Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя


 


Владельцы патента RU 2568015:

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

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 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 сек), 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 (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 ГТД 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 заполнение дозированным топливом как минимум, одного топливного коллектора камеры сгорания и подачу через его форсунки топлива в камеру сгорания двигателя, новым является то, что 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.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства, реализующего заявленный способ. Для иллюстрации заявленного способа 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 схеме позицией 1 обозначена камера сгорания ГТД, позициями 2 и 3 топливные коллекторы, через форсунки 4 которых осуществляется подача топлива в камеру сгорания 1. Устройство 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.

В состав устройства входит топливная емкость 10, выход которой связан с топливным входом первого управляемого отсечного клапана 11, топливный выход которого связан с основной топливной магистралью подачи топлива от дозатора 8 в топливный коллектор 2.

Позицией 12 обозначен блок управления работой ГТД, который включает автоматическую систему управления работой и панель ручного управления работой ГТД, находящуюся в кабине пилота. Блок управления 12 связан с насосным блоком 5, распределителем 7 и с синхронизатором 13, первый выход которого связан с распределителем 7, второй - с управляемым входом первого отсечного клапана 11, а третий - с управляемым входом второго управляемого отсечного клапана 14.

Вход топливной емкости 10 связан с топливным выходом второго отсечного клапана 14, топливный вход которого связан с выходом насосного блока 5.

Заполнение емкости 10 топливом до заданного уровня может осуществляться различным известным образом, например, по времени заполнения, которое задается синхронизатором 13 или использованием датчика 15 уровня топлива в емкости 10, который связан с управляемым входом отсечного клапана 14.

Все конструктивные элементы устройства являются стандартными и используются по прямому назначению.

В качестве распределителя 7 может быть использован стандартный электронный или электромеханический распределитель. В качестве дозаторов топлива используют дозаторы с регулируемым проходным сечением. В качестве отсечных клапанов используются стандартные клапаны с управляемым запорным элементом.

В качестве синхронизатора может быть использовано стандартное управляемое двухпозиционное реле времени.

Способ посредством описанного выше устройства 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 9, через него в коллектор 3, заполняя его, и через форсунки 4 данного коллектора дозированно поступает в камеру сгорания для работы ГТД на данном режиме. Коллектор 2 при этом не задействован в работе, то есть распределитель 7 по команде с блока 12 отключил подачу топлива на дозатор 8. Отсечные клапаны 10 и 14 при этом закрыты, емкость 10 не заполнена топливом.

Перед переходом на иной более интенсивный режим работы ГТД, предусматривающий включение в работу еще как минимум одного из коллекторов (по схеме коллектора 2), по команде с блока управления 12 включается синхронизатор 13, установленный на определенный интервал времени. С включенного синхронизатора следуют команды на блокировку распределителя 7 с тем, чтобы исключить подачу топлива в предварительно незаполненный коллектор 2 через дозатор 8, и на управляемый вход отсечного клапана 14 на открытие его проходного сечения, в результате чего топливо с выхода насосного блока 5 поступает в емкость 10, заполняя ее, отсечной клапан 11 при этом закрыт.

При достижении в емкости 10 заданного уровня (порции топлива) с датчика 15 (при его наличии) или с синхронизатора 13 (при отсутствии упомянутого выше датчика) следует сигнал на отсечной клапан 14, который отсекает подачу топлива в емкость 10. Количество (порция) топлива в емкости 10 должно быть таким, чтобы его было достаточно для заполнения практически полностью коллектора 2. Такой расчет не представляет сложностей для специалистов.

По истечении времени, на которое настроен включенный синхронизатор 13, с него дается команда на открытие проходного сечения отсечного клапана 11, обеспечивая подачу топлива в основную топливную магистраль и заполнение коллектора 2 порцией топлива из емкости 10. После этого, по команде синхронизатора 13, перекрывается отсечной клапан 11 и дается команда на распределитель 7 для снятие с него блокировки. Далее распределитель 7 по команде с блока 12 подсоединяет дозатор 8 к основной топливной магистрали, открывая подачу топлива в коллектор 2.

Настройка синхронизатора осуществляется таким образом, чтобы в процессе работы двигателя обеспечить заполнение емкости 10 порцией топлива за заданное время (как правило, несколько минут) до включения подачи дозированного топлива в коллектор 2 и за заданное время (как правило, несколько секунд) до включения подачи дозированного топлива в коллектор 2 заполнить его подготовленной порцией топлива. Время нахождения порции топлива в емкости 10 и коллекторе 2 определяется в основном исходя из условия недопущения перегрева топлива. Такой расчет не представляет сложностей для специалистов.

От дозатора 8 топливо подается в уже заполненный коллектор 2 и практически сразу поступает на форсунки 4 для его подачи в камеру сгорания. Аналогичным образом могут быть заполнены и другие коллекторы, последовательность включения которых задается системой управления 12.

Для создания рабочего давления в емкости 10 при подаче топлива в коллектор 2 она может быть оснащена насосом или мембраной (не показаны).

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 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.

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, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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