Способ управления подачей топлива в газотурбинный двигатель и система для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК F02C9/30 F02C9/26 F02C9/00 

Группа изобретений относится к области авиационного двигателестроения и может быть использована в электронно-гидромеханических системах автоматического управления (САУ) многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) и регулирования подачей топлива на всех режимах работы ГТД.

Известна система топливопитания газотурбинного двигателя, содержащая электронный регулятор (ЭР), вход которого соединен с датчиками параметров двигателя и режима полета, последовательно соединенные подкачивающий электронасос (ЭН НД), электронасос высокого давления (ЭН ВД), выполненный в виде плунжерного насоса с электроприводом и двухпозиционной наклонной шайбой, соединенной с электрогидромеханизмом (ЭГМ), вход которого соединен с выходом ЭР, агрегат (APT) распределения топлива по коллекторам форсунок КС, управляемые входы ЭН НД, ЭН ВД и APT подключены к выходу ЭР.

Указанная система реализует способ управления топливопитанием, при котором измеряют параметры работы двигателя и режима полета, в зависимости от заданного режима работы ГТД формируют и подают топливо в камеру сгорания и релейно управляют давлением за насосом, (см. патент РФ №2322599, F02C 9/26, 2008 г.) - наиболее близкий аналог для заявленной группы изобретений.

Известное устройство работает следующим образом.

ЭР по сигналам датчиков по известным зависимостям формирует управляющие воздействия на ЭН НД и ЭН ВД. На запуске ГТД ЭН НД включен, ЭН ВД включен, наклонная шайба находится в положении «регулируемый упор минимальной производительности». После выхода ГТД на режим «малого газа» по команде ЭР ЭГМ плавно, за 2…5 с перемещает наклонную шайбу на «регулируемый упор максимальной производительности».

В результате анализа известной системы необходимо отметить, что она, как и предлагаемая, использует в качестве основного топливного насоса насос с регулируемой производительностью, однако в процессе работы ГТД регулируемый элемент насоса устанавливается в положение максимальной производительности, что приводит к поддержанию максимального давления топлива в топливном тракте, повышенными отборам мощности от вала ГТД и подогревам топлива.

Техническим результатом настоящей группы изобретений является снижение подогрева топлива в топливном тракте и снижение отборов мощности от ротора ГТД путем поддержания минимального необходимого давления топлива за насосом с регулируемой производительностью.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе управления подачей топлива в газотурбинный двигатель, заключающемся в том, что измеряют параметры работы двигателя на различных режимах работы, в зависимости от заданного режима работы ГТД формируют и подают требуемый расход топлива в камеру сгорания и управляют давлением за насосом регулируемой производительности, новым является то, что заранее определяют величину, равную падению давления на агрегатах в топливном тракте между насосом и форсунками камеры сгорания, расходный коэффициент форсунок камеры сгорания, дополнительно измеряют давление топлива за насосом регулируемой производительности и давление воздуха в камере сгорания, а заданное давление за насосом регулируемой производительности формируют как сумму значения сигнала давления воздуха в камере сгорания, величины равной падению давления на агрегатах и значения сигнала, пропорционального квадрату требуемого расхода топлива в камеру сгорания, при этом коэффициент пропорциональности выбирают равным расходному коэффициенту форсунок камеры сгорания, и изменяют производительность насоса до тех пор, пока измеренное давление за насосом не станет равным заданному.

Также указанный технический результат обеспечивается тем, что в системе топливопитания газотурбинного двигателя, реализующей заявленный способ, содержащей электронный регулятор, вход которого соединен с блоком датчиков параметров работы двигателя, последовательно соединенные топливный насос регулируемой производительности и агрегат распределения топлива по коллекторам форсунок камеры сгорания, управляемый вход агрегата распределения топлива подключен к выходу электронного регулятора, новым является то, что блок датчиков дополнительно содержит датчики давления топлива за насосом регулируемой производительности и давления воздуха в камере сгорания, при этом система дополнительно содержит регулятор давления топлива за насосом регулируемой производительности, функциональный преобразователь и сумматор, управляемый вход насоса регулируемой производительности соединен с регулятором давления топлива за насосом регулируемой производительности, первый вход которого соединен с датчиком давления топлива за насосом регулируемой производительности, а второй вход с сумматором, к первому входу которого подключен датчик давления воздуха в камеру сгорания, а ко второму входу через функциональный преобразователь выход электронного регулятора.

Сущность заявленной группы изобретений поясняется графическими материалами, на которых представлена схема системы управления ГТД.

Система управления ГТД содержит электронный регулятор 1, первый вход которого соединен с первым выходом блока датчиков 2, контролирующим параметры работы ГТД (например, положение рычага управления двигателем (РУД), температуры воздуха на входе в двигатель, частоты вращения ротора турбокомпрессора и пр.).

Система также содержит топливный насос 3 регулируемой производительности, вход которого имеет возможность соединения с топливным баком (на рисунке не показан).

Выход насоса 3 связан с первым входом агрегата 4 распределения топлива по коллекторам форсунок камеры сгорания 5. На выходе насоса 3 установлен датчик измерения давления топлива в магистрали, датчик входит в блок датчиков 2 и отдельно на рисунке не показан. Ко второму входу APT подключен выход ЭР.

Система также содержит функциональный преобразователь 6, подключенный к выходу электронного регулятора 1. Выход ФП 6 подключен к первому входу сумматора 7, ко второму входу которого подключен второй выход блока датчиков 2, а именно датчик давления воздуха в КС.

Система также содержит регулятор 8 давления топлива за НРП, к первому входу которого подключен третий выход блока датчиков 2, а именно датчик давления топлива за НРП, а ко второму входу - выход сумматора 7. Выход регулятора 8 связан с управляющим входом насоса 3.

В качестве регулятора 1 может быть использован стандартный электронный цифровой регулятор.

В качестве регулятора 8 может быть использован стандартный ПИД-регулятор.

Датчики и сумматоры, используемые в системе, являются стандартными.

Система работает следующим образом.

На любом режиме работы ГТД электронный регулятор 1 по известным зависимостям (например, в зависимости от заданной положением РУД частоты вращения ротора ТК и фактической частоты вращения ротора) формирует заданный расход топлива в ГТД.

Сигнал заданного расхода поступает на вход АТР 4, который дозирует топливо в КС 5. Одновременно сигнал заданного расхода поступает на вход функционального преобразователь 6. Выходом функционального преобразователя является сигнал, равный потере давления на форсунках КС 5 и в агрегатах топливной системы, установленных между насосом 3 и форсунками КС 5 (фактически на АТР и подсоединенных трубопроводах).

Функциональный преобразователь 6 может реализовывать следующую функциональную зависимость:

Y=K⋅(Х)²+ΔР,

где: X и Y - входной и выходной сигналы преобразователя соответственно,

K - расходный коэффициент форсунок коллектора ОКС,

ΔР - величина потерь давления в агрегатах топливной системы.

Выходной сигнал функционального преобразователя 6 суммируется с сигналом датчика давления воздуха в КС на сумматоре 7. Таким образом, выходной сигнал сумматора 7 равен заданному давлению топлива за насосом.

Регулятор 8 в зависимости от рассогласования заданного и фактического давления за насосом формирует сигнал управления на управляющий вход НРП.

Применение заявленных способа и системы позволяет согласовать работу топливного насоса и камеры сгорания ГТД и поддерживать давление за насосом на минимальном необходимом уровне, что снижает подогрев топлива, повышает ресурс насоса, а также снижает отборы мощности от ротора ГТД, что положительно сказывается на времени приемистости двигателя.

Группа изобретений относится к области авиационного двигателестроения и может быть использована в электронно-гидромеханических системах автоматического управления (САУ) многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) и регулирования подачей топлива на всех режимах работы ГТД. Техническим результатом настоящей группы изобретений является снижение подогрева топлива в топливном тракте и снижение отборов мощности от ротора ГТД путем поддержания минимального необходимого давления топлива за насосом с регулируемой производительностью. Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе управления подачей топлива в газотурбинный двигатель, заключающемся в том, что измеряют параметры работы двигателя на различных режимах работы, в зависимости от заданного режима работы ГТД формируют и подают требуемый расход топлива в камеру сгорания и управляют давлением за насосом регулируемой производительности, новым является то, что заранее определяют величину, равную падению давления на агрегатах в топливном тракте между насосом и форсунками камеры сгорания, расходный коэффициент форсунок камеры сгорания, дополнительно измеряют давление топлива за насосом регулируемой производительности и давление воздуха в камере сгорания, а заданное давление за насосом регулируемой производительности формируют как сумму значения сигнала давления воздуха в камере сгорания, величины, равной падению давления на агрегатах, и значения сигнала, пропорционального квадрату требуемого расхода топлива в камеру сгорания, при этом коэффициент пропорциональности выбирают равным расходному коэффициенту форсунок камеры сгорания, и изменяют производительность насоса до тех пор, пока измеренное давление за насосом не станет равным заданному. Также представлена система топливопитания газотурбинного двигателя, реализующая заявленный способ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления подачей топлива в газотурбинный двигатель, заключающийся в том, что измеряют параметры работы двигателя на различных режимах работы, в зависимости от заданного режима работы ГТД формируют и подают требуемый расход топлива в камеру сгорания и управляют давлением за насосом регулируемой производительности, отличающийся тем, что заранее определяют величину, равную падению давления на агрегатах в топливном тракте между насосом и форсунками камеры сгорания, расходный коэффициент форсунок камеры сгорания, дополнительно измеряют давление топлива за насосом регулируемой производительности и давление воздуха в камере сгорания, а заданное давление за насосом регулируемой производительности формируют как сумму значения сигнала давления воздуха в камере сгорания, величины, равной падению давления на агрегатах, и значения сигнала, пропорционального квадрату требуемого расхода топлива в камеру сгорания, при этом коэффициент пропорциональности выбирают равным расходному коэффициенту форсунок камеры сгорания, и изменяют производительность насоса до тех пор, пока измеренное давление за насосом не станет равным заданному.

2. Система топливопитания газотурбинного двигателя, содержащая электронный регулятор, вход которого соединен с блоком датчиков параметров работы двигателя, последовательно соединенные топливный насос регулируемой производительности и агрегат распределения топлива по коллекторам форсунок камеры сгорания, управляемый вход агрегата распределения топлива подключен к выходу электронного регулятора, отличающаяся тем, что блок датчиков дополнительно содержит датчики давления топлива за насосом регулируемой производительности и давления воздуха в камере сгорания, при этом система дополнительно содержит регулятор давления топлива за насосом регулируемой производительности, функциональный преобразователь и сумматор, управляемый вход насоса регулируемой производительности соединен с регулятором давления топлива за насосом регулируемой производительности, первый вход которого соединен с датчиком давления топлива за насосом регулируемой производительности, а второй вход с сумматором, к первому входу которого подключен датчик давления воздуха в камеру сгорания, а ко второму входу через функциональный преобразователь выход электронного регулятора.