СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к области автоматического регулирования воздушно-реактивных двигателей (ВРД), в частности к подаче топлива в камеру сгорания двигателя. Наиболее близким техническим решением (прототипом) является система автоматического регулирования воздушно-реактивного двигателя [см. патент RU 2209990, МПК7 F02C 9/26, 2003 г.], содержащая дозатор расхода топлива, подключенный к магистралям отдозированного и неотдозированного топлива, регулятор постоянного перепада давлений на дозаторе, состоящий из чувствительного золотника и исполнительного элемента, распределитель топлива по коллекторам форсунок, подключаемый и отключаемый с заданным гистерезисом по расходу топлива и состоящий из распределительного клапана, связанного с подпружиненным управляющим элементом, пружинная полость которого соединена с магистралью отдозированного топлива, а управляющая - с магистралью командного давления, причем разность давлений в управляющей и пружинной полостях характеризует расход топлива через дозатор. Полость командного давления через отсечную кромку чувствительного элемента распределителя топлива связана с дросселем, расположенным в магистрали неотдозированного топлива.

Недостатками прототипа являются:

- сложность конструкции, обусловленная необходимостью подвода неотдозированного топлива в полость командного давления через дроссель и отсечную кромку чувствительного элемента распределителя топлива для обеспечения заданного гистерезиса, и как следствие этого, повышенные масса, габариты системы, а также трудоемкость изготовления.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является снижение трудоемкости изготовления, а также уменьшение массы и габаритов за счет упрощения конструкции.

Для достижения указанного технического результата в системе автоматического регулирования воздушно-реактивного двигателя, содержащей дозатор расхода топлива, подключенный к магистралям отдозированного и неотдозированного топлива, регулятор постоянного перепада давлений на дозаторе, состоящий из чувствительного золотника и исполнительного элемента, распределитель топлива по коллекторам форсунок, состоящий из распределительного клапана, связанного с подпружиненным управляющим элементом, пружинная полость которого соединена с магистралью отдозированного топлива, а управляющая - с магистралью командного давления, причем разность давлений в управляющей и пружинной полостях характеризует расход топлива через дозатор, исполнительный элемент регулятора постоянного перепада давлений (РППД) снабжен пружиной, жесткость которой выбрана из учета обеспечения заданного гистерезиса подключения-отключения распределительного клапана.

Пружина исполнительного элемента РППД может быть снабжена регулировочным элементом, причем сила затяжки этой пружины выбрана из условия обеспечения заданного расхода топлива, соответствующего подключению распределительного клапана.

Отличительные признаки заявленного устройства, а именно:

- исполнительный элемент регулятора постоянного перепада давлений на дозаторе снабжен пружиной, жесткость которой выбрана из учета обеспечения необходимого гистерезиса подключения-отключения распределительного клапана, позволяют исключить подвод неотдозированного топлива в командное давление через дроссель и отсечную кромку чувствительного элемента распределителя топлива;

- пружина исполнительного элемента РППД может быть снабжена регулировочным элементом, а сила затяжки этой пружины выбрана из условия обеспечения заданного расхода топлива, при котором происходит подключение-отключение распределительного клапана.

Предложенная система в качестве примера представлена на чертежах и описана ниже.

На фиг.1 показана схема системы, на фиг.2 приведена характеристика зависимости изменения командного давления Рк от величины расхода топлива Gт.

