Система управления двухвальным газотурбинным двигателем

Система управления двухвальным газотурбинным двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Н. Н. Захаров и E. Б. Парамонов (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВУХВАЛЬНЬП :

ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ " -., ": .. / " ае

Изобретение относится к автоматическому регулированию газотурбинных двигателей, в частности двухвальных газотурбинных двигателей с фрикционной связью роторов, предназначенных для транспортных средств с электротрансмиссией.

Известна система для управления двухвальным газотурбинным двигателем, содержащая всережимный регулятор скорости вращения турбокомпрессора, управляющий фрикционной

30 муфтой связи роторов турбокомпрессора и силовой турбины, а также дополнительный всережимный регулятор скорости вращения турбокомпрессора, установленный в линии по дачи топлива (1).

Однако в двигателе с такой системой ynpasпения на установившихся режимах муфта связи роторов работает с проскальзыванием. Кроме того такая система управления предназначена для двигателя со ступенчатой механической

20 трансмиссией, у которой при переключении передач происходит разрыв потока мощности.

Этим обусловлено применение дополнительного всережнмного регулятора скорости вращения

2 турбокомпрессора, необходимого для достижения устойчивой работы двигателя при сбросе нагрузки, а также на режимах торможения транспортного средства двигателем. В случае использования двигателя с электротраисмиссией . указанная система управления является неоправданно сложной, поскольку в этом случае регулирование мощности двигателя и нагрузки электрогенератора производится обычно взаимосвязано и дополнительный всережимный регулятор скорости вращения турбокомпрессора становится излишним.

K тому же указанная система не обеспечивает реализации максимальной экономичности газотурбинного двигателя, так как силовая турбина может . работать на режимах, расположенных за пределами эоны высоких значений ее КПД.

Известна также система управления двухвальным газотурбинным двигателем, содержащая источник давления жидкости, регулятор, педаль акселератора, фрикционную муфту для связи турбокомпрессора с силовой турбиной, соединенные между собой два клапана включения муф72319 8 4 ты, выполненные в виде золотников с одним подпружиненным торцом, и гидравлические датчики частоты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, причем последний из датчиков снабжен золотниковым исполнительным клапаном.

Полос ь перед подпружиненным торцом золотника первого клапана включения фрикционной муфты сообщена со сливом и в ней установлен кулачок, имеющий привод от датчика частоты вращения турбокомпрессора, а полость перед противоположным торцом этого золотника — с датчиком крутящего момента, передаваемого фрикционной муфтой; полость перед подпружиненным торцом золотника второго клапана включения фрикционной муфты сообщена со сливом и в ней установлен кулачок, имеющий механический привод от регулятора, а полость перед противоположным торцом золотника этого клапана подключена к датчику частоты вращения турбокомпрессора (2), Недостатком такой системы управления является то, что в ней на установившихся режимах муфта работает с проскальзыванием, что вызывает снижение экономичности двигателя, надежности и долговечности муфты, требует защиты муфты от перегрева. Кроме того, работа муфты с постоянным проскальзыванием вызывает необходимость усложнения маслосистемы для .обеспечения теплоотвода и очистки масла от продуктов износа муфты для защиты быстроходных подшипников роторов.

При работе двигателя на электрогенератор система является неоправданно сложной, поскольку необходимость в измерителе величины и знака крутящего момента, передаваемого муфтой, а также в программном механйзме, задающем величину передаваемого муфтой момента, отпадает.

Цель изобретения — повышение экономичности путем снижения потерь мощности и повышение долговечности фрикционной муфты предотвращением ее буксования на установившихся режимах.

Указанная цель достигается тем, что регулятор системы управления газотурбинным двигателем содержит золотник, упруго соеди ненный с эолотниковым исполнительным кла. паном, и гидравлический следящий привод, выполненный в виде надетой на золотник втулки, соединенной й" 1 едалью акселератора, причем подпружиненнй и topee, первого клапана включения муфты соединен с источником давления жидкости и через золотник регулятора — со сливом, подпружиненный торец второго клапана — с датчиком частоты вращения силовой турбины, а противоположный торец этого клапана — с датчиком частоты вращения турбокомпрессора, На фиг. 1 представлено устройство управления с автоматом разгона; на фиг. 2 — то же, с датчиком частоты вращения.

Предлагаемая система управления двухвальным газотурбинным двигателем содержит источник давления жидкости — топливный насос 1, автомат 2 разгона и клапан 3 постоянного перепада давления, создаваемого насосом 1. Для ограничения частоты вращения турбокомпрессора 4 система содержит гидравлический датчик 5 частоты вращения турбокомпрессора с золотниковым исполнительным клапаном 6, нагруженным пру>кипой 7, В системе имеется также устройство 8 для регулирования частоты вращения силовой турбины 9, содержащее гидравлический датчик 10 частоты вращения силовой турбины, снабженный золотниковым исполнительным клапаном 11, соединенным через рычаг 12 с пружиной 13. Для управления двигателем имеется педаль 14 акселератора, с которой через тягу 15 и рычаг 16 связано зубчатое колесо 17, воздействующее на регулятор двигателя. Регулятор содержит золотник 18, установленный в цилиндре 19 и упруго соединенный посредством пружины 13 с золотниковым исполнительным клапаном 11.

Золотник 18 имеет гидравлический следящий привод, выполненный в виде надетой на золотник втулки 20, соединенной посредством реечной передачи с зубчатым колесом 17, а через него — с педалью 14 акселератора. Втулка 20 нагружена пружиной 21. Дпя регулирования истечения жидкости регулятор содержит жиклеры 22 — 26. Поясок золотника 18 разделяет цилиндр 19 на две камеры 27 и 28. В золотнике 18 выполнены каналы 29 и 30, сообщающие камеру 28 и камеру 31, обраэованную вокруг золотника 18, со сливом через отверстия, открываемые втулкой 20. Кроме того, в золотнике 18 выполнена проточка 32, а напротив этой проточки вокруг хвостовика втулки 20 — камера 33, сообщенная с источником давления жидкости через жиклер 26.

Система управления двигателем содержит два клапана включения муфты с одним подпружиненным торцом. Первый из этих клапанов (клапан 34) содержит корпус 35, пружину

36 и жиклеры 37 и 38, Камера 39 в корпусе клапана 34 через канал 40 сообщена с камерой 31. Подпружиненный торец 41 этого клапана через канал 42 соединен с источником давления жидкости и через золотник 18 регулятора — со сливом. Второй иэ упомянутых клапанов (клапан 43) включения фрикционной муфты 44 для связи турбокомпрессора. с силовой турбиной содержит корпус 45

7 3198 и пр;: ину 46. Подпружиненный торец 47 клапана 43 через канал 48 соединен гидравлически с датчиком 10 частоты вращения силовой турбины, а противоположный торец 49 этого клапана через канал 50 соединен гидравлически с датчиком 5 частоты вращения турбокомпрессора, Кроме того, клапан 43 гидравлически связан через канал 51 с полостью

52 клапана 34. Система содержит также магистраль управления связью роторов, содержа- 10 щую каналы 53 — 55 и жиклер 56. В магистраль управления связью роторов последовательно включены самозапирающиеся клапаны 34 и

43, сообщающие фрикционную муфту 44 с источником давления. 15

Система управления газотурбинным двигателем работает следующим образом.

Топливо по каналу 57 поступает от топливного насоса 1 к исполнительному клапану 6, затем по каналу 58 подается к исполнительному клапану 11 регулятора частоты вращения силовой турбины и по каналу 59 поступает в автомат 2 разгона, после которого по каналу

60 направляется к форсуике. Последовательно включенные исполнительные клапаны 6 и 11 и автомат 2 разгона охвачены клапаном постоянного перепада 3.. Параллельно исполнительному клапану 11 регулятора силовой турбины подключен жиклер 61 минимального расхода топлива. Исполнительные клапаны 6 и 11 рабо- 30 тают по сигналу гидравлических датчиков соответственно 5 и 10, вырабатывающих давление, пропорциональное квадрату числа их оборотов. При установившемся режиме частота вращения силовой турбины 9 поддерживается уст- 3S ройством 8 (датчик 10 и исполнительный клапан 11), Давление в камере 31 меньше, чем давление Р4 = C0AS4, поэтому клапан 34 находится в крайнем левом положении (как показано на чертеже) под действием, пружины 4О

36. Клапан 43 при наличии равенства давления топлива сп стороны левого и правого, торца, которое наступает при равенстве относительных скоростей вращения турбокомпрессора 4 и силовой турбины 9, находится под дейст- 45 вием слабой пружины 46 в крайнем правом положении (как показано на чертеже) . При таком расположении клапанов 34 и 43 давление

P=-.COA54 поступает через каналы 53 — 55 к фрикционной муфте 44 связи роторов, роторы so двигателя соединены и двигатель работает в одновальном режиме. Равенство скоростей вращения дисков фрикционной муфты 44 (или равенство относительных скоростей вращения турбокомпрессора и силовой турбины) ss достигается заданием определенной мощности силовой турбины регулятором мощности 62 электрогенератора 63. В камере 27 следящего привода золотника 13 поддерживается постоянное редуцированное давление с помощью жиклеров 23 и 24.

При переходе в режим разгона педаль акселератора 14 поворачивается по часовой стрелке.

Втулка 20 следящего привода золотника 18 перемещается влево, перекрывая отверстия 29 и 30 и открывая кромкой 32 отверстие во втулке 20. Давление.в камерах 28 и 31 максимально увеличивается, а в камере 33 уменьшается до давления слива. В результате этого золотник 18 перемещается в левую сторону вслед за втулкой 20, а клапан 34 — до упора вправо. Перемещение клапана 34 происходит значительно быстрее перемещения золотника 18 за счет меньшей площади торца в камере 39 клапана 34 по сравнению с дифференциальной площадью поршня золотника 18. При перемещении клапана 34 вправо каналы 53 и 54 разъединяются. Давление, подаваемое в фрикционную муфту 44 через канал 55, падает до давления слива благодаря наличию жиклера

56, и фрикционная муфта 44 размыкается.

Турбокомпрессор 4, отъединенный от ротора силовой турбины 9 и электрогенератора 63, быстро разгоняется (разгон в режиме двухвального ГТД), Так как перемещение золотника 18 вслед за втулкой 20 происходит быстрее, чем разгоняется турбокомпрессор 4, то при отработке следящим приводом золотника 18 сигнала перенастройки клапан 34 перемещается влево, открывая магистраль управления связью роторов. для подвода давления к фрикционной муфте 44, прежде чем силовая турбина выйдет на заданный скоростной режим. Для исключения этого недостатка клапан 34 сделан самозапира.щимсся: к полости 52, связанной через жиклер 37 со сливом, при перемещении клапана

34 вправо подводится давление топлива по каналу 64, редуцированное жиклером 38. Это давление удерживает клапан 34 в крайнем правом положении после снижения давления в канале 40, подаваемого к торцу в камере

39 клапана 34.

При увеличении скорости вращения турбокомпрессора 4, т.е. при рассогласовании частоты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, давление в канале 50 увеличивается.

Под действием этого давления клапан 43 перемещается влево, перекрывая отверстие 65.

Магистраль управления связью роторов оказывается перекрытой обоими клапанами 34 и 43.

Но при перемещении клапана 43 влево открывается отверстие 66, и полость 52 начинает сообщаться через канал 51 со спивным каналом 67. Благодаря наличию жиклера 38, в полости 52 устанавливается давление слива, и клапан 34 начинает перемещаться влево ло

72 упора под действием пружины 36. Магистраль управления связью роторов остается перекрытой клапаном 43.

Вместе с разгоном турбокомпрессора 4 до максимальной скорости вращения, когда вступает в действие устройства для регулирования частоты вращения турбокомпрессора (датчик 5 и исполнительный клапан 6), начинает разгоняться силовая турбина 9 и увеличиваться давление, подводимое к торцу 47 клапана 43.

При достижении заданной скорости вращения силовой турбины в работу вступает устройство

8 (датчик 10 и исполнительный клапан 11), что вызывает уменьшение скорости вращения турбокомпрессора. 4 и давления, подводимого по каналу 50 к торцу 49 клапана 43. При наступлении равенства давления с той и другой стороны клапана 43 он начинает перемещаться вправо до упора под действием слабой пружины 4ЬьОткрывается отверстие 65, и к фрикционной. муфте 44 по магистрали управления связью роторов подводится давление. Фрикционная муфта 44 включается при согласовании частоты вращения роторов двигателя.

В случае прерванного разгона, когда педаль акселератора 14 повернут а обратно (т.е. против часовой стрелки) до того как скорость вращения турбокомщмссора 4 заметно изменится, ипи когда клапан 43 не у=пеет перемес титься влево, фрикционная муфта 44 окаэываетса разомкнутой за счет перекрытия магистрали управления связью роторов клапаном 34.

Яля того чтобы включить ее снова, т.е. переместить клапан 34 влево, используется камера 33, в которой при перемещении педали акселератора 14 против часовой стрелки повышается давление: втулка 20 перемещается вправо, отверстия во втулке 20 перекрываются кромкой 32 золотника 18, благодаря чему слив из камеры 33 через канал 68 прекращаетея. Повышенное давление в камере ЗЗ подводится через канал 42 к правому торцу 41 клапана 34. В результате клапан 34 перемещается до упора влево, перекрывая канал 64, . и остается в указанном положении н после понижения давления в камере 33, которое на3198 8 ступает в результате отработки следящим приводом золотника 18 сигнала перенастройки, Предлагаемая система управления обеспечивает повышение экономичности двухвального газотурбинного двигателя путем предотвращения буксования фрикционной муфты на установившихся режимах и снижения эа счет этого потерь мощности s муфте, Система обеспечивает также повышение долговечности н надежности фрик10 ционной муфты.

Формула изобрет ения

Система управления двухвальным газотурбинным двигателем, содержащая источник дав15 ления жидкости, регулятор, педаль акселератора, фрикцнонную муфту для связи турбокомпрессора с силовой турбиной, соединенные между собой два клапана включения муфты, выполненные в виде золотников с одним под20 пружиненным торцом, и гидравлические датчики частоты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, причем последний из датчиков снабжен золотниковым исполнительным клапаном, отличающаяся тем,что,с

25 целью повышения экономичности, путем снижения потерь мощности, и повышения долговечности фрикциоцной муфты, предотвращением ее буксования на установившихся режимах, регулятор содержит-золотник, упруго соединен30 ный с эолотниковым исполнительным клапаном и гидравлический следящий привод, выполненный в виде надетой на золотник втулки, соединенной с педалью акселератора, причем подпружиненный торец первого клапана вклюзз чения муфты соединен с источником давления жидкости и через золотник регулятора — со сливом, подпружиненный торец второго клапана — с датчиком частоты вращения силовой турбины, а противоположный торец этого кла40 пана — с датчиком частоты вращения турбокомпрессора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 471039, 45 кл. F 02 С 9/02, 1975.

2. Патенг США Р 3237405, кл. 60 — 39.16, опублик. 1966.

723198

Тираж 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушскан иаб., д. 4/5

Заказ-91ь, 11

Филиал ППП "Патент *, г. Ужгород, ул, Проектная,4

Составитель Г, Романов

Редактор 3. Шубенко ° Техред М.Петко . Корректор В. Синицкая