КОНТРОЛЬ ЗАСОРЕНИЯ В КОНТУРЕ ПРОДУВКИ ФОРСУНКИ СТАРТЕРА ДЛЯ ТУРБОМАШИНЫ
CLOGGING CONTROL IN BLOWER CIRCUIT OF STARTER NOZZLE FOR TURBOMACHINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к системам подачи топлива для авиационной турбомашины. Более точно, оно связано с контролем засорения внутри системы подачи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Система подачи топлива для турбомашины в общем содержит контур стартера и главный контур.
Известным образом в контур стартера топливо подается только во время фазы запуска. После того, как запуск турбомашины выполнен, контур стартера продувают, чтобы избежать застоя топлива. Действительно, застой топлива может привести к коксованию, то есть к твердым углеродным отложениям, которые рискуют засорить систему подачи.
Один из способов продувки контура стартера состоит в соединении, после окончания фазы запуска, подающего трубопровода форсунок стартера с воздухом при атмосферном давлении. Таким образом, топливо, присутствующее в форсунке и трубопроводах, продувают из-за разницы давления между сжатым воздухом из выхода компрессора и воздухом при атмосферном давлении. Такое явление называют обратной продувкой, поскольку продувочный воздух циркулирует в направлении, обратном направлению движения топлива во время фазы запуска.
Несмотря на эти меры предосторожности, коксование возникает при некоторых условиях в контуре стартера и в контуре продувки, что приводит к частичному или полному засорению системы подачи.
Таким образом, существует необходимость контроля засорения контура стартера и/или контура продувки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение направлено на решение по меньшей мере частично проблем, возникающих в решениях предшествующего уровня техники.
В связи с этим задачей изобретения является система подачи топлива для турбомашины. Система подачи содержит:
- контур стартера, содержащий по меньшей мере одну форсунку стартера,
- по меньшей мере одно первое гидравлическое сопротивление, и
- контур продувки, содержащий трубопровод, включающий в себя отверстие, открывающееся снаружи системы подачи. Контур продувки выполнен с возможностью протекания продувочного воздуха между форсункой стартера и отверстием через первое гидравлическое сопротивление.
Согласно изобретению система подачи содержит средство измерения характерного значения давления, выполненное с возможностью измерения характерного значения давления между форсункой стартера и первым гидравлическим сопротивлением во время протекания продувочного воздуха между форсункой стартера и первым гидравлическим сопротивлением.
Таким образом, характерное значение давления позволяет обнаруживать засорение в контуре стартера и/или контуре продувки до того, как это засорение станет таким, что оно приведет к простою турбомашины.
Как только засорение обнаружено, необходимые операции по техническому обслуживанию могут возникнуть до простоя турбомашины, содержащей систему подачи. Эти операции по техническому обслуживанию содержат, например, очистку и/или замену компонентов системы подачи.
Изобретение может, возможно, включать в себя одну или несколько следующих характеристик, объединенных друг с другом или нет.
Возможно, что контур продувки содержит второе гидравлическое сопротивление, расположенное между первым гидравлическим сопротивлением и форсункой стартера. В этом случае средство измерения выполнено с возможностью измерения характерного значения давления между первым гидравлическим сопротивлением и вторым гидравлическим сопротивлением.
Согласно особому варианту выполнения первое гидравлическое сопротивление и/или второе гидравлическое сопротивление содержат клапан, фильтр и/или ограничитель потока, такой как усадка продувочного трубопровода.
Согласно предпочтительному варианту выполнения система подачи содержит устройство контроля засорения, выполненное с возможностью сравнивать характерное значение давления с эталонным значением.
Предпочтительно, устройство контроля выполнено с возможностью сигнализировать единицу информации о засорении, если абсолютное значение разности между характерным значением давления и эталонным значением превышает первое пороговое значение.
Согласно предпочтительному варианту выполнения устройство контроля выполнено с возможностью сигнализировать единицу информации о засорении первой части контура продувки, расположенной ближе по ходу от места измерения характерного значения давления, если:
- относительное значение разницы между характерным значением давления и эталонным значением является отрицательным, и что
- относительное значение разности ниже, чем второе пороговое значение.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения устройство контроля выполнено с возможностью сигнализировать единицу информации о засорении второй части контура продувки, расположенной дальше по ходу от места измерения характерного значения давления, если:
- относительное значение разницы между характерным значением давления и эталонным значением является положительным, и что
- относительное значение разности выше, чем третье пороговое значение.
Термины «расположенный ближе по ходу» и «расположенной дальше по ходу» определяют в контуре продувки в отношении направления потока продувочного воздуха.
Предпочтительно, чтобы контур продувки представлял собой так называемый контур обратной продувки, то есть чтобы продувочный воздух протекал в направлении, обратном направлению, в котором подается топливо для инициирования сгорания в турбомашине. Таким образом, продувочный воздух проходит раньше через форсунки стартера, которые, скорее всего, будут «закоксованы».
Предпочтительно, чтобы система подачи содержала устройство оповещения, выполненное с возможностью срабатывать в случае сигнализирования единицы информации о засорении устройством контроля.
Изобретение также относится к турбомашине, содержащей систему подачи, как определено выше. Предпочтительно, чтобы турбомашина представляла собой авиационную турбомашину, такую как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель.
Изобретение также относится к способу контроля засорения системы подачи топлива, как определено выше.
Предпочтительно, чтобы способ контроля содержал этап сигнализирования единицы информации о засорении, если абсолютное значение разности между характерным значением давления и эталонным значением превышает первое пороговое значение,
при этом характерное значение давления измеряют между форсункой стартера и первым гидравлическим сопротивлением во время протекания продувочного воздуха между форсункой стартера и первым гидравлическим сопротивлением.
Согласно предпочтительному варианту выполнения поток продувочного воздуха возникает от форсунки стартера к отверстию через первое гидравлическое сопротивление.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения эталонное значение является заданным.
Альтернативно, эталонное значение определяют как функцию по меньшей мере одного характерного значения давления во время по меньшей мере одного предыдущего полета турбомашины, которая является авиационной турбомашиной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет лучше понятно при прочтении описания примерных вариантов выполнения, приведенных просто с целями указания, а не ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- Фиг. 1 представляет собой схематическое представление продольного частичного сечения турбомашины согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения;
- Фиг. 2 представляет собой частичное схематическое представление системы подачи топлива для турбомашины согласно первому варианту выполнения изобретения;
- Фиг. 3 представляет собой частичное схематическое представление системы подачи топлива для турбомашины согласно второму варианту выполнения изобретения;
- Фиг. 4 иллюстрирует осуществление способа обнаружения засорения в системе подачи согласно первому или второму варианту выполнения изобретения.
ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ОСОБЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Идентичные, одинаковые или эквивалентные части разных фигур имеют одинаковые ссылочные позиции, чтобы облегчить переключение с одной фигуры на другую.
На Фиг. 1 представлен турбовинтовой двигатель 1, который является частично кольцеобразным около оси 3 силовой турбины.
Турбомашина 1 включает в себя, от расположения ближе по ходу до расположения дальше по ходу, учитывая направление перемещения к оси 3, винт 10, редуктор 12 скорости, радиальные рычаги 4 кожуха, компрессор 6, камеру 7 сгорания, турбину 8 высокого давления и энергетическую турбину 9.
Компрессор 6, камера 7 сгорания, турбина 8 высокого давления и энергетическая турбина 9 окружены кожухом 5. Обычно они определяют в связи с кожухом 5 первичный поток 13, через который первичный поток течет в направлении, противоположном направлению продвижения турбомашины. Направление потока первичного потока представлено стрелкой 11. Это направление также соответствует направлению силы тяги турбомашины 1 при ее использовании.
