Система топливопитания и регулирования газотурбинного двигателя

 

Использование: автоматическое регулирование газотурбинного двигателя. Сущность изобретения: система содержит качающий узел 1, в выходном канале которого установлены исполнительный элемент 4 слива и датчик 2 расхода топлива, выполненный в виде чувствительного золотника 5 в сервопоршне 7, соединенном с датчиком 8 положения. Управляемая полость 13 сервопоршня 7 связана с управляющим элементом 15 регулятора 16 расхода топлива, а управляющая полость 17 элемента 4 слива через канал 18 управления и отсечную кромку 12 золотника 5 - со сливом. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано для регулирования газотурбинных двигателей.

Известна бездозаторная система топливопитания и регулирования, содержащая качающий узел, исполнительный элемент слива, расположенный в магистрали нагнетания качающего узла, соединенный со счетно-решающим устройством через управляющий элемент, установленный в топливной магистрали клапан-датчик расхода, перепад на котором заведен в счетно-решающее устройство.

Недостатком этой системы является недостаточная надежность работы из-за низкого запаса устойчивости регулятора для стабилизации динамических характеристик, т.к. управление расходом топлива в двигатель осуществляется за счет воздействия счетно-решающего устройства через управляющий элемент на исполнительный элемент слива, положение которого не определяет конкретного значения расхода топлива в двигатель, отсутствует обратная связь по положению исполнительного элемента слива, т.е. образуется астатическое звено регулирования.

Целью изобретения является повышение надежности за счет улучшения статических и динамических характеристик системы.

Поставленная цель достигается тем, что система, содержащая качающий узел, в магистрали нагнетания которого установлен датчик расхода, выполненный в виде сервопоршня с управляемой полостью и дросселирующим сечением в штоке, исполнительный элемент слива с каналом управления и регулятор расхода с управляющим элементом, дополнительно содержит датчик положения, подключенный к регулятору расхода и связанный со штоком сервопривода, и золотник управления, имеющий кольцевую проточку, связанную с каналом управления элемента слива, и внутренний канал, установленный в штоке сервопоршня с образованием двух полостей, первая из которых соединена с магистралью нагнетания до дросселирующего сечения, вторая - через внутренний канал золотника с магистралью нагнетания после дросселирующего сечения, а управляемая полость сервопоршня соединена с управляющим элементом регулятора расхода.

На чертеже представлена схема предложенной системы.

Система топливопитания и регулирования газотурбинного двигателя содержит качающий узел 1, датчик 2 расхода, установленный в магистрали 3 нагнетания, в которой также установлен исполнительный элемент 4 слива топлива, соединяющий магистраль 3 нагнетания с входом качающего узла 1. Датчик 2 расхода содержит золотник 5 управления с пружиной 6, сервопоршень 7, кинематически связанный с электрическим преобразователем - датчиком 8 положения и имеющий шток 9, в котором установлен золотник 5 и выполнено дросселирующее сечение 10, соединяющее магистраль 3 нагнетания с каналом подачи топлива к форсункам двигателя. Торцы золотника 5 связаны с полостями до и после дросселирующего сечения 10. В золотнике 5 выполнена кольцевая проточка 11 с отсечной кромкой 12. Управляемая полость 13 сервопоршня 7 соединена каналом 14 с управляющим элементом 15 регулятора 16 расхода, а управляющая полость 17 элемента 4 слива через канал 18 управления и проточку 11 с отсечной кромкой 12 соединена с полостью 19 слива. Электрический сигнал от датчика 8 положения, характеризующий положение сервопоршня 7, заведен в регулятор 16 и является для него сигналом расхода топлива и сигналом обратной связи. Регулятор 16 расхода связан с параметрами двигателя и внешних воздействий: Р₂ (давление за компрессором), n (обороты), Р_н (атмосферное давление) и др. , а в управляемую полость 13 сервопоршня 7 подведено Р_к (командное давление).

Система работает следующим образом.

С появлением давления топлива в магистрали 3 нагнетания качающего узла 1 топливо поступает через дросселирующее сечение 10 штока 9 датчика 2 расхода в двигатель. Площадь сечения зависит от положения сервопоршня 7. Управление сервопоршнем 7 осуществляется за счет воздействия регулятора 16 расхода через управляющий элемент 15 на управляемую полость 13 сервопоршня 7.

От сервопоршня 7 (от датчика 8 положения) поступает сигнал обратной связи по расходу топлива, который используется для формирования программы регулятора 16.

В регуляторе 16 расхода формируется заданная программа расхода (Р₂, n, Р_н и д.т.) на основании вводимых параметров двигателя и внешних воздействий и происходит сравнение с сигналом фактического расхода топлива, заведенного от датчика 8 положения.

При рассогласовании заданных параметров с фактическими на сопло управляющего элемента 15 подается команда от регулятора 16 и оно изменяет площадь проходного сечения слива из управляемой полости 13 сервопоршня 7, давление в управляемой полости изменяется и сервопоршень 7 датчика 2 расхода перемещается вместе со штоком 9 и изменяет площадь дросселирующего сечения 10, что приводит к изменению перепада на дросселирующем сечении, а также на чувствительном золотнике 5. Кроме того, перемещение штока 9 изменяет площадь сечения, образованную отсечной кромкой 12 проточки 11, что приводит к изменению давления в управляющей полости исполнительного элемента 4 слива. Исполнительный элемент слива перемещается, изменяя при этом величину перепуска топлива из-за качающего узла 1 в слив, давление топлива в магистрали 3, величину перепада на дросселирующем сечении 10 и расход топлива в двигатель, соответствующий новому положению сервопоршня 7. При этом золотник 5 под действием перепада давлений на сечении 10 также перемещается в новое положение, соответствующее установившемуся положению сервопоршня 7.

За счет воздействия регулятора расхода непосредственно на элемент, определяющий конкретное значение расхода в двигатель, и наличия сигнала обратной связи, пропорционального фактическому расходу топлива в двигатель, используемому для стабилизации переходных процессов, данная система имеет улучшенные динамические характеристики, тем самым повышается надежность работы системы. Регулятор расхода управляет сервопоршнем датчика расхода, золотник которого управляет исполнительным элементом слива, причем на регулятор заведена обратная связь от датчика расхода. Это позволяет астатическое звено превратить в апериодическое, что повышает запасы устойчивости и соответственно динамические характеристики системы. Кроме того, обратная связь непосредственно по расходу топлива улучшает статические характеристики системы. Все это повышает надежность ее работы.

Формула изобретения

СИСТЕМА ТОПЛИВОПИТАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащая качающий узел, в магистрали нагнетания которого установлен датчик расхода, выполненный в виде сервопоршня с управляемой полостью и дросселирующим сечением в штоке, исполнительный элемент слива с каналом управления и регулятор расхода с управляющим элементом, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, она дополнительно содержит датчик положения, подключенный к регулятору расхода и связанный со штоком сервопоршня, и золотник управления, имеющий кольцевую проточку, связанную с каналом управления элемента слива, и установленный в штоке с образованием двух полостей, первая из которых соединена с магистралью нагнетания до дросселирующего сечения, вторая - с магистралью нагнетания после дросселирующего сечения, а управляемая полость сервопоршня соединена с управляющим элементом регулятора расхода.

РИСУНКИ

Рисунок 1