СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК F02C9/26 

Предлагаемое изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинного двигателя (ГТД), а более конкретно - к системе подачи топлива в двигатель на режимах его приемистости.

Известны системы автоматического регулирования ГТД, содержащие датчик частоты вращения, подключенный через канал управления и статическую приставку к сервопоршню дозирующего крана, и автомат приемистости, рычажный механизм которого кинематически связан с управляемым золотником (см. Насос-регулятор НР-59А "Руководство по технической эксплуатации 2185РE" МАКБ "Темп", 1980, с. 41-42, рис. 3).

Данная система регулирования построена по принципу дозирования топлива по внутридвигательным параметрам. Это выражается в том, что объемный кулачок, который перемещается в зависимости от температуры воздуха перед компрессором и частоты вращения двигателя, действует совместно с устройством, реагирующим на изменение давления воздуха за компрессором, через рычажный механизм на управляемый золотник, воздействующий на управляемую полость сервопоршня дозирующего крана. Обеспечивая необходимый избыток топлива (по сравнению со статическим режимом) при приемистости, управляемый золотник управляет процессом приемистости двигателя, стравливая часть топлива, поступающего в управляемую полость сервопоршня дозирующего крана через дроссельные пакеты статической приставки от клапана постоянного давления.

Недостатком этой системы является некоторый заброс топлива при переходе от процесса приемистости к статическому режиму.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению по достигаемому результату и числу совпадающих признаков является система автоматического регулирования ГТД, содержащая насос высокого давления, соединенный с дозирующим краном, центробежный датчик с маятниковым клапаном, канал управления которого гидравлически связан с полостью постоянного и через статическую приставку и дроссельные пакеты малой и большой производительности с управляемой полостью сервопоршня дозирующего крана, и автомат приемистости, подключенный к последней (см. учебное пособие "Проектирование систем автоматического управления ГТД", М., издательство МАИ, 1994, стр. 68, рис. 3.27).

В данной системе для обеспечения устойчивой (без колебаний частоты вращения) работы двигателя на установившимся режиме топливо от маятникового клапана подводится через дроссельный пакет малой производительности (100... 200 см³/мин) в управляемую полость сервопоршня дозирующего крана. При приемистости, когда малая величина производительности этого дроссельного пакета не обеспечивает необходимой скорости наполнения управляемой полости сервопоршня дозирующего крана, через проточку сместившегося при приемистости поршня статической приставки параллельно подключается дроссельный пакет существенно большей производительности.

Темп подачи топлива в камеру сгорания двигателя определяется в чистом виде программой автомата приемистости. С учетом требуемого времени приемистости двигателя эти программы построены таким образом, что до выхода двигателя на заданный режим автомат приемистости обеспечивает некоторый избыток топлива по сравнению с потребным расходом топлива на установившемся режиме. Это приводит к тому, что переход от приемистости к установившемуся режиму происходит с некоторым перерегулированием по расходу (заброс расхода), что неблагоприятно отражается на температурном состоянии лопаток турбины, а следовательно, на ресурсе двигателя.

Предлагаемое изобретение позволяет свести к минимуму указанные выше недостатки.

Достигается это за счет того, что в системе автоматического регулирования ГТД, содержащем насос высокого давления, соединенный с дозирующим краном, центробежный датчик с маятниковым клапаном, канал управления которого гидравлически связан с полостью постоянного давления и через статическую приставку и дроссельные пакеты малой и большой производительности с управляемой полостью сервопоршня дозирующего крана, и автомат приемистости, подключенный к последней, дополнительно введены дроссельный пакет и клапан приемистости, последовательно размещенные между каналом управления и статической приставкой и связанные через последнюю с управляемой полостью дозирующего крана, причем клапан приемистости непосредственно связан с полостью за дозирующим краном, клапан приемистости выполнен в виде 2-х ступенчатого золотника, ступень которого со стороны пружины выполнена размером большим, чем противоположная от пружины ступень, торец которого непосредственно связан с полостью за дозирующим краном, торцы ступени большего диаметра подключены к каналу постоянного давления, причем в теле ступени с большим диаметром выполнена проточка, связывающая канал управления через дополнительный дроссельный пакет со статической приставкой на начальном этапе приемистости и отключающая этот канал на заключительном этапе приемистости, ступень меньшего золотника выполнена отдельно от ступени большего диаметра и представляет собой шток, один торец которого связан гидравлически с полостью за дозирующим краном, а другой - непосредственно с торцем ступени большего диаметра золотника.

