РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к автоматическому регулированию, в частности к устройствам регулирования выходных параметров газотурбинного двигателя (ГТД).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор частоты вращения газотурбинного двигателя, содержащий топливный насос с магистралями входа и выхода, механизм управления производительностью топливного насоса, выполненный в виде сервомотора, установленного в перепускной магистрали, управляющая полость которого связана гидролиниями через первый и второй регуляторы пропорционального расхода соответственно с магистралями выхода и входа, датчик и задатчик частоты вращения двигателя.

Недостатком известного регулятора являются низкая точность и надежность.

Низкая точность поддержания частоты вращения ГТД обусловлена тем, что датчик частоты вращения, формирующий перепад давления на мембране, имеет низкую точность поддержания перепада, поскольку перепад давления при одной и той же частоте вращения зависит от плотности топлива, а известно, что плотность топлива по температуре от +60 до минус 60^оС меняется на 10% , т. е. регулируемая частота вращения будет поддерживаться с точностью до 10% , что не всегда приемлемо для ГТД. Наличие промежуточных звеньев в регуляторе увеличивает несогласованность корректировок, усложняет конструкцию и уменьшает надежность.

Цель изобретения - повышение точности и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном регуляторе содержащем топливный насос с магистралями входа и выхода, механизм управления производительностью топливного насоса, выполненный в виде сервомотора, установленного в перепускной магистрали, управляющая полость которого связана гидролиниями через первый и второй регуляторы пропорционального расхода соответственно с магистралями выхода и входа, датчик и задатчик частоты вращения двигателя дополнительно введен исполнительный элемент режима "стоп" и жиклер, первый и второй регуляторы пропорционального расхода связаны соответственно с задатчиком и датчиком частоты вращения, исполнительный элемент режима "стоп" установлен в гидролинии, соединяющей управляющую полость сервомотора с первым регулятором, при этом дополнительный элемент режима "стоп" выполнен в виде втулки с двумя окнами, первое из которых соединено с перепускной магистралью, и запорнорегулирующего элемента с осевым каналом, в котором размещен жиклер, установленного во втулке с перекрытием первого окна и образованием проходного сечения со вторым окном втулки.

На фиг. 1 изображен регулятор частоты вращения ГТД; на фиг. 2 регулятор частоты вращения ГТД (конкретный пример); на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2.

Предложенный регулятор частоты вращения ГТД содержит топливный насос 1 с магистралями входа 2 и выхода 3, механизм управления производительностью топливного насоса 1 в виде сервомотора 4, установленного в перепускной магистрали, управляющая полость 5 которого связана через первый дозирующий элемент 6 с магистралью выхода 3 и через второй дозирующий элемент 7 с магистралью входа 2, задатчик частоты вращения 8. Дозирующий элемент 7 связан с двигателем, его ротором 9, являющимся датчиком частоты вращения, а дозирующий элемент 6 связан с задатчиком частоты вращения 8. В гидролинии 10, соединяющей управляющую полость 5 сервомотора 4 с дозирующим элементом 6, размещен исполнительный механизм 11 режима "стоп". Дозирующие элементы 6 и 7 представлены в виде регуляторов пропорционального расхода, содержащих корпус 12 с каналами подвода 13 и отвода 14 топлива, размещенный в корпусе 12 подпружиненный цилиндрический золотник 15, образующая с корпусом 12 первую 16 и вторую 17 полости. Золотник 15 связан с ротором 9 посредством вала 18. Полости 16 и 17 соединяются через каналы 19 и 20 с каналами 13 подвода топлива и через каналы 20, 21,22 - с каналами 14 отвода топлива. Золотник 15 связан с валом 18 кинематически с возможностью осевого перемещения через паз золотника 15 и выступ вала 18. В корпусе 12 размещен регулируемый упор 23. Золотник 15 поджат пружиной 24 жесткость и сила которой обеспечивают перемещение золотника 15 вниз под действием давления в полости 16 (17) и возвращение его на упор 23 при соединении полостей 16 и 17 с каналами 14.

Исполнительный элемент 11 режима "стоп" выполнен в виде подпружиненного запорнорегулирующего элемента 25 с жиклером 26 постоянного сечения. Во втулке исполнительного элемента 11 режима "стоп" выполнены окна 27 и 28. Окно 27 образует с рабочей кромкой 29 элемента 25 проходное сечение, при этом рабочей кромкой 30 запорнорегулирующего элемента 25 окно 28, соединенное каналом 31 с перепускной магистралью, перекрыто.

Предложенный регулятор частоты вращения ГТД работает следующим образом.

При равенстве частот вращения регуляторов 6 и 7 пропорционального расхода, объем топлива подаваемый регулятором 6 в полость 5 сервомотора 4 равен объему топлива забираемому регулятором 7 из полости 5, т. е. в этом случае сервомотор 4 стоит на месте обеспечивая производительность топливного насоса 1 (за счет перепуска части топлива из магистрали 3 выхода в магистраль 2 входа) равную потребному расходу для поддержания частоты вращения ГТД равной частоте вращения задатчика режимов 8, равной частоте вращения регулятора 6. При одинаковых объемах топлива проходящих через полости 16 и 17 за одно перемещение золотника 15 регуляторов 6 и 7 (зависят от диаметров золотников 15 и их ходов) при одинаковых частотах вращения регуляторов 6 и 7 сервомотор 4 стоять на месте.

