ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ ПЕРЕПУСКА, ОТБОРА ВОЗДУХА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК F01D17/00 F01D25/00 

Изобретение относится к способу управления устройствами перепуска и отбора воздуха газотурбинного двигателя (далее ГТД).

Из уровня техники известна система для управления пневматическим клапаном газотурбинного двигателя (Заявка US2013115055, МПК: F01D17/00, F01D25/00, опубл. 09.05.2013), включающая электромагнитный клапан, средство для подачи текучей среды под давлением, клапан управления направлением для текучей среды, устройство перепуска, отбора воздуха, трубопроводы подвода и отвода текучей среды и трубопроводы подвода и отвода воздуха, которая определена как наиболее близкое техническое решение (прототип).

Недостатком известной системы является ее низкая эксплуатационная технологичность и повышенная пожароопасность в связи с применением для управления пневматическим клапаном текучей среды (жидкости).

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является невозможность управления пневматическим устройством отбора воздуха двигателя без использования пожароопасной электрогидравлической системы управления.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании эффективной, надежной, непожароопасной электропневматической системы управления устройствами перепуска, отбора воздуха в ГТД, в которой в качестве рабочего тела используется сжатый воздух, отбираемый от ступеней компрессора высокого давления (КВД), в сравнении с традиционной гидравлической системой управления, а также в повышении надежности работы электропневматической системы управления за счет применения в системе электропневматического командного блока, содержащего устройство продувки сжатым воздухом с возможностью автономной регулировки положения и/или фильтрующего устройства в месте отбора воздуха, и/или дренажных отверстий для продувки электромагнитных клапанов электропневматического командного блока.

Техническая проблема решается тем, что в электропневматической системе управления устройствами перепуска, отбора воздуха газотурбинного двигателя, включающей электромагнитный клапан, устройства перепуска, отбора воздуха, трубопроводы подвода и отвода сжатого воздуха от ступеней компрессора высокого давления, устройство подачи сжатого воздуха, согласно изобретению, дополнительно содержится один или более электропневматических командных блоков (ЭПКБ), с одним или более электромагнитным клапаном, с возможностью подачи сжатого воздуха в качестве рабочего тела на вход ЭПКБ из одного или нескольких мест отбора с выхода компрессора высокого давления (КВД) газотурбинного двигателя через соединенные с ЭПКБ трубопроводы подвода воздуха, объединенные в коллектора по количеству мест отбора воздуха, а также включающая электронный блок управления с одним или двумя каналами, с которых поступают электрические сигналы на каждый электромагнитный клапан ЭПКБ, при наличии электрического сигнала на ЭПКБ от любого из двух каналов электронного блока управления происходит соединение сжатого воздуха на входе в ЭПКБ с выходом ЭПКБ для подачи пневматической команды, при снятии электрического сигнала с ЭПКБ происходит соединение воздушной полости выхода ЭПКБ с окружающей средой для снятия пневматической команды, а выходы ЭПКБ соединены с трубопроводами, обеспечивающими проход сжатого воздуха от ЭПКБ к устройствам перепуска, отбора воздуха от ступеней КВД для открытия или закрытия перепуска, отбора, необходимого для текущего режима работы газотурбинного двигателя или его систем.

Кроме того, согласно изобретению, как минимум из одного выхода ЭПКБ сжатый воздух подается одновременно на два или более устройства перепуска, отбора воздуха газотурбинного двигателя.

Кроме того, согласно изобретению, как минимум один из ЭПКБ содержит два и более управляемых по раздельным независимым электрическим сигналам пневматических каналов, соответствующих количеству электромагнитных клапанов, подающих сжатый воздух на устройства перепуска, отбора воздуха газотурбинного двигателя независимо друг от друга.

Кроме того, согласно изобретению, как минимум один из электромагнитных клапанов ЭПКБ содержит дренажные отверстия.

