СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА В ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ Российский патент 2003 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к системе управления расходом топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя (ГТД).

Известны системы управления расходом топлива в газотурбинных двигателях, обеспечивающие дозирование расхода топлива по электрическим командам блока управления, в которых дозирующий элемент непосредственно связан с электромеханическим преобразователем [1] . В такой системе передача управления на дозирующий элемент осуществляется наиболее простым и надежным способом. Однако в связи с отсутствием достаточно простого технического решения, позволяющего обеспечить также и резервное гидромеханическое управление, в данной системе резервное управление полностью отсутствует.

Известны системы управления расходом топлива в газотурбинных двигателях, обеспечивающие дозирование расхода топлива как по электрическим командам блока управления, так и по командам резервного гидромеханического управления. Наиболее близким аналогом по технической сущности и числу совпадающих признаков является система управления расходом топлива в ГТД [2].

Заявляемая и известная системы имеют следующие сходные признаки: топливный насос с фильтром, дозатор пускового топлива, узел останова с электромагнитным клапаном, дозирующий плоский поворотный золотник с устройством управления по электрической команде, датчиком положения и с клапаном постоянного перепада давления на дозирующем сечении, а также элементы резервного гидромеханического управления.

В известной системе топливо, поступающее от насоса в камеру сгорания, дозируется плоским поворотным золотником. Дозирование расхода производится путем изменения площади проходного сечения дозирующего окна при постоянном перепаде давления топлива на нем, поддерживаемом клапаном постоянного перепада. Изменение проходного сечения осуществляется поворотом дозирующего золотника через рычаг привода с помощью сервопоршня. Положение сервопоршня задается электронным регулятором либо механизмом ручного управления, изменяющими давление топлива в командных полостях сервопоршня через каналы с установленными в них дроссельными пакетами. При работе по командам электронного блока положением дозирующего золотника управляет преобразователь сигналов типа ПС-7. Дозирование топлива при резервном управлении режимами работы ГТД осуществляется за счет изменения давления топлива в командных полостях сервопоршня привода дозирующего золотника элементами ручного управления. Коммутацию каналов, связывающих командные полости сервопоршня при переходе с электронного управления на резервное и наоборот, обеспечивает селектор рода работ, золотник которого переходит из одного крайнего положения в другое при включении или выключении питания электромагнита селектора.

Основными недостатками такой системы управления расходом топлива являются:
- повышенная сложность и недостаточная надежность преобразования электрической команды в перемещение дозирующего элемента, связанные с использованием промежуточного электрогидравлического усилителя с сервопоршнем и с дроссельными пакетами как в основном, так и резервном управлении, которые в процессе работы все время пропускают через себя расход топлива, что отрицательно сказывается на ресурсе и надежности всей системы;
- повышенная сложность и недостаточная надежность переключения с основного управления на резервное, связанные с использованием гидравлического золотникового переключателя с электромагнитным клапаном, обеспечивающего коммутацию командной полости сервопоршня с выходом устройств электронного или резервного управления.

Предлагаемым изобретением решается задача разработки системы управления расходом топлива в ГТД, имеющей упрощенную конструкцию и повышенный ресурс за счет исключения промежуточного гидроусилителя с сервопоршнем, ограничения времени работы дроссельных пакетов и применения селектора рода работ без гидравлического золотникового переключателя.

Для достижения этого технического результата в системе управления расходом топлива, включающей топливный насос с фильтром, дозатор пускового топлива, узел останова с электромагнитным клапаном, дозирующий плоский поворотный золотник с устройством управления по электрической команде, датчиком положения и с клапаном постоянного перепада давления на дозирующем сечении, элементы резервного гидромеханического управления, согласно изобретению дозирующий золотник выполнен с непосредственным приводом от электромеханического преобразователя с дополнительным рычагом на валу, а элементы резервного гидромеханического управления включают следящий за положением рычага управления двигателем (РУД) поршень гидрозамедлителя и дополнительный поршень, которые прижимаются к рычагу на валу преобразователя при наличии давления топлива в их командных полостях и отжимаются от него пружинами, при этом командные полости поршня гидрозамедлителя и дополнительного поршня каналами с установленными в них дроссельными пакетами соединены с выходом клапана постоянного давления через электромагнитный клапан отключения резервного гидромеханического управления.

Перечисленные выше отличительные признаки в данной системе являются существенными, так как они достаточны для отличия заявляемой системы от известных подобных систем. Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь.

