Регулятор подачи топлива в газотурбинный двигатель

 

Использование: автоматическое регулирование газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: регулятор содержит электромагнитный клапан блокировки взлета, дроссельный пакет, редуцируемую магистраль. Кроме того, он содержит подпружиненный золотник с нижней и верхней отсечеными фомками и кольцевой проточкой. 1 ил.

(19) RU (11) (51) 5 F02 С9 26

Комитет Российской Федерации по патентам и тооарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " в- ттт ; ..

К ПАТЕНТУ (21) 4886699/06 (22) 30.11.90 (46) 15.10.93 Бюп йя 37-38 (71) Научно-производственное предприятие "Эга" (72) Хейфец БА; Марков ВА (73) Научно-производственное предприятие "Эга" (54) РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ГАЗОТУРБИННЪ|Й ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: автоматическое регулирование газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: регулятор содержит электромагнитный клапан блокировки взлета, дроссельный пакет. редуцируемую магистраль. Кроме того, он содержит подпружиненный золотник с нижней и верхней отсечеными кромками и кольцевой проточкой 1 ил.

200129

Изобретение относится к автоматическому регулированию ГТД, а более конкретно к регуляторам подачи топлива в двигатель, преимущественно авиационный.

Известен регулятор подачи топлива в газотурбинный двигатель (ГТД), содержащий датчик частоты вращения, связанный с магистралью управления со статическим поршнем, снабженным гидрозамком и с сервопоршнем доэирующей иглы, два электромагнитных клапана ограничителя температуры на турбине, один из которых установлен на сливе, а другой — в магистрали управления, причем гидрозамок соединен с магистралью управления каналом, в котором установлено автономное дроссельное сопротивление.

Известный регулятор работает следующим образом.

Если температура газов на турбине ниже допустимой, то электромагнитный клапан, установленный на сливе, закрыт, а другой, установленный в магистрали управления, открыт, и регулятор работает по поддержанию настроенной рычагом управления частоты вращения двигателя.

По достижении максимально допустимой температуры газов на турбине электромагнитный клапан, установленный в магистрали управления, закрывается и полость сервопоршня дозирующей иглы оказывается гидравлически запертой, доэирующая игла фиксируется, прекращая повышение расхода топлива в двигатель, Если при максимально допустимой температуре газов на турбине, когда доэирующая игла окажется гидравлически запертой электромагнитными клапанами, наблюдается дальнейший рост температуры газов, то открывается электромагнитный клапан, установленный на сливе, и возвращает доэирующую иглу на уменьшенный расход, температура газов уменьшается и электромашинный клапан устанавливается в исходное положение.

Для нормальной работы ограничителя температуры газов необходим возможно меньший самоход дозирующей иглы, который осуществляется через автономное дроссельное сопротивление.

Однако в данном регуляторе отсутствует ограничение глубины срезки расхода топлива при взлете самолета в случае повышения сверх допустимой температуры газов на турбине, что приведет к недостатку тяги для взлета самолета. Наличие постоянного самохода дозирующей иглы на всех режимах, который на максимальных режимах достигает по расходу значительной величины, что приводит к вождению расхода

55 топлива, и соответственно, вождению тяги двигателя, что снижает надежность работы двигателя.

Вождение тяги двигателя в конечном итоге является результатом подключения гидрозамка к магистрали управления через автономное дроссельное сопротивление, Известен также регулятор подачи топлива в газотурбинный двигатель, содержащий датчик частоты вращения, связанный с полостями статического поршня и поршня доэирующей иглы со штоком, на котором предусмотрена проточка, подключенные к ней линия связи и топливный канал, электромагнитный клапан блокировки взлета, магистраль подвода постоянного давления и полость слива.

Известный регулятор работает следующим образом.