Кроме того, согласно изобретению, как минимум один ЭПКБ содержит устройство продувки сжатым воздухом с возможностью автономной регулировки положения в зависимости от температуры сжатого воздуха, подаваемого на вход в ЭПКБ.

Кроме того, согласно изобретению, содержит в месте отбора на входе в коллектор трубопроводов подвода сжатого воздуха к ЭПКБ самоочищающееся фильтрующее устройство.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве самоочищающегося фильтрующего устройства применен воздушный фильтр циклонного типа.

Кроме того, согласно изобретению, подача управляющего электрического сигнала от электронного блока управления на электромагнитные клапаны ЭПКБ осуществляется в импульсном режиме.

Кроме того, согласно изобретению, содержит электромагнитные клапаны с двумя катушками индуктивности в одном корпусе одного электромагнитного клапана.

Кроме того, согласно изобретению, содержит два одноканальных электронных блока управления.

Кроме того, согласно изобретению, электрические сигналы на электромагнитный клапан ЭПКБ поступают от двух одноканальных электронных блоков управления.

Как и в прототипе, электропневматическая система управления устройствами перепуска, отбора воздуха (система) газотурбинного двигателя включает электромагнитный клапан, устройства перепуска, отбора воздуха, трубопроводы подвода и отвода воздуха.

В отличии от прототипа, в системе дополнительно содержится один или более электропневматических командных блоков (ЭПКБ), с одним или более электромагнитным клапаном, с возможностью подачи сжатого воздуха в качестве рабочего тела на вход ЭПКБ из одного или нескольких мест отбора с выхода компрессора высокого давления (КВД) газотурбинного двигателя через соединенные с ЭПКБ трубопроводы подвода воздуха, объединенные в коллектора по количеству мест отбора, а также включающая электронный блок управления с одним или двумя каналами, с которых поступают электрические сигналы на каждый электромагнитный клапан ЭПКБ, при наличии электрического сигнала на ЭПКБ от любого из двух каналов электронного блока управления происходит соединение сжатого воздуха на входе в ЭПКБ с выходом ЭПКБ для подачи пневматической команды, при снятии электрического сигнала с ЭПКБ происходит соединение воздушной полости выхода ЭПКБ с окружающей средой для снятия пневматической команды, а выходы ЭПКБ соединены с трубопроводами, обеспечивающими проход сжатого воздуха от ЭПКБ к устройствам перепуска, отбора воздуха от ступеней КВД, для открытия или закрытия перепуска, отбора, необходимого для текущего режима работы газотурбинного двигателя или его систем, что обеспечивает эффективное управление устройствами перепуска, отбора воздуха ГТД без использования пожароопасных жидкостей.

Электропневматический командный блок (ЭПКБ) может быть выполнен в виде различной конфигурации. В предлагаемом изобретении ЭПКБ представляет из себя устройство, в состав которого входит пневмоцилиндр (не показан), имеющий пневматическую связь с электромагнитным клапаном. В качестве ЭПКБ может быть применен, например, аналог командного блока типа КБ-14 разработки АО «ОМКБ» (РФ).

В прототипе электромагнитный клапан управляет давлением потока жидкости. В предлагаемом техническом решении электромагнитный клапан управляет давлением потока сжатого воздуха. Электромагнитный клапан представляет из себя устройство, внутри которого размещены электромагнит с сердечником и поршень (не показаны), регулирующий поток. В качестве электромагнитного клапана может быть применен, например, аналог электромагнита типа МКВТ разработки АО «КБ Электроприбор» (РФ).

Электронный блок управления представляет собой специализированный одно- или многопроцессорный электронный вычислительный комплекс, работающий в реальном масштабе времени, оснащенный устройствами сопряжения с датчиками, сигнализаторами и исполнительными механизмами, входящими в состав ГТД. В качестве электронного блока управления может быть применен, например, аналог электронного регулятора РЭД-14 разработки АО «ОДК-СТАР» (РФ).

