РЕГУЛЯТОР ПЕРЕПУСКА ВОЗДУХА ИЗ КОМПРЕССОРА ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

Заявленное устройство относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического регулирования газотурбинных двигателей, в частности, для обеспечения устойчивой работы вспомогательных силовых установок (ВСУ) летательных аппаратов.
Известно устройство для защиты ВСУ от помпажа при изменении расхода перепускаемого воздуха, (см. авт. св. СССР №1580914, кл. F 04 D 27/00, 1988 г.), содержащее корпус с двумя каналами подвода давления воздуха со входа и из узкой части мерного устройства, измеряющего расход воздуха, отбираемого от компрессора, задатчик блокировки клапана перепуска, струйный блок управления клапаном перепуска воздуха, первый струйный элемент которого управляющим каналом соединен с узким сечением профилированного сопла, а другим управляющим каналом - с источником низкого давления, при этом его выходной канал соединен с одним из выходных каналов струйного усилителя, соединенного с пневмоприводом клапана перепуска воздуха, а другой выходной канал - с соплом питания второго струйного элемента, управляющие каналы которого соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими каналами струйного усилителя, один управляющий канал элемента сравнения соединен с выходом задатчика отношения давления, а другой - с узким сечением мерного устройства.
Существенным недостатком этого устройства является, значительная дополнительная погрешность, возникающая вследствие разницы температур воздуха, поступающего в управляющие каналы элемента сравнения устройства.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для регулирования перепуска воздуха из-за компрессора ВСУ (см. свидетельство РФ на полезную модель №19882, кл. F 04 Д 27/00, 2001 г.), содержащее корпус с двумя каналами подвода воздуха, делитель величины абсолютного давления, вход которого соединен со входом расходомера переменного перепада давления, предназначенного для измерения расхода
воздуха, отбираемого от компрессора, причем делитель соединен с первым каналом подвода воздуха, элемент сравнения, первое входное сопло которого соединено с выходом делителя величины абсолютного давления, а второе - с выходом расходомера через усилитель, входные каналы которого соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими каналами клапана перепуска воздуха. Делитель величины абсолютного давления снабжен регулировочным элементом, соединенным с лопатками регулируемого входного направляющего аппарата компрессора ВСУ.
Основным недостатком данного устройства является значительная погрешность регулирования перепуска воздуха при наличии разницы температур в управляющих каналах элемента сравнения, образующейся вследствие теплообмена воздуха в подводящих трубопроводах с окружающей средой.
Техническим результатом на достижение, которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение точности регулятора перепуска воздуха из компрессора ВСУ.
Для достижения, указанного технического результата в регуляторе перепуска воздуха, содержащем корпус с двумя каналами подвода воздуха, делитель величины абсолютного давления, соединенный с первым каналом подвода воздуха, струйный элемент сравнения, первое входное сопло которого соединено с делителем величины абсолютного давления, а второе входное сопло соединено со вторым каналом подвода воздуха, усилитель, имеющий входные каналы, соединенные с выходными каналами элемента сравнения, и выходные каналы, служащие для соединения с управляющими каналами клапана перепуска воздуха, в корпусе выполнен перепускной дроссель, вход которого соединен с первым каналом подвода воздуха, а выход со вторым каналом подвода воздуха.
Кроме того, площадь проходного сечения дросселя между входными каналами регулятора может быть равна 0,5...1,5 площади проходного сечения второго входного сопла струйного элемента сравнения.
В канале подвода воздуха ко второму входному соплу струйного элемента сравнения может быть установлен второй делитель величины абсолютного давления, причем второй делитель может быть выполнен в виде междроссельной камеры, а площадь проходного сечения перепускного дросселя равна 0,5...1,5 площади входного дросселя второго делителя выполненного в виде междроссельной камеры.
Отличительные признаки заявляемой модели, а именно, выполнение в корпусе устройства перепускного дросселя, вход которого соединен с первым каналом подвода воздуха, а выход - с вторым каналом подвода воздуха, а также выполнение площади проходного сечения перепускного дросселя равной 0,5...1,5 площади проходного сечения второго входного сопла струйного элемента сравнения, позволяют повысить точность устройства за счет устранения
дополнительной погрешности, вызванной разницей (неодинаковостью) температур во входных соплах струйного элемента сравнения.
Введение второго делителя величины абсолютного давления, который может быть выполнен в виде междроссельной камеры, соединенной со вторым каналом подвода воздуха и вторым входным соплом струйного элемента сравнения, позволяет обеспечить коррекцию закона регулирования расхода воздуха по дополнительному параметру, например, по положению лопаток входного направляющего аппарата компрессора ВСУ. При этом площадь проходного сечения перепускного дросселя может быть равна 0,5...1,5 площади входного дросселя междроссельной камеры второго делителя, что так же повышает точность устройства.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами, где на Фиг.1 показана схема регулятора перепуска воздуха из компрессора ВСУ. На Фиг.2 другой вариант схемы устройства и на Фиг.3 характеристики регулятора при различных температурах воздуха в первом и втором каналах подвода воздуха.
К
ВЕНТ
Н
Регулятор перепуска воздуха из компрессора содержит корпус 1, каналы подвода воздуха 2 и 3, которые предназначены для присоединения к коммутационным каналам, соответственно, с давлениями Р от входа и Р от мерного сечения расходомера переменного перепада (на чертеже не показан), измеряющего расход воздуха, отбираемого от компрессора ВСУ, например, трубы Вентури или расходомера другого типа. Первый канал подвода воздуха 2 подключен к делителю 4. Делитель 4 выполнен в виде междроссельной камеры, с дросселем 5, вход которого соединен с каналом 2 и дросселем 6 ,например, переменного сечения, выход которого соединен с источником низкого давления, например, с давлением окружающей среды Р. Делитель 4 соединен с первым входным соплом 7 элемента сравнения 8. Второе входное сопло 9 элемента сравнения 8 соединено с каналом 3.
Выходные каналы 10, 11 элемента сравнения 8 соединены с входными каналами усилителя 12, например, струйного типа, имеющего один, два или более последовательно подключенных струйных элементов 13. Питание сжатым воздухом элементов струйного усилителя может осуществляться из канала 2 или от иного источника воздуха высокого давления. Выходные каналы 14 и 15 усилителя 12 подключаются к управляющим каналам клапана перепуска воздуха (КПВ).
Каналы подвода воздуха 2 и 3 соединены между собой перепускным дросселем 16, причем площадь проходного сечения дросселя 16 равна 0,5...1,5 площади проходного сечения второго входного сопла 9 элемента 8.
Каналы подвода воздуха в устройство и дренажные каналы защищены фильтрами 17.
Устройство также может быть выполнено с вторым делителем (см. Фиг.2), при этом второе входное сопло 9 элемента сравнения 8 соединено со вторым делителем, выполненным, например, в виде междроссельной камеры 18 с дросселем 19, вход которого соединен с каналом 3 и дросселем 20, выход которого соединен с источником низкого давления, например, с атмосферой, причем площадь проходного сечения перепускного дросселя 16 равна 0,5...1,5 площади входного дросселя 19 второго делителя величины абсолютного давления.
Устройство может выполняться с механизмом перенастройки коэффициента редукции второго делителя, например, по положению регулируемого входного аппарата компрессора ВСУ.
Для перенастройки регулятора использован дроссель 20, изменение площади переменного сечения которого осуществляется регулировочным элементом 21 второго делителя, который может быть связан, например, с механизмом поворота лопаток регулируемого входного аппарата, либо с другим корректирующим механизмом (на чертеже не показан).
ВЕНТ
К
ВЕНТ
К
В процессе работы регулятор поддерживает на расходомере, например, трубе Вентури Р/Р=const. Здесь: Р - давление, отбираемое от мерного сечения расходомера, Р - давление, отбираемое от входа расходомера.
К
1
1Д
К
1Д
Воздух по каналу подвода воздуха 2 регулятора со входа в расходомер с давлением Р поступает в каналы питания струйных элементов 13 усилителя 12 и через междроссельную камеру первого делителя 4 к первому входному соплу 7 элемента сравнения 8. Делитель 4 настраивается регулируемым дросселем 6 на отношение К=Р/Р. Здесь Р.- давление в междроссельной камере.
ВЕНТ
Одновременно воздух по каналу 3 от мерного сечения расходомера с давлением Р поступает ко второму управляющему соплу 9 элемента сравнения 8.
ВX.ЭC
1Д
ВЕНТ
Элемент сравнения 8 формирует сигнал в виде перепада давления ΔP=Р-Р, который далее усиливается усилителем 12 и подается в управляющие каналы КПВ.
ВХ.ЭС
ВХ.ЭС
При ΔР<0 (что соответствует повышенному расходу воздуха через компрессор ВСУ) в управляющие каналы КПВ подается отрицательный перепад давлений, который перемещает КПВ на закрытие, что уменьшает расход воздуха через компрессор. Процесс продолжается до исчезновения сигнала рассогласования (до достижения ΔР=0).
ВХ.ЭС
При ΔР>0 (что соответствует пониженному расходу воздуха через компрессор) в управляющие каналы КПВ подается положительный перепад давлений, который перемещает КПВ на открытие, что увеличивает расход воздуха через
ВХ.ЭС
компрессор. Процесс продолжается до исчезновения сигнала рассогласования (до достижения ΔР=0).
Так поддерживается неизменным отношение давлений на расходомере и неизменным расход воздуха через компрессор.
К
1
1Д
К
1Д
В варианте исполнения с двумя делителями величины абсолютного давления (Фиг.2), воздух по каналу 2 со входа в расходомер с давлением Р поступает в каналы питания струйных элементов 13 усилителя 12 и через междроссельную камеру первого делителя 4 к входному соплу 7 элемента сравнения 8. Делитель 4 настраивается дросселем 6 на отношение K=Р/Р, где Р.- давление в междроссельной полости делителя 4.
ВЕНТ
2д
2
ВЕНТ
2
Одновременно воздух, отбираемый из мерного сечения расходомера, с полным давлением Р по каналу подвода воздуха 3 поступает во второй делитель. Давление в междроссельной камере 18 второго делителя P=К*Р, где К - коэффициент редукции второго делителя.
ВX.ЭC
1Д
2Д
2
ВЕНТ
1
2
К
В элементе сравнения 8 формируется сигнал в виде перепада давлений ΔP=Р-Р=К* (Р-K/К*Р), подводимых к входным соплам 7 и 9 элемента сравнения 8, который усиливается усилителем 12.
Работа устройства аналогична работе устройства (Фиг.1).
К
ВЕНТ
ВЕНТ
к
ЗАД
Так как воздух на выходе из компрессора имеет температуру значительно выше температуры окружающей среды, то отбираемый от расходомера воздух (сигналы Р и Р), проходя по каналам от расходомера до регулятора, охлаждается. Причем температура воздуха в каналах подвода 2 и 3, перед поступлением его к первому 7 и второму 9 соплам элемента сравнения 8, будет различной (из-за разных величин расхода воздуха в каналах и разной длины каналов...). При значительной разнице температур воздуха на входе в сопла 7 и 9, может происходить смещение нуля сигнала, формируемого на выходе элемента сравнения 8, соответствующего настроечному отношению давлений (Р/Р), которое поддерживает регулятор. Возникает дополнительная погрешность
т
ВЕНТ
К
ВЕНТ
К
ЗАД
δ=[(Р/Р)/(Р/Р)-1]*100%.
При перепуске воздуха из канала 2 в канал 3 через дроссель 16 происходит выравнивание температур в каналах на входе в сопла 7 и 9 элемента сравнения 8, что приводит к устранению дополнительной температурной погрешности регулятора.
При площади сечения перепускного дросселя 16 равной 0,5...1,5 площади сопла 9 элемента сравнения 8 происходит достаточное выравнивание температур, уменьшающее дополнительную ошибку, без излишнего перепуска воздуха между каналами 2 и 3.
В устройстве с двумя делителями (см. Фиг.2) площадь сечения дросселя 16 подбирается в зависимости от требуемых характеристик регулятора так же в пределах 0,5...1,5 от площади дросселя 19 второго делителя.
Экспериментальные исследования (см. Фиг.3) показали эффективность предлагаемого устройства. Введение перепускного дросселя 16 между каналами 2 и 3 с площадью, равной площади сопла 9, практически ликвидировало дополнительную погрешность из-за разницы температур воздуха во входных каналах.