Устройство подачи и дозирования топлива с управляемым электроприводом

Изобретение относится к области регулирования расхода топлива в воздушно-реактивные двигатели. Недостатком известных устройств, содержащих электроприводной насосный агрегат, управляемый по частоте вращения привода, выполненный в виде топливоподающего и дозирующего шестеренных насосов, является наличие утечек по торцам шестерен дозирующего насоса, что влияет на стабильность и точность расхода топлива. Для прекращения указанных утечек дозирующий насос установлен на подшипниках скольжения, на торцах подпятников которых выполнены кольцевые канавки, соединенные каналами со входом в дозирующий качающий узел. Такое выполнение устройства позволит повысить точность и стабильность поддержания расхода отдозированного топлива и расширить область применения устройства. 3 ил.

 

Изобретение относится к области регулирования расхода топлива в воздушно-реактивные двигатели (ВРД).

Известно устройство подачи и регулирования топлива газотурбинного двигателя (см. патент РФ №2194181, МПК F 02 C 9/26, 2001 г.), содержащее электроприводной шестеренный насосный агрегат, управляемый по частоте вращения, состоящий из насоса и последовательно установленного с ним на одном приводном валу шестеренного дозирующего устройства с элементом поддержания постоянного перепада давлений на нем.

При подаче топлива от насоса к дозатору и далее на выход за счет поддержания постоянного перепада давлений на дозаторе сохраняется величина внутренних перетечек топлива независимо от давления на форсунках, что должно обеспечивать однозначную зависимость расхода топлива от частоты вращения привода.

Однако недостатком указанного устройства является наличие утечек по торцам шестерен дозирующего устройства, что влияет на стабильность расхода отдозированного топлива. Причем величина утечек зависит от величины давления слива (давления топлива на входе в насос). Это происходит независимо от того, как выполнен шестеренный дозирующий качающий узел (на подшипниках качения или скольжения). В случае использования конструкции на подшипниках качения (см. М.В.Раздолин "Агрегаты воздушно-реактивных двигателей" жидкостные объемные насосы, М., Оборонгиз 1959 г., фиг.1.60) при изменении величины давления слива происходит соответствующее изменение перепада давлений в торцевых зазорах шестерен качающего узла, т.к. они напрямую связаны с полостью, соединенной со входом в насос, что ведет к изменению торцевых утечек и нарушает стабильность расхода отдозированного топлива.

Использование шестеренного качающего узла на подшипниках скольжения (см. там же на фиг.1.58) уменьшает величину торцевых утечек за счет соединения торцевых зазоров шестерен с полостью слива через зазор подшипников, т.е. создается дополнительное гидравлическое сопротивление. Однако и в этом случае сохраняется вредное влияние величины давления слива на стабильность и точность поддержания расхода топлива. При значительных изменениях давления слива в топливной системе ВРД область применения устройства подачи и дозирования топлива ограничивается.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности и стабильности поддержания расхода отдозированного топлива и расширении области применения устройства.

Для достижения этого технического результата в устройстве подачи и дозирования топлива с управляемым электроприводом, содержащем установленные на приводном валу топливоподающий шестеренный качающий узел и последовательно включенный дозирующий шестеренный качающий узел с клапаном постоянного перепада давлений на нем, дозирующий качающий узел установлен на подшипниках скольжения, на торцах подпятников которых, обращенных к торцам шестерен, выполнены кольцевые канавки, соединенные каналами со входом в дозирующий качающий узел.

Отличительные признаки, а именно установка дозирующего качающего узла на подшипниках скольжения, на торцах подпятников которых, обращенных к торцам шестерен, выполнены кольцевые канавки, соединенные каналами со входом в дозирующий качающий узел, позволяет повысить стабильность и точность поддержания расхода отдозированного топлива, т.к. высокое давление в кольцевых канавках отсекает давление в полости слива от рабочих торцев шестерен дозирующего качающего узла, и, таким образом, величина перепада давлений в торцевом зазоре поддерживается клапаном постоянного перепада независимо от давления слива. Предложенное устройство представлено на фиг.1, 2 и 3, где на фиг.1 показана схема заявленного устройства, на фиг.2 - рабочий торец подпятника с каналами, соединяющими вход дозирующего устройства с кольцевыми канавками, а на фиг.3 - сечение А-А фиг.2.

Устройство содержит электропривод 1, кинематически соединенный с валом 2, на котором последовательно установлены два качающих узла. Первый качающий узел имеет установленные на валике 3 шестерни 4 и является топливоподающим насосом. Второй качающий узел имеет установленные на валике 5 шестерни 6 и предназначен для того, чтобы совместно с клапаном постоянного перепада давлений (КПП) 7 обеспечивать дозирование топлива пропорционально частоте вращения управляемого привода 1. КПП 7 сливного типа выполнен прямого действия и каналом 8 соединен с выходным каналом 9 отдозированного топлива, каналом 10, полостью 11 недозированного топлива и каналом 12 перепуска топлива - со сливной полостью 13. На выходе топлива к форсункам двигателя установлен запорный клапан 14.

Шестерни 6 опираются на подпятники 15 и 16, имеющие радиальный зазор "s_p" и торцевой зазор "s_т", величина которого определяется разностью размеров (Нпр-Нш), где Нпр - толщина проставки 17, а Нш - ширина зубчатого венца шестерен 6. Ведущий валик 18, связанный с валом 2 привода и с шестерней 6, образует в отверстиях 19 и 20 подпятников 15 и 16 подшипник скольжения с зазором "s_п". Аналогичный подшипник скольжения образован на ведомой шестерни 6 валиком 5 и подпятниками 15 и 16.

Подпятники 15 (см. фиг.2, 3) по рабочим торцам, обращенным к шестерням 6, имеют кольцевые канавки 21, выполненные в зоне валиков 5 и соединенные каналами 22 с полостью 11.

Система каналов в устройстве обеспечивает прохождение топлива по двум гидравлическим линиям (основной и вспомогательной). Основная линия представляет собой полость 23 входа топлива в первый качающий узел, соединенную со всеми сливными полостями 13, и далее через межзубовые пространства шестерен 4 - с полостью 11 недозированного топлива, соединенной со входом дозирующего качающего узла. Через межзубовые пространства шестерен 6 топливо сообщается с выходным каналом 9 и далее через отсечную кромку клапана 14 с коллектором форсунок двигателя.

Отбор топлива во вспомогательную линию осуществляется из полости 11 в канал 10, подводящий топливо к торцу клапана 7, откуда топливо по каналу 12 сливается в полость 13.

Работает устройство следующим образом.

При включении электропривода 1 и вращении вала 2 шестерни 4 топливоподающего качающего узла, преодолевая гидравлическое сопротивление расходного тракта, включая сопротивление форсунок двигателя, нагнетают топливо из полости низкого давления 23 в полость 11 высокого давления, откуда топливо поступает в дозирующий качающий узел и далее через межзубовые пространства шестерен 6 на выход в канал 9 и через запорный клапан 14 к форсункам двигателя.

Одновременно давление нагнетания из полости 11 попадает через каналы 22 в канавки 21 (см. фиг.2), отсекая давление слива в зазоре "s_п" от торцевого зазора "s_т".

Производительность топливоподающего качающего узла больше пропускной способности дозирующего качающего узла на величину избытков топлива, необходимых для функционирования клапана 7, работающего в режиме автоматического поддержания постоянного перепада давлений на дозирующем качающем узле. При установившейся частоте вращения привода 1 клапан 7 перепускает избытки топлива из полости 11 в полость 13 на слив, поддерживая перепад давлений ΔР=(Р_вх-Р_вых), где ΔР - перепад давлений, Р_вх и Р_вых - давления на входе и выходе дозирующего узла, соответственно в пределах 1,5-2,0 кгс/см², т.е. на достаточно низком уровне, способном ограничивать перетечки топлива как в радиальном "s_p", так и в торцевом "s_т" зазорах.

При увеличении частоты вращения привода 1 повышается расход топлива в двигатель, и давление перед форсунками соответственно по всему расходному тракту возрастает. Клапан 7 реагирует на изменение давления, перепуская топливо на слив и восстанавливая заданный перепад давлений.

По окончании переходного процесса на выходе топливоподающего качающего узла устанавливается более высокое давление, при этом на дозирующем качающем узле при более высоком уровне давления во входном канале 10 и выходном канале 9 сохраняется отрегулированная величина перепада давлений.

При уменьшении частоты вращения привода 1 устройство работает аналогично, но в сторону уменьшения давления в топливном тракте с сохранением величины перепада давлений на дозирующем качающем узле.

Таким образом, при изменении давления перед форсунками (которое может изменяться во всем диапазоне режимов работы двигателя в 30 раз) величины перетечек топлива в направлении вход-выход топлива в дозирующем качающем узле остаются постоянными, и утечки по торцевым зазорам "s_т" исключены. Это обеспечивает стабильность расхода топлива на любых режимах работы двигателя независимо от величины и изменений давления на входе в топливную систему и в коллекторе форсунок двигателя. Кроме того, при этом расширяется область применения устройства, т.к. оно может использоваться в топливных системах, в которых возможно изменение давления топлива на входе в широком диапазоне.

Устройство подачи и дозирования топлива с управляемым электроприводом, содержащее установленные на приводном валу топливоподающий шестеренный качающий узел и последовательно включенный дозирующий шестеренный качающий узел с клапаном поддержания постоянного перепада давлений на нем, отличающееся тем, что дозирующий качающий узел установлен на подшипниках скольжения, на торцах подпятников которых, обращенных к торцам шестерен, выполнены кольцевые канавки, соединенные каналами со входом в дозирующий качающий узел.