Система топливопитания газотурбинного двигателя

Система топливопитания газотурбинного двигателя относится к области двигателестроения, в частности к системам топливопитания газотурбинных двигателей летательного аппарата. Система содержит регулятор, связанный с датчиками параметров работы двигателя, насос высокого давления и основной топливный насос для подачи топлива, переключатели подключения насосов с устройствами управления, связанными с регулятором, а также датчики давления топлива, установленные на выходе насосов и связанные с регулятором. В системе установлен регулируемый гидроприводной топливный насос, который содержит дросселирующий элемент с сервомотором, шестеренный гидромотор и шестеренный насос, кинематически связанные между собой, и датчик давления топлива на выходе. При этом вход в шестеренный гидромотор через дросселирующий элемент гидравлически связан с выходом насоса высокого давления, выход из шестеренного гидромотора гидравлически связан с выходом из шестеренного насоса, а сервомотор дросселирующего элемента гидравлически связан с переключателем. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность и снизить подогрев топлива за счет уменьшения отбора топлива от топливного насоса высокого давления, а также за счет работы основного топливного насоса на режимах с большей величиной КПД. 1 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам топливопитания газотурбинных двигателей (ГТД) летательного аппарата (ЛА).

Известна система топливопитания газотурбинного двигателя, содержащая регулятор, связанный с датчиками параметров работы двигателя, насос высокого давления (плунжерный) и основной топливный насос (центробежный) для подачи топлива, переключатели подключения насосов с устройствами управления, связанными с регулятором, а также датчики давления топлива, установленные на выходе насосов и связанные с регулятором (см. патент RU 122705, опубл. 10.12.2012 г., кл. F02C 9/26).

Недостатком известной системы топливопитания является снижение КПД центробежного насоса при уменьшении величины потребляемого расхода топлива.

Параметры основного топливного насоса выбираются исходя из обеспечения максимального КПД при максимальном расходе топлива в двигатель. Необходимость обеспечения подачи топлива в двигатель в широком диапазоне потребных расходов топлива (отношение максимального расхода топлива к минимальному расходу может быть более 50) приводит к работе с низким КПД основного топливного насоса при обеспечении малых расходов топлива в двигатель, например, на режиме крейсерского полета. Работа с низким КПД основного топливного насоса при неблагоприятных внешних условиях может вызвать перегрев топлива в системе питания.

Кроме того, недостатком известной системы топливопитания, при работе на режимах с малым потреблением топлива и подаче топлива к дозаторам от плунжерного насоса высокого давления, является потеря энергии, затраченной на повышение давления топлива.

При работе двигателя на режимах с малым расходом топлива величина потребного давления топлива за насосом высокого давления значительно превышает величину потребного давления топлива на входе в агрегаты дозирования. Это приводит к необходимости дросселирования (уменьшения) давления топлива при подаче топлива от насоса высокого давления к дозатору топлива. Во время дросселирования топлива механическая энергия, затраченная на повышение давления топлива в насосе высокого давления, теряется, переходя в тепловую и вызывая нагрев топлива.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение энергетической эффективности системы топливопитания.

Для достижения указанного технического результата в системе топливопитания газотурбинного двигателя, которая содержит регулятор, связанный с датчиками параметров работы двигателя, насос высокого давления и основной топливный насос для подачи топлива, переключатели подключения насосов с устройствами управления, связанными с регулятором, а также датчики давления топлива, установленные на выходе насосов и связанные с регулятором, установлен регулируемый гидроприводной топливный насос, содержащий дросселирующий элемент с сервомотором, шестеренный гидромотор и шестеренный насос, которые кинематически связаны между собой, и датчик давления топлива на выходе, при этом вход в гидромотор через дросселирующий элемент гидравлически связан с выходом насоса высокого давления, выход из шестеренного гидромотора гидравлически связан с выходом из шестеренного насоса, а сервомотор дросселирующего элемента гидравлически связан с переключателем.

Отличительные признаки, а именно: установка регулируемого гидроприводного топливного насоса, содержащего дросселирующий элемент с сервомотором, шестеренный гидромотор и шестеренный насос, которые кинематически связаны между собой, и датчик давления топлива на выходе, и то, что при этом вход в гидромотор через дросселирующий элемент гидравлически связан с выходом насоса высокого давления, выход из шестеренного гидромотора гидравлически связан с выходом из шестеренного насоса, а сервомотор дросселирующего элемента гидравлически связан с переключателем, обеспечивают возможность использования энергии давления топлива, отбираемого от насоса высокого давления, для повышения давления топлива, поступающего на вход в шестеренный насос. Расход топлива, отбираемый от насоса высокого давления для привода шестеренного гидромотора, объединяется с расходом топлива, подаваемым шестеренным насосом. Суммарная величина расхода топлива в 2-3 раза выше, чем величина расхода топлива, отбираемая от насоса высокого давления. Это позволяет уменьшить отбор топлива от насоса высокого давления и тем самым снизить подогрев топлива в системе топливопитания.

