Система управления двухвальным газотурбинным двигателем Советский патент 1980 года по МПК F02C9/00 

1

Изобретение относится к автоматическому регулированию газотурбинных двигателей, в частности двухзальных газотурбинных двигателей с фрикционной связью роторов, предназначенных для транспортных средств с электротрансмиссией.. Известна система для управления двухвальным газотурбинным двигателем, соде жащая всережимрый регулятор скорости вращения турбокомпрессора, управляющий фрикционной муфтой связи роторов турбокомпрессора и силовой турбины, а также дополнительный всережимный регулятор скорости вращения турбокомпрессора, установленный в линии пО дачи топлива 1.

Однако в двигателе с такой системой управления на установивщихся режимах муфта связи роторов работает с проскальзыванием. Кроме того такая система управления предназначена для двигателя со ступенчатой механической трансмиссией, у которой при переключении передач происходит разрыв потока мощности. Этим обусловлено применение дополнительного всережимного регулятора скорости вращения .

турбокомпрессора, необходимого для достижения устойчивой работы двигателя при сбросе нагрузки, а также на режимах торможения транспортного средства двигателем. В случае использования двигателя с электротраисмиссией . указанная система управления является неоправданно сложной, поскольку в этом случае регулирование мощности двигателя и нагрузки электрогенератора производится обычно взаимосвязано и дополнительный всережимный регулятор скорости вращения турбокомпрессора становится излищним.

К тому же указанная система не обеспечивает реализащи максимальной экономичности газотурбинного двигателя, так как силовая турбина может .работать на режимах, расположенных за пределами зоны высоких значений ее КПД.

Известна также система управления двухвальным газотурбинным двигателем, содержащая истртаик давления жидкости, регулятор, педаль акслератора, фрикционную муфту для связи турбокомпрессора с силовой турбиной, соединенные между собой два клапана включения муфты, выполненные в виде золотников с одним подпружиненным торцом, и гвдравлические датчики частоты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, причем последний из датчиков снабжен золотниковым исполнительным клапаном.

Полость перед подпружиненным торцом золотника первого клапана включения фрикционной муфты сообщена со сливом и в ней установлен кулачок, имеющий привод от датчика частоты вращения турбокомпрессора, а полость неред противоположным торцом этого золотника - с датчиком крутящего момента, передаваемого фрикционной муфтой; полость перед подпружиненным торцом золотника второго клапана включения фрикционной муфты сообщена со сливом и в ней установлен кулачок, имеющий механический привод от регулятора, а полость перед противоиоложным торцом золотника этого клапана подключена к датчику частоты вращения турбокомпрессора (2.

Недостатком такой системы управления является то, что в ней на установивщихся режимах муфта работает с проскальзыванием, что вызьшает снижение экономичности двигателя, надежйости и долговечности муфты, требует защиты МУФТЫ от перегрева. Кроме того работа муфты с постоянным проскальзыванием вызывает необходимость усложнения маслосистемы для обеспечения теплоотвода и очистки масла от продуктов износа муфты для защиты быстроходных подшипников роторов. При работе двигателя на электрогенератор система является неоправданно сложной, поскольку необходимость в измерителе величины и знака крутящего момента, передаваемого муфтой, а также в программном механизме, задающем величину передаваемого муфтой момента, отпадает.

Цель изобретения - повыщение экономичности путем снижения потерь моцдаости и повышение долговечности фрикционной муфты предотвращением ее буксования на установивщихся режимах.

Указанная цель достигается тем, что регулятор системы управления газотурбинным двигателем содержит, золотник, упруго соединенный с золотниковым исполнительным клапаном, и гидравлический следящий привод, выполненный в виде надетой на золотник втулки, соединенной « зцедалью акселератора, причем подпружиненнЩ |орец первого 1слапана включения муфты сбединен с источником давления жидкости и через золотник регулятора - со сливом, подпружиненный торец второго клапана - с датчиком частоты вращения силовой турбины, а противоположный

торец этого клапана - е датчиком частоты вращения турбокомпрессора.

На фиг. 1 представлено устройство угфавления с автоматом разгона; на фиг. 2 - то

же, с датчиком частоты вращения.

Предлагаемая система управления двухвальным газотурбинным двигателем содержит источник давления жидкости - топливный насос 1, автомат 2 разгона и клапан 3 постоянного перепада давления, создаваемого насосом 1. Для ограничения частоты вращения турбокомпрессора 4 система содержит гидравлический датчик 5 частоты вращения турбокомпрессора с золотниковым исполнительным

клапаном 6, нагруженным пружиной 7. В системе имеется также устройство 8 для регулирования частоты вращения силовой турбины 9, содержащее гидравлический датчик 10 частоты вращения силовой турбины, снабженный золотниковым исполнительным клапаном 11, соединеьшым через рычаг 12 с пружиной 13. Для управления двигателем имеется педаль 14 акселератора, с-которой через тягу 15 и рйгчаг 16 связано зубчатое колесо 17, воздействующее