Перечисленные выше новые признаки в данной системе автоматического регулирования ГТД являются существенными, так как они достаточны для того, чтобы отличить данную систему от всех известных систем и при наличии этих признаков добиваемся получение положительного эффекта, а именно - снижение заброса расхода топлива при приемистости и повышение надежности работы двигателя.

На чертеже представлена данная система автоматического регулирования газотурбинного двигателя.

Система содержит насос 1 высокого давления, соединенный с дозирующим краном 2, центробежный датчик 3 с маятниковым клапаном 4, канал 5 управления которого гидравлически связан с полостью 6 постоянного давления и через статическую приставку 7 и дроссельные пакеты 8 и 9 с управляемой полостью 10 сервопоршня 11 дозирующего крана 2, автомат приемистости 12, дополнительный дроссельный пакет 13, клапан приемистости, выполненный в виде 2-х ступенчатого золотника, ступень большего диаметра которого выполнен в виде золотника 14 с проточкой 15 и ступень меньшего диаметра - в виде штока 16. Пружинная полость 18 и торцевая полость 19 золотника 14 связаны с полостью 20 постоянного давления клапана 21. Один торец штока 16 размещен в полости 19, а противоположный торец этого штока размещен в полости 22, связанный с полостью 23 за дозирующим краном 2.

Регулирование затяжки пружины 24 золотника 14 осуществляется при помощи регулировочного винта 25. Клапаны 17 и 21 постоянного давления (величина давления, поддерживаемая вторым клапаном, равна половине величины давления, поддерживаемая первым клапаном) поддерживают за собой давление рабочей жидкости неизменным в течение всей работы данной системы.

Работает данная система автоматического регулирования следующим образом.

На установившимся режиме работы двигателя поршень статической приставки 7 находится в среднем положении, и управляемая полость 10 сервопоршня 11 дозирующего крана 2 дроссельный пакет 8 связана с каналом 5 управления маятникового клапана 4. В процессе приемистости, когда давление в канале 5 управления повышается до значения, примерно равного давлению в полости 6 постоянного давления, поршень статической приставки 7 под влиянием возникшего перепада давления на дроссельном пакете 8 смещается вверх (по схеме). Топливо от клапана 17 постоянного давления через дроссельный пакет 8, а также через два других дроссельных пакетов 9 и 13 поступает в управляемую полость 10 сервопоршня 11, стремясь с большей скоростью повернуть дозирующий кран 2 на увеличение дозируемого топлива в камеру сгорания двигателя. Автомат 12 приемистости, перепуская часть поступающего в управляемую полость 10 топлива на слив, регулирует скорость поворота дозирующего крана 2, и тем самым темп подачи топлива в камеру сгорания двигателя, то есть приемистость.

По достижению определенной величины расхода топлива в камеру сгорания двигателя усилие от давления топлива в полости 23 за дозирующим краном 2, действующее на верхний торец штока 16, передается через золотник 14 на пружину 24, которая сжимается, в результате чего и шток 16, и золотник 14 смещается вниз (по схеме). При этом проточка 15 золотника 14 отсоединяется от канала 5 управления, и наполнение управляемой полости 10 сервопоршня 11 будет осуществляться через дроссельные пакеты 8 и 9. Отключение дроссельного пакета 13 приведет к уменьшению скорости наполнения управляемой полости 10 сервопоршня 11 дозирующего крана 2, и в конечном счете к уменьшению количества топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя. За счет подбора производительности дроссельного пакета 9 можно влиять на процесс приемистости на заключительной ее стадии.

Для исключения возможных перетечек топлива по золотнику 14 величину давления топлива за клапаном 21 подбирают равную давлению топлива в управляемой полости 10 сервопоршня 11, т.е. 0,5 P_кпд.

