СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Советский патент 1995 года по МПК F02C9/26 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к системам топливоподачи турбореактивного двигателя.

Известны системы топливоподачи турбореактивного двигателя, содержащие установленный в линии нагнетания насоса регулятор подачи топлива в двигатель, которые для снижения веса и габаритов дополнительно содержат гидравлический преобразователь крутящего момента, снабженный регулирующим органом с сервоприводом, причем входной вал преобразователя кинематически связан с валом двигателя, выходной вал - с насосом, внутренняя камера преобразователя подключена к выходу и входу насоса, а сервопривод связан с регулятором подачи топлива.

Однако в таких системах на режимах малых расходов происходит значительное тепловыделение из-за значительного срабатывания перепада давления на регуляторе подачи топлива, что приводит к повышению теплонапряженности двигателя и, как следствие снижению надежности его работы.

Известны также системы топливоподачи турбореактивного двигателя, содержащие гидродинамический преобразователь крутящего момента, входной вал которого вязан с валом двигателя, а выходной - основным насосом, линия всасывания которого соединен с выходом подкачивающего центробежного насоса, кинематически связанного с валом двигателя, а линия нагнетания подключена к регулятору подачи топлива в двигатель, имеющему дозирующий элемент, и к золотниковому клапану управления, имеющему торцевую и пружинную полости, гидравлически связанному с сервопоршнем преобразователя.

Однако в таких системах чрезвычайно трудно обеспечить устойчивость регулирования на всех режимах работы двигателя вследствие совместной работы двух регуляторов (регулятора подачи топлива и регулятора преобразователя).

Целью изобретения является повышение надежности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в системе топливоподачи турбореактивного двигателя, содержащей гидродинамический преобразователь крутящего момента, входной вал которого связан с валом двигателя, а выходной - с основным насосом, линия всасывания которого соединена с выходом подкачивающего центробежного насоса, кинематически связанного с валом двигателя, а линия нагнетания подключена к регулятору подачи топлива в двигатель, имеющему дозирующий элемент, и к золотниковому клапану управления, имеющему торцевую и пружинную полости, гидравлически связанному с сервопоршнем преобразователя, согласно изобретению регулятор подачи топлива дополнительно содержит подпружиненный командный золотник, связанный через пружину с дозирующим элементом и установленный в корпусе с образованием пружинной и командной полостей, первая из которых соединена с входом подкачивающего центробежного насоса, а вторая - с пружинной полостью золотникового клапана управления, торцевая полость которого подключена к выходу подкачивающего насоса.

На чертеже схематично изображена описываемая система топливоподачи турбореактивного двигателя.

Система топливоподачи турбореактивного двигателя содержит гидродинамический преобразователь 1 крутящего момента, входной вал 2 которого связан с валом 3 турбореактивного двигателя 4 через механическую передачу 5, а выходной вал 6 связан с основным насосом 7.

На входном валу 2 гидродинамического преобразователя 1 крутящего момента установлено насосное колесо 8, с которым гидравлическим связана турбина 9, установленная на выходном валу 6. Выход из турбины 9 соединен с входом в насосное колесо 8 рабочей камерой 10 гидродинамического преобразователя 1 крутящего момента, в которой установлен реактор с поворотными лопатками 11, размещенными на подшипниках (на чертеже не показаны) в корпусе гидродинамического преобразователя 1. Лопатки 11 связаны при помощи кинематической цепи 12 с сервопоршнем 13, образующим в корпусе 14 последнего рабочие полости 15 и 16, подключенные через гидравлические линии связи 17 и 18 к золотниковому клапану 19 управления, размещенному в корпусе 14. Золотниковый клапан 19 управления поджат с одной стороны пружиной 20 обратной связи через рычаг 21, связанный с сервопоршнем 13 преобразователя, а с другой пружиной 22, опирающейся на корпус 14. Причем пружина 20 размещена в пружинной полости 23, а пружина 22 - в торцевой полости 24.

Линия 25 всасывания основного насоса 7 соединена с выходом подкачивающего насоса 26 центробежного типа, который имеет кинематическую связь 27 с валом 3 двигателя 4, а линия 28 нагнетания основного насоса 7 подключена к регулятору 29 подачи топлива в двигатель 4, имеющему дозирующий элемент 30, и к золотниковому клапану 19 управления.

Регулятор 29 подачи топлива включает также задающее устройство 31, дифференциальный клапан 32, а дозирующий элемент 30 имеет сервопоршень 33, полости 34 и 35 которого сообщены с задающим устройством 31.