на регулятор двигателя. Регулятор содержит золотник 18, установленный в цилиндре 19 и упруго соед1-шент)Ш посредством пружины 13 с золотниковым исполнительным клапаном 11. Золотник 18 имеет гидравлический следящий

привод, выполненный в виде надетой на золотник втулки 20, соединенной посредством реечной передачи с .зубчатым колесом 17, а через него - с педалью 14 акселератора. Втулка 20 нагружена пружиной 21. Для регулирования истечения Жид,кости регулятор содержит жиклеры 22-26. Поясок золотника 18 разделяет цилиндр 19 на две камеры 27 и 28. В золотнике 18 выполнены каналы 29 и 30, сообщающие камеру 28 и камеру 31, образованную. вокруг золотника 18, со сливом через отверстия, открьтаемые втулкой 20. Кроме того, в золотнике 18 выполнена проточка 32, а напротив этой проточки вокруг хвостовика втулки 20 - камера 33, сообщенная с источНИКОМ давления жидкости через жиклер 26. Система з равления двигателем содержит два клапана включения муфты с одним подпружиненным торцом. Первый из этих клапанов (клапан 34) содержит корпус 35, пружину

36 и жиклеры 37 и 38. Камера 39 в корпусе клапана 34 через канал 40 сообщена с камерой 31. Подпружиненный торец 41 этого клапана через канал 42 соединен с источником давления жидкости и через золотник 18

регулятора - со сливом. Второй из упомянутых клапанов (клапан 43) включения фрикционной муфты 44 для связи турбокомпрессора, с силовой турбиной содержит корпус 45 5 и пру-Хину 46. Подпружиненный торец 47 клапана 43 через канал 48 соединен гвдравлически с датчиком 10 частоты вращения силовой турбины, а противоположный торец 49 этого клапана через канал 50 соединен гидравлически с датчиком 5 частоты вращения турбокомпрессора. Кроме того, клапан 43 гидравлически связан через канал 51 с полость 52 клапана 34. Система содерясит также магистраль управления связью роторов, содержащую каналы 53-55 и жиклер 56. В магистрал управления связью роторов последовательно включены самозапиршощиеся клапаны 34 и 43, сообщающие фрикционную муфту 44 с источником давления.. Система управления газотурбинным двигателем работает следующим образом. Топливо по каналу 57 поступает от топливного насоса 1 к исполнительному клапану 6, затем по каналу 58 подается к исполнительному клапану 11 регулятора частоты вращения силовой турбины и по каналу 59 поступает в автомат 2 разгона, после которого по каналу 60 направляется к форсунке. Последовательно включенные исполнительные клапаны 6 и 11 и автомат 2 разгона охвачены клапаном постоянного перепада 3. Параллельно исполнительному клапану 11 регулятора силовой турбины подключен жиклер 6 Г минимального расхода топлива. Исполнительные клапаны б и И рабо тают по сигналу гидравлических датчиков соот ветственно 5 и 10, вырабатывающих давление, пропорциональное квадрату числа их оборотов. При установившемся режиме частота вращения силовой турбины 9 поддерживается устройством 8 (датчик 10 и исполнительный клапан 11). Давление в камере 31 меньше, .чем давление R) - con si; , поэтому клапан 34 находится в крайнем левом положении (как показано на чертеже) под действием, пружины 36. Клапан 43 при наличии равенства давления топлива со стороны левого и правого, торца, которое наступает при равенстве относитель ных ско(5остей вращения турбокомпрессора 4 и силовой турбины 9, находится под деиствием слабой пружины 46 в крайнем правом положении (как показано на чертеже). При таком расположении клапанов 34 и 43 давление R|.COnSfc поступает через каналы 53-55 к фрикционной муфте 44 связи роторов, роторы двигателя соединены и двигатель работает в одновальном режиме. Равенство скоростей вращения дисков фрикционной муфты 44 (или равенство относительных скоростей вращения турбокомпрессора и силовой турбины) достигается заданием определенной мощности силовой турбины регулятором мопщости 62 электрогенератора 63. В камере 27 следящего привода золотника 13 поддерживается посто8янное редуцированное давление с помощью жиклеров 23 и 24. При переходе в режим разгона педаль акселератора 14 поворачивается по часовой стрелке. Втулка 20 следящего привода золотника 18 перемещается влево, перекрывая отверстия 29 и 30 и открывая кромкой 32 отверстие во втулке 20. Давление-в камерах 28 и 31 максимально увеличивается, а.в камере 33 уменьшается до давления сл1ша. В результате этого золотник 18 перемещается в певую сторону вслед за втулкой 20, а клапан 34 - до упора вправо. Перемещение клапана 34 происходит значительно быстрее перемещения золотника 18 за счет меньщей площади торца в камере 39 . клапана 34 по сравнению с дифференциальной площадью порщня золотнжа 18. При перемещении клапана 34 вправо каналы 53 и 54 разъединяются. Давление, подаваемое в фрикционную 44 через канал 55, падает до давления слива благодаря наличюо жиклера 56, и фр1жционная муфта 44 размыкается. Турбокомпрессор 4, отъединенный от ротора силовой турбины 9 и электрогенератора 63, быстро разгоняется (разгон в режиме двухвального ГТД), Так как перемещение золотника 18 вслед за втулкой 20 происходит быстрее, чем разгоняется турбокомпрессор 4, то при отработке следящим приводом золотника 18 сигнала перенастройки клапан 34 перемещается влево, открывая магистраль управления связью роторов для подвода давления к фрикционной муфте 44, прежде чем силовая турбина выйдет на заданный скоростной режим. Для исключения этого недостатка клапан 34 сделан самозапираюшлмся: к полости 52, связанной через жиклер 37 со сливом, при перемещении клапана 34 вправо подводится давление топлива по каналу 64, редущфованное жиклером 38. Это давление удерживает клапан 34 в крайнем правом положении после снижения давления в канале 40, подаваемого к торцу в камере 39 клапана 34. При увеличении скорости вращения турбокомпрессора 4, т.е. при рассогласовании частоты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, давление в канале 50 увеличивается.. Под действием этого давления клапан 43 перемещается влево, перекрьшая отверстие 65. Магистраль управления связью роторов оказывается перекрытой обоими клапанами 34 и 43, Но при перемещении клапана 43 влево открывается отверстие 66, и полость 52 начинает сообщаться через канал 51 со сливным каналом 67. Благодаря наличию жиклера 38, в полости 52 устанавливается давление слива, и клапан 34 начинает перемещаться влево до