Система содержит:

- дозатор расхода топлива 1, подключенный к магистралям отдозированного 2 и неотдозированного 3 топлива, выполненный в виде гидравлического сервомотора, управляющая полость 4 которого образована входным дросселем 5, расположенным в магистрали 3 неотдозированного топлива, и управляющим элементом (на чертеже не показан);

- регулятор постоянного перепада давлений на дозаторе 1, состоящий из чувствительного элемента 6, выполненного в виде золотника, поджатого пружиной 7, и подпружиненного исполнительного элемента 8, одна сторона золотника 6, поджатая пружиной 7, соединена с давлением отдозированного топлива, а противоположная - с давлением неотдозированного топлива, элемент 8 имеет управляющую полость 9, в которой установлена пружина 10, образованную входным дросселем 11, расположенным в магистрали неотдозированного топлива, и отсечной кромкой 12 золотника 6, и управляющую полость 13, образованную входным дросселем 14 и отсечной кромкой 15 золотника 6, пружина 10 может быть снабжена регулировочным элементом 16, например подбором шайб или регулировочным винтом, жесткость пружины 10 выбирается из учета обеспечения заданного гистерезиса подключения-отключения распределительного клапана;

- распределительный клапан топлива по коллекторам форсунок, состоящий из чувствительного 17 и исполнительного 18 элементов, при этом чувствительный элемент 17 выполнен в виде поджатого пружиной 19 золотника, пружинная полость которого связана с магистралью 2 отдозированного топлива, а полость 20, расположенная с противоположного торца золотника 17, связана с магистралью 21 командного давления, снабженную входным и выходным дросселями, входной дроссель переменного сечения выполнен в виде щели 22, расположенной на дозаторе 1, связанной с магистралью 3 неотдозированного топлива и сопряженной с профильным продольным пазом 23, выполненным во втулке дозатора 1, а выходной дроссель 24 постоянного сечения связан с магистралью 2 отдозированного топлива.

Исполнительный элемент 18 распределительного клапана, подключенный к магистралям 25 и 26 выхода топлива соответственно I и II коллекторов, выполнен в виде подпружиненного золотника, управляющая полость 27 которого образована дросселем 28, расположенным в магистрали 3 неотдозированного топлива, и через отсечную кромку чувствительного элемента 17 связана с магистралью 2 отдозированного топлива, которая, в свою очередь, связана с пружинной полостью исполнительного элемента 18.

Система работает следующим образом.

Система регулирования обеспечивает дозирование топлива в два коллектора форсунок. Первый коллектор включен постоянно, а второй коллектор форсунок подключается в работу распределительным клапаном, когда расход топлива через дозатор 1 достигает заданной величины. Командное давление, пропорциональное расходу топлива через дозатор 1, формируется в магистрали 21, в которую из магистрали 3 топливо поступает через входной дроссель, образованный щелью 22 дозатора 1 и профилированным пазом 23, а затем сливается из камеры 21 в полость 2 отдозированного топлива через выходной дроссель 24 постоянного сечения. Обычно профиль паза 23 выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась линейная зависимость характеристики

Рк=f(Gт),

где Рк - величина разности давлений соответственно в магистралях 21 и 2;

Gт - расход топлива на выходе.

При небольших расходах топлива величина Рк низкая и под действием пружины 19 золотник чувствительного элемента 17 находится в закрытом положении на верхнем упоре, при этом золотник исполнительного элемента 18 под действием давления топлива в управляющей полости 27 также находится в закрытом положении на правом упоре и своей кромкой отсекает магистрали выхода топлива.

На дозаторе 1 постоянный перепад давлений топлива поддерживается РППД с помощью чувствительного 6 и исполнительного 8 элементов. На установившемся режиме при постоянном расходе топлива через дозатор 1, на чувствительном элементе 6 сила затяжки пружины 7 уравновешена перепадом давлений отдозированного и неотдозированного топлива, действующим на золотник чувствительного элемента, а управляющие 13 и 9 полости исполнительного элемента 8 через соответствующие отсечные кромки 15 и 12 чувствительного элемента 6 соединены с магистралью 2 отдозированного топлива. Подвод неотдозированного топлива в полости 9 и 13 производится через соответствующие жиклеры 11 и 14. На установившемся режиме сила от давления топлива в управляющей полости 13 исполнительного элемента 8 равна суммарной силе от затяжки пружины 10 и давления топлива в полости 9, вследствие чего золотник исполнительного элемента 8 находится в равновесном положении и своей отсечной кромкой обеспечивает заданное проходное сечение, необходимое для поддержания требуемого перепада давлений на дозаторе 1.

