Система автоматического регулирования расхода топлива

 

Использование: машиностроение, системы топливной автоматики авиационных газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: система автоматического регулирования поддерживает заданный перепад давления на дозирующей игле 2, определяемый как настройкой входного жиклера 6, так и площадью проходного сечения высотного корректора 8. В гидролинию установлен гаситель колебаний 5, уменьшающий колебания перепада давления на входном жиклере 6. Размеры элементов гасителя колебаний 5 выбираются в зависимости от параметров системы регулирования. 5 Ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 02 С 9/28

ГОсудАРственное пАтентнОе

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ.CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ю м cnu8

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4788549/06 (22) 05.02.90 (46) 15.05.93. Бюл. N 18 (71) Самарский авиационный институт им. акад, С.П.Королева (72) В.П.Шорин, А.Г.Гимадиев, Е.В.Шахматов, В.А.Соловьев. Л.И.Макасеев и

А.Н.Крючков (56) Авторское свидетельство СССР

М 666283, кл. F 02 С 9/32, 1974.

Авторское свидетельство СССР

М 566943, кл, F 02 С 9/26, 1964. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА Ы 1815373 А1 (57) Использование: машиностроение, системы топливной автоматики авиационных газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: система автоматического регулирования поддерживает заданный перепад давления на доэирующей игле 2, определяемый как настройкой входного жиклера 6, так и площадью проходного сечения высотного корректора 8. В гидролинию установлен гаситель колебаний 5, уменьшающий колебания перепада давления на входном жиклере 6. Размеры элементов гасителя колебаний 5 выбираются в зависимости от параметров системы регулирования. 5 ил.

1815373

Изобретение относится к области машиностроения, а частности, к системам топливной автоматики авиационных ГТД и может быть использовано для повышения, точности систем в условиях повышенных пульсаций рабочей среды..

Целью изобретения является повышение статической точности системы в условиях повышенных пульсаций рабочей среды.

Поставленная цель достигается тем, что в САР расхода топлива, содержащую насос, связанный с перепускными клапаном и дозирующей иглой, вход которой соединен через жиклер с мембранным узлом сравнения, выход которого соединен с высотным корректором и сильфонным узлом, подключенным к полости слива, дополнительно устанавливается гаситель колебаний, соединенный своим входом с выходом насоса, а выходом — c жиклером. Параметры гасителя, представляющего собой винтовый канал квадратного поперечного сечения h x h длиной 4, определяются по следующим зависимостям;

Ож

R ец,м

ZPР Ро 12

1-к

1 ютйп G)xp где Q„— расход топлива через жиклер;

Re p — критическое число Рейнольдса течения жидкости в винтовом канале;

v- кинематическая вязкость топлива;

ZPР— относительное требуемое с точки зрения обеспечения статической очности инерционное сопротивление винтового канала;

Л Рж перепад давлений на жиклере; в ь — наименьшая круговая частота колебаний давления в САР, при которой наблюдается отклонение расхода топлива; р- плотность топлива.

Предполагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, так как авторам не известны устройства, содержащие признаки, фигури руемые в и редпо-. лагаемом изобретении в качестве о личительных.

Существенным отличием предполагаемого устройства является введение гасителя колебаний в цель жиклера, приводящее к повышению стабильности характеристик и точности САР расхода топлива.

В целях наибольшей компактности устройства гаситель колебаний конструктивно . совмешен жиклером. Конструктивные параметры носителя выбираются, исходя из . обеспечения статической точности САР по следующей методике.

На первом этапе расчетов определяется требуемое относительное реактивное сопротивление гасителя Zg. Расчетную схему жиклера с гасителем колебаний представляют в виде соединения нелинейных сопротивлений жиклера Rx, канала Вк, щелевого

1О зазора Вз и реактивного сопротивления канала с акустической индуктивностью 1к. Так как параллельное сопротивление щелевого зазора R3 выбирают на порядок превышающим, сопротивление канала, то при расче"5 тах его шунтирующее влияние не .учитывается. Тогда, представляя гидравлическое сопротивление канала и жиклера в виде эквивалентного нелинейного collpO тивления, уравнение для гасителя колеба2О ний с жиклером примет вид:

Ь< — + Кн Ож =ЬРжг .оОж 2 от

25,О1 „ где Lr = — — акустическая индуктивность и канала;

Кв — коэффициент нелинейных гидрав-. лических потерь жиклера и канала;

О =(О. )AaV+Ahe>(" + )— мгновенный расход жидкости через жиклер; (Ож )АЖ вЂ” постоянная составляющая расхода с учетом колебаний перепада дав35 ления на жиклере;

А Ь Р вЂ” амплитуда перепада давления на жиклере;

Ао, ро- амплитуда и начальная фаза колебаний расхода;

40 м- круговая частота колебаний;

t — время; j = / — 1

ЛР,=ЛР +A%> Е (" + ) ЛР—. мгновенный перепаддавления на жиклере с гасителем колебаний;

Ь Р,о — постоянная составляющая перепада давления;

АЖв, tv †амплитуда и начальная фаза колебаний перепада давления.

5О Представив h. Р кг в виде. суммы перепада давления на жиклере Л Рж и канале Ь Рг, в соответствии с уравнением (1) можно записать следующие равенства:

55 1 г1 Ож Р

dt

КяОЖ - Ь Р, г

ЛР,+Л P =A,Par

1815373

«1ж = Д Ржо, ДРж,=ЛР+ДР,, Ож = 1+ДОж

Ф4 гааж=Д Рг, ДРж =Д Рж+Д Р, цж=Д Рж . ь где q® = Аое - комплексная амплитуда

i%

15 колебаний расхода через жиклер;

Д Pr = АДР в ДР— комплексная амплитуда колебаний перепада давления на гасителе;

Ь вЂ” коэффициент гармонической линеа- 2О ризации;

Д Рж = АЪ Р Ы Р вЂ” комплексная амплитуда колебаний перепада давления на жиклере; 25

A5p, p — амплитуда и начальная фаза колебаний перепада давления на жиклере;

Q® — постоянная составляющая расха- 3р да жидкости через жиклер при отсутствии колебаний перепада давления на нем;

ДОжо — ПрИращЕНИЕ раСХОда жИдКОСтИ через жиклер, обусловленное нелинейным осреднением колебаний перепада давления.

Для общности анализа перейдем в безмерным параметрам:

gp Д ж дР— +P g Д ж 4О

ДР ДРж, ДРжг

А"Ъ - А А.Д..- АДР

Ч 00 " Држг " ДРО 45

50 (2 ДРж

К а в«п Ож где а (о — наименьшая круговая частота колебаний давления, при которой наблюда55 ется отклонение статической характеристики САР, Д Рж, Ож — перепад давлений на входном жиклере и расход топлива через него, определяемые из расчета статических . характеристик.

)2«с«ж -5,P„

Воспользовавшись методом гармонической линеаризации при задающей функции— перепада давления, преобразует данную систему уравнений к следующему виду: (Ожг ) А ДР = Ож + Д Ож дО о ДОжг .«» Ожг . Z 4са Ожг

ОО, Ьрж, ДРО, где Z« — относительное реактивное сопротивление канала. С учетом введенных безмерных параметров окончательная система уравнений для выбора Z«. примет вид:

2н

b=g<>A 5м гья«п(1+4 sinter)qinqrg ж -) Ой,бю 5р(!+А sing)dy ьР

В результате решения данной системы определяют "увод" расхода жидкости ДQ при заданных относительной амплитуде колебаний перепада давления АЬР " и относительном реактивном сопротивлении канала 2« (фиг.3). Иэ фиг.3 видно, что, чем меньше амплитуда колебаний перепада на жиклере с гасителем @6 и чем больше инерционное сопротивление гасителя 2«., тем меньше "увод" расхода через жиклер.

Так как при рабате САР относительное отклонение расхода топлива через дазирующую иглу равно по величине и противоположна по знаку относительному отклонению расхода топлива через жиклер

ДОЧО ДQжо,-та СтатИЧЕСКая ПОГрЕШНОСтЬ системы будет определяться "уводом" расхода топлива через жиклер:

ДСАР =«40g ц « = I ДОж I

Тогда по графикам, изображенным на фиг.3, исходя из требуемой статической точности системы Д Qq.ö, относительной амплитуды перепада давления на жиклере АДРж определяют требуемое относительное инерционное сопротивление винтового канала

Z« P.

При определеннол таким образом относительном инерционном сопротивлении канала, его индуктивность определяется по форл1уле:

1815373

Ож

Rcmp V

2 щр и к р

25

40 (2):

50

При известной индуктивности определяются длина Lx и размер поперечного сечения канала h. Размер поперечного квадратного сечения канала h выбирают исходя иэ обеспечения условия реализации турбулентного режима течения: где Re p — критическое число Рейнольдса, v кинематическая вязкость жидкости, При выбранном сечении канала h x h требуемая длина определяется по формуле:

Таким образом для обеспечения стабильной работы CAP размера гасителя колебаний в виде винтового канала должны быть .выбраны в соответствии с выведенными зависимостями (2) ... (4);

Рассмотрим численный расчет геометрических параметров гасителя для САР nðoтотипа Ь P>K - 0,2 10 Па, Ож 12 10 мЗ/с, АЬ =2,4 10 Па, минимальная частота колебаний давления, при которой наблюдается отклонение статической характеристики CAP f i = 300 I q, рабочая среда — керосин, р=800 кг/м, v= 4,3. 10

3 . -6 м /с (при температуре -40 С), допустимое отклонение расхода топлива через дозирующую иглу 5%, Из графика на фиг,3 для Ahp г 4-10в

12 и (ЛОя.и)дол =(ЛОж )дол = 0,05

0,2.10 определяется ZL Р = 24 и вычисляется требуемая индуктивность канала по формуле (24 0,2.10 2 13 107 кг/м 4

2 л 1300 12 10

Затем находится размер поперечного (квадратного) сечения канала по формуле (3):

h —. 2,4 10 м.

12 10

1150 4,3 10

При известных значениях L< и h определяется требуемая длина канала по формуле (4):

„,р 24.10 з 24 10 з 2,13 10

0,17 м.. Таким образом, исходя из условий обеспечения требуемой статической точности

САР (5%) выбраны геометрические размеры гасителя в аиде винтового канала.

5 Фиг.1 иллюстрирует возникновение отклонения среднеинтегрального расхода рабочей жидкости через нелинейный дроссель при наличии гармонической составляющей перепада давления на:дросселирующем

10 элемента. На фиг.2 показана. зависимость относительного среднего расхода рабочей жид«ости через нелинейный дроссель от относительной амплитуды колебаний перепада давления на дросселе. На фиг,3 изображены зависимости отклонения расхода жидкости через жиклер от относительного индуктивного сопротивления гасителя при различных относительных амплитудах колебаний перепада давления на жиклере.

На фиг.4 и 5 представлены принципиальная схема CAP расхода топлива и конструктивная схема гасителя колебаний.

СЛР расхода топлива содержит насос 1, связанный с перепускным клапаном 2 и дозирующей иглой 3, вход которой соединен через жикпер 4 с мембранным узлом сравнения 5, выход которого соединен с высотным.корректором 6 и сильфонным узлом 7, подключенным к полости слива. САР содержит также гаситель колебаний, соедйненный своим входом с выходом насоса 1, а выходом — с жиклером 4.