Таким образом, энергетическая эффективность системы топливопитания повышается за счет следующих факторов:

- уменьшения расхода топлива, а следовательно, и величины мощности, необходимой для привода насоса высокого давления;

- уменьшение подогрева топлива за счет перехода энергии давления топлива в механическую энергию, а не в тепловую как в прототипе;

- основной топливный насос подключается на более высоких режимах подачи топлива и работает с большим КПД.

Также при отказе основного топливного насоса система топливопитания с гидроприводным топливным насосом может обеспечить большую величину расхода топлива, тем самым увеличивая величину располагаемой тяги ГТД ЛА.

Предложенная система топливопитания представлена на чертеже и описана ниже.

Система содержит топливный насос высокого давления 1, выполненный в виде плунжерного насоса с регулируемой производительностью, основной топливный насос 2, выполненный в виде центробежного насоса, включающего и отключающего подачу топлива по гидравлической команде. Насос высокого давления 1 и основной топливный насос 2 связаны механическим приводом с ГТД (не показан).

Система также содержит гидроприводной топливный насос 3, который состоит из шестеренного гидромотора 4, шестеренного насоса 5 и дросселирующего элемента 6 с сервомотором. Шестеренный гидромотор 4 и шестеренный насос 5 кинематически связаны между собой (например, приводной рессорой). Выход из шестеренного гидромотора 4 и выход из шестеренного насоса 5 объединены расходной гидравлической магистралью. На выходе из гидроприводного топливного насоса 3 установлен обратный клапан 7.

Входы в насос высокого давления 1, основной топливный насос 2 и гидроприводной топливный насос 3 гидравлическими расходными магистралями связаны с топливной системой ЛА 8.

В гидравлической магистрали, соединяющей топливную систему ЛА 8 с вводом в насосы 1, 2 и 3, установлен датчик давления 9. На выходе из насоса высокого давления 1 установлен датчик давления 10, на выходе из основного топливного насоса 2 установлен датчик давления 11, на выходе из гидроприводного топливного насоса 3 установлен датчик давления 12. Датчики давления 9, 10, 11 и 12 подключены к регулятору 13 электрическими цепями. Регулятор 13 может быть выполнен в виде электронного цифрового регулятора.

Выход из насоса высокого давления 1 гидравлическими расходными магистралями связан с гидроприводным топливным насосом 3 и переключателем 14 насоса высокого давления 1.

Выход из основного топливного насоса 2 гидравлическими расходными магистралями связан с переключателем 14 насоса высокого давления 1 и переключателем 15 основного топливного насоса 2.

Переключатель 14 насоса высокого давления 1 и переключатель 15 основного топливного насоса 2 конструктивно могут быть выполнены в виде одного объединенного переключателя.

Выход переключателя 14 насоса высокого давления 1 связан расходными гидравлическими магистралями с электрогидравлическими элементами автоматики 16 (например, электрогидропреобразователями, электрогидроусилителями, электрогидравлическими клапанами) и агрегатами механизации 17 ГТД (например, гидроцилиндрами управления положением направляющих аппаратов компрессора ГТД, гидроцилиндрами управления соплом и др.).

Выход переключателя 15 основного топливного насоса 2 связан расходной гидравлической магистралью с агрегатом дозирования топлива 18.

Переключатель 14 связан командной гидравлической магистралью 19 с насосом высокого давления 1.

Переключатель 15 связан командной гидравлической магистралью 20 с основным топливным насосом 2.

Переключатель 15 основного топливного насоса 2 связан командной гидравлической магистралью 21 с сервомотором дросселирующего элемента 6.

Управление сервомотором дросселирующего элемента 6 конструктивно может быть осуществлено от переключателя 14 насоса высокого давления 1, или от отдельного агрегата, связанного гидравлически с сервомотором дросселирующего элемента 6, а электроцепями с регулятором 13.

К регулятору 13 подключены электрическими цепями датчики 22 контроля параметров ГТД, переключатели 14 и 15, электроисполнительные элементы автоматики 16, агрегаты механизации двигателя 17, агрегат дозирования топлива 18.

