УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинного двигателя (ГТД), а более конкретно - к системе управления положением запорного крана, обеспечивающего подвод топлива через дозатор к форсункам камеры сгорания.

Известна система автоматического управления подачей топлива в камеру сгорания ГТД, включающая входную, выходную и дренажную магистрали, запорный кран, дозирующий кран, связанный с форсунками ГТД, узел управления положением запорного крана, выполненный в виде двухпозиционного клапана управления, связанного со штоком подпружиненного сервопоршня и соединяющего командную полость запорного крана с входной или дренажной магистралями в зависимости от давления в полости управления сервопоршня, и электромагнита включения, который кинематически связан с двухпозиционным клапанным устройством, гидравлически соединяющим полость управления сервопоршня с входной или дренажной магистралями в зависимости от команды, поступающей на электромагнит [1].

Недостатком такой системы является то, что, во-первых, электромагнит при работе ГТД постоянно находится под напряжением, а, во-вторых, при кратковременном исчезновении питания электромагнита происходит несанкционированный останов ГТД, что снижает надежность всей системы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению по технической сущности и числу совпадающих признаков является устройство для автоматического управления подачей топлива в ГТД, включающее входную, выходную и дренажную магистрали, запорный кран, дозирующий кран и узел управления положением запорного крана, выполненный в виде подпружиненного поршня со штоком и связанных с ним клапанов подключения командной полости запорного крана к входной или дренажной магистралям, полости управления, соединенной через канал с установленным в нем жиклером с входной магистралью, и двух электромагнитов включения и выключения, кинематически связанных с двухступенчатыми золотниками, гидравлически соединяющими полость управления сервопоршня с входной или дренажной магистралями [2].

В исходном положении до включения устройства в работу запорный кран закрыт. При этом полость управления сервопоршня соединена с дренажной магистралью, сервопоршень занимает положение, в котором клапан, соединяющий командную полость запорного крана с входной магистралью, открыт, а клапан, соединяющий эту полость с дренажной магистралью, закрыт.

В работу устройство включается с момента кратковременной подачи команды на электромагнит включения, который, перемещаясь со связанным с его штоком подпружиненным двухступенчатым золотником, отсоединяет дренажную магистраль от полости управления сервопоршня, давление в последней увеличивается из-за гидравлической связи через канал с установленным в нем жиклером с входной магистралью, сервопоршень, перемещаясь в другое крайнее положение, закрывает клапан, соединяющий командную полость запорного крана с входной магистралью, и открывает клапан, соединяющий эту полость с дренажной магистралью. При этом поршень запорного крана, преодолевая под действием перепада давлений сопротивление своей пружины, перемещается, открывая доступ топлива к выходной магистрали, а двухступенчатый золотник после снятия напряжения с электромагнита включения сохраняет свое положение, поскольку на его торец действует усилие от давления топлива в полости управления сервопоршня.

Для останова ГТД подается кратковременная команда на электромагнит выключения, который, перемещаясь со связанным с его штоком вторым двухступенчатым золотником, соединяет полость управления сервопоршня с дренажной магистралью, и сервопоршень под действием своей пружины перемещается в исходное положение, соединяя командную полость запорного крана с входной магистралью. При этом запорный кран под действием своей пружины закрывается, отключая подачу топлива в выходную магистраль, а первый двухступенчатый золотник под действием своей пружины возвращается в исходное положение.

Недостатком данного устройства является повышенная сложность устройства, обусловленная применением подпружиненного сервопоршня и связанных с электромагнитами двухступенчатых золотников, коммутирующих давление в полости управления сервопоршня, а также наличие утечек топлива в выключенном положении запорного крана из входной магистрали через жиклер и полость управления сервопоршня в дренажную магистраль.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а также упрощение конструкции и повышение надежности работы ГТД.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического управления подачей топлива в газотурбинный двигатель, содержащем входную, выходную и дренажную магистрали, установленный между входной и выходной магистралями запорный кран, выполненный в виде подпружиненного поршня с командной полостью, дозирующий кран, связанный с форсунками камеры сгорания, и узел управления положением запорного клапана, последний выполнен в виде электромагнитов включения и выключения, расположенных в корпусе и кинематически связанных с нормально закрытыми клапанами, гидравлически соединяющими командную полость запорного крана соответственно с дренажной и входной магистралями, двух клапанов управления, кинематически взаимодействующих с поршнем запорного крана и соединяющих командную полость через каналы с установленными в них жиклерами с дренажной магистралью во включенном положении и с входной магистралью в выключенном положении запорного крана, причем клапаны управления подпружинены относительно корпуса и кинематически связаны посредством штока, проходящего с зазором внутри выполненного в корпусе седла одного из клапанов, а седло второго клапана вместе с жиклером выполнено в центре поршня запорного крана, кроме того, по оси клапана со стороны свободного от штока седла выполнен выступ, проходящий с зазором через жиклер в поршне при включенном положении запорного крана.

Изложенные выше новые признаки в данном устройстве являются существенными, так как они достаточны для отличия заявляемого устройства от известных подобных устройств, поэтому предлагаемое устройство для автоматического управления подачей топлива в ГТД обладает существенной новизной.

Введение в устройство перечисленных признаков позволяет устранить утечку топлива в дренаж в выключенном положении запорного крана, а также упростить конструкцию за счет исключения сложного управляющего устройства в виде сервопоршня, двухступенчатых управляющих золотников и применения простых нормально закрытых электромагнитных клапанов, что в целом приводит к повышению надежности работы ГТД.

На чертеже представлено данное устройство для автоматического управления подачей топлива в ГТД.