Тяга газа у выхода из камеры 7 сгорания заставляет компрессор 6 и турбины 8 и 9 вращаться около оси 3 энергетической турбины. Вращение энергетической турбины 9 около ее оси 3 передается винту 10 через редуктор 12 скорости, чтобы вращать его.
На Фиг. 2 представлена система 20 подачи топлива для камеры 7 сгорания.
Система 20 подачи содержит расположенную ближе по ходу контур 21, содержащий распределительный трубопровод 23, ведущий к узлу А для отделения главного контура 110 от контура 120 стартера.
Отделяющий узел A расположен на распределительном клапане 24, который выполнен с возможностью распределять топливо между главным контуром 110 и контуром 120 стартера. Этот клапан 24 содержит, например, золотник (не показан), чтобы давление топлива в главном контуре 110 было равно давлению в контуре 120 стартера.
Главный контур 110 содержит клапан 114, подающий трубопровод 113 для главных форсунок и главные форсунки 116. Эти главные форсунки 116 подают в камеру сгорания 2 турбомашины 1 топливо в устойчивом состоянии.
Главный контур 110 также включает в себя гидравлическое сопротивление 115, содержащее фильтр, теплообменник и/или расходомер. Гидравлическое сопротивление 115 расположено между клапаном 114 и главными форсунками 116.
Термин «гидравлическое сопротивление» используют для определения в этом документе, по аналогии с электрическим полем, величины от отношения разности давлений текучей среды между входом и выходом элемента системы подачи к скорости потока текучей среды, проходящей через элемент, а также элемент, характеризуемый этой величиной.
Контур 120 стартера включает в себя входной трубопровод 121, который на своем первом конце соединен с разделительным узлом A, а на своем втором конце, противоположном первому концу, с регулирующим клапаном 124. Регулирующий клапан 124 соединен по текучей среде с форсунками 126 стартера.
Эти форсунки 126 стартера находятся вблизи свечей зажигания (не показаны), чтобы инициировать сгорание в камере 2 сгорания. Они не совпадают с главными форсунками 116. Как только сгорание началось в турбомашине 1, форсунки 116 стартера выключают и через них проходит продувочный воздух.
Регулирующий клапан 124 содержит первый выход, который открывается в трубопровод 123 для подачи в форсунки стартера, и второй выход, который открывается в продувочный трубопровод 131 контура 130 продувки.
Регулирующий клапан 124 включает в себя укупорочное средство, перемещаемое между положением первого отверстия, в котором он освобождает первый выход, и вторым положением отверстия, в котором он освобождает второй выход.
Когда укупорочное средство находится в положении первого отверстия, оно заставляет топливо течь из входного трубопровода 121 к первому выходу по направлению к форсункам 126 стартера. Оно предотвращает циркуляцию воздуха или топлива между форсунками 126 стартера и продувочным трубопроводом 131.
Когда укупорочное средство находится во втором положении отверстия, оно заставляет продувочный воздух циркулировать между форсунками 126 стартера и продувочным трубопроводом 131. Оно предотвращает поступление топлива из входного трубопровода 121 в форсунки 126 стартера.
Регулирующим клапаном 124 управляют электрически. Положением укупорочного средства управляют электронной системой 150 регулирования турбомашины 1 через первый электронный модуль 151 регулирования и соленоид 127.
Электронная система 150 регулирования известна также как “FADEC” или "Электронно-Цифровая Система Управления Двигателем". Традиционно, эта электронная система 150 регулирования содержит вычислительный блок двигателя с двумя всережимными избыточными симметричными путями.
Контур 130 продувки содержит средство для нагнетания горячего сжатого воздуха из компрессора 6, форсунок 126 стартера, регулирующего клапана 124 и ограничителя потока 136.
Форсунки 126 стартера, регулирующий клапан 124, а также трубопровод 123 для подачи в форсунки стартера являются общими для контура 120 стартера и контура 130 продувки.
Контур 130 продувки также содержит продувочный трубопровод 131, который открывается во второй выход регулирующего клапана 124. Продувочный трубопровод 131 и ограничитель 136 потока являются конкретными для контура 130 продувки.
Продувочный трубопровод 131 содержит отверстие 133, которое открывается снаружи системы 20 подачи. Отверстие 133 расположено на конце продувочного трубопровода, который противоположен тому, который открывается в регулирующий клапан 124.
Ограничитель 136 потока принимает, например, форму усадки продувочного трубопровода 131. Он ограничивает утечки топлива в случае выхода из строя регулирующего клапана 124.
Средство нагнетания воздуха нагнетает воздух из компрессора 6 через форсунки 126 стартера и по направлению к ограничителю 136 потока.
Таким образом, контур 130 продувки является так называемым «обратным» контуром продувки, то есть продувочный воздух течет в направлении, противоположном направлению, используемому топливом для инициирования сгорания в турбомашине.
В документе термины «расположенный ближе по ходу» и «расположенный дальше по ходу» используют в отношении контура 130 продувки в отношении направления потока продувочного воздуха и если не указано иное.
Продувочный воздух поступает последовательно из компрессора 6 через форсунки 126 стартера, трубопровод 123 для подачи в форсунки стартера, регулирующий клапан 124, ограничитель 136 потока и отверстие 133 продувочного трубопровода 131.
Воздух в отверстии 133 находится под давлением P0, которое является давлением окружающего воздуха. Оно ниже, чем P3 воздуха из компрессора 6, который находится на форсунках 126 стартера.
m
Система 20 подачи также содержит датчик 141 давления, который играет роль средства измерения характерного значения давления. Характерное значение давления P является значением измерения давления.
Датчик 141 давления измеряет давление в трубопроводе 123 для подачи в форсунки 126 стартера в месте, которое показано на Фиг. 2 первым измерительным узлом B. Этот первый измерительный узел B расположен между форсунками 126 стартера и регулирующим клапаном 124, который является гидравлическим сопротивлением для продувочного воздуха.
Форсунки 126 стартера расположены ближе по ходу от первого измерительного узла B относительно потока продувочного воздуха в контуре 130 продувки. Следовательно, они образуют расположенную ближе по ходу часть 132 контура 130 продувки.
Регулирующий клапан 124 и ограничитель 126 потока расположены дальше по ходу от первого измерительного узла B относительно потока продувочного воздуха в контуре 130 продувки. Они образуют расположенную дальше по ходу часть 134 контура 130 продувки.
m
Второй вариант выполнения, который представлен со ссылкой на Фиг. 3, отличается от первого варианта выполнения местом измерения характерного значения давления P.
Во втором варианте выполнения датчик 141 давления измеряет давление в продувочном трубопроводе 131 между ограничителем 136 потока и регулирующим клапаном 124 в месте, которое представлено вторым измерительным узлом C на Фиг. 3.
m
Ограничитель 136 потока играет роль первого гидравлического сопротивления, регулирующий клапан 124 играет роль второго гидравлического сопротивления. Таким образом, измерение характерного значения давления P возникает между этим первым гидравлическим сопротивлением и этим вторым гидравлическим сопротивлением.
Форсунки 126 стартера и регулирующий клапан 124 расположены ближе по ходу от второго измерительного узла C относительно потока продувочного воздуха в контуре 130 продувки. Следовательно, они образуют расположенную ближе по ходу часть 132 контура 130 продувки.
Ограничитель 136 потока расположен дальше по ходу от второго измерительного узла C относительно потока продувочного воздуха в контуре 130 продувки. Он образует расположенную дальше по ходу часть 134 контура 130 продувки.
В первом и во втором варианте выполнения сигнал, излучаемый датчиком 141 давления, передают во второй электронный модуль 152 управления и в электронную систему 150 регулирования.
m
Второй модуль 152 управления и электронная система 150 регулирования содержат память и средство для обработки характерного значения давления P.
Они образуют устройство 150 контроля для контроля засорения системы 20 подачи, в частности контура 130 продувки. Устройство 150 контроля предназначено для того, чтобы сигнализировать единицу информации о засорении на устройство 154 оповещения.
Единица информации о засорении указывает начало засорения в системе 20 подачи и/или статистически значимый риск того, что турбомашина 1 находится в простое с заданным числом полетов из-за засорения.
Устройство 154 оповещения запускают в случае сигнализирования информации о засорении устройством 150 контроля. Оно издает легкий, тактильный и/или звуковой сигнал, чтобы своевременно информировать пилота и/или оператора по техническому обслуживанию о риске засорения.
Способ контроля засорения системы 20 подачи, в частности контура 130 продувки, показан на Фиг. 4.
m
Характерное значение давления P сначала измеряют в системе подачи на первом узле B и/или на втором узле C на этапе 202 измерения. Этап 202 измерения возникает во время того, как продувочный воздух течет от форсунок 126 стартера к отверстию 133 через регулирующий клапан 124 и ограничитель 136 потока.
m
ref
Затем устройство 150 контроля сравнивает характерное значение давления P с эталонным значением P на этапе 204 сравнения.
ref
m
Эталонное значение P либо задают, либо оно соответствует старому, возможно усредненному, значению характерного значения давления P.
ref
Когда его задают, эталонное значение P соответствует номинальному значению давления в трубопроводе 123 для подачи в форсунки стартера.
ref
m
Когда его определяют как функцию изменения давления в подающем трубопроводе 123, эталонное значение P задают по меньшей мере одним характерным значением давления P во время по меньшей мере одного предыдущего полета турбомашины 1.
m
ref
Устройство 150 контроля затем сигнализирует единицу информации о засорении, если разница ε между характерным значением давления P и эталонным значением P является достаточно высокой на этапе 207.
m
ref
1
Устройство 150 контроля сигнализирует единицу информации о засорении, если абсолютное значение разности ε между характерным значением давления P и эталонным значением P превышает первое пороговое значение S. Это условие называется "первым условием".
m
ref
Устройство 150 контроля не обязательно вычисляет абсолютное значение разности ε, чтобы проверить первое условие. Для этого достаточно рассчитать, например, относительное значение разности ε между характерным значением давления P и эталонным значением P.
m
ref
Устройство 150 контроля проверяет, обнаружено ли значительное уменьшение характерного значения давления P по сравнению с эталонным значением P на этапе 209. Это условие называется "вторым условием".
Второе условие сводится к проверке, является ли:
m
ref
- отрицательным относительное значение разности ε между характерным значением давления P и эталонным значением P и что
2
- относительное значение разности ε ниже, чем второе пороговое значение S.
2
1
В первом и втором вариантах выполнения второе пороговое значение S имеет значение, противоположное значению первого порогового значения S.
m
ref
Устройство 150 контроля также проверяет, обнаружено ли значительное увеличение характерного значения давления P по сравнению с эталонным значением P на этапе 209. Это условие называется "третьим условием".
Третье условие сводится к проверке, является ли:
m
ref
- относительное значение разности ε между характерным значением давления P и эталонным значением P является положительным и что
3
- относительное значение разности ε выше, чем третье пороговое значение S.
3
1
В первом и втором вариантах выполнения третье пороговое значение S равно первому пороговому значению S.
1
2
3
Проверка второго условия и третьего условия может быть выполнена одновременно с проверкой первого условия, поскольку абсолютные значения порогов S, S и S идентичны. Другими словами, этапы 207 и 209 могут быть одинаковыми.
m
m
Когда второе условие выполнено, устройство 150 контроля отметило значительное уменьшение характерного значения давления P. Затем оно передает единицу информации о засорении расположенной ближе по ходу части 132 контура продувки, которая расположена ближе по ходу от места измерения характерного значения давления P относительно потока продувочного воздуха.
Устройство 154 оповещения предупреждает пилота и/или оператора по техническому обслуживанию о риске засорения форсунок 126 стартера на этапе 210 и со ссылкой на первый вариант выполнения.
Устройство 154 оповещения предупреждает пилота и/или оператора по техническому обслуживанию о риске засорения форсунок 126 стартера и/или регулирующего клапана 124 на этапе 210 и со ссылкой на второй вариант выполнения.
m
m
Когда третье условие выполнено, устройство 150 контроля отметило значительное увеличение характерного значения давления P. Затем оно сигнализирует единицу информации о засорении расположенной дальше по ходу части 134 контура продувки, которая расположена дальше по ходу от места измерения характерного значения давления P относительно потока продувочного воздуха.
Устройство 154 оповещения предупреждает пилота и/или оператора по техническому обслуживанию о риске засорения регулирующего клапана 124 и/или ограничителя 136 потока на этапе 212 и со ссылкой на первый вариант выполнения.
Устройство 154 оповещения предупреждает пилота и/или оператора по техническому обслуживанию о риске засорения ограничителя 136 потока на этапе 212 и со ссылкой на второй вариант выполнения.
Конечно, специалистами в данной области техники могут быть сделаны различные модификации только что описанного изобретения, не выходя за рамки изобретения.
Ограничитель 136 потока представляет собой гидравлическое сопротивление, которое может принимать другую форму.
m
Средство 141 измерения характерного значения давления может содержать датчик температуры в дополнение к датчику давления или вместо него. Таким образом, характерное значение давления P является значением измерения температуры. В этом случае давление в узлах измерения B и/или C задают с использованием уравнения состояния воздуха из этого измерения температуры.
m
Система 20 подачи может выполнять измерения характерных значений давления P в первом измерительном узле B и во втором измерительном узле C. В этом случае устройство 150 контроля позволяет лучше отличать риск засорения регулирующего клапана 124 от риска засорения форсунок 126 и риска засорения ограничителя 136 потока.
m
Характерное значение давления P предпочтительно измеряют ближе по ходу от ограничителя 136 потока в контуре 130 продувки, чтобы облегчить обнаружение засорения.
2
3
1
1
Второй порог S и/или третий порог S могут иметь значения, отличные от значений, противоположных первому порогу S и первому порогу S, в частности, если датчик 141 давления легче обнаруживает увеличение или уменьшение давления или наоборот.
Варианты выполнения, представленные на Фиг. 2 и 3 содержат контур 130 продувки с так называемой «обратной» продувкой, но, конечно, продувочный воздух может циркулировать в другом направлении в контуре 130 продувки. Таким образом, топливо и продувочный воздух будут циркулировать в одном и том же направлении в контуре 130 продувки и в контуре 120 стартера.
Таким образом, продувочный воздух будет поступать из компрессора 6 через отверстие 133, ограничитель 136 потока, регулирующий клапан 124 и форсунки 126 стартера последовательно.
В такой конфигурации часть 132, расположенная дальше по ходу, и часть 134, расположенная ближе по ходу, будут заменены относительно узлов B и/или C для измерения характерного значения давления.
Когда второе условие выполнено после измерения в первом узле B, устройство 154 оповещения предупреждает пилота и/или оператора по техническому обслуживанию о риске засорения ограничителя 136 потока и/или регулирующего клапана 124 на этапе 210.
Когда второе условие выполнено после измерения во втором узле C, устройство 154 оповещения предупреждает пилота и/или оператора технического обслуживания о риске засорения ограничителя потока на этапе 210.
Когда третье условие выполнено после измерения в первом узле B, устройство 154 оповещения оповещает пилота и/или оператора по техническому обслуживанию о риске засорения форсунок 126 стартера на этапе 212.
Когда третье условие выполнено после измерения во втором узле C, устройство 154 оповещения оповещает пилота и/или оператора по техническому обслуживанию о риске засорения регулирующего клапана и/или форсунок 126 стартера на этапе 212.