Способ создания необходимого давления и расхода топлива в топливной системе газотурбинного двигателя
NECESSARY PRESSURE AND FUEL CONSUMPTION IN THE AIRCRAFT GAS TURBINE ENGINE FUEL SYSTEM DEVELOPMENT METHOD

Изобретение относится к способу создания необходимого давления и расхода топлива в топливной системе авиационного газотурбинного двигателя (далее ГТД).
Известна система топливопитания газотурбинного двигателя, содержащая электронный регулятор (контроллер), вход которого соединен с датчиками параметров двигателя и режима полета, последовательно соединенные электронасос высокого давления и дозирующий механизм. Недостатком такой системы для ГТД с большой тягой являются: повышенные массогабаритные характеристики электронасоса, зависимость надежности ГТД на критичных режимах полета (взлет, посадка) от качества электрического питания электропривода насоса, необходимость в большой мощности и высокой надежности источников электропитания и вторичных преобразователей электропитания электропривода насоса, трудности в обеспечении достаточной надежности электропривода насоса большой мощности в условиях работы ГТД в течение длительных ресурсов (Патент RU №2329387, МПК F02C 9/26, опубл. 20.07.2008). При этом наиболее распространенные топливные системы авиационных ГТД оборудуются топливным насосом с механическим приводом, имеющим значительные преимущества по массогабаритным показателям и высокой подтвержденной надежности.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ работы топливной системы вспомогательной силовой установки ГТД, содержащей топливный насос с электрическим приводом, топливный насос с механическим приводом от коробки приводов, дозатор/распределитель топлива, контроллер, датчики, заключающийся в том, что осуществляют подачу топлива в камеру сгорания (далее КС) ГТД на частотах вращения ГТД 1-8% за счет включения и работы топливного насоса с электрическим приводом, когда частота вращения топливного насоса с механическим приводом недостаточна для обеспечения необходимого расхода топлива, при достижении частоты вращения ГТД более 8% контроллером выключают топливный насос с электрическим приводом, осуществляют подачу топлива в КС за счет работы топливного насоса с механическим приводом (Патент US №9206775, МПК B64D 37/34, F02C 7/236, F02M 31/16, F02M 37/00, опубл. 08.12.2015).
Недостатком известной топливной системы вспомогательной силовой установки ГТД, является то, что при эффективном применении аналогичных подходов к конструкции для маршевого авиационного двигателя, требуются другие комбинации режимов работы двух топливных насосов с регулируемой (топливный насос с электроприводом) и нерегулируемой производительностью (топливный насос с механическим приводом).
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в эффективном использовании на маршевом авиационном ГТД преимуществ двух топливных насосов с разным типом приводов, минимизации их недостатков и получения высоких удельных и оптимальных параметров топливных насосов, в исключении ограничений по расходу и давлению топлива по частоте вращения компрессора высокого давления на этапе розжига КС при запуске ГТД, в снижении величины подогрева топлива от топливного насоса с нерегулируемой производительностью (механический привод) на основных режимах с низким расходом топлива (в зоне режимов: малый газ, полетный малый газ, крейсерский полет), в повышении отказоустойчивости двигателя по функциональному отказу «самопроизвольное выключение», в обеспечении условий для достижения длительных ресурсов топливных насосов, в получении оптимальных массогабаритных параметров топливных насосов.
Техническая задача решается тем, что в способе создания давления и расхода топлива в топливной системе газотурбинного двигателя, содержащей топливный насос с электрическим приводом, топливный насос с механическим приводом от коробки приводов, дозатор/распределитель топлива, контроллер, датчики, заключающемся в том, что обеспечивают работу топливной системы и газотурбинного двигателя подачей топлива от насоса с электрическим приводом до 40% от максимальной частоты вращения ротора газотурбинного двигателя, постепенно снижают частоту вращения топливного насоса с электрическим приводом, и/или открывают перепуск топлива с выхода насоса с электрическим приводом на вход в топливную систему, при частотах вращения ротора газотурбинного двигателя более 40% обеспечивают необходимый расход топлива подачей от топливного насоса с механическим приводом и от топливного насоса с электрическим приводом, на этапах работы топливного насоса с электрическим приводом в топливной системе, кроме необходимого расхода топлива в камеру сгорания, дополнительно обеспечивают необходимые давление и расход топлива для работы гидроприводных агрегатов и агрегатов распределения топлива, после завершения запуска газотурбинного двигателя и достижения газотурбинным двигателем режима малого газа насос с электрическим приводом переводят в дежурный автономный режим с пониженным напором или выключают, режим земного малого газа и все режимы двигателя с частотами вращения ротора газотурбинного двигателя и приводного вала топливного насоса с механическим приводом более чем на режиме земного малого газа обеспечивают работой топливного насоса с механическим приводом для подачи необходимого расхода топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и создания необходимого расхода и давления топлива для работы гидроприводных агрегатов, дополнительно, на режимах работы газотурбинного двигателя при частотах вращения ротора газотурбинного двигателя выше 40% и возникновении условий с недостаточным давлением топлива на входе или выходе топливного насоса с механическим приводом, а также при температуре топлива на входе в насос с механическим приводом ниже +10°С включают и/или увеличивают частоту вращения ротора для топливного насоса с электрическим приводом и поддерживают давление или температуру топлива на необходимом уровне.
