ДВУХКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ТОПЛИВОПИТАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, к системам автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Известна двухканальная система регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель (ГТД), содержащая насос, дозатор, выполненный в виде дозирующей иглы с сервопоршнем, электрогидропреобразователь и электрический датчик положения дозирующей иглы, связанные с электронным регулятором и дозатором, управляющий клапан сравнения, соединенный пружиной с иглой, выполняющий функцию клапана управления резервного канала, пневмогидропреобразователь, соединенный с каналом подвода воздуха от компрессора, гидравлическую проточную камеру с дросселями и междроссельной камерой, соединенной с клапаном сравнения. При этом первый дроссель непосредственно соединен с задатчиком режимов двигателя (см. патент РФ №2230922, 7 F02C 9/26, 2002 г.).

Недостатками указанной системы является отсутствие возможности ограничения диапазона изменения расхода топлива (уменьшения максимального расхода топлива) при переходе на канал резервного управления, что может в зависимости от условий работы ГТД привести к избыточной подаче топлива в двигатель и выходу на недопустимые режимы работы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является обеспечение возможности задания различных диапазонов изменения расхода топлива для каждого канала регулирования, что обеспечивает надежную работу и улучшение энергетических характеристик ГТД, во всех условиях эксплуатации без существенного усложнения конструкции.

Для достижения указанного технического результата в канале резервного управления двухканальной системы регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель, содержащей насос, дозатор топлива, клапан постоянного перепада давлений на дозаторе, основной и резервный каналы управления, золотник-селектор переключения каналов управления с электромагнитным клапаном, электрогидропреобразователь основного канала управления, задатчик режимов резервного канала управления, гидравлически связанный с исполнительным электромеханизмом управления режимами работы двигателя, междроссельную камеру резервного канала управления, один из дросселей которой соединен с задатчиком режимов, клапан управления резервного канала, соединенный пружиной с дозатором, а гидравлически - с междроссельной камерой, пневмогидропреобразователь, соединенный с каналом подвода командного давления воздуха и с междроссельной камерой, установлен клапан ограничения максимального давления в междроссельной камере.

Отличительные признаки, а именно, установка в канале резервного управления клапана ограничения максимального давления в междроссельной камере повышает надежность системы при работе на высоких режимах, предотвращая выход ГТД на недопустимые режимы работы по частоте вращения роторов, температуре в камере сгорания и запасам газодинамической устойчивости, ограничивая максимальный расход топлива.

Это обеспечивает возможность иметь различные диапазоны изменения расхода топлива для каждого канала регулирования, а также позволяет выбрать такой закон изменения расхода топлива (G_T) от величины командного давления воздуха (Р_ВОЗ) и положения задатчика режимов (L) резервного канала Gт=f(Р_ВОЗ, L), который улучшает эксплуатационные и энергетические характеристики ГТД при работе на высоких режимах, обеспечивая возможность получения большей величины Gт при низких величинах Р_ВОЗ.

Предложенная система представлена на чертеже и описана ниже.

Система содержит: топливный насос 1; дозатор топлива, выполненный в виде дозирующей иглы 2 с сервопоршнем 3 и датчиком положения 4; механические упоры минимального расхода 5 и максимального расхода 6; клапан постоянного перепада давлений 7 на дозирующей игле 2; золотник-селектор 8 переключения каналов управления, управляемый электромагнитным клапаном 9.

Система также содержит магистраль 10 подвода управляющего давления к управляемой полости 11 сервопоршня 3, соединенную:

- с магистралью 12 основного канала управления;

- с магистралью 13 резервного канала управления.

Электрогидропреобразователь 14 основного канала управления соединен с электронным блоком управления газотурбинного двигателя (БУ ГТД) (на схеме не показан).

