ПРОТИВОПОМПАЖНОЕ УСТРОЙСТВО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F04D27/02 

Изобретение относится к области автоматического регулирования, в частности, к системам автоматического управления подачей топлива в газотурбинный двигатель (ГТД), точнее к устройствам, подавляющим помпаж путем изменения подачи топлива в ГТД.

Известна система, предупреждающая развитие срыва потока в ГТД, содержащая датчик помпажа и сливной электроламп, который открывает перепуск из трубопровода подачи отдозированного топлива к форсункам [1]
Однако, после устранения помпажа режим работы двигателя снижается, а регулятор продолжает работать на прежнем режиме, что вызывает рассогласованность в их работе и отрицательно влияет на процесс выхода двигателя на заданный режим.

Известен топливный стравливающий клапан, управляющая полость которого связана со сливом через электромагнитный клапан, при этом стравливающий клапан гидравлически связан с дозирующей иглой и клапаном перепуска топливного регулятора, имеющего источник постоянного давления [2]
Связь клапана с дозирующей иглой в этом устройстве не управляющая, поэтому при уменьшении клапаном подачи топлива в двигатель дозирующая игла продолжает регулировать расход топлива по закону, заданному регулятором, снижая темп стравливания топлива и, соответственно быстродействие устройства. Кроме того, устройство работоспособно лишь в том случае, когда регулятор поддерживает постоянный расход топлива, заданный настройкой, независимо от режима работы двигателя.

Известно также противопомпажное устройство, содержащее установленные в корпусе клапан сброса, соединенный через клапан минимального расхода с клапаном перепуска за насосом, золотниковый клапан, связывающий управляемую полость дозирующей иглы со сливом, а ее поршневую полость с источником постоянного давления, при этом управляемые полости клапана сброса и золотникового клапана связаны с источником постоянного давления и, через электромагнитные клапаны, со сливом [3]
Это позволяет сбросить расход топлива при помпаже за счет слива топлива за насосом и перестановки дозирующей иглы на минимальный расход в течение 1
1,2 сек, что быстро и эффективно выводит компрессор ГТД из неустойчивого режима.

Недостатком известного устройства является нестабильность работы при восстановлении исходного режима после ликвидации помпажа. Это объясняется тем, что элементы устройства возвращаются в исходное состояние мгновенно, в результате чего в начальный период восстановления исходного режима происходит резкое повышение расхода (заброс) топлива в камеру сгорания. Если "на земле" такой заброс по сравнению с потребным расходом величина небольшая и двигатель справляется с дополнительно порцией топлива, не выходя из устойчивого режима, то на больших высотах, где потребный расход ниже, заброс вызывает резкую раскрутку двигателя и помпаж повторяется.

Цель изобретения повышение надежности работы устройства при восстановлении исходного режима.

Поставленная цель достигается тем, что в известном противопомпажном устройстве, содержащем установленные в корпусе подпружиненный клапан минимального расхода, пружинная полость которого связана с полостью за датчиком расхода, и подпружиненные золотники управления клапаны перепуска и дозирующей иглой топливного регулятора, имеющего источник постоянного давления, пружина клапана минимального расхода снабжена регулирующим элементом в виде сервопривода, клапан минимального расхода соединен с одним из золотников и образует с ним дополнительную проточку, которая связывает управляемую полость клапана перепуска со сливом, проточка золотника - управляемую полость дозируемой иглы со сливом, а его пружинная полость связана с полостью перед датчиком расхода, при этом первая проточка второго золотника с взывает поршневую полость дозирующей иглы с источником постоянного давления, вторая его проточка управляемую полость сервопоршня со сливом, а обе полости сервопривода соединены с источником постоянного давления, причем управляемая - через дроссельный пакет.

Положительный эффект при использовании изобретения достигается за счет того, что при восстановлении исходного режима сервопоршень пружины клапана минимального расхода и дроссельный пакет гарантируют плавное нарастание расхода от минимальной величины, обеспечиваемой клапаном перепуска (Gtmin1), до минимальной величины, которую поддерживают дозирующая игла, находясь на упоре минимального расхода (Gtmin2). Это позволяет исключить забросы расхода топлива на указанном участке характеристики работы двигателя и обеспечить устойчивую работу компрессора.

Соответствие критерию "существенные отличия" подтверждается тем, что известные по отдельности признаки объединены в новую совокупность, усиливающую свойства каждого признака.

Изобретение поясняется чертежом противопомпажного устройства.

Противомпажное устройство содержит корпус 1 и установленные в нем золотник 2 с проточками нормально закрытый клапан 3, золотник 4, соединенный с клапаном минимального расхода 5, пружина 6 которого связана с сервопоршнем 7 и дроссельный пакет 8.

Золотник 2 через одну проточку связывает управляемую полость 9 сервопоршня 7 с полостью слива, а через другую поршневую полость 10 дозирующей иглы 11 топливного регулятора с источником постоянного давления - клапаном постоянного давления (КПД, на чертеже не показан). Управляемая полость 12 золотника 2 также связана с КПД и, через электромагнитный клапан 3, с полостью слива.

Золотник 4 связывает с полостью слива через свою проточку управляемую полость 13 дозирующей иглы 11.

Клапан минимального расхода 5 и золотник 4 образует дополнительную проточку и связывают через нее управляемую полость 14 клапана перепуска 15 с полостью слива. При этом дозирующее сечение дополнительной проточки образовано у кромки клапана 5.

В пружинную полость 16 клапана минимального расхода 5 подведено давление за датчиком расхода 17 топливного регулятора, а в пружинную полость 18 золотника 4 давление перед датчиком расхода 17.

