Система подачи топлива в газотурбинный двигатель



Система подачи топлива в газотурбинный двигатель
Система подачи топлива в газотурбинный двигатель

 


Владельцы патента RU 2476702:

Открытое акционерное общество "ФЭД" (ОАО "ФЭД") (UA)

Система подачи топлива в газотурбинный двигатель включает электроприводной топливный насос, соединенную с выходом насоса основную магистраль подачи топлива с подпорно-запорным клапаном или распределителем топлива по коллекторам форсунок, а также дополнительную магистраль от выхода насоса на его вход. Топливный насос представляет собой насос объемного действия с изменением подачи топлива за счет изменения частоты вращения электропривода. В дополнительной магистрали установлен клапан постоянного расхода топлива в виде комбинации установленного в дополнительной магистрали жиклера и регулирующего подпружиненного золотника. Вход и выход жиклера соединены с полостями свободного и подпружиненного торцов золотника соответственно. Кромка проточки на золотнике вместе с отверстием во втулке золотника образует в дополнительной магистрали канал переменного сечения. Изобретение позволяет повысить точность дозирования топлива, а также обеспечить отбор топлива на пусковые форсунки и регулирующие органы управления газовоздушным трактом двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Известны системы подачи топлива в газотурбинные двигатели (ГТД) на основе использования объемного топливного насоса с управляемым электроприводом [1].

Для обеспечения герметичности в магистрали основной подачи топлива до момента достижения насосом величины необходимого расхода в основную магистраль на выходе насоса устанавливается подпорно-запорный клапан или распределитель топлива по коллекторам форсунок двигателя.

Дозирование топлива в основную камеру сгорания ГТД осуществляется за счет управления частотой вращения вала насоса, приводимого управляемым электроприводом, а для изменения положения регулирующих органов в газовоздушном тракте двигателя используется позиционный электропривод вместо гидромеханических устройств, использующих топливо от насоса в качестве рабочей жидкости.

Преимуществом такой системы является существенное упрощение или исключение коробки приводов агрегатов двигателя, исключение перепуска избытка топлива и связанного с этим его перегрева при работе на высоте, а также отсутствие подвижных уплотнений приводного вала насоса в случае использования электродвигателя мокрого типа.

Однако в такой системе подачи топлива невозможно обеспечить дополнительный отбор топлива на пусковые форсунки двигателя в процессе его запуска, поскольку такой отбор приведет к изменению подачи топлива в основную магистраль. Кроме того, использование управляемого электропривода для изменения положения регулирующих органов в газовоздушном тракте двигателя часто затруднено или невозможно в связи с высокой температурой в зоне их установки, что требует использования гидромеханических устройств и организации соответствующего отбора топлива от насоса, что также невозможно в указанной системе.

К недостаткам также относится сложность обеспечения точного дозирования минимального расхода топлива в связи с очень низким объемным кпд насоса на низких частотах вращения.

Технической задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности дополнительных отборов топлива на пусковые форсунки и нужды системы управления газовоздушным трактом двигателя и повышение точности дозирования топлива от минимального до максимального значений.

Для решения этой технической задачи в систему подачи топлива в газотурбинный двигатель, включающую электроприводной топливный насос объемного действия с изменением подачи топлива за счет изменения частоты вращения электропривода и соединенную с выходом насоса основную магистраль подачи топлива с подпорно-запорным клапаном или распределителем топлива по коллекторам форсунок, согласно изобретению введена дополнительная магистраль от выхода насоса на его вход с установленным в ней клапаном постоянного расхода топлива в виде, например, комбинации установленного в дополнительной магистрали жиклера и регулирующего подпружиненного золотника, при этом вход и выход жиклера соединены с полостями свободного и подпружиненного торцов золотника соответственно, а кромка проточки на золотнике вместе с отверстием во втулке золотника образует в дополнительной магистрали канал переменного сечения.

Кроме того, в дополнительной магистрали за клапаном постоянного расхода установлен подпорный клапан, перед которым отведена магистраль отборов топлива на пусковые форсунки или исполнительные устройства системы автоматического управления (САУ) двигателя.