Канал резервного управления содержит: задатчик режимов 15 и междроссельную камеру 16. Входным дросселем 17 междроссельной камеры 16 является проходное сечение пазов задатчика режимов 15. На выходе междроссельной камеры 16 резервного канала управления расположен выходной жиклер 18. Клапан 19 управления резервного канала соединен пружиной обратной связи 20 с дозирующей иглой 2 и гидравлически - с междроссельной камерой 16.

Командное давление воздуха по магистрали 21 подводится к пневмогидропреобразователю 22, который через дроссель 17 соединен с междроссельной камерой 16. Исполнительный электромеханизм 23, управляющий режимами работы двигателя, гидравлически связан с задатчиком режимов 15. Исполнительный электромеханизм 23 может быть выполнен как в виде электромеханизма, работающего в релейном режиме (электромагнитного клапана), так и в виде пропорционального электрогидропреобразователя. Клапан 24 ограничения максимального давления топлива с регулирующей пружиной 25 гидравлически связан с междроссельной камерой 16.

Топливо в систему подается через входную магистраль 26. Магистраль нагнетания 27 подводит топливо от насоса 1 к клапану постоянного перепада давлений 7 и к дозирующей игле 2.

Пневмогидропреобразователь 22 состоит из вакуумированного сильфона 28, соединенного рычагом 29 с клапаном 30.

Система работает следующим образом.

Из входной магистрали 26 топливо поступает в топливный насос 1. Насос 1 повышает давление топлива. Из магистрали нагнетания 27 топливо поступает к элементам регулирования и дозирования.

Расход топлива в двигатель определяется площадью открытого проходного сечения дозирующей иглы 2 и перепадом давлений топлива на нем. Проходное сечение определяется положением дозирующей иглы 2. Клапан постоянного перепада 7 поддерживает постоянный перепад давлений на дозирующей игле 2.

При уменьшении величины перепада на дозирующей игле 2 клапан 7, перемещаясь, уменьшает перепуск топлива из магистрали нагнетания 27 во входную магистраль 26.

При увеличении величины перепада на дозирующей игле 2 клапан 7, перемещаясь, увеличивает перепуск топлива из магистрали нагнетания 27 во входную магистраль 26.

При работе основного канала управления подается команда на электромагнитный клапан 9. Электромагнитный клапан 9 закрывается, увеличивая давление, подводимое к золотнику-селектору 8. Золотник-селектор 8 перемещается, при этом магистраль 10 подвода управляющего давления к управляемой полости 11 сервопоршня 3 переключается с магистрали 13 резервного канала управления на магистраль 12 основного канала управления.

Управление расходом топлива в двигатель на основном канале управления осуществляется по командам БУ ГТД. Электрические сигналы от БУ ГТД преобразуются в электрогидропреобразователе 14 в гидравлические команды, управляющие положением дозирующей иглы 2.

При поступлении на электрогидропреобразователь 14 от БУ ГТД команды на увеличение режима электрогидропреобразователь 14 увеличивает давление в управляемой полости 11 сервопоршня 3. Сервопоршень 3 с дозирующей иглой 2 перемещается в сторону увеличения проходного сечения дозирующей иглы 2. При этом клапан 7 поддерживает постоянный перепад на дозирующей игле 2. Расход топлива в двигатель увеличивается. Датчик положения 4 выдает в БУ ГТД электрический параметр, величина которого пропорциональна положению дозирующей иглы 2. БУ ГТД в зависимости от величины параметра, характеризующего положение дозирующей иглы, выполняет корректировку управляющей команды, в результате чего дозирование топлива выполняется по заданному закону приемистости.

При поступлении на электрогидропреобразователь 14 от БУ ГТД команды на уменьшение режима электрогидропреобразователь 14 уменьшает давление в управляемой полости 11 сервопоршня 3. Дозирующая игла 2 перемещается в сторону уменьшения проходного сечения дозирующей иглы 2. При этом клапан 7 поддерживает постоянный перепад на дозирующей игле 2. Расход топлива в двигатель уменьшается. Датчик положения 4 выдает в БУ ГТД электрический параметр, величина которого пропорциональна положению дозирующей иглы 2. БУ ГТД в зависимости от величины параметра, характеризующего положение дозирующей иглы 2, выполняет корректировку управляющей команды, в результате чего дозирование топлива выполняется по заданному закону сброса.