упора под действием пружины 36. Магистраль управления связью роторов остается перекрытой клапаиом 43.

Вместе с разгоном турбокомпрессора 4 до максимальной ско рости вращения, когда вступает в действие устройство для регулирования частоты вращения турбокомпрессора (датчик 5 и исполнительный клапан 6), начинает разгоняться силовая турбина 9 и увелитаваться давление, подводимое к торцу 47 клапана 43. При достижении заданной скорости вращения силовой турбины в работу вступает устройство 8 (датчик 10 и исполнительный клапан 11), что вызывает уменьшение скорости вращения турбокомпрессора 4 и давления, подводимого по каналу 50 к торцу 49 клшана 43. При наступлшда paBOiCTBa давления стой и другой стороны клашша 43 он начинает перемещаться вправо до упора под действием слабой пружинь 4& Открывается отверстие 65, и к фрик10н ш1ой муфте 44 по магистрали управления связью роторов подводится давление. Фршсционям муфта 44 включается 1фи согласовании частоты вращения роторов двигателя.

В случае прерванного разгона, когда педаль акселератора 14 iroBepnyfa обратно (т.е. против часовой стрелки) до того как скорость вращения тур6оком|фессора 4 заметно изменится, ют когда клапан 43 не у:;пеет перемес шъся влево, фрикционная.муфта 44 окаэьшается разомк1оггой за счет перекрытия магистрали ущ явпекит связью роторов клапаном 34. Для того чтобы включить ее снова, т.е. переместить клапан 34 влево, исполь ется каме ра 33, в которой при перемещении педали вк :елератора 14 против часовой стрелки повышается давление: втулка 20 перемещается вправо, отверстия во втулке 20 перекрьюаются кромкой 32 золотника 18, благодаря чему слив из камеры 33 через канал 68 прекращается. Повьпиенное давление в камере 33 подводится через канал 42 к правому 41 клапанй 34. В результате клапан 34 перемещается до упора влево, перекрьтая канал 64, . и остается в указанном положении и после понижения давления в камере 33, которое наступает в результате отработки следящим приводом золотника 18 сигнала перенастройки.

Предлагаемая система управления обеспечивает повыщение экономичности двухвального газотурбинного двигателя путем предотвращения буксования фрикционной муфты на установившихся режимах и снижения за счет этого потерь мощности в муфте. Система обеспечивает также повышение долговечности и надежности фрикционной муфты.

Формула изобретения . Система управления двухвальным газотурбинным двигателем, содержащая источник давления жидкости, регулятор, педаль акселератора, фрикционную муфту для связи тзфбокомпрессора с силовой турбиной, соединенные между собой два клапана включения муфты, выполненные в виде золотников с одним подпружиненным торцом, и гвдравлические датчики частоты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, причем последний из датчиков снабжен золотниковым исполнительным клапаном, отличающаяся тем, что, с

целью повыщенйя экономичности, путем снижения потерь мощности, и повьш1ения долговечности фрикциощюй муфты, предотвращением ее буксования на установившихся режимах, регулятор -золотник, упруго соединенный с золотниковым исполнительным клапаном и гидравлический следящий привод, выполненный в ввде надетой на золотник втулки, соединенной с педалью акселератора, причем подщ ужиненный торец первого клапана включения муфты соединен с источником давления жидкости и через золотник регулятора - со сливом, подпружиненный торец второго клапана - с датчиком частоты вращения силовой турбины, а противоположный торец этого клапана - с датчиком частоты вращения турбокомпрессора.

Источники Информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 471039, кл. F 02 С 9/02, 1975.

2.Патент США № 3237405, кл. 60-39.16, опублик. 1966.

//

SS

п

/

/

и

()

65

N

N

ч

t/V .. Pf Const« i