СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 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, содержащая входную, выходную и дренажную магистрали, запорный кран, выполненный в виде подпружиненного поршня с командной полостью, два клапана управления, связанные со штоком подпружиненного сервопоршня и соединяющие командную полость запорного крана с входной или дренажной магистралями в зависимости от давления в полости управления сервопоршня, и электромагнит включения, связанный с двухпозиционным клапанным устройством, соединяющим полость управления сервопоршня с входной или дренажной магистралями в зависимости от команды, подаваемой на электромагнит [1].

Недостатком такой системы является то, что при работе ГТД электромагнит включения находится под напряжением, а при кратковременном исчезновении питания происходит остановка ГТД, что снижает надежность всей системы.

Наиболее близким по технической сущности и числу совпадающих признаков к предлагаемому изобретению является система автоматического управления подачей топлива в газотурбинный двигатель, содержащая входную, выходную и дренажную магистрали, запорный кран, выполненный в виде подпружиненного поршня с командной полостью, узел управления в виде подпружиненного сервопоршня со штоком и связанными с ним клапанами сообщения командной полости запорного крана с входной и дренажной магистралями, полостью управления, соединенной через жиклер с входной магистралью, и двумя электромагнитами включения и выключения подачи топлива, связанными с двухступенчатыми золотниками с выполненными в них каналами и канавками, соединяющими полость управления сервопоршня с входной или дренажной магистралями [2].

В исходном положении полость управления сервопоршня соединена с дренажной магистралью, клапан сообщения командной полости запорного крана с входной магистралью открыт, клапан сообщения с дренажной магистралью закрыт. Запорный кран закрыт. Включение подачи топлива осуществляется путем кратковременной подачи управляющего напряжения на электромагнит включения. При этом связанный с его штоком подпружиненный двухступенчатый золотник перемещается и отсоединяет полость управления сервопоршня от дренажной магистрали, давление в ней возрастает вследствие связи через жиклер с входной магистралью и сервопоршень перемещается в другое крайнее положение. Шток сервопоршня закрывает клапан сообщения командной полости запорного крана с входной магистралью и открывает клапан сообщения с дренажной магистралью. Запорный кран открывается и соединяет выходную магистраль с входной. Двухступенчатый золотник сохраняет свое положение после снятия напряжения с электромагнита включения вследствие действия на его торец усилия от давления в полости управления сервопоршня. Прекращение подачи топлива осуществляется подачей напряжения на электромагнит выключения. При этом связанный с его штоком второй двухступенчатый золотник, преодолевая усилие своей пружины, соединяет полость управления сервопоршня с дренажной магистралью. Давление в ней падает и сервопоршень под действием своей пружины перемещается в исходное положение, соединяя командную полость запорного крана с входной магистралью. Запорный кран под действием пружины перемещается и отсоединяет выходную магистраль от входной, при этом первый двухступенчатый золотник под действием своей пружины также занимает исходное положение.

Недостатком известной системы является повышенная сложность, обусловленная использованием связанных с электромагнитами двухступенчатых золотников для управления давлением в полости сервопоршня, а также наличие расхода рабочего тела при выключенном положении запорного крана из входной магистрали через жиклер и полость управления сервопоршня в дренажную магистраль.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности путем упрощения конструкции и исключения потерь топлива в дренаж при выключенном положении запорного крана.

Для достижения указанного технического результата в системе, содержащей входную, выходную и дренажную магистрали, запорный кран в виде подпружиненного поршня с командной полостью, узел управления в виде подпружиненного сервопоршня со штоком и связанными с ним клапанами подключения командной полости запорного крана к входной и дренажной магистралям, полостью управления и двумя электромагнитами включения и выключения подачи топлива, дополнительно выполнен канал с установленным в нем жиклером, соединяющий командную полость запорного крана с полостью управления сервопоршня, а электромагниты включения и выключения подачи топлива связаны с нормально закрытыми клапанами, соединяющими полость управления сервопоршня соответственно с дренажной и входной магистралями.

Отличительные признаки предлагаемой системы, отличающие ее от прототипа, заключаются в том, что она дополнительно содержит канал с установленным в нем жиклером, соединяющий командную полость запорного крана с полостью управления сервопоршня, а электромагниты включения и выключения подачи топлива связаны с нормально закрытыми клапанами, соединяющими полость управления сервопоршня соответственно с дренажной и входной магистралями.

Перечисленные выше новые признаки в данной системе являются существенными, так как они достаточны для отличия заявляемой системы от известных подобных систем. При наличии этих признаков добиваются положительного результата, свойства системы не совпадают со свойствами известных решений, поэтому заявленная система обладает существенной новизной.

Введение их в систему позволяет устранить расход рабочего тела в дренаж при выключенном положении запорного крана, а также упростить конструкцию за счет исключения сложных управляющих устройств в виде связанных с электромагнитами двухступенчатых управляющих золотников и использования стандартных нормально закрытых электромагнитных клапанов, обеспечивает нормальный и повторный запуск двигателя, штатный и нештатный его останов, что в целом приводит к улучшению эксплуатационных характеристик и повышению надежности всей системы.

Техническая сущность и принцип действия системы автоматического управления подачей топлива в камеру сгорания ГТД поясняются чертежом.

Система содержит входную магистраль 1, запорный кран 2, выполненный в виде подпружиненного поршня 3, узел управления 4, дренажную магистраль 5 и выходную магистраль 6, связанную через дозирующий кран 7 с форсунками 8 камеры сгорания ГТД. Узел управления 4 содержит нормально закрытые электромагнитные клапаны включения 9 и выключения 10 подачи топлива, а также подпружиненный сервопоршень 11 со штоком 12 и выполненными на нем клапанами 13 и 14, взаимодействующими с седлами 15 и 16 в корпусе. Промежуточная камера 17 системы управления 4 соединена каналом 18 с командной полостью 19 поршня 3, а через клапаны 13 и 14 - с напорной полостью 20, соединенной с входной магистралью 1 и с дренажной полостью 21 соответственно. Полость управления 22 сервопоршня 11 соединена с дренажной полостью 21 и напорной полостью 20 через электромагнитные клапаны включения 9 и выключения 10 соответственно. Кроме этого, полость управления 22 соединена через канал 23 с установленным в нем жиклером 24 с промежуточной камерой 17, а через канал 25 к ней подводится сигнал управления в виде давления топлива от других устройств управления подачей топлива (на чертеже не показаны).

Система работает следующим образом.

До включения системы электромагнитные клапаны 9 и 10 обесточены и находятся в закрытом положении, а сервопоршень 11 под действием своей пружины установлен в нижнем (по чертежу) положении, при этом клапан 14 закрыт, а через открытый клапан 13 промежуточная камера 17 и командная полость 19 соединены с напорной полостью 20. Под действием своей пружины поршень 3 прижат к седлу запорного крана 2 и перекрывает доступ топлива из входной магистрали 1 в выходную магистраль 6. Фиксация сервопоршня 11 в этом положении обеспечивается подводом давления топлива в полость управления 22 из промежуточной камеры 17 через канал 23 с жиклером 24.

Система включается кратковременной (1-2 с) подачей команды на электромагнитный клапан 9, который открывается, полость 22 управления соединяется с дренажной магистралью 5 и давление в ней уменьшается. Под действием перепада давлений сервопоршень 11, преодолевая усилие затяжки своей пружины, перемещается вверх и клапан 13 перекрывает седло 15, отсоединяя командную полость 19 поршня 3 от входной магистрали 1. Одновременно клапан 14 открывает седло 16 и соединяет командную полость 19 с дренажной магистралью 5, что приводит к падению давления в полости 19. Под действием перепада давления поршень 3, преодолевая усилие сопротивления своей пружины, смещается влево, открывая доступ топлива из входной магистрали 1 к дозирующему крану 7, где оно дозируется и направляется к форсункам 8. При этом полость 22 управления сервопоршня 11 по каналу 23 через жиклер 24, по каналу 18 соединена с промежуточной камерой 17 и с дренажной магистралью 5, что обеспечивает после снятия команды с электромагнитного клапана 9 фиксацию сервопоршня 11 в этом положении и устойчивое открытое положение запорного крана 2.

Для останова ГТД подается кратковременная (1-2 с) команда на электромагнитный клапан 10, который открывается и топливо из входной магистрали 1 поступает в полость 22 управления. Давление топлива в ней увеличивается и сервопоршень 11 под действием своей пружины смещается в нижнее положение, перекрывая клапаном 14 седло 16 и отсоединяя промежуточную камеру 17 от дренажной магистрали 5. Одновременно клапан 13 открывает седло 15 и топливо из входной магистрали 1 через промежуточную камеру 17 поступает в командную полость 19, поршень 3 под действием своей пружины садится на седло запорного крана 2 и прекращает подачу топлива в форсунки камеры сгорания. При этом полость 22 управления сервопоршня 11 по каналу 23 через жиклер 24, по каналу 18 соединена с промежуточной камерой 17 и с входной магистралью 1, что обеспечивает после снятия команды с электромагнитного клапана 10 фиксацию сервопоршня 11 в этом положении и устойчивое закрытое положение запорного крана 2.

В процессе работы ГТД возможно увеличение частоты вращения ротора выше максимальной. В этом случае от ограничителя частоты вращения поступает сигнал в виде давления в полость 22 управления сервопоршня 11, что приводит к закрытию запорного крана 2 аналогично подаче команды на электромагнитный клапан 10.

Таким образом, данная система обеспечивает надежное управление подачей топлива в форсунки камеры сгорания благодаря упрощению конструкции. При таком исполнении отсутствует расход газа в дренаж в рабочих положениях запорного крана. Система разработана для применения в конструкции семейства ГТД Д 336 разработки Запорожского машиностроительного конструкторского бюро, используемых в составе газоперекачивающих станций.

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

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

Система предназначена для автоматического управления подачей топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя. В узел управления положением запорного крана дополнительно введен канал с установленным в нем жиклером, соединяющим командную полость запорного крана с полостью управления сервопоршня. Электромагниты включения и выключения подачи топлива связаны с нормально закрытыми клапанами, соединяющими полость управления сервопоршня соответственно с дренажной и входной магистралями. Такое выполнение системы позволит упростить конструкцию за счет исключения сложных управляющих устройств, повысить надежность управления подачей топлива в двигатель и устранить расход рабочего тела в дренаж в рабочих положениях запорного крана. 1 ил.

Система автоматического управления подачей топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, содержащая входную, выходную и дренажную магистрали, запорный кран в виде подпружиненного поршня с командой полостью, узел управления в виде подпружиненного сервопоршня со штоком и связанными с ним клапанами подключения командной полости запорного крана к входной и дренажной магистралям полостью управления и двумя электромагнитами включения и выключения подачи топлива, отличающаяся тем, что в ней дополнительно выполнен канал с установленным в нем жиклером, соединяющий командную полость запорного крана с полостью управления сервопоршня, а электромагниты включения и выключения подачи топлива связаны с нормально закрытыми клапанами, соединяющими полость управления сервопоршня соответственно с дренажной и входной магистралями.