RU108495U1

RU108495U1 - FUEL FEEDING AND REGULATING GAS TURBINE ENGINE

Info

Publication number: RU108495U1
Application number: RU2011116006/06U
Authority: RU
Inventors: Арон Борисович Каплан; Александр Владимирович Москаленко; Владислав Иванович Меленков; Сергей Васильевич Касьянов
Original assignee: ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро"
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2011-09-20

Abstract

1. Система топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя, содержащая 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, отличающаяся тем, что 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. ! 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик частоты вращения установлен на валу электродвигателя. ! 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что датчик частоты вращения установлен в проточной части качающего узла. 1. The fuel supply and control system of a gas turbine engine, comprising a pumping unit mounted in the housing with an electric motor to which fuel is connected, and an engine speed converter configured as an electronic engine speed control unit with a rotational speed sensor, characterized in that the pumping unit is made gear, the electric motor is installed at the fuel inlet in the flowing part of the pumping unit, and the electronic control unit is divided into two parts, and its low-current part is mounted on the swinging unit housing and the thermal stress - a fuel inlet portion of the flow pumping unit. ! 2. The system according to claim 1, characterized in that the speed sensor is mounted on the shaft of the electric motor. ! 3. The system according to claim 2, characterized in that the speed sensor is installed in the flow part of the pumping unit.

Description

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».The utility model relates to the field of aircraft engine manufacturing, namely, to the fuel control systems of aircraft gas turbine engines (GTE), mainly for small-sized short-life products, which use fuel pumps driven by frequency-controlled electric motors. Such small-sized electric drive fuel pump units, due to the high fuel stress of the electrical equipment associated with the relatively high power required to supply fuel with a relatively high pressure, are designed to remove heat from the structural elements in the so-called “wet design”.

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.Known aircraft fuel supply and regulation of gas turbine engines with electric pumps of "wet design", both tank and main type (see, for example, L. S. Arinushkin and others. "Aviation centrifugal pump units" p. 120, Fig. 4.4. and p. 145, Fig. 5.2., M., Mechanical Engineering, 1967). But none of the described options provides optimal cooling of all heat-stressed sections of the system, for example, small-sized gas turbine engines, in particular, elements of a controlled electric drive.

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.The closest known technical solution (prototype) can be a pump unit (see patent RU 2166132, class F04D 13/06, 2001), containing an electric centrifugal pumping unit (KU), the electric motor of which is provided with an annular space around the stator for pumping cooling liquids and an engine speed converter, made in the form of an electronic unit with a speed sensor, mounted on the pump housing, and cooled through a mounting bracket provided with cooling holes for pumping liquid.

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_T=f (k·n_нас.), 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.The disadvantage of this design is the limited scope, since centrifugal KU, firstly, does not provide the necessary accuracy of fuel metering at high pressure on the nozzles of the gas turbine engine and, secondly, does not have a linear characteristic G _T = f (k · n _us. ), those. flow rate as a function of speed, where k is the coefficient of proportionality required for software control of fuel consumption for the use of simple algorithms in the computer of the electronic control unit. In addition, the coolant pumping scheme is not effective enough, because in the electric motor, only the stator is washed and only from the outside, and heat is removed from the converter through several walls of the mating housings. The sequence of placement of the electric motor and the pumping unit in the fluid flow, where the electric motor is installed at the fluid outlet from the pump unit, is not optimal from the point of view of ensuring reliable operation of the compressor unit at low fluid temperatures, especially with high viscosity.

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_T=f(k·n_нас.), а также с повышенной эффективностью теплоотвода от электрической части конструкции качающего узла и теплонапряженной части электронного блока.The technical result, which the utility model aims to achieve, is to create a fuel supply and control system with a wet-wet electrically driven pumping unit, ensuring operation in a wide range of operating temperatures, taking into account the high viscosity of the fuel, ensuring uniqueness and linearity of the characteristic G _T = f (k · N _us. ), As well as with increased efficiency of heat removal from the electrical part of the construction of the pumping unit and the heat-stressed part of the electronic unit.

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.To achieve a technical result in the fuel supply and control system of a gas turbine engine, comprising a pump assembly with an electric motor to which fuel is connected and an engine speed converter made in the form of an electronic engine speed control unit with a rotational speed sensor, the pump assembly is gear , the electric motor is installed at the fuel inlet in the flowing part of the pumping unit, and the electronic control unit is divided into two parts, with eat its low current portion is mounted on the swinging unit housing and the thermal stress - a fuel inlet portion of the flow pumping unit.

Датчик частоты вращения может быть установлен на валу электродвигателя, например, в проточной части качающего узла.The speed sensor can be mounted on the motor shaft, for example, in the flow part of the pumping unit.

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_T=f(k·n_нас.). 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.Distinctive features, namely, the implementation of the pumping unit gear, will expand the scope of the fuel supply and regulation system for small gas turbine engines and improve the metering accuracy of the pumping unit by providing characteristics G _T = f (k · n _us. ). Due to the placement of the electric motor at the fuel inlet in the flowing part of the pumping unit with washing of the surfaces of both the stator and the electric motor rotor, and due to the separation of the electronic unit into two parts, it is low-current and heat-stressed with its low-current part placed on the body of the pumping unit, and heat-stressed at the fuel inlet in the flowing part of the pumping unit, the structure is cooled. Thus, optimal cooling of heat-stressed sections of the system and heat removal to the fuel is achieved.

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.Installing a speed sensor on the motor shaft will improve the accuracy of the system and more efficient cooling of the sensor with fuel when placing it in the flow part of the pumping unit.

Предложенная система представлена на чертеже и описана ниже.The proposed system is presented in the drawing and described below.

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.The fuel supply and control system comprises a gear pumping unit with an electric motor installed in the housing 1 and an engine speed converter with an electronic engine speed control unit.

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.The pumping unit contains gears 2 and 3 mounted on bearings, and is connected by a shaft with an electric motor located in the flow part of the control unit. The electric motor contains a stator 4 and a rotor 5 mounted on the shaft in the direction of flow of the pumped fuel, and is electrically connected to the electronic control unit of the rotational speed of the electric motor. The electronic unit is divided into two parts: low-current 6, located on the housing 1 of the pumping unit, and heat-stressed 7, located at the fuel inlet in the flowing part of the pumping unit. Between the inner surface of the stator 4 and the outer surface of the rotor 5 there is a working gap used for the additional flow of cooling fuel. The stator shell 4 has direct contact with the fuel due to the recesses in the walls of the motor housing along the outer surface of the stator 4, which define the main passage of cooling fuel supplying the pumping unit.

На валу электродвигателя, в проточной части качающего узла установлен датчик 8 частоты вращения, связанный с электронным блоком.On the shaft of the electric motor, in the flow part of the pumping unit, a speed sensor 8 is installed, connected to the electronic unit.

Работает система следующим образом.The system works as follows.

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.Fuel from the tank with excess pressure enters the inlet to the pump unit, washing the electric motor (see arrows in the drawing). Fuel fills the flow cavities of the pump unit in such a way that it washes the heat-conducting wall of the heat-stressed part 7 of the electronic control unit and the pumping unit.

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.The main fuel flow, passing through the channels of the stator 4 and rotor 5, carries out heat removal from their elements subject to working heat. Then the fuel enters the input cavity of the gear pumping unit, fills the interdental spaces of the rotating gears 2 and 3, and through the pipeline enters the engine nozzles.

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.Thus, in the process of work, constant heat removal from heat-stressed elements of the system is carried out. When using viscous fuel, it better fills the interdental space of gears due to heating, which expands the scope of the system, for example, for small-sized gas turbine engines. Also, during the operation of a gas turbine engine in different modes, the necessary change in fuel consumption is carried out with high accuracy due to a change in the frequency of rotation of the electric motor controlled by an electronic unit that uses electrical signals from a speed sensor. The accuracy and reliability of operation is further enhanced by the location of the speed sensor in the flow part of the pumping unit.

Claims

1. The fuel supply and control system of a gas turbine engine, comprising a pumping unit mounted in the housing with an electric motor to which fuel is connected, and an engine speed converter configured as an electronic engine speed control unit with a rotational speed sensor, characterized in that the pumping unit is made gear, the electric motor is installed at the fuel inlet in the flowing part of the pumping unit, and the electronic control unit is divided into two parts, and its low-current part is mounted on the swinging unit housing and the thermal stress - a fuel inlet portion of the flow pumping unit.

2. The system according to claim 1, characterized in that the speed sensor is mounted on the shaft of the electric motor.

3. The system according to claim 2, characterized in that the speed sensor is installed in the flow part of the pumping unit.