При незначительной температуре газов на турбине электромагнитный клапан регулятора температуры, установленный на входе в полости поршней (статического поршня и поршня дозирующей иглы), открыт, а электромагнитный клапан, установленный на линии слива, закрыт, и регулятор работает по поддержанию настроенной рычагом управления частоты вращения двигателя, Если температура газов на турбине достигает максимально допустимой величины, то электромагнитный клапан, установленный на входе в полости поршней, закрывается, полость поршня доэирующей иглы оказывается гидравлически запертой, дозирующая игла фиксируется, увеличение подачи топлива прекращается.

Если при этом наблюдается дальнейший рост температуры газов, то на электромагнитный клапан, установленный на линии слива, подается напряжение, он открывается, стравливается давление топлива из полости поршня дозирующей иглы на слив, дозирующая игла перемещается на уменьшение расхода топлива, температура газов уменьшается, регулятор температуры газов снимает напряжение и электромагнитные клапаны устанавливаются в исходное положение, Этот регулятор снабжен электромагнитными клапанами блокировки взлета и антипомпажным.

При взлете самолета к клапану блокировки взлета подведено напряжение и он закрыт. При перегреве турбины двигателя электромагнитный клапан, установленный на сливе, травит давление топлива из полости поршня дозирующей иглы. Доэирующая игла перемещается на уменьшение расхода, а подключенный к ней шток дозирующей иглы перекрывает канал стравливания отсечной кромкой на проточке штока и дози2001294

55 рующая игла останавливается. Уменьшение расхода прекращается. При этом тяга двигателя достаточна для взлета самолета, По достижении небольшой BblcoTt,l полета электромагнитный клапан блокировки взлета обеспечивается (по сигналу, например, при уборке шасси) и открывается, не мешая срезке расхода топлива электромагнитным клапаном, установленным на сливе для снижения температуры газов на гурбине при ее перегреве.

Для предохранения компрессора от помпажа на двигателе установлен ограничитель, который при появлении сигнала помпажа открывается и сообщае полость поршня доэирующей иглы со сливом. При этом поршень доэирующей иглы быстро перемещается на уменьшение расхода топлива, При прекращении помпажа среэка топлива прекращается.

Данный регулятор обладает следующими недостатками; недостаточно надежное удержание дозирующей иглы на гидроупоре блокировки взлета иэ-эа огсутствия подпитки в полость поршня дозирующей иглы и ри закрытых электромагнитных клапанах регулятора температуры и, соответственно, нестабильная минимальная тяга двигателя при взлете самолета; отсутствие гидроэамка на статическом поршне, что приводит к нестабильному поддержанию настроенной частоты вращения двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является регулятор подачи топлива в ГТД, содержащий датчик частоты вращения, связанный с полостями статического поршня и управляемои полостью доэирующей иглы, подключенной к подпружиненному золотнику и через шток доэирующей иглы к кольцевои проточке золотника, связанного каналом с дроссельным пакетом, соединенным с редуцированной магистралью, подключенной к пружинной полости золотника, а через электромагнитный клапан блокировки взлета— к торцевой полости этого золотника.

Известный регулятор работает следующим образом, При незначительной температуре газов на турбине электромагнитный клапан регулятора температуры, установленный на входе в полости статического поршня и поршня доэирующей иглы, открыт, а электромагнитный клапан, установленный на линии слива из этих полостей, закргят и регулятор работает по поддержанию настроенной рычагом управления частоты вращения двигателя.

Если температура газов на турбино достигает максимально допустимой величины, то электромагнитный клапан, установлен5

50 ный на . ходе в полости поршней. закрывается, полость поршня дозирующей идолы оказывается гидравлически запертои, дозирующая игла фиксируется. увеличение подачи топлива прекращаемся.

Если при этом наблюдается дальнейший рост температуры газов, то на электромагнитный клапан, установленный на линии слива, подается напряжение, он открывается, стравливает давление топлива из полости поршня дозирующей иглы на слив, дозирующая игла перемещается на уменьшение расхода топлива, температура газов уменьшается, регулятор температуры газов снимает напряжение и электромагнитные клапаны устанавлиBà oòcÿ в исходное положение.

Этот регулятор снабжен электромагнитным клапаном блокировки взлета и подпружиненным золотником с двумя проточками.

При взлете самолета к электромагнитному клапану блокировки взлета подведено напряжение и он закрыт.

При перегреве турбины двигателя электромагнитный клапан, установленный на сливе, травит давление топлива из полости поршня дозирующей иглы. Дозирующая игла перемещается на уменьшение расхода, а подключенный к ней шток дозирующей иглы перекрывает канал стравливания отсеченой кромкой на проточке штока и дозирующая игла останавливается (гидроупор). Уменьшение расхода прекращается. При этом тяга двигателя достаточна для взлета самолета. При достижении небольшой высоты полета электромагнитный клапан блоKL1pDBKl1 взлета обесточивается, например, по сигналу при уборке шасси, и открывается не мешая срезке расхода топлива электромагнитным клапаном, установленным на линии слива, для гнижения температуры газов на турбине прь ее перегреве. При работе электромагнитного клапана блокировки взлета последний управляет подпружиненным золотником, имеющим две г роточки.

При взлете при помощи первой проточки в золотнике осуществляется доэированныи подвод топлива в управляемую полость поршня дозирующей иглы для надежного удержания дозирующей иглы на укаэанном гидроупоре.

При взлете самолета электромагнитный клапан блокировки взлета обесточивается, золотник перемещается.

При этом первая проточка золотника перекрывает дозированный подвод в управляему о полость поршня доэирующей иглы, а вторая проточка золотника подключает к штоку поршня дозирующей иглы дополни2001294

55 тельный канал, и работа на гидроузле предотвращается.

Данный регулятор обладает следующими недостатками: увеличенные габариты и вес вследствие большого количества каналов, подводимых на боковые поверхности штока поршня дозирующей иглы и золотника.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и веса.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор подачи топлива в ГТД, содержащем датчик частоты вращения, связанный с полостями статического поршня и управляемой полостью дозирующей иглы, подключенной каналом к подпружиненному золотнику и через шток дозирующей иглы к кольцевой проточке золотника, связанного каналом с дроссельным пакетом, соединенным с редуцированной магистралью, подключенной к пружинной полости золотника, а через электромагнитный клапан блокировки взлета полости дозирующей иглы подключен непосредственно к кольцевой проточке золотника, а канал связи с дроссельным пакетом подключен к цилиндрической поверхности золотника, причем величина полного хода золотника больше расстояния от нижней отсечной кромки до канала связи с дроссельным пакетом и меньше расстояния от верхней отсечной кромки до канала связи управляемой полости дозирующей иглы.

На чертеже представлена схема регулятора подачи топлива в газотурбинный двигател ь.

Регулятор подачи топлива в ГТД содержит датчик 1 частоты вращения, связанный с полостью 2 статического поршня 3 и управляемой полостью 4 поршня 5 дозирующей иглы 6 со штоком 7, подпружиненный золотник 8 с нижней 9 и верхней 10 отсечными кромками кольцевой проточки 11, которая одновременно подключена каналом

12 к штоку 7 и при помощи канала 13 связи — к полости 4 поршня 5 дозирующей иглы 6, дроссельный пакет 14 с каналом 15, подключенным к цилиндрической поверхности 16 золотника 8, редуцированную магистраль

17, сообщенную с пружинной полостью 18 золотника 8, с дроссельным пакетом 14, а через электромагнитный клапан 19 блокировки взлета — с торцовой полостью 20 золотника 8, жиклеры 21, 22 и 23, магистраль

24 постоянного давления, сливную полость

25 и гидрозамок 26, размещенный на статическом поршне 3 и подключенный непосредственно к магистрали 17.

