Система автоматического регулирования расхода топлива Советский патент 1993 года по МПК F02C9/28 

р#е.4

Изобретение относится к области машиностроения, а частности, к системам топливной автоматики авиационных ГТД и может быть использовано для повышения, точности систем в условиях повышенных пульсаций рабочей среды,

Целью изобретения является повышение статической точности системы в условиях повышенных пульсаций рабочей среды.

Поставленная цель достигается тем, что в САР расхода топлива, содержащую насос, связанный с перепускными клапаном и дозирующей иглой, вход которой соединен через жиклер с мембранным узлом сравнения, выход которого соединен с высотным корректором и сильфонным узлом, подключенным к полости слива, дополнительно устанавливается гаситель, колебаний, соединенный своим входом с выходом насоса, а выходом -с жиклером. Параметры гасителя, представляющего собой винтовый канал квадратного поперечного сечения h к h длиной к, определяются по следующим зависимостям:.

- h

С&

ReKpv

U

ZPpAP&h2 ОДп1пОж/

где Ож° - расход топлива через жиклер;

Rexp - критическое число Рейнольдса течения жидкости в винтовом канале;

V- кинематическая вязкость топлива;

ZEmp - относительное требуемое с точки зрения обеспечения статической точности инерционное сопротивление винтового канала;

Д Рж° - перепад давлений на жиклере;

йЫп - наименьшая круговая частота колебаний давления в САР, при которой наблюдается отклонение расхода топлива;

р- плотность топлива.

Предполагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, так как авторам не известны устройства, содержащие признаки, фигурируемые в предполагаемом изобретении в качестве Отличительных,

Существенным отличием предполагаемого устройства является введение гасителя колебаний в цель жиклера, приводящее к повышению стабильности характеристик и точности САР расхода топлива.

В целях наибольшей компактности устройства гаситель колебаний конструктивно . совмещен жиклером. Конструктивные параметры носителя выбираются, исходя из обеспечения статической точности САР по следующей методике.

На первом этапе расчетов определяется

требуемое относительное реактивное сопротивление гасителя Zt. Расчетную схему жиклера с гасителем колебаний представляют q виде соединения нелинейных сопротивлений жиклера RX, канала RK, щелевого

зазора Вз и реактивного сопротивления канала с акустической индуктивностью U. Так как параллельное сопротивление щелевого зазора Rs выбирают на порядок превышающим, сопротивление канала, то при расчетак его шунтирующее влияние не .учитывается. Тогда, представляя гидравлическое сопротивление канала и жиклера в виде эквивалентного нелинейного сопротивления, уравнение для гасителя колебаний с жиклером примет вид:

Lk

аож

dt

+

25

где Ц

акустическая индуктивность

0

5

0

5

0

канала;

Кн - коэффициент нелинейных гидрав-, лических потерь жиклера и канала;

аж № АДР+АЬ С +Ра)- мгновенный расход жидкости через жиклер;

- постоянная составляющая расхода с учетом колебаний перепада давления на жиклере;

А Д Р - амплитуда перепада давления на жиклере;

AQ, p Q- амплитуда и начальная фаза колебаний расхода;

ю- круговая частота колебаний;

t- время;

ДРжг ДРХг+А Р ) др - мгновенный перепад давления на жиклере с гасителем колебаний;

ДРжг° - постоянная составляющая перепада давления;

Al&p ,.p амплитуда и начальная фаза колебаний перепада давления.

Представив ДРжг в виде суммы перепада давления на жиклере Д Рж и канале Д Рг, в соответствии с уравнением (1) можно записать следующие равенства:

dQx

ДРг ,

d t

КнОж2 Д Рж, Рж Д-Ржг

О

жг

Q°

; Ь - b

Q°

жг

жг

ЛР°

.2L U«Q&r

жг

АРжг

50

U

ГГРАРЈ Wmin Ож

Использование: машиностроение, системы топливной автоматики авиационных газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: система автоматического регулирования поддерживает заданный перепад давления на дозирующей игле 2, определяемый как настройкой входного жиклера 6, так и площадью проходного сечения высотного корректора 8. В гидролинию установлен гаситель колебаний 5, уменьшающий колебания перепада давления на входном жиклере 6. Размеры элементов гасителя колебаний 5 выбираются в зависимости от параметров системы регулирования. 5 Ил.

где ZL - относительное реактивное сопротивление канала.

С учетом введенных безмерных пара- метров окончательная система уравнений для выбора ZL примет вид:

jZicfx A Рг;.

где - наименьшая круговая частота колебаний давления, при которой наблюдается отклонение статической характеристики САР, А Рж°, Ож° - перепад давлений на входном жиклере и расход топлива через него, определяемые из расчета статических характеристик.

При известной индуктивности определяются длина U и размер поперечного сечения канала h. Размер поперечного квадратного сечения канала h выбирают исходя из обеспечения условия реализации турбулентного режима течения:

п°- h - Цж

..-.- . . :;.; /;

где Некр- критическое число Рейнольдса, V- кинематическая вязкость жидкости, При выбранном сечении канала hxlvтребуемая длина определяется по формуле:

h2U

Таким образом для обеспечения стабильной работы САР размера гасителя колебаний в виде винтового канала должны быть .выбраны в соответствии с выведенными зависимостями (2)... (4).;

Рассмотрим численный расчет геометрических параметров гасителя для САР прототипа АРЖ°- 0,2 -105 Па, Ож° 12- 106 м3/с, АДРЖ 2,4 -105 Па, минимальная частота колебаний давления, при которой наблюдается отклонение статической характеристики CAP fmm 300 Гц, рабочая среда - керосин, р 800 кг/м3, v 4,3; 10 м3/с (при температуре -40°С), допустимое отклонение расхода топлива через дозирующую иглу 5%.

Из графика на фиг.З для АДрж

2-410 - 12 и (Д Оч.и)доп - (А 5ж°)доп - 0,05

0.2-105

определяется Ztmp - 24 и вычисляется требуемая индуктивность канала по формуле (2):

U---24.Q.2-105 f 2.13-107 кгДИ

2Я-1300-12-10

-6

Затем находится размер поперечного (квадратного) сечения канала по формуле (3):

При известных значениях LK и h определяется требуемая длина канала по формуле (4):

Цшр

,17 м.

Таким образом, исходя из условий обес печения требуемой статической точности САР (5%) выбраны геометрические размеры гас.ителя в виде винтового канала.

,. Фиг.1 иллюстрирует возникновение от.. клонения среднеинтегрального расхода ра. бочей жидкости через нелинейный дроссель

при наличии гармонической составляющей

перепада давления на дросселирующем

0 элементе. На фиг.2 показана зависимость относительного среднего расхода рабочей жидкости через нелинейный дроссель от относительной амплитуды колебаний перепада давления на дросселе. На фиг.З

5 изображены зависимости отклонения расхода жидкости через жиклер от относитель- . ного индуктивного сопротивления гасителя при различных относительных амплитудах колебаний перепада давления на жиклере,

0 На фиг.4 и 5 представлены принципи-.

альнал схема САР расхода топлива и конст

руктивная схема гасителя колебаний..

САР расхода топлива содержит насос 1,

связанный с перепускным клапаном 2 и до5 зирующей иглой 3, вход которой соединен через жиклер 4 с мембранным узлом сравнения 5, выход которого соединен с высотным, корректором 6 и сильфонным узлом 7, подключенным к полости слива. САР содер0 жит также гаситель колебаний, соединенный своим входом с выходом насоса 1, а выходом - с жиклером 4.

Б одном из возможных вариантов исполнения гаситель колебаний 8 состоит из

5 корпуса 9, винтовой втулки 10, втулки дросселя 11, регулировочного штока 12, контро- вочной гайки 13, колпачка 14, наконечника 15. САР расхода топлива работает следующим образом.

0 В исходном состоянии САР поддерживает заданный перепад давления на дозирующей игле 3, определяемый как настройкой жиклера 4, так и площадью проходного сечения высотного корректора 6. Перепад дав5 ления на дозирующей игле 3 поддерживается путем перепуска части топлива с выхода насоса 1 на его вход через пропускной клапан 2 за счет изменения его проходного сечения.

0 Гаситель колебаний работает следующим образом. Поступающая по внутреннему каналу регулятора на вход гасителя колебаний рабочая жидкость разделяется на два потока: основная часть проходит по

5 винтовому каналу, другая часть дросселируется через зазор между винтовой спиралью и корпусом. Жидкость, пройдя винтовой ка. нал, дросселируется через прикрываемое торцем штока 12 отверстие втулки дросселя 11, выполняющее функции входного жиклеpa и Далее по центральному отверстию винтовой втулки 10 на выход из гасителя колебаний. Для переменной составляющей канал гасителя представляет большое инерционное сопротивление, поэтому на жикле- ре реализуется существенно меньший динамический перепад давления по сравнению со случаем без гасителя колебаний. Снижение колебаний перепада давления на жиклере предотвращает возникновение увода расхода жидкости через него, и, как следствие, возникновение статической ошибки регулирования. Жидкость, проходящая через зазор между винтовой спиралью и корпусом, турбулизирует основной поток, протекающий по винтовому каналу. Такая турбулизирующая подпитка основного потока способствует реализации нелинейного закона гидравлических потерь в винтовом канале в целях независимости характери- стик гасителя, а значит и регулятора от температуры (вязкости) рабочей среды.

По сргзнению с прототипом, предлагаемая САР имеет более высокую точность поддержания заданного расхода топлива в условиях повышенных пульсаций рабочей среды, обусловленную снижением самопроизвольного увода статического расхода ра- ббчей жидкости через нелинейный жиклер, что достигнуто в предложенном техниче- ском решении снижением величины пульсаций перепада давления на входном жиклере. На пониженном режиме работы двигателя - режиме высотного запуска предлагаемая САР имеет погрешность под- дкржания заданного расхода топлива 3...5%, в то время как погрешность прототипа составляет при повышенных пульсациях рабочей среды 20% и более.

Формула изобретения Система автоматического регулирования расхода топлива, содержащая насос, связанный с перепускным клапаном и дозирующей иглой, вход которой соединен через жиклер с мембранным узлом сравнения, выход которого соединен с высотным корректором и сильфонным узлом, подключенными к полости слива, отличающаяся тем, что. с целью повышения статической точности, она дополнительно содержит гаситель колебаний, соединенный своим входом с выходом насоса, а выходом- с жиклером, причем гаситель колебаний выполнен в виде винтового канала квадратного поперечного сечения шириной h и длиной U. определяемым по зависимостям:

Qo ж

ReKpv

U

ZPP A PЈ h2

WmlnQxp

где Ож° - расход топлива через входной жиклер;

- критическое число Рейнольдса течения жидкости в винтовом канале;

V- кинематическая вязкость топлива;

- относительное инерционное сопротивление винтового канала;

А Рж° - перепад давления на входном жиклере;

о)мин- наименьшая круговая частота колебаний давления, при которой наблюдается отклонение статической характеристики системы автоматического регулирования;

р- плотность топлива.

Относительноеиндихтиёное

,, сопротивлениегасителя ZL

Y6- 20 М