СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ РЕГУЛИРУЕМОГО ПОТОКА ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2014 года по МПК F02C7/232 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к регулированию потока топлива, подаваемого в камеру сгорания турбомашины. Изобретение применимо к турбомашинам любых типов и, в частности, к авиационным турбинам и промышленным стационарным турбинам.

На фиг.1 в упрощенной схематической форме показано хорошо известное устройство регулятора расхода для применения, например, в турбомашине самолета.

Топливный контур 1 низкого давления с помощью насоса низкого давления подает топливо, забираемое из бака, на насос 2 высокого давления. Выход насоса 2 высокого давления соединен с дозатором 3, положение золотника которого регулируется электрогидравлическим сервоклапаном 3а для регулировки проходного сечения дозатора. Байпасный клапан 4, давление срабатывания которого определяется, например, пружиной, имеет порты, соединенные, соответственно с входом и выходом дозатора 3, для поддержания постоянного перепада ΔP давления между входом и выходом, чтобы расход через дозатор являлся функцией его проходного сечения. Байпасный клапан 4 установлен в возвратном контуре 5 для возврата в топливный контур 1 низкого давления топлива, которое насос высокого давления нагнетает избыточно, поскольку частота его вращения связана с частотой вращения турбомашины.

Электронный блок 6 управления, по существу встроенный в электронный регулятор турбомашины, управляет сервоклапаном 3а для осуществления сервоуправления положением золотника дозатора так, чтобы он занимал нулевое положение, которое определяется как функция требуемого расхода, при этом реальное положение золотника определяется датчиком 3d. Топливо под высоким давлением, нагнетаемое насосом, также используется как гидравлическая жидкость системы сервоуправления для разных узлов оборудования и, в частности, сервоклапана 3а, который имеет порт высокого давления, куда поступает топливо под высоким давлением от нагревателя 7, и порт низкого давления, соединенный с топливным контуром 1 низкого давления. Нагреватель 7 типично является теплообменником, в котором происходит теплообмен между топливом и маслом. Он служит для предотвращения образования льда в топливе, применяемом для сервоуправления и для охлаждения смазочного масла, которое используется в турбомашине.

Выход дозатора 3 через отсечной клапан 9, например, управляемый электромагнитным клапаном 9а, соединен с камерой 8 сгорания, в которой установлены форсунки. Отсечной клапан 9 является останавливающим и поднимающим давление отсечным клапаном, который также можно использовать для защиты турбомашины от заброса оборотов. Электромагнитным клапаном 9а управляет блок 6 управления для закрывания при необходимости отсечного клапана 9. Бесконтактный датчик 9b передает на блок 6 управления информацию, представляющую открытое или закрытое состояние отсечного клапана. В варианте между дозатором и останавливающим отсечным клапаном можно установить второй байпасный клапан, который управляется сервоклапаном предотвращения заброса оборотов или электромагнитным клапаном, чтобы отвести нагнетаемое топливо в случае обнаружения заброса оборотов.

В WO 03/023208 описано устройство для регулирования расхода топлива, подаваемого на газотурбинный двигатель, имеющий дозатор, байпасный клапан, поддерживающий постоянный перепад давления между входом и выходом дозатора, и отсечной и поднимающий давление клапан, установленный после дозатора.

Управление проходным сечением дозатора с постоянным перепадом давления позволяет регулировать объемный расход.

Для повышения точности регулирования такого объемного расхода желательно учитывать изменение плотности топлива в зависимости от температуры. Для этого применяют известное решение, когда золотник дозатора смещают стержнем, выполненным из материала, коэффициент теплового расширения которого позволяет компенсировать изменения плотности топлива небольшим изменением проходного сечения, определенного как функция температуры для данного измеренного положения золотника. Из WO 99/35385 также известно, что изменение плотности топлива как функцию температуры учитывают, применяя биметаллические диски, которые поджимают калибрующие пружины байпасного клапана, связанного с дозатором.

Кроме того, в US 2008/0163931 описывается измерение массового расхода топлива с помощью устройства, позволяющего измерять проходное сечение устройства как функции падения давления на устройстве и по плотности топлива. Измерительное устройство установлено на выходе насоса и массовый расход регулируют, управляя клапаном с переменным сужением с помощью контура сервоуправления, который принимает информацию, представляющую требуемый массовый расход и измеренный массовый расход. Также имеется останавливающий отсечной клапан.