Через объединенные в коллектора трубопроводы к ЭПКБ обеспечивается подвод воздуха, отбираемого из одного или нескольких мест отбора в ГТД.

Как минимум из одного выхода ЭПКБ сжатый воздух подается одновременно на два или более устройства перепуска, отбора воздуха газотурбинного двигателя, что обеспечивает единое управление одновременно несколькими устройствами перепуска, отбора воздуха ГТД от одного ЭПКБ.

Как минимум один из ЭПКБ содержит два и более управляемых по раздельным независимым электрическим сигналам пневматических каналов, соответствующих количеству электромагнитных клапанов, подающих сжатый воздух на устройства перепуска, отбора воздуха ГТД, что обеспечивает независимое (гибкое) управление различными устройства перепуска, отбора воздуха от одного ЭПКБ в зависимости от заданных условий работы ГТД. Пневмоцилиндр в ЭПКБ и электромагнитный клапан, пневматически связанные друг с другом, образуют один пневматический канал (не показан).

Как минимум один из электромагнитных клапанов ЭПКБ содержит дренажные отверстия, что обеспечивает постоянную продувку внутренних управляющих полостей ЭПКБ и подводящих коллекторов трубопроводов сжатым воздухом со входа ЭПКБ с целью удаления накопленной сконденсированной влаги и исключения ее замерзания. Количество дренажных отверстий от одного и более.

Как минимум один ЭПКБ содержит устройство продувки сжатым воздухом с возможностью автономной регулировки положения в зависимости от температуры сжатого воздуха, подаваемого на вход в ЭПКБ, что обеспечивает продувку внутренних управляющих полостей ЭПКБ и подводящих коллекторов трубопроводов сжатым воздухом со входа ЭПКБ с целью удаления накопленной сконденсированной влаги и исключения ее замерзания, а также прекращает продувку при достаточно высоких температурах с целью минимизации потерь сжатого воздуха.

Система содержит в месте отбора на входе в коллектор трубопроводов подвода сжатого воздуха к ЭПКБ самоочищающееся фильтрующее устройство, что обеспечивает удаление из магистрали подвода сжатого воздуха загрязняющих частиц и конденсата.

Система содержит в качестве самоочищающегося фильтрующего устройства воздушный фильтр циклонного типа, что обеспечивает сепарирование и удаление из магистрали подвода сжатого воздуха загрязняющих частиц и конденсата.

Подача управляющего электрического сигнала от электронного блока управления на электромагнитные клапаны ЭПКБ осуществляется в импульсном режиме, что позволяет снизить электропотребление при продолжительном режиме работы с выдаваемой электрической командой.

Применение двух одноканальных электронных блоков управления обеспечивает распределенную структуру управления и повышает отказоустойчивость системы. Электрические сигналы на электромагнитный клапан ЭПКБ поступают от двух одноканальных электронных блоков управления, что повышает надежность работы системы.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены схемы электропневматической системы управления клапанами перепуска и отбора воздуха газотурбинного двигателя с указанием следующих позиций:

1 - электропневматический командный блок (ЭПКБ) различной конфигурации;

2 - электромагнитный клапан;

3 - газотурбинный двигатель;

4 - устройства перепуска, отбора воздуха в ГТД;

5 - электронный блок управления;

6 - дренажные отверстия;

7 - устройство продувки сжатым воздухом с возможностью автономной регулировки положения;

8 - самоочищающееся фильтрующее устройство;

9 - трубопроводы.

В частности, на фиг. 1 представлена схема с одним двухканальным электронным блоком управления, на фиг. 2 - схема с двумя одноканальными электронными блоками управления.

Система управления работает следующим образом. Для управления устройствами перепуска и отбора воздуха ГТД (4) двигателя используется сжатый воздух, отбираемый от ступеней компрессора высокого давления ГТД (3) и подаваемый через трубопроводы (9) на вход в электропневматические командные блоки (1), которые, в зависимости от электрической команды на электромагнитный клапан (2) в ЭПКБ (1) от электронного блока управления (5), выдают или снимают пневматическую команду для открытия или закрытия клапана перепуска, отбора воздуха в ГТД (4). С целью повышения надежности работы электропневматических командных блоков (1) в системе может быть предусмотрено фильтрующее устройство (8) в месте отбора сжатого воздуха, которое удаляет из магистрали подвода сжатого воздуха загрязняющие частицы и конденсат, и/или устройство продувки сжатым воздухом с возможностью автономной регулировки положения (7) в зависимости от температуры сжатого воздуха с целью минимизации потерь сжатого воздуха, и/или дренажные отверстия (6) в электромагнитных клапанах (2) ЭПКБ (1), обеспечивающие постоянную продувку внутренних управляющих полостей ЭПКБ (1) и подводящих коллекторов трубопроводов (9) сжатым воздухом со входа ЭПКБ (1) с целью удаления накопленной сконденсированной влаги и исключения ее замерзания.

Электропневматическая система управления устройствами перепуска, отбора воздуха газотурбинного двигателя успешно прошла испытания в составе опытных двигателей и в настоящее время внедряется в систему автоматического управления перспективных авиационных двигателей.

Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками, позволяет создать эффективную, надежную и непожароопасную систему управления устройствами перепуска, отбора воздуха в ГТД, а также повысить надежность работы электропневматической системы за счет применения конструктивных мероприятий, направленных на очистку подаваемого сжатого воздуха и продувку воздушных полостей и магистралей.

Изобретение относится к способу управления устройствами перепуска и отбора воздуха газотурбинного двигателя (ГТД). Электропневматическая система (ЭП) управления устройствами перепуска, отбора воздуха ГТД включает один или более ЭПКБ с одним или более электромагнитным клапаном, с возможностью подачи сжатого воздуха в качестве рабочего тела на вход ЭПКБ из одного или нескольких мест отбора с выхода KB Д ГТД через соединенные с ЭПКБ трубопроводы подвода воздуха, объединенные в коллекторы по количеству мест отбора воздуха, а также включает электронный блок управления с одним или двумя каналами, с которых поступают электрические сигналы на каждый электромагнитный клапан ЭПКБ, при наличии электрического сигнала на ЭПКБ от любого из двух каналов электронного блока происходит соединение сжатого воздуха на входе в ЭПКБ с выходом ЭПКБ для подачи пневматической команды, при снятии электрического сигнала с ЭПКБ происходит соединение воздушной полости выхода ЭПКБ с окружающей средой для снятия пневматической команды, а выходы ЭПКБ соединены с трубопроводами, обеспечивающими проход сжатого воздуха от ЭПКБ к устройствам перепуска, отбора воздуха от ступеней КВД, для открытия или закрытия перепуска, отбора, необходимого для текущего режима работы газотурбинного двигателя или его систем. Кроме того, как минимум из одного выхода ЭПКБ сжатый воздух подается одновременно на два или более устройства перепуска, отбора воздуха ГТД. Как минимум один из ЭПКБ содержит два и более управляемых по раздельным независимым электрическим сигналам пневматических каналов, соответствующих количеству электромагнитных клапанов, подающих сжатый воздух на устройства перепуска, отбора воздуха ГТД независимо друг от друга. Кроме того, как минимум один из электромагнитных клапанов ЭПКБ содержит дренажные отверстия. Как минимум один ЭПКБ содержит устройство продувки сжатым воздухом с возможностью автономной регулировки положения в зависимости от температуры сжатого воздуха, подаваемого на вход в ЭПКБ. Кроме того, в месте отбора на входе в коллектор трубопроводов подвода сжатого воздуха к ЭПКБ содержится самоочищающееся фильтрующее устройство в виде воздушного фильтра циклонного типа. Подача управляющего электрического сигнала от электронного блока управления на электромагнитные клапаны ЭПКБ осуществляется в импульсном режиме. Кроме того, система содержит электромагнитные клапаны с двумя катушками индуктивности в одном корпусе одного электромагнитного клапана. Кроме того, в системе содержатся два одноканальных электронных блока управления, а электрические сигналы на электромагнитный клапан ЭПКБ поступают от двух одноканальных электронных блоков управления. Предлагаемое изобретение позволяет создать надежную непожароопасную систему управления устройствами перепуска, отбора воздуха в ГТД, а также повысить надежность работы ЭП системы. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электропневматическая система управления устройствами перепуска, отбора воздуха газотурбинного двигателя, включающая электромагнитный клапан, устройства перепуска, отбора воздуха, трубопроводы подвода и отвода сжатого воздуха от ступеней компрессора высокого давления, устройство подачи сжатого воздуха, отличающаяся тем, что дополнительно содержит один или более электропневматических командных блоков с одним или более электромагнитным клапаном, с возможностью подачи сжатого воздуха в качестве рабочего тела на вход электропневматического командного блока из одного или нескольких мест отбора с выхода компрессора высокого давления газотурбинного двигателя через соединенные с электропневматическим командным блоком трубопроводы подвода воздуха, объединенные в коллекторы по количеству мест отбора воздуха, а также включающая электронный блок управления с одним или двумя каналами, с которых поступают электрические сигналы на каждый электромагнитный клапан электропневматического командного блока, при наличии электрического сигнала на электропневматическом командном блоке от любого из двух каналов электронного блока управления происходит соединение сжатого воздуха на входе в электропневматический командный блок с выходом электропневматического командного блока для подачи пневматической команды, при снятии электрического сигнала с электропневматического командного блока происходит соединение воздушной полости выхода электропневматического командного блока с окружающей средой для снятия пневматической команды, а выходы электропневматического командного блока соединены с трубопроводами, обеспечивающими проход сжатого воздуха от электропневматического командного блока к устройствам перепуска, отбора воздуха от ступеней компрессора высокого давления для открытия или закрытия перепуска, отбора, необходимого для текущего режима работы газотурбинного двигателя или его систем.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что как минимум из одного выхода электропневматического командного блока сжатый воздух подается одновременно на два или более устройства перепуска, отбора воздуха газотурбинного двигателя.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что как минимум один из электропневматического командного блока содержит два и более управляемых по раздельным независимым электрическим сигналам пневматических каналов, соответствующих количеству электромагнитных клапанов, подающих сжатый воздух на устройства перепуска, отбора воздуха газотурбинного двигателя независимо друг от друга.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что как минимум один из электромагнитных клапанов электропневматического командного блока содержит дренажные отверстия.

5. Система по п. 3, отличающаяся тем, что как минимум один электропневматический командный блок содержит устройство продувки сжатым воздухом с возможностью автономной регулировки положения в зависимости от температуры сжатого воздуха, подаваемого на вход в электропневматический командный блок.

6. Система по п. 3, отличающаяся тем, что в месте отбора на входе в коллектор трубопроводов подвода сжатого воздуха к электропневматическому командному блоку содержится самоочищающееся фильтрующее устройство.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что в качестве самоочищающегося фильтрующего устройства применен воздушный фильтр циклонного типа.

8. Система по п. 3, отличающаяся тем, что подача управляющего электрического сигнала от электронного блока управления на электромагнитные клапаны электропневматического командного блока осуществляется в импульсном режиме.

9. Система по п. 3, отличающаяся тем, что содержит электромагнитные клапаны с двумя катушками индуктивности в одном корпусе одного электромагнитного клапана.

10. Система по п. 3, отличающаяся тем, что содержит два одноканальных электронных блока управления.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что электрические сигналы на электромагнитный клапан электропневматического командного блока поступают от двух одноканальных электронных блоков управления.