Электроприводной насос

Авторы патента:

F02C9/26 - управление топливоподачей (F02C 9/48 имеет преимущество; клапаны системы топливоподачи F02C 7/232)

Владельцы патента RU 2540204:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" (RU)

Электроприводной насос для газотурбинного двигателя (ГТД) содержит насос подачи рабочей среды и электропривод, включающий в себя электродвигатель и блок управления частотой его вращения, связанный с электродвигателем, датчиками и системой управления высшего уровня. Электроприводной насос также содержит модуль, служащий для неизмеряемого расчетного определения расхода рабочей среды. Модуль выполнен в виде цифрового устройства, имеющего входы для поступления сигналов из блока управления о частоте вращения электродвигателя n_эд и тока в его силовых обмотках I_эд, содержащего память со значениями предварительно полученной экспериментальной зависимости расхода рабочей среды от косвенных параметров в виде частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках и алгоритм вычисления расчетного значения объемного расхода Q_н по экспериментальным значениям и измеряемым значениям сигналов с датчиков частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках, основанный на зависимости Q_н=f(n_эд,I_эд). Технический результат заключается в повышении надежности и качества контроля или управления газотурбинным двигателем за счет безинерционного определения величины расхода рабочей среды на выходе насоса, в том числе в алгоритмах управления ГТД на переходных режимах его работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, более точно касается электроприводных насосов систем подачи рабочей среды.

Известны системы управления и топливопитания газотурбинным двигателем (ГТД), содержащие шестеренный насос высокого давления с электроприводом и электронный регулятор ГТД, величина расхода топлива в камеру сгорания определяется по измеренной величине частоты вращения электродвигателя насоса (патенты US 7197879 B2, US 7540141 B2). Однако такой подход не позволяет точно определить величину расхода из-за наличия утечек по зазорам насоса, зависящих от перепада давлений на нем, температуры рабочей среды и др. Величина расхода топлива нужна, т.к. часто используется в алгоритмах управления двигателем.

Известны технические решения [WO 2009/052794 A3, US 6655152 B2, патент РФ №2308606, опубл. 2006 г.], согласно которым в топливной системе с электроприводным насосом и электронным регулятором устанавливается датчик расхода, располагаемый за насосом. Электрический сигнал с датчика поступает в электронный регулятор ГТД, где он преобразуется в величину расхода рабочей среды и используется в алгоритмах управления. Недостатком таких систем является наличие датчика расхода, который инерционен, усложняет систему управления и снижает ее надежность из-за возможных погрешностей и отказов.

Технический результат заключается в повышении надежности и качества контроля или управления газотурбинным двигателем за счет безинерционного определения величины расхода рабочей среды на выходе насоса, в том числе в алгоритмах управления ГТД на переходных режимах его работы.

Указанный технический результат достигается тем, что электроприводной насос для газотурбинного двигателя (ГТД), содержащий насос подачи рабочей среды и электропривод, включающий в себя электродвигатель и блок управления частотой его вращения, связанный с электродвигателем, датчиками и системой управления высшего уровня, содержит модуль, служащий для неизмеряемого расчетного определения расхода рабочей среды, выполненный в виде цифрового электронного устройства, имеющего входы для поступления сигналов из блока управления о частоте вращения электродвигателя n_ЭД и тока в его силовых обмотках 1эд, содержащего память со значениями предварительно полученной экспериментальной зависимости расхода рабочей среды от косвенных параметров в виде частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках и алгоритм вычисления расчетного значения объемного расхода Q_н по экспериментальным значениям и измеряемым значениям сигналов с датчиков частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках, основанный на зависимости Q_Н=f(n_эд,I_эд).

Электроприводной насос для газотурбинного двигателя (ГТД) может содержать на выходе насоса датчик температуры рабочей среды, соединенный с модулем, а модуль выполнен с возможностью расчета величины массового расхода G_н как произведение плотности рабочей среды при данной температуре на объемный расход.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и рисунком, где показана принципиальная схема электроприводного насоса согласно изобретению.

Электроприводной насос содержит насос 3 и регулируемый электропривод, включающий электродвигатель 2 и блок 1 управления, который содержит контур управления током I_эд в силовых обмотках электродвигателя и контур управления частотой вращения _nэд электродвигателя (условно показаны связью 18). Соответствующие датчики указанных параметров всегда встроены в электропривод (на рисунке не показаны), информация с них поступает в блок управления 1 по связи 18 и может использоваться в блоке 6.

Вход 8 насоса 3 служит для поступления рабочей среды с давлением P_вх, а выход 9 - для отвода рабочей среды с давлением P_вых из насоса.

Согласно изобретению электроприводной насос также содержит модуль 6, служащий для неизмеряемого расчетного определения расхода рабочей среды, предназначенного, например, для использования в алгоритмах контроля или управления ГТД. Модуль 6 выполнен в виде цифрового электронного устройства, содержащего память со значениями предварительно полученной экспериментальной зависимости расхода рабочей среды от косвенных параметров в виде частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках и алгоритм вычисления расчетного значения объемного расхода Q_н по экспериментальным значениям и измеряемых сигналов датчиков частоты вращения электродвигателя n_эд, и тока в его силовых обмотках I_ЭД, основанный на зависимости Q_н=f(n_эд,I_эд).

На входы 10 и 11 модуля 6 из блока 1 поступают сигналы о частоте вращения электродвигателя n_эд и токе в его силовых обмотках I_эд.

Модуль 6 может быть связан с блоком 1 управления (показан на рисунке) или встроен в него.

Требуемый режим работы электропривода по частоте его вращения может быть задан в виде сигнала U_упр из систем управления 4 высшего уровня на вход 16 блока 1.

На выходе 12 модуля 6 формируется сигнал о величине объемного расхода, который поступает в блок 5 регистрации параметров. Полученная информация о величине расхода может передаваться из блока 5 в систему управления высшего уровня 4 (на рисунке связь показана пунктиром), например, для использования в алгоритмах управления ГТД или в алгоритмах его контроля и диагностики, а также другим потребителям (эти связи на рисунке не показаны).

Вход 15 модуля 6 служит для ввода в память экспериментальных характеристик насоса 3.

Эти характеристики обычно задают в виде экспериментальных зависимостей объемного расхода от частоты вращения насоса и величины перепада давлений на насосе, который учитывает влияние утечек рабочей среды в насосе с выхода на вход по зазорам. Одновременно могут быть введены зависимости плотности рабочей среды от ее температуры.

Как известно, величина крутящего момента на валу электродвигателя пропорциональна току в его силовых обмотках, а момента на валу насоса - величине перепада давления на нем.

Следовательно, для электроприводного насоса величина тока в силовых обмотках электродвигателя пропорциональна перепаду давлений на насосе, и эта особенность характеристик используется в данном изобретении для расчета величины расхода за насосом без использования датчика расхода.

В процессе работы насоса на вход модуля 6 расчета расходов из блока 1 поступают сигналы о текущих значениях частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках. С использованием методов двойной интерполяции по зависимостям Q_н=f(n_эд,I_эд) определяется величина объемного расхода, которая передается в блок 5 информационно-измерительной системы.

На выходе насоса может быть установлен датчик 7 температуры рабочей среды. Сигнал с него поступает на собственный вход 14 модуля 6, на выходе 13 которого формируется сигнал о величине массового расхода G_Н как произведение плотности рабочей среды при данной температуре на объемный расход.

Следует заметить, что в данном случае имеет место практически безинерционное определение объемного расхода рабочей среды, так как постоянные времени измерения частоты вращения электродвигателя и тока пренебрежимо малы.

Таким образом, заявленный электроприводной насос позволяет определить величину расхода рабочей среды без использования дополнительного датчика расхода. Использование этой информации позволяет повысить надежность контроля и управления работой двигателей.

Изобретение может быть использовано в системах подачи топлива в камеры сгорания авиационных газотурбинных двигателей или двигателей в стационарных газотурбинных установках, в системах смазки подшипников двигателей, в системах подачи агрессивных сред, а также в других системах, которые используют электроприводные насосы.

1. Электроприводной насос для газотурбинного двигателя (ГТД), содержащий насос подачи рабочей среды и электропривод, включающий в себя электродвигатель и блок управления частотой его вращения, связанный с электродвигателем, датчиками и системой управления высшего уровня, отличающийся тем, что содержит модуль, служащий для неизмеряемого расчетного определения расхода рабочей среды, выполненный в виде цифрового устройства, имеющего входы для поступления сигналов из блока управления о частоте вращения электродвигателя n_эд и тока в его силовых обмотках I_эд, содержащего память со значениями предварительно полученной экспериментальной зависимости расхода рабочей среды от косвенных параметров в виде частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках и алгоритм вычисления расчетного значения объемного расхода Q_н по экспериментальным значениям и измеряемым значениям сигналов с датчиков частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках, основанный на зависимости Q_н=f(n_эд,I_эд).

2. Электроприводной насос для газотурбинного двигателя (ГТД) по п.1, отличающийся тем, что содержит на выходе насоса датчик температуры рабочей среды, соединенный с модулем, а модуль выполнен с возможностью расчета величины массового расхода G_н как произведение плотности рабочей среды при данной температуре на объемный расход.

Изобретение используется в системах автоматического регулирования дозирования топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя. Технический результат: экономия топлива за счет повышения стабильности статических и динамических характеристик устройства дозирования топлива, повышения точности дозирования топлива в газотурбинный двигатель с одновременным повышением точности всей системы управления газотурбинным двигателем.

Входное устройство для предварительного смешивания топлива и воздуха, а также узел, содержащий такое устройство, систему выделения/преобразования энергии и газовую турбину (варианты) // 2537109

Устройство для предварительного смешивания топлива и воздуха, предназначенное для использования перед впускным отверстием основного канала потока текучей среды системы выделения/преобразования энергии и отделенное от зоны тепловыделения в системе выделения/преобразования энергии, содержит множество концентрических, копланарных, некруглых, кольцевых элементов с аэродинамической формой, множество расположенных в радиальном направлении спицеобразных элементов.

Топливный расходомер, имеющий улучшенное регулирующее устройство // 2531838

Изобретение относится к топливному расходомеру, в который подают топливо с помощью насоса, имеющего входное отверстие и выходное отверстие. Регулирующее устройство содержит поршень, отделяющий вдоль оси вторую камеру от третьей камеры, соединенный с выходным отверстием измерительного клапана, включает в себя соединительный элемент, выполненный с возможностью взаимодействия с элементом клапана, вторую пружину, размещенную в третьей камере, которая прикладывает осевое усилие к поршню, в результате чего проявляется тенденция удержания поршня отсоединенным от элемента клапана, регулирующее устройство также включает в себя канал для соединения второй камеры с третьей камерой.

Способ поэтапного изменения подачи топлива в устройстве с камерой сгорания // 2526410

Способ поэтапного изменения подачи топлива при эксплуатации реактора с камерой сгорания с захваченным вихрем, имеющего, по меньшей мере, одну полость с захваченным вихрем, при этом реактор с камерой сгорания с захваченным вихрем дополнительно имеет как входное устройство для предварительного смешивания, которое обеспечивает смешивание топлива и воздуха и ввод воздушно-топливной смеси в основное впускное отверстие реактора с камерой сгорания с захваченным вихрем, так и, по меньшей мере, одно вихревое устройство для предварительного смешивания, которое обеспечивает смешивание топлива и воздуха и ввод воздушно-топливной смеси непосредственно в, по меньшей мере, одну подобную полость с захваченным вихрем в реакторе с камерой сгорания с захваченным вихрем.

Устройство для управления положением дозирующего узла регулятора газа или жидкости (варианты) // 2513545

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоками рабочих сред путем изменения площади проходного сечения и может быть использовано для транспортировки газа в системах газораспределительных станций.

Двухканальная система топливопитания и регулирования газотурбинного двигателя // 2504677

Система предназначена для регулирования подачи топлива в ГТД со свободной турбиной. Система имеет основной и резервный каналы управления.

Способ управления расходом топлива в двухтопливную камеру сгорания судовой газотурбинной установки // 2500911

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в локальных системах управления (ЛСУ) газотурбинными силовыми установками (ГТУ) судов различного назначения.

Устройство для управления раходом топлива в газотурбинный двигатель // 2500910

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

Способ управления расходом топлива в газотурбинный двигатель // 2497001

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Способ управления турбовинтовой силовой установкой самолета // 2493051

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления (САУ) турбовинтовыми силовыми установками (СУ) самолетов.

Способ управления газотурбинным двигателем // 2549920

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных авиационных двигателей. Согласно способу измеряют температуру воздуха на входе в двигатель, по значению сигнала температуры воздуха на входе в двигатель и первому заданному программному значению регулируемого параметра вырабатывают первый программный управляющий сигнал, который сравнивают с фактическим значением сигнала регулируемого параметра и по сигналу разности их значений осуществляют регулирование подачи топлива в двигатель. Дополнительно задают второе программное значение регулируемого параметра и предельные значения высоты и скорости полета, в процессе полета по значению сигнала температуры воздуха на входе в двигатель и второму программному значению регулируемого параметра вырабатывают второй программный управляющий сигнал, причем в процессе полета измеряют высоту и скорость полета, сравнивают их с предельными наперед заданными значениями и, до тех пор, пока значения высоты и скорости полета не превышают заданных предельных, с фактическим значением сигнала регулируемого параметра сравнивают первый программный управляющий сигнал, а при превышении предельных значений высоты и скорости полета, с фактическим значением сигнала регулируемого параметра сравнивают второй программный управляющий сигнал. Технический результат изобретения - повышение эффективности регулирования двигателей в зависимости от условий полета. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Парогазовая установка с пароприводным дозатором-компрессором газового топлива // 2550214

Изобретение относится к энергетике. Парогазовая установка с пароприводным дозатором-компрессором газового топлива содержит газотурбинный двигатель с камерой сгорания и регулирующим клапаном по топливу, турбогенератор, энергетическую паровую турбину, установленную на валу турбогенератора, котел-утилизатор с паровыми контурами одного или более давлений, систему трубопроводов газа, пара и воды с регулирующей и запорной арматурой, причём установка также содержит компенсационную турбину, установленную на одном валу с приводной паровой турбиной и дозатором-компрессором в общем герметичном корпусе со стороны дозатора-компрессора. Изобретение позволяет упростить создание пароприводного дозатора-компрессора и наладку его работы в оптимальном режиме в широком диапазоне нагрузок газотурбинного двигателя, а также повысить показатели тепловой эффективности парогазовой установки. 1 ил.

Двухканальная система топливопитания и регулирования газотурбинного двигателя // 2553915

Двухканальная система предназначена для автоматического управления ГТД на всех режимах работы двигателя. Система имеет основной и резервный каналы управления. Автоматический запуск на резервном канале управления обеспечивается установкой временного автомата параллельно дросселю междроссельной камеры. Автомат содержит дросселирующий элемент с сервомотором. В магистралях, соединяющих временный автомат с насосом, установлены клапан постоянного расхода и электромагнитный клапан. Технический результат - обеспечение автоматического запуска газотурбинного двигателя при работе резервного канала управления без усложнения конструкции. 1 ил.

Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя // 2555427

Изобретение относится к области эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано для управления подачей топлива в коллекторы основной и/или форсажной камер сгорания ГТД. Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя включает подачу дозированного топлива в как минимум один топливный коллектор камеры сгорания с последующим его впрыском через форсунки в камеру сгорания двигателя. Дополнительно через как минимум один другой коллектор перепускают недозированное топливо, причем циркуляцию недозированного топлива через данный коллектор отключают при подаче в него дозированного топлива. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности работы ГТД за счет сокращения времени приемистости при переходе с режима на режим, которое обеспечивается за счет сокращения времени на заполнение топливом включаемого в работу топливного коллектора, а также обеспечение плавного изменения тяги двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ и устройство для формирования сигнала установочной точки // 2555429

Изобретение относится к энергетике. Способ формирования сигнала установочной точки подачи топлива, подаваемого клапаном золотникового типа измерительного устройства в систему впрыска топлива для впрыска топлива в камеру сгорания турбодвигателя, причем положение золотникового клапана зависит от сигнала установочной точки. Способ включает в себя этапы, на которых получают первый сигнал, представляющий результат измерения расходомером расхода топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания; выполняют оценку второго сигнала на основе результатов измерения положения золотникового клапана; выполняют оценку третьего сигнала путем применения цифровой модели расходомера ко второму сигналу и формируют сигнал установочной точки путем суммирования сигнала компенсации с первым сигналом, причем сигнал компенсации получают путем вычитания третьего сигнала из второго сигнала. Также представлены способ подачи сигнала, устройство формирования сигнала, система подачи сигнала, а также газовая турбина. Изобретение позволяет улучшить точность измерения расхода топлива. 5 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ работы газотурбинного двигателя и газотурбинная установка для осуществления указанного способа // 2557819

Изобретение относится к энергетике. Способ работы газотурбинной установки, содержащей компрессор, турбину и камеру сгорания с группой пусковых горелок, группой горелок с предварительным смешением, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, и группой горелок с предварительным смешением, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, в условиях изменения состава поступающего газового топлива, при этом указанный способ включает стадии: непрерывного измерения в реальном времени состава газового топлива, регулирования работы указанного газотурбинного двигателя и сжигание топлива в указанных горелках с использованием указанных измерений состава газового топлива в реальном времени. Также представлена газотурбинная установка для осуществления способа согласно изобретению. Изобретение позволяет обеспечить работу установки в оптимальном диапазоне, а также обеспечить оптимальный эффект сокращения вредных выбросов, оптимальные пульсационные характеристики и надежность работы газотурбинного двигателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя // 2568015

Изобретение относится к энергетике. Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя, включающий заполнение дозированным топливом как минимум одного топливного коллектора камеры сгорания и подачу через его форсунки топлива в камеру сгорания двигателя. В процессе работы двигателя в емкости подготавливают порцию топлива, достаточную для заполнения вводимого в работу как минимум одного коллектора, перед введением в работу которого заполняют данный коллектор подготовленной порцией топлива, после чего подают в него дозированное топливо. Изобретение позволяет повысить эффективность работы газотурбинного двигателя за счет сокращения времени приемистости при переходе с режима на режим. 1 ил.

Система управления камерой сгорания изменяемой геометрии газотурбинного двигателя летательного аппарата // 2569466

Изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинного двигателя (ГТД), а именно к системам управления режимами работы камеры сгорания изменяемой геометрии, т.е. изменяемого объема и изменяемого проходного сечения отверстий жаровой трубы. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности управления рабочим процессом камеры сгорания за счет корректировки заданного значения коэффициента избытка воздуха в первичной зоне горения, в зависимости от значения коэффициента полноты сгорания топлива. Дополнительно введены последовательно соединенные вычислитель коэффициента полноты сгорания топлива и схема сравнения, выход которой соединен с входом программного блока, а также датчик индексов эмиссии монооксидов углерода (CO) и углеводородов (HC), установленный на выходе основной камеры сгорания, выход которого соединен с входом вычислителя коэффициента полноты сгорания топлива, при этом на второй вход схемы сравнения подается заданное значение коэффициента полноты сгорания топлива. 1 ил.

Камера сгорания и узел, содержащий такую камеру сгорания (варианты). // 2572733

Камера сгорания предназначена для использования в способе поэтапного изменения подачи топлива, при котором части топлива, подаваемые во множестве мест ввода топлива в камеру сгорания, варьируются в соответствии с требуемой мощностью. Камера сгорания содержит множество полостей сжигания в захваченном вихре, устройство предварительного смешивания в комбинации с множеством полостей сжигания в захваченном вихре. Устройство предварительного смешивания содержит входное устройство предварительного смешивания и множество вихревых устройств предварительного смешивания. Входное устройство предварительного смешивания имеет основное впускное отверстие, в котором начинается основной поток, проходящий через камеру сгорания, и множество концентричных, имеющих аэродинамическую форму колец, расположенных перед указанным множеством полостей сжигания в захваченном вихре. Каждое из колец имеет внутренний канал и дополнительно содержит множество отверстий для впрыска топлива, так что топливо протекает из внутреннего канала во входной поток текучей среды вблизи указанного кольца. Каждая пара колец образует между собой кольцевой канал. Вихревое устройство предварительного смешивания соединено с полостью сжигания в захваченном вихре и содержит впускное отверстие для топлива, впускное отверстие для воздуха, камеру, в которой смешиваются топливо и воздух, и выпускное отверстие для воздушно-топливной смеси. Впускное отверстие для топлива включает в себя топливный коллектор с диффузионной пластиной, расположенной в нем. Воздушно-топливная смесь вводится непосредственно в полость сжигания в захваченном вихре в направлении, тангенциальном относительно рециркулирующего потока внутри полости сжигания в захваченном вихре. Поток топлива, проходящий через каждое из множества вихревых устройств предварительного смешивания, является независимо изменяемым. Непосредственно за входным устройством предварительного смешивания и перед указанным множеством полостей сжигания в захваченном вихре расположен конический обтекатель, выполненный с возможностью образования сопла и ускорения предварительно смешанной смеси, выходящей из входного устройства предварительного смешивания. Изобретение направлено на улучшение эксплуатационных характеристик. 6 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

Способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой // 2574213

Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей в форсажную камеру сгорания турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ТРДДФ) на форсированных режимах. Способ управления ТРДДФ заключается в том, что измеряют давление за компрессором ( p к * ) и давление за турбиной ( p т * ) , вычисляют перепад давления на турбине ( π T ∑ * = p к * / р т * ) . Далее определяют скорость изменения указанного перепада ( δ π T ∑ * ) и определяют скорость изменения расхода топлива (δGТФ), подаваемого в форсажную камеру сгорания. На максимальных форсированных режимах регулируют подачу топлива в форсажную камеру сгорания в зависимости от величины отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T ∑ * / δ G T Ф ) , обеспечивая его значение близким к нулю. Технический результат - повышение точности регулирования расхода топлива. 1 з.п. ф-лы, 4 ил..