ЦЕЛЬ И КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является повышение точности, с которой регулируется расход топлива, и упрощение архитектуры узла регулирования и отсечки.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения эта цель достигается способом, который содержит этапы, на которых:

подают топливо под высоким давлением насосом высокого давления, принимающим топливо от топливного контура низкого давления;

используют регулятор расхода, соединенный с выходом насоса высокого давления для подачи топлива под высоким давлением с регулируемым расходом через клапан с позиционным управлением и повышающий давление отсечной клапан с переменным сужением;

при котором:

на вычислительном блоке на основе информации, представляющей перепад давления между входом и выходом отсечного клапана и его проходное сечение, рассчитывают величину, представляющую реальный массовый расход топлива, подаваемого в камеру сгорания; и

с помощью вычислительного блока регулируют положение клапана с позиционным управлением как функцию разницы между рассчитанной величиной, представляющей реальный массовый расход и величиной, представляющей требуемый массовый расход.

Повышение точности регулирования обеспечивается измерением реального массового расхода топлива, что позволяет осуществлять сервоуправление этим расходом, задавая требуемую величину.

Кроме того, для измерения реального массового расхода используют останавливающий и повышающий давление отсечной клапан. Таким образом, функции регулирования расхода топлива, и остановки, и отсечки повышения давления выполняются клапаном с изменяемым положением, связанным с отсечным клапаном с изменяемым сужением, и поэтому архитектура упрощается по сравнению с устройством по прототипу, например, показанным на фиг.1, поскольку здесь отсутствует известный дозатор. Тот же отсечной клапан может также использоваться для выполнения функции защиты от заброса оборотов, получая команду на закрытие в случае обнаружения заброса оборотов турбомашины.

Согласно одному из признаков способа величина, представляющая реальный массовый расход W_f, рассчитывается по формуле:

где К - коэффициент величины, являющейся функцией, в частности, проточного сечения отсечного клапана, ρ - плотность топлива, проходящего через этот клапан, а ΔР - перепад давления между его входом и выходом.

Информация, представляющая проточное сечение отсечного клапана, может быть получена путем определения положения Х золотника отсечного клапана.

При реализации этого способа на вычислительный блок подают информацию, представляющую температуру Т топлива, проходящего через отсечной клапан, и величину К определяют как функцию положения Х и температуры Т.

Для передачи на вычислительный блок информации, представляющей плотность ρ топлива, проходящего через отсечной клапан, можно использовать ареометр, который, предпочтительно, также выдает информацию, представляющую температуру Т проходящего через него топлива.

Следует заметить, что для получения возможности точно рассчитывать реальный массовый расход, информация, представляющая температуру Т, и/или информация, представляющая плотность ρ топлива, проходящего через отсечной клапан, должна собираться рядом с отсечным клапаном, предпочтительно как можно ближе к нему, перед ним или после него в направлении потока.

В другом варианте положение Х золотника отсечного клапана определяют датчиком положения, соединенным со стержнем, прикрепленным к золотнику, при этом стержень выполнен из материала, у которого коэффициент теплового расширения таков, что влияние температуры на плотность топлива, проходящего через клапан, по существу компенсируется влиянием температуры на позиционирование золотника, определяющего проточное сечение этого клапана.

Преимущественно, нулевую позиция для отсечного клапана определяют с помощью вычислительного блока как функцию разницы между величинами, представляющими реальный массовый расход топлива и требуемый массовый расход топлива, а информацию, представляющую реальное положение этого клапана, подают на вычислительный блок для сервоуправления этим реальным положением так, чтобы клапан занял определенное нулевое положение.

Согласно другому признаку отсечка подачи топлива выполняется за счет того, что клапан с позиционным управлением переводят в положение, в котором по существу все топливо, принятое от насоса высокого давления, возвращается в топливный контур низкого давления. Таким образом, в дополнение к функциям регулирования массового расхода, повышения давления и отсечки при забросе оборотов можно легко реализовать функцию отсечки и останова, которая выполняется в случае нормального останова или в случае выброса пламени из камеры сгорания.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения также предлагается устройство для регулирования расхода, выполненное с возможностью реализации вышеописанного способа.

Эта цель достигается с помощью устройства, содержащего:

насос высокого давления, выполненный с возможностью принимать на входе топливо из топливного контура низкого давления и подавать на выход топливо под высоким давлением;

регулятор расхода, соединенный с выходом насоса высокого давления и содержащий байпасный клапан с позиционным управлением;

останавливающий и поднимающий давление отсечной клапан с переменным сужением, выполненный с возможностью пропускать поток топлива под высоким давлением для подачи его в камеру сгорания;

в котором:

отсечной клапан соединен с датчиками, выполненными с возможностью выдавать информацию, представляющую перепад давления между его входом и выходом, и информацию, представляющую положение его подвижного золотника, который определяет его проходное сечение; и

вычислительный блок, соединенный с датчиками, выполнен с возможностью расчета величины, представляющей реальный массовый расход топлива, проходящий через отсечной клапан, в частности, на основе информации, представляющей перепад давления между его входом и выходом и положение его подвижного золотника, и управления положением клапана с позиционным управлением как функцией разницы между реальным массовым расходом топлива и заданным массовым расходом топлива для устранения этой разницы.

Отсечной клапан также может являться отсечным клапаном защиты от заброса оборотов.

Вариант этого устройства содержит датчик, выполненный с возможностью выдавать на вычислительный блок информацию, представляющую температуру топлива, проходящего через отсечной клапан.

Устройство может содержать ареометр, выполненный с возможностью выдавать на вычислительный блок информацию, представляющую плотность топлива, проходящего через отсечной клапан, и информацию, представляющую температуру топлива, проходящего через этот клапан.

В другом варианте устройства золотник отсечного клапана оснащен стержнем, взаимодействующим с датчиком положения и выполненным из материала, имеющего коэффициент теплового расширения, который способен по существу компенсировать влияние температуры на плотность топлива, проходящего через отсечной клапан.

Согласно одному признаку устройства датчик положения соединен с клапаном с позиционным управлением для передачи на вычислительный блок информации, представляющей реальное положение этого клапана, а вычислительный блок выполнен с возможностью сервоуправления реальным положением этого клапана так, чтобы переводить его в нулевое положение, которое рассчитано как функция разницы между реальным и заданным массовым расходом.

Преимущественно, клапан с позиционным управлением снабжен пружиной, которая определяет минимальный порог повышения давления топлива, который ниже давления, необходимого для открывания останавливающего и повышающего давление отсечного клапана.

Положение клапана с позиционным управлением можно регулировать электрогидравлическим сервоклапаном или электродвигателем. Если управление осуществляется электродвигателем, нет необходимости использовать топливо в качестве гидравлической жидкости для управления положением сервоклапана. Контур гидравлической жидкости, который обычно содержит фильтр и нагреватель, поэтому можно исключить, если другие подвижные узлы или узлы с изменяемой геометрией в турбомашине можно приводить в действие без гидравлической жидкости, например электричеством.

Преимущественный вариант устройства дополнительно содержит носитель данных, на котором хранится информация, представляющая характерные функции компонентов устройства и которую может считывать вычислительный блок.

Вычислительный блок может быть встроен в блок электрического управления турбомашины. Таким образом, можно учитывать производственные допуски на компоненты того или иного устройства, не модифицируя вычислительное средство.

Как вариант, вычислительный блок является локальным вычислительным блоком, в котором хранится информация, представляющая конкретные характерные функции компонентов устройства и вычислительный блок выполнен с возможностью выполнять вычисления локально для измерения и регулирования массового расхода топлива.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие признаки и преимущества способа и устройства по настоящему изобретению будут понятны из нижеследующего подробного не ограничивающего описания со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг.1 - описанный выше схематический вид известного устройства подачи и отсечки топлива для турбомашины;

Фиг.2 - схема варианта устройства по настоящему изобретению;

Фиг.3 - кривые, представляющие примеры изменения коэффициента K, используемого для расчета массового расхода как функции положения X элемента клапана и температуры T топлива;

Фиг.4, 5 и 6 - схематические виды других вариантов изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее следует описание варианта настоящего изобретения со ссылками на фиг.2 в применении к турбомашине самолета.

Топливо низкого давления подается по топливному контуру 10 низкого давления на вход насоса 12 высокого давления. Топливо в контур 10 подается из бака самолета насосом низкого давления (не показан). В приведенном примере насос 12 высокого давления является шестеренным объемным насосом, которые приводится вспомогательной коробкой передач, соединенной с валом турбины турбомашины известным способом. Насос 12 подает топливо под высоким давлением с расходом, который является функцией частоты вращения турбомашины.

В топливном контуре 14 высокого давления между выходом насоса 12 и камерой 16 сгорания с ее форсунками установлен клапан 20 с регулируемым изменяемым положением и клапан 40 с изменяемым сужением.

Клапан 20 в этом примере является байпасным клапаном, имеющим золотник или пробку 22, положение которого определяет долю топлива, принятого от насоса, которое будет подано на клапан 40, и оставшуюся избыточную долю, которая возвращается в топливный контур 10 низкого давления по трубке 24.

Положение золотника 22 регулируется электрогидравлическим сервоклапаном 30, управляющие выходы которого соединены с камерами клапана 20 с обеих сторон от золотника и который имеет порт высокого давления для приема, в который подается топливо под высоким давлением, и порт низкого давления, соединенный с топливным контуром 10 низкого давления. Топливо используется как гидравлическая жидкость для сервоуправления и топливо под высоким давлением подается в сервоклапан 30 через фильтр 32 и нагреватель 34, который работает за счет теплообмена со смазочным маслом турбомашины. Вычислительный блок 60 электрически управляет сервоклапаном 30, выдавая сигнал возбуждения на управляющую обмотку 36 сервоклапана. В клапан 20 встроена пружина, которая определяет минимальный порог повышения давления топлива при старте, которое позволяет, в частности, сервоклапану 30 управлять клапаном 20.

Преимущественно датчик 26 положения выдает на вычислительный блок информацию Y, представляющую положение клапана 20. Например, датчик 26 может быть индуктивным датчиком линейно-регулируемого дифференциального трансформатора, который работает в комбинации со стержнем 28, закрепленным на золотнике 22 известным способом.

Клапан 40 с изменяемым сужением создает проточное сечение для топлива, которое является функцией положения Х золотника 42, образующего поршень. Золотник 42 поджимается пружиной 44 к закрытому положению клапана 40, и, таким образом, степень открытия является функцией давления топлива на входе клапана 40. Проходное сечение клапана 40 предпочтительно определяется так, чтобы минимизировать диапазон перепадов давления между входом и выходом.

Датчик 46 положения, например датчик линейно-регулируемого дифференциального трансформатора, работает в комбинации со стержнем 48, прикрепленным к золотнику 42 для передачи на вычислительный блок 60 информации, представляющей положение Х золотника 42.

Другой датчик 50 соединен с входом и выходом клапана 40 для выдачи на вычислительный блок 60 информации, представляющей перепад давления ΔР между входом и выходом клапана 40.

Кроме того, в топливном контуре высокого давления установлен ареометр 52, для выдачи на вычислительный блок 60 информации о плотности ρ топлива, проходящего через клапан 40. Ареометр 52 расположен близко к клапану 40, например, непосредственно перед его выходом. Преимущественно, ареометр содержит датчик температуры для передачи на вычислительный блок 40 информации, представляющей температуру Т топлива, проходящего через клапан 40. Можно также использовать температурный датчик, выполненный отдельно от ареометра.

Например, ареометр 52 оснащен датчиком, который посылает сигнал, представляющий диэлектрическую проницаемость Е топлива, измеряя емкость между множеством концентрических трубок, помещенных в сердцевину потока топлива. Сигнал, представляющий диэлектрическую проницаемость Е содержит информацию, представляющую плотность ρ. Когда температура Т и диэлектрическая проницаемость Е известны, вычислительный блок 60 может определить тип топлива по таблицам, заранее введенным в запоминающее устройство, в который величины диэлектрической проницаемости представлены как функция температуры для разных типов топлива. После того как будет определен тип топлива, можно рассчитать его плотность ρ по кривым, заранее введенным в запоминающее устройство, и представляющим плотность ρ как функцию температуры для разных типов топлива. Можно использовать и другие известные устройства измерения плотности.

Преимущественно, клапан 40 является останавливающим и повышающим давление отсечным клапаном. Клапан 40 имеет камеру 40а, расположенную на той стороне золотника 42, которая подвергается действию пружины 44, и противоположной стороне, которая подвергается действию потока топлива, проникающего в клапан. Камера 40а имеет первый порт, соединенный с топливным контуром низкого давления через диафрагму 41, и второй порт, соединенный с топливным контуром высокого давления через электромагнитный клапан 54, который управляется электронным регулирующим блоком 62.

Когда электромагнитный клапан 54 открыт, высокое давление, поданное в камеру 40а, действует вместе с пружиной 44, чтобы закрыть клапан 40, преодолевая давление топлива на его входе.

Когда электромагнитный клапан закрыт (его нормальное положение) низкое давление в камере 40а позволяет клапану 40 открываться, преодолевая силу пружины 44. Пружина 44 калибрована для определения минимального порога повышения давления топлива, начиная с которого топливо можно подавать на форсунки камеры сгорания. Следует отметить, что в клапане 20 пружина 25 калибрована на такую величину повышения давления, которая достаточна, чтобы использовать топливо в качестве гидравлической жидкости системы сервоуправления, но которая ниже, чем пороговое значение для открытия клапана 40. Как это хорошо известно, повышение давления топлива используется для того, чтобы позволить использовать его как гидравлическую жидкость для привода различных движущихся узлов или узлов с изменяемой геометрией в турбомашине.

Массовый расход топлива, подаваемого в камеру сгорания, регулируется следующим способом.

