КОМАНДНОЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинного двигателя (ГТД), а более конкретно - к устройству, обеспечивающему управление сервопоршнем, от положения которого зависит настройка основного регулятора подачи топлива в двигатель.

Известно командное устройство системы регулирования газотурбинного двигателя, содержащее связанный с дозирующим краном сервопоршень, управляемая полость которого подключена к одному из электромагнитных клапанов, который через жиклер связан с каналом постоянного давления и второй электромагнитный клапан, соединенный со сливной полостью [1] .

В данном устройстве оба электромагнитных клапана связаны с управляемой полостью сервопоршня дозирующего крана. В зависимости от сигналов, поступающих от командного устройства на исполнительные электромагнитные клапаны, последние занимают различные положения, например либо один закрыт, а другой открыт, либо оба закрыты. Последний случай возможен в тот момент, когда температура газов перед турбиной достигает максимальной величины. При закрытых электромагнитных клапанах управляемая полость сервопоршня дозирующего крана оказывается гидравлически запертой. В идеальных случаях дозирующий кран должен находиться на месте. Однако в реальных условиях у дозирующего крана имеется самоход, приводящий к увеличению расхода топлива, к росту температуры газов и тяги двигателя. Командное устройство начинает ограничивать температуру газов, уменьшая расход топлива в двигатель за счет изменения положения дозирующего крана. Температура газов и тяга снижаются, управляемая полость дозирующего крана гидравлически заперта, но, имея самоход, процесс вождения тяги повторяется.

Значительный самоход дозирующей иглы в данном устройстве является результатом поступления переменного количества топлива в управляемую полость сервопоршня по зазорам вследствие неодинаковой вязкости топлива при различных температурах, переменного перепада давлений на сервопоршне и утечек по электромагнитным клапанам.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по достигаемому результату и числу совпадающих признаков является командное устройство системы регулирования ГТД, содержащее сервопоршень со штоком, размещенный в корпусе с образованием поршневой и штоковой полостей, датчик перемещения сервопоршня, связанный с электронным блоком, подключенным к двум электромагнитным клапанам, узел управления, запорное устройство, выполненное в виде двухступенчатого золотника, имеющего промежуточную полость, образованную торцом большего диаметра с корпусом, и канал постоянного давления [2] .

В данном устройстве в штоке сервопоршня расположен двухдорожечный потенциометр, который служит для преобразования линейного перемещения сервопоршня в электросигналы, поступающие в электронный блок, который воздействует на золотники электромагнитных клапанов. При отклонении этих золотников от нейтрального положения происходит изменение положения золотников узла управления и запорного устройства. Во время изменения положения золотника узла управления золотник запорного устройства смещается из нейтрального положения, в результате чего в одну полость сервопоршня поступает высокое давление, а из другой рабочая жидкость сливается.

Сервопоршень под действием перепада давлений начинает смещаться, но это реагирует потенциометр, передающий сигнал на электронный блок, который действует на электромагнитные клапаны, которые возвращают свои золотники в нейтральное положение. Давление с торцов золотников узла управления и запорного устройства выравнивается и эти золотники также возвращаются в исходное положение. При прикрытии поясками золотника запорного устройства каналов, связанных со штоковой и поршневой полостями сервопоршня, на последнем давлении выравнивается и сервопоршень останавливается в другом положении.

Кроме того, устройство имеет золотник, который срабатывает в момент, когда требуется срочный остановок сервопоршня.

Недостатком устройства является то, что оно сложно по конструкции из-за большого количества деталей и узлов и поэтому менее надежно при работе.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности устройства в работе.

Указанная цель достигается тем, что в командном устройстве системы регулирования газотурбинного двигателя, содержащем сервопоршень со штоком, размещенный в корпусе с образованием поршневой и штоковой полостей, датчик перемещения сервопоршня, связанный с электромагнитным блоком, подключенным к двум электромагнитным клапанам, узел управления, запорное устройство, выполненное в виде двухступенчатого золотника, имеющего промежу- точную полость, образованную торцом большего диаметра с корпусом, и канал постоянного давления, узел управления выполнен в виде установленного во втулке подпружиненного двухпояскового золотника с проточкой, связанной с одним из электромаг- нитных клапанов и через жиклер - со штоковой полостью сервопоршня, поршневая полость которого соединена через клапан запорного устройства, образованный малым торцом двухступенчатого золотника с седлом, с вторым электромагнитным клапаном, причем промежуточная полость двухступенчатого золотника запорного устройства соединена через дросселирующую щель, образованную одним из торцов двухпояскового золотника с отверстием его втулки, с торцовой полостью этого золотника, которая противоположна пружинной полости последнего и соединена с каналом постоянного давления.

Кроме того, дополнительно введены электромагнитный клапан, размещенный между торцовой полостью двухпояскового золотника и каналом постоянного давления, дроссельный пакет, связывающий штоковую полость с первым электромагнитны клапаном. Основные электромагнитные клапаны дополнительно подключены к ручному управлению двигателя. Дополнительно введен электромагнитный клапан, размещенный между каналом постоянного давления и штоковой полостью сервопоршня.