Если на установившемся режиме по каким-либо причинам перепад давлений топлива на дозаторе 1 изменяется, например увеличивается, то давление топлива в магистрали 2 и в связанной с ней пружинной полости золотника чувствительного элемента 6 падает, равновесие на золотнике нарушается и данный золотник перемещается вправо, увеличивая проходное сечение кромкой 12 и уменьшая проходное сечение кромкой 15, вследствие чего слив топлива из полости 13 уменьшается, а из полости 9 увеличивается, и исполнительный элемент 8 движется в верхнее положение, прикрывая своей отсечной кромкой сечение, связывающее магистрали 2 и 25.

Движение исполнительного элемента 8 будет продолжаться до тех пор, пока на дозаторе 1 не восстановится заданный перепад давлений, и золотник чувствительного элемента 6 не займет прежнее равновесное положение.

При уменьшении перепада давлений топлива на дозаторе 1 процесс происходит в обратном порядке.

При работе на небольших расходах топлива распределительный клапан закрыт, давление топлива в магистрали 25 перед форсунками низкое, следовательно, перепад давлений топлива на форсунках работающего коллектора также низкий. С ростом режима работы увеличивается расход топлива через дозатор 1, соответственно, увеличиваются величины разности давлений Рк, давления топлива в магистрали 25 перед форсунками и перепад давлений топлива на форсунках. При заданном расходе топлива и соответствующем ему командном давлении, когда перепад давлений топлива на форсунках достигает максимальной величины, подключается распределительный клапан, подключается II коллектор форсунок, вследствие чего давление в магистрали 2 падает, перепад давлений топлива на дозаторе 1 увеличивается, РППД вступает в работу и восстанавливает перепад давлений топлива на дозаторе 1, при этом исполнительный элемент 8 РППД перемещается и своей отсечной кромкой прикрывает дозирующее сечение до необходимой величины, а перепад давлений топлива на форсунках уменьшается до минимального значения. При отключении II коллектора форсунок процесс происходит в обратном порядке.

Обычно для исключения многократного срабатывания распределительного клапана на режимах полета, совпадающих с его подключением или отключением, величину управляющего сигнала на подключение и отключение распределительного клапана выполняют не одинаковой, а с некоторой разницей по величине, т.е. с гистерезисом, для чего в систему управления вводят дополнительные элементы.

В предлагаемом устройстве после открытия распределительного клапана при восстановлении перепада давлений на дозаторе 1 золотник исполнительного элемента 8 перемещается в новое положение и своей отсечной кромкой уменьшает дозирующее сечение, связывающее магистрали 2, 25, и увеличивает при этом затяжку пружины 10. Для компенсации усилия затяжки пружины 10 золотник чувствительного элемента 6 перемещается вправо, уменьшая дозирующее сечение кромкой 15 и увеличивая затяжку пружины 7. Таким образом, после подключения II коллектора форсунок золотник чувствительного элемента 6 РППД также занимает другое положение, при этом за счет увеличения затяжки пружины 7 перепад давлений на дозаторе увеличивается, т.е. возникает статическая ошибка чувствительного элемента РППД, вследствие которой расход топлива через дозатор 1 возрастает, а также возрастает величина разности давлений Рк. При закрытии распределительного клапана, т.е. после отключения магистрали 26 II коллектора форсунок, процесс происходит в обратном порядке. Величина изменения расхода топлива через дозатор после подключения и отключения II коллектора форсунок, т.е. необходимый гистерезис сработки распределительного клапана, зависит от жесткости пружины 10. Поэтому подбором жесткости пружины 10 обеспечивается необходимый гистерезис ΔGт распределительного клапана в широком диапазоне:

ΔGт=Gт подкл.-Gт откл.,

где ΔGт - необходимый гистерезис подключения-отключения распределительного клапана;

Gт подкл. - расход топлива, соответствующий подключению распределительного клапана;

Gт откл. - расход топлива, соответствующий отключению распределительного клапана.