В предлагаемом изобретении обеспечивают работу топливной системы и газотурбинного двигателя подачей топлива от насоса с электрическим приводом до 40% от максимальной частоты вращения ротора газотурбинного двигателя, постепенно снижают частоту вращения топливного насоса с электрическим приводом, и/или открывают перепуск топлива с выхода насоса с электрическим приводом на вход в топливную систему, при частотах вращения ротора газотурбинного двигателя более 40% обеспечивают необходимый расход топлива подачей от топливного насоса с механическим приводом и от топливного насоса с электрическим приводом, на этапах работы топливного насоса с электрическим приводом в топливной системе, кроме необходимого расхода топлива в камеру сгорания, дополнительно обеспечивают необходимые давление и расход топлива для работы гидроприводных агрегатов и агрегатов распределения топлива, после завершения запуска газотурбинного двигателя и достижения газотурбинным двигателем режима малого газа насос с электрическим приводом переводят в дежурный автономный режим с пониженным напором или выключают, режим земного малого газа и все режимы двигателя с частотами вращения ротора газотурбинного двигателя и приводного вала топливного насоса с механическим приводом более чем на режиме земного малого газа обеспечивают работой топливного насоса с механическим приводом для подачи необходимого расхода топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и создания необходимого расхода и давления топлива для работы гидроприводных агрегатов, дополнительно, на режимах работы газотурбинного двигателя при частотах вращения ротора газотурбинного двигателя выше 40% и возникновении условий с недостаточным давлением топлива на входе или выходе топливного насоса с механическим приводом, а также при температуре топлива на входе в насос с механическим приводом ниже +10°С включают и/или увеличивают частоту вращения ротора для топливного насоса с электрическим приводом и поддерживают давление или температуру топлива на необходимом уровне, что обеспечивает эффективное использование на маршевом авиационном газотурбинном двигателе преимуществ двух топливных насосов с разным типом привода.
На фиг. 1 представлена схема способа создания необходимого давления и расхода топлива в топливной системе ГТД.
Способ создания необходимого давления и расхода топлива в топливной системе ГТД осуществляется следующим образом. Топливный насос с электрическим приводом 1 используется как основной насос на начальном этапе запуска ГТД (не показан), обеспечивая процессы подачи топлива в КС (не показан) и подачу рабочей жидкости (топлива) для работы гидроприводных агрегатов для запуска двигателя.
Топливный насос с механическим приводом 2 от коробки приводов 5 на начальном этапе запуска двигателя работает в замкнутом контуре. Подключение к процессам подачи топлива в КС топливного насоса с механическим приводом 2 происходит плавно по мере увеличения частоты вращения насоса и выхода двигателя на режим малого газа. При этом используемая производительность топливного насоса с электрическим приводом 1 соответственно снижается.
Режим земного малого газа и все режимы двигателя с более высокими частотами вращения роторов ГТД и приводного вала топливного насоса с механическим приводом 2 полностью обеспечиваются работой топливного насоса с механическим приводом 2 для подачи необходимого расхода топлива в КС двигателя и создания необходимого давления рабочей жидкости для работы гидроприводных агрегатов. При этом топливный насос с электрическим приводом 1 в зависимости от потребностей двигателя может быть выключен, либо работать в замкнутом контуре с пониженной подачей, либо подключаться к подаче топлива в КС, либо для поддержания необходимых параметров давления и температуры топлива в особых условиях.
Контроллер 4 по показаниям измерений датчиков 6 управляет подключением и режимами работы топливного насоса с электрическим приводом 1 и дозатором/распределителем топлива 3. Дозатор/распределитель топлива 3 обеспечивает дозирование топлива в КС и распределение топлива по топливной системе.
Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными признаками, позволяет исключить ограничения по расходу и давлению топлива по частоте вращения при запуске газотурбинного двигателя, снизить величины подогрева топлива от топливного насоса с нерегулируемой производительностью топливного насоса с механическим приводом на основных режимах с низким расходом топлива, повысить отказоустойчивость двигателя по функциональному отказу «самопроизвольное выключение», обеспечить условия для достижения длительных ресурсов топливных насосов за счет распределения функций по разным режимам работы газотурбинного двигателя и по длительности включения, получить оптимальные массогабаритные параметры топливных насосов.