Система регулирования подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двигателя

Авторы патента:

F02C9/28 - системы регулирования, чувствительные к параметрам установки и окружающей среды, например к температуре, давлению, скорости ротора (F02C 9/30- F02C 9/38,F02C 9/44 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2752332:

Акционерное общество "ОДК-Климов" (RU)

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к системам регулирования подачи топлива в форсажные камеры авиационных турбореактивных двигателей (ТРДФ и ТРДДФ). Задачей изобретения является обеспечение качественного и равномерного распыливания форсажного топлива для улучшения управления двигателем и повышения устойчивости работы двигателя на форсажных режимах. Поставленная задача решается тем, что предлагается система подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двигателя, содержащая блок управления, топливный бак, форсажный насос, регулятор расхода форсажного топлива, распределитель, направляющий в зависимости от давления газов в форсажной камере и заданного режима двигателя топливо в первый коллектор со стабилизаторами пламени, второй коллектор и третий коллектор. При этом за распределителем в трубопроводе второго коллектора установлен отсечной клапан, который открывается и закрывается по командам блока управления при достижении заданных значений давления во втором и третьем коллекторах, обеспечивая расход и давление топлива, необходимые для равномерного распределения топливовоздушной смеси по сечению форсажной камеры. 2 ил.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности, к системам регулирования подачи топлива в форсажные камеры авиационных турбореактивных двигателей (ТРДФ и ТРДДФ).

Организация рабочего процесса в форсажных камерах ТРДДФ сопряжена с дополнительными трудностями. Смешение потоков горячего газа и холодного воздуха осуществляется перед стабилизаторами пламени, и в поперечном сечении камеры возникает существенная неравномерность газового потока по температуре, коэффициенту избытка воздуха и скорости. Эта неравномерность усиливается с увеличением скорости полета самолета, так как возрастает степень двухконтурности двигателя.

Применительно к форсированным режимам работы двигателя основными проблемами управления являются обеспечение и поддержание оптимального состава топливовоздушной смеси в форсажной камере сгорания (α_Σopt). (Коршенко В.Н., Мосягин В.В., К вопросу о структуре газового потока во фронтовом устройстве форсажной камеры сгорания ТРДДФ. // Климовские чтения-2014: перспективные направления развития авиадвигателестроения: сборник докладов международной научно-технической конференции. В 2-х т. - СПб.: Изд-во «Скифия-принт», 2014. - Т. 1 - 19…31 с.)

Известна форсажная камера двухконтурного турбореактивного двигателя со смешением потоков, содержащая корпус, смеситель, фронтовое устройство с распылителями форсажного топлива, состоящее из первого пускового коллектора со стабилизаторами пламени, второго и, открывающегося по заданному давлению во втором коллекторе, третьего коллектора, пропускающего через себя возрастающий расход форсажного топлива, предназначенных для равномерного распределения форсажного топлива по сечению камеры сгорания, (RU №2641191) Недостатком такой системы подачи и смешения является частичное погасание пламени в стабилизаторах при открытии третьего коллектора и плохое распыливание топлива при малых расходах через третий коллектор, что свойственно полетам на большой высоте (Коцюбинский С.В. Повышение полноты сгорания в форсажной камере двухконтурного турбореактивного двигателя РД-33 // Климовские чтения-2019: перспективные направления развития авиадвигателестроения: сборник статей научно-технической конференции. - СПб.: Изд-во «Скифия-принт», 2019. - С 223…229).

Задачей изобретения является создание в форсажных коллекторах такого расхода и давления, которое обеспечит качественное распыливание форсажного топлива и создание однородной топливовоздушной смеси во всем диапазоне расходов в любой точке сечения перед фронтовым устройством форсажной камеры.

Техническим результатом является улучшение управления двигателем и повышение устойчивости работы двигателя на форсажных режимах за счет обеспечения качественного и равномерного распыливания форсажного топлива.

