СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD CONTROLLING FUEL FEED IN GAS TURBINE ENGINE COMBUSTION CHAMBER

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).
Известен способ управления расходом топлива на запуске ГТД, заключающийся в том, что подают в камеру сгорания (КС) двигателя постоянный расход топлива - расход розжига, определяемый для каждого типа двигателей расчетно-экспериментальным путем (Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД», М.: «Машиностроение», 1965 г., с.324-326).
Недостатками известного способа являются его низкая эффективность с точки зрения обеспечения требуемых запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и, как следствие, невозможность использования для управления современными ГТД, а именно турбореактивными двигателями с высокой степенью двухконтурности (ТРДД), такими, например, как двигатели семейства ПС-90А.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления расходом топлива в КС ГТД, заключающийся в том, что измеряют температуру и давление воздуха на входе в двигатель, частоту вращения ротора двигателя, давление воздуха за компрессором двигателя, положение рычага управления двигателем (РУД), по измеренным параметра вычисляют заданный расход топлива в КС и, в соответствии с полученным результатом, подают топливо в КС (Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М.: «Машиностроение», 1975 г., с.251-260).
Недостатком этого способа является следующее.
Характеристики двигателя одного типа, в частности характеристики КС, отличаются друг от друга. Это вызвано технологией производства двигателей, т.к. процессы изготовления деталей двигателя и их сборка не являются клонированием, а характеризуются такими показателями, как точность изготовления и точность сборки.
Это приводит к тому, что заданный расход топлива в КС, вычисленный с учетом характеристик воздушного потока на входе в двигатель и режима работы двигателя, может не полностью соответствовать реальным характеристикам КС. Это может приводить к тому, что в зоне малых потребных расходов (на розжиге КС, на начальном этапе запуска, на больших высотах полета) качество распыла топлива через форсунки настолько низкое (из нижних форсунок топливо льется, а не «пылится», а до верхних не доходит), что может не обеспечить требуемое перемешивание топлива и воздуха, что может привести к нерозжигу или к погасанию КС. Это снижает надежность работы двигателя и безопасность летательного аппарата (ЛА).
Целью изобретения является повышение качества работы системы топливопитания ГТД и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления расходом топлива в КС ГТД, заключающемся в том, что измеряют температуру и давление воздуха на входе в двигатель, частоту вращения ротора двигателя, давление воздуха за компрессором двигателя, положение рычага управления двигателем (РУД), по измеренным параметра вычисляют заданный расход топлива в КС и, в соответствии с полученным результатом, подают топливо в КС, дополнительно измеряют фактический расход топлива, поступающий к топливному коллектору форсунок КС, по зависимости, формируемой расчетно-экспериментальным путем, определяют расчетное количество форсунок, необходимых для подачи измеренного расхода топлива в КС с перепадом на форсунках, обеспечивающим требуемое качество распыла топлива, сравнивают расчетное количество форсунок с фактическим, если расчетное количество форсунок меньше фактического, с помощью индивидуальных запорных клапанов (ЗК, для каждой форсунки свой ЗК) подают топливо только к группе форсунок, состоящей из расчетного количества форсунок, причем центр группы форсунок расположен в наивысшей точке коллектора форсунок, через промежуток времени, определяемый расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТД, подключают ближайшую к группе форсунку с правой половины коллектора, если смотреть со стороны сопла двигателя, а ближайшую к группе форсунку с левой стороны коллектора, если смотреть со стороны сопла двигателя, отключают, через промежуток времени, определяемый расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТД, эту операцию повторяют и повторяют ее до тех пор, пока расчетное количество форсунок не станет равным располагаемому.
На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков параметров двигателя и воздуха на входе в двигатель, электронный регулятор 2 (ЭР) режимов работы двигателя, электрогидропреобразователь 3, дозатор 4 топлива, датчик 5 расхода топлива, агрегат 6 распределения топлива (APT), выход APT 6 через комплект ЗК 7 подключен к форсункам топливного коллектора КС (не показаны), вход каждый ЗК 7 соединен с ЭР 2.
Устройство работает следующим образом.
По измеренным с помощью блока 1 давлению и температуре воздуха на входе в двигатель ЭР 2 формируют заданное положение дозатора 4
где Gт зад. - заданный расход топлива,
α руд - угол установки РУД
n тк - частота вращения турбокомпрессора двигателя,
Твх. - температура воздуха на входе в двигатель,
Рвх. - давление воздуха на входе в двигатель,
Рк - давление воздуха за компрессором двигателя.
Примеры зависимости (1) приведены в книге Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М.: «Машиностроение», 1975 г., с.275-279.
Величина заданного расхода топлива меняется от расхода розжига КС до максимально допустимого расхода. Для каждого типа двигателя диапазон изменения расхода топлива индивидуален. Так, например, для двигателя ПС-90А2 он составляет от 150 кг/час до 5000 кг/час.
В ЭР 2 величина заданного расхода топлива сравнивается с фактическим расходом, измеренным с помощью датчика 5. По величине рассогласования формируется управляющее воздействие ЭР 2, поступающее в электрогидропреобразователь 3, где формируется управляющее воздействие на дозатор 4, положение которого и определяет фактический расход топлива.
Далее топливо подается к APT 6 и через него и индивидуальные ЗК 7 - к форсункам топливного коллектора КС.
Все форсунки пронумерованы, причем находящаяся в наивысшей точке топливного коллектора форсунка имеет номер 1, далее нумерация идет по часовой стрелке, если смотреть на коллектор со стороны сопла двигателя: форсунка №№2, 3 и так далее до форсунки №Zmax. Идентификатор номера форсунки определяется с помощью индивидуального для каждой форсунки ЗК 7 и схемы подключения ЗК 7 к ЭР 2: в многоштырьковом электроразъеме (например, СНЦ23-19/22Р-6-а-В) кабеля (не показаны), соединяющего ЭР 2 с каждым ЗК 7, все «ножки» пронумерованы (их номера хранятся в памяти ЭР 2), и каждой «ножке» электроразъема соответствует свой ЗК 7.
По величине фактического расхода топлива, измеренного с помощью датчика 5, в ЭР 2 определяют расчетное количество форсунок, необходимых для подачи измеренного расхода топлива в КС с перепадом на форсунках, обеспечивающим требуемое качество распыла топлива, по зависимости:
где Z - количество форсунок, необходимых для качественного распыла измеренного расхода топлива (Z изменяется от 2 до Zmax для данной КС),
Gт - измеренный расход топлива,
А - коэффициент, определяющий гидравлические свойства форсунки,
ΔРф зад. - заданный перепад давлений топлива на форсунке, выбираемый из условия обеспечения требуемого качества распыла топлива.
Величины А и ΔРф зад. определяются расчетно-экспериментальным путем для каждого типа двигателей.
Примеры зависимости (2) приведены в книге Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М.: «Машиностроение», 1975 г., с.153-166.
После этого в ЭР 2 сравнивают расчетное количество (Z) форсунок с фактическим (Zmax), если расчетное количество (Z) форсунок меньше фактического (Zmax), с помощью индивидуальных запорных клапанов (ЗК, для каждой форсунки свой ЗК) подают топливо только к группе форсунок, состоящей из расчетного количества (Z) форсунок, причем центр группы форсунок расположен в наивысшей точке коллектора форсунок (форсунка №1). При этом фактический расход топлива в КС распыляется с качеством, достаточным для образования топливо-воздушной смеси, пригодной для обеспечения непрерывности процесса горения топлива в КС.
Через промежуток времени, определяемый расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТД (для двигателя ПС-90А2 это 0,5 с), подключают ближайшую к группе форсунку с правой половины коллектора, если смотреть со стороны сопла двигателя, а ближайшую к группе форсунку с левой стороны коллектора, если смотреть со стороны сопла двигателя, отключают.
Через промежуток времени, определяемый расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТД (для двигателя ПС-90А2 это 0,25 с), эту операцию повторяют и повторяют ее до тех пор, пока расчетное количество форсунок не станет равным располагаемому.
Т.о. повышается качество работы САУ ГТД, обеспечивающее требуемое качество распыла топлива в КС при любом расходе топлива, что обеспечивает надежную работу КС двигателя и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.