Устройство управления положением лопаток регулируемого направляющего аппарата

Изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинных двигателей (ГТД). Устройство управления положением лопаток регулируемого направляющего аппарата (РНА) компрессора газотурбинного двигателя содержит регулируемый выходной дроссель, соединенный через силовой орган с лопатками РНА, датчик отношения абсолютных давлений (ДОАД) с входным соплом подвода высокого давления и каналом подвода низкого давления, струйный усилитель, выходные каналы которого соединены с управляющими полостями силового органа. В устройстве установлены элемент сравнения (ЭС), содержащий первый и второй управляющие каналы, и входной дроссель, соединенный каналом с компрессором ГТД и образующий вместе с регулируемым выходным дросселем междроссельную камеру (МК), выход которой соединен с соплом питания ЭС и входным соплом подвода высокого давления ДОАД, соединенного выходным каналом с первым управляющим каналом ЭС, а второй управляющий канал ЭС и канал подвода низкого давления ДОАД соединены с полостью на входе в двигатель. Устройство содержит пневмофиксатор, содержащий подпружиненный клапан с поршневым приводом, имеющим первую и вторую управляющие полости, при этом первая управляющая полость соединена с полостью низкого давления, а вторая управляющая полость - с выходным каналом струйного усилителя, управляющей полостью силового органа, и через клапан - с полостью высокого давления. Данное устройство позволяет повысить точность работы устройства управления положением лопаток РНА на низких режимах работы ГТД. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинных двигателей.

Известна струйная система (аналог) управления поворотом лопаток регулируемого направляющего аппарата (РНА) компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) по степени повышения давления πККВХ в компрессоре двигателя. Здесь РК - абсолютное давление воздуха на выходе из компрессора двигателя, РВХ - абсолютное давление воздуха на входе в компрессор двигателя (см. Залманзон Л.А., Специализированные аэродинамические системы автоматического управления, М., Наука, 1978, С. 93-95, Рис. 2.3.а). Система содержит элемент формирования опорного сигнала, служащий для измерения истинного отношения давлений РКВХ; струйный аналоговый элемент сравнения; струйный аналоговый усилитель; исполнительный орган, управляющий одновременно положением профиля регулировочного элемента регулируемого дросселя и положением лопаток направляющего аппарата компрессора.

Недостатками этой системы является пониженная точность регулирования положения лопаток регулируемого направляющего аппарата компрессора газотурбинного двигателя.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство управления положением лопаток РНА компрессора ГТД (см. патент РФ на полезную модель №171014, кл. F04D 27/00, 2016 г.).

Данное устройство содержит регулируемый выходной дроссель, соединенный через силовой орган с лопатками РНА, датчик отношения абсолютных давлений (ДОАД) с входным соплом подвода высокого давления и каналом подвода низкого давления, струйный усилитель, выходные каналы которого соединены с управляющими полостями силового органа, элемент сравнения (ЭС), содержащий первый и второй управляющие каналы, и входной дроссель, соединенный каналом с компрессором ГТД и образующий вместе с регулируемым выходным дросселем междроссельную камеру (МК), выход которой соединен с соплом питания ЭС и выходным соплом подвода высокого давления ДОАД, соединенного выходным каналом с первым управляющим каналом ЭС, а второй управляющий канал ЭС и канал подвода низкого давления ДОАД соединены полостью на входе в двигатель.

Недостатком этого устройства является пониженная точность при низких давлениях рабочего воздуха, имеющих место в процессе запуска двигателя.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение точности работы устройства при низких давлениях рабочего воздуха с постановкой РНА на упор низких режимов (даже при значительных силах трения в механизмах РНА) путем увеличения перепадов давления на силовом органе (силовом приводе) в процессе запуска двигателя. При этом в процессе запуска и выхода на номинальный режим работы двигателя обеспечивается положение РНА, соответствующее заданному закону регулирования.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для управления положением лопаток РНА ГТД, содержащем

регулируемый выходной дроссель, соединенный через силовой орган с лопатками РНА, датчик отношения абсолютных давлений с входным соплом подвода высокого давления и каналом подвода низкого давления, струйный усилитель, выходные каналы которого соединены с управляющими полостями силового органа, элемент сравнения, содержащий первый и второй управляющие каналы, и входной дроссель, соединенный каналом с компрессором ГТД и образующий вместе с регулируемым выходным дросселем междроссельную камеру, выход которой соединен с соплом питания ЭС и входным соплом подвода высокого давления ДОАД, соединенного выходным каналом с первым управляющим каналом ЭС, а второй управляющий канал ЭС и канал подвода низкого давления ДОАД соединены с полостью на входе в двигатель, а также пневмофиксатор, содержащий подпружиненный клапан с поршневым приводом, имеющим первую и вторую управляющие полости, при этом первая управляющая полость соединена с полостью низкого давления, а вторая управляющая полость - с выходным каналом струйного усилителя, управляющей полостью силового органа и через клапан с полостью высокого давления.

Отличительным признаком заявленного устройства является то, что в устройство введен пневмофиксатор, содержащий подпружиненный клапан с поршневым приводом, имеющим первую и вторую управляющие полости, при этом первая управляющая полость соединена с полостью низкого давления, а вторая управляющая полость - с выходным каналом струйного усилителя, управляющей полостью силового органа и через клапан с полостью высокого давления. Пневмофиксатор предназначен для установки силового органа в процессе запуска ГТД в заданное положение. Данный отличительный признак позволяет, за счет обеспечения постановки РНА на упор низких режимов путем повышения перестановочных усилий силового органа, повысить точность работы РНА на режимах с низким давлением рабочего воздуха. Повышение перестановочных усилий достигается за счет непосредственного соединения одной из управляющих полостей силового органа через полости пневмофиксатора с источником высокого давления, что позволяет существенно увеличить давление в соответствующей полости силового органа путем исключения потерь давления воздуха в проточных каналах струйного усилителя.

Дополнительно выполнение в пневмофиксаторе проходной площади клапана более чем в 4 раза больше проходной площади выходного канала струйного усилителя позволяет повысить уровень давления в одной из управляющих полостей силового органа до приемлемой величины, увеличивая перестановочные усилия на силовом органе. Таким образом повышается точность работы устройства (т.е. обеспечивается установка РНА в заданное положение) в процессе запуска двигателя.

Предлагаемое устройство представлено на чертежах Фиг. 1 и Фиг. 2, работа которых описана ниже. На Фиг. 1 - представлена схема устройства. На Фиг. 2 - схема пневмофиксатора.

Устройство управления положением лопаток РНА ГТД (см. фиг. 1) состоит из регулируемого выходного дросселя 1, соединенного через силовой орган 2 с лопатками РНА (на фиг. 1 не показаны), датчика отношения абсолютных давлений 3 с входным соплом подвода высокого давления 4 и каналом подвода низкого давления 5, струйного усилителя 6, выходные каналы 7 и 8 которого соединены с управляющими полостями 9 и 10 силового органа 2, элемента сравнения 11, содержащего первый 12 и второй 13 управляющие каналы, и входного дросселя 14, соединенного каналом 15 с компрессором ГТД и образующие вместе с регулируемым выходным дросселем 1 междроссельную камеру 16, выход которой соединен с соплом питания ЭС 17 и входным соплом подвода высокого давления 4, соединенного выходным каналом 18 с первым управляющим каналом 12, а второй управляющий канал 13 и канал подвода низкого давления 5 соединены с полостью на входе в двигатель РВХ.

Датчик отношения абсолютных давлений 3, элемент сравнения 11 и струйный усилитель 6 конструктивно объединены в единый струйный блок 19.

Выходные каналы 20 и 21 ЭС 11 соединены с управляющими каналами 22 и 23 струйного усилителя 6. Вентиляционные каналы 24 ЭС 11 соединены с полостью на входе в двигатель РВХ.

Сопло питания 25 струйного усилителя 6, как и МК 16, запитано воздухом из компрессора ГТД с давлением РК. Вентиляционные каналы 26 усилителя 6 соединены с окружающей средой (с атмосферой), а выходные каналы 7 и 8 с управляющими полостями 9, 10 силового органа 2, имеющего поршень 27, установленный в пневмоцилиндре 28 и перемещающий шток 29, соединенный с регулируемым выходным дросселем 1 МК 16, и шток 30, соединенный с поворотными лопатками РНА ГТД. Пневмофиксатор 31 (см. фиг. 2), содержит клапан 32, поджатый пружиной 33, (обеспечивающей его открытое положение) с поршневым приводом 34, имеющим первую и вторую управляющие полости 35 и 36, при этом первая управляющая полость 35 соединена с полостью низкого давления, а вторая управляющая полость 36 - с выходным каналом 8 струйного усилителя 6, управляющей полостью 9 силового органа 2, и через клапан 32 - с полостью 37, соединенной с полостью высокого давления РК.

Проходную площадь клапана 32 предпочтительно выполнять в 4 и более раз больше проходной площади выходного канала 8 струйного усилителя 6.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии поршень 27 (со штоками 29 и 30) силового органа 2 устройства находится на упоре низких режимов (во втянутом положении). Одновременно воздух из компрессора ГТД (на чертеже не показан) под давлением РК по каналу 15 поступает в МК 16 и к соплу питания 25 струйного усилителя 6. В МК 16 воздух входит через входной дроссель 14, который выполняет функцию регулировочного винта изменения наклона характеристики РНА. Поступая далее как к ДОАД 3, так и к регулируемому выходному дросселю 1, который выполнен в виде дросселя обратной связи золотникового типа. Воздух из канала 5 подвода низкого давления ДОАД 3 и из вентиляционных каналов 25 ЭС 11 отводится в полость на входе в двигатель с давлением РВХ.

В процессе запуска, пока уровень давления РК не превышает значения нижней границы рабочего участка характеристики, давление РДО в первом управляющем канале 12 ЭС 11 и выходном канале 18 ДОАД 3 за счет эжекции в проточной части ДОАД 3 будет меньше, чем во втором управляющем канале 13 ЭС 11, соединенном с полостью с давлением РВХ.

Отрицательный управляющий перепад (РДОВХ) усиливаясь ЭС 11 и струйным усилителем 6, направляется в управляющие полости 9 и 10 пневмоцилиндра 28. При этом уровень давления в полости 9 пневмоцилиндра 28 будет существенно больше, чем в полости 10.

Дополнительно в управляющую полость 9 силового привода будет поступать воздух с давлением РК от пневмофиксатора 31, что ведет к увеличению перестановочного усилия формируемого силовым органом 2, повышая точность выполнения заданного закона регулирования. Поршень 27 (со штоками 29 и 30) будет установлен на упор низких режимов (во втянутое положение). При этом щель на пластине будет находиться в начале треугольного паза золотника регулируемого выходного дросселя 1.

По мере возрастания режима работы ГТД уровень давления РК увеличивается. При достижении перепада давлений (РКН)=ΔР1 (где РК - давление отбираемое за компрессором ГТД, РН - давление окружающей среды) при котором перепады на поршневом приводе 33 и клапане 32 уравновешиваются с усилием пружины 34, клапан 32 закроется, прекратив подачу воздуха с давлением РК в управляющую полость 9, прекратив вмешиваться с работу регулятора в процессе запуска. Далее, при достижении, а затем и превышении значения, соответствующего начальной точке рабочего участка переходной характеристики устройства, произойдет снижение разряжения, а в дальнейшем и образование избыточного давления в выходном канале 18 ДОАД 3, выходном канале 20 ЭС 11, выходном канале 7 усилителя 6 и связанной с ним полостью 10 силового органа 2.

Перепад давлений ΔРУ=(РДОВХ) (где РДО - абсолютное давление в управляющем канале ДОАД, РМК - абсолютное давление в регулируемой МК 16) изменит знак на противоположный (станет положительным) и, соответственно, давление в полости 10 пневмоцилиндра 28 станет больше чем в полости 9 и поршень 27 со штоками 29 и 30 начнет перемещаться.

Движение поршня 27 продолжается до тех пор, пока давление в выходном канале 18 ДОАД 3, вследствие изменения (увеличения) площади перепуска воздуха на золотнике регулируемого выходного дросселя 1 и уменьшения давления РДО, не установится приблизительно равным давлению РВХ. При этом на поршне 27 также установится перепад давлений близкий к нулю, свидетельствующий об установке лопаток РНА в заданное (согласно выбранного закона регулирования αРНА=f(πК)) положение.

При дальнейшем увеличении режима работы двигателя, степень повышения давления воздуха πК растет, отношение давлений на ДОАД 3 становится больше πДО [где πДО - отношение абсолютных давлений на датчике πДОМКВХ, при котором управляющий перепад давлений на управление струйного усилителя ΔРУ=(РДОВХ) равен нулю], давление в управляющей полости 10 пневмоцилиндра 28 становится больше, чем в управляющей полости 9. Поршень 27 перемещается, и площадь перепуска воздуха на золотнике регулируемого выходного дросселя 1 увеличивается, уменьшая давление РДО. Это будет продолжаться до тех пор, пока отношение давлений на датчике отношения абсолютных давлений 3 не станет равным πД0, при котором давление в выходном канале 18 ДОАД 3 станет равным давлению РВХ, а на поршне 27 пневмоцилиндра 28 установится перепад, равный нулю. Движение поршня 27 прекращается.

При снижении режима работы двигателя степень повышения давления πК уменьшается, отношение давлений на ДОАД 3 становится меньше πДО, давление в управляющей полости 10 пневмоцилиндра 28 становится меньше, чем в управляющей полости 9. Поршень 27 будет перемещаться, уменьшая площадь перепуска воздуха на золотнике регулируемого выходного дросселя 1, увеличивая таким образом давление РДО до тех пор, пока отношение давлений на ДОАД 3 не станет равным πДО. При этом перепад на поршне 27 установится близким к нулю, движение поршня 27 прекратится.

При разгоне двигателя до максимального режима поршень 27 со штоками 29 и 30 перемещается по закону h=f(πК) (обеспечивая закон регулирования РНА αРНА=f(πК)), заданному профилем паза золотника регулируемого выходного дросселя 1, до упора максимального режима.

При сбросе режима или остановке двигателя поршень 27 по тому же закону перемещается в обратную сторону до постановки РНА на упор низких режимов.

Такое техническое решение позволяет обеспечить повышенную точность работы устройства управления положением лопаток РНА в заданных условиях (проверено экспериментально) - повышается точность работы устройства на режимах с низкими уровнями давления РК (малых (РКН)), регулятор выставляет РНА на упор низких режимов при больших противодействующих усилиях (например, при больших силах трения в механизме РНА).

1. Устройство управления положением лопаток регулируемого направляющего аппарата (РНА) компрессора газотурбинного двигателя (ГТД), содержащее регулируемый выходной дроссель, соединенный через силовой орган с лопатками РНА, датчик отношения абсолютных давлений (ДОАД) с входным соплом подвода высокого давления и каналом подвода низкого давления, струйный усилитель, выходные каналы которого соединены с управляющими полостями силового органа, элемент сравнения (ЭС), содержащий первый и второй управляющие каналы, и входной дроссель, соединенный каналом с компрессором ГТД и образующий вместе с регулируемым выходным дросселем междроссельную камеру, выход которой соединен с соплом питания ЭС и входным соплом подвода высокого давления ДОАД, соединенного выходным каналом с первым управляющим каналом ЭС, а второй управляющий канал ЭС и канал подвода низкого давления ДОАД соединены с полостью на входе в двигатель,

отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен пневмофиксатор, выполненный в виде подпружиненного клапана с поршневым приводом, имеющим первую и вторую управляющие полости, при этом первая управляющая полость соединена с полостью низкого давления, а вторая управляющая полость - с выходным каналом струйного усилителя, управляющей полостью силового органа и через клапан с полостью высокого давления.

2. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что проходная площадь клапана более чем в 4 раза больше проходной площади выходного канала струйного усилителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газовой промышленности, преимущественно к компрессорным цехам. В способе резервирования мощности приводов компрессорного цеха, включающем измерение давления газа в общем выходном коллекторе, сравнение фактического давления с уставкой и включение в работу резервного компрессорного агрегата, если оно меньше допустимого, согласно изобретению каждый из приводов подключают ко всем компрессорам через единый мультипликатор компрессорного цеха и поддерживают номинальное давление газа в выходном коллекторе путем совместного регулирования приводов, в том числе путем включения/отключения работающих и резервного приводов.

Изобретение относится к области управления и регулирования компрессорной станции. Система автоматизированного управления газоперекачивающим агрегатом включает блок управления и операторный блок, блок управления включает контроллер с микропроцессорным модулем и блок экстренного останова, операторный блок включает автоматизированное рабочее место оператора и резервную панель контроля и управления газоперекачивающим агрегатом, блок управления связан с аналоговыми датчиками, исполнительными механизмами, крановой обвязкой и сигнализаторами, микропроцессорный модуль выполнен с возможностью получения аналоговых параметров газоперекачивающего агрегата от датчиков, преобразования их в цифровые данные и последующего расчета теплотехнических параметров газоперекачивающего аппарата, сравнения полученных значений с пороговыми значениями и передачи данных на автоматизированное рабочее место оператора, с которым микропроцессорный модуль связан посредством сети Ethernet.

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

Заявленное изобретение относится к способу и устройству для регулировки рабочих данных в области технологий обработки информации. В настоящем изобретении согласно инструкции выбора определяют тематический пакет, который выбран пользователем; и затем из выбранного тематического пакета получают рабочие данные, в результате чего воздуходувное устройство может подавать воздух согласно рабочим данным.

Узел турбомашины содержит компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, промежуточный корпус, размещенный между ними, клапан перепуска воздуха и приводной силовой гидроцилиндр клапана перепуска воздуха.

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств. Компрессорная система включает в себя приводимый в действие от электродвигателя через приводной вал компрессор, резервуар для сжатого воздуха.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических и гидромеханических системах автоматического управления ГТД.

Ступень (10) компрессора с всасывающим со стороны статора штуцером, через который уплотняемая на участке ступени компрессора среда может подаваться в ступень компрессора, с входным каналом (11) со стороны статора, через который уплотняемую среду, выходящую из штуцера, можно транспортировать в направлении к рабочему колесу (14) со стороны ротора.

Изобретение относится к турбомашине, в частности турбокомпрессору, содержащей по меньшей мере один ротор, который проходит вдоль оси (Х), по меньшей мере одно газовое уплотнение, которое с помощью защитного газа уплотняет зазор между ротором и статором турбомашины, подготовительный модуль, который из отбираемой в положении высокого давления в месте отбора рабочей текучей среды готовит защитный газ, при этом защитный газ подается в газовое уплотнение.

Группа изобретений относится к устройству регулирования газового потока при его прохождении через канал. Устройство регулирования газового потока в канале содержит множество поворотных лопаток (27, 28).

Изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинных двигателей. Устройство управления положением лопаток регулируемого направляющего аппарата компрессора газотурбинного двигателя содержит регулируемый выходной дроссель, соединенный через силовой орган с лопатками РНА, датчик отношения абсолютных давлений с входным соплом подвода высокого давления и каналом подвода низкого давления, струйный усилитель, выходные каналы которого соединены с управляющими полостями силового органа. В устройстве установлены элемент сравнения, содержащий первый и второй управляющие каналы, и входной дроссель, соединенный каналом с компрессором ГТД и образующий вместе с регулируемым выходным дросселем междроссельную камеру, выход которой соединен с соплом питания ЭС и входным соплом подвода высокого давления ДОАД, соединенного выходным каналом с первым управляющим каналом ЭС, а второй управляющий канал ЭС и канал подвода низкого давления ДОАД соединены с полостью на входе в двигатель. Устройство содержит пневмофиксатор, содержащий подпружиненный клапан с поршневым приводом, имеющим первую и вторую управляющие полости, при этом первая управляющая полость соединена с полостью низкого давления, а вторая управляющая полость - с выходным каналом струйного усилителя, управляющей полостью силового органа, и через клапан - с полостью высокого давления. Данное устройство позволяет повысить точность работы устройства управления положением лопаток РНА на низких режимах работы ГТД. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх