявл.29.11.1985); ДСП. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

52. A.c. СССР № 1376664. Способ защиты от помпажа турбокомпрессора газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления / Б. А. Черкасов, Ю. М. Гусев, В. И. Васильев, Г. Г. Куликов и М. М. Шакирьянов// Открытия. Изобретения.1983(заявл.11.12.1985г.); ДСП. {Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры на его входе).

53. A.c. СССР № 1417550. Устройство для защиты газотурбинного двигателя от помпажа / М. М .Шакирьянов/Юткрытия. Изобретения. 1988(заявл. 26.07.1985г.); ДСП.

Работы, опубликованные в других изданиях:

54. Об одном принципе построения сигнализатора помпажа компрессора газотурбинных двигателей. / Ю. М. Ахметов, М. М. Шакирьянов // Меж-вуз. научн. сб. Уфа: УАИ. 1982. С.120-124. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

55. К проблеме распознавания неустойчивой работы компрессора газотурбинных двигателей./ Ю. М. Гусев, Ю. М. Ахметов, М. М. Шакирьянов // VII Четаевская международная конференция «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением». Казань: КГТУ им. А. Н. Туполева. 1997. С.45. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части и за ним).

56. Классификация устройств обработки информации по определению газодинамической устойчивости ГТД / Ю. М. Гусев, Ю. М. Ахметов, М. М. Шакирьянов// Вторая международная научно-техническая конференция «Перспективные технологии в средствах передачи информации» Владимир: Владим. Госуд. Ун-т. 1997. С. 120. (Соискателем предложено контролировать газодинамическое состояние компрессора комплексом, содержащим обратное значение температуры в его проточной части).

57. Об одном подходе к определению неустойчивого движения воздуха в газовых системах / М.М. Шакирьянов // II Уральская региональная Межвузовская научно-практическая конференция. Уфа: УАИ, 1997. 4.2, С. 4.

58. О построении устройств противопомпажной защиты ГТД / М. М. Шакирьянов // XXXI научно-техническая конференция. Уфа: УАИ. 1983. № IV. С. 58.

59. Устройство антипомпажной защиты компрессора ГТД / М. М. Шакирьянов И Научно-теоретическая конференция. Уфа: УАИ. 1983. С. 8.

60. Об одном принципе построения устройства для оценки газодинамического состояния газотурбинных двигателей / М. М .Шакирьянов // Межвуз. научн. сб., Уфа: УАИ. 1983. С. 106 - 113.

61. Электронное адаптивное устройство для диагностирования газодинамического состояния газовых систем, содержащих лопаточные машины / М. М. Шакирьянов // Зональная конференция «Автоматизация в приборостроении и машиностроении средствами пневмоавтоматики». Пенза: Пензен. политехи, инс-т. 1986. С.54 - 55.

62. Комплекс методов и электронных устройств защиты авиационных двигателей от помпажа / М. М. Шакирьянов //. В сб. научных трудов «Перспективные материалы, технологии, конструкции». Красноярск: Сибирское отделение Российской инженерной академии. 1998. Вып. № 4. С. 257.

63. Применение энергетического метода для разработки математической модели помпажных явлений в газотурбинном двигателе / М. М. Шакирьянов // Материалы Первого всероссийского семинара «Моделирование неравновесных систем-98». Красноярск: Сибирское отделение РАН. 16-18 октября 1998. С. 136.

64. Решающая таблица по определению исполнительных механизмов регулирующих органов для ликвидации помпажных явлений соответствующими методами в зависимости от распознавания видов неустойчивости /

М. М. Шакирьянов //Сборник научных трудов «Наука - основа образования». Уфа: Академия наук РБ. 1998. С. 34 - 37.

65. Классификация устройств обработки информации по определению газодинамической устойчивости газовых систем, содержащих лопаточные машины / М. М. Шакирьянов // Вторая международная научно-техническая конференция «Моделирование и исследование сложных систем » М.: Международная академия информатизации. 1998. С. 564 - 566.

66. Об одном подходе к определению неустойчивого движения воздуха в газовых системах / М. М. Шакирьянов // Н-я Уральская межвузовская научно-практическая конференция. Уфа: Академия наук РБ. 1997. 4.2, С. 4.

67. Об одном способе построения электронного устройства противопомпажной защиты компрессора. /М. М. Шакирьянов// Уфа: Ученые записки ФМФ БГПУ. 2010. вып.11, С. 162-164.

68. Классификация имитационных моделей газодинамической устойчивости компрессора как объекта регулирования. / М. М. Шакирьянов //Уфа: Ученые записки ФМФ БГПУ. 2010. вып.11, С. 188-191.

69. О методах ликвидации помпажа в ГТД / М. М. Шакирьянов// Материалы VIII международной практической конференции, Болгария, София. 2012. Том.25, технологии, С.32-35.

70. О методах ликвидации помпажа в газотурбинных двигателях / М. М. Шакирьянов // Уфа: Ученые записки ФМФ БГПУ. 2012. вып.13, С.119 -123.

Диссертант

М. М. Шакирьянов

ШАКИРЬЯНОВ Морис Масгутович

УНИВЕРСАЛЬНАЯ МНОГОУРОВНЕВАЯ ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГТД ОТ ПОМПАЖА

Специальность: 05.13.01 Системный анализ, обработка информации и управление (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Лиц. на издат. деят. Б848421 от 03.11.2000 г. Подписано в печать 22.04.2013. Формат 60X84/16. Компьютерный набор. Гарнитура Times New Roman. Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л. - 2,0. Уч.-изд. л. - 1,8. Тираж 100 экз. Заказ №1221

ИПК Б ГПУ 450000, г.Уфа, ул. Октябрьской революции, За