СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРУЮЩЕЙ ИГЛОЙ РЕГУЛЯТОРА РАСХОДА ТОПЛИВА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Советский патент 1995 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к автоматическому регулированию газотурбинного двигателя (ГТД), а более конкретно к способу управления дозирующей иглой системы, оборудованной статической приставкой.

Известен способ управления дозирующей иглой регулятора расхода топлива ГТД путем формирования заданного давления пропорционально отклонению регулируемого параметра от заданной величины, сигнала рассогласования заданного давления и давления в управляемой полости дозирующей иглы и изменения расхода топлива в управляемую полость дозирующей иглы пропорционально сигналу рассогласования с коррекцией по положению дозирующей иглы.

По данному способу регулирования от положения маятника центробежного датчика зависит величина давления в управляющем канале последнего. Это давление поступает в одну из полостей поршня статической приставки и к штоку дозирующей иглы, управляемая полость которого непосредственно связана с другой полостью поршня статической приставки.

Увеличение частоты вращения двигателя вызывает отклонение маятника на открытие щели и падение давления в управляющем канале. В первый момент поршень статической приставки и сервопоршень дозирующей иглы движутся вместе, обеспечивая уменьшение расхода топлива. Поршень затем садится на упор, а скорость движения дозирующей иглы уменьшается и определяется величиной гидравлического сопротивления дроссельных пакетов статической приставки. Уменьшение расхода топлива в двигателе приводит к уменьшению частоты вращения последнего и центробежного датчика, в результате чего маятник возвращается в исходное положение и система приходит в равновесие при другом положении дозирующей иглы.

При малых расходах топлива шток дозирующей иглы прикрывает канал, связанный с управляющим каналом центробежного датчика, что приводит к малой скорости перемещения дозирующей иглы. При больших расходах топлива этот канал вскрывается, шунтируя дроссельный пакет, что приводит к увеличению скорости перемещения дозирующей иглы.

Недостатком данного способа является невозможность обеспечения высокой стабильности поддержания регулируемого параметра на равновесных режимах, вследствие неполной компенсации утечек топлива из управляемой полости сервопоршня дозирующей иглы при увеличении утечек от подогрева топлива и других факторов.

Известен также способ управления дозирующей иглой регулятор расхода топлива газотурбинного двигателя, оборудованного клапаном постоянного перепада и регулятором переменного давления рабочей жидкости, путем непосредственной подачи топлива к сервомеханизму регулятора переменного давления от насоса высокого давления.

Как известно, газотурбинный двигатель является переменным по режиму работы объектом регулирования. Изменение параметров двигателя по режимам и условиям эксплуатации приводит к изменению настройки регулируемого параметра, т.е. качество регулирования при этом снижается.

В данном способе регулирования из-за непостоянства давления за насосом высокого давления, которое питает управляющую полость дозирующей иглы, настройка центробежного датчика гидромеханического регулятора или электронного регулятора может изменяться. В этом заключается недостаток данного способа регулирования.

Более близким способом к данному изобретению является способ управления дозирующей иглой регулятора расхода топлива ГТД путем формирования заданного давления пропорционально отклонению регулируемого параметра от заданной величины, сигнала рассогласования заданного давления и давления в управляемой полости дозирующей иглы и изменения расхода топлива в управляемую полость дозирующей иглы, пропорционально сигналу рассогласования.

Согласно данному способу регулирования от положения маятника датчика частоты вращения зависит величина управляющего давления, поступающего в одну из полостей поршня статической приставки. Другая же полость поршня непосредственно соединена с управляемой полостью дозирующей иглы, от положения которой зависит подача топлива в камеру сгорания двигателя.

При резком переводе рычага управления двигателем в сторону увеличения частоты вращения двигателя маятник датчика частоты вращения под действием пружины прикрывается, что вызывает повышение управляющего давления топлива в одной из полостей поршня статической приставки.

Под действием повышенного давления поршень смещается до упора и сервопоршень дозирующей иглы начинает перемещаться со скоростью, определяемой пропускной способностью дроссельных пакетов статической приставки.

Перемещение сервопоршня с указанной скоростью будет происходить до тех пор, пока кулачок обратной связи не переместит золотник автомата приемистости в такое положение, при котором его проточка сообщит управляемую полость дозирующей иглы со сливом. С этого момента сервопоршень дозирующей иглы будет управлять таким образом, чтобы подача топлива протекала по закону G_т P₂^. f( ω_ДВ T_l^*), где Р₂ давление воздуха за компрессором; ω_ДВ частота вращения двигателя; Т_l^* температура воздуха на входе в компрессор.

Недостатком данного способа управления является то, что на равновесных режимах из-за возможных утечек топлива из управляемой полости сервопоршня дозирующей иглы, вследствие изменения по режимам работы двигателя температуры топлива, избытков топлива, выдаваемых автоматом приемистости над фактическим расходом, снижается стабильность поддержания регулируемого параметра. Это связано с тем, что при увеличении утечек из управляемой полости сервопоршня дозирующей иглы для поддержания сервопоршня в равновесном положении (Р_сп const) требуется большое давление в управляющем канале регулятора частоты вращения, в результате чего происходит изменение статической настройки этого регулятора.

Целью изобретения является повышение точности поддержания регулируемого параметра.

Указанная цель достигается тем, что в способе управления дозирующей иглой регулятора расхода топлива в ГТД путем формирования заданного давления пропорционально отклонению регулируемого параметра от заданной величины, сигнала рассогласования заданного давления и давления в управляемой полости дозирующей иглы и изменения расхода топлива в управляемую полость дозирующей иглы пропорционально сигналу рассогласования, дополнительно пропорционально перепаду между заданным давлением и давлением в управляемой полости формируют дополнительный расход топлива в управляемую полость дозирующей иглы из полости с заданным давлением.

На чертеже представлена структурная схема, реализующая данный способ управления дозирующей иглой.

Данная схема работы включает в себя ограничитель регулятора, например датчик 1 частоты вращения двигателя, настроенный на определенную частоту вращения, канал 2 подвода сигнала угла поворота рычага управления, канал 3 подвода сигнала частоты вращения двигателя, канал 4 управления, связывающий датчик 1 с первым узлом 5 сравнения, выполненным в виде подпружиненного поршня статической приставки, дроссельный пакет 6, дроссельный пакет 7 набора, подключаемый к управляемой полости 8 дозирующей иглы 9 во время разгона двигателя, второй узел 10 сравнения, к которому через канал 11 подведено давление топлива от канала 4 управления и через канал 12 давление топлива из управляемой полости 8 дозирующей иглы 9, формирователь 13 расхода, через который поступает топливо в полость 8, которая в свою очередь соединена с некоторыми узлами агрегата, например с автоматом 14 приемистости, канал 15 постоянного давления, через который подводится топливо для питания узлов агрегата.

Способ управления дозирующей иглы осуществляется следующим образом. На датчике 1 частоты вращения сравниваются два сигнала: сигнал угла поворота рычага управления, поступающий по каналу 2, и сигнал частоты вращения двигателя, поступающий через канал 3. При равновесии этих сигналов в канале 4 поддерживается определенное давление, которое действует на одну сторону первого узла 5 сравнения. На другую сторону этого узла действует давление, поддерживаемое в управляемой полости 8 дозирующей иглы 9. В случае поддержания постоянного давления в камере 4 и полости 8 поршень первого узла 5 сравнения находится в равновесном положении. В равновесном положении также находится второй узел 10 сравнения.

При резком переводе рычага управления двигателем в сторону увеличения частоты вращения величина сигнала, поступающего по каналу 2, превышает величину сигнала, поступающего по каналу 3. В канале 4 резко повышается давление, поршень первого узла 5 сравнения резко садится на упор и топливо в управляемую полость 8 дозирующей иглы 9 (наряду с дроссельным пакетом 6) начинает поступать через дроссельный пакет 7, а также вследствие срабатывания второго узла сравнения 10 через формирователь 13 расхода. Сервопоршень дозирующей иглы 9 начинает перемещаться со скоростью, определяемой пропускной способностью дроссельных пакетов и расходом формирователя 13.

Перемещение сервопоршня будет происходить до тех пор, пока кулачок обратной связи (на чертеже не показан) переместит золотник автомата 14 приемистости в такое положение, при котором его проточка сообщает управляемую полость 8 со сливом. С этого момента сервопоршень дозирующей иглы 9 будет управляться таким образом, чтобы подача топлива в двигатель протекала по закону G_т P₂^. f( ω_ДВ T_l^*).

На равновесных режимах, когда величина сигналов по каналам 2 и 3 не изменяется, важно, как поддерживается давление в управляемой полости 8 дозирующей иглы 9. Давление в этой полости зависит от утечек в узлах, связанных с этой управляемой полостью, так и от поступления топлива из канала 11.

Так золотник автомата 14 приемистости может занимать на равновесном режиме своей кромкой отверстия его втулки, связанной со сливом, различные положения, в результате чего утечки топлива из полости 8 меняют свою величину.

В известном способе при увеличении утечек из управляемой полости 8 дозирующей иглы 9 для поддержания этого сервопоршня в равновесном положении (Р₈ const) требуется большее давление в канале 4, т.е. в этом случае требуется перенастройка датчика 1 и, следовательно, изменение статической настройки параметра двигателя.

В данном способе этого практически не произойдет по той причине, что при уменьшении давления в полости 8 из-за повышения утечек на равновесных режимах изменяется положение регулирующего органа второго узла 10 сравнения, который подает команду на формирователь 14 расхода, пропускающий через себя расход топлива в полость 8.

Подбирая параметры узла 13 (зависимость между перепадом давлений на регулируемом органе узла 10 сравнения и величиной проходного сечения узла 13) можно обеспечить требуемую точность поддержания параметра (например частоты вращения) двигателя при обеспечении динамических параметров регулирования.

Как показали испытания, расход, поступающий на равновесном режиме через дроссельный пакет 6, недостаточен для поддержания требуемой точности поддержания регулируемого параметра. Расход топлива, поступающего в управляемую полость 8 дозирующей иглы 9 через дроссельный пакет 6, определяется соотношением G₆ K ^. F₆ где К коэффициент пропорциональности; F₆ пропускная способность дроссельного пакета 6; Δ Р перепад давлений на этом пакете.

Дополнительный расход топлива, поступающего в ту же полость 8 через формирователь 13 расхода, который определяется соотношением G_доп= K·(K_i·ΔP) ΔP^3/2, обеспечивает эту точность.

Сущность изобретения: пропорционально отклонению регулируемого параметра от заданной величины формируется заданное давление. Пропорционально рассогласованию между заданным давлением и давлением в управляемой полости дозирующей иглы изменяют расход топлива в управляемую полость дозирующей иглы. Дополнительно пропорционально перепаду между заданным давлением и давлением в управляемой полости формируют дополнительный расход топлива в управляемую полость дозирующей иглы из полости с заданным давлением. 1 ил.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРУЮЩЕЙ ИГЛОЙ РЕГУЛЯТОРА РАСХОДА ТОПЛИВА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ путем формирования заданного давления пропорционально отклонению регулируемого параметра от заданной величины, сигнала рассогласования заданного давления и давления в управляемой полости дозирующей иглы и изменения расхода топлива в управляемую полость дозирующей иглы пропорционально сигналу рассогласования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно пропорционально перепаду между заданным давлением и давлением в управляемой полости формируют и подают дополнительный расход топлива в управляемую полость дозирующей иглы из канала с заданным давлением.