Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя

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.