Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя


 


Владельцы патента RU 2555427:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") (RU)

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 области эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано для управления подачей топлива в коллекторы основной и/или форсажной камер сгорания ГТД.

Исследование уровня техники показало, что в действующих способах и системах управления подачей топлива в основные и форсажные камеры сгорания ГТД далеко не всегда учитывается влияние заполнения топливных коллекторов на процесс изменения тяги двигателя в ходе приемистости. Это приводит к ступенчатому изменению эффективного расхода топлива и, соответственно, к ступенчатому изменению тяги двигателя в процессе приемистости. Ступенчатое изменение эффективного расхода топлива может привести к недобору тяги двигателя в нужный момент. Это снижает надежность работы двигателей и безопасность их эксплуатации, а также увеличивает время приемистости на время заполнения топливного коллектора (1-3 с.), что является весьма существенным для управления работой ГТД.

Известен способ управления расходом топлива в форсажную камеру сгорания ГТД, заключающийся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, давлению газа за турбиной двигателя, положению рычага управления двигателем и расходу топлива в основную камеру сгорания управляют расходом топлива в коллектор форсажной камеры сгорания, причем дополнительно в процессе форсажной приемистости при подключении очередного топливного коллектора форсажной камеры сгорания на время его заполнения увеличивают расход форсажного топлива через предыдущий коллектор на величину объема очередного коллектора (см. патент РФ №2438031, кл. F02C 9/28, 2011 г.).

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что при таком заполнении топливных коллекторов обеспечивается плавное изменение эффективного расхода топлива и, соответственно, плавное изменение тяги двигателя в процессе приемистости. Однако процесс заполнения вводимых в работу (пусковых) коллекторов обуславливает увеличение времени приемистости, так как в известном способе не предусмотрено предварительное заполнение топливом пускового коллектора.

Известен способ управления расходом топлива на запуске ГТД, заключающийся в том, что измеряют параметры двигателя, параметры воздушного потока на входе в двигатель и положение рычага управления двигателем, в соответствии с измеренными параметрами и положением рычага управления двигателем по заранее определенной зависимости определяют потребный суммарный расход топлива в камеру сгорания и подводят дозированное топливо к первому коллектору камеры сгорания, причем дополнительно в процессе запуска ГТД сравнивают измеренную частоту вращения ротора двигателя с наперед заданной уставкой частоты вращения «малого газа», при достижении частотой вращения двигателя уставки «малого газа» блокируют дальнейшее увеличение заданной частоты вращения ротора двигателя на наперед заданное время, необходимое для прогрева двигателя, подключают к тракту подачи дозированного топлива второй коллектор через гидравлическое сопротивление, равное по проливке 15-20% суммарного гидравлического сопротивления форсунок первого коллектора, а по истечении времени прогрева двигателя подключают второй коллектор к тракту подачи дозированного топлива непосредственно и снимают блокировку заданной частоты вращения ротора двигателя (см. патент РФ №2435973, кл. F02C 9/26, 2011 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что его недостатком является то, что в процессе подачи дополнительного топлива через гидросопротивление в коллектор и прогреве двигателя режим двигателя не изменяется, причем при подаче топлива возможно его пыление в камеру сгорания, кроме того, не предусмотрено предварительного заполнения пускового коллектора топливом, что увеличивает время приемистости.

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 на переходных режимах.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя, включающем подачу дозированного топлива в как минимум один топливный коллектор камеры сгорания, с последующим его впрыском через форсунки в камеру сгорания двигателя, новым является то, что дополнительно через как минимум один другой топливный коллектор, в который не поступает дозированное топливо, перепускают недозированное топливо, причем циркуляцию недозированного топлива через данный коллектор отключают при подаче в него дозированного топлива, а давление недозированного топлива в коллекторе устанавливают равным или меньшим давления газов в камере сгорания.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена схема системы, реализующей заявленный способ. На схеме показана одна камера сгорания, оснащенная двумя коллекторами. Естественно, что количество камер сгорания, количество их коллекторов и описанная ниже последовательность их включения могут быть иными. Это не меняет сущность заявленного способа.

На чертежах позицией 1 обозначена камера сгорания ГТД, позициями 2 и 3 - топливные коллекторы камеры, через форсунки 4 которых осуществляется подача топлива в камеру сгорания 1. Система заполнения топливных коллекторов также включает насосный блок 5, связанный входом основной топливной магистралью с топливным баком 6. Выход насосного блока посредством основной топливной магистрали через распределитель 7 топлива связан с дозаторами 8 и 9, осуществляющими дозирование топлива в коллекторы 2 и 3.

Один из коллекторов (на схеме коллектор 3) имеет дополнительный вход, связанный первой дополнительной топливной магистралью с выходом насосного блока 5, и выход связанный второй дополнительной топливной магистралью с входом насосного блока 5. В дополнительных магистралях установлены отсечные клапаны 10 и 11. Выход отсечного клапана 10 наиболее целесообразно подключать в непосредственной близости к выходу дозатора 9, а отсечной клапан 11 - к выходу из коллектора. Позицией 12 обозначен блок управления работой ГТД, который включает штатные автоматическую систему управления работой и панель управления работой ГТД, находящуюся в кабине пилота. В первой дополнительной топливной магистрали, соединяющей дополнительный вход коллектора 3 с выходом насосного блока 5, может быть установлен регулятор 13 давления топлива, связанный с блоком управления 12 и с датчиком 14 давления газов в камере сгорания 1.

Все элементы и агрегаты системы являются стандартными и используются по прямому назначению.

В качестве распределителя 7 и регулятора 13 могут быть использованы стандартные электронные или электромеханические регуляторы. В качестве дозаторов топлива используют дозаторы с регулируемым проходным сечением. В качестве отсечных клапанов используются стандартные клапаны с управляемым запорным элементом.

