СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области авиационного двигателестроения, а именно, к системам топливорегулирования авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно для малоразмерных короткоресурсных изделий, где используются топливные насосы с приводом от управляемых по частоте вращения электродвигателей. Такие малогабаритные электроприводные топливные насосные агрегаты из-за высокой топливонапряженности электрооборудования, связанной с относительно большой мощностью, необходимой для подачи топлива с относительно высоким давлением, выполняются для отвода тепла от элементов конструкции в так называемом «мокром исполнении».
Известны авиационные системы топливоподачи и регулирования ГТД с электроприводными насосами «мокрого исполнения», как бакового, так и магистрального типа (см., например, Л.С.Аринушкин и др. «Авиационные центробежные насосные агрегаты» стр.120, рис.4.4. и стр.145, рис.5.2., М., Машиностроение, 1967 г.). Но ни один из описанных вариантов не обеспечивает оптимального охлаждения всех теплонапряженных участков системы, например, малоразмерного ГТД, в частности, элементов управляемого электропривода.
Наиболее близким известным техническим решением (прототипом) может служить насосный агрегат (см. патент RU 2166132, кл. F04D 13/06, 2001 г.), содержащий электроприводной центробежный качающий узел (КУ), электродвигатель которого снабжен кольцевым пространством вокруг статора для прокачки охлаждающей жидкости и преобразователь частоты вращения двигателя, выполненный в виде электронного блока с датчиком частоты вращения, установленный на корпусе насосной части, и охлаждаемый через крепежный кронштейн, снабженный отверстиями для прокачки охлаждающей жидкости.
T
нас.
Недостатком этой конструкции является ограниченная область применения, поскольку центробежный КУ, во-первых, не обеспечивает необходимой точности дозирования топлива при высоком давлении на форсунках ГТД и, во-вторых, не обладает линейной характеристикой G=f (k·n), т.е. расход в функции от частоты вращения, где k - коэффициент пропорциональности, необходимой при программном регулировании расхода топлива для использования простых алгоритмов в счетно-решающем устройстве электронного блока управления. Кроме того, схема прокачки охлаждающей жидкости недостаточно эффективна, т.к. в электродвигателе омывается только статор и только с внешней стороны, а отвод тепла от преобразователя осуществляется через несколько стенок сопрягаемых корпусов. Последовательность размещения электродвигателя и качающего узла по потоку жидкости, где электродвигатель установлен на выходе жидкости из насосного агрегата, не является оптимальной с точки зрения обеспечения надежной работы КУ при низких температурах жидкости, особенно с повышенной вязкостью.
T
нас.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является создание системы топливоподачи и регулирования с электроприводным качающим узлом «мокрого исполнения», обеспечивающее эксплуатацию в широком диапазоне рабочих температур с учетом высокой вязкости топлива, с обеспечением однозначности и линейности характеристики G=f(k·n), а также с повышенной эффективностью теплоотвода от электрической части конструкции качающего узла и теплонапряженной части электронного блока.
Для достижения технического результата в системе топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя, содержащей установленные в корпусе качающий узел с электродвигателем, к которому подведено топливо, и преобразователь частоты вращения двигателя, выполненный в виде электронного блока управления частотой вращения электродвигателя с датчиком частоты вращения, качающий узел выполнен шестеренным, электродвигатель установлен на входе топлива в проточной части качающего узла, а электронный блок управления разделен на две части, причем его слаботочная часть установлена на корпусе качающего узла, а теплонапряженная - на входе топлива в проточную часть качающего узла.
Датчик частоты вращения может быть установлен на валу электродвигателя, например, в проточной части качающего узла.
T
нас.
Отличительные признаки, а именно, выполнение качающего узла шестеренным, позволит расширить область применения системы топливоподачи и регулирования для малоразмерных газотурбинных двигателей и повысить точность дозирования качающего узла за счет обеспечения характеристики G=f(k·n). За счет размещения электродвигателя на входе топлива в проточной части качающего узла с омыванием поверхностей, как статора так и ротора электродвигателя, а за счет разделения электронного блока на две части, - слаботочную и теплонапряженную с размещением его слаботочной части на корпусе качающего узла, а теплонапряженной - на входе топлива в проточной части качающего узла, обеспечено охлаждение конструкции. Таким образом, достигается оптимальное охлаждение теплонапряженных участков системы и отвод тепла в топливо.
Установка датчика частоты вращения на валу электродвигателя позволит повысить точность работы системы и более эффективное охлаждение датчика топливом при размещении его в проточной части качающего узла.
Предложенная система представлена на чертеже и описана ниже.
Система топливоподачи и регулирования содержит установленные в корпусе 1 шестеренный качающий узел с электродвигателем и преобразователь частоты вращения двигателя с электронным блоком управления частотой вращения электродвигателя.
Качающий узел содержит шестерни 2 и 3, установленные на подшипниках, и соединен валом с электродвигателем, расположенным в проточной части КУ. Электродвигатель содержит статор 4 и ротор 5, установленные на валу в направлении движения потока прокачиваемого топлива, и электрически связан с электронным блоком управления частотой вращения электродвигателя. Электронный блок разделен на две части: слаботочную 6, расположенную на корпусе 1 качающего узла, и теплонапряженную 7, расположенную на входе топлива в проточной части качающего узла. Между внутренней поверхностью статора 4 и внешней поверхностью ротора 5 имеется рабочий зазор, используемый для дополнительного протока охлаждающего топлива. Обечайка статора 4 имеет прямой контакт с топливом за счет выемок в стенках корпуса электродвигателя вдоль внешней поверхности статора 4, определяющих основной проход охлаждающего топлива, питающего качающий узел.
На валу электродвигателя, в проточной части качающего узла установлен датчик 8 частоты вращения, связанный с электронным блоком.
Работает система следующим образом.
Топливо из бака с избыточным давлением поступает на вход в насосный агрегат, омывая электродвигатель (см. стрелки на чертеже). Топливо заполняет проточные полости насосного агрегата таким образом, что оно омывает теплопроводную стенку теплонапряженной части 7 электронного блока управления и качающий узел.
Основной поток топлива, проходя через каналы статора 4 и ротора 5, осуществляет теплосъем с их элементов, подверженных рабочему нагреву. Затем топливо поступает во входную полость шестеренного качающего узла, заполняет межзубовые пространства вращающихся шестерен 2 и 3 и по трубопроводу поступает к форсункам двигателя.
Таким образом, в процессе работы осуществляется постоянный теплосъем с теплонапряженных элементов системы. При использовании вязкого топлива оно за счет подогрева лучше заполняет межзубовое пространство шестерен, что расширяет область применения системы, например, для малоразмерных ГТД. Также в процессе работы ГТД на разных режимах с высокой точностью осуществляется необходимое изменение расхода топлива за счет изменения частоты вращения электродвигателя, управляемого электронным блоком, использующим электросигналы от датчика частоты вращения. Точность и надежность работы дополнительно повышается за счет расположения датчика частоты вращения в проточной части качающего узла.