На выходе из регулятора 29 линия 28 нагнетания соединена с форсунками 36 камер сгорания 37 двигателя 4. Регулятор 29 подачи топлива содержит дополнительно подпружиненный командный золотник 38, связанный через пружину 39 с дозирующим элементом 30 и установленный в корпусе с образованием пружинной и командной полостей 40 и 41, первая из которых соединена каналом 42 с входом подкачивающего центробежного насоса 26, а вторая - каналом 43 с пружинной полостью 23 золотникового клапана 19 управления, торцевая полость 24 которого подключена каналом 44 к выходу подкачивающего насоса 26.

Командный золотник 38 сообщен каналом 45 с линией 28 нагнетания. Внутри командного золотника 38 выполнено центральное сквозное отверстие, снабженное жиклером 46.

Каналами 47 и 48 соединены сливные кромки золотникового клапана 19 с каналом 44.

Полости золотникового клапана 19 управления соединены каналом 49 с линией 28 нагнетания. К задающему устройству 31 подведены давление нагнетания и давление входа в подкачивающий насос 26 соответственно по каналам 50 и 51.

Рабочая камера 10 гидродинамического преобразователя соединена при помощи канала 52 с выходом основного насоса 7, а при помощи канала 53 с входом подкачивающего насоса 26.

Работа системы осуществляется следующим образом.

От вала 3 турбореактивного двигателя 4 через механическую передачу 5 приводится во вращение насосное колесо 8 гидродинамического преобразователя 1 крутящего момента, в котором крутящий момент, подводимый от двигателя 4, преобразуется в кинематическую и потенциальную энергию рабочей жидкости. Рабочая жидкость затем поступает на лопатки 9 турбины, где ее энергия преобразуется в крутящий момент вала 6 основного насоса 7.

Для съема тепла, выделяющегося в рабочей полости 10 при передаче энергии от вала 3 турбореактивного двигателя 4 к насосу 7, в гидродинамический преобразователь 1 крутящего момента производится подача топлива, которое поступает в камеру 10 по каналу 52 с выхода основного насоса 7.

Из рабочей камеры 10 гидродинамического преобразователя 1 крутящего момента топливо по каналу 53 поступает на вход в подкачивающий насос 26.

Поворотные лопатки 11, установленные на входе в насосное колесо 8 гидродинамического преобразователя 1, изменяют направление потока и расход рабочей жидкости, при этом соответственно изменяется энергия жидкости, передаваемая на лопатки турбины 9, и изменяется крутящий момент на валу 6 основного насоса 7. Таким образом, при повороте лопаток 11 изменяется производительность и давление топлива на выходе из основного насоса 7.

С выхода основного насоса 7 топливо по линии нагнетания 28 поступает через дифференциальный клапан 32 к дозирующему устройству 30 регулятора 29 подачи топлива и далее через кольцевое окно, площадь которого зависит от положения дозирующего устройства 30, к форсункам 36 камеры сгорания 37 двигателя 4. Дифференциальный клапан 32, дросселируя поток топлива в магистрали нагнетания 28, поддерживает постоянный перепад давления на дозирующем устройстве 30, обеспечивая таким образом расход топлива, который зависит только от положения последнего. Положение же дозирующего устройства 30 задается задающим устройством 31 в соответствии с потребным расходом топлива на текущем режиме работы двигателя 4. При необходимости изменения расхода топлива задающее устройство 31, соединяя полость 34 или 35 с каналом нагнетания 50 или слива 51, перемещает с помощью поршня 33 дозирующее устройство 30 в новое нужное положение. Положение дозирующего устройства 30 определяет затяжку пружины 39, действующей на командный золотник 38. Командный золотник 38, автоматически восстанавливая свое равновесие, поддерживает перепад давления в канале 43 над давлением в канале 42 (т.е. над давлением входа в подкачивающий насос 26), пропорциональный затяжке пружины 39. Действительно, в равновесном положении командного золотника 38 этот перепад уравновешивается пружиной 39. При этом расходы жидкости через щель, определяемую положением рабочей кромки командного золотника 38, и через жиклер 46 равны. При увеличении давления в канале 43 командный золотник 38 сдвигается влево, прикрывая упомянутую щель рабочей кромкой, при этом равенство расходов нарушается, давление в канале 43 падает и командный золотник 38, перемещаясь вправо, восстанавливает нарушенное равновесие. Аналогичный процесс в обратном направлении происходит при случайном уменьшении давления в канале 43. Таким образом, в канале 43 поддерживается командное давление (над входом в подкачивающий насос 26), зависящее от положения дозирующего устройства 30, а значит от расхода топлива через форсунки 36 двигателя 4.

Командное давление по каналу 43 передается в полость пружины 20 обратной связи золотникового клапана 19 управления. На установившемся режиме золотниковый клапан 19 управления находится в равновесном положении, перекрывая рабочими кромками каналы 47, 48 и 49, в результате чего сервопоршень 13 остается неподвижным, удерживая в неподвижном состоянии через кинематическую цепь 12 поворотное лопатки 11 и обеспечивая таким образом постоянный режим работы основного насоса 7. При изменении режима работы двигателя 4 в сторону увеличения потребного расхода топлива дозирующее устройство 30 перемещается вправо, увеличивая проходное сечение кольцевого окна и увеличивая таким образом расход топлива. Одновременно дозирующее устройство 30 увеличивает затяжку пружины 39, что приводит к увеличению командного давления, передаваемого по каналу 43 в полость пружины 20 обратной связи золотникового клапана 19 управления. Золотниковый клапан 19 управления сдвигается влево, сообщая канал 49 нагнетания с полостью 16, а канал 47 слива с полостью 15, в результате чего сервопоршень 13 смещается влево, поворачивая лопатки 11 в сторону открытия проходного сечения. При этом золотниковый клапан 19 управления под действием пружины 20 через рычаг 21 возвращается в исходное положение, а сервопоршень 13 с поворотными лопатками занимает новое положение, соответствующее новому увеличенному значению командного давления. Положение сервопоршня 13, а значит и лопаток 11 зависит от перепада давления в каналах 43 и 44, т.е. от превышения командного давления над давлением выхода из подкачивающего насоса 26.

Соотношение сил пружин 20, 22 и 39 и плеч рычага 21, определяющее эту зависимость, выбран так, чтобы на всех режимах давление на выходе и подачи основного насоса 7 обеспечивали с некоторым запасом потребность двигателя, однако не сильно превышали эти потребности, чтобы не производить излишнего перегрева топлива. Именно для лучшего обеспечения этого условия к полости пружины 22 подведено давление не с входа, а с выхода подкачивающего насоса 26, что дает коррекцию режима по частоте вращения вала 3 двигателя 4. Действительно, при увеличении частоты вращения увеличивается перепад давления, создаваемый центробежным подкачивающим насосом 26, приводимым во вращение от вала двигателя через кинематическую цепь 27. Поэтому перепад давления на золотниковом клапане 19 управления уменьшается (в случае того же потребного расхода через двигатель, а значит того же перепада давления на золотнике 38). Вследствие этого сервопоршень 13 несколько повернет лопатки 11 в сторону закрытия, что обеспечит практически те же энергетические запасы насоса 7, компенсируя увеличение частоты вращения его вала 2, связанного также с валом 3 турбореактивного двигателя 4 кинематической цепью 5.

Использование: область авиадвигателестроения, системы топливоподачи турбореактивных двигателей. Сущность изобретения: при необходимости изменения расхода топлива задающее устройство 31 перемещают дозирующее устройство 30 в новое положение. Командный золотник 38 поддерживает перепад давления в каналах 42 и 43. В канале 43 поддерживается командное давление, зависящее от положения дозирующего устройства 30. Командное давление поступает в пружинную полость клапана 19 управления. Положение сервопоршня 13, а значит и лопаток 11 зависит от перепада давления в каналах 43 и 44. 1 ил.

СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащая гидродинамический преобразователь крутящего момента, входной вал которого связан с валом двигателя, а выходной - с основным насосом, линия всасывания которого соединена с выходом подкачивающего центробежного насоса, кинематически связанного с валом двигателя, а линия нагнетания подключена к регулятору подачи топлива в двигатель, имеющему дозирующий элемент, и к золотниковому клапану управления, имеющему торцевую и пружинную полости, гидравлически связанному с сервопоршнем преобразователя, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, регулятор подачи топлива дополнительно содержит подпружиненный командный золотник, связанный через пружину с дозирующим элементом и установленный в корпусе с образованием пружинной и командной полостей, первая из которых соединена с входом подкачивающего центробежного насоса, а вторая - с пружинной полостью золотникового клапана управления, торцевая полость которого подключена к выходу подкачивающего насоса.