Пружина 10 может быть снабжена регулировочным винтом 16, с помощью которого производится точная настройка расхода топлива, соответствующая подключению распределительного клапана.

Характеристика зависимости Pк=f(Gт) представлена на фиг.2, где точкой 1 обозначен момент подключения распределительного клапана, а точкой 3 - момент его отключения.

Из характеристики видно, что подключение и отключение распределительного клапана происходит при одном и том же значении Рк', но при разных расходах топлива Gт подкл. и Gт откл. В момент подключения распределительного клапана величина расхода топлива и значения Рк равны соответственно Gт подкл. и Рк'.

После подключения распределительного клапана в точке 2 расход топлива Gт подкл. увеличивается на величину ΔGт подкл., а значение Рк' увеличивается на величину ΔРк подкл. за счет статизма РППД.

При уменьшении расхода топлива в точке 3 распределительный клапан отключается, и после его отключения в точке 4 расход топлива Gт откл. и значение Рк' уменьшаются соответственно на величины ΔGt откл. и ΔРк откл.

Разность расходов топлива в точках 2 и 4 характеризует фактический гистерезис сработки распределительного клапана.

Таким образом, пружина с заданной жесткостью, введенная в исполнительный элемент РППД, обеспечивает требуемый гистерезис сработки распределительного клапана, вследствие чего по сравнению с прототипом исключаются отсечная кромка на золотнике чувствительного элемента распределительного клапана и связанный с ней дроссель топлива с подводящими и отводящими каналами, что в целом позволяет упростить конструкцию системы, снизить трудоемкость изготовления, уменьшить массу и габариты системы регулирования.

Система предназначена для подачи топлива в камеру сгорания воздушно-реактивного двигателя. Система содержит дозатор расхода топлива с магистралями отдозированного и неотдозированного топлива. Регулятор постоянного перепада давлений (РППД) на дозаторе состоит из чувствительного и исполнительного элементов. Распределитель топлива по коллекторам форсунок подключается и отключается с заданным гистерезисом по расходу топлива и состоит из распределительного клапана с подпружиненным управляющим элементом. Пружинная полость его соединена с магистралью отдозированного топлива, а управляющая - с магистралью командного давления. Расход топлива через дозатор характеризуется разностью давлений в этих полостях. Жесткость пружины исполнительного элемента РППД обеспечивает необходимый гистерезис подключения/отключения распределительного клапана. Технический результат изобретения - снижение трудоемкости изготовления, а также уменьшение массы и габаритов за счет упрощения конструкции. 1 з.п.ф.-лы, 2 ил.

1. Система автоматического регулирования воздушно-реактивного двигателя, содержащая дозатор расхода топлива, подключенный к магистралям отдозированного и неотдозированного топлива, регулятор постоянного перепада давлений на дозаторе, состоящий из чувствительного золотника и исполнительного элемента, распределитель топлива по коллекторам форсунок, состоящий из распределительного клапана, связанного с подпружиненным управляющим элементом, пружинная полость которого соединена с магистралью отдозированного топлива, а управляющая - с магистралью командного давления, причем разность давлений в управляющей и пружинных полостях характеризует расход топлива через дозатор, отличающаяся тем, что исполнительный элемент регулятора постоянного перепада давлений снабжен пружиной, жесткость которой выбрана из учета обеспечения необходимого гистерезиса подключения-отключения распределительного клапана.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что пружина исполнительного элемента регулятора постоянного перепада давлений снабжена регулировочным элементом, а сила затяжки этой пружины выбрана из условия обеспечения необходимого расхода топлива, при котором происходит подключение-отключение распределительного клапана.