Перечисленные новые признаки в данном устройстве являются существенными, так как они достаточны для того, чтобы отличить это устройство от всех известных устройств. Наличие этих признаков в данном устройстве обусловливает положительный эффект, а именно - повышение надежности работы устройства.

Повышение надежности осуществляется за счет выполнения узла управления в виде двухпояскового золотника, проточка которого связана непосредственно с первым электромагнитным клапаном и через жиклер - со штоковой полостью сервопоршня, а торцовая его полость - с дополнительным электромагнитным клапаном и через дросселирующую щель - с промежуточной полостью запорного устройства, когда дополнительный электромагнитный клапан открыт. Если электронный блок вышел из строя, этот электромагнитный клапан закрыт, и двухпоясковый золотник прикрывает дросселирующую щель, отключая его проточку от штоковой полости сервопоршня и подключая через эту проточку промежуточную полость запорного устройства к первому электромагнитному клапану. Одновременно первый и второй электромагнитные клапаны подключаются к ручному управлению двигателя, причем первый электромагнитный клапан связан со штоковой полостью сервопоршня через дроссельный пакет, а второй - через плоский клапан запорного устройства - с поршневой полостью сервопоршня.

Для того, чтобы выключить двигатель, подается напряжение на второй дополнительный электромагнитный клапан, который соединяет канал постоянного давления со штоковой полостью сервопоршня, и последний садится на упор.

На чертеже изображено предложенное командное устройство.

Устройство содержит сервопоршень 1 со штоком 2, размещенный в корпусе 3 с образованием поршневой полости 4 и штоковой полости 5, датчик 6 перемещения сервопоршня 1, связанный кинематически с шестерней 7 и электрически с электронным блоком (на чертеже не показан), подключенным к электромагнитным клапанам 8 и 9, узел управления, выполненный в виде установленного во втулке 10 подпружиненного двухпояскового золотника 11 с проточкой 12, связанной с первым электромагнитным клапаном 8 и через жиклер 13 - со штоковой полостью 5 сервопоршня 1, поршневая полость 4 которого через седло 14 плоского клапана запорного устройства, образованного малым торцом двухступенчатого золотника 15, соединена с вторым электромагнитным клапаном 9, причем промежуточная полость 16 запорного устройства, образованная торцом большего диаметра золотника 15 с корпусом 3, соединена через дросселирующую щель 17 с торцовой полостью 18 золотника 11, которая противоположна его пружинной полости 19.

В устройство, кроме того, введены первый дополнительный электромагнитный клапан 20, размещенный между торцовой полостью 18 и каналом 21 постоянного давления, дроссельный пакет 22, связывающий штоковую полость 5 с первым электромагнитным клапаном 8, второй дополнительный электромагнитный клапан 23, размещенный между каналом 21 и штоковой полостью 5 сервопоршня, и жиклеры 24 и 25.

Устройство работает следующим образом.

При работе электронного блока последний управляет открытием электромагнитных клапанов 8 и 9, при этом электромагнитный клапан 23 закрыт, а электромагнитный клапан 20 открыт. В этом случае золотник 11 под действием высокого давления топлива, поступающего в полость 18, смещен в сторону пружинной полости 19 и занимает положение, указанное на чертеже. Высокое давление топлива одновременно через дросселирующую щель 17 поступает в промежуточную полость 16 запорного устройства. Под действием этого давления золотник 15 смещается вправо, приподнимаясь от седла 12.

При открытом, например, электромагнитном клапане 8 и закрытом электромагнитном клапане 9 канал 21 соединяется через проточку 12 золотника 11 и жиклер 13, а также через дроссельный пакет 22 со штоковой полостью 5 сервопоршня. Другая полость 4 через седло 14 запорного устройства и жиклер 24 соединена со сливной полостью. Под действием перепада давлений сервопоршень 1 смещается вверх до тех пор, пока электромагнитный клапан 8 не закроется.

При открытом, например, электромагнитном клапане 9 и закрытом электромагнитном клапане 8 канал 21 соединяется через седло 14 запорного устройства с поршневой полостью 4 сервопоршня 1. Полость 5 этого сервопоршня соединяется через дроссельный пакет 22 и жиклер 25, а также через жиклер 13, проточку 12 золотника 19 и жиклер 25 со сливной полостью. Под действием перепада давлений сервопоршень 1 смещается вниз до тех пор, пока электромагнитный клапан 9 не закроется.

Для быстрого возврата сервопоршня на верхний упор, что соответствует останову двигателя, одновременно подаются сигналы на электромагнитный клапан 23, который открывается и канал 21 соединяется с полостью 5. Сервопоршень 1 под действием давления быстро перемещается вверх и садится на упор.

Во время перемещения сервопоршня 1 вместе со штоком 2 последний поворачивает шестерню 7, которая связана с датчиком 7 углового перемещения. От этого датчика сигнал затем передается на электронный блок, в котором фиксируются эти положения. Так, например, при смещении сервопоршня в положение, соответствующее форсажному режиму, с электронного блока подается сигнал на включение форсажного контура.