Величина W_f реального массового расхода топлива, проходящего через клапан 40, рассчитывается вычислительным блоком 60 по следующей формуле, выведенной из уравнения Бернулли:

где К - коэффициент, являющийся функцией проходного сечения клапана.

На практике величина К может определяться как функция положения Х золотника 42 и как функция температуры Т, которые влияют на величину проходного сечения.

Кривые или таблицы, представляющие изменения К в зависимости от Х и Т, могут создаваться заранее в ходе лабораторных испытаний, с использованием массового расходомера и изменяя положение Х последовательными приращениями при известных величинах ρ и Т. Можно принимать в расчет любое влияние числа Рейнольдса на К. Это позволяет получить кривые, относящиеся к типу, показанному на фиг.3, которые показывают, как меняется К в зависимости от положения Х для разных температур Т0, Т1, Т2 для данного клапана, который в этом примере имеет проходное сечение, изменяющееся по существу экспоненциально, как функция положения Х. Поскольку эти кривые сохранены в запоминающем устройстве, величины К можно вывести по величинам Х и Т, что позволяет по измеренным величинам Х, Т, ρ и ΔР рассчитать реальный массовый расход W_f через клапан 40.

Реальная величина W_f массового расхода регулируется до требуемой величины в соответствии с рабочими условиями турбомашины путем воздействия на клапан 20.

Для этого вычислительный блок 60 может рассчитывать нулевое положение для клапана 20 как функцию разницы между рассчитанным реальным массовым расходом и требуемым массовым расходом. Соотношение между положением Y золотника 22 клапана 20 и долей топлива под высоким давлением, которое было принято и направлено на клапан 40, может быть задано заранее, например с помощью испытаний, и заранее введено в запоминающее устройство. Это соотношение также можно определять и принимать в расчет в реальном времени, поскольку оно является функцией рабочих условий, таких как частота вращения насоса, давления в камере сгорания и т.п. Сервоклапан 30 управляется электронным регулирующим блоком 62 для перевода сервоклапана 20 в нулевое положение. Наличие датчика 26 позволяет создать контур сервоуправления, который более конкретно действует для перевода измеренного реального положения Y в нулевое положение.

Зная относительную величину разницы между рассчитанным реальным массовым расходом и требуемым массовым расходом, можно использовать цепь формирователя для управления сервоклапаном 30 так, чтобы изменить положение клапана 20 последовательными приращениями, пока эта разница не будет по существу устранена.

Можно рассчитать ток нулевого положения для подачи на сервоклапан 30 как функцию разницы между рассчитанным реальным массовым расходом и требуемым массовым расходом, при этом соотношение между током, поданным на сервоклапан 30 и долей потока, которая реально подается на клапан 40, принимается во внимание в реальном времени, поскольку она является функцией рабочих условий, таких как, например, частота вращения насоса 12 или давления в камере сгорания.

В вышеописанном варианте для передачи на вычислительный блок 60 информации, представляющей плотность ρ и температуру Т топлива, проходящего через клапан 40, используется ареометр.

В другом варианте для передачи информации Т можно использовать отдельный датчик температуры при условии, что в запоминающее устройство заранее введена и доступна для вычислительного блока 60 информация для идентификации типа топлива, ссылающаяся на информацию об изменениях плотности каждого типа топлива в зависимости от температуры.

Для обеспечения резервирования вычислительный блок 60 можно дублировать, как и электронный регулирующий блок 62. Управляющие обмотки сервоклапана 30 и электромагнитного клапана 54, а также датчики, определяющие положения Х и Y, также могут дублироваться.

Преимущественно, сервоклапан 30 содержит управляющую обмотку 38, которая может возбуждаться по команде из кабины пилотов для остановки турбомашины нормальным способом (нормальное выключение) путем перевода клапана 20 в положение, в котором все или почти все топливо под высоким давлением, принятое от насоса 12, возвращается в топливный контур 10 низкого давления. Затем клапан 40 закрывается из-за падения давления на его входе, соединенном с клапаном 20.

Подачу топлива также можно отсечь электронным регулирующим блоком 62 при выбросе пламени из камеры сгорания (выключение по выбросу пламени), воздействуя на сервоклапан 30 для перевода клапана 20 в положение, при котором все или почти все топливо под высоким давлением, полученное от насоса 12, отводится в топливный контур низкого давления, после чего клапан 40 закрывается.

При обнаружении заброса оборотов в результате измерения частоты вращения вала турбины в турбомашине, регулирующий блок 62 управляет электромагнитным клапаном 54 так, чтобы закрыть клапан 40 и отключить подачу тока на сервоклапан 30.