Система работает следующим образом.

Из топливной системы ЛА 8 топливо поступает на вход в топливный насос высокого давления 1, на вход в основной топливный насос 2 и на вход в гидроприводной топливный насос 3. Регулятор 13 контролирует величину давления топлива на входе в насосы системы топливопитания по электрическому сигналу от датчика 9.

Насос высокого давления 1 повышает давление топлива и подает его к гидроприводному топливному насосу 3 и переключателю 14. Регулятор 13 по данным, полученным с датчиков 22 о параметрах ГТД, управляет величиной давления на выходе из насоса высокого давления 1, выдавая электрическую команду на переключатель 14. В переключателе 14 электрическая команда преобразуется в гидравлическую, которая по командной гидравлической магистрали 19 поступает в насос высокого давления 1. Регулятор 13 контролирует величину давления топлива по электрическому сигналу от датчика 10.

Из переключателя 14 по расходным гидравлическим магистралям топливо с высоким давлением поступает к электрогидравлическим элементам автоматики 16 и агрегатам механизации двигателя 17.

На низких режимах работы ГТД регулятор 13 выдает электрический сигнал переключателю 15 на отключение основного топливного насоса 2. Переключатель 15 преобразует электрический сигнал в гидравлическую команду и по командной гидравлической магистрали 20 подает гидравлическую команду основному топливному насосу 2 на отключение подачи топлива.

От насоса высокого давления 1 топливо с высоким давлением по расходной гидравлической магистрали подводится к дросселирующему элементу 6 гидроприводного топливного насоса 3 и далее к шестеренному гидромотору 4. Расход топлива через шестеренный гидромотор 4 определяется площадью открытого проходного сечения дросселирующего. элемента 6 и перепадом давлений топлива на нем. Проходное сечение дросселирующего элемента 6 определяется его положением, которое регулируется гидравлической командой, поступающей к сервомотору дросселирующего элемента 6 по командной гидравлической магистрали 21 от переключателя 15. Величина расхода топлива через шестеренный гидромотор 4 определяет частоту вращения гидромотора 4 и кинематически связанного с ним шестеренного насоса 5.

Аналогичным образом работа гидроприводного топливного насоса 3 производится для варианта конструктивного исполнения с управлением сервомотором дросселирующего элемента 6 переключателем 14, а также для варианта конструктивного исполнения управления сервомотором отдельным агрегатом.

Из топливной системы ЛА 8 топливо по расходным магистралям поступает в шестеренный насос 5, в нем давление топлива повышается, расходные топливные магистрали с выхода шестеренного гидромотора 4 и выхода шестеренного насоса 5 объединяются, и топливо через обратный клапан 7 поступает к переключателю 15.

Регулятор 13 контролирует величину давления топлива за гидроприводным топливным насосом 3 по электрическому сигналу с датчика 12 и управляет давлением топлива на выходе из гидроприводного топливного насоса 3 изменением частоты вращения шестеренного гидромотора 4, выдавая электрическую команду на переключатель 15, в котором электрические команды преобразуются в гидравлическую команду к сервомотору дросселирующего элемента 6.

От переключателя 15 топливо поступает в агрегат дозирования топлива 18.

На режимах работы ГТД с большим расходом топлива регулятор 13 выдает электрический сигнал на переключатель 15 на включение основного топливного насоса 2. Переключатель 15 преобразует электрический сигнал в гидравлическую команду и по командной гидравлической магистрали 20 подает гидравлическую команду основному топливному насосу 2 на включение подачи топлива.

Основной топливный насос 2 повышает давление топлива и подает его к переключателям 14 и 15. Регулятор 13 контролирует величину давления топлива на выходе из основного топливного насоса 2 по электрическому сигналу с датчика 11.

При росте давления топлива за основным топливным насосом 2 до заданной величины регулятор 13 выдает на переключатель 15 электрическую команду на отключение гидроприводного топливного насоса 3. Переключатель 15 преобразует электрическую команду в гидравлическую и по командной гидравлической магистрали 21 подает ее на сервомотор дросселирующего элемента 6. Сервомотор, перемещаясь, перекрывает проходное сечение и отключает подвод топлива от насоса высокого давления 1 к шестеренному гидромотору 4. Обратный клапан 7 закрывается и препятствует обратному перетоку топлива через гидроприводной насос 3.

От основного топливного насоса 2 через переключатель 15 топливо поступает в агрегат дозирования топлива 18.