Привод плоского дозирующего золотника непосредственно от электромеханического преобразователя позволяет не использовать дроссельные пакеты при работе основного канала управления от электронного блока. В резервном канале управления введены следящий за положением РУД поршень гидрозамедлителя и дополнительный поршень, которые прижимаются к рычагу на валу преобразователя при наличии давления в командных полостях и отжимаются от него пружинами, что обеспечивает переход с основного на резервное управление без скачков расхода топлива путем соединения командных полостей с выходом клапана постоянного давления через электромагнитный клапан. За счет этого получен новый технический результат - упрощена конструкция и повышен ресурс системы.

Заявляемое изобретение является новым, поскольку оно неизвестно из уровня техники, имеет изобретательский уровень, так как предложенное выполнение и взаимодействие основного и резервного управления подачей топлива в ГТД явным образом не следует из уровня техники, промышленно применимо, поскольку оно предназначено для использования в авиационных двигателях.

Техническая сущность и принцип действия системы управления расходом топлива в ГТД поясняются чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - принципиальная схема системы;
на фиг.2 - выноска А на фиг.1.

Система управления расходом топлива в ГТД (фиг.1) включает топливный насос 1 с фильтром, дозатор 2 пускового топлива, узел останова 3 с электромагнитным клапаном, дозирующий плоский поворотный золотник 4 с устройством управления по электрической команде, датчики 5 положения золотника, клапан 6 постоянного перепада давления на дозирующем сечении. Устройство управления выполнено в виде двухканального электромеханического преобразователя 7 с дополнительным рычагом 8 на валу, к которому прижимаются следящий за положением РУД 9 поршень 10 гидрозамедлителя и дополнительный поршень 11 при наличии давления топлива в их командных полостях 12 и 13 и отжимаются от него пружинами 14. Командные полости 12 и 13 соответственно поршня 10 гидрозамедлителя и дополнительного поршня 11 каналами 15 и 16 с установленными в них дроссельными пакетами 17 и 18 соединены с выходом клапана 19 постоянного давления через электромагнитный клапан 20 отключения резервного гидромеханического управления и канал 21 командного давления. Командная полость 12 поршня 10 гидрозамедлителя соединена также со сливом 22 через дросселирующую щель между кромкой проточки 23 (фиг.2) на штоке поршня 10 и кромкой золотниковой втулки 24, перемещающейся вдоль штока и кинематически связанной с РУД 9. Ограничение хода поршня 10 гидрозамедлителя и дополнительного поршня 11 осуществляется упорами соответственно максимального 25 и минимального 26 расхода.

Система управления расходом топлива работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на нормально открытый электромагнитный клапан 20 отключения резервного управления клапан закрывается. Командные полости 12 и 13 поршня 10 гидрозамедлителя и дополнительного поршня 11 отсоединяются от канала 21 командного давления, а поршни 10 и 11 под действием пружин 14 отходят от установленного на валу электромеханического преобразователя рычага 8 и переводятся в положения на упорах максимального 25 и минимального 26 расхода топлива. Дозирование расхода топлива в ГТД осуществляется по командам электронного блока (не показан) на электромеханический преобразователь 7. При увеличении тока в обмотке управления электромеханического преобразователя 7 возникающий электромагнитный момент поворачивает плоский золотник 4 в сторону увеличения или уменьшения расхода топлива в зависимости от знака тока управления. Остановка дозирующего золотника 4 в требуемом положении осуществляется путем изменения знака и обнуления тока управления по сигналу с датчиков 5 обратной связи, установленных на валу преобразователя 7.

При обесточивании электронного блока управления и переходе на резервное управление от РУД 9 электромагнитный клапан 20 отключения резервного управления также обесточивается и открывается. При этом командные полости 12 и 13 поршня 10 гидрозамедлителя и дополнительного поршня 11 соединяются с выходом клапана 19 постоянного давления через каналы 15 и 16 с установленными в них дроссельными пакетами 17 и 18, а поршни 10 и 11 под действием командного давления преодолевают усилие пружин 14 и начинают движение навстречу друг другу и в сторону установленного на валу электромеханического преобразователя 7 рычага 8. Скорости движения поршней 10 и 11 определяются настройкой клапана 19 постоянного давления и проливочными характеристиками жиклеров 17 и 18. Перемещение РУД 9 и последующее изменение раскрытия дросселирующей щели, образованной кромкой проточки 23 на штоке поршня 10 и кромкой золотниковой втулки 24, приводит к такому изменению давления в командной полости 12 поршня 10 гидрозамедлителя, которое вызывает передвижение поршня 10 в сторону компенсации изменения раскрытия щели. В связи с этим поршень 10 гидрозамедлителя следит за положением РУД 9. Дополнительный поршень 11 служит для поджима рычага 8 на валу электромеханического преобразователя 7 к поршню 10 гидрозамедлителя и определяет темп увеличения расхода при перемещении РУД.