Датчик 1 связан с маятником 27, который управляет давлением в полостях 2 и 4

40 через гидравлические сопротивления 28 и

29, канал 30, электромагнитный клапан 31 регулятора температуры. гидравлическое сопротивление 32, питаемые от источника постоянного давления через жиклер 33.

Статический поршень 3 содержит проточку 34 и шунтирующий канал с гидравлическим сопротивлением 35.

Торцовая полость 36 штока 7 подключена к электромагнитному клапану 31 регулятора температуры через канал 37. Слив топлива иэ полости 4 прекращается отсечной кромкой 38, которая закрывает канал

39, подводящий топливо к электромагнитным клапанам 40 ограничителя помпажа и

41 регулятора температуры. причем слив топлива из последнего производится через гидравлическое сопротивление 42, Полость 43 статического поршня 3 сообщена с полостью 4 поршня 5 через гидравлические сопротивления 28 и 29, канал 30 электромагнитный клапан 31, канал 37, полость

36 и канал 44 в штоке 7. Для сообщения полости 2 со сливом шток 7 снабжен отверстием 45 и проточкой 46.

Регулятор работает следующим образом.

При условии, когда температура газов на турбине двигателя незначительна, электромагнитный клапан 41 закрыт: если самолет находится в полете и признаки помпажа отсутствуют, то электромагнитный клапан

19 блокировки взлета открыт, золотник 8 находится в верхнем положении, а электромагнитный клапан 40 ограничителя помпажа закрыт.

Увеличение частоты вращения вызывает отклонение маятника 27 вниз, открытие управляющей щели, падение давления топлива перед маятником 27 и перемещение статического поршня 3 и поршня 5 дозирующей иглы.

В первый момент поршня 3 и 5 перемещаются вместе, обеспечивая быстрое уменьшение расхода (поршень 3 перемещается вверх, а поршень 5 вместе с доэирующей иглой 6 — вниз, уменьшая проходное сечение дозирующей иглы 6 и расход топлива); затем статический поршень 3 садится на упор, а скорость движения иглы 6 уменьшается до величины, определяемой гидравлическими сопротивлениями 32, 29. 28 и 35. с помощью которых соединяются полость 43 статического поршня 3 и полость 4 поршня

5, управляемые маятником 27. Уменьшение расхода топлива вызывает снижение частоты вращения, маятник 27 прикрывается, и система приходит в равновесное состояние при другом положении дозирующей иглы 6.

2001294

5

Время приемистости и резко о уменьшения расхода топлива определяется той или иной комбинацией гидравлических сопротивлений 32, 29, 28 и 35.

При незначительных отклонениях от установившегося режима перемещения статического поршня 3 невелики и его проточка

34 с отверстием не вскрывает шунтирующие каналы. При быстром переводе рычага управления на понижение режима работы двигателя (сброс газа) статический поршень

3 перемещается вверх и соединяет полость

2 поршня 3 с полостью 43 дополнительно через гидравлическое сопротивление 35, подбором которого можно обеспечить требуемую скорость резкого уменьшения расхода топлива.

При быстром переводе рычага управления на повышение режима работы двигателя (приемистость) статический поршень 3 перемещается вниз и соединяет полость 43 через проточку 34 с отверстием с полостью топлива невелик, то шток 7 перекрывает канал 37, ведущий в полость между гидравлическими сопротивлениями 32 и 29, скорость перемещения дозирующей иглы 6 определяется их эквивалентным сопротивлением.

При больших расходах топлива шток 7 соединяет канал 37 с полостью 4 поршня 5 через канал 44 в штоке 7, шунтируя гидравлическое сопротивление 32, скорость движения дозирующей иглы 6 увеличивается и определяется только гидравлическим сопротивлением 29 при приемистости и гидравлическими сопротивлениями 28 и 29 на установившихся режимах работы двигателя.

Для предохранения двигателя от перегрева на нем установлен регулятор температуры газов на турбине. который соединен с электромагнитными клапанами 31 и 41 регулятора температуры газов при помощи концевых выключателей.