Перемещение дозатора при работе основного канала управления ограничивают механические упоры минимального расхода 5 и максимального расхода 6.

На установившихся режимах при отклонении величины регулируемых параметров двигателя от заданных значений БУ ГТД производит корректировку управляющего тока на электрогидропреобразователе 14. Работа элементов системы при корректировке расхода топлива аналогична работе при приемистости и сбросе.

При работе на резервном канале управления снимается команда с электромагнитного клапана 9. Электромагнитный клапан 9 открывается, уменьшая давление, подводимое к золотнику-селектору 8. Золотник-селектор 8 перемещается, при этом магистраль 10 подвода управляющего давления к управляемой полости 11 сервопоршня 3 переключается с магистрали 12 основного канала управления на магистраль 13 резервного канала управления.

При работе на резервном канале управления система обеспечивает управление расходом топлива в зависимости от величины воздушной команды с коррекцией расхода топлива по положению задатчика режимов 15.

Расход топлива в двигатель определяется площадью открытого проходного сечения дозирующей иглы 2 и перепадом давлений топлива на нем. Проходное сечение определяется положением дозирующей иглы 2. Клапан постоянного перепада 7 поддерживает постоянный перепад давлений на дозирующей игле 2.

Положение дозирующей иглы определяется командным давлением в междроссельной камере 16, гидравлически связанной с клапаном 19 управления резервного канала, которое уравновешивается усилием от пружины обратной связи 20 на дозирующей игле 2. Усилие от пружины обратной связи 20 увеличивается пропорционально ходу дозирующий иглы 2 от упора минимального расхода 5.

При увеличении командного давления в междроссельной камере 16 равновесие нарушается, сила от командного давления в междроссельной камере 16 преодолевает силу пружины 20 и перемещает клапан 19. Клапан 19 уменьшает перепуск топлива, подводимого к нему по магистралям 10 и 13, из управляемой полости 11 сервопоршня 3 во входную магистраль 27. Давление в управляемой полости 11 сервопоршня 3 увеличивается. Дозирующая игла 2, сжимая пружину 20, перемещается в сторону упора максимального расхода 6, до тех пор, пока не займет новое равновесное положение, при котором возросшее усилие пружины 20, действующее на золотник 19, станет равным усилию от командного давления в междроссельной камере 16.

При уменьшении командного давления в междроссельной камере 16 равновесие нарушается, сила от пружины 20 преодолевает силу от командного давления в междроссельной камере 16 и перемещает клапан 19. Клапан 19 увеличивает перепуск топлива, подводимого к нему по магистралям 10 и 13, из управляемой полости 11 сервопоршня 3 во входную магистраль 27. Давление в управляемой полости 11 сервопоршня 3 уменьшается. Дозирующая игла 2 перемещается в сторону упора минимального расхода 5, до тех пор, пока не займет новое равновесное положение, при котором снизившееся усилие пружины 20, действующее на золотник 19, станет равным усилию от командного давления в междроссельной камере 16.

Командное давление в междроссельной камере 16 вырабатывается в зависимости от величины воздушной команды, подводимой по магистрали 21 к пневмогидропреобразователю 22, и корректируется задатчиком режимов 15 и клапаном ограничения максимального давления 24.

Пневмогидропреобразователь 22 вырабатывает гидравлическую команду Р_г, пропорциональную величине воздушной команды, уравновешивая на рычаге 29 момент силы от давления воздуха, сжимающего вакуумированный сильфон 28, и момент силы от давления топлива, действующего на клапан 30.

При увеличении величины воздушной команды пропорционально увеличивается величина гидравлической команды.