Устройство содержит входную 1, выходную 2 и дренажную 3 магистрали, запорный кран, выполненный в виде подпружиненного поршня 4, опирающегося на седло 5, дозирующий кран 6, форсунки 7 камеры сгорания. Узел управления положением запорного крана выполнен в виде расположенных в корпусе электромагнитов включения 8 и выключения 9, кинематически связанных с нормально закрытыми клапанами 10 и 11 соответственно, двух клапанов 12 и 13 управления, расположенных в корпусе, поджатых относительно него пружиной 14 и кинематически связанных штоком 15, проходящим с зазором 16 внутри седла 17 клапана 14 и выходящим в командную полость 18, в которой расположен клапан 13 с выступом 19 в центре. Седло 20 размещено в поршне 4, содержит в своем канале жиклер 21, через который соединено с входной 1 магистралью. Седло 17 размещено в корпусе, выходит в пружинную полость 22 и через жиклер 23 соединено каналом 24 с дренажной 3 магистралью, с которой по каналу 25 при открытом клапане 10 соединена командная полость 18, в свою очередь, соединенная при открытом клапане 11 с входной 1 магистралью по каналу 26.

До включения устройства в работу поршень 4 под действием своей пружины прижат к седлу 5 и перекрывает подачу топлива к выходной магистрали 2. При этом клапан 12 под действием пружины 14 закрыт, а клапан 13 открыт. Командная полость 18 запорного крана 4 через седло 20 и жиклер 21 соединена с входной 1 магистралью.

Включение устройства в работу осуществляется кратковременной (1-2 с) подачей напряжения на электромагнит включения 8, который, открывая клапан 10, соединяет через канал 25 командную полость 18 с дренажной 3 магистралью. Давление в командной полости 18 снижается, и поршень 4 под действием усилия от перепада давлений, преодолевая сопротивление своей пружины, перемещается вверх (по чертежу) до упора в корпусе, соединяя входную 1 магистраль с выходной 2 магистралью. При этом седло 20, выполненное в поршне 4, входит в контакт с клапаном 13, отсоединяя командную полость 18 от входной 1 магистрали, а выступ 19, выполненный по оси клапана 13, проходит с зазором через жиклер 21, предохраняя последний от обмерзания и засорения. После закрытия клапана 13 при его движении вместе с поршнем 4 через шток 15 происходит открытие клапана 12, который через зазор 16, жиклер 23, канал 24 соединяет командную полость 18 с дренажной 3 магистралью, обеспечивая фиксацию поршня 4 в открытом положении при последующем снятии напряжения с электромагнита включения 8.

Выключение устройства из работы осуществляется кратковременной (1-2 с) подачей напряжения питания на электромагнит выключения 9, который, открывая клапан 11, соединяет командную полость 18 через каналы 25 и 26 с входной 1 магистралью. Давление в командной магистрали 18 увеличивается, и поршень 4 под действием своей пружины перемещается вниз, закрывая седло 5 и отключая подачу топлива в выходную 2 магистраль. При этом клапан 12 под действием пружины 14 прижимается к седлу 17, клапан 13 открывается, а командная полость 18 отсоединяется от дренажной 3 магистрали и соединяется через канал с жиклером 21 в поршне 4 с входной 1 магистралью, обеспечивая фиксацию в закрытом положении запорного крана при последующем снятии напряжения питания с электромагнита выключения 9.

Таким образом, данное устройство устраняет утечку топлива из входной магистрали в дренаж при любых положениях запорного крана и обеспечивает надежное управление подачей топлива в камеру сгорания благодаря упрощению конструкции узла управления положением запорного крана.

Рассмотренное устройство автоматического управления подачей топлива предназначено для установки на ГТД разработки Запорожского машиностроительного КБ "Прогресс".

Использованные источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 2131531, кл. F 02 С 9/26, 1999.

2. Авторское свидетельство СССР 2029122, кл. F 02 С 9/26, 1995.

Устройство предназначено для автоматического управления подачей топлива в газотурбинный двигатель. Устройство содержит узел управления положением запорного клапана, выполненный в виде электромагнитов включения и выключения, расположенных в корпусе и кинематически связанных с нормально закрытыми клапанами, гидравлически соединяющими командную полость запорного крана соответственно с дренажной и входной магистралями, двух клапанов управления, кинематически взаимодействующих с поршнем запорного крана и соединяющих командную полость через каналы с установленными в них жиклерами с дренажной магистралью во включенном положении и с входной магистралью в выключенном положении запорного крана. Технический результат - упрощена конструкция системы автоматического управления подачей топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя за счет исключения сложных управляющих устройств и повышена надежность управления подачей топлива в двигатель, устранен расход рабочего тела в дренаж в рабочих положениях запорного крана. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для автоматического управления подачей топлива в газотурбинный двигатель, содержащее входную, выходную и дренажную магистрали, установленный между входной и выходной магистралями запорный кран, выполненный в виде подпружиненного поршня с командной полостью, дозирующий кран, связанный с форсунками камеры сгорания, и узел управления положением запорного крана, отличающееся тем, что узел управления положением запорного клапана выполнен в виде электромагнитов включения и выключения, расположенных в корпусе и кинематически связанных с нормально закрытыми клапанами, гидравлически соединяющими командную полость запорного крана соответственно с дренажной и входной магистралями, двух клапанов управления, кинематически взаимодействующих с поршнем запорного крана и соединяющих командную полость через каналы с установленными в них жиклерами с дренажной магистралью во включенном положении и с входной магистралью в выключенном положении запорного крана. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что клапаны управления подпружинены относительно корпуса и кинематически связаны посредством штока, проходящего с зазором внутри выполненного в корпусе седла одного из клапанов, а седло второго клапана вместе с жиклером выполнено в центре поршня запорного крана, кроме того, по оси клапана со стороны свободного от штока седла выполнен выступ, проходящий с зазором через жиклер в поршне при включенном положении запорного крана.