СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F02C9/00 

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к системам регулирования газотурбинных двигателей.

Изобретение решает задачу повышения надежности и быстродействия систем регулирования газотурбинных двигателей при срабатывании защит путем применения отсечных и стопорных клапанов с электромагнитными приводами и блока управления клапанами.

В предлагаемой системе регулирования газотурбинного двигателя отсечные и стопорные клапаны выполнены с электромагнитными приводами, система регулирования содержит систему агрегатной автоматики и блок управления клапанами, у которого один силовой вход соединен с шиной силового напряжения переменного тока, другой силовой вход соединен с шиной силового напряжения постоянного тока, управляющие входы соединены с системой агрегатной автоматики, выходы с возможностью подачи с них кратковременно силового напряжения, а затем рабочего напряжения соединены с обмотками электромагнитных приводов отсечных и стопорных клапанов, выходы с возможностью подачи с них рабочего напряжения соединены с обмотками защитного электромагнита регулирующего клапана и электромагнитных запального и дежурного клапанов, выход с возможностью подачи с него либо силового, либо рабочего напряжения соединен с обмотками электромагнитных приводов импульсных клапанов выпускных воздушных клапанов.

Известна система регулирования газотурбинного двигателя, содержащая отсечные, стопорные, регулирующие и пусковой клапаны с пневматическими сервомоторами, выпускные воздушные клапаны с пневматическими импульсными клапанами, в управляющих пневмолиниях которых установлены электромагнитные вентили, противопомпажный клапан, в управляющей пневмолинии которого установлен электромагнитный вентиль (см., например, а.с. SU 1815372 "Система регулирования газотурбинного двигателя") - прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы газотурбинных двигателей (в частности, путем повышения надежности и быстродействия их систем регулирования).

Существенными признаками предлагаемого изобретения являются установленные в магистрали топливного газа отсечной, стопорный, регулирующий, запальный и дежурный клапаны с приводами, в магистрали пускового газа отсечной и стопорный клапаны с приводами, расцепное устройство между валами турбодетандера и циклового компрессора, антипомпажные клапаны и выпускные воздушные клапаны с импульсными клапанами, установленные в нагнетании циклового компрессора, при этом отсечные и стопорные клапаны, установленные в магистралях топливного и пускового газа, выполнены с электромагнитными приводами, система регулирования содержит систему агрегатной автоматики и блок управления клапанами, у которого один силовой вход соединен с шиной силового напряжения переменного тока, другой силовой вход соединен с шиной силового напряжения постоянного тока, управляющие входы соединены с системой агрегатной автоматики, выходы с возможностью подачи с них кратковременно силового напряжения, а затем рабочего напряжения соединены с обмотками электромагнитных приводов отсечных и стопорных клапанов, выходы с возможностью подачи с них рабочего напряжения соединены с обмотками защитного электромагнита регулирующего клапана и электромагнитных запального и дежурного клапанов, выход с возможностью подачи с него либо силового, либо рабочего напряжения соединен с обмотками электромагнитных приводов импульсных клапанов выпускных воздушных клапанов.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что отсечные и стопорные клапаны, установленные в магистралях топливного и пускового газа, выполнены с электромагнитными приводами, система регулирования содержит систему агрегатной автоматики и блок управления клапанами, у которого один силовой вход соединен с шиной силового напряжения переменного тока, другой силовой вход соединен с шиной силового напряжения постоянного тока, управляющие входы соединены с системой агрегатной автоматики, выходы с возможностью подачи с них кратковременно силового напряжения, а затем рабочего напряжения соединены с обмотками электромагнитных приводов отсечных и стопорных клапанов, выходы с возможностью подачи с них рабочего напряжения соединены с обмотками защитного электромагнита регулирующего клапана и электромагнитных запального и дежурного клапанов, выход с возможностью подачи с него либо силового, либо рабочего напряжения соединен с обмотками электромагнитных приводов импульсных клапанов выпускных воздушных клапанов.

На чертеже схематично представлена система регулирования газотурбинного двигателя.

В магистрали топливного газа установлены отсечной клапан 1 с электромагнитным приводом 2, датчиком положения 3 и пружиной 4, стопорный клапан 5 с электромагнитным приводом 6, датчиком положения 7 и пружиной 8, регулирующий клапан 9 с электроприводом 10, защитным электромагнитом 11 и датчиком положения 12, дежурный электромагнитный клапан 13 и запальный электромагнитный клапан 14. В магистрали пускового газа установлены отсечной клапан 15 с электромагнитным приводом 16, датчиком положения 17 и пружиной 18, стопорный клапан 19 с электромагнитным приводом 20, датчиком положения 21 и пружиной 22. Между турбодетандером 23 и валом 24 циклового компрессора 25 газотурбинного двигателя 26, включающего в себя камеру сгорания 27, установлено расцепное устройство 28. В нагнетании циклового компрессора 25 расположены выпускные воздушные клапаны 29 (один или несколько) с импульсными клапанами 30 с электромагнитными приводами 31 и датчиками положения 32. За одной из промежуточных ступеней циклового компрессора 25 размещены антипомпажные клапаны 33. Газотурбинный двигатель 26 оснащен также блоком управления клапанами 34, системой агрегатной автоматики 35 и системой защиты 36 (с автоматами безопасности, устройствами защиты от вибрации и т.д.).

Работает система регулирования газотурбинного двигателя следующим образом (см. чертеж).

Предварительно рассмотрим отдельно работу одного, например, стопорного клапана (СК) 5 во взаимодействии его с блоком управления клапанами (БУК) 34. По команде из системы агрегатной автоматики (САА) 35 БУК 34 подает на электромагнитный привод (ЭМП) 6 СК 5 силовое форсировочное напряжение для включения электромагнита ЭМП 6 и, соответственно, открытия СК 5. Это кратковременный пусковой режим работы ЭМП 6, длящийся порядка ~ 1 сек (режим форсировки). После открытия СК 5 по сигналу датчика положения (ДП) 7 (конечного выключателя) блок управления клапанами 34 снижает напряжение на обмотке ЭМП 6 до рабочего напряжения, представляющего собой напряжение предельной защиты, которое удерживает электромагнит ЭМП 6 в замкнутом (якорь электромагнита втянут в корпус электромагнита) состоянии (режим удержания), а СК 5, соответственно, в открытом (рабочем) положении. В случае срабатывания какого-либо из элементов системы защиты 36 газотурбинного двигателя (ГД) 26 БУК 34 обесточивает ЭМП 6 и СК 5 закрывается под действием пружины 8. В блоке управления клапанами 34, содержащем сетевой фильтр, диодный мост, различные реле, диоды, блоки питания и другие электрические устройства, установлен таймер, который в случае какого-либо сбоя в программе управления отключает подачу силового форсировочного напряжения на ЭМП 6 через 10...15 сек после его включения во избежание перегрева обмотки ЭМП 6. Аналогичным образом происходит взаимодействие и работа БУК 34 со стопорным клапаном 19 в пусковой магистрали газа и с отсечными клапанами 1 и 15.

Шина силового напряжения переменного тока является основным источником тока (выпрямляемого в БУК 34), а шина силового напряжения постоянного тока используется как резервная. В качестве силового напряжения могут быть использованы 127 В, 220 В, 380 В и т.п. В качестве рабочего (удерживающего электромагниты в замкнутом положении) могут быть приняты 24 В, 27 В, 36 В и т.п. В спроектированных авторами стопорных и отсечных клапанах с электромагнитными приводами на ~ Ду 50 мм и Ру 2,5 МПа при подаче на обмотку электромагнитного привода клапана напряжения постоянного тока 220 В (или выпрямленного переменного напряжения 220 В 50 Гц) клапан открывается с потреблением ~ 1800 Вт мощности, после чего при снижении напряжения на обмотке до 24 В (постоянный ток) и устойчивом удержании клапана в открытом положении потребляемая мощность составляет порядка ~ 30 Вт.

Пуск газотурбинного двигателя. Система агрегатной автоматики 35 производит проверку готовности газотурбинного двигателя (ГД) 26 к пуску и контроль состояния и положений узлов системы регулирования, в частности отсечных и стопорных клапанов. Клапаны 1, 5, 9, 13, 14, 15, 19, 29, 30 закрыты, клапаны 33 открыты, вал турбодетандера (ТД) 23 расцеплен с ротором 24, электромагниты 2, 6, 11, 16, 20 обесточены. Элементы системы защиты 36 в рабочем состоянии. Подается напряжение на шины силового напряжения блока управления 34. Электромагнитные приводы (ЭМП) 31 или обесточены, или на них подают напряжение в зависимости от исполнения импульсных клапанов (ИК) 30 (при нормальной работе ГД 26 ИК 30 должны быть закрыты). Включаются масляные насосы, приводится в рабочее положение необходимая запорная арматура по газу. Затем из САА 35 подается команда в блок управления 34 на открытие ЭМП 6 СК 5 и ЭМП 2 отсечного клапана 1, затем команда на введение расцепным устройством 28 вала турбодетандера (ТД) 23 в зацепление с ротором 24 циклового компрессора 25. Затем ЭМП 20 открывается СК 19 и с помощью ЭМП 16 OK 15 на подаче пускового газа в ТД 23, начинается раскрутка ротора 24 циклового компрессора 25. По достижении ротором 24 заданных оборотов открывают запальный клапан 14, включают зажигание в камере сгорания (КС) 27, одновременно открывают дежурный клапан (ДК) 13. После появления факела в КС 27 ЗК 14 закрывают. После прогрева ГД 26 на ДК 13 приоткрывают регулирующий клапан (РК) 9 ("подрыв" РК 9), после чего на небольшом открытии РК 9 следует очередной прогрев ГД 26, далее приоткрывая РК 9 с определенным темпом увеличивают частоту вращения ГД 26. При достижении ГД 26 определенной частоты вращения (режим самоходности) САА 35 выдает команду в БК 34 на обесточивание ЭМП 16 и 20, клапаны 15 и 19 закрываются, после чего расцепное устройство 28 выводит вал ТД 23 из зацепления с ротором 24 циклового компрессора 25. При дальнейшем увеличении частоты вращения закрываются антипомпажные клапаны (АК) 33, осуществляющие сброс воздуха в атмосферу за одной из промежуточных ступеней циклового компрессора 25 при пуске. Режим пуска заканчивается выходом ГД 26 на холостой ход. Затем ГД 26 нагружают, при этом электропривод 10 получает команды САА 35 на большее открытие РК 9 (увеличивают подачу топлива в КС 27).

Нормальная остановка газотурбинного двигателя. По команде САА 35 электропривод 10 прикрывает РК 9, снижая тем самым частоту вращения ГД 26 до момента, когда открываются АК 33, далее следует команда на прикрытие РК 9, и при достижении им уровня "подрыв" РК 9 следует команда в БУК 34 на закрытие СК 5, OK 1, РК 9 и на открытие ИК 30, вследствие чего открываются выпускные воздушные клапаны (ВВК) 29.

Аварийная остановка газотурбинного двигателя. При срабатывании какого-либо из элементов системы защиты 36 ГД 26 блок управления клапанами 34 одновременно обесточивает электромагнитные приводы 2, 6, 11 (и 16, 20 - при пуске), соответственно, клапаны 1, 5, 9 (и 15, 19 - при пуске) закрываются. Также обесточивается и закрывается ДК 13. В зависимости от принятой схемы обесточиваются или, наоборот, на них подается напряжение ЭМП 31, вследствие чего открываются ИК 30 и, соответственно, ВВК 29. Далее при снижении частоты вращения (падении давления в цикловом компрессоре 25) открываются также АК 33.

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к системам регулирования газотурбинных двигателей. В системе регулирования газотурбинного двигателя отсечные и стопорные клапаны выполнены с электромагнитными приводами, система регулирования содержит систему агрегатной автоматики и блок управления клапанами, у которого один силовой вход соединен с шиной силового напряжения переменного тока, другой силовой вход соединен с шиной силового напряжения постоянного тока, управляющие входы соединены с системой агрегатной автоматики, выходы с возможностью подачи с них кратковременно силового напряжения, а затем рабочего напряжения соединены с обмотками электромагнитных приводов отсечных и стопорных клапанов, выходы с возможностью подачи с них рабочего напряжения соединены с обмотками защитного электромагнита регулирующего клапана и электромагнитных запального и дежурного клапанов, выход с возможностью подачи с него либо силового, либо рабочего напряжения соединен с обмотками электромагнитных приводов импульсных клапанов выпускных воздушных клапанов. Изобретение позволяет повысить надежность и быстродействие систем регулирования газотурбинных двигателей при срабатывании защит путем применения отсечных и стопорных клапанов с электромагнитными приводами и блока управления клапанами. 1 ил.

Система регулирования газотурбинного двигателя, содержащая установленные в магистрали топливного газа отсечной, стопорный, регулирующий, запальный и дежурный клапаны с приводами, в магистрали пускового газа отсечной и стопорный клапаны с приводами, расцепное устройство между валами турбодетандера и циклового компрессора, антипомпажные клапаны и выпускные воздушные клапаны с импульсными клапанами, установленные в нагнетании циклового компрессора, отличающаяся тем, что отсечные и стопорные клапаны, установленные в магистралях топливного и пускового газа, выполнены с электромагнитными приводами, система регулирования содержит систему агрегатной автоматики и блок управления клапанами, у которого один силовой вход соединен с шиной силового напряжения переменного тока, другой силовой вход соединен с шиной силового напряжения постоянного тока, управляющие входы соединены с системой агрегатной автоматики, выходы с возможностью подачи с них кратковременно силового напряжения, а затем рабочего напряжения соединены с обмотками электромагнитных приводов отсечных и стопорных клапанов, выходы с возможностью подачи с них рабочего напряжения соединены с обмотками защитного электромагнита регулирующего клапана и электромагнитных запального и дежурного клапанов, выход с возможностью подачи с него либо силового, либо рабочего напряжения соединен с обмотками электромагнитных приводов импульсных клапанов выпускных воздушных клапанов.