RU21226U1

RU21226U1 - AIR BYPASS REGULATOR FROM AUXILIARY POWER UNIT COMPRESSOR

Info

Publication number: RU21226U1
Application number: RU2001115230/20U
Authority: RU
Inventors: Н.В. Вологодский; Е.Е. Зачатейский
Original assignee: ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро"
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2001-12-27

Abstract

1. Регулятор перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки (ВСУ) с регулируемым входным направляющим аппаратом (РВНА), содержащий измеритель расхода переменного перепада давлений, установленный в канале отбора воздуха от компрессора к потребителю сжатого воздуха, делитель величины абсолютного давления, вход которого соединен с измерителем расхода переменного перепада давления, элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом делителя величины абсолютного давления, а второй - с выходом измерителя расхода, усилитель, входные каналы которого соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими каналами силового привода клапана перепуска воздуха, отличающийся тем, что измеритель расхода выполнен с перенастраиваемой расходной характеристикой, а его регулировочный элемент кинематически связан с поворотными лопатками РВНА компрессора ВСУ.2. Регулятор по п. 1, в котором регулировочный элемент, кинематически связанный с поворотными лопатками РВНА компрессора ВСУ, выполнен в виде коаксиально установленного центрального тела.3. Регулятор по п.1, в котором измеритель расхода выполнен в виде трубы Вентури.1. The regulator bypass air from the compressor of the auxiliary power unit (APU) with an adjustable input guide vane (RVNA), comprising a variable pressure differential flow meter installed in the air intake channel from the compressor to the compressed air consumer, an absolute pressure divider, the input of which is connected to a variable differential pressure flow meter, a comparison element whose first input is connected to the output of the absolute pressure divider, and the second to the output of the flow meter , an amplifier whose input channels are connected to the output channels of the comparison element, and the output channels to the control channels of the power drive of the air bypass valve, characterized in that the flow meter is made with a tunable flow characteristic, and its adjustment element is kinematically connected with the rotary blades of the RVNA of the APU compressor. 2. The controller according to claim 1, wherein the adjusting element kinematically connected with the rotary blades of the RVNA of the APU compressor is made in the form of a coaxially mounted central body. The controller according to claim 1, in which the flow meter is made in the form of a venturi.

Description

Мкл.Г04Д27/00Ml. G04D27 / 00

Регулятор nei nycKa воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки.Regulator nei nycKa air from the compressor auxiliary power unit.

Заявленная полезная модель относится к автоматике и может быть использована в системах автоматического регулирования (САР) газотурбинных двигателей (ГТД), в частности, для обеспечения устойчивой работы компрессоров малоразмерных вспомогательных силовых установок (ВСУ) летательных аппаратов с регулируемым входным направляющим аппаратом (РВНА) 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 compressors of small auxiliary power units (APU) of aircraft with adjustable input guide device (RVNA) when changing air sampling by the consumer.

Известно устройство для защиты компрессора ВСУ от помпаж-а при изменении расхода воздуха, отбираемого от компрессора, (см.авт.св.СССР М580914, кл.Р 04 D S7/00), 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 которого соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими каналами струйного усилителя, один управляющий канал элементаA device is known for protecting the APU compressor against surging when the air flow rate taken from the compressor changes (see autostr.SSSR M580914, class P 04 D S7 / 00), comprising a housing with air inlet channels from the inlet and. from a narrow part of a measuring device that measures 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 source control channel to another com low pressure, while 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 to the power nozzle of the second jet element, the control channels of which are connected to the output channels of the comparison element, and the output with control channels of the jet amplifier, one control channel of the element

сравненрш соединен с выходом задатчика отношения давления, а другой - с узким сечением мерного устройства.the comparator is connected to the output of the pressure ratio setter, and the other to a narrow section of the measuring device.

Существенным недостатком этого устройства является высокое энергопотребление из-за наличия значительного числа струйшк 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.A significant disadvantage of this device is its high energy consumption due to the presence of a significant number of streams of elements consuming a large amount of compressed air, which does not allow the use of this device on small-sized APUs. 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, вьшолненное в виде трубы Вентури, вход и узкое сечение которой соединены с управляющими каналами сравнивающего устройства, а выходные каналы сравнивающего устройства - через струйный усилитель с управляющими каналами пневмопривода, управляющего клапаном перепуска воздуха (См.Вспомогательный газотурбинный двигатель ВСУ-10. Руководство по технической эксплуатации S1.00..P, раздел 49.51.10. Управление приводным компрессором. Описание и работа, 1983г., Предприятие B-2S85).Closest to the proposed technical solution is a device for controlling the air bypass due to the APU compressor, which contains a measuring device made in the form of a venturi, the inlet and narrow section of which are connected to the control channels of the comparing device, and the output channels of the comparing device through a jet amplifier with control channels of the pneumatic actuator controlling the air bypass valve (See Auxiliary gas turbine engine VSU-10. Technical Operation Manual S1.00..P, sect. at 49.51.10. Control of a drive compressor. Description and operation, 1983, Enterprise B-2S85).

Основньш недостатком данного устройства является ограниченная область его применения, так как оно обеспечивает устойчивую работу при изменении отбора воздуха потребителем только ВСУ с нерегулируеьлым направляющим аппаратом.The main disadvantage of this device is the limited scope of its application, since it provides stable operation when changing the air intake by the consumer only APU with an unregulated guide vane.

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 направляюшдм аппаратом,содержащемThe problem is solved in that in the air bypass regulator from the compressor of the auxiliary power unit with an adjustable inlet guiding apparatus containing

-измеритель рэ::хода переменного перепада давления, установленный в канале отбора воздуха от компрессора. к потребителю сжатого воздуха,-measurer re :: of the course of the variable differential pressure installed in the air intake channel from the compressor. to the consumer of compressed air,

-делитель величины абсолютного давления, вход которого соединен с измерителем расхода переменного перепада давления.- absolute pressure divider, the input of which is connected to a flow meter of variable differential pressure.

-элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом делителя величины абсолютного давления, а второй - с выходом измерителя расхода,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 каналшйи силового привода клапана перепуска воздуха.-amplifier, the input channels of which are connected to the output channels of the comparison element, and the output channels to the control channels of the power drive of the air bypass valve.

Причем, измеритель расхода переменного перепада выполнен с перенастраиваемой расходной характеристикой, а его регули-. ровочный элемент кинематически связан с поворотными лопатками РВНА компрессора ВСУ. Регулировочный элемент может быть выполнен в виде коаксиально установленного центрального тела, а измеритель расхода переменного перепада выполнен в виде трубы Вентури.Moreover, the flow meter variable differential is made with a customizable flow characteristics, and its regulation. the alignment element is kinematically connected with the rotary blades of the RVNA of the APU compressor. The adjusting element can be made in the form of a coaxially mounted central body, and the flow meter of the variable differential is made in the form of a venturi.

Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана схема регулятора перепуска воздуха из компрессора малоразмерной ВСУ, а на Фиг.Е характеристика коррекции раЬочей точки регулятора по положению РВНА.The proposed utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of an air bypass regulator from a small-sized APU compressor, and Fig. E shows a correction point of a regulator's operating point according to the position of the RVNA.

Регулятор перепуска воздуха из компрессора содержит корпус 1 и измеритель расхода переменного перепада 2 с перенастраиваемой расходной характеристикой, измеряющий ра::ход воздуха, отбираемого от компрессора к потребителю и основанный на измерении полного и статического давления. В проточной части измерителя радгхода 2 коаксиально установлен регулировочный элемент 3, кинематически связш1ный с поворотными лопатками РВНА компрессора ВСУ. Каналы 4 и 5 служат для подвода воздуха к регулятору перепуска воздуха, соответственно, с давлением РК и Рвент от измерителя расхода переменного перепада 2. Делитель б величины абсолютного давления воздуха, выполнен в виде двухдроссельного воздушного редуктора, являющегося задатчиком рабочей точки регулятора, у которого один дроссель 7 соединен с каналом 4, а другой 8,регулируемый, - с источником низкого давления (например, с давлением РН). Междроссельная камера делителя 6 соединена каналом 9 со входом элемента сравнения 10, второй канал которого соединен с каналом 5 подвода воздуха от измерителя расхода S. Выходные каналы элемента сравнения 10 соединены с управляющими каналами 11 и 12 усил11теля 13, нш1ример, струйного типа, имеющего один и более последовательно подключенных усилрттелей 14. Сопло питания 15The air bypass regulator from the compressor comprises a housing 1 and a variable differential flow meter 2 with a configurable flow characteristic, which measures the flow of air taken from the compressor to the consumer and based on the measurement of total and static pressure. In the flow part of the radhhod meter 2, a control element 3 is coaxially installed, kinematically connected to the rotary blades of the RVNA of the APU compressor. Channels 4 and 5 are used to supply air to the air bypass regulator, respectively, with the pressure of RK and RVENT from a variable differential flow meter 2. The divider b of the absolute air pressure is made in the form of a two-throttle air reducer, which is the master of the operating point of the regulator, in which one the throttle 7 is connected to the channel 4, and the other 8, adjustable, with a low pressure source (for example, with a pH pressure). The inter-throttle chamber of the divider 6 is connected by a channel 9 to the input of the comparison element 10, the second channel of which is connected to the air supply channel 5 from the flow meter S. The output channels of the comparison element 10 are connected to the control channels 11 and 12 of the amplifier 13, 1 example, of an inkjet type having one and more series-connected amplifiers 14. Power nozzle 15

.й У/ГД.y U / DG

усилителей 14 через согласующий дроссель 16 соединено с каналом 4. Выходные 17 и 18 струйного усилителя 13 подшпочаются к управляюпщм полостям пневмопривода клапана перепуска воздуха (КПВ).amplifiers 14 through a matching choke 16 is connected to the channel 4. The output 17 and 18 of the jet amplifier 13 are podshpochivaem to the control cavities of the pneumatic actuator of the air bypass valve (CPV).

Для уменьшения потерь давления мерное устройстве измерителя расхода переменного перепада и вьшолно в виде трубы Венту ри, а регулировочный элемент 3 установлен коаксиально в его проточной части как центральное тело, кинематически связанное с поворотными лопатками РВНА компрессора ВСУ.To reduce pressure losses, the measuring device of the variable differential flow meter is completely in the form of a Venturi pipe, and the adjusting element 3 is mounted coaxially in its flow part as a central body kinematically connected with the rotary blades of the RVNA of the APU compressor.

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

В процессе запуска ВСУ лопатки регулируемого входного направляющего аппарата находятся а полностью закрытом положении, коаксиально ра:положенный в измерителе расхода Е регулировочный элемент 3, кинематически связанный с лопатками РВНА, устанавливается в положение, обеспечивающее закрытие клапана перепуска. Воздух по каналу 4 со входа в измеритель расхода S с давлением РК поступает через согласующие дроссели 16 в сопла питания 15 струйных элементов 14, а также через дроссель 7 в междроссельную камеру делителя 6 и по каналу - 9 в элемент сравнения 10. В то же время по каналу 5 воздух с давлением Рвент поступает на другой вход элемента сравнения 10.In the process of starting the APU, the blades of the adjustable inlet guide vane are in the fully closed position, coaxially mounted: the adjustment element 3, which is kinematically connected with the RVNA blades, is installed in the flow meter E and is set to close the bypass valve. Air through channel 4 from the inlet of the flow meter S with the pressure of the RK enters through the matching chokes 16 into the power nozzles 15 of the jet elements 14, as well as through the choke 7 into the inter-throttle chamber of the divider 6 and through the channel 9 into the comparison element 10. At the same time through channel 5, air with pressure Rvent enters the other input of the comparison element 10.

При выходе двигателя- на номинальный режим РВНА устанавливается в раСОчее положение, и связанный с поворотными лопатками РВНА регулировочный элемент 3 перенастршшает характеристику измерителя расхода 2, согласно заданной программе (см.Рис.S),на рабочую точку в режиме регулирования приведенного по параметрам за компрессором массового расхода воздуха, отбираемого от компрессора.When the engine exits to the nominal mode, the RVHA is set to the off position, and the adjusting element 3, connected with the rotary blades of the RVHA, retunes the characteristic of the flow meter 2, according to the specified program (see Fig. S), to the operating point in the regulation mode given for the compressor mass air flow taken from the compressor.

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

GKH ек(288/Тк)(Рк/1.033) idem,GKH ek (288 / Tk) (Rk / 1.033) idem,

где Орсп приведенный по параметрам за компрессором массовый расход воздуха, отбираемый от ВСУ, при котором обеспечивается безпомпажный режим работы компрессора;where Osp is the air mass flow shown by the parameters behind the compressor, taken from the APU, which ensures compressor operation without fail;

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

TK - абсолютна температура воздуха (в градусах Кельвина) за иомпрессором;TK - absolute air temperature (in degrees Kelvin) behind the compressor;

РК - абсолютное давление воздуха за компрессором.RK is the absolute air pressure behind the compressor.

Реализация этого закона достигается поддержанием неизменным отношения абсолютных давлений Рвент и РК на мерном устройстве (трубе Вентури), измерителя расхода S, через которое проходит воздух, отбираемый от компрессора ВСУ к потребителю, т.е. поддержсшиемThe implementation of this law is achieved by maintaining unchanged the ratio of the absolute pressure Rwent and RK on the measuring device (Venturi pipe), flow meter S, through which air is taken from the APU compressor to the consumer, i.e. support

где KBO величина отношения давлений, при которой приведенный к местным пщзаметрам ра1зход воздуха через мерное сужающее устройство измерителя расхода 2 при заданном положении РВНА равен ВкпНа режиме регулирования расхода воздух с давлением РК со входа в измеритель расхода S подается на вход делителя 6, на1зтроенного регулируемым дросселем 8 (при полностью открытом положении лопаток натравляющего аппарата) на отношениеwhere KBO is the value of the pressure ratio at which the air flow through the measuring device 2 reduced to local flowmeters at the specified position of RVNA is equal to Vkp.In the flow control mode, air with pressure RK from the inlet to the flow meter S is supplied to the input of the divider 6, connected to the adjustable choke 8 (with the fully open position of the blades of the etching apparatus) on the ratio

где Рд - давление в междроссельной полости делителя б, соединенной каналом 9 со входом струйного элемента сравнения 10.where Rd is the pressure in the inter-throttle cavity of the divider b, connected by a channel 9 to the input of the inkjet comparison element 10.

Одновременно , воздух с давлением Рвент от мерного устройства подается по каналу 5. В элементе сравнения 10 давление Рвент сравнивается с давлением Рд при этом в управляющих каналах 11 и 12 элемента сравнения 10 формируется сигнал в виде перепада, давлений, пропорциональный перепаду давлений (Рвент Рд)At the same time, air with a pressure of RVENT from the measuring device is supplied through channel 5. In the element of comparison 10, the pressure RVENT is compared with the pressure Rd, while in the control channels 11 and 12 of the element of comparison 10 a signal is generated in the form of differential, pressure, proportional to the differential pressure (RVENT Rd)

упр (PBQHT Рд) Jcontrol (PBQHT Rd) J

PEQHT/PK KBO const,PEQHT / PK KBO const,

РД/РК KBO,RD / RK KBO,

KDTCfpbm усиливается усилителем 13 и далее поступает в управляющие каналы пневмопривода клапана перепуска воздуха.KDTCfpbm is amplified by an amplifier 13 and then enters the control channels of the pneumatic actuator of the air bypass valve.

При увеличении расхода воздуха, отбираемого от ВСУ, при неизменном положении напр ляющего аппарата и давления РК давление Рвент в узкой части мерного устройства измерителя расхода уменьшается., вследствие чего уменьшается и отношение PBSHT/PKJ а следовательно, и давлеште воздуха, подводимого по каналу 5 к элементу сравнения 10, при неизменном давлении Рд, подводшлом от делителя 6 к управляющему каналу 9 элемента сравнения 10. На выходе элемента сравнения 10 формируется пневматический сигнал, пропорциональный отрицательному перепаду ДРупрл который затем усиливается усилителем 13, и воздействует на пневмопривод, который начинает перемеща.ть КПВ в сторону уменьшения площади перепуска, снижая расход воздуха, отбираемого от ВСУ, и отношение Рвент/Рк увеличивается. КПВ будет прикрываться до тех пор, пока PBSHT не станет равным Рд и ДРупр О, а Рвент/Рк KBO.With an increase in the flow rate of air taken from the APU, with a constant position of the pressure apparatus and pressure of the RC, the Rvent pressure in the narrow part of the measuring device of the flow meter decreases. As a result, the PBSHT / PKJ ratio and, consequently, the pressure of the air supplied through the 5 the comparison element 10, at a constant pressure Rp, which is sub-connected from the divider 6 to the control channel 9 of the comparison element 10. At the output of the comparison element 10, a pneumatic signal is generated proportional to the negative differential then amplified by the first amplifier 13 and acts on the actuator which starts peremescha.t CPV downward bypass area, reducing the flow rate of air bleed from the APU and the ratio Rvent / Fk increases. CPV will cover itself until PBSHT becomes equal to Rd and Dgr O, and Rwent / Rk KBO.

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

При изменении положения поворотных лопаток РВНА, регулировочный элемент 3, связанный с поворотными лопатками направляющего штпарата, перенастраивает характеристику измерителя расхода 2 по заданной профилем элемента 3 программе, изменяя величину ра::хода воздуха, отбираемого от компрессора, соответствующего величине KBO на рабочей точке регулятора. Профиль рабочей части регулировочного элемента 3, обуславливающий програ1ушу изменения характеристики измерителя расхода, определяется характеристикалли компрессора.When changing the position of the rotary blades of the RVNA, the adjusting element 3, connected with the rotary blades of the guide unit, retunes the characteristic of the flow meter 2 according to the program set by the profile of the element 3, changing the quantity of air :: air taken from the compressor corresponding to the KBO value at the operating point of the regulator. The profile of the working part of the adjusting element 3, which determines the program for changing the characteristics of the flow meter, is determined by the characteristics of the compressor.

Такрм образом,выполнение измерителя расхода 2 с перенастраиваемой расходной характеристикой, у которого регулировочный элемент 3 кинематически связан с поворотными лопатками РВНА компрессора ВСУ и выполнен в виде коаксиально установленного центрального тела, 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, При этом, коаксиальное расположение в проточной чэгти измерителя расхода элемента 3 и исполнение измерителя расхода 2 в виде трубы Вентури обеспечивают уменьшение потерь давления в канапе от ВСУ к потребителю.Thus, the implementation of a flow meter 2 with a reconfigurable flow characteristic, in which the adjusting element 3 is kinematically connected to the rotary blades of the RVNA compressor of the APU and is made in the form of a coaxially mounted central body, ensures stable operation of the compressor when the air intake by the consumer changes, by optimizing the flow rate of the bypass air ( maintaining the optimal pressure ratio on the measuring device) at various positions of the blades of the RVNA compressor of the APU, while the coaxial The location in the flow chagti of the flow meter of element 3 and the design of the flow meter 2 in the form of a Venturi pipe reduce pressure losses in the canapes from the APU to the consumer.

//5250// 5250

- 7 РЕГУЛЯТОР- 7 REGULATOR

Claims

1. The regulator bypass air from the compressor of the auxiliary power unit (APU) with an adjustable input guide vane (RVNA), containing a flow meter of variable differential pressure installed in the air intake channel from the compressor to the consumer of compressed air, the absolute pressure divider, the input of which is connected to a variable differential pressure flow meter, a comparison element whose first input is connected to the output of the absolute pressure divider and the second to the output of the flow meter , an amplifier whose input channels are connected to the output channels of the comparison element, and the output channels to the control channels of the power drive of the air bypass valve, characterized in that the flow meter is made with a tunable flow characteristic, and its adjustment element is kinematically connected with the rotary blades of the RVNA of the APU compressor.

2. The controller according to claim 1, in which the adjusting element kinematically connected with the rotary blades of the RVNA of the APU compressor is made in the form of a coaxially mounted central body.

3. The controller according to claim 1, in which the flow meter is made in the form of a venturi.