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 воздуха отбираемого от компрессора, (см. авт. св. СССР №1580914, кл. F04D 27/00, 1988 г.), содержащее установленные на выходе компрессора трубу Вентури, снабженный пневмоприводом клапан перепуска воздуха (КПВ) и струйный блок управления клапаном перепуска, снабженный струйным усилителем с соплом питания, с двумя управляющими и с двумя выходными каналами, задатчиком отношения давлений, входной канал которого сообщен с входным участком трубы Вентури, сравнивающим устройством, один вход которого сообщен с узким участком трубы Вентури, другой - с выходным каналом задатчика отношения давлений, а выходные каналы - с управляющими каналами струйного усилителя, выходные каналы которого сообщены с управляющими полостями пневмопривода КПВ, причем струйный блок управления КПВ содержит дополнительный струйный усилитель и профилированное сопло, на входе которого установлен дроссель, сообщенный с входным участком трубы Вентури, а выход этого сопла сообщен с источником низкого давления. При этом один из управляющих каналов дополнительного струйного усилителя сообщен с узким сечением профилированного сопла, другой - с источником низкого давления. Первый выходной канал этого усилителя сообщен с соплом питания основного струйного усилителя, а второй с одним из выходных каналов основного струйного усилителя, и сопло питания дополнительного струйного усилителя сообщено с входным участком трубы Вентури.
Существенным недостатком этого устройства является, недостаточно гибкий закон регулирования - поддержание на рабочих режимах постоянного приведенного расхода воздуха с релейным закрытием (или открытием) КПВ на низких режимах. Другой недостаток этого устройства - повышенная сложность из-за наличия дополнительного датчика отношения давлений, регулируемого профилированного сопла и дополнительного струйного усилителя (для формирования релейной команды по степени повышения давлений компрессором).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для регулирования перепуска воздуха из компрессора ВСУ (см. описание полезной модели к патенту РФ №50265, кл. F04Д 27/00), содержащее 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 с вторым каналом подвода воздуха, струйный усилитель с соплом питания соединенным с первым каналом подвода воздуха, входные каналы усилителя соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими полостями клапана перепуска воздуха (КПВ).
Существенным недостатком этого устройства является недостаточно гибкий закон регулирования - поддержание на рабочих режимах неизменной величины приведенного расхода воздуха независимо от режима работы двигателя (независимо от степени повышения давления воздуха компрессором).
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является расширение области применения регулятора за счет использования более гибкого закона регулирования перепуска воздуха из компрессора ВСУ, учитывающего режим работы компрессора (его степень повышения давления).
Для достижения, указанного технического результата в регуляторе перепуска воздуха, содержащем 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 с вторым каналом подвода воздуха, струйный усилитель с соплом питания, соединенным с первым каналом подвода воздуха, причем входные каналы усилителя, соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими полостями клапана перепуска воздуха, сопло питания струйного усилителя выполнено с косым срезом.
Кроме того, в регуляторе усилитель может быть выполнен многоступенчатым, причем у одной или нескольких ступеней усиления сопла питания выполнены с косым срезом.
Кроме того, длина косого среза сопла питания струйного усилителя может быть выполнена равной 0,2…2,0 ширины сопла питания. При этом величина корректирующего воздействия зависит от длины стенки косого среза сопла питания.
Отличительные признаки заявляемой модели, а именно, выполнение сопла питания струйного усилителя с косым срезом, а так же выполнение усилителя многоступенчатым, одна или несколько ступеней усиления которого имеет сопла питания выполненные с косым срезом, а длина косого среза сопла питания равна 0,2…2,0 ширины сопла питания, позволяют получить более гибкий закон регулирования приведенного расхода воздуха через компрессор (с коррекцией приведенного расхода в зависимости от степени повышения давления воздуха компрессором) и расширить область применения регулятора. Это достигается поддержанием величины приведенного расхода воздуха через компрессор с коррекцией величины приведенного расхода воздуха по степени повышения давления воздуха компрессором.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами:
на Фиг.1 показана схема регулятора перепуска воздуха из компрессора ВСУ с одноступенчатым усилителем;
на Фиг.2 показана вариант выполнения регулятора перепуска воздуха из компрессора ВСУ с двухступенчатым усилителем;
на Фиг.3 и 4 показаны варианты выполнения сопла питания струйного усилителя с косым срезом;
на Фиг.5 представлены законы поддержания Рвент/Рк от Рк/Рн, причем здесь: А - закон регулирования регулятора со струйными усилителями, сопла питания которых не имеют косого среза; Б - закон регулирования регулятора со струйными усилителями, у которых сопло питания выходного струйного усилителя имеет косой срез со стороны выходного канала, в котором формируется сигнал на закрытие КПВ; В - закон регулирования регулятора со струйными усилителями, у которых сопло питания выходного струйного усилителя имеет косой срез со стороны выходного канала, в котором формируется сигнал на открытие КПВ.
Регулятор перепуска воздуха из компрессора (см. Фиг.1) содержит корпус 1, каналы подвода воздуха 2 и 3, соответственно, с давлениями Рк от входа и Рвент от мерного сечения расходомера переменного перепада (на чертеже не показан), измеряющего расход воздуха, отбираемого от компрессора ВСУ, например, трубы Вентури или иного расходомера переменного перепада. Канал подвода воздуха 2 подключен к делителю 4 величины абсолютного давления, выполненному в виде междроссельной камеры, образованной дросселями 5 и 6. Причем дроссель 5 соединен с каналом 2, а дроссель 6, например, переменного сечения, соединен с источником низкого давления, например, с давлением окружающей среды Pн. Делитель 4 соединен с первым входным соплом 7 струйного элемента сравнения 8. Второе входное сопло 9 элемента сравнения 8 соединено с каналом 3.
Выходные каналы 10, 11 элемента сравнения 8 одновременно являются входными каналами струйного усилителя 12, имеющего один, два или более последовательно подключенных струйных усилителей 13 (см. Фиг.2), сопла питания 14, которых, соединены с каналом 2. Сопла питания 14 некоторых из усилителей 13 могут быть выполнены с косым срезом 15. Длина косого среза 15 сопла питания 14 струйного усилителя 13 может быть выполнена равной 0,2…2,0 ширины сопла питания 14. Выходные каналы 16 и 17 усилителя 12 имеют возможность подключения к управляющим полостям клапана перепуска воздуха (КПВ) (на чертеже не показаны), канал 16 к управляющей полости на открытие КПВ, а канал 17 - на закрытие КПВ, соответственно.
Устройство работает следующим образом.
На номинальном режиме работы ВСУ давление на входе в расходомер и, соответственно, в канале подвода 2 воздуха равно Рк. В канале подвода 3 воздуха от мерного сечения расходомера равно Рвент. При этом воздух из канала подвода 2 поступает на питание (в сопло питания) струйных усилителей 13 и к делителю 4, создающим во входном сопле 7 элемента сравнения 8 давление Р7=К*Рк, здесь К -коэффициент редукции делителя 4. Площади дросселей 5 и 6 делителя 4 подбираются так, чтобы на установившемся номинальном режиме работы ВСУ в управляющие полости КПВ (от усилителя 12, по каналам 16 и 17) подавался управляющий перепад давлений ΔРп_н, при котором КПВ неподвижен. При этом перепад давлений АРэс во входных соплах 7 и 9 элемента сравнения 8 равен ΔРэс_н=Рвент - К*Рк.
эс
При увеличении расхода воздуха, отбираемого от ВСУ, уровень давления Рвент в мерном сечении расходомера уменьшается. Уменьшается уровень давления в канале 3 и во входном сопле 9 элемента сравнения 8, что соответствует ΔР<0. Образовавшийся отрицательный перепад давлений усиливается струйными усилителями 13 (одним усилителем 13, как показано на Фиг.1, или несколькими усилителями 13, например, двумя, как показано на Фиг.2) и подается в управляющие полости КПВ. КПВ прикрывается, расход воздуха, отбираемого от компрессора, уменьшается. Процесс будет продолжаться до восстановления номинальной величины расхода воздуха, отбираемого от компрессора ВСУ.
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 компрессор. Процесс продолжается до исчезновения сигнала рассогласования.
При изменении (увеличении) режима работы двигателя изменяется (увеличивается) степень повышения давления Рк/Рн компрессора (здесь Рн - атмосферное давление). При этом работа всех элементов регулятора расхода воздуха, кроме струйных усилителей 13, имеющих сопла питания 14 с косым срезом 15 (выполненных согласно Фиг.3 или Фиг.4), остается без изменения. В струйном же усилителе 13 струя, истекающая из сопла питания 14 с косым срезом 15, отклоняется от стенки косого среза 15 тем больше, чем больше отношение давлений Рк/Рн. Это связано с тем, что давление в рабочей полости струйного элемента, куда истекает струя из сопла питания 14 с косым срезом 15, равно атмосферному давлению Рн, а давление на стенке косого среза 15 сопла питания 14, вдоль которой струя истекает из сопла 14 со сверхзвуковой скоростью (на рабочих режимах работы ВСУ Рк/Рн>2), изменяется пропорционально давлению питания Рк. Увеличившийся (при увеличении Рк/Рн) перепад давлений (слева и справа от струи, истекающей из сопла 14) изменяет направление истечения струи в сторону от стенки косого среза 15.
Вследствие этого, при изменении Рк/Рн, в выходных каналах 16 и 17 струйного усилителя 13 возникает перепад давлений закрывающий КПВ (или открывающий, смотря с какой стороны сопла питания 14 струйного усилителя 13 выполнен косой срез 15), что обеспечивает коррекцию поддерживаемого регулятором отношения давлений Рвент/Рк по степени повышения давления Рк/Рн компрессором. На Фиг.5 представлены законы поддержания Рвент/Рк от Рк/Рн: А - закон регулирования регулятора со струйными усилителями 13, сопла питания 14 которых не имеют косого среза 15. Б - закон регулирования регулятора со струйными усилителями 13, у которых сопло питания 14 выходного струйного усилителя 13 имеет косой срез 15 со стороны выходного канала 17 в котором формируется сигнал на закрытие КПВ (как показано на Фиг.3 и 4). В - закон регулирования регулятора со струйными усилителями 13, у которых сопло питания 14 выходного струйного усилителя 13 имеет косой срез 15 со стороны выходного канала 16, в котором формируется сигнал на открытие КПВ.
Так осуществляется коррекция поддерживаемой регулятором величины отношения давлений Рвент/Рк на расходомере в зависимости от степени повышения давления Рк/Рн воздуха в компрессоре, что обеспечивает более гибкий закон регулирования, более точный учет особенностей компрессора, и, таким образом, расширяет область применения регулятора.
Экспериментальные исследования (см. Фиг.5, законы регулирования Б и В) показали эффективность предлагаемого устройства. Введение в усилителе 13 сопла питания 14 с косым срезом 15 создает коррекцию по степени повышения давления Рк/Рн воздуха в компрессоре величины отношения давлений Рвент/Рк на мерном устройстве, что делает закон регулирования более гибким и расширяет область применения регулятора.