СИСТЕМА ТОПЛИВОПИТАНИЯ 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 теплонапряженности 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, 1997 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.
т
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.
т
нас
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является создание системы топливоподачи и регулирования с электроприводным качающим узлом «мокрого исполнения», обеспечивающей эксплуатацию ГТД в широком диапазоне рабочих температур с обеспечением точности дозирования топлива при высоком давлении на форсунках ГТД и однозначности линейности характеристики G=f(k⋅n), а также за счет повышенной эффективности теплоотвода от электродвигателя и управляющей теплонапряженной части электронного блока.
Для достижения технического результата в системе топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя, содержащей установленные в корпусе центробежный качающий узел с электродвигателем, преобразователь частоты вращения вала электродвигателя, выполненный в виде электронного блока (ЭБ) управления частотой вращения вала электродвигателя с датчиком частоты вращения, вал электродвигателя имеет дополнительный выход с противоположной стороны электродвигателя, на котором установлен шестеренный качающий узел подачи топлива в ГТД, вход топлива осуществляется со стороны центробежного качающего узла, а электродвигатель и управляющая часть ЭБ расположены в проточной части, соединяющей выход из центробежного качающего узла с входом в шестеренный качающий узел.
т
нас
Отличительные признаки, а именно, установка на дополнительном выходе вала электродвигателя шестеренного качающего узла позволит расширить область применения системы топливоподачи и регулирования для малоразмерных ГТД и повысить точность дозирования топлива за счет обеспечения характеристики G=f(k⋅n). Одновременно за счет размещения управляющей части ЭБ и электродвигателя в проточной части, соединяющей выход из центробежного насоса с входом в шестеренный качающий узел, происходит эффективное омывание топливом управляющей части ЭБ и поверхностей, как статора так и ротора электродвигателя, обеспечивая оптимальное охлаждение теплонапряженных участков системы и отвод тепла в топливо, поступающего на вход в шестеренный качающий узел. Подогрев топлива, в частности, с повышенной вязкостью обеспечивает лучшее заполнение межзубового пространства шестерен, что также расширяет область применения системы для малоразмерных ГТД.
Предложенная система представлена на схеме и описана ниже.
Система топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя содержит установленный в корпусе 1 электродвигатель 2, на валу вращения которого с противоположных сторон электродвигателя 2 закреплены центробежный 3 и шестеренный 4 качающие узлы, преобразователь частоты вращения вала электродвигателя 2, выполненный в виде электронного блока 5 управления частотой вращения электродвигателя 2. Электродвигатель 2 электрически связан с ЭБ 5.
Выход 6 топлива из центробежного насоса 3 соединен с входом 7 шестеренного насоса 4 проточной частью 8 прокачиваемого топлива.
Статор и ротор электродвигателя 2, а также управляющая часть ЭБ 5 расположены в потоке прокачиваемого топлива, проходящего через проточную часть 8.
На валу электродвигателя 2 установлен датчик 9 частоты вращения, электрический связанный с ЭБ 5.
Работает система следующим образом.
Топливо из бака поступает на вход в центробежный насос 3, которым создается избыточное давление, и далее с выхода 6 через проточную часть 8 поступает на вход 7 шестеренного насоса 4, а затем - на форсунки ГТД. За счет создаваемого на выходе 6 из центробежного насоса 3 избыточного давления обеспечивается бескавитационная работа шестеренного насоса 4, который в свою очередь за счет точности дозирования топлива поддерживает заданный режим работы ГТД по команде от ЭБ 5, передаваемой на электродвигатель 2, изменение частоты вращения вала которого контролируется датчиком частоты вращения 9.
Одновременно топливо, заполняя проточную часть 8, омывает электродвигатель 2 и ЭБ 5 и обеспечивает постоянный теплосъем с теплонапряженных элементов системы. При использовании, например, вязкого топлива, оно за счет подогрева лучше заполняет межзубовое пространство шестерен, что расширяет область применения системы особенно для малоразмерных ГТД. Также в процессе работы ГТД на разных режимах шестеренным насосом 4 с высокой точностью обеспечивается необходимое строго заданное изменение расхода топлива за счет изменения частоты вращения электродвигателя 2, управляемого электронным блоком 5, использующим электросигнал от датчика частоты вращения 9.
Проведенный комплекс опытно-конструкторских работ подтвердил получение стабильности заявленных характеристик работы ГТД в заданных условиях окружающей среды.
Таким образом, заявленное устройство может быть использовано в качестве системы топливоподачи и регулирования малоразмерных ГТД, использующих электроприводные топливные насосные агрегаты «мокрого исполнения», снижающие высокую теплонапряженность электрооборудования, связанную с относительно большей мощностью, необходимой для подачи топлива на форсунки двигателя под высоким давлением с необходимой точностью его дозирования.