СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области управления подачей топлива в газотурбинный двигатель.
Известен регулятор подачи топлива в газотурбинный двигатель (см. а.с. №591027, F 02 с 9/08 от 07.12.1977 г.), содержащий топливный насос, дозатор топлива, подпружиненный клапан перепада давлений на дозаторе, дроссель на входе в пружинную управляющую полость клапана перепада давлений и клапан останова, соединяющий пружинную управляющую полость клапана перепада давлений со входной полостью топливного насоса.
Данный регулятор обладает тем недостатком, что при открытом клапане останова давление за насосом, определяемое перепадом давлений на клапане перепада давлений, недостаточно для питания, например, пусковых форсунок.
Известна также система топливорегулирования двигателя АИ-25 (см. "Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель АИ-25, инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию, изд. Москва "Машиностроение", 1980 г., Рис.12), содержащая топливный насос, дозатор топлива, клапан перепада давлений непрямого действия на дозаторе с чувствительным элементом и исполнительным сервоклапаном, имеющим управляющую полость, соединенную с входным дросселем, клапан останова, соединяющий управляющую полость исполнительного сервоклапана с полостью входа в насос, и клапан пускового топлива.
В данной системе в начале запуска двигателя включается клапан останова двигателя. В этом случае подача топлива к основным форсункам двигателя перекрывается и идет только на пусковые форсунки для розжига камеры сгорания через отдельный клапан пускового топлива, который в этот момент открывается по электросигналу.
Данная система обладает тем недостатком, что для обеспечения необходимого давления топлива на пусковые форсунки исполнительный серво клапан обеспечивает необходимое давление на пусковые форсунки за счет установленной на нем пружины с достаточно большим усилием, а значит, и увеличенными размерами. Кроме того, при низких давлениях топлива на малых расходах топлива в двигатель, такой клапан имеет большую статическую ошибку из-за большого усилия пружины.
Задачей данного изобретения является создание устройства, обеспечивающего необходимое стабильное давление топлива на пусковых форсунках при включенном клапане останова.
Поставленная задача решается тем, что в систему подачи топлива в газотурбинный двигатель, содержащую топливный насос, дозатор топлива, клапан перепада давлений на дозаторе с управляющей полостью, дроссель, соединяющий полость за дозатором с управляющей полостью клапана перепада давлений, и управляемый клапан останова, расположенный в канале между управляющей полостью клапана перепада давлений и полостью входа в насос, введен подпружиненный обратный клапан, установленный последовательно клапану останова в канале между управляющей полостью клапана перепада давлений и полостью входа в насос. Клапан останова может быть выполнен как прямого действия в виде электромагнитного клапана, так и непрямого действия с управляющей полостью, соединенной через дроссель с клапаном перепада давлений и через электромагнитный клапан - со входом в насос.
Кроме того, клапан перепада давлений на дозаторе может быть выполнен непрямого действия с чувствительным золотником с управляющей кромкой и исполнительным сервоклапаном, управляющая полость которого соединена через дроссель с полостью перед дозатором и через клапан останова и управляющую кромку чувствительного золотника с полостью входа в насос.
Предлагаемая система представлена на чертежах фиг.1, 2, 3 и описана ниже.
На фиг.1 показана система с клапаном постоянного перепада давлений прямого действия и клапаном останова непрямого действия;
на фиг.2 - вариант выполнения клапана останова прямого действия;
на фиг.3 - система с клапаном постоянного перепада давлений непрямого действия.
Система (см. фиг.1) содержит топливный насос 1 со входом 2 и выходом 3, дозатор топлива 4 с полостями входа 5 и выхода 6, соединенный с выходом 3 насоса 1, клапан постоянного перепада давлений 7 прямого действия на дозаторе 4 с управляющей полостью 8, электромагнитный клапан останова 9 с управляемым золотниковым клапаном 10, установленным в канале между управляющей полостью 8 и входом 2 насоса 1, и подпружиненный обратный клапан 11, установленный последовательно клапану 10 в канале между полостью 8 и входом 2.
Клапан 7 имеет пружину 12, расположенную в управляющей полости 8, которая соединена со входом 2 насоса 1 через клапаны 10 и 11, а с выходом 6 дозатора 4 - через дроссель 13. Полость 14 под клапаном 7 соединена с полостью 5 дозатора 4.
Золотниковый клапан 10 поджат пружиной 15, установленой над седлом 16 клапана 10, и соединен с управляющей полостью 17, которая через дроссель 18 соединена с линией питания от клапана постоянного давления 19.
Выход 6 дозатора 4 связан с подпружиненным запорным клапаном 20, соединенным с выходом 21 к основным форсункам.
С выходом 3 насоса 1 соединен электрически управляемый клапан пускового топлива 22, имеющий выход 23 к форсункам пускового топлива.
На фиг 2 показан вариант системы, предназначенной для низких давлений, где клапан останова 9 выполнен прямого действия, расположен непосредственно над седлом 16 и соединяет управляющую полость 8 клапана 7 через обратный клапан 11 со входом 2 насоса 1.
На (фиг.3) представлен вариант системы, требующей больших расходов и давлений, где использован клапан перепада давлений 7 непрямого действия, состоящий из подпружиненного чувствительного золотника 24 с управляющей сливной кромкой 25 и торцами 26 и 27, соединенными, соответственно, с входной 5 и выходной 6 полостями дозатора 4, и исполнительного сервоклапана 28 с управляющей полостью 29, связанной через дроссель 30 с полостью 5, а также с управляющей кромкой 25 золотника 24 и с седлом 16, соединенным с электромагнитным клапаном 9, за которым последовательно установлен подпружиненный обратный клапан 11, соединенный со входом 2 насоса 1.
При работе системы подачи топлива в газотурбинный двигатель топливо, перекачиваемое насосом 1 со входа 2 на выход 3, поступает во входную полость 5 дозатора 4, где дозируется и идет на выход б и далее через открытый запорный клапан 20 на выход 21 к основным форсункам двигателя.
Для обеспечения однозначной зависимости величины расхода топлива через дозатор 4 от его хода на нем поддерживается заданный перепад давлений топлива с помощью клапана перепада давлений 7, полости 8 и 14 которого соединены соответственно с полостями входа 5 и выхода 6 дозатора 4. Величина перепада давлений на дозаторе 4 задается пружиной 12.
При повышении перепада давлений на дозаторе 4, больше заданного пружиной 12, клапан 7 поднимается и перепускает больше топлива на вход 2 насоса 1, обеспечивая уменьшение расхода топлива через дозатор 4 и восстановление на нем заданного перепада давлений. При работе дозатора 4 электромагнитный клапан 9 закрывается, что приводит к повышению давления в полости 17 золотникового клапана 10, который преодолевает усилие пружины 15 и закрывает седло 16. При закрытии седла 16 полость 8 клапана перепада давлений 7 отсекается от входа 2 в насос 1, и обеспечивается работа клапана 7 по поддержанию заданного перепада давлений на дозаторе 4.
Питание полости 17 через дроссель 18 происходит от клапана постоянного давления 19. При работе пусковых форсунок на режиме розжига двигателя
электромагнитный клапан 9 находится в открытом положении, открывая слив топлива из полости 17 и понижая давление в этой полости. При понижении давления в полости 17 клапан 10 под действием пружины 15 перемещается на открытие седла 16 и соединяет полость 8 клапана перепада давлений 7 с полостью низкого давления на входе 2 в насос 1 через обратный клапан 11. В этом случае давление топлива в полости 8 клапана 7 будет определяться суммой перепадов давлений на обратном клапане 11 и седле 16, а давление в полости 14 под клапаном 7 будет больше, чем в полости 8, на величину перепада давлений на дозаторе 4. При открытом по электросигналу клапане пускового топлива 22 топливо поступает на выход 23 к пусковым форсункам под давлением, которое будет поддерживаться за счет настройки перепада давлений на обратном клапане 11. Чтобы не было подачи топлива к основным форсункам через дозатор 4 на режиме розжига пусковых форсунок, пружина запорного клапана 20 затягивается на величину давления большую, чем давление, необходимое для работы пусковых форсунок.
После розжига пусковых форсунок для подачи топлива на основные форсунки клапан 9 по электрической команде закрывается, также закрываются клапан 10 и клапан перепада давлений 7, в результате чего поднимается давление топлива за насосом до величины, при которой открывается запорный клапан 20, обеспечивая дозирование топлива дозатором 4 к основным форсункам двигателя и вступление в работу клапана перепада давлений 7 по поддержанию заданного перепада давлений на дозаторе 4. На определенном режиме по команде производится перекрытие клапана пускового топлива 22, и остается подача топлива только к основным форсункам.
При останове двигателя включается электромагнитный клапан 9, приводящий к открытию клапана 10 и к снижению давления топлива за насосом 1 до величины, равной сумме перепадов давлений на клапане постоянного перепада 7, обратном клапане 11 и седле 16. При этом запорный клапан 20 закрывается, прекращая подачу топлива к основным форсункам, т.к. настройка
давления открытия запорного клапана 20 выше, чем давление, получающееся за насосом 1 при останове.
Показанный на фиг.2 вариант клапана останова прямого действия в виде электромагнитного клапана 9 без промежуточного клапана обеспечивает давление за насосом 1, необходимое для работы пусковых форсунок и идущее через клапан 22 на выход 23. Это давление за насосом 1 будет равно сумме перепадов давлений на клапане постоянного перепада давлений 7, на седле 16 под электромагнитным клапаном останова 9 и на обратном клапане 11. В этом случае электромагнитный клапан 9 должен обладать достаточным усилием и обеспечить работу при давлении топлива, равном давлению за насосом высокого давления.
Система подачи топлива с использованием клапана постоянного перепада давления 7 непрямого действия на дозаторе топлива 4, показанная на фиг, 3, работает следующим образом.
Измерение перепада давлений на дозаторе 4 производится с помощью подпружиненного чувствительного золотника 24, торцы 26 и 27 которого соединены, соответственно, с полостями 5 и 6. При изменении перепада давлений на дозаторе 4 золотник 24 перемещается в одну или другую сторону и изменяет сечение окна под управляющей кромкой 25, изменяя количество сливаемого топлива из полости 29 исполнительного сервоклапана 28 и обеспечивая его перемещение за счет разности расходов топлива, поступающего в полость 29 через дроссель 30, и вытекающего через окно под управляющей кромкой 25. Например, при увеличении перепада давлений на золотнике 24 окно под кромкой 25 открывается больше, увеличивая слив топлива из полости 29 и перемещая сервоклапан 28 на увеличение перепуска топлива на вход 2 в насос 1 и уменьшая расход топлива через дозатор 4 до восстановления заданного перепада давлений на дозаторе 4.
Для обеспечения подачи топлива на пусковые форсунки на режиме розжига при закрытом запорном клапане 20 открывается клапан пускового топлива 22, и электромагнитный клапан 9 открывает слив топлива через седло 16
из управляющей полости 29, обеспечивая перемещение сервоклапана 28 и поддержание давления за насосом 1 для питания пусковых форсунок. Обратный клапан 11, установленный последовательно седлу 16, создает определенное давление в полости 29, которое вместе с усилием пружины сервоклапана 28 создает давление за насосом 1, необходимое для работы пусковых форсунок, и проходящее через клапан 22 и выход 23.
Таким образом, с помощью подпружиненного обратного клапана, установленного последовательно клапану останова на линии слива топлива на вход в насос, из управляющей полости клапана перепада давлений обеспечивается питание топливом пусковых форсунок при включенном клапане останова с необходимым давлением топлива с различными исполнениями клапанов останова и клапана перепада давлений в виде клапанов прямого или непрямого действия.