Устройство дозирования топлива в газотурбинный двигатель



Устройство дозирования топлива в газотурбинный двигатель
Устройство дозирования топлива в газотурбинный двигатель
Устройство дозирования топлива в газотурбинный двигатель

 


Владельцы патента RU 2537665:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики им. Р.Р. Мавлютова Уфимского научного центра Российской академии наук (RU)

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. Устройство дозирования топлива в газотурбинный двигатель содержит первый и второй широтно-импульсные модуляторы и блок управления, подключенный к входам первого и второго широтно-импульсных модуляторов, выходы которых через соответствующие электромагнитные клапаны соединены с полостью сервопоршня дроссельной иглы и с полостью клапана постоянного перепада давления, причем шток сервопоршня соединен с дроссельной иглой переменного сечения, за счет чего камера топливопитания делится на две полости, одна из которых соединена с камерой сгорания двигателя, а другая - с топливным насосом и клапаном постоянного перепада давления, причем блок управления содержит последовательно соединенные электронный регулятор и логическое устройство, которое соединено с входами первого и второго широтно-импульсных модуляторов, и обеспечивает переключение управления в зависимости от величины ошибки рассогласования. 3ил.

 

Изобретение относится к авиаприборостроению и может использоваться в системах автоматического регулирования (САР) дозирования топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя (ГТД).

Известен способ управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя и система для его осуществления (Патент РФ №2285140, кл. F02C 9/28, 2006), согласно которому сравнивается управляющий сигнал и сигнал положения исполнительного механизма дозатора, этот сигнал сравнивается с двумя пороговыми значениями дозатора, в обоих случаях подаются импульсы для уменьшения сигнала ошибки.

Недостатком способа является то, что из-за нестабильности статических и динамических характеристик вследствие разброса значений параметров из-за естественных процессов, проходящих в исполнительном механизме, выбор порога значений сигнала рассогласования достаточно затруднителен.

Известно устройство автоматического дозирования топлива в силовых установках летательных аппаратов (Патент РФ №2125656, кл. F02C 9/26, 1999), содержащее первый сильфон, первый и второй пневматические делители, первый и второй регулируемые дроссели типа сопло-заслонка, сервопоршень с дроссельной иглой и турбонасос, отличающееся тем, что дополнительно введены второй сильфон, сигнализатор воздушных давлений, электронный регулятор, первый и второй электромеханические преобразователи, клапан перепада давления и клапан постоянного давления, при этом первый и второй сильфоны, первый и второй пневматические делители связаны с сигнализатором воздушных давлений, который соединен с электронным регулятором, связанным с первым и вторым электромеханическими преобразователями, первый из которых связан с первым регулируемым дросселем типа сопло-заслонка и через него - с сервопоршнем дроссельной иглы, а второй электромеханический преобразователь связан со вторым регулируемым дросселем типа сопло-заслонка, соединенным с клапаном перепада, который, в свою очередь, связан с дроссельной иглой, а через нее - с форсунками камеры сгорания, сервопоршень дроссельной иглы и клапан перепада давления связаны через клапан постоянного давления с турбонасосом.

Недостатком данного устройства является неполный учет динамических процессов, происходящих в исполнительном механизме, вследствие чего возможно изменение расхода топлива.

Наиболее близким к предложенному является устройство дозирования топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя (Патент РФ №2059093, кл. F02C 9/26, 1996), содержащее серводвигатель, который соединен с дроссельной иглой переменного сечения, расположенной в полости, соединенной с топливным насосом и одной из полостей клапана постоянного перепада давления, а вторая полость соединена с другой полостью клапана постоянного перепада давления, два электромагнитных клапана, два широтно-импульсных модулятора и блок управления, подключенный к входам широтно-импульсных модуляторов, выходы которых через соответствующие электромагнитные клапаны соединены с соответствующими полостями дроссельной иглы и клапана постоянного перепада давления. Работа устройства заключается в том, что измеряется величина рассогласования между заданной частотой вращения ротора газотурбинного двигателя и получаемой в процессе дозирования и на основе измеренной ошибки выполняется корректировка дозирования топлива в двигатель.

Существенным недостатком данного устройства является нестабильность его статических и динамических характеристик вследствие естественного разброса параметров, обусловленного недостаточной точностью изготовления устройства дозирования топлива, изменением вязкости топлива при изменении температуры, а также вследствие других причин, таких как старение, износ материалов, что в совокупности приводит к недостаточной точности дозирования топлива.

Задача предлагаемого устройства - экономия топлива за счет повышения точности дозирования топлива с одновременным повышением точности системы автоматического управления частотой вращения ГТД.

Поставленная задача решается устройством дозирования топлива в газотурбинный двигатель, содержащим серводвигатель, первый и второй электромагнитные клапаны, первый и второй широтно-импульсные модуляторы и блок управления, подключенный к входам первого и второго широтно-импульсных модуляторов, выходы которых через соответствующие электромагнитные клапаны соединены с полостью сервопоршня дроссельной иглы и с полостью клапана постоянного перепада давления, причем шток сервопоршня соединен с дроссельной иглой переменного сечения, за счет чего камера топливопитания делится на две полости, одна из которых соединена с камерой сгорания двигателя, а другая - с топливным насосом и клапаном постоянного перепада давления, в котором в отличие от прототипа блок управления содержит последовательно соединенные электронный регулятор и логическое устройство, которое соединено с входами первого и второго широтно-импульсных модуляторов.

Сущность изобретения пояснена чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема устройства дозирования топлива; на фиг.2 - структурная схема системы автоматического управления частотой вращения ГТД; на фиг.3 - кривая зависимости рассогласования между заданным расходом топлива ГТД и фактическим от времени.

Устройство дозирования топлива (фиг.1) включает в себя расположенные в полости А серводвигатель 1 с поршнем 2 и штоком 3, соединенным с дроссельной иглой 4 с переменным сечением 5, первый и второй электромагнитные клапаны 6 и 7, соединенные соответственно с первым и вторым широтно-импульсными модуляторам 8 и 9. Положением второго электромагнитного клапана 7 поддерживается заданный перепад давлений для клапана постоянного перепада 10 с поршнем 11, который взаимодействует с камерой топливопитания, которая в свою очередь делится на полости B и C, при этом полость В соединена с камерой сгорания двигателя, а полость C - с топливным насосом и клапаном постоянного перепада давления. Сигналы к широтно-импульсным модуляторам поступают от блока управления 12, входящего в систему автоматического управления частотой вращения ГТД. Имеются регулировочные жиклеры 13-16.

Система автоматического управления частотой вращения ГТД (фиг.2) содержит блок управления 12, элемент сравнения 17, устройство дозирования топлива 18, газотурбинный двигатель 19, причем блок управления 12 включает электронный регулятор 20 и логическое устройство 21.

Устройство работает следующим образом.

Регулирование расхода топлива, дозируемого в двигатель, производится по сигналам блока управления 12 в зависимости от величины рассогласования между заданной частотой вращения ротора газотурбинного двигателя и фактической ξn=n-n0 (фиг.2), эта ошибка поступает в электронный регулятор 20, где по известным формулам преобразуется в ошибку по расходу топлива ξ G T - рассогласование между заданным расходом топлива и полученным [Проблемы проектирования и развития систем автоматического управления и контроля ГТД / С.Т. Кусимов, Б.Г. Ильясов, В.И. Васильев и др. - М.: Машиностроение, 1999. - 609 с.]. Значение этой ошибки попадает на вход блока логического устройства 21, которое обеспечивает управление расходом топлива, путем переключения подачи управляющего сигнала между первым и вторым широтно-импульсными модуляторами в зависимости от величины рассогласования по расходу топлива. При этом широтно-импульсные модуляторы 8 и 9 в противофазе открывают (или закрывают) электромагнитные клапаны 6 и 7.

В логическом устройстве управление расходом топлива осуществляется следующим образом. При рассогласовании ξ G T , лежащей в зоне I в пределах от ξ G T max до ξ0 (фиг.3), управление выполняется по сигналу u1 (фиг.2), то есть блок управления 12 через первый широтно-импульсный модулятор 8 и первый электромагнитный клапан 6 прикрывает соответствующий слив топлива из полости A, при этом давление в полости A серводвигателя 1 возрастает, и поршень 2 со штоком 3 и дроссельной иглой 4 перемещается вправо, уменьшая сечение 5 дроссельной иглы 4. Такое управление считается «грубым».

Для управления расходом топлива при рассогласовании ξ G T , лежащем в зоне II в пределах от ξ0 до ξ G T min (фиг.3), управление выполняется по сигналу u2 (фиг.2), то есть блок управления 12 через второй широтно-импульсный модулятор 9 и второй электромагнитный клапан 7 прикрывает соответствующий слив топлива из полости С, при этом давление в полости В серводвигателя 1 уменьшается, и поршень 2 со штоком 3 и дроссельной иглой 4 перемещается вправо, уменьшая сечение 5 дроссельной иглы 4. Так производится точная «доводка» серводвигателя 1 с целью уменьшения рассогласования ξ G T .

В результате, благодаря предложенному устройству дозирования топлива, осуществляется корректировка величины рассогласования между заданным расходом топлива и фактическим, а также между заданной частотой вращения ротора и фактической, и тем самым обеспечивается повышение статических и динамических характеристик устройства дозирования топлива, повышение точности дозирования топлива в газотурбинный двигатель, что приводит к экономии топлива.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет сократить расход топлива в газотурбинном двигателе и одновременно повысить точность системы автоматического управления частотой вращения ГТД.

Устройство дозирования топлива в газотурбинный двигатель, содержащее серводвигатель, первый и второй электромагнитные клапаны, первый и второй широтно-импульсные модуляторы и блок управления, подключенный к входам первого и второго широтно-импульсных модуляторов, выходы которых через соответствующие электромагнитные клапаны соединены с полостью сервопоршня дроссельной иглы и с полостью клапана постоянного перепада давления, причем шток сервопоршня соединен с дроссельной иглой переменного сечения, за счет чего камера топливопитания делится на две полости, одна из которых соединена с камерой сгорания двигателя, а другая - с топливным насосом и клапаном постоянного перепада давления, отличающееся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные электронный регулятор и логическое устройство, которое соединено с входами первого и второго широтно-импульсных модуляторов.



 

Похожие патенты:

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.

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 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.

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.

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

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

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 электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

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

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

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 nэд и тока в его силовых обмотках Iэд, 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 Qн по экспериментальным значениям и измеряемым значениям сигналов с датчиков частоты вращения электродвигателя и тока в его силовых обмотках, основанный на зависимости Qн=f(nэд,Iэд). 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 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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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 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.
Наверх