СИСТЕМА ТОПЛИВОПИТАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1996 года по МПК F02C9/26 

Известна система регулирования с временной программой подачи топлива на приемистости и сбросе, обеспечивающая расходуемую программу по времени с корректировкой по давлению воздуха на входе в компрессор [G_т=f/τ₁P₁/], описанная в руководстве по эксплуатации двигателя АИ-25, устанавливаемого на самолет ЯК-40, состоящая из временного устройства, содержащего сервопоршень со штоком, на котором установлена следящая втулка, связанная с рычагом управления двигателем, полость катаракты со стабилизирующим элементом, регулятора режима двигателя, связанного с дозатором через управляющий элемент, автомата запуска и корректора по давлению воздуха на входе в компрессор [1]
Недостатком этой системы является то, что программа регулирования чувствительна к сорту топлива. При изменении сорта топлива необходима корректировка программы. Эту систему нельзя использовать для регулирования многотопливных двигателей, т.е. работающих на жидком и газообразном топливах, т.к. при переходе на газообразное топливо необходима дополнительная программа расхода газа. Программы не унифицированы. Система конструктивно сложна за счет того, что автомат запуска, автомат приемистости и сброса выполнены автономными узлами.

Известна система регулирования с наиболее оптимальной временной программой регулирования подачи топлива на приемистости и сбросе, подача топлива в зависимости от времени, давлений воздуха на вход выходе компрессора /G_т=f/τ₁P₁, P₂/, описанная в руководстве по эксплуатации двигателя Д-36, устанавливаемого на самолете ЯК-42, содержащая временное устройство, состоящее из сервопоршня со штоком, на котором установлена следящая втулка, связанная с рычагом управления двигателем /α_руд/, полости катаракты со стабилизирующим элементом. автомат запуска, содержащий чувствительные элементы, замеряющие давление воздуха на входе и выходе компрессоре и обеспечивающий программу расхода топлива от давления воздуха на входе и выходе компрессора /G_т f/P₁, P₂/, выполненное отдельным устройством, регулятор режима двигателя по степени повышения давления в компрессоре, состоящий из чувствительных элементов, замеряющих давление воздуха на входе и выходе компрессора, рычажного множительного устройства, выполненного в виде рычагов и каталки, дозатора, связанного с управляющим элементом регулятора режима двигателя [2]
Недостаток этой системы в том, что программа запуска, приемистости и сброса чувствительна к сорту топлива и требует подрегулировки программы, не универсальна, т. е. эти программы запуска, приемистости и сброса нельзя использовать для многотопливных двигателей, работающих на жидком и газообразном топливах, т.е. при переходе с жидкого на газообразные топливо должна быть другая программа. Кроме того, система конструктивно сложна, т.е. автомат запуска, автомат приемистости и сброса, регулятор режима выполнены отдельными узлами.

Поставленная задача упростить систему, обеспечить инвариантность по сорту топлива и использовать одно счетно-решающее устройство для обеспечения программы запуска, приемистости и сброса и установившегося режима для двигателя, работающего как на жидком, так и на газообразном топливе.

Техническая задача решается следующим образом.

Временное устройство соединено через пружину и множительное устройство с чувствительным элементом, замеряющим давление воздуха за компрессором, редуцируемое и корректируемое по давлению воздуха на входе в компрессор, введенным в систему воздушным редуктором, каретка множительного устройства соединена с чувствительным элементом, замеряющим разность давлений воздуха за компрессором полного и статического через усилитель, на штоке которого установлена следящая втулка, соединенная с датчиком режима двигателя, например, α_руд или с датчиком частоты вращения, управляющий элемент дозатора соединен с рычагом множительного устройства. Такое подсоединение элементов позволило сократить часть элементов и обеспечить нечувствительность к сорту топлива, т. е. обеспечить астатическую по расходу топлива программу регулирования на запуске, приемистости и сбросе, при этом расход топлива изменяется до тех пор, пока не обеспечится программа на запуске: π_к=P₂/P₁=f/τ/, на приемистости и сбросе π_к=f/τ₁/, на установившихся режимах π_к=P₂/P₁=f/α_р/,
где π_к степень повышения давления воздуха в компрессоре;
P*2

полное давление воздуха за компрессором;
Р_2cт статическое давление воздуха за компрессором;
Р₁ давление воздуха на входе в компрессор;
τ время изменения параметров двигателя;
параметр, характеризующий расход воздуха через двигатель.

Эти программы не требуют коррекции от сорта топлива и его вида. С этой программой можно работать как на жидком, так и на газообразном топливе.

Упрощение системы за счет использования и тех же чувствительных элементов, замеряющих давления воздуха на входе и выходе компрессора для регулирования запуска, приемистости и сброса и установившихся режимов.

На чертеже показана предлагаемая система.

Система содержит временное устройство 1, состоящее из сервопоршня 2 с управляемой полостью 3, штоком 4, на котором установлена следящая втулка 5, связанная с рычагом управления 6 режима двигателя, замкнутой полости катаракты 7, сообщенной через дроссель 8 со сливом и полостью стабилизатора 9, подпружиненного пружиной 10, который сообщает управляющую полость 3 со сливом через управляющий золотниковый элемент 11, регулятор режима, состоящий из чувствительного элемента 12, замеряющего давление воздуха на выходе компрессора, редуцируемого в редукционной камере 13 с корректором 14 по давлению воздуха на входе в компрессор. Чувствительный элемент 12 соединен с рычагом 15 множительного устройства, каретка 16 которого соединена с усилителем 17 чувствительного элемента 18, замеряющего разность давлений воздуха полного и статического за компрессором. На шток 19 усилителя 17 установлена следящая втулка 20, соединенная с рычагом 21 управления двигателем, а второй рычаг 22 множительного устройства соединен со штоком 4 временного устройства через пружину 23 с исполнительным элементам 24 дозатора 25 со стабилизатором 26, соединенного с исполнительным элементом 24 через пружины 27, 28. Усилитель 17 соединен с чувствительным элементом 18 через пружину 29 и рычаг 30, на котором установлена заслонка 31 сопла, соединяющего управляемую полость 32 усилителя 17 со сливом. На входах в полости 3 и 32 установлены дроссели 33 и 32 соответственно.

Система работает следующим образом.

При включении двигателя рычаг 6 управления режимами двигателя устанавливается на режим "Малый газ", втулка 5 перемещается вверх, перекрывает отверстие, соединяющее управляющую полость 3 сервопоршня 2 временного механизма 1. Давление в полости 3 повышается и сервопоршень 2 перемещается вверх, перезатягивая пружину 23. Скорость перемещения сервопоршня 2 ограничивается дросселем 8 и перепадом на нем, который определяется затяжкой пружины 10 стабилизатора 9. При превышении заданной скорости перепад на дросселе 8 увеличивается и соответственно увеличивается перепад на стабилизаторе 9, который от увеличения перестановочной силы перемещается влево, перемещая управляющий золотник 11 влево, сообщая управляющую полость 3 сервопоршня 2 со сливом, давление в полости 3 падает, усилие перемещения уменьшается и уменьшается скорость временного механизма.

Таким образом изменение усилия Р_пр пружины 23 до заданного режима по рычагу управления двигателем производится по заданному времени, т. е. P_пр=f/τ/. Усилие пружины 23 уравновешивается усилием от чувствительных элементов 12, замеряющих редуцируемое редуктором 13 Р_к K•P₂ и корректируемое корректором 14 давление воздуха за компрессором Р_к K•P₂, где К К₁/P₁, т.к. входное сечение редуктора корректируется по Р₁. Таким образом, программа запуска равна K₂P₂/P₁=f/τ/, где К₂, зависящий от эффективных площадей чувствительных элементов, коэффициента K₁, жесткости пружины и передаточного отношения множительного устройства. Отношение давления Р₂/P₁ характеризует степень повышения давления воздуха в компрессоре /π_к/. Таким образом K₂π_к=f/τ/, в программе запуска отсутствует расход топлива, следовательно, программа астатична по расходу топлива. При отклонении этой программы, например, выше заданной усилие от чувствительных элементов 12 преодолевает усилие пружины 23 и через рычаги 15 и 22 воздействует на управляющий элемент 24, открывая сечение под маятником управляющего элемента 24, сообщая управляемую полость дозатора 25 со сливом и изменяя положение дозатора 25 в сторону уменьшения расхода топлива. Уменьшение расхода топлива продолжается до тех пор, пока не восстановится программа P₂/P₁=f/τ/. Изменение расхода топлива стабилизируется стабилизатором 26, гидравлически связанным с дозатором. На запуске до режима "Малый газ" следящая втулка 20 не перемещается и усилитель 17 стоит на гидроупоре. Программа запуска не корректируется по разности давлений полного и статического за компрессором /P*2

-P_2ст/. При достижении сервопоршня 2 положения, когда отверстие открывается следящей втулкой 5 и сообщает управляющую полость 3 со сливом, давление в управляющей полости падает и сервопоршень 2 останавливается. При этом затяжка пружины 23 соответствует значению "Малого газа". При превышении π_к выше заданной величины, т.е. Р_к увеличивается, усилие /Q_ч.э./ на чувствительных элементах 12 повышается, преодолевая усилие от пружины 23, перемещает рычаг 15 и соответственно рычаг 22 через каталку 16, передавая перемещение управляющему элементу 24. Управляющий элемент 24 открывает сопло под маятником, сообщая управляющую полость дозатора 25 на уменьшение расхода топлива, поддерживая "Малого газа".

Таким образом запуск производится по временной программе с ограничением параметров двигателя, т.е. π_к=P₂/P₁=f/τ/ и при достижении режима поддерживает .

Далее при увеличении режима выше "Малого газа" рычаги 6 и 21 управления режимами двигателя перемещают следящие втулки 5 и 20 вверх и вправо соответственно. При этом сервопоршень 2 перемещается вверх по времени, возможно с другой скоростью, за счет открытия дополнительного дросселя по положению сервопоршня 2 или α_руд рычага управления двигателем. Работа временного устройства аналогична работе его на запуске. Разница в том, что на приемистости вступает в работу корректор по разности давлений полного и статического воздуха за компрессором, т.е. переместив следящую втулку 20 и перекрыв отверстие, соединяющее управляющую полость 32 со сливом, сервопоршень 17 усилителя управляется чувствительным элементом 18, замеряющим /P*2

-P_2ст/ - разность давлений. Если усилие на чувствительном элементе 18 больше усилия пружины обратной связи 29, то сопло заслонки 31 закрывается, давление в управляющей полости 32 растет и сервопоршень 17 перемещается, перезатягивая пружину обратной связи 29 и восстанавливая равновесие рычага 30. Таким образом, каждому значению разности давлений P*2-P_2ст соответствует свое положение сервопоршня 17 и соответственно положение каталки 16 множительного устройства. Положение каталки 16 меняет передаточное отношение /i/ множительного устройства, т.е. между усилием пружины 23 и усилием на чувствительных элементах 12 ; Р_пр Q_ч.э.•K•i; , сделав преобразование функции . Следовательно, программа приемистости выше режима "Малый газ" корректируется по разности давлений /P*2-P_2ст/, обеспечивая программу .

Параметр определяет косвенно расход воздуха через двигатель, следовательно, программа приемистости обеспечивает нарастание расхода воздуха через двигатель по времени с коррекцией по высоте, программа приемистости также исключает замер расхода топлива, т.е. программа астатична по расходу топлива. Пo достижении заданного режима следящими втулками 6 и 20 сервопоршни 2 и 17 останавливаются гидроупорами и дальнейшая коррекция по /P*2

-P_2ст/ прекращается, а пружина 23 задает определенный режим по π_к. Обработка π_к на любом режиме аналогична режиму "Малый газ".

При сбросе режима следящие втулки 5 и 20 устанавливаются, например, на режим "Малый газ", отверстия следящих втулок 5 и 20 открываются и сообщают управляющие полости 3 и 32 сервопоршней 2 и 17 со сливом. Сервопоршень 17 корректора перемещается на уменьшение режима по времени /τ₁/, определяемого дросселем 34. Таким образом, сброс режима производится по программе π_к=f/τ₁/P*2

-P_2ст//. При установлении сервопоршней 2 и 17 на гидроупоры следящих втулок 5 и 20 режим двигателя поддерживается ограничителем . Таким образом, одними и теми же элементами осуществляется запуск по программе π_к=f/τ/ с ограничением , приемистость по программе с ограничением π_к=f/α_руд/, где характеризует расход воздуха через двигатель, ввиду малости значения /P*2-P_2ст/ до режима "Малый газ" коррекция на запуске не используется, сброс по программе π_к=f/τ/. Такая программа инвариантна к сорту топлива и позволяет переходить на работу двигателя с жидкого топлива на газообразное без изменения программы.

Использование: автоматическое регулирование газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: система содержит временное устройство 1, соединенное через пружину 23 и множительное устройство, состоящее из рычагов 15, 22 и каталки 16 с чувствительным элементом 12, замеряющим давление воздуха, редуцируемое в камере 13 и корректируемое корректором 14 по давлению воздуха на входе в компрессор, причем каретка 16 соединена с чувствительным элементом 18, замеряющим разность давлений воздуха полного и статического за компрессором через усилитель 33, на штоке 19 которого установлена следящая втулка 20, связанная с рычагом управления двигателем через рычаг 21. Кроме того, рычаг 22 множительного устройства соединен с управляющим элементом управления дозаторами 25 и соединен со стабилизатором 26 через пружину стабилизатора 27. 1 ил.

Система топливопитания и регулирования газотурбинного двигателя, содержащая временное устройство, состоящее из сервопоршня со штоком, на котором установлена следящая втулка, связанная с рычагом управления режимами двигателя, полости катаракты со стабилизирующим управляющим элементом, регулятор режима двигателя по степени повышения давления воздуха в компрессоре, состоящий из чувствительных элементов, замеряющих давление воздуха на входе и выходе компрессора, рычажного множительного устройства, выполненного в виде рычагов и каталки, дозатор топлива, связанный с управляющим элементом, который связан с множительным устройством, отличающаяся тем, что временное устройство соединено через пружину и множительное устройство с чувствительным элементом, замеряющим давление воздуха за компрессором, редуцируемое и корректируемое по давлению воздуха на входе в компрессор, каретка множительного устройства соединена с введенным чувствительным элементом, замеряющим разность полного и статического давлений воздуха за компрессором через усилитель, на штоке которого установлена дополнительно следящая втулка, соединенная с датчиком режима, например, с рычагом управления режимами двигателя.