Двухканальная система регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления (САУ) газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен электронно-гидравлический регулятор топлива (см. патент Франция №2288867, кл. F02C 9/04, 1974 г.).

Регулятор содержит насос, дозатор топлива, соединенный пружиной с управляющим клапаном сравнения, на который воздействует давление топлива, вырабатываемое с помощью гидравлических камер с дросселями, соединенных с датчиками внутридвигательных параметров, рычаг управления двигателем (РУД), воздействующий на пружину задатчика регулятора частоты вращения, и отдельный дозатор, управляемый от электронного регулятора.

Недостатком данного регулятора является сложность его конструкции из-за наличия привода для регулятора частоты вращения, кроме того он не обеспечивает непосредственное управление расходом топлива от задатчика режимов двигателя с коррекцией по давлению воздуха в компрессоре на установившемся режиме.

Наиболее близким известным техническим решением (прототипом) может служить система регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель (см. патент РФ №2230922, Мкл. F02C 9/26, 2002 г.). Система содержит основной и резервный канал управления, насос, дозатор топлива, выполненный в виде дозирующей иглы с сервопоршнем, каналом питания и электрическим датчиком положения, управляющий клапан сравнения, соединенный пружиной с дозатором, клапан постоянного давления, электрогидропреобразователь, соединенный с электронным регулятором и дозатором, пневмогидропреобразователь, соединенный с гидравлической проточной камерой, содержащей дроссели, образующие междроссельную камеру, связанную с управляющим клапаном сравнения, причем один из дросселей соединен непосредственно с задатчиком режимов двигателя, а пневмогидропреобразователь соединен с каналом подвода воздуха из компрессора.

Недостатком данной системы является то, что изменение расхода топлива в двигатель при работе резервного регулятора осуществляется по закону: то есть, расход топлива прямо пропорционален давлению воздуха где: Gt - расход топлива, P*₁ - давление воздуха, подводимое от компрессора, например, на входе в компрессор, - положение задатчика режимов работы двигателя.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является обеспечение возможности реализации нелинейной зависимости расхода в двигатель от величины воздушной команды при работе на канале резервного управления, по закону и, как следствие, улучшить эксплуатационные и энергетические характеристики ГТД. В качестве воздушной команды Р_ВОЗ может использоваться:

- полное давление на входе в двигатель (P*₁);

- атмосферное давление воздуха (Р_Н);

- давление на выходе из какой-либо ступени компрессора.

Для достижения указанного технического результата в двухканальной системе регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель, содержащей основной и резервный каналы управления, насос, дозатор топлива, выполненный в виде дозирующей иглы с сервопоршнем и электрическим датчиком положения, соединенным с электронным регулятором, клапан постоянного давления, клапан постоянного перепада давления на дозирующем сечении иглы, электрогидропреобразователь, соединенный с электронным регулятором и дозатором, дроссели, образующие междроссельную гидравлическую проточную камеру, связанную с управляющим клапаном сравнения, соединенным пружиной с дозатором, задатчик режимов двигателя, связанный непосредственно с одним из дросселей, пневмогидропреобразователь, соединенный с каналом подвода воздуха из компрессора, золотник-селектор переключения управления расходом топлива от электронного регулятора к резервной системе, электромагнитный клапан управления положением золотника-селектора, соединенный с электронным регулятором, вход в междроссельную гидравлическую проточную камеру соединен с каналом подвода давления от клапана постоянного давления, а второй из дросселей, образующих междроссельную камеру, выполнен в виде подпружиненного золотника, соединенного с пневмогидропреобразователем.

Отличительные признаки, а именно, соединение входа в междроссельную гидравлическую проточную камеру с каналом подвода давления от клапана постоянного давления и выполнение второго из дросселей, образующих междроссельную камеру, в виде подпружиненного золотника, соединенного с пневмогидропреобразователем, улучшают эксплуатационные и энергетические характеристики ГТД.

Это позволяет обеспечить возможность реализации нелинейной зависимости расхода в двигатель от величины воздушной команды при работе на канале резервного управления по закону и, как следствие, повысить надежность системы, исключая возможность прекращения горения топлива в камере сгорания и самопроизвольного выключения ГТД.

Предложенная система представлена на чертеже и описана ниже.

Система содержит топливный насос 1 и дозатор, выполненный в виде дозирующей иглы 2 с сервопоршнем 3, управляющий клапан сравнения 4 с полостью 5 и управляющей кромкой 6, соединенный пружиной 7 с иглой 2, клапан постоянного перепада давления 8 на дозирующем сечении 9 иглы 2, клапан постоянного давления 10, пневмогидропреобразователь 11 с каналом 12 подвода воздуха от компрессора, два последовательно расположенных дросселя переменного сечения 13 и 14, образующие междроссельную гидравлическую проточную камеру 15, соединенную с полостью 5 клапана сравнения 4, золотник-селектор 16, с двумя проточками, имеющими кромки 17, 18 и 19, причем канал 20 управления сервопоршнем 3 соединен кромкой 17 с каналом резервного управления 21, а кромками 18 и 19 с каналом основного управления 22, электромагнитный клапан 23, соединенный электрическими цепями (на схеме не указаны) с электронным регулятором и гидравлической магистралью с золотником-селектором 16.

Управляющая полость 24 сервопоршня 3 по каналу 20 сообщена с проточкой золотника-селектора 16, а через дроссель 25 с полостью за клапаном постоянного давления 10. Вторая проточка золотника-селектора 16 через дроссель 26 соединена с междроссельной гидравлической проточной камерой.

Система также содержит соединенный с электронным регулятором электрогидропреобразователь 27 с розочкой 28 и язычком якоря 29.

Дроссель переменного сечения 13 образован проходным сечением пазов и отсечной кромкой подвижного золотника 30, который связан с задатчиком режимов двигателя.

Дроссель переменного сечения 14 образован проходным сечением пазов и отсечной кромкой подвижного золотника 31, к торцу которого подведено давление за пневмогидропреобразователем 11.

Пневмогидропреобразователь 11 выполнен в виде рычага 32 с осью 33 и уплотнением 34, соединенного с вакуумированным сильфоном 35 и клапаном 36.

К торцу золотника-селектора 16 через дроссель 37 подведено давление за клапаном постоянного давления 10.

Выходной канал 38 отдозированного топлива соединен с полостью после дозирующего сечения 9 дозирующей иглы 2, на которой установлен электрический датчик положения 39, связанный с электронным регулятором.

Система работает следующим образом.

Величина дозируемого расхода топлива, как при работе электронного регулятора, так и при работе резервного, однозначно определяется площадью дозирующего сечения 9 дозирующей иглы 2 и перепадом давлений на дозирующем сечении, который с помощью клапана постоянного перепада 8 поддерживается постоянным.

При управлении расходом топлива от электронного регулятора электромагнитный клапан 23 находится под напряжением, слив топлива из полости над золотником-селектором 16 отсутствует, давление в этой полости равно давлению за клапаном постоянного давления 10, за счет чего золотник-селектор 16 устанавливается в крайнее нижнее (по чертежу) положение. При этом золотник-селектор 16 кромкой 17 перекрывает канал, сообщающий канал 20 и управляющую полость 24 сервопоршня 3 с клапаном сравнения 4, а кромками 18 и 19 соединяет канал 20 с розочкой 28 электрогидропреобразователя 27, и открывает канал подвода топлива в управляющую полость 24 сервопоршня через дроссель 26, соответственно.

Тем самым обеспечивается возможность управления положением дозирующей иглы 2 и расходом топлива в двигатель от электронного регулятора.

Электронный регулятор, подавая электрические команды на электрогидропреобразователь 27, изменяет зазор между язычком якоря 29 и розочкой 28, увеличивая или уменьшая величину расхода топлива, сливаемого из управляющей полости 24 сервопоршня 3, при этом дозирующая игла 2 перемещается в ту или иную сторону, до тех пор, пока фактическое значение расхода топлива, определяемое электронным регулятором по сигналу от электрического датчика положения 39, не сравняется с расчетным, которое необходимо в данный момент для управления двигателем. Максимальные скорости перемещения дозирующей иглы, а, следовательно, и скорости изменения расхода топлива, при работе электронного регулятора определяются суммарной проливкой дросселей 25 и 26 и диаметром розочки 28 электрогидропреобразователя 27.

При отказе электронного регулятора электромагнитный клапан 23 обесточивается, при этом открывается слив из полости над торцем золотника-селектора 16 за дросселем 37. Давление в полости над золотником-селектором 16 падает и он устанавливается в крайнее верхнее (по чертежу) положение, перекрывая отсечной кромкой 19 канал подвода топлива из полости за клапаном постоянного давления 10 через дроссель 26 в канал 20 и в управляющую полость 24 сервопоршня 3, одновременно перекрывая кромкой 18 канал управления положением дозирующего элемента 2 от электронного регулятора через электрогидропреобразователь 27 и соединяя через отсечную кромку 17 канал 21 с управляющей кромкой 6 клапана 4.

При работе резервного регулятора положение дозирующей иглы 2, а, следовательно, и расход топлива, определяется уровнем командного давления, подводимого к полости 5 управляющего клапана сравнения 4. Клапан 4 находится в равновесии при условии, что сила пружины 7, воздействующая на один его торец, равна силе от командного давления, воздействующего на другой. При изменении командного давления клапан 4 перемещается вверх или вниз (по чертежу), соответственно, своей управляющей кромкой 6 уменьшая или увеличивая величину расхода топлива, сливаемого из полости 24 сервопоршня 3, при этом дозирующая игла 2 перемещается в ту или иную сторону, до тех пор, пока сила пружины 7 не сравняется с силой, воздействующей на клапан от командного давления, уже при новом значении командного давления.

В пневмогидропреобразователе 11 обеспечивается равенство моментов сил на рычаге 32 относительно оси 33 за счет того, что на рычаг 32 с одной стороны действует сила от давления воздуха на вакуумированный сильфон 35, а с другой - от командного давления под клапаном 36. При нарушении этого равенства, например, при изменении давления воздуха, рычаг 32 поворачивается вокруг оси 33 в ту или иную сторону, перемещая клапан 36, и изменяя площадь пазов в нем, за счет чего изменяется давление под клапаном. Это продолжается до тех пор, пока не восстановится равенство моментов сил на рычаге 32 уже при другом значении давления воздуха. Благодаря такой равновесной схеме давление за клапаном 36 изменяется прямо пропорционально давлению воздуха, подведенному через канал 12 к вакуумированному сильфону 35, например, давлению на входе в компрессор.

Командное давление является давлением в междроссельной гидравлической проточной камере 15, образованной последовательно расположенными дросселями переменного сечения 13 и 14, на вход в которую подается давление за клапаном постоянного давления 10. Давление в междроссельной гидравлической проточной камере 15 прямо пропорционально давлению за клапаном постоянного давления и переменному коэффициенту редукции, изменение которого происходит как за счет изменения проходного сечения дросселя 13 в золотнике 30 по положению задатчика режимов , так и за счет изменения проходного сечения дросселя 14 в золотнике 31 по давлению воздуха, подводимого к пневмогидропреобразователю 11. В дросселях 13 и 14 могут быть реализованы практически любые необходимые зависимости проходных сечений от хода золотников. Максимальные скорости перемещения дозирующей иглы, а, следовательно, и скорости изменения расхода топлива, при работе резервного регулятора определяются проливкой дросселя 25 (дроссель 26 отключен) и площадью полностью открытого управляющей кромкой 6 сечения в клапане 4.

Возможность реализации нелинейной зависимости расхода в двигатель от величины воздушной команды при работе на канале резервного управления по закону и, как следствие, улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик ГТД подтверждены комплексом проведенных экспериментальных работ.