Управляемая 9 и неуправляемая 19 полости сервопоршня 7 записаны давлением КПД, причем полость 9 через дроссельный пакет 8. Топливный регулятор снабжен шестеренным насосом 20.

Противопомпажное устройство работает следующим образом.

Положение элементов на схеме соответствует режиму ликвидации помпажа.

При возникновении помпажа на электромагнитный клапан 3 подается напряжение и он соединяет управляемую полость 12 золотника 2 с полостью слива.

Под действием перепада давлений золотник 2 перемещается вправо, соединяя одной проточкой управляемую полость 9. сервопоршня 7 с полостью слива, а другой поршневую полость 10 дозирующей иглы 11 с давлением КПД.

Поскольку в неуправляемой полости 19 сервопоршня 7 поддерживается давлением КПД, а в полости 9 давление слива, то сервопоршень 7 перемещается влево до упора, освобождая соединенные золотник 4 и клапан 5, которые находились в крайнем правом положении под воздействием сжатой пружины 6.

Золотник 4 и клапан 5 под действием перепада давлений на датчике расхода 17 перемещаются влево, соединяя с полостью слива управляемую полость 13 дозируемой иглы 11.

Дозирующая игла 11 под действием перепада давлений (P_кпд-P_ел) перемещается на упор минимального расхода. Одновременно дополнительной проточкой золотник 4 и клапан 5 соединяют управляемую полость 14 клапана перепуска 15 с полостью слива и клапан 15 перепускает топливо с выхода на вход шестеренного насоса 20, поддерживая расход на уровне Gtmin1, который определяется затяжкой пружины 6 и перепадом давлений на датчике расхода 17. Резкое снижение расхода топлива в камеру сгорания в течение 0,2+0,1 сек до величины Gtmin1, осуществляемое дозирующей иглой 11 и клапанов перепуска 15, выводит компрессор двигателя из неустойчивого режима работы и устраняет помпаж.

После ликвидации помпажа электромагнит 3 обесточивается и перекрывает слив из управляемой полости 12 золотника 2. Золотник 2 под воздействием пружины перемещается влево, перекрывая слив из управляемой полости 9 сервопоршня 7. и отсекая подвод P_кпд в поршневую полость 10 дозирующей иглы 11.

Сервопоршень 7 под воздействием давления P_кпд, подводимого через дроссельный пакет 8, обеспечивающий за счет проливки замедление на время 1 5 сек, перемещается вправо, при этом затяжка пружины 6 возрастает, изменяя соотношение усилий (p_заД.Р. /P_{передД.Р.}), действующих на клапан минимального расхода 5 и соответственно на золотник 4 в полостях 16 и 18. В результате расход топлива в камеру сгорания двигателя плавно возрастает от величины, поддерживаемой клапаном перепуска 15 (Gtmin1), до величины, обеспечиваемой дозирующей иглой 11 в положении на упоре минимального расхода (Gtmin2).

По достижении расхода Gtmin 2 сервопоршень 7 находится в контакте с клапаном минимального расхода 5, соединенным с золотником 4, пружина 6 предельно сжата, а слив из управляемой полости 13 дозирующей иглы 11 и из управляемой полости 14 клапана перепуска 15 перекрывает золотником 4 и клапаном 5, находящимся в крайнем правом положении.

С этого момента противопомпажное устройство в работу топливного регулятора не вмешивается, а увеличение расхода топлива до исходного режима, заданного рычагом управления двигателем, идет в темпе приемистости по законам регулятора. При повторном возникновении помпажа устройство вновь вводится в работу и т.д.

Технико-экономические преимущества предложенного устройства по сравнению с известным заключается в повышении надежности восстановления исходного режима после устранения помпажа.

Использование: системы автоматического управления подачей топлива в газотурбинный двигатель. Сущность изобретения: помпаж ликвидируется перестановкой дозирующей иглы 11 и клапана перепуска 15 на минимальный расход (Gtmin1) золотниками 2, 4, связывающими соответствующие полости с источником постоянного давления и полостью слива. При восстановлении исходного режима после установления помпажа сервопоршень 7, управляемый золотником 2, перемещается вправо с замедлением за счет дроссельного пакета 8. Затяжка пружины 6 возрастает, изменяя соотношение от перепада давлений на датчике расхода 17. Расход топлива плавно возрастает от величины, поддерживаемой клапаном перепуска 15 (Gtmin1), до величины, обеспечиваемой дозирующей иглой 11 в положении на минимальном упоре (Gtmin2). В крайнем правом положении слив из управляемых полостей клапана 15 и иглы 11 перекрыт и увеличение расхода до исходного режима идет в темпе приемистости по законам регулятора. 1 ил.

Противопомпажное устройство газотурбинного двигателя, содержащее установленные в корпусе подпружиненный клапан минимального расхода, пружинная полость которого связана с полостью за датчиком расхода, два подпружиненных золотника, имеющих проточки, управления клапаном перепуска с управляющей полостью и дозирующего иглу с управляемой и поршневой полостями топливного регулятора, имеющего источник постоянного давления и слив, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно имеет дроссельный пакет, пружина клапана минимального расхода снабжена регулирующим элементом в виде сервопоршня, клапан минимального расхода соединен с одним из золотников с образованием дополнительной проточки, через которую управляющая полость клапана перепуска связана со сливом, управляемая полость дозирующей иглы через проточку этого золотника соединена со сливом, а подпружиненная полость последнего связана с полостью перед датчиком расхода, причем через первую проточку второго золотника поршневая полость дозирующей иглы соединена с источником постоянного давления, через вторую проточку этого золотника управляемая полость сервопоршня соединена со сливом, обе полости сервопоршня соединены с источником постоянного давления, причем управляемая через дроссельный пакет.