В одном из возмо>кных вариантов исполнения гаситель колебаний 8 состоит из корпуса 9, винтовой втулки 10, втулки дросселя 11, регупировочного штока 12, контровочной гайки 13, колпачка 14, наконечника

1". САР расхода топлива работает следующим образом.

В исходном состоянии CAP поддерживает заданный перепад давления на дозирующей игле 3, определяемый как настройкой жиклера 4, так и площадью проходного сечения высотного корректора 6. Перепаддавпения на дозирующей игле 3 поддерживается путем перепуска части топлива с выхода насоса 1 на его вход через пропускной клапан 2 за счет изменения его проходного сечения.

Гаситель колебаний работает следующим образом. Поступающая по внутреннему каналу регулятора на вход гасителя колебаний рабочая жидкость разделяется на два потока; основная часть проходит по винтовому каналу, другая частьдросселируется через зазор между винтовой спиралью и корпусом. Жидкость, пройдя винтовой ка-. .нал, дросселируется через прикрываемое торцем штока 12 отверстие втулки дросселя

11, выполняющее функции входного жикпе10

1815373

R e

Nmln Ожp ("7

ОД

ОЯ

Î4 !

G Г

О О c7

Фкг+ I

Фт.2 ра и Далее по центральному отверстию винтовой втулки 10 на выход из гасителя колебаний. Для переменной составляющей канал гасителя представляет большое инерционное сопротивление, позтому на жикле- 5 ре реализуется существенно меньший динамический перепад давления по сравнению со случаем без.гасителя колебаний.

Снижение колебаний перепада давления на жиклере предотвращает возникновение 10

"увода" расхода жидкости через него, и, как следствие, возникновение статической ошибки регулирования. Жидкость. проходящая через зазор между винтовой спиралью и корпусом, турбулизирует основной поток, 15 протекающий по винтсвому каналу. Такая турбулизирующая подпитка основного потока способствует реализации нелинейного закона гидравли еских потерь в винтовом канале в целях независимости характери- 20 стик гасителя, а значит и регулятора от температуры (вязкости) рабочей среды.

По с.„евнению с прототипом, предлагаемая САР имеет более высокую точность поддержания заданного расхода топлива в 25 условиях повышенных пульсаций рабочей среды, обусловленную снижением самопроизвольного увода статического расхода рабочей жидкости «ерез нелинейный жиклер, . что достигнуто в предложенном техниче- 30 ском решении снижением величины пульсаций перепада давления на входном жиклере. На пониженном режиме работы двигателя — режиме высотного запуска предлагаемая САР имеет погрешность под- 35 держания заданного расхода топлива

3...5, в то время как погрешность прототипа составляет при повышенных пульсациях рабочей среды 20 j, и более.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования расхода топлива, содержащая насос, связанный с перепускным клапаном и дозирующей иглой, вход которой соединен через жиклер с мембранным узлом сравнения, выход которого соединен с высотным корректором и сильфонным узлом, подключенными к полости слива, отличающаяся тем, что. с целью повышения статической точности, она дополнительно содержит гаситель колебаний, соединенный своим входом с выходом насоса, а выходом — с жиклером, причем гаситель колебаний выполнен в виде винтового канала квадратного поперечного сечения шириной h и длиной Ь, определяемым по зависимостям: где Ож — расход топлива через входной жиклер;

Re @ — критическое число Рейнольдса течения жидкости в винтовом канале;

Р- кинематическая вязкость топлива;

Zp р — относительное инерционное сопротивление винтового канала;

h,P — перепад давления на входном жиклере; <>- наим зньшая кру овая частота колебаний давления, при которой наблюдаетcR отклонение статической характеристики системы автоматического регулирования; р- плотность топлива, 1815373

О отп ельиае индукгпи Иное

c î îîòîÂëåèîå гаеи пеля ) Z

z.

+ 8 /Я b ZG Z4

Фиг.3

Фиг Л

Составитель А,Крючков

Техред М.Моргентал Корректор A. Обручар

Редактор

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

Заказ 1623 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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