При отказе насоса высокого давления 1 регулятор 13 выдает на переключатель 14 электрические команды на отключение насоса высокого давления 1 и на подключение подачи топлива от основного топливного насоса 2 к электрогидравлическим элементам автоматики 16 и агрегатам механизации двигателя 17.

Таким образом, предложенная система топливопитания газотурбинного двигателя позволяет повысить энергетическую эффективность и снизить подогрев топлива за счет уменьшения отбора топлива от топливного насоса высокого давления, а также за счет работы основного топливного насоса на режимах с большей величиной КПД.

Система топливопитания газотурбинного двигателя, содержащая регулятор, связанный с датчиками параметров работы двигателя, насос высокого давления и основной топливный насос для подачи топлива, переключатели подключения насосов с устройствами управления, связанными с регулятором, а также датчики давления топлива, установленные на выходе насосов и связанные с регулятором, отличающаяся тем, что в системе установлен регулируемый гидроприводной топливный насос, содержащий дросселирующий элемент с сервомотором, шестеренный гидромотор и шестеренный насос, кинематически связанные между собой, и датчик давления топлива на выходе, при этом вход в шестеренный гидромотор через дросселирующий элемент гидравлически связан с выходом насоса высокого давления, выход из шестеренного гидромотора гидравлически связан с выходом из шестеренного насоса, а сервомотор дросселирующего элемента гидравлически связан с переключателем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к авиационным газотурбинным двигателям, а именно к способам управления тягой газотурбинного двигателя при пожаре в мотогондоле двигателя на взлете самолета.

Изобретения относятся к способу и устройству для подачи топлива в газовую турбину. Описан способ управления подачей топлива в камеру сгорания газовой турбины, содержащей компрессор выше по потоку относительно камеры сгорания, причем способ содержит: подачу топлива в камеру сгорания; получение входного давления воздуха на входе компрессора; получение входной температуры воздуха на входе компрессора; получение выходного давления воздуха на выходе компрессора; получение сигнала отбора воздуха, указывающего количество воздуха, не поступающего в камеру сгорания; оценивание тепловыделение топлива, подаваемого в камеру сгорания, на основе входного давления воздуха, входной температуры воздуха, выходного давления воздуха и сигнала отбора воздуха; сравнение оцененного тепловыделения с требуемым тепловыделением, чтобы получить сигнал ошибки; и управление топливным клапаном, регулирующим подачу топлива в камеру сгорания, на основе сигнала ошибки.

Изобретение относится к области эксплуатации газовых турбин. В устройстве (60) для регулирования подачи топлива в процессе работы стационарной газовой турбины (40), а также электростанции (42), предусмотрено, чтобы в резервуаре (30) приготавливался объем (BV) топлива с давлением, существенно повышенным по сравнению с давлением в топливной сети (13), и, в случае необходимости, кратковременно подавался в забранное из топливной сети (13) топливо (B) с целью повышения его давления.

Способ для мониторинга системы для приведения в действие изменяемых геометрий турбореактивного двигателя, при этом способ мониторинга содержит этап для определения стабилизированного режима, этап для определения среднего значения управляющего тока в ходе определения стабилизированного режима и этап для сравнения упомянутого среднего значения с предварительно определенным пороговым значением.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления работой установки внутреннего сгорания с повышением давления, включающий: нахождение скважности импульсов топливной форсунки и частоты циклов сгорания, которые соответствуют заданной рабочей точке нагрузки и заданному коэффициенту заполнения камеры сгорания установки; определение уставки давления подачи топлива, уставки момента впрыска для топливной форсунки и уставки момента зажигания, которые обеспечивают найденную скважность импульсов топливной форсунки и найденную частоту циклов сгорания; и передачу управляющего сигнала давления подачи топлива, содержащего уставку давления подачи топлива, в устройство обеспечения давления топлива, управляющего сигнала топливной форсунки, содержащего уставку момента впрыска топлива, в топливную форсунку и управляющего сигнала момента зажигания, содержащего уставку момента зажигания, в узел зажигания установки.

Изобретение относится к энергетике. Передатчик хода включает канал для обеспечения прохода текучей среды, исполнительный модуль для увеличения давления в гидравлической жидкости, клапанный модуль, функционирующий в зависимости от давления гидравлической жидкости, при этом клапанный модуль расположен внутри канала для регулирования потока текучей среды, и трубку, соединяющую исполнительный модуль и клапанный модуль для передачи давления гидравлической жидкости между исполнительным модулем и клапанным модулем, при этом исполнительный модуль расположен снаружи канала, а клапанный модуль расположен внутри канала.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления положением золотника топливодозирующего устройства для турбинного двигателя как функция заданного значения весового расхода содержит ответ на критерий действительности для выбора весового расхода.

Изобретение относится к способам регулирования авиационных турбореактивных двигателей (ТРД) с изменяемой геометрией выходного устройства. Способ регулирования авиационного ТРД с изменяемой геометрией выходного устройства включает поддержание заданного перепада давления на турбинах в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель и от режима работы двигателя.

Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей в форсажную камеру сгорания турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ТРДДФ) на форсированных режимах.

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.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) и регулирования подачей топлива на запусках газотурбинных двигателей. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы газотурбинного двигателя на режимах запуска путем формирования необходимой величины ускорения ротора, которая уточняется непрерывно в процессе запуска вплоть до выхода на заданный режим. Предварительно задают требуемое время запуска в зависимости от температуры и давления воздуха на входе в двигатель, дополнительно измеряют текущее время от начала запуска, при этом величину ускорения ротора на режиме малого газа, требуемого для реализации заданного времени запуска, непрерывно определяют в процессе запуска до выхода на режим малого газа по формуле: ,где nзад - частота вращения ротора на режиме малого газа;nтек - текущая частота вращения ротора;tзад - требуемое время запуска;tтек - текущее время от начала запуска. 2 ил.

Изобретение относится к области турбинных двигателей, и предпочтительно применимо к области авиации. Способ регулирования порогового значения расхода топлива для использования в разомкнутом контуре для регулирования турбореактивного двигателя, приводящего в движение летательный аппарат, включает этап получения первой оценки расхода топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания турбинного двигателя; этап получения второй оценки расхода топлива, причем вторая оценка является более точной, чем первая оценка, для, по меньшей мере, одного диапазона значений расхода топлива, и этап регулирования порогового значения расхода топлива с помощью разности, вычисленной между первой оценкой и второй оценкой. При этом пороговое значение предназначено для использования в разомкнутом контуре для регулирования турбинного двигателя. Также представлены применение порогового значения расхода топлива в разомкнутом контуре для регулирования турбинного двигателя, блок управления, содержащий компьютерную программу, включающую в себя инструкции для выполнения этапов способа регулирования, устройство для регулирования порогового значения расхода топлива и турбинный двигатель. Изобретение позволяет увеличить производительность турбинного двигателя. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Группа изобретений относится к дозирующему топливному устройству для топливного инжектора турбоустройства летательного аппарата, а также к камере сгорания турбоустройста летательного аппарата и к турбоустройству. Дозирующее устройство содержит: отверстие для подачи топлива, подвижный уплотнительный элемент для уплотнения отверстия, а также упругое средство возврата, выполненное с возможностью побуждать перемещение уплотнительного элемента в направлении закрытого положения, в котором элемент уплотняет упомянутое отверстие, элемент выполнен с возможностью его смещения из закрытого положения. Дозирующее устройство содержит первое выходное отверстие, которое предназначено для сообщения с первым контуром инжектора, а также второе выходное отверстие, предназначенное для сообщения со вторичным контуром инжектора. Кроме того, применяется такая конструкция, что вплоть до определенного уровня смещения подвижного уплотнительного элемента последний пропускает топливо, поступающее из отверстия, так что оно достигает первого упомянутого выходного отверстия, и только за пределами определенного уровня смещения, элемент пропускает топливо, поступающее из отверстия, так что оно достигает второго отверстия. Группа изобретений позволяет уменьшить трение между двумя клапанами. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система топливопитания газотурбинного двигателя относится к области двигателестроения, в частности к системам топливопитания газотурбинных двигателей летательного аппарата. Система содержит регулятор, связанный с датчиками параметров работы двигателя, насос высокого давления и основной топливный насос для подачи топлива, переключатели подключения насосов с устройствами управления, связанными с регулятором, а также датчики давления топлива, установленные на выходе насосов и связанные с регулятором. В системе установлен регулируемый гидроприводной топливный насос, который содержит дросселирующий элемент с сервомотором, шестеренный гидромотор и шестеренный насос, кинематически связанные между собой, и датчик давления топлива на выходе. При этом вход в шестеренный гидромотор через дросселирующий элемент гидравлически связан с выходом насоса высокого давления, выход из шестеренного гидромотора гидравлически связан с выходом из шестеренного насоса, а сервомотор дросселирующего элемента гидравлически связан с переключателем. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность и снизить подогрев топлива за счет уменьшения отбора топлива от топливного насоса высокого давления, а также за счет работы основного топливного насоса на режимах с большей величиной КПД. 1 ил.

Наверх