Поставленная задача решается тем, что предлагается система подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двигателя, содержащая блок управления, топливный бак, форсажный насос, регулятор расхода форсажного топлива, распределитель, направляющий, в зависимости от давления газов в форсажной камере и заданного режима работы двигателя, топливо в первый коллектор со стабилизаторами пламени, второй коллектор и третий коллектор, отличающаяся тем что за распределителем в трубопроводе второго коллектора установлен отсечной клапан, который открывается и закрывается по командам блока управления при достижении заданных значений давления во втором и третьем коллекторах, обеспечивая перераспределение расхода форсажного топлива между вторым и третьим коллекторами для качественного распыла и распределения топливовоздушной смеси по сечению форсажной камеры.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами:

Фиг. 1. Функциональная схема системы регулирования подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двигателя, где

1 - топливный бак,

2 - форсажный насос,

3 - регулятор расхода форсажного топлива,

4 - распределитель,

5 - форсажная камера сгорания,

6 - рычаг управления двигателем (РУД),

7 - первый коллектор (1 ТК),

8 - второй коллектор (2 ТК),

9 - третий коллектор (3 ТК),

10 - отсечной клапан,

11 - блок управления,

12 - датчик давления в коллекторе 8,

13 - датчик давления в коллекторе 9.

Фиг. 2 - График распределения форсажного топлива по коллекторам от изменения положения рычага управления двигателем;

Распределитель топлива с целью сокращения времени приемистости имеет функцию (н/д) подачи не дозированного топлива для заполнения при открытии второго и третьего форсажных коллекторов. За распределителем в трубопроводе второго коллектора установлен отсечной клапан, открывающийся и закрывающийся по командам от блока управления. Датчики давления во втором и третьем коллекторах контролируют давление при заполнении, работе и выключении коллекторов.

Второй и третий коллекторы распыляют топливо перед стабилизаторами пламени первого (пускового) коллектора для обеспечения равномерного распределения топливовоздушной смеси по сечению форсажной камеры, что обеспечивает устойчивую работу двигателя на всех форсажных режимах.

Работа системы регулирования подачи топлива осуществляется следующим образом.

При перемещении рычага управления двигателем 6 в зону форсажных режимов блок управления 11 открывает отсечной клапан 10 и включает форсажный насос 2 для подачи из топливного бака 1 топлива в регулятор расхода форсажного топлива 3 и подачу через распределитель 4 топлива в коллекторы форсажной камеры сгорания 5.

Регулятор расхода форсажного топлива 3 формирует расход в зависимости от давления газов в форсажной камере сгорания 5 и режима, заданного положением рычага управления двигателем б.

При установке рычага управления двигателем 6 в положение «Минимальный форсаж» регулятор 3 осуществляет подачу топлива в коллектор 7 и во внутренней зоне стабилизаторов (не показаны) форсажной камеры сгорания 5 создается топливовоздушная смесь с заданными значениями давления и температурой горения. Для обеспечения устойчивого горения в стабилизаторах пламени расход в коллектор 7 на разных режимах форсирования двигателя не изменяется.

После воспламенения и появления горения в стабилизаторах вырабатывается сигнал от датчика пламени за стабилизаторами коллектора 7 (не показан) и блок управления 11 снимает с регулятора 3 блокировку включения коллектора 8.

При увеличении форсажного режима и установке рычага управления двигателем 6 положении «Полный форсаж» расход форсажного топлива в коллекторе 8 линейно нарастает и после поступлении сигнала от датчика давления 12 о достижении заданного значения давления в коллекторе 8 (точка А на графике) блок управления 11 снимает с регулятора 3 блокировку включения коллектора 9 и закрывает отсечной клапан 10. Распределитель 4 перенаправляет расход форсажного топлива в коллектор 9 создавая в нем давление, необходимое для качественного распыливания топлива и устойчивой работы двигателя на заданном режиме. При дальнейшем увеличении расхода и достижении заданной величины давления в коллекторе 9 и поступления сигнала от датчика давления 13 (точка Б на графике), блок управления 11 вновь открывает отсечной клапан 10, распределитель 4 делит суммарный расход топлива между коллекторами, возвращая установленную долю топлива в коллектор 8, а остальную часть топлива направляет в коллектор 9.

При обратном движении рычага управления двигателем 6 на уменьшение форсажных режимов переключения производятся в обратном порядке на значениях давлений, пониженных на 2…3 кгс/см² относительно давлений включения, что позволяет избежать пульсаций в камере и обеспечить устойчивую работу двигателя на всех форсажных режимах (фиг. 2).

Таким образом, предлагаемая система подачи топлива в форсажную камеру позволяет повысить качество распыливания форсажного топлива и распределения топливовоздушной смеси по сечению форсажной камеры во всем диапазоне расходов в любой точке сечения перед фронтовым устройством форсажной камеры.

Система подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двигателя, содержащая блок управления, топливный бак, форсажный насос, регулятор расхода форсажного топлива, распределитель, направляющий в зависимости от давления газов в форсажной камере и заданного режима работы двигателя топливо в первый коллектор со стабилизаторами пламени, второй коллектор и третий коллектор, отличающаяся тем, что за распределителем в трубопроводе второго коллектора установлен отсечной клапан, который открывается и закрывается по командам блока управления при достижении заданных значений давления во втором и третьем коллекторах, обеспечивая расход и давление топлива, необходимые для качественного распыливания топлива и распределения топливовоздушной смеси по сечению форсажной камеры.

Изобретение относится к способу регулирования контура питания, содержащего по меньшей мере первый насос и входной трубопровод, ведущий к первому насосу, включающий этапы, на которых определяют во входном трубопроводе содержание газа в потоке, питающем первый насос, и, если значение содержания газа во входном трубопроводе, определенное на этапе определения, превышает или равно заранее определенному пороговому значению, изменяют расход потока, питающего первый насос.

Газотурбинный двигатель и способ регулирования // 2745185

Создан способ управления газотурбинным двигателем (10), имеющим в осевом потоке последовательно компрессор (14), камеру (16) сгорания, турбину (18) компрессора и выхлопную трубу (30), причем газовая турбина может работать в, по меньшей мере, диапазоне высокой выходной мощности, диапазоне умеренно высокой выходной мощности, диапазоне умеренной выходной мощности, диапазоне умеренной низкой мощности и диапазоне низкой выходной мощности.

Способ анализа для газовой турбины // 2745051

Изобретение может быть использовано в газовых турбинах. Способ анализа предназначен для газовой турбины, содержащей множество камер сгорания для воспламенения газа.

Отказобезопасная электромеханическая система управления реверсивным устройством газотурбинного двигателя // 2744587

Изобретение может быть использовано в газотурбинном двигателестроении, в частности в системах автоматического управления реверсивными устройствами авиационных газотурбинных двигателей. Отказобезопасная электромеханическая система управления реверсивным устройством газотурбинного двигателя содержит электронный регулятор (3) двигателя, электронный блок (4) управления реверсивным устройством по меньшей мере два электромеханических привода (5.1), (5.2), два комплекта датчиков (5.3), (5.4) и дублированные электрические линии связи.

Способ управления турбореактивным двигателем // 2736403

Изобретение относится к способам управления в полете турбореактивным двигателем с форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом. Способ управления турбореактивным двигателем с форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом в составе силовой установки летательного аппарата заключается в том, что на стационарных режимах работы, в том числе на режимах «максимальный форсированный» и «крейсерский», и на переходных режимах работы измеряют внешние параметры рабочего процесса турбореактивного двигателя и полета летательного аппарата, по измеренным значениям внешних параметров вычисляют недоступные для измерения внутренние параметры рабочего процесса турбореактивного двигателя и определяют в качестве эксплуатационных характеристик для конкретного режима работы турбореактивного двигателя реальные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора, сравнивают значения полученных эксплуатационных характеристик с предварительно определенными эталонными значениями тяги и величины запаса газодинамической устойчивости для конкретного режима работы, по результатам сравнения эксплуатационных характеристик определяют штатные величины воздействия регулирующих факторов, в качестве которых используют расход топлива в основной камере сгорания, расход топлива в форсажной камере, угол установки направляющего аппарата, площадь критического сечения реактивного сопла, и в зависимости от них формируют управляющий сигнал с учетом приоритетности регулирующих факторов, определяемой для каждого стационарного и переходного режима работы по результатам предварительно проведенных испытаний турбореактивного двигателя, и с учетом корректирующих поправок, величина которых зависит от изменения внешних условий полета летательного аппарата.

Способ и устройство для управления плавным увеличением тяги двигателя летательного аппарата, компьютерочитаемый носитель данных // 2735650

Группа изобретений относится к системе и способу управления тягой летательного аппарата, материальному компьютерочитаемому носителю данных, содержащих инструкции для осуществления способа. Система управления тягой содержит датчик измерения скорости бокового ветра, блок управления плавным увеличением тяги.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя // 2731824

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления двухвальными турбореактивными двигателями с регулируемыми направляющими компрессора низкого и высокого давления. В известном способе регулирования авиационного турбореактивного двигателя, включающем измерение частоты вращения ротора низкого давления, положения рычага управления двигателем (РУД), температуры воздуха на входе в двигатель, температуры газов за турбиной низкого давления и давления воздуха за компрессором высокого давления, регулирование установочных параметров и частоты вращения ротора низкого давления путем воздействия на дозирование топлива в камеру сгорания, регулирование величины угла установки входных направляющих аппаратов (НА) компрессора низкого давления и критического сечения реактивного сопла и давления газа за турбиной низкого давления, по предложению дополнительно измеряют частоту вращения ротора высокого давления, величину угла установки направляющих аппаратов (НА) компрессора высокого давления, скорость перемещения рычага управления двигателем (РУД), устанавливают базу для переходного процесса и время стабилизации изменений параметров в переходном процессе и фиксируют дискретный сигнал включения форсажа, после чего производят сравнительную оценку установочных параметров работы двигателя в течение времени протекания переходных процессов, с учетом величин максимальных и минимальных отклонений (забросов и провалов) параметров, предельно допустимых значений частот вращений роторов и угла установки направляющих аппаратов (НА) в зависимости от приведенных оборотов для каждого ротора, на соответствие их технически заданным значениям на переходных процессах и при несоответствии какого-либо параметра заданным значениям регулируют установочные параметры работы двигателя и формируют сертификационный протокол.

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания // 2720059

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) с форсажной камерой сгорания (ФКС). Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности определения горения в ФКС, снижение веса двигателя за счет исключения датчиков пламени в ФКС и электрических проводов к ним, а также повышение скорости реакции системы в части обнаружения горения топлива в ФКС.

Автономное интегрированное устройство сбора, регистрации и контроля параметров авиационного газотурбинного двигателя // 2719757

Изобретение относится к области авиационной техники и предназначено для использования в бортовых системах сбора, регистрации и контроля параметров летательных аппаратов с использованием беспроводной технологии передачи полетной информации, преимущественно для контроля параметров авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) и его электронного и электрического оборудования.

Способ управления форсажной камерой сгорания // 2708476

Изобретение относится к области автоматического регулирования газотурбинного двигателя (ГТД), а именно к способам управления режимами работы форсажной камеры сгорания с адаптивной системой подачи топлива. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности управления рабочим процессом камеры сгорания за счет измерения величины температуры газового потока на выходе форсажной камеры сгорания и управления положением топливного коллектора перед стабилизатором пламени.

Способ управления газовой турбиной, контроллер для газовой турбины, газовая турбина и машиночитаемый носитель данных // 2754621

Предлагается контроллер (700) для газовой турбины (100). Газовая турбина (100) содержит компрессор (101), выполненный с возможностью работы на частоте вращения, камеру (102) сгорания и средство (127) подачи топлива, содержащее средство подачи первого топлива и средство подачи второго топлива, при этом компрессор (101) выполнен с возможностью предоставления воздуха в камеру (102) сгорания с массовым расходом воздуха в установившемся состоянии, причем средство (127) подачи топлива выполнено с возможностью подачи топлива с массовым расходом топлива в камеру (102) сгорания. Контроллер (700) выполнен с возможностью, в ответ на изменение L нагрузки для нагрузки L, управления средством подачи топлива таким образом, чтобы подавать пропорцию Z от массового расхода топлива в качестве массового расхода топлива через средство подачи первого топлива по меньшей мере частично на основе массового расхода в камере сгорания. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 17 ил.