На фиг.1 изображена конструктивная схема системы подачи топлива в двигатель с выходом для отборов топлива; на фиг.2 - схема без отборов топлива.

На схеме (фиг.1) условно показаны в виде блоков составляющие системы: ГТД со встроенным или установленным на коробке приводов генератором, регулирующие органы газовоздушного тракта, информационно-измерительная система, блок управления САУ (БУСАУ), блок управления электроприводом (БУЭ), электропривод топливного насоса (ЭТН) с датчиком положения ротора электродвигателя (ДПР), топливный насос (НТ) с фильтроэлементом (ФЭ) на входе и взаимосвязи между ними. Подача топлива в основную камеру сгорания ГТД осуществляется с выхода насоса по магистрали 1 с установленным в ней подпорно-запорным клапаном 2 или распределителем топлива (фиг.2) по коллекторам форсунок. Для осуществления отборов топлива в систему введена дополнительная магистраль 3 от выхода насоса (НТ) на его вход с установленными в ней клапаном постоянного расхода 4 и подпорным клапаном 5, между которыми выполнен выход топлива 6 для отборов расхода Gm на пусковые форсунки и регулирующие органы газовоздушного тракта ГТД. Клапан постоянного расхода 4 представляет собой, например, комбинацию установленного в дополнительной магистрали жиклера 7 и регулирующего подпружиненного золотника 8, при этом вход и выход жиклера соединены с полостями свободного и подпружиненного торцов золотника соответственно, а кромка 9 проточки на золотнике вместе с отверстием 10 во втулке золотника образует в магистрали канал переменного сечения.

Клапан постоянного расхода рассчитывается и настраивается на максимальный потребный отбор топлива от насоса или на минимально необходимый перепуск топлива для обеспечения устойчивого и точного дозирования минимального расхода топлива при отсутствии отборов за счет увеличения минимальной частоты вращения вала насоса.

В магистрали отбора расхода Gm на пусковые форсунки установлены жиклер 11 и подпорно-запорный клапан 12. Подача топлива в магистраль пусковых форсунок осуществляется при поступлении сигнала от БУСАУ на электромагнитный клапан (ЭМК) пусковых форсунок. При необходимости точного дозирования расхода топлива на пусковые форсунки вместо жиклера 11 устанавливается дополнительный клапан постоянного расхода.

Давление настройки подпорного клапана 5 в дополнительной магистрали выбирается исходя из заданных технических характеристик и максимального потребного давления для работы регулирующих органов управления САУ двигателя, а давление настройки подпорно-запорного клапана 2 или распределителя топлива по коллекторам форсунок в магистрали расхода Gm основного контура или основной магистрали должно быть выше этого значения.

Система работает следующим образом. Суммарный расход топлива на выходе объемного насоса определяется частотой вращения вала, приводимого от электропривода. Клапан постоянного расхода 4 обеспечивает постоянный расход топлива в дополнительную магистраль отборов топлива. Расход топлива в дополнительную магистраль 3 определяется гидравлическим сопротивлением жиклера 7 и перепадом давления на нем, который поддерживается примерно постоянным подпружиненным золотником 8 клапана постоянного расхода 4. При расходе топлива в дополнительную магистраль, равном заданной величине, золотник находится в равновесии под действием перепада давлений на входе и выходе жиклера и противодействующей ему пружины.

При снижении расхода топлива в дополнительную магистраль перепад давления на жиклере 7 уменьшается, и усилие затяжки пружины золотника 8 преодолевает усилие от перепада давлений. Золотник смещается, при этом кромка 9 проточки на золотнике открывает отверстие 10 во втулке золотника, увеличивая проходное сечение канала и снижая гидравлическое сопротивление дополнительной магистрали.

Расход топлива перераспределяется в сторону увеличения расхода в дополнительную магистраль, перепад давления на жиклере 7 восстанавливается, и золотник приходит в новое состояние равновесия.

Работа системы при увеличении расхода топлива в дополнительную магистраль протекает аналогичным образом. Тем самым поддерживается примерно постоянная подача топлива в дополнительную магистраль.

Результирующий расход Gm основного контура определяется разницей расходов на выходе насоса и расходом в дополнительную магистраль 3, что дает возможность регулировать подачу в основную магистраль изменением частоты вращения электропривода.

При включении подачи пускового топлива или устройств управления часть топлива, прошедшая через клапан постоянного расхода, идет этим потребителям, остальное топливо через подпорный клапан 5 поступает на вход насоса. При этом перед подпорным клапаном поддерживается давление, соответствующее затяжке его пружины.

При отсутствии необходимости в отборах топлива (фиг.2) подпорный клапан 5 не требуется, при этом заданный постоянный расход топлива перепускается напрямую через клапан постоянного расхода 4 на вход насоса.

Прекращение подачи топлива в основную магистраль может обеспечиваться выключением питания или снижением частоты вращения вала насоса от электропривода до значения, при котором суммарный расход топлива на выходе насоса станет равным или меньшим расхода топлива в дополнительную магистраль. В связи с более высокой настройкой давления открытия подпорно-запорного клапана 2 или распределителя топлива по коллекторам форсунок в основной магистрали по сравнению с подпорным клапаном 5 в дополнительной магистрали (или при его отсутствии), подача топлива в основную магистраль прекращается.

При этом обеспечиваются все необходимые потребности в отборах топлива.

При выключении питания или остановке электропривода подача топлива прекращается как в основную, так и в дополнительную магистраль.

Реализация предлагаемой схемы подачи топлива в ГТД с использованием клапана постоянного расхода позволяет, кроме обеспечения дополнительного отбора топлива на пусковые форсунки и нужды системы управления газовоздушным трактом, обеспечить повышение точности дозирования топлива за счет осуществления регулирования в области более высокого объемного кпд насоса при более высокой частоте вращения электропривода.

Источники информации

1. Белкин Ю.С. Системы управления на основе управляемого электропривода // Совершенствование систем управления ГТД и разработка новых аппаратурных решений: Отчет ЦИАМ. - М., 1999. - С.420-422.

1. Система подачи топлива в газотурбинный двигатель, включающая электроприводной топливный насос объемного действия с изменением подачи топлива за счет изменения частоты вращения электропривода и соединенную с выходом насоса основную магистраль подачи топлива с подпорно-запорным клапаном или распределителем топлива по коллекторам форсунок, отличающаяся тем, что в нее введена дополнительная магистраль от выхода насоса на его вход с установленным в ней клапаном постоянного расхода топлива в виде, например, комбинации установленного в дополнительной магистрали жиклера и регулирующего подпружиненного золотника, при этом вход и выход жиклера соединены с полостями свободного и подпружиненного торцов золотника соответственно, а кромка проточки на золотнике вместе с отверстием во втулке золотника образует в дополнительной магистрали канал переменного сечения.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в дополнительной магистрали за клапаном постоянного расхода установлен подпорный клапан, перед которым отведена магистраль отборов топлива на пусковые форсунки или исполнительные устройства системы автоматического управления двигателя.



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к газовой турбине, прежде всего к силовой установке газовой турбины с устройством подачи топлива и устройством управления. .

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

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

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

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

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для управления работой ГТД летательных аппаратов в аварийных ситуациях при отказе одного или нескольких агрегатов системы подачи топлива.

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для управления работой газотурбинных двигателей летательных аппаратов на переходных режимах