Способ посредством описанной выше системы осуществляют следующим образом.

В процессе работы ГТД на одном из режимов, например «малый газ», топливо насосным блоком 5 из бака 6 подается через распределитель 7 на дозатор 8, и через него дозированно в первый коллектор 2, и через форсунки 4 коллектора поступает в камеру сгорания 1. Коллектор 3 при этом не задействован в работе, то есть распределитель 7 по команде с блока 12 отключил подачу топлива на дозатор 9. По команде блока 12 отсечные клапаны 10 и 11 открыты и недозированное топливо с выхода насосного блока 5 по первой дополнительной топливной магистрали через регулятор 13 поступает на дополнительный вход коллектора 3 и заполняет коллектор топливом. При заполнении данного коллектора топливо из него через выход коллектора по второй дополнительной топливной магистрали поступает на вход насосного блока 5. Таким образом, при работающем первом коллекторе (2) и неработающем втором коллекторе (3) последний заполнен топливом, которое постоянно циркулирует по контуру «выход насосного блока - первая дополнительная топливная магистраль - второй топливный коллектор - вторая дополнительная топливная магистраль - вход насосного блока», что также не позволяет допустить перегрев топлива. Регулятор 13 (при его наличии) при этом по показаниям датчика 14 устанавливает давление циркулирующего через коллектор 3 топлива таким образом, чтобы оно всегда было равно или незначительно меньше давления газов в камере сгорания 1. Это исключает подачу (пыление) топлива из форсунок второго коллектора 3 топлива в камеру сгорания 1.

При переходе работы двигателя на более интенсивный режим по команде с блока 12 (в соответствии с командой пилота или системы управления) распределитель 7 включает в работу дозатор 9, открывая подачу топлива во второй коллектор 3. Практически одновременно дается команда на закрытие отсечных клапанов 10 и 11, которые перекрывают первую и вторую дополнительные топливные магистрали, в которых они установлены, и отсекают дополнительный вход и выход коллектора 3 от входа и выхода насосного блока 5, прекращая циркуляцию недозированного топлива через коллектор 3, который при этом остается заполненным топливом.

От дозатора 9 дозированное топливо поступает в уже практически заполненный коллектор и практически сразу поступает на форсунки 4 для его подачи в камеру сгорания.

Таким образом, при включении более интенсивного режима работы ГТД, который требует дополнительной подачи топлива, не тратится время на заполнение вводимого в работу топливного коллектора, что значительно сокращает время приемистости.

Способ может быть использован для заполнения всех топливных коллекторов как основной, так и форсажной камер сгорания.

Весьма важно и то, что при реализации способа подключение и заполнение коллекторов не влияет на динамические свойства двигателя, обеспечивая сокращение времени приемистости и плавность изменения тяги двигателя.

1. Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя, включающий подачу дозированного топлива в как минимум один топливный коллектор камеры сгорания с последующим его впрыском через форсунки в камеру сгорания двигателя, отличающийся тем, что дополнительно через как минимум один другой топливный коллектор, в который не поступает дозированное топливо, перепускают недозированное топливо, причем циркуляцию недозированного топлива через данный коллектор отключают при подаче в него дозированного топлива.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление недозированного топлива в коллекторе устанавливают равным или меньшим давления газов в камере сгорания.



 

Похожие патенты:

Двухканальная система предназначена для автоматического управления ГТД на всех режимах работы двигателя. Система имеет основной и резервный каналы управления.

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 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.

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.

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 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 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.

Изобретение может быть использовано в системах управления топливоподачей в форсажную камеру сгорания турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ТРДДФ) на форсированных режимах. Способ управления ТРДДФ заключается в том, что измеряют давление за компрессором ( p к * ) и давление за турбиной ( p т * ) , вычисляют перепад давления на турбине ( π T ∑ * = p к * / р т * ) . Далее определяют скорость изменения указанного перепада ( δ π T ∑ * ) и определяют скорость изменения расхода топлива (δGТФ), подаваемого в форсажную камеру сгорания. На максимальных форсированных режимах регулируют подачу топлива в форсажную камеру сгорания в зависимости от величины отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T ∑ * / δ G T Ф ) , обеспечивая его значение близким к нулю. Технический результат - повышение точности регулирования расхода топлива. 1 з.п. ф-лы, 4 ил..

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. При осуществлении способа предварительно для данного типа двигателя дополнительно формируют по меньшей мере две программы регулирования перепада давлений на турбинах, при каждой программе регулирования создают на входе в двигатель и на выходе из двигателя условия, соответствующие различным условиям полета по высоте и скорости, измеряют значения тяги и расхода топлива, затем строят зависимости расхода топлива от тяги, по ним определяют программу регулирования, обеспечивающую минимальный расход топлива в заданном диапазоне тяги и вводят ее дополнительно в регулятор двигателя, а по сигналу с борта самолета при полете на максимальную продолжительность и дальность полета в регуляторе двигателя производят переключение программы управления перепада давления на турбинах на программу, обеспечивающую минимальный расход топлива. Осуществление способа позволяет существенно увеличить дальность и продолжительность полета самолета. 2 ил., 1 табл.

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. Также представлены носитель информации, содержащий исполняемые компьютером инструкции, которые при выполнении предписывают компьютеру осуществлять способ согласно настоящему изобретению, электронный блок и авиадвигатель. Изобретение позволяет улучшить точность управления расходом топлива турбинного двигателя. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

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. Также представлена газовая турбина, содержащая передатчик хода. Изобретение позволяет предотвратить повреждение исполнительного модуля, а также позволяет повысить гибкость конструкции исполнительного модуля. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх