Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя

Способ заполнения топливных коллекторов камер сгорания газотурбинного двигателя

Реферат

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.