УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ДОЗИРУЮЩЕГО УЗЛА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1998 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинной установки, а более конкретно к устройству, обеспечивающему управление положением дозирующего узла, через который подводится газообразное или жидкое топливо в камеру сгорания газотурбинной установки.

Известно устройство для управления положением дозирующего узла системы регулирования газотурбинной установки, содержащее сервопоршень со штоком, размещенный в корпусе с образованием поршневой и штоковй полости, 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 торцем большого диаметра с корпусом, и канал постоянного давления [1]
В данном устройстве в штоке сервопоршня расположен двухдорожечный потенциометр, который служит для преобразования линейного перемещения сервопоршня в электросигналы, поступающие в электронный блок, который, в свою очередь, 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, на это реагирует потенциометр, передающий сигнал на электронный блок, который действует на электромагнитные клапаны, которые возвращают свои золотники в нейтральное положение. Давления с торцев золотников узла управления и запорного устройства выравнятся и эти золотники также возвращаются в исходное положение. При прикрытии поясками запорного устройства каналов, связанных со штоковой и поршневой полостями сервопоршня, на последнем давление выравнивается и сервопоршень остановится в другом положении.

В данное устройство, кроме того, входит золотник, который срабатывает в момент, когда требуется срочный останов сервопоршня.

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

Наиболее близким техническим решением к изобретению по достигаемому результату и числу совпадающих признаков является устройство для управления положением дозирующего узла системы регулирования газотурбинной установки, содержащее выполненные в корпусе входной и выходной каналы, которые связаны между собой через дозирующий элемент дозирующего узла, опорный узел, в котором установлен шток последнего, соединенный через резьбовое соединение с электродвигателем, подключенным к электронному регулятору, который, в свою очередь, соединен с узлом обратной связи, узел фиксации от поворота дозирующего узла, который, как и резьбовое соединение и узел обратной связи, размещены в полостях, связанных с окружающей средой [2]
В данном устройстве топливо из бака, подводимое давлением воздуха за компрессором, поступает во входной канал, а оттуда через дозирующий элемент дозирующего узла в полость вращающегося вала. Под действием центробежной силы, создаваемой вращением вала, топливо через отверстия-форсунки поступает в камеру сгорания газотурбинной установки.

Регулирование подачи топлива в камеру сгорания осуществляется посредством осевого перемещения штока дозирующего узла, который через резьбовое соединение связан с электромотором. В резьбовом соединении предусмотрен паз, в который установлен штырь, связанный с корпусом устройства. Все это образует узел фиксации, препятствующий провороту штока дозирующего узла.

На электромотор подается выходной сигнал электронного регулятора. В зависимости от этого сигнала электромотор может вращаться в ту или другую сторону, а может и не вращаться. При этом шток дозирующего узла вместе с дозирующим элементом перемещается относительно окна, увеличивая или уменьшая проходное сечение, через которое топливо поступает во вращающийся вал.

В устройстве предусмотрен также узел обратной связи, который отслеживает положение штока дозирующего узла и и передает эти сведения в электронный регулятор. В тот же регулятор одновременно поступают следующие сигналы: сигнал положения d_руд рычага управления двигателем, действительные обороты этого двигателя, температура и давление на входе в компрессор, давление за компрессором и температура газа перед турбиной.

Недостатком данного устройства является то, что недостаточно надежно работает резьбовое соединение, которое под действием неразгруженных сил, действующих на шток дозирующего узла, может во время работы изгибаться, возможно возникновение перекоса этого штока из-за сравнительно малого направления опоры для штока. Выполнение паза в резьбовом соединении сильно ослабляет последнее. Для нормальной работы данного устройства требуется также более мощный электродвигатель для перемещения штока дозирующего устройства. Кроме того, в данном устройстве не предусмотрена дренажная система на случай потери герметичности уплотнительного кольца, отделяющего топливную систему от окружающей среды.

Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков, повышение надежности всей системы.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве для управления положением дозирующего узла системы регулирования газотурбинной установки, содержащем выполненные в корпусе входной и выходной каналы, которые связаны между собой через дозирующий элемент дозирующего узла, опорный узел, в котором установлен шток последнего, связанный через резьбовое соединение с электродвигателем, подключенным к электронному регулятору, который, в свою очередь, соединен с узлом обратной связи, узел фиксации от поворота дозирующего узла, который, как и резьбовое соединение, и узел обратной связи размещены в полостях, связанных с окружающей средой, дополнительно предусмотрен второй опорный узел с размещенными в нем дополнительно выполненными заодно штоком и дозирующим элементом, который идентичен основному дозирующему элементу и связан с последним при помощи промежуточного штока, размещенного во входном канале, связанном через дополнительный дозирующий элемент свыходным каналом, причем дополнительный шток через узел фиксации соединен с узлом обратной связи и выполнен диаметром, равным диаметру штока дозирующего узла, неподвижная гильза, предусмотренная в данном устройстве, имеет два осевых окна для размещения в них дозирующих элементов дозирующего узла и три наружных и один внутренний посадочные пояски, причем первые три размещены в корпусе и на них выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов, а последний -на дополнительном опорном узле, между наружными поясками гильзы выполнены два ряда радиальных отверстий, один из которых связан с выходным каналом, а другой с входным каналом, дополнительный второй опорный узел выполнен в виде втулки с фланцем для крепления его на корпусе, причем на внешнем диаметре втулки выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов, а внутри втулки опорная поверхность, два углубления и размещенная между ними перегородка, первая предназначена для установки в ней дополнительного штока дозирующего узла и в ней предусмотрены три канавки, охватывающие дополнительный шток и используемые для размещения в крайних уплотнительных элементов, а средняя связана с дренажной полостью и последняя для выполнения в ней шлицев, основной опорный узел выполнен в виде 3-ступенчатой втулки с замком, препятствующим выпаданию ее из корпуса, причем средняя ступень установлена в корпусе и в ней выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов, а внутри втулки выполнены три опорные поверхности, первая из которых предназначена для установки в ней основного штока дозирующего узла и на ней выполнены три канавки, охватывающие этот шток и используемые для размещения в крайних канавках уплотнительных элементов, а средняя связана с дренажной полостью, вторая поверхность для установки в ней подвижного стакана с хвостовиком и третья для установки последнего и подвижного стакана. Узел фиксации от проворота дозирующего узла предствляет собой втулку с фланцем и перегородкой, выполненной внутри нее, и установленный в последней хвостовик, выполненный заодно с дополнительным вторым штоком дозирующего узла и имеющий шлицы, идентичные шлицам, выполненным на перегородке втулки, установленной на дополнительном опорном узле. Резьбовое соединение представляет собой подвижный стакан и установленный в последнем хвостовик, выполненный заодно с основным штоком дозирующего узла и имеющий резьбу, идентичную резьбе, которая выполнена внутри подвижного стакана. Дозирующие элементы дозирующего узла выполнены с профиля, позволяющими получать линейную характеристику по расходу топлива, диаметры дозирующих кромок дозирующих элементом выполнены меньше внутренних диаметров окон неподвижной гильзы. В качестве электродвигателя для привода дозирующего узла использован шаговый мотор.

Описанная совокупность существенных признаков позволяет повысить надежность работы данного устройства и снизить мощность электродвигателя, обеспечивающего перемещение дозирующего узла.

На чертеже представлена конструктивная схема предложенного устройства.

Устройство содержит выполненные в корпусе 1 входной канал 2 и выходной канал 3, которые связаны между собой через дозирующий элемент 4 дозирующего узла 5, опорный узел 6, в котором установлен шток 7, соединенный через резьбовое соединение 8 с электродвигателем 9, подключенным к электронному регулятору 10, связанному с узлом 11 обратной связи, узел 12 фиксации от поворота дозирующего узла 5, который, как и узел 11 и резьбовое соединение 8, размещен в полостях, связанных с окружающей средой, дополнительный второй опорный узел 13 с размещенным в нем дополнительно выполненными заодно штоком 14 и дозирующим элементом 15, идентичным элементу 4 и связан с этим элементом при помощи промежуточного штока 16, размещенного во входном канале 2, связанном через дозирующий элемент 15 с выходным каналом 3.

Шток 14 через узел 12 связан с узлом 11 обратной связи. Неподвижная гильза 17 имеет два осевых окна 18 и 19 для размещения в них дозирующих элементов 4 и 15 и три наружных посадочных пояска 20, 21 и 22 и один внутренний посадочный поясок 23, причем первые три установлены на корпусе 1 и на них выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов, а последняя на втором опорном узле 13, между наружними элементами поясками выполнены два ряда радиальных отверстий 24 и 2, причем отверстия 24 связаны с выходным каналом 3, а отверстия 25 с входным каналом 2.

Дополнительный опорный узел 13 выполнен в виде втулки с фланцем 26 для крепления ее на корпусе 1, причем на внешнем диаметре втулки выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов, а внутри втулки опорная поверхность, два углубления 27 и 28 и размещенная между ними перегородка 29, при этом опорная поверхность предназначена для установки в ней штока 14 и в нем предусмотрены три канавки, охватывающие шток 14 и используемые для размещения в крайних канавках уплотнительных элементов, а средняя связана с дренажной полостью 30.

Основной опорный узел 6 выполнен в виде 3-ступенчатой втулки с замком 31, препятствующим выпаданию втулки из корпуса 1, на котором установлена средняя ступень втулки и в ней выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов. Внутри 3-ступенчатой втулки выполнены три опорные поверхности, первая из которых предназначена для установки в ней штока 7 и на ней выполнены три канавки, охватывающие этот и используемые для размещения в крайних канавках уплотнительных элементов, а средняя связана с дренажной полостью 30. Вторая поверхность предназначена для установки на ней подвижного стакана 32 с хвостовиком 33, а третья для установки на ней подшипника 34 с замком 35, препятствующим выпаданию из втулки последнего и подвижного стакана 32.

Узел 13 фиксации от проворота дозирующего узла 5 представляет собой втулку с фланцем 26 и перегородкой 29, выполненной внутри нее, и установленный в последний хвостовик 36, сделанный заодно со штоком 14 и имеющий шлицы, идентичные шлицам, выполненным в перегородке 29.

Резьбовое соединение 8 представляет собой подвижный стакан 32 и установленный в последнем хвостовик 37, сделанный заодно со штоком 7 и имеющий резьбу, идентичную резьбе, выполненной внутри подвижного стакана. Диаметры дозирующих кромок 38 дозирующих элементов 4 и 15 выполнены меньше внутренних диаметров окон 18 и 19 неподвижной гильзы 17. В качестве электродвигателя 9 для привода дозирующего узла 5 используется шаговый мотор.

Устройство работает следующим образом.

Топливо (жидкое или газообразное) под высоким давлением подводится к входному каналу 2. Далее оно направляется через отверстия 25 неподвижной гильзы 17 к дозирующим элементам 4 и 15. Эти дозирующие элементы образуют с осевыми окнами 18 и 19 гильзы 17 определенные проходные сечения, через которые топливо поступает в выходной канал 3 и далее в камеру сгорания газотурбинной установки.

Размер проходных сечений, через которые проходит топливо, зависит от выходного сигнала, поступающего от электронного регулятора 10 к электродвигателю 9. Получив сигнал, электродвигатель 9 начинает вращаться с определенной угловой скоростью. Вращение мотора через муфту 39 и хвостовик 33 передается подвижному стакану 32, установленному на подшипнике 34. В стакане 32 выполнена резьба, идентичная резьбе, выполненной на хвостовике 37, связанным со штоком 7 дозирующего узла 5. Крутящий момент от стакана 32 передается хвостовику 37. Благодаря тому что на другом хвостовике 36 дозирующего узла 5 выполнены шлицы, которые взаимодействуют с шлицами, выполненными в перегородке 29, узел 5 движется поступательно.

За движением дозирующего узла 5 следит узел 11 обратной связи, который все время находится в контакте с этим узлом. Сведения о положении этого узла узлом 11 обратной связи передаются электронному регулятору 10.

В данном устройстве в качестве электродвигателя 9 используется шаговый мотор, в котором весь ход дозирующего узла 5 разбит на 800 шагов, что позволяет добиться большой точности дозирования топлива в камеру сгорания газотурбинной установки. Благодаря тому что дозирующий узел 5 статически разгружен (давление со стороны штоков 7 и 14, а также со стороны дозирующих элементов 4 и 15 приблизительно равны), к последнему требуется приложить минимальное усилие для его перемещения и, следовательно, можно применить в данном устройстве шаговый мотор малой мощности.

В данном устройстве предусмотрена система канавок, в которых установлены уплотнительные элементы, препятствующие проникновению топлива наружу. Кроме того, в опорных узлах 6 и 13 между уплотнительными канавками выполнены дренажные канавки, связанные с дренажной полостью 30 устройства, что позволяет максимально исключить проникновение топлива наружу
Благодаря тому что узел 12 фиксации и резьбовое соединение 8 выполнены на различных опорных узлах, улучшается работа самого резьбового соединения, которое ничем не ослаблено, не испытывает изгиба из-за того, что выполнен второй опорный узел, а подвижный стакан 32 опирается на опорный узел 6 и подшипник 34.

В данном устройстве дозирующие элементы 4 и 14 дозирующего узла 5 не касаются окон 18 и 19 гильзы 17, что исключает деформацию последних и повышает надежность работы всего устройства. При этом входной и выходной каналы даже на неработающем двигателе соединены между собой, так как между дозирующими кромками 38 и окнами 18 и 19 существует определенный зазор. А чтобы топливо не просачивалось в камеру сгорания двигателя, перед форсунками предусмотрен запорный клапан.

Дозирующие элементы 4 и 15 выполнены с такими профилями, при которых во время всей работы двигателя они работают на линейных участках дроссельной характеристики, в результате чего получаем линейную характеристику по расходу.

Таким образом, благодаря перечисленным выше особенностям данного устройства последнее получается более надежным в работе, позволяет добиться большей точности дозирования в камеру сгорания и использовать при работе менее мощный шаговый мотор.

Устройство предназначено для обеспечения управления положением дозирующего узла, через которое подводится жидкое или газообразное топливо в камеру сгорания газотурбинной установки. Устройство включает в себя второй опорный узел (13) с размещенными в нем дополнительно выполненными заодно штоком (14) и дозирующим элементом (15), индентичным основному дозирующему элементу (14). Дозирующий элемент (15) связан с последним при помощи штока (16), установленного во входном канале 2, связанном через дозирующий элемент (15) с выходным каналом (3). Шток (14) через узел (12) фиксации соединен с узлом (11) обратной связи. Неподвижная гильза (17) имеет два осевых окна (18) и (19) для размещения в них элементов (4) и (15), три наружных посадочных пояска (20), (21) и (22) и один внутренний посадочный поясок (23). Между наружными поясками выполнены два радиальных отверстий (24) и (25), связанных соответственно с выходным каналом (3) и входным каналом (2). Такое выполнение устройства позволяет добиться большей точности дозирования топлива в камеру сгорания и использовать при работе менее мощный шаговый мотор. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для управления положением дозирующего узла системы регулирования газотурбинной установки, содержащее выполненные в корпусе входной и выходной каналы, которые связаны между собой через дозирующий элемент дозирующего узла, опорный узел, в котором установлен шток последнего, соединенный через резьбовое соединение с электродвигателем, подключенным к электронному регулятору, который в свою очередь соединен с узлом обратной связи, узел фиксации от проворота дозирующего узла, который как и резьбовое соединение, и узел обратной связи размещены в полостях, связанных с окружающей средой, отличающееся тем, что в нем предусмотрен дополнительный второй опорный узел с размещенными в нем дополнительно выполненными заодно штоком и дозирующим элементом, который идентичен основному дозирующему элементу и связан с последним при помощи промежуточного штока, установленного во входном канале, связанном через дополнительный дозирующий элемент с выходным каналом, причем дополнительный шток через узел фиксации соединен с узлом обратной связи и выполнен диаметром, равным диаметру штока дозирующего узла. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем предусмотрена неподвижная гильза, имеющая два осевых окна для размещения в них дозирующих элементов дозирующего узла и три наружных и один внутренний посадочные пояски, причем первые три установлены в корпусе и на них выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов, а последний на втором опорном узле, между наружными поясками выполнены два ряда радиальных отверстий, один из которых связан с выходным каналом, а другой с входным каналом. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительный опорный узел выполнен в виде втулки с фланцем для крепления его на корпусе, причем на внешнем диаметре втулки выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов, а внутри втулки опорная поверхность, два углубления и размещенная между ними перегородка, первая предназначена для установки в ней дополнительного штока дозирующего узла и в ней предусмотрены три канавки, охватывающие дополнительный шток и используемые для размещения в крайних канавках уплотнительных элементов, а средняя связана с дренажной полостью и последняя для выполнения в ней шлицев. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основной опорный узел выполнен в виде трехступенчатой втулки с замком, препятствующим выпаданию ее из корпуса, причем средняя ступень установлена в корпусе и в ней выполнены канавки для размещения в них уплотнительных элементов, а внутри втулки выполнены три опорные поверхности, первая из которых предназначена для установки в ней основного штока дозирующего узла и на ней выполнены три канавки, охватывающие этот шток и используемые для размещения в крайних канавках уплотнительных элементов, а средняя связана с дренажной полостью, вторая поверхность для установки в ней подвижного стакана с хвостовиком и третья для установки в ней подшипника с замком, препятствующим выпаданию из втулки последнего и подвижного стакана. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел фиксации от проворота дозирующего узла представляет собой втулку с фланцем и перегородкой, выполненной внутри нее, и установленный в последней хвостовик, выполненный заодно с дополнительным штоком дозирующего узла и имеющий шлицы, идентичные шлицам, выполненным на перегородке втулки, установленной на дополнительном опорном узле. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что резьбовое соединение представляет собой подвижный стакан и установленный в последнем хвостовик, выполненный за одно с основным штоком дозирующего узла и имеющий резьбу, идентичную резьбе, которая выполнена внутри подвижного стакана. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дозирующие элементы дозирующего узла выполнены с профилями, позволяющими получить линейную характеристику по расходу топлива. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметры дозирующих кромок дозирующих элементов выполнены меньше внутренних диаметров окон и неподвижной гильзы. 9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве электродвигателя для привода дозирующего узла использован шаговый мотор.