RU19882U1

RU19882U1 - AIR BYPASS REGULATOR FROM AUXILIARY POWER UNIT COMPRESSOR

Info

Publication number: RU19882U1
Application number: RU2001109314/20U
Authority: RU
Inventors: Н.В. Вологодский; Е.Е. Зачатейский
Original assignee: ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро"
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2001-10-10

Description

Заявленная полезная модель относится к автоматике и может быть использована в системах автоматического регулирования (САР) газотурбинных двигателей (ГТД), в частности, для обеспечения устойчивой работы малоразмерных вспомогательных силовых установок (ВСУ) летательных -аппаратов с регулируемым направляющим аппаратом при изменении отбора воздуха потребителем,The claimed utility model relates to automation and can be used in automatic control systems (ATS) of gas turbine engines (GTE), in particular, to ensure the stable operation of small-sized auxiliary power units (APU) of aircraft-devices with adjustable guiding apparatus when the air intake is changed by the consumer,

Известно устройство для защиты ВСУ от помпажа при изменении расхода перепускаемого воздуха,(см,авт.ев,СССР №1580914, кл.Р 04 D 27/00), содержащее корпус с каналами подвода давления воздуха со входа и из узкой части мерного устройства, измеряющего расход воздуха, отбираемого от компрессора, задатчик блокировки клапана перепуска, струйный блок управления клапаном перепуска воздуха, первый струйный элемент которого управляющим каналом соединен с узким сечением профилированного сопла, а другим управляющим каналом - с источником низкого давления, при этом его выходной канал соединен с одним из выходных каналов струйного усилителя, соединенного с пневмоприводом клапана перепуска воздуха, а другой выходной канал -. с соплом питания второго струйного элемента, управляющие каналы rf которого соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими каналами струйного усилителя, один управляющий канал элемента сравнения соединен с выходом задатчика отношения давления, а другой - с узким сечением мерного устройства.A device for protecting the APU from surging when changing the flow rate of bypassed air, (see ed., USSR No. 1580914, class P 04 D 27/00), comprising a housing with channels for supplying air pressure from the inlet and from the narrow part of the measuring device, measuring the flow rate of air taken from the compressor, a bypass valve blocking switch, an air bypass valve control unit, the first jet element of which is connected to a narrow section of a profiled nozzle by a control channel and a low pressure source by another control channel, etc. and this, its output channel is connected to one of the output channels of the jet amplifier connected to the pneumatic actuator of the air bypass valve, and the other output channel is. with a power nozzle of the second jet element, the control channels rf of which are connected to the output channels of the comparison element, and the output channels are connected to the control channels of the jet amplifier, one control channel of the comparison element is connected to the output of the pressure ratio adjuster, and the other with a narrow section of the measuring device.

Существенным недостатком этого устройства является высокое энергопотребление из-за наличия значительного числаA significant drawback of this device is its high power consumption due to the presence of a significant number

струйных элементов, потребляющих большое количество сжатого воздуха, что не позволяет использовать данное устройство на малоразмерных ВСУ. Кроме того, недостатком является несовместимость его статической характеристики с параметрами двигателей с регулируемым направляющим аппаратом.jet elements consuming a large amount of compressed air, which does not allow the use of this device on small-sized APU. In addition, the disadvantage is the incompatibility of its static characteristics with the parameters of engines with an adjustable guide vane.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для регулирования перепуска воздуха из-за компрессора ВСУ содержащее мерное устройство, выполненное в виде трубы Вентури, вход и уэкое сечение которой соединен с управляющими каналами сравнивающего устройства, а выходные каналы сравнивающего устройства через струйный усилитель с управляющими каналами пневмопривода, управляющего клапаном перепуска воздуха ССм,Вспомогательный газотурбинный двигатель ВСУ-10. Руководстве по технической эксплуатации 21.00.020.PS2, раздел .10, управление приводным компрессором. Описание и работа. 1983г. Предприятие Б-2285).Closest to the proposed technical solution is a device for controlling the air bypass due to the APU compressor containing a measuring device made in the form of a venturi, the inlet and cross section of which is connected to the control channels of the comparison device, and the output channels of the comparison device through the jet amplifier with control channels pneumatic actuator controlling the air bypass valve SSm, Auxiliary gas turbine engine VSU-10. Technical Operation Manual 21.00.020.PS2, Section .10, Drive Compressor Control. Description and work. 1983 Enterprise B-2285).

Основным недостатком данного устройства является ограниченная область его применения, так как оно обеспечивает устойчивую работу только БСУ с нерегулируемым направляющим аппаратом при изменении отбора воздуха потребителем.The main disadvantage of this device is the limited scope of its application, since it ensures the stable operation of only BSU with an unregulated guiding apparatus when changing the air intake by the consumer.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства для автоматического регулирования газотурбинных двигателей, обеспечивающего устойчивую работу служебного компрессора с регулируемым входным направляющим аппаратом.The task to which the claimed utility model is directed is to create a device for automatic regulation of gas turbine engines, which ensures stable operation of the service compressor with an adjustable inlet guide vane.

Поставленная задача решается тем, что в регуляторе перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки с регулируемым входным аппаратом iFBHA), содержащем корпус с каналом подвода воздуха от расходомера,The problem is solved in that in the air bypass regulator from the compressor of the auxiliary power unit with an adjustable inlet apparatus iFBHA), comprising a housing with an air supply channel from the flow meter,

-делитель величины абсолютного давления, вход которого соединен со входом расходомера переменного перепада давления-, предназначенного для измерения расхода воздуха отбираемого от компрессора,- absolute pressure divider, the input of which is connected to the input of the flow meter of a variable differential pressure, designed to measure the air flow taken from the compressor,

-элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом делителя величины абсолютного давления, а второй с выходом расходомера,-a comparison element, the first input of which is connected to the output of the divider of the absolute pressure value, and the second to the output of the flow meter,

-усилитель, входные каналы которого соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими-amplifier whose input channels are connected to the output channels of the comparison element, and the output channels to the control

каналами привода клапана перепуска воздуха, в канале между выходом расходомера и элемента сравнения установлен дополнительный делитель величины абсолютного давления,снабженный регулировочным элементом,кинематически связанным с лопатками РВНА компрессора ВСУ,the air bypass valve drive channels, in the channel between the flowmeter output and the comparison element, an additional absolute pressure divider is installed, equipped with an adjustment element kinematically connected to the blades of the RVNA of the APU compressor,

Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами, где на Фиг.1 показана схема регулятора перепуска воздуха из компрессора малоразмерной ВСУ; на Фиг.2 - характеристика коррекции рабочей точки регулятора по положению РВНА.The proposed utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of an air bypass regulator from a small-sized APU compressor; figure 2 - characteristic correction of the operating point of the regulator by the position of the RVNA.

Регулятор перепуска воздуха из компрессора с регулируемым входным направляющим аппаратом вспомогательной силовой установки содержит корпус 1, каналы 2 и 3 для подвода воздуха к регулятору перепуска воздуха,соответственно с давлениями Рк и Рвент от расходомера переменного перепада, измеряющего расход воздуха, отбираемого от компрессора, например, мерной шайбы, или другого типа,основанного на измерении полного и гтатическогс давлений, делитель 4 величины абсолютного давления воздуха,являющийся задатчиком рабочей точки регулятора и выполненного в виде двухдроссельного воздушного редуктора, у которого первый дроссель 5 соединен с каналом 2, а второй б регулируемый, с источником низкого давления (например, с давлением Рн);The air bypass regulator from the compressor with an adjustable inlet guide apparatus of the auxiliary power unit contains a housing 1, channels 2 and 3 for supplying air to the air bypass regulator, respectively, with pressures Pk and Rwent from a variable differential flow meter that measures the air flow taken from the compressor, for example, measuring washer, or another type based on the measurement of total and static pressures, a divider 4 of the absolute air pressure, which is the setpoint of the operating point of the regulator and nennogo as air dvuhdrosselnogo gear, wherein the first inductor 5 is connected to the channel 2, and the second adjustment used with low pressure source (e.g., with pressure Ph);

Корректор рабочей точки регулятора по положению РВНА также выполнен в виде пневматического делителя абсолютного давления 7, реализованного в виде воздушного редуктора, у которого вход первого дросселя 8 соединен с каналом 3, а выход второго регулируемого дросселя 9, регулировочный элемент 1C которого кинематически связан с поворотными лопатками РВНА с источником низкого давления, Междроссельные камеры делителей 4 и 5 соединены каналами 11, 12 с элементом сравнения 13.Выходные каналы элемента сравнения 13 соединены с управляющими каналами 14 и 15 усилителя 16, например струйного типа, имеющего один и более последовательно подключенных струйных элементов 17,у которых сопло питания 18 через согласующий дроссель 19 соединено с каналом 2. Выходные каналы 20 и 21 струйного усилителя 15 подключены к управляющим полостям пневмопривода клапана перепуска воздуха (КПЕ).The corrector of the operating point of the regulator by the position of the RVNA is also made in the form of a pneumatic absolute pressure divider 7, implemented as an air reducer, in which the input of the first throttle 8 is connected to the channel 3, and the output of the second adjustable throttle 9, the adjusting element 1C of which is kinematically connected with the rotary blades RVNA with a low pressure source, The inter-throttle chambers of the dividers 4 and 5 are connected by channels 11, 12 to the comparison element 13. The output channels of the comparison element 13 are connected to the control channels 14 and 15 an amplifier 16, for example, of an inkjet type having one or more series-connected inkjet elements 17, in which a power nozzle 18 is connected to a channel 2 through a matching inductor 19. The output channels 20 and 21 of the jet amplifier 15 are connected to the control cavities of the pneumatic drive of the air bypass valve (KPI) .

Регулятор перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки работает следующим образом.The regulator bypass air from the compressor auxiliary power unit operates as follows.

В процессе запуска ВСУ, поворотные лопатки входного направляющего аппарата находятся в полностью закрытом положении, воздух по входному каналу Ј ее входа в расходомер с давлением РК поступает одновременно через согласующие дроссели 19 в сопла питания 18 струйных элементов 16 и через нерегулируемый дроссель 5 в междрсссельную камеру первого делителя 4. В то же время по каналу 3 воздух с давлением Рэент поступает через нерегулируемый дроссель 8 в междроссельную камеру второго делителя 7, при этом перенастраиваемый регулировочным элементом 10 по положению РВНА регулируемый дроссель 9, и кинематически связанный с поворотными лопатками РВНА, устанавливается в положение обеспечивающее полное открытие клапана перепуска.In the process of starting the APU, the rotary blades of the inlet guide vane are in the fully closed position, the air through the inlet channel Ј of its inlet to the flowmeter with the pressure of the RK enters simultaneously through the matching chokes 19 into the power nozzles 18 of the jet elements 16 and through the unregulated choke 5 into the inter-chamber chamber of the first divider 4. At the same time, through the channel 3, air with a pressure of Reent enters through the unregulated throttle 8 into the inter-throttle chamber of the second divider 7, while being reconfigurable by the adjusting element 10 p RVNA adjustable throttle position 9, and kinematically connected to the rotary blades RVNA, set to ensure full opening of the bypass valve.

При выходе двигателя на номинальный режим РВНА устанавливается в рабочее положение и связанный с поворотными лопатками РВНА регулировочный элемент 10 переменного дросселя 9 перенастраивает согласно заданной программе .см.Рис.Ј) делитель 7 на рабочую точку в режиме регулирования массового расхода воздуха потребителем,приведенного к параметрам за приводным компрессором.When the engine reaches the rated mode, the RVHA is set to the operating position and the adjusting element 10 of the variable inductor 9 connected to the rotary blades of the RVHA reconfigures according to the specified program. See Fig. Ј) the divider 7 to the operating point in the mode of regulating the mass air flow by the consumer, reduced to the parameters behind the drive compressor.

Если положение РВНА не меняется, устойчивая работа компрессора вспомогательной силовой установки на рабочих режимах обеспечивается поддержанием неизменным параметра ВкП,If the position of the RVNA does not change, the stable operation of the compressor of the auxiliary power unit in operating modes is ensured by maintaining the VKP parameter unchanged,

Окп GK i288ТК)°5/ЈРК1.033) idem,Okp GK i288ТК) ° 5 / ЈРК1.033) idem,

Окп приведенный по параметрам за компрессором массовый расход воздуха, отбираемый от ВСУ, при котором обеспечивается безпомпажный режим работы компрессора с заданным коэффициентом ус тойчивос ти;OKP is the air mass flow shown by the parameters behind the compressor, taken from the APU, at which compressor operation with a given stability factor is ensured;

GK - массовый расход воздуха,отбираемый от компрессора;GK - mass air flow taken from the compressor;

Тк - абсолютная температура воздуха (в градусах Кельвина) за компрессором;Tk - absolute air temperature (in degrees Kelvin) behind the compressor;

Рк - абсолютное давление воздуха за компрессором.Pk - absolute air pressure behind the compressor.

Реализация этого закона достигается поддержанием неизменным отношения абсолютных давлений на мерном сужающем устройстве (мерной шайбе),через которое проходит воздух, отбираемый от компрессора БСУ, т.е. поддержаниемThe implementation of this law is achieved by maintaining unchanged the absolute pressure ratio on the measuring constriction device (measuring washer), through which the air taken from the BSU compressor passes, i.e. maintaining

PB&HTPK КБс const,PB & HTPK KBS const,

где Кв о величина отношения давлений, при котором приведенный по местным параметрам расход воздуха через мерное сужающее устройство расходомера при заданном положении РВНА равен 8КП.where Kv is the value of the pressure ratio at which the local air flow rate through the measuring constriction device of the flow meter for a given position of RVNA is 8KP.

На режиме регулирования расхода воздух с давлением Рк со входа в расходомер подается на вход делителя 4,настроенного регулируемым дросселем 6 (при полностью открытом положении лопаток направляющего аппарата1 на отношение Р5Рк Кво..In the flow control mode, air with pressure Рк from the inlet to the flowmeter is fed to the input of the divider 4, tuned by an adjustable throttle 6 (with the fully open position of the vanes of the guide vane 1 to the ratio Р5Рк Кв ..

где PS - давление в междроссельной полости редуктора, соединенной со входом в управляющий канал 12 элемента сравнения 13.where PS is the pressure in the throttle cavity of the gearbox connected to the input to the control channel 12 of the comparison element 13.

Одновременно,воздух с давлением Рвент от расходомера подается в делитель 7, который регулируемым дросселем 9 с регулировочным элементом 10, связанным с поворотными лопатками РВНА, настраивается на отношение РгРвант воAt the same time, air with a pressure of Rvent from the flow meter is supplied to a divider 7, which is adjusted by an adjustable throttle 9 with an adjusting element 10 connected to the rotary blades of the RVNA to the ratio RgRvant in

где РЗ - давление в междроссельней полости, соединенной со входом в управляющий канал 11 струйного элемента 13.where RP is the pressure in the inter-throttle cavity connected to the entrance to the control channel 11 of the jet element 13.

В струйном элементе 13 давление РЗ сравнивается с давлением PS, при этом на выходе его в каналах 14 и 15 формируется сигнал, пропорциональный перепаду давления ДРупр( к° торый усиливается усилителем 16 и поступает в управляющие каналы пневмопривода клапана перепуска воздуха.In the jet element 13, the pressure of the RE is compared with the pressure PS, while at the output of it in the channels 14 and 15 a signal is generated proportional to the differential pressure DRupr (which is amplified by the amplifier 16 and enters the control channels of the pneumatic drive of the air bypass valve.

При увеличении расхода воздуха, отбираемого от ВСУ, при неизменном положении направляющего аппарата и давления Рк, вследствие уменьшения давления PBQHT в узкой части мерного устройства расходомера падает отношение РвентРк. а следовательно, и давление воздуха РЗ, подводимого по каналу 3 через редуктор 7 по каналу 11 к элементу сравнения 13, при неизменном давлении PS, подводимом от редуктора задатчика 4 к управляющему каналу 12 элемента 13. На выходе струйного элемента 13 формируется пневматический сигнал, пропорциональный отрицательному перепаду ДРупр который затем усиливается струйным усилителем 16 и воздействует на пневмопривод,который начинает перемещать КПВ в сторону уменьшения площади перепуска,снижая расход воздуха, отбираемого от ВСУ, и отношение PBQHTPR Уве- г JQ9 3/frWith an increase in the air flow taken from the APU, with a constant position of the guide vane and pressure Pk, due to a decrease in the pressure PBQHT in the narrow part of the measuring device of the flow meter, the RventRk ratio decreases. and consequently, the pressure of the air of the rare-earth element supplied through channel 3 through the reducer 7 through channel 11 to the comparison element 13, at a constant pressure PS supplied from the reducer of the setter 4 to the control channel 12 of element 13. A pneumatic signal is generated at the output of the jet element 13 negative difference DRupr which is then amplified by the jet amplifier 16 and acts on the pneumatic actuator, which begins to move the CPV in the direction of reducing the bypass area, reducing the flow rate of air taken from the APU, and the ratio PBQHTPR JQ9 3 / fr

личивается, КПВ будет закрываться до тех пор, пока РЗ не станет равным PS и ДРуПр 0, а РВЙНТ-РК Ь:во,lingers, CPV will be closed until РЗ becomes equal to PS and ДруПр 0, and РВЙНТ-РК Ь: в,

Аналогично протекает переходный процесс при уменьшении расхода воздуха, отбираемого от ВСУ,The transition process proceeds similarly with a decrease in the flow rate of air taken from the APU,

При изменении положения поворотных лопаток РВНА регулировочный элемент 10 дросселя 9 перенастраивает делитель 7,изменяя коэффициент редукции КВс по заданной профилем дросселяWhen changing the position of the rotary blades RVNA, the adjusting element 10 of the throttle 9 reconfigures the divider 7, changing the coefficient of reduction of KVS according to the specified profile of the throttle

9программе. Программа изменения рабочей точки регулятора клапана перепуска воздуха, представленная на Фиг.Ј, определяется характеристиками компрессора,9program. The program for changing the operating point of the air bypass valve regulator shown in Fig. Ј is determined by the characteristics of the compressor,

Таким образом,введение в канал между выходом расходомера и элементом сравнения 13 дополнительного делителя величины абсолютных давлений,снабженного регулировочным элементомThus, the introduction into the channel between the output of the flowmeter and the comparison element 13 of an additional divider of the absolute pressure value, equipped with an adjustment element

10и кинематически связанным с лопатками РВНА компрессора ВСУ,обеспечивает устойчивую работу компрессора при изменении отбора воздуха потребителем путем оптимизации расхода перепускаемого воздуха (поддержанием оптимального отношения давлений на мерном устройстве) при различных положениях лопаток РВНА компрессора ВСУ.10 and kinematically connected with the blades of the RVNA of the APU compressor, ensures stable operation of the compressor when the air intake by the consumer changes by optimizing the flow rate of the bypassed air (maintaining the optimal pressure ratio on the measuring device) at different positions of the blades of the RVNA of the APU compressor.

Г енераль ныи директор J--. А/А. Куль ковGeneral Director J--. A / A. Kul kov

ҐҐ

Claims

An air bypass regulator from an auxiliary power unit compressor (APU) with an adjustable compressor inlet guide (RVNA), comprising an absolute pressure divider, the input of which is connected to the input of a variable pressure differential flow meter designed to measure the air flow taken from the compressor, a comparison element, the first input of which is connected to the output of the absolute pressure divider, and the second to the output of the flowmeter, an amplifier whose input channels are connected to the output channels of the comparison element, and the output channels with control channels of the air bypass valve actuator, characterized in that an additional absolute pressure divider is installed in the channel between the flowmeter output and the comparison element, equipped with an adjustment element kinematically connected to the blades of the RVNA of the APU compressor.