В случае если частота вращения регулятора 7, из-за увеличения частоты вращения двигателя, увеличивается, то увеличивается слив из управляющей полости 5 сервомотора 4, а значит сервомотор пойдет вверх увеличивая перепуск топлива на слив, в магистраль 2, а значит уменьшится подача топлива в двигатель, а это приведет к уменьшению частоты вращения двигателя до тех пор пока она не станет равной частоте вращения задатчика режимов 8.

При понижении частоты вращения двигателя регулятор 7 уменьшит слив топлива из полости 5, а значит сервомотор 4 пойдет вниз, увеличивая подачу топлива в двигатель, до тех пор, пока его частота вращения не восстановится до первоначальной, заданной задатчиком 8. При изменении частоты вращения регулятора 6, по какому-либо закону, будь то запуск или разгон, частота вращения двигателя, с некоторым запаздыванием, будет меняться также по этому закону, поскольку при возникновении разности в частотах вращения регуляторов 6 и 7 устройство будет менять подачу топлива в ГТД на исключение этой разности, по частоте вращения.

Регуляторы пропорционального расхода работает следующим образом. В исходном положении (см. фиг. 2), когда полости 16 и 17 через каналы 19 и 20 соединены с каналами 13, золотник 15 под действием давления в канале 13 переместится вниз до упора выступа вала 18, при последующем повороте золотника 15 полости 16 и 17 отсоединяются от каналов 13 и через отверстия 20,21,22 соединяются с каналами 14, в результате чего золотник 15 под действием пружины 24 перемещается вверх и вытесняет из полостей 16 и 17 поступившее до этого топливо, при дальнейшем повороте золотника 15 он опять идет вниз, запасая определенный объем топлива и так далее, повторяются циклы увеличения и уменьшения объемов полостей 16 и 17.

При работе двигателя на каком-либо режиме, при дозировании топлива регулятором 6 на элементе 25 за счет потока топлива будет перепад давления, а значит он, сжимая свою пружину, переместится вверх, перекрывая кромкой 30 окно 28 и увеличивая за счет перемещения кромки 29 площадь открытия окна 27, т. е. при работе на режиме исполнительный элемент 11 режима "стоп" не влияет на работу регулятора описанную выше. При формировании задатчиком режима "стоп", при резком понижении частоты вращения регулятора 6 поток топлива через элемент 25 резко уменьшается, он идет вниз, перекрывая окно 27, весь поток топлива в полость 5 будет идти через жиклер 26. В это же время открывается окно 28, и топливо из полости 5 идет на слив, в магистраль 2, через регулятор 7 а также через окно 28, увеличивая скорость перемещения сервомотора 4 вверх, увеличивая перепуск топлива из магистрали 3 в магистраль 2, что обеспечивает резкое уменьшение подачи топлива в ГТД, т. е. его остановку.

Исполнительный элемент 11 режима "стоп" при работе регулятора на промежуточных режимах не вмешивается в его работу, а на режиме "стоп" обеспечивает резкое уменьшение подачи топлива в двигатель, что особенно важно при аварии, например, пожаре.

Предложенный регулятор имеет более высокую точность, надежность, поскольку применен объемный (импульсный) метод дозирования топлива. Известно, что у него нет гистерезиса, нет нечувствительности, очень высокая точность, которая не зависит от вязкости жидкости, от ее веса и так далее. (56) Черкасов Б. К. Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей. М. : Машиностроение, 1965, с. 164, рис. 5.44.

Использование: автоматическое регулирование выходных параметров газотурбинного двигателя. Сущность изобретения: первый и второй регуляторы 6 и 7 расходов связаны соответственно с задатчиком 8 и датчиком 9 частоты вращения двигателя. При формировании задатчиком 8 режима команды "стоп" срабатывает исполнительный элемент режима "стоп" 11. Топливо из полости 5 идет на слив в магистраль 2 через исполнительный элемент 11. Скорость перемещения сермомотора 4 увеличивается. Резко уменьшается подача топлива в двигатель. 1 ил.

РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащий топливный насос с магистралями входа и выхода, механизм управления производительностью топливного насоса, выполненный в виде сервомотора, установленного в перепускной магистрали, управляющая полость которого связана гидролиниями через первый и второй регуляторы пропорционального расхода соответственно с магистралями выхода и входа, датчик и задатчик частоты вращения двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, он дополнительно содержит исполнительный элемент режима "стоп" и жиклер, первый и второй регуляторы пропорционального расхода связаны соответственно с задатчиком и датчиком частоты вращения, исполнительный элемент режима "стоп" установлен в гидролинии, соединяющей управляющую полость сервомотора с первым регулятором, при этом исполнительный элемент режима "стоп" выполнен в виде втулки с двумя окнами, первое из которых соединено с перепускной магистралью, и запорнорегулирующего элемента с осевым каналом, в котором размещен жиклер, установленного во втулке с перекрытием первого окна и образованием проходного сечения с вторым окном втулки.