Если температура газов на турбине достигает максимально допустимой величины, то на электромагнитный клапан 31 подается напряжение тока и он закрывается, отсекая полости 2 и 4 поршней 3 и 5 от канала 30 подвода управляющего давления. Полость 4 поршня 5 оказывается гидравлически запертой, доэирующая игла 6 фиксируется, увеличение подачи топлива прекращается, Если при этом наблюдается дальнейший рост температуры газов, то на электромагнитный клапан 41 подается напряжение тока, он открывается и стравливает давление топлива из полости 4 поршня 5 на слив через линию 13 связи, проточку 11 в золотнике 8, топливный канал 12, электромаг15

55 нитный клапан 41, гидравлическое сопротивление 42, При этом поршень 5 быстро, со скоростью, определяемой сопротивлением

42, перемещается вниз, уменьшая сечение дозирующей иглы 6 и снижая расход топлива, температура газов уменьшается, регулятор температуры снижает напряжение, и электромагнитные клапаны 31 и 41 устанавливаются в исходное положение (клапан 31 открывается, а клапан 41 закрывается), С целью предохранения компрессора от помпажа на двигателе установлен ограничитель, соединенный при помощи концевого выключателя с электромагнитным клапаном 40 ограничителя помпажа, который при появлении сигнала помпажа открывается и сообщает полость 4 со сливом. При этом поршень 5 вместе с дозирующей иглой

6 быстро перемещается вниз, на уменьшение расхода топлива. Явление помпажа прекращается, ограничитель помпажа снимает сигнал с клапана 40 ограничителя помпажа, и он закрывается, в полости 4 давление топлива восстанавливается, Для получения наилучших параметров двигателя (максимальная тяга. минимальные удельные расходы топлива) температура газов на турбине двигателя выбирается максимально возможной. При этом электромагнитные клапаны 31 и 41 закрыты и полость 4 поршня 5 оказывается гидравлически запертой, дозирующая игла

6 фиксируется, прекращая изменение расхода топлива в двигатель, Для точной работы ограничителя температуры газов необходим возможно меньший самоход дозирующ и иглы, а в идеальном случае — полное отсутствие самохода, т.е. дозирующая игла 6 должна быть неподвижна.

С этой целью на статическом поршне 3 выполнен гидроэамок 26. К этому гидрозамку подведено по редуцированной магистрали 17 давление топлива практически такое же, как и в полости 4 поршня 5, подобранное жиклерами 22 и 23, благодаря чему топливо по диаметральному зазору статического поршня 3 практически не будут поступать в полость 2, ввиду малости перепада давлений на этом зазоре.

При полете самолета электромагнитный клапан 19 блокировки взлета обесточен и открыт. Золотник 8 находится в верхнем положении, Линия 13 связи и топливный канал

12 сообщены проточкой 11, подвод давления топлива из редуцированной магистрали

17 в полость 4 поршня 5 отключен, так как перекрыт выходной канал 15 из дроссельного пакета 14 нижней отсечной кромкой 9 золотника 8, 2001294

Ввиду отсутствия подпитки полости 4 поршня 5 доэирующая игла 6 стоит практически неподвижно, расход топлива, поступающий в двигатель и тяга двигателя фактически остаются неизменными, что 5 обеспечивает высокую надежность работы двигателя, При превышении температуры газов на турбине двигателя сверх допустимой, на электромагнитный клапан 41 подается на- 10 пряжение тока, он открывается и стравливает давление топлива из полости 4 поршня 5 на слив по линии 13 связи, проточке 11 золотника 8, топливному каналу 12 и далее через электромагнитный клапан 41, 15

Поршень 5 с дозирующей иглой 6 переместится вниз на уменьшение расхода, температура газов снизится, ограничитель температуры газов снимает напряжение тока с электромагнитного клапана и дозирую- 20 щая игла 6 остановится.