При отказе электронного блока электромагнитный клапан 20 закрывается, канал 21 отключается от полости 18, которая соединяется в этот момент со сливной полостью. Давление в полости 18 падает, золотник 11 под действием своей пружины смещается влево, отсоединяя полость 16 запорного устройства от полости 18 и соединяя эту полость с проточкой 12 золотника 11. В то же время эта проточка 12 отключается от полости 5 сервопоршня 1.

Сигнал об отказе передается летчику и он переходит на ручное управление, нажимая на одну из двух кнопок, каждая из которых связана либо с электромагнитным клапаном 8, либо с электромагнитным клапаном 9. При нажатии на кнопку, связанную с электромагнитным клапаном 8, последний открывается, канал 21 соединяется через дроссельный пакет 22 со штоковой полостью 5 сервопоршня и через проточку 12 золотника 11 - с промежуточной полостью 16 запорного устройства. Под действием давления золотник 15 этого устройства приподнимается от седла, и полость 4 сервопоршня 1 соединяется через седло 14 и жиклер 24 со сливом. Сервопоршень 1, находясь под перепадом давлений, начинает смещаться вверх до тех пор, пока нажата кнопка.

При нажатии кнопки, связанной с электромагнитным клапаном 9, последний открывается, и канал 21 соединяется с малым торцом золотника 15 запорного устройства. Золотник 15 приподнимается от седла 14 и через него топливо поступает в полость 4 сервопоршня 1. Полость 5 в это время через дроссельный пакет 22 и жиклер 25 соединяется со сливной полостью. Сервопоршень 1 под действием перепада давлений смещается вниз до тех пор, пока нажата кнопка.

Для быстрого возврата сервопоршня 1 на верхний упор подаются сигналы на электромагнитные клапаны 20 и 23. При открытии первого клапана канал 21 соединяется с полостью 18. Золотник 11 под действием давления смещается в сторону полости 19, и топливо через щель 17 поступает в полость 16. Под действием давления золотник 15 приподнимается от седла 14. Полость 4 через это седло и жиклер 24 соединяется со сливной полостью.

При открытии второго клапана канал 21 соединяется с полостью 5, и сервопоршень 1 быстро перемещается вверх и садится на верхний упор.

Таким образом, данное командное устройство обеспечивает надежную работу как при работе электронного блока, так при ручном управлении за счет более простого его выполнения по сравнению с известными устройствами. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 416004, кл. F 02 C 7/26, 1972.

2. Патент Франции N 2156169, кл. F 02 C 9/00, 1971.

Использование: автоматическое регулирование газотурбинного двигателя (ГТД). Сущность изобретения: узел управления выполнен в виде установленного во втулке 10 подпружиненного двухпояскового золотника 11 с проточкой 12, связанной с первым электромагнитным клапаном 8 и через жиклер 13 - со штоковой полостью сервопоршня, порошковая полость 4 которого через седло клапана запорного устройства, образованного малым торцем двухступенчатого золотника 15, соединена с вторым электромагнитным клапаном 9, причем промежуточная полость 16 запорного устройства, образованная торцем большего диаметра золотника 15 с корпусом 3, соединена через дросселирующую щель 17 с торцевой полостью 18 золотника 11, которая противоположна его пружинной полости 19. В устройство введены первый дополнительный электромагнитный клапан 20, размещенный между торцевой полостью 28 и каналом 21 постоянного давления, дроссельный пакет 22, связывающий штоковую полость 5 с первым электромагнитным клапаном 8, второй дополнительный электромагнитный клапан 23, размещенный между каналом 21 и полостью 5 сервопоршня, и жиклеры 24 и 25. 1 ил.

1. КОМАНДНОЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее сервопоршень со штоком, размещенный в корпусе с образованием поршневой и штоковой полостей, датчик перемещения сервопоршня, связанный с электронным блоком, подключенным к двум электромагнитным клапанам, узел управления, запорное устройство и канал постоянного давления, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, в нем узел управления выполнен в виде установленного во втулке, имеющей отверстие, подпружиненного двухпояскового золотника, образующего с корпусом торцевую полость имеющего проточку, связанную с одним из электромагнитных клапанов и через жиклер - с штоковой полостью сервопоршня, а запорное устройство имеет двухступенчатый золотник, торец большего диаметра которого образует промежуточную полость с корпусом и седло, образующее с торцом малого диаметра клапан, причем поршневая полость сервопоршня связана через клапан запорного устройства с вторым электромагнитным клапаном, а промежуточная полость двухступенчатого золотника запорного устройства соединена через дросселирующую щель, образованную одним из торцов двухпояскового золотника с отверстием его втулки, с торцевой полостью, связанной с каналом постоянного давления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при отказе электронного блока двигателя, имеющего блок ручного управления, оно дополнительно снабжено третьим электромагнитным клапаном, размещенным между торцевой полостью двухпояскового золотника и каналом постоянного давления, дроссельным пакетом, связывающим потоковую полость с первым электромагнитным клапаном, который вместе с вторым электромагнитным клапаном подключены к блоку ручного управления двигателя. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно имеет четвертый электромагнитный клапан, размещенный между каналом постоянного давления и штоковой полостью сервопоршня.