При обесточивании электромеханического преобразователя 7 уравновешенный дозирующий золотник 4 за счет сил трения сохраняет свое положение до тех пор, пока поршень 10 гидрозамедлителя или дополнительный поршень 11 не вступят во взаимодействие с установленным на валу преобразователя 7 рычагом 8. До этого момента расход топлива в двигатель также не меняется. Через промежуток времени, зависящий от исходного положения дозирующего золотника 4 и РУД 9, поршень 10 гидрозамедлителя или дополнительный поршень 11 вступают во взаимодействие с рычагом 8 и начинают передвигать его до встречи поршней 10 и 11. После встречи поршней их движение и вращение дозирующего золотника становятся жестко связанными друг с другом и с замедлением отслеживают перемещение РУД.

Предлагаемая система обеспечивает переход с основного на резервное управление без скачков расхода топлива в двигатель, наибольшую простоту преобразования команды управления в изменение положения элемента, определяющего подачу топлива. Объем резервного управления достаточен для завершения полета в любых условиях с обеспечением коррекции максимального расхода топлива по высоте летчиком, а длительность перехода с основного на резервное управление достаточна для выполнения летчиком необходимых действий по управлению двигателем при отказе основного управления.

Реализация предложения позволит получить компактную высоконадежную систему управления расходом топлива в ГТД. По разработанной схеме предполагается выполнение системы топливопитания двигателя АИ 450, предназначенного для установки на вертолет Ка-226.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Насос-дозатор 4145. Руководство по технической эксплуатации. Описание и работа. Разработчик - Омское моторостроительное конструкторское бюро, акционерное общество открытого типа. 644116 Россия, г. Омск, ул. Герцена, 312. Т. (3812) 255474, ф. (3812) 255474.

2. Насос-дозатор НД-100. Руководство по технической эксплуатации. 9191.000-01 РЭ-ЛУ. Разработчик - Стар, акционерное общество открытого типа. 614600 Россия, ГСП, г. Пермь, ул. Куйбышева, 14а. Т. (3422) 493259, ф. (3422) 452257.

Система предназначена для управления расходом топлива в газотурбинном двигателе. Дозирующий золотник выполнен с непосредственным приводом от электромеханического преобразователя с дополнительным рычагом на валу. Элементы резервного гидромеханического управления включают следящий за положением рычага управления двигателем поршень гидрозамедлителя и дополнительный поршень, которые прижимаются к рычагу на валу преобразователя при наличии давления топлива в их командных полостях и отжимаются от него пружинами. При этом командные полости поршня гидрозамедлителя и дополнительного поршня каналами с установленными в них дроссельными пакетами соединены с выходом клапана постоянного давления через электромагнитный клапан отключения резервного гидромеханического управления. Технический результат: упрощена конструкция системы и повышен ее ресурс. 2 ил.

Система управления расходом топлива в газотурбинном двигателе, включающая топливный насос с фильтром, дозатор пускового топлива, узел останова с электромагнитным клапаном, дозирующий плоский поворотный золотник с устройством управления по электрической команде, датчиком положения и с клапаном постоянного перепада давления на дозирующем сечении, элементы резервного гидромеханического управления, отличающаяся тем, что дозирующий золотник выполнен с непосредственным приводом от электромеханического преобразователя с дополнительным рычагом на валу, а элементы резервного гидромеханического управления включают следящий за положением рычага управления двигателем поршень гидрозамедлителя и дополнительный поршень, которые прижимаются к рычагу на валу преобразователя при наличии давления топлива в их командных полостях и отжимаются от него пружинами, при этом командные полости поршня гидрозамедлителя и дополнительного поршня каналами с установленными в них дроссельными пакетами соединены с выходом клапана постоянного давления через электромагнитный клапан отключения резервного гидромеханического управления.