При взлете самолета на электромагнитный клапан 19 блокировки взлета подается напряжение тока и он закрывается, В полости 20 золотника 8 давление топ- 25 лива достигает величины, равной постоянному давлению, подводимому по каналу 24, золотник 8 смещается вниз, перекрывает топливный канал 12 верхней отсечной кромкой 10, 30

С другой стороны в полость 4 поршня 5 подводится давление топлива из редуцированной магистрали 17 через дроссельный пакет 14, проточку 11 в золотнике 8, линию 35

13 связи.

При превышении температуры газов на турбине сверх допустимой подается напряжение на электромагнитный клапан 41, и он открывается, иэ полости 4 поршня 5 давле- 40 ние топлива стравливается на слив по каналу 44, отверстию 45, проточке 46 штока 7, каналу 39, электромагнитному клапану 41 и дроссельному сопротивлению 42 до тех пор, Формула изобре ения 45

РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ГАЗОТУРБИНный двиГА16ль, содержащий датчик частоты вращения, связанный с полостями статического поршня и управляемой полостью дозирующей иглы со штоком, отличающий- 50 ся тем, что, с целью повышения надежности, он содержит электромагнитный клапан блокировки вэлт.та, дроссельный пакет, магистраль редуцируемого давления и подпружиненный золотник, имеющий нижнюю и верхнюю отсечные кромки и кольцевую проточку и расположенный в корпусе с образованием торцевой и пружинной полостей, управляемая полость дозирующей иглы подключена пока отсечная кромка 38 перекроет канал 39.

При этом установится такой расход топлива, при котором двигатель обеспечит минимальную тягу для взлета самолета. При взлете самолета закрылки устанавливаются в полетное положение, при помощи концевого выключателя снимается напряжение тока с электромагнитного клапана 19 и он открывается. Дальнейшая работа будет происходить, как описано выше.

В известном регуляторе по авт,св.N

1556185 к боковой поверхности штока 7 подведено два канала и к боковой поверхности золотника 8 — четыре канала, В предложенном регуляторе к боковым поверхностям каждого иэ этих золотников подведено на один канал меньше, т.е, к штоку 7 — один канал, к золотнику 8 — три канала, вследствие этого в предложенном регуляторе указанные золотники будут фактически короче, их габариты и вес будут меньшими, чем в известном регуляторе.

При этом исходя из положенного расположение отсечных кромок 9 и 10 проточки 11 и каналов 12, 13 и 15, выходящих на боковую поверхность 16 золотника 8, должно быть таковы л, что при верхнем положении золотника 8 канал 15 должен быть перекрыт, а каналы 12 и 13 должны быть сообщены; при нижнем положении золотника 8 канал 12 должен быть перекрыт, а каналы 13 и 15 должны быть сообщены, Отсюда следует, что величина С полного хода золотника 8 больше расстояния В от нижней отсечной кромки 9 до канала 15 связи с дроссельным пакетом 14 и меньше расстояния а от верхней кромки 10 до канала 13 связи управляемой полости доэирующей иглы. (56) Техническое описание агрегата дозировки топлива АДТ-25-1 схема М 2191-1С3, выпущенное М КБ "Темп", 1988. непосредственно и через канал, выполненный в штоке дозирующей иглы, к кольцевой проточке золотника, а последняя связана с каналом с дроссельным пакетом, соединенным с магистралью редуцируемого давления, подключенной к пружинной полости золотника, а через электромагнитный клапан блокировки взлета - к торцевой полости этого золотника, причем величина полного хода золотника больше расстояния от нижней отсечной кромки до канала связи с дроссельным пакетом и меньше расстояния от верхней отсечной кромки до этого канала.

2001294 слид ьмЮ

Редактор, Л.Волкова

Заказ 3121

Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

19

ПОС/ПОЯСНЮ бабление

Составитель Б.Хейфец

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Лисина

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5