В качестве воздушной команды может использоваться:

- полное давление на входе в двигатель;

- давление на выходе из какой-либо ступени компрессора;

- отношение давлений и др.

Гидравлическая команда Р_г корректируется (редуцируется) в междроссельной камере 16, входной дроссель 17 которой образован проходным сечением пазов задатчика режимов 15, а выходным дросселем является жиклер 18. Проходное сечение входного дросселя 17 изменяется в зависимости от положения задатчика режимов 15, которым управляет исполнительный электромеханизм 23.

При поступлении электрической команды на уменьшение режима исполнительный электромеханизм 23 разъединяет управляемую полость задатчика режимов 15 и входную магистраль 26. Давление, подводимое к задатчику режимов 15, увеличивается. Задатчик режимов 15 перемещается, уменьшая проходное сечение входного дросселя 17. Командное давление в междроссельной камере 16 уменьшается, клапан 19, воздействуя на давление в управляемой полости 11 сервопоршня 3, перемещает дозирующую иглу 2 в новое равновесное положение, уменьшая проходное сечение дозирующей иглы 2. Расход топлива в двигатель уменьшается.

При поступлении электрической команды на увеличение режима исполнительный электромеханизм 23 соединяет задатчик режимов 15 с входной магистралью 26. Задатчик режимов 15 перемещается, увеличивая проходное сечение входного дросселя 17. Давление в междроссельной камере 16 увеличивается, клапан 19, воздействуя на давление в управляемой полости 11 сервопоршня 3, перемещает дозирующую иглу 2 в новое равновесное положение, увеличивая проходное сечение дозирующей иглы 2. Расход топлива в двигатель увеличивается.

Под действием давления в междроссельной камере 16 клапан 24 ограничения максимального расхода топлива перемещается, сжимая регулирующую пружину 25. Усилие пружины 25 выбрано таким, что когда давление в междроссельной камере 16 достигнет величины, соответствующей максимальному расходу топлива в двигатель при работе резервного канала управления, клапан 24 соединяет междроссельную камеру 16 с входной магистралью насоса 26. Это препятствует дальнейшему увеличению давления в междроссельной камере 16 и тем самым ограничивает величину максимального расхода топлива в двигатель.

Двухканальная система топливопитания и регулирования предназначена для управления газотурбинными двигателями. Система содержит насос, дозатор топлива с клапаном перепада, основной и резервный каналы управления с селектором переключения. Электрогидропреобразователь основного канала управления по командам электронного блока управления двигателем управляет расходом топлива на статических и переменных режимах. Резервный канал управления содержит задатчик режимов, пневмогидропреобразователь, междроссельную камеру, управляющий золотник и клапан ограничения максимального давления в междроссельной камере. При работе резервного канала расход топлива зависит от положения задатчика режимов и величины воздушной команды, подводимой к пневмогидропреобразователю. Клапан ограничения максимального давления в междроссельной камере ограничивает величину максимального расхода топлива в двигатель. Это позволяет обеспечить различные диапазоны изменения расхода топлива для каждого канала управления двигателем и улучшить его эксплуатационные и энергетические характеристики. 1 ил.

Двухканальная система топливопитания и регулирования газотурбинного двигателя, содержащая насос, дозатор топлива, клапан постоянного перепада давлений на дозаторе, основной и резервный каналы управления, золотник-селектор переключения каналов управления с электромагнитным клапаном, электрогидропреобразователь основного канала управления, задатчик режимов резервного канала управления, гидравлически связанный с исполнительным электромеханизмом управления режимами работы двигателя, междроссельную камеру резервного канала управления, один из дросселей которой соединен с задатчиком режимов, клапан управления резервного канала, соединенный пружиной с дозатором, а гидравлически - с междроссельной камерой, пневмогидропреобразователь, соединенный с каналом подвода командного давления воздуха и с междроссельной камерой, отличающаяся тем, что в канале резервного управления установлен клапан ограничения максимального давления в междроссельной камере.