Таким образом, просто с помощью компонентов 20, 30, 40, 50, вычислительного блока 60 и электронного регулирующего блока 61 все функции регулирования массового расхода, штатной остановки или остановки по забросу оборотов, а также повышение давления для привода узлов с изменяемой геометрией объединяются.

Согласно преимущественному признаку заранее определенные индивидуальные характерные функции компонентов устройства регулирования расхода топлива можно хранить на цифровом носителе данных, например на компоненте 64, выполняющем функции высокочастотной идентификации, который физически соединен с этим устройством.

Эти индивидуальные характерные функции содержат по меньшей мере отношение, дающее величину К как функцию от Х и, возможно, от Т, и могут также включать функции переноса датчиков, т.е. отношение между сигналами, выдаваемыми датчиками и значениями измеренных величин, таких как Х, ΔР, ρ, Т и Y, и при необходимости отношения между Х и проходным сечением клапана 40, и Y и долей потока, принятого клапаном 20, которая пропускается (или долей, которая возвращается).

Когда цифровой носитель данных является компонентом системы высокочастотной идентификации, вычислительный блок 60 выполнен с возможностью поддерживать с ним связь независимо от того, встроен ли он в электронный регулирующий блок 62 турбомашины или нет.

В варианте настоящего изобретения цифровую информацию можно хранить в запоминающем устройстве вычислительного блока 60. Тогда блок может быть конкретным вычислительным блоком, который не встроен в блок электронной регулировки турбомашины и локально соединен с соответствующим устройством регулирования расхода.

При таких обстоятельствах локальный вычислительный блок может рассчитывать реальный массовый расход W_f по данным об Х, ΔР и данных, полученных от ареометра, и может передавать данные о величине W_f на электронный регулирующий блок 62, возможно, вместе с данными о Т и данными о типе топлива, а регулирующий блок 62 затем генерирует нулевое положение золотника клапана 20. Узел, образованный ареометром, клапаном с изменяемым сужением, датчиком перепада ΔР давления и датчиками положения Х может вместе с локальным вычислительным блоком образовать массовый расходомер, который независим от регулирующего блока турбомашины. Нулевое положение для золотника клапана 20 также можно рассчитывать локальным вычислительным блоком 60.

Цифровая информация, представляющая характерные функции компонентов устройства регулирования расхода может заранее вводиться в запоминающее устройство при приемке оборудования, содержащего описываемые компоненты. Например, эта информация может быть получена в ходе испытаний компонентов перед их вводом в эксплуатацию. Это позволяет при вычислениях, выполняемых вычислительным блоком 60, игнорировать разброс показателей, возникающий при производстве этих компонентов в различных регулирующих устройствах, что дает повышение точности.

На фиг.4 показан вариант, отличающийся от варианта по фиг.2 тем, что в нем отсутствует ареометр.

Информация о типе топлива и информация о плотности данного типа топлива при данной температуре, например при средней температуре использования, может быть заранее сохранена и быть доступной для вычислительного блока 60.

Изменения плотности топлива, проходящего через клапан 40 как функция температуры, могут компенсироваться стержнем 48, выполненным из материала, имеющего коэффициент теплового расширения, который позволяет выполнять такую компенсацию, по меньшей мере, приблизительно. Плотность топлива падает с ростом его температуры, поэтому материал выбирают так, чтобы для измеренного положения Х проточное сечение немного увеличивалось в зависимости от температуры. Как было упомянуто выше, такой способ компенсации сам по себе известен. Материал стержня 48 может быть выбран из ряда, содержащего алюминий, нержавеющую сталь, инвар и пр.

Для данного положения Х выбирают величину коэффициента К, например, величину, заранее определенную для средней температуры эксплуатации наиболее распространенного топлива.

Помимо вышеописанных различий конструкция и работа регулирующего устройства аналогична варианту, показанному на фиг.2.

Вариант по фиг.4 является упрощенным по сравнению с вариантом, показанным на фиг.2, и расчет реального массового расхода несколько менее точен из-за приблизительного характера компенсации изменений плотности в зависимости от температуры и из-за отсутствия компенсации изменений коэффициента К в зависимости от температуры.

На фиг.5 приведена схема варианта, который отличается от варианта по фиг.2 тем, что байпасный клапан 20 приводится в действие электродвигателем 130, которым управляет вычислительный блок 60.

Электродвигатель 130 может быть линейным двигателем или ротационным двигателем. Он воздействует на положение золотника или пробки клапана, чтобы управлять долей топлива под высоким давлением, принятого от насоса 12, которая подается на клапан 40, и долей, которая возвращается в топливный контур 10 низкого давления. Положение Y клапана определяется датчиком 126, взаимодействующим со стержнем 128, прикрепленным к золотнику (не показан) клапана 120.

Применение электродвигателя вместо электрогидравлического сервоклапана позволяет отказаться от подачи гидравлической жидкости системы сервоуправления на сервоклапан. Проточные сечения портов камеры 40а клапана 40 и сервоклапана 44 достаточно велики, чтобы быть нечувствительными к обледенению, поэтому фильтр и нагреватель можно исключить, если другие компоненты с изменяемой геометрией турбомашины не приводятся в действие гидравлической жидкостью, например при использовании электрических приводов.

Помимо вышеописанных различий конструкция и работа регулирующего устройства аналогична варианту, показанному на фиг.2. В варианте по фиг.5 массовый расход также может измеряться без применения ареометра, как описано выше со ссылками на фиг.4.

В вышеприведенном описании предполагается, что топливо под высоким давлением подается насосом высокого давления объемного вытеснения.

Настоящее изобретение также может применяться с использованием насоса высокого давления центробежного типа, как показано на фиг.6.

На фиг.6 центробежный насос 112 подает топливо под высоким давлением на клапан 220 с позиционным управлением, который соединен последовательно между насосом 112 и клапаном 40. Клапан 220 отличается от клапана 20 по фиг.2 и клапана 120 по фиг.5 тем, что он не возвращает никаких излишков топлива в топливный контур 10 низкого давления. В зависимости от положения своего золотника 222 клапан 220 дросселирует подачу от насоса 112 в большей или меньшей степени, а насос 112 по своей конструкции подает топливо под давлением, которое является по существу постоянным независимо от расхода. На золотник 222 действует сила закрывающей пружины 225, и к нему прикреплен стержень 228, взаимодействующий с датчиком положения 226 для подачи на вычислительный блок информации о положении Y ползуна 222. Нормальный, штатный останов осуществляется путем подачи на клапан 220 команды на закрытие. В противном случае устройство подачи топлива может быть аналогичным показанному на фиг.2, или на фиг.4, или на фиг.5, положение клапана с позиционным управлением может регулироваться электрогидравлическим сервоклапаном или электродвигателем и реальный массовый расход топлива измеряют с применением ареометра или без него.

Изобретения относятся к способу и устройству подачи регулируемого потока топлива в камеру сгорания турбомашины. Топливо под высоким давлением подается с регулируемым расходом в камеру сгорания через клапан с позиционным управлением и останавливающий и повышающий давление отсечной клапан с переменным сужением. Величина, представляющая реальный массовый расход подаваемого топлива, рассчитывается вычислительным блоком на основе информации, представляющей перепад давления (ΔР) между входом и выходом отсечного клапана и проходного сечения отсечного клапана, например, представленное положением Х золотника отсечного клапана. Клапан с позиционным управлением имеет изменяющееся положение, которым вычислительный блок управляет как функцией разницы между рассчитанной величиной, представляющей реальный массовый расход и величиной, представляющей заданный массовый расход. Технический результат изобретений - повышение точности регулирования расхода топлива и упрощение архитектуры узла регулирования и отсечки. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ подачи топлива с регулируемым расходом в камеру сгорания турбомашины, содержащий этапы, при которых:
- подают топливо под высоким давлением насосом высокого давления, принимающим топливо из топливного контура низкого давления;
- используют узел регулирования расхода, соединенный с выходом насоса высокого давления для подачи топлива под высоким давлением с регулируемым расходом через клапан с позиционным регулированием и останавливающий и поднимающий давление отсечной клапан с изменяющимся сужением;
отличающийся тем, что
- с помощью вычислительного блока рассчитывают величину, представляющую реальный массовый расход топлива, подаваемого в камеру сгорания, на основе информации, представляющей перепад давления между входом и выходом отсечного клапана и его проходного сечения; и
- с помощью вычислительного блока управляют положением клапана с позиционным управлением как функцией разницы между рассчитанной величиной, представляющей реальный массовый расход и величиной, представляющей требуемый массовый расход.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину, представляющую реальный массовый расход W_f рассчитывают по формуле:

где K - коэффициент величины, который является функцией, в частности, от проходного сечения отсечного клапана, ρ - плотность топлива, проходящего через клапан, а ΔP - перепад давления между входом и выходом клапана.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что информацию, представляющую проточное сечение отсечного клапана, получают измеряя положение Х его золотника.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что информацию, представляющую температуру T топлива, проходящего через отсечной клапан, подают на вычислительный блок и величину K определяют как функцию положения X и температуры Т.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что плотность ρ топлива оценивают как функцию температуры T и типа используемого топлива.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что для подачи на вычислительный блок информации, представляющей плотность топлива, проходящего через отсечной клапан, используют ареометр.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют ареометр, который также выдает информацию, представляющую температуру T топлива, проходящего через отсечной клапан.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что положение X золотника отсечного клапана определяют с помощью датчика положения, соединенного со стержнем, прикрепленным к золотнику, при этом стержень выполнен из материала, выбранного с таким коэффициентом теплового расширения, чтобы влияние температуры на плотность топлива, проходящего через клапан, было бы по существу компенсировано влиянием температуры на положение золотника, определяющего проходное сечение клапана.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что нулевое положение для отсечного клапана определяют с помощью вычислительного блока как функцию разницы между величинами, представляющими реальный массовый расход топлива и требуемый массовый расход топлива, а информацию, представляющую реальное положение клапана, подают в вычислительный блок для сервоуправления этим реальным положением так, чтобы оно перешло в определенное нулевое положение.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что отсечку подачи топлива выполняют, переводя клапан с позиционным управлением в положение, в котором по существу все топливо, принятое от насоса высокого давления, возвращается в топливный контур низкого давления.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что клапан с позиционным управлением оснащают пружиной, работающей при пуске для определения порога повышения давления, позволяющего использовать топливо как гидравлическую жидкость системы сервоуправления, при этом порог повышения давления задают ниже, чем давление открывания останавливающего и повышающего давление отсечного клапана.

12. Устройство для подачи в камеру сгорания топлива с регулируемым расходом, содержащее:
насос (12) высокого давления, выполненный с возможностью приема на входе топлива из топливного контура низкого давления и подачи топлива под высоким давлением на выход;
узел регулирования расхода, соединенный с выходом насоса высокого давления и содержащий байпасный клапан (20) с позиционным управлением; и
- останавливающий и повышающий давление отсечной клапан (40) с изменяющимся сужением, который выполнен с возможностью пропускать поток топлива под высоким давлением для подачи его в камеру сгорания;
отличающееся тем, что:
- отсечной клапан (40) соединен с датчиками (46, 50), выполненными с возможностью выдавать информацию, представляющую величину перепада давления между входом и выходом, и информацию, представляющую положение движущегося золотника клапана, которое определяет проходное сечение этого клапана; и
- вычислительный блок (60) соединен с упомянутыми датчиками и выполнен с возможностью рассчитывать величину, представляющую реальный массовый расход топлива, проходящего через отсечной клапан, в частности, на основе информации, представляющей перепад давления между входом и выходом клапана, и положение его подвижного золотника, и для управления положением клапана с позиционным управлением как функцией разницы между реальным массовым расходом и заданным массовым расходом для устранения этой разницы.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что содержит датчик, выполненный с возможностью выдавать на вычислительный блок информацию, представляющую температуру топлива, проходящего через отсечной клапан.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что содержит ареометр (52), выполненный с возможностью выдавать на вычислительный блок информацию, представляющую плотность топлива, проходящего через отсечной клапан.

15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что золотник отсечного клапана оснащен стержнем, взаимодействующим с датчиком положения и выполненным из материала, коэффициент теплового расширения которого позволяет по существу компенсировать влияние температуры на плотность топлива, проходящего через отсечной клапан.

16. Устройство по любому из пп.12-15, отличающееся тем, что датчик (26) положения соединен с клапаном (20) с позиционным управлением для выдачи на вычислительный блок информации, представляющей реальное положение этого клапана, и вычислительный блок выполнен с возможностью осуществления сервоуправления реальным положением этого клапана, переводя его в нулевое положение, которое рассчитано как функция разницы между реальным и требуемым массовым расходом.

17. Устройство по п.12, отличающееся тем, что клапан (120) с позиционным управлением управляется электродвигателем (130).

18. Устройство по п.12, отличающееся тем, что клапан (20) с позиционным управлением оснащен пружиной (25), определяющей минимальный порог повышения давления для топлива, который ниже, чем давление открытия отсечного клапана (40).

19. Устройство по п.12, отличающееся тем, что далее содержит носитель (64) данных, содержащий записанную на него информацию, представляющую конкретные характерные функции компонентов устройства и записанную с возможностью считывания ее вычислительным блоком (60).

20. Устройство по п.12, отличающееся тем, что вычислительный блок встроен в электронный регулирующий блок (62) турбомашины.

21. Устройство по п.12, отличающееся тем, что вычислительный блок является локальным вычислительным блоком, в котором хранится информация, представляющая конкретные характерные функции компонентов устройства.