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС) малой и средней мощности

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

Изобретение относится к автоматическому регулированию подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления (САУ) турбовинтовыми силовыми установками (СУ) самолетов. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно контролируют величину рассогласования между заданным и измеренным значениями угла установки лопастей воздушного винта (ВВ), если рассогласование превышает наперед заданную величину, определяемую расчетно-экспериментальным путем, корректируют темп изменения расхода топлива. Повышается надежность работы СУ и безопасность полетов самолета за счет обеспечения баланса между располагаемой мощностью свободной турбины и потребной мощностью, «снимаемой» ВВ с вала свободной турбины. 1 ил.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД). Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно при поступлении в процессе взлета самолета сигнала «Пожар в мотогондоле», формируемого противопожарной системой самолета, фиксируют текущее значение частоты вращения вентилятора и используют его в качестве заданного значения частоты вращения вентилятора в течение наперед заданного времени, по истечении которого прекращают подачу топлива в КС и выключают двигатель. Технический результат изобретения заключается в повышении качества управления расходом топлива в КС двигателя на взлете самолета, за счет чего даже при возникновении пожара в мотогондоле обеспечивается работа двигателя на режиме с располагаемой тягой, обеспечивающей нормальный взлет самолета, это повышает надежность работы двигателя, как элемента СУ самолета, и безопасность самого самолета.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления ГТД. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно к первому ЭМК введены второй и третий ЭМК, причем второй гидравлический вход первого ЭМК соединен с выходом второго ЭМК, у которого первый гидравлический вход соединен с магистралью низкого давления, а второй гидравлический вход - с выходом третьего ЭМК, первый гидравлический вход которого соединен с магистралью низкого давления, а второй - с магистралью высокого давления, управляемый вход второго ЭМК соединен через диодную развязку с третьим выходом электронного регулятора и тумблером «Останов» в кабине самолета, управляемый вход третьего ЭМК - с тумблером «Останов» в кабине самолета. Технический результат изобретения - повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА за счет введения резервирования ненадежных элементов в тракте подачи топлива к КС. 1 ил.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в локальных системах управления (ЛСУ) газотурбинными силовыми установками (ГТУ) судов различного назначения. Дополнительно при подаче оператором команды на переход с одного топлива на другое фиксируют значение частоты вращения турбокомпрессора в момент получения команды, с помощью первого дозатора начинают уменьшать расход первого топлива в первый коллектор КС по линейному закону с наперед заданным темпом, одновременно с этим начинают с помощью второго дозатора увеличивать расход второго топлива во второй коллектор КС таким образом, чтобы частота вращения турбокомпрессора оставалась неизменной. Технический результат изобретения - повышение эксплуатационной надежности работы ГТУ. 1 ил.

Система предназначена для регулирования подачи топлива в ГТД со свободной турбиной. Система имеет основной и резервный каналы управления. В канале резервного управления установлены задатчик режимов с пазом и междроссельная камера. Входной дроссель камеры образован проходным сечением паза, регулируемого жиклера и клапана с задатчиком частоты вращения. Жиклер и клапан установлены параллельно в магистрали, соединяющей пневмогидропреобразователь с задатчиком и камерой. Датчик соединен со свободной турбиной двигателя. При увеличении частоты вращения свободной турбины выше заданной усилие от датчика перемещает клапан на перекрытие магистрали. Проходное сечение входного дросселя камеры уменьшается, давление в камере уменьшается, уменьшая проходное сечение дозирующей иглы. Расход топлива в двигатель уменьшается, и частота вращения свободной турбины ограничивается. Технический результат изобретения - повышение надежности работы системы на резервном режиме управления. 1 ил.

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. Устройство содержит корпус с фланцами, в которых выполнены входной и выходной каналы, которые связаны между собой через основной дозирующий элемент дозирующего узла. В основном опорном узле установлен шток, связанный через резьбовое соединение с электродвигателем. Электродвигатель подключен к электронному регулятору. Узел фиксации от поворота дозирующего узла выполнен в виде опоры, на которую опирается планка, скрепленная со штоком дозирующего элемента. Неподвижная втулка дозирующего узла имеет два осевых окна для размещения в них дозирующих элементов дозирующего узла. Дополнительный опорный узел выполнен аналогично основному опорному узлу и представляет собой двухступенчатую втулку, одна из ступеней которой устанавливается в крышку корпуса с натягом. Описаны варианты исполнения устройства для управления положением дозирующего узла. Технический результат - упрощение конструкции, снижение времени при производстве и сборке. 6 н. и 105 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх