РЕГУЛЯТОР ПЕРЕПУСКА ВОЗДУХА ИЗ КОМПРЕССОРА ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1997 года по МПК F04D27/00 

Изобретение относится к автоматическому регулированию газотурбинных двигателей, в частности к устройствам, обеспечивающим устойчивую работу малоразмерных вспомогательных силовых установок летательных аппаратов при изменении отбора воздуха потребителем.

Известно устройство для защиты ВСУ от помпажа при изменении расхода перепускаемого воздуха, содержащее мерное устройство, выполненное в виде трубы Вентури, вход и узкое сечение которой соединены с управляющими каналами сравнивающего устройства, а выходные каналы сравнивающего устройства через струйный усилитель с полостями пневмопривода, управляющего клапаном перепуска воздуха (Вспомогательный газотурбинный двигатель ВСУ-10. Руководство по технической эксплуатации 21.00.020.РЭ2, раздел 49.51.10, управление приводным компрессором. Описание и работа. 1983. Предприятие В-2285).

Основным недостатком данного устройства является ограниченная область его применения, так как оно обеспечивает устойчивую работу ВСУ, запуск которой осуществляется с открытым клапаном перепуска воздуха (КПВ) и не может быть применено на силовых установках, в которых процесс запуска двигателя осуществляется с закрытым клапаном перепуска воздуха, что необходимо, например, для исключения зависания на запуске (и сокращения времени запуска) ВСУ с переразмеренным центробежным компрессором. Кроме того, в момент запуска ВСУ это устройство не обеспечивает надежной блокировки клапана перепуска воздуха на упоре, и поэтому требуется подключение дополнительных устройств для удержания КПВ в открытом положении. Помимо указанных недостатков, это устройство потребляет большое количество энергоносителя, а также вследствие наличия в устройстве пассивного струйного элемента сравнения, склонного к засорению возможно возникновение отказов в процессе его работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для регулирования перепуска воздуха из-за компрессора вспомогательной силовой установки (ВСУ) (авт. св. N 1580914, кл. F 04 D 27/00), содержащее корпус с каналами подвода давления воздуха со входа и из узкой части мерного устройства, измеряющего расход воздуха, отбираемого от компрессора, задатчик блокировки клапана перепуска, струйный блок управления клапаном перепуска воздуха, первый струйный элемент которого управляющим каналом соединен с узким сечением профилированного сопла, другим управляющим каналом с источником низкого давления, выходной его канал соединен с одним из выходных каналов струйного усилителя, соединенного с пневмоприводом клапана перепуска воздуха, а другой выходной канал с соплом питания второго струйного элемента, управляющие каналы которого соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные с управляющими каналами струйного усилителя, один управляющий канал элемента сравнения соединен с выходом задатчика отношения давления, а другой с узким сечением мерного устройства.

Существенным недостатком этого устройства является высокое энергопотребление вследствие наличия значительного числа струйных элементов, потребляющих большое количество сжатого воздуха, что не позволяет использовать данное устройство на малоразмерных ВСУ. Кроме того, недостатком является его невысокая надежность вследствие наличия в его схеме пассивного струйного элемента -сравнивающего устройства, обладающего склонностью к изменению статических характеристик и дрейфу нуля при образовании нагара на стенках входных сопл.

Целью изобретения является снижение энергопотребления регулятором перепуска воздуха и повышение надежности управления ВСУ.

Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки, содержащем корпус с каналом подвода давления из узкой части мерного устройства, вход которого соединен с задатчиком отношения давлений, и профилированным соплом, вход которого соединен с задатчиком блокировки перепуска воздуха, а выход с источником низкого давления, струйный элемент и основной струйный усилитель, сопло питания которого подключено к выходу мерного устройства, струйный элемент имеет сопло питания, соединенное с каналом подвода давления из узкой части мерного устройства, один из выходных каналов струйного элемента соединен с управляющим каналом основного струйного усилителя, другой управляющий канал которого подключен к задатчику отношения давлений.

На фиг. 1 показана схема регулятора перепуска воздуха из компрессора малоразмерной ВСУ; на фиг.2 -циклограмма работы устройства.

Регулятор перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки содержит корпус 1, каналы 2 и 3 для подвода воздуха к устройству соответственно с давлением Р_к со входа и Р_вент из узкой части мерного устройства, например трубы Вентури, измеряющей расход воздуха, отбираемого от компрессора, задатчик 4 блокировки клапана перепуска, выполненный в виде воздушного редуктора, у которого первый дроссель 5 - регулируемый соединен с каналом 2, а второй дроссель 6 соединен с источником низкого давления (например, с давлением Р_н). Междроссельная камера задатчика 4 соединена с входом профилированного сопла 7, выполняющего функцию нелинейного дросселя, вход которого соединен с источником низкого давления.

В корпусе 1 расположен струйный блок управления клапаном 8 перепуска воздуха, включающий первый 9, второй 10 струйные элементы и струйный усилитель 11. Первый струйный элемент 9 управляющим каналом 12 и каналом 13 соединен с узким сечением профилированного сопла 7, а другим управляющим каналом 14 с источником низкого давления, сопло питания 15 каналом 3 с узким сечением трубы Вентури, один из выходных каналов соединен с источником низкого давления Р_н, а другой выходной канал с управляющим каналом 16 второго струйного элемента 10. Управляющий канал 17 второго струйного элемента 10 соединен с задатчиком 18 отношения давлений, а сопло питания 19 через согласующий дроссель 20 с каналом 2. Выходные каналы 21 и 22 струйного элемента 10 подключены к струйному усилителю 11, у которого выходные каналы 23 и 24 соединены соответственно с полостями 25 и 26 пневмопривода 27 клапана 8 перепуска воздуха (КПВ). Регулировочный винт 28 обеспечивает регулировку максимального расхода воздуха через клапан перепуска воздуха.

Задатчик 18 отношения давлений выполнен в виде воздушного двухдроссельного регулятора с регулируемым дросселем 29 на входе, соединенным с каналом 2, и дросселем 30 на выходе, соединенным с источником низкого давления.

Регулятор перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки работает следующим образом.

В процессе запуска ВСУ, воздух по входному каналу 2 от входа в трубу Вентури с давлением Р_к поступает одновременно: через согласующий дроссель 20 в сопло питания 19 второго струйного элемента 10, на вход дросселя 29 задатчика 18 отношения давлений и через дроссель 5 задатчика 4 блокировки КПВ на вход профилированногосопла 7. В то же время по каналу 3 воздух с давлением Р_вент поступает к соплу питания 15 первого струйного элемента 9.

На низких режимах работы компрессора ВСУ в узком сечении профилированного сопла 7 вследствие эжектирующих свойств воздушной струи формируется давление P₂, которое до некоторого значения отношения давлений Р_к/P_н будет меньше давления Р_н источника низкого давления (фиг.2), отношение Р₂/P_н будет меньше 1. Когда отношение давлений Р_к/P_н ниже заданного значения (Р_к/P_н)_o (принятого в данной схеме за точку сработки устройства блокировки клапана перепуска 8 в закрытом положении) давление P₂ по каналу 13 подается в управляющий канал 12 струйного элемента 9, при этом вследствие того, что давление P₂ по величине меньше давления во втором управляющем канале 14, соединенном с источником низкого давления Р_н, струя воздуха, вытекающая из сопла питания 15 струйного элемента 9, отклоняется к выходному каналу, сообщающемуся с источником низкого давления. В другом выходном канале, соединенном с управляющим каналом 16 струйного элемента 10, устанавливается давление близкое к Р_н, так как давление во втором управляющем канале 17 струйного элемента 10 при этом будет больше Р_н, то на выходе этого элемента формируется пневматический сигнал в виде перепада давлений ΔP_упр (давление в канале 22 больше давления в канале 21), направленного на блокировку КПВ в закрытом положении, который усиливается усилителем 11 и подается в полости 25 и 26, надежно блокируя КПВ 8 в закрытом положении.

Клапан перепуска 8 остается закрытым (заблокирован) при разгоне и при работе ВСУ на режимах, когда (Р_к/P_н) меньше (Р_к/P_н)_о.

Значение величины (P_к/P_н)_o точка перехода устройства с режима блокировки клапана перепуска в закрытом положении на режим регулирования приведенного расхода устанавливается регулируемым дросселем 5 задатчика 4 блокировки КПВ в закрытом положении.

При (Р_к/P_н) больше (P_к/P_н)_o давление Р₂ в канале 13 (фиг.2) становится больше Р_н и струйный элемент 9 переключается, сформировав в управляющем канале 16 струйного элемента 10 сигнал Р_з. Так как в струйном элементе 9 отношение давления в выходном канале 16 к давлению в сопле питания 15 величина постоянная (струйный элемент обладает постоянным коэффициентом восстановления давления), то сигнал Р_з на выходе этого струйного элемента будет пропорционален давлению Р_к, поступающему к соплу питания 15. При этом клапан перепуска воздуха 8 разблокируется и устройство переходит на режим поддержания постоянного отношения давлений на трубе Вентури режим регулирования постоянного приведенного расхода воздуха, отбираемого от приводного компрессора ВСУ.

Устойчивая работа компрессора ВСУ на рабочих режимах обеспечивается поддержанием

где Р_к и Т_к абсолютное давление и абсолютная температура воздуха на входе в трубу Вентури;
G_к массовый расход воздуха, отбираемый от компрессора;
G_кп приведенный расход воздуха, отбираемый от ВСУ, при котором обеспечивается безпомпажная работа компрессора.

Реализация этого закона достигается поддержанием неизменным отношения абсолютных давлений на трубе Вентури, через которую проходит воздух, отбираемый от компрессора ВСУ, т.е. поддержанием
P_вент/P_к K_B const,
где K_в величина отношения давлений, при которой приведенный к местным параметрам расход воздуха через трубу Вентури равен G_кп.

На режиме регулирования расхода воздуха с давлением P_к со входа в трубу Вентури подается на вход задатчика 18 отношения давлений, настроенного дросселем 29 на отношение P₅/P_к K_в,
где P₅ давление в междроссельной полости редуктора, соединенной со входом в управляющий канал 17 струйного элемента 10.

В элементе 10 давление Р₅ сравнивается с давлением Р_з, подводимым к управляющему каналу 16. Как указано выше, давление Р_з пропорционально давлению Р_к, отбираемому из узкого сечения трубы Вентури.

На выходе элемента 10 в каналах 21 и 22 формируется пневматический сигнал, пропорциональный перепаду давления Р_упр (P_з - Р₅), который усиливается усилителем 11 и поступает в полости пневмопривода 27 КПВ 8.

При увеличении расхода воздуха, отбираемого от ВСУ, при неизменном Р_к вследствие уменьшения давления в узкой части трубы Вентури Р_вент падает отношение Р_вент/P_к, а следовательно, и давление воздуха, подводимого по каналу 3 через струйный элемент 9 к каналу 16 Р_з, при неизменном давлении P₅, подводимом от редуктора задатчика 18 к управляющему каналу 17 струйного элемента 10. На выходе струйного элемента 10 формируется пневматический сигнал, пропорциональный отрицательному перепаду ΔP_упр, который затем усиливается струйным усилителем 11 и воздействует на пневмопривод 27, который начинает перемещать КПВ 8 в сторону уменьшения площади перепуска. КПВ 8 начинает прикрываться, снижая расход воздуха, отбираемого от ВСУ и отношение Р_вент/P_к увеличивается.

КПВ 8 будет закрываться до тех пор, пока Р_з не станет равным Р₅ и P_упр 0, а Р_вент/P_к K_в.

Аналогично протекает переходный процесс при уменьшении расхода воздуха, отбираемого от ВСУ.

Использование: в системах автоматического регулирования газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: регулятор содержит каналы 2 и 3 подвода давления воздуха с давлением Р_к со входа и Р_вент из узкой части трубы Вентури, профилированный нелинейный дроссель 7, вход которого соединен с задатчиком 4 блокировки клапана 8 перепуска воздуха, а выход - с источником низкого давления. Узкое сечение дросселя 7 соединено с управляющим каналом первого струйного элемента блока управления клапаном перепуска воздуха, другой управляющий канал соединен с источником низкого давления, сопло питания - с каналом 3, один из выходных каналов первого струйного элемента - с источником низкого давления, другой - с управляющим каналом 13 второго струйного элемента 14. А управляющий канал 15 второго струйного элемента 14 соединен с задатчиком 16 отношения давлений. Выходные каналы 21 и 22 второго струйного элемента соединены с управляющими каналами струйного усилителя 23, подключенного каналами 24 и 25 к полостям 26 и 27 пневмопривода 28 клапана перепуска воздуха 29. 2 ил.

Регулятор перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки, содержащий корпус с каналом подвода давления от мерного устройства, вход которого соединен с задатчиком отношения давлений и профилированным соплом, вход которого соединен с задатчиком блокировки перепуска воздуха, а выход с источником низкого давления, струйный элемент и основной струйный усилитель, сопло питания которого подключено к входу мерного устройства, отличающийся тем, что струйный элемент имеет сопло питания, соединенное с каналом подвода давления из узкой части мерного устройства, один из выходных каналов струйного элемента связан с управляющим каналом основного струйного усилителя, другой управляющий канал которого подключен к задатчику отношения давлений.