В данной системе в качестве параметра, характеризующего расход топлива, дозируемый в камеру сгорания двигателя, используется давление топлива за качающим узлом насоса 1 (или на выходе из дозирующего крана 2). Поэтому полость 23 за дозирующим краном 2 соединяется с полостью 22 штока 16. В зависимости от величины давления в полости 23, а следовательно в зависимости от расхода топлива, поступающего в камеру сгорания двигателя, изменяется положение золотника 14, который либо подключает дроссельный пакет 13 к управляемой полости 10 сервопоршня 11, либо отключает его от этой полости.

С целью уменьшения размеров пружины 24, а следовательно и всего узла клапана приемистости, применены два конструктивных мероприятия - диаметр штока 16, воспринимающего давление за дозирующим краном 2 (давление по абсолютной величине может достигнуть несколько десятков атмосфер), выполнен минимальным (до 4 мм), и в пружинной полости 18 золотника 14 подводится постоянное давление топлива по величине значительно выше сливного давления системы.

С целью повышения технологичности изготовления подпружиненного 2-х ступенчатого золотника, последний выполнен в виде двух последовательно установленных во втулке друг за другом золотника 14 и штока 16.

В заключении, нужно отметить, что клапан приемистости был изготовлен и опробован на двигателе с положительным результатом.

Таким образом, данная система автоматического регулирования позволяет осуществить оптимальную подачу топлива в камеру сгорания двигателя при приемистости практически без заброса температуры на лопатках турбины.

Система предназначена для автоматического регулирования газотурбинного двигателя (ГТД), а более конкретно - для подачи топлива в камеру сгорания двигателя на этапах приемистости, при которых не наблюдается значительного заброса температуры на лопатках турбины. Система дополнительно содержит дроссельный пакет и клапан приемистости, которые последовательно размещены между каналом управления и статической приставкой и связаны через последнюю с управляемой полостью дозирующего крана. При этом клапан приемистости непосредственно связан с полостью за дозирующим краном. Клапан приемистости выполнен в виде двух ступенчатого золотника. Ступень золотника со стороны пружины выполнена размером большим, чем противоположная от пружины ступень, торец которой непосредственно связан с полостью за дозирующим краном. В теле ступени с большим диаметром выполнена проточка, связывающая канал управления через дополнительный дроссельный пакет и статическую приставку с управляемой полостью сервопоршня дозирующего крана на начальном этапе приемистости и отключающая этот канал на заключительном этапе приемистости. Ступень с меньшим диаметром выполнена отдельно от ступени большего диаметра золотника и представляет собой шток, один торец которого гидравлически связан с полостью за дозирующим краном, а другой - непосредственно с торцем ступени большего диаметра золотника. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя, содержащая насос высокого давления, соединенный с дозирующим краном, центробежный датчик с маятниковым клапаном, канал управления которого гидравлически связан с полостью постоянного давления и через статическую приставку и дроссельные пакеты малой и большой производительности с управляемой полостью сервопоршня дозирующего крана, и автомат приемистости, подключенный к последней, отличающаяся тем, что в ней дополнительно введены дроссельный пакет и клапан приемистости, последовательно размещенные между каналом управления и статической приставкой и связанные через последнюю с управляемой полостью дозирующего крана, причем клапан приемистости непосредственно связан с полостью за дозирующим краном. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что клапан приемистости выполнен в виде двухступенчатого золотника, ступень которого со стороны пружины выполнена размером большим, чем противоположная от пружины ступень, торец которого непосредственно связан с полостью за дозирующим краном, а торцы ступени большего диаметра подключены к каналу постоянного давления, причем в теле ступени с большим диаметром выполнена проточка, связывающая канал управления через дополнительный дроссельный пакет со статической приставкой на начальном этапе приемистости и отключающая этот канал на заключительном этапе приемистости. 3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что ступень с меньшим диаметром выполнена отдельно от ступени с большим диаметром золотника и представляет собой шток, один торец которого связан гидравлически с полостью за дозирующим краном, а другой - непосредственно с торцом ступени с большим диаметром золотника.