RU2425238C2

RU2425238C2 - Gas turbine engine control device

Info

Publication number: RU2425238C2
Application number: RU2009107244/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Дудкин (RU); Юрий Петрович Дудкин; Виктор Александрович Гладких (RU); Виктор Александрович Гладких; Геннадий Викторович Фомин (RU); Геннадий Викторович Фомин
Original assignee: Открытое акционерное общество "СТАР"
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2011-07-27
Also published as: RU2009107244A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention can be used in automatic control systems of gas turbine engines (GTE). GTE control device includes fuel pump the outlet of which is connected to compressor mechanisation regulator and connected to fuel supply line to engine, in which there in series installed is metering device and distributing valve (DV); at that, metering device is connected to regulator of engine operating mode and to electronic alarm and control unit (ERD), and electromagnetic stop valve (SV) of engine is connected to fuel supply line to engine, sensor unit (SU) connected to regulators of engine operating mode, compressor mechanisation and ERD; in addition, there introduced is electromagnet (EM) and valve of minimum pressure (VMP), which are connected to regulator of engine operating modes; at that, inlet of electromagnet is connected to ERD.

EFFECT: higher operating reliability of GTE and aircraft flight safety.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in automatic control systems (ACS) for gas turbine engines (GTE).

Известно устройство для управления ГТД, содержащее последовательно соединенные топливный насос, дозирующую иглу с датчиком перепада давлений и перепускным клапаном, полость задания перепада давлений которого соединена с выходами тахометрических регуляторов переходных и статических режимов (авторское свидетельство СССР №869407, МКИ F02C 9/46, 1980 г.).A device for controlling a gas turbine engine is known, comprising a fuel pump in series, a metering needle with a differential pressure sensor and a bypass valve, the differential pressure setting cavity of which is connected to the outputs of the tachometric regulators of transient and static modes (USSR author's certificate No. 869407, MKI F02C 9/46, 1980 g.).

Недостатком известного устройства является его низкая эффективность на переходных режимах работы двигателя.A disadvantage of the known device is its low efficiency in transient engine operation.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является устройство для управления ГТД, содержащее топливный насос, выход которого подключен к регулятору механизации компрессора и соединен с магистралью подачи топлива в двигатель, в которой последовательно установлены дозатор и распределительный клапан (РК), причем дозатор подключен к регулятору режима работы двигателя и к электронному блоку сигнализации и управления (ЭРД), а к магистрали подачи топлива в двигатель подключен электромагнитный клапан останова (КО) двигателя (авторское свидетельство СССР №824707, МКИ F02C 9/26, 1979 г.).Closest to this invention in technical essence is a gas turbine engine control device comprising a fuel pump, the output of which is connected to a compressor mechanization regulator and connected to a fuel supply line to the engine, in which a dispenser and a distribution valve (PK) are installed in series, the dispenser being connected to to the engine operating mode regulator and to the electronic signaling and control unit (ERE), and the stop solenoid valve (KO) is connected to the fuel supply line to the engine A (certificate of authorship USSR №824707, IPC F02C 9/26, 1979).

Недостатком этого устройства является его низкая эффективность на ряде режимов работы двигателя.The disadvantage of this device is its low efficiency in a number of engine operating modes.

Это приводит к следующему.This leads to the following.

Регулятор режима работы двигателя работает на переходных режимах по законуThe engine operating mode regulator operates in transient conditions according to the law

где G_т _зад - заданный расход топлива в камеру сгорания (КС) двигателя,where G _t _ass - a given fuel consumption in the combustion chamber (KS) of the engine,

n_тк - частота вращения ротора турбокомпрессора двигателя,n _TC - the rotational speed of the rotor of the turbocharger of the engine,

Р_к - давление воздуха за компрессором двигателя.P _to - the air pressure behind the engine compressor.

При включении на режимах работы двигателя, близких к взлетному, клапанов отбора воздуха из-за компрессора двигателя для противообледенительной системы (ПОС) и обогрева салона вертолета давление воздуха за компрессором падает. При этом настройка регулятора режима работы двигателя снижается, причем настолько, что «подрезает» расход топлива и уменьшает располагаемую мощность на валу свободной турбины. Это снижает располагаемую мощность силовой установки (СУ), передаваемую на несущий винт. На взлетном режиме это снижает надежность работы СУ и, как следствие, безопасность летательного аппарата (ЛА).When the air sampling valves are switched on at engine operating modes close to the take-off due to the engine compressor for the anti-icing system (PIC) and the interior of the helicopter is heated, the air pressure drops behind the compressor. At the same time, the setting of the engine operating mode controller is reduced, so much so that it “cuts” fuel consumption and reduces the available power on the shaft of a free turbine. This reduces the available power of the power plant (SU) transmitted to the rotor. In take-off mode, this reduces the reliability of the SU and, as a result, the safety of the aircraft.

Дополнительно известное устройство имеет еще один недостаток.Additionally, the known device has another drawback.

Регулятор режима работы двигателя ограничивает частоту вращения ротора свободной турбины по законуThe engine operating mode controller limits the rotor speed of a free turbine according to the law

где n_ст - частота вращения ротора свободной турбины двигателя.where n _st - the rotational speed of the rotor of a free turbine of the engine.

Для двигателя ТВ3-117ВМА регулятор режима работы двигателя поддерживает n_{ст зад}.=100%.For the TV3-117VMA engine, the engine operating mode controller supports n _{st ass} . = 100%.

На режиме моторного планирования, когда набегающий поток воздуха раскручивает воздушный винт (ВВ) ЛА, обгонная муфта в редукторе ВВ снимает нагрузку с выходного вала свободной турбины. Для поддержания заданной частоты вращения свободной турбины регулятор режима работы двигателя снижает расход топлива в КС, при этом располагаемая мощность на выходном валу свободной турбины падает. После окончания моторного планирования раскрутка ВВ воздушным потоком прекращается, обгонная муфта подключает вал ВВ к валу свободной турбины. Из-за того, что располагаемая мощность на валу свободной турбины в этот момент гораздо ниже требуемой, происходит так называемое ударное включение муфты, которое может привести к поломке самой муфты и выходу из строя редуктора. Это снижает надежность работы СУ и, как следствие, безопасность ЛА.In the motor planning mode, when an incoming air flow unscrews the aircraft propeller (BB), the freewheel in the BB gearbox unloads the output shaft of the free turbine. To maintain a given speed of rotation of a free turbine, the engine operating mode controller reduces fuel consumption in the compressor station, while the available power on the output shaft of a free turbine decreases. After the end of motor planning, the spin-up of the explosive by the air flow stops, the freewheel clutch connects the explosive shaft to the shaft of the free turbine. Due to the fact that the available power on the shaft of a free turbine at this moment is much lower than required, the so-called shock engagement of the clutch occurs, which can lead to breakage of the clutch itself and failure of the gearbox. This reduces the reliability of the SU and, as a consequence, the safety of the aircraft.

Целью изобретения является повышение качества работы регулятора режимов работы двигателя и, как следствие, повышение надежности работы ГТД и безопасности летательного аппарата (ЛА).The aim of the invention is to improve the quality of the regulator of engine operating modes and, as a result, increase the reliability of the gas turbine engine and the safety of the aircraft.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления ГТД, содержащее топливный насос, выход которого подключен к регулятору механизации компрессора и соединен с магистралью подачи топлива в двигатель, в которой последовательно установлены дозатор и распределительный клапан (РК), причем дозатор подключен к регулятору режима работы двигателя и ЭРД, а к магистрали подачи топлива в двигатель подключен электромагнитный клапан останова (КО) двигателя, блок датчиков (БД), подключенный к регуляторам режима работы двигателя, механизации компрессора и ЭРД, дополнительно вводятся электромагнит (ЭМТ) и клапан минимального давления (КМД), подключенные к регулятору режимов работы двигателя, причем вход электромагнита подключен к ЭРД.This goal is achieved in that a gas turbine engine control device comprising a fuel pump, the output of which is connected to a compressor mechanization regulator and connected to a fuel supply line to the engine, in which a dispenser and a distribution valve (PK) are installed in series, and the dispenser is connected to an operating mode regulator the engine and the engine, and the engine shut-off solenoid valve (KO) is connected to the fuel supply line to the engine, the sensor block (DB) is connected to the engine operating mode regulators, tion and ERE compressor further introduced electromagnet (EMT) and a minimum pressure valve (SBL) connected to the control modes of the engine, wherein the input is connected to the electromagnet ERE.

На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства для управления ГТД, на фиг.2 - схема подключения ЭМТ и КМД к регулятору режимов работы двигателя.Figure 1 presents the structural diagram of the inventive device for controlling a gas turbine engine, figure 2 is a diagram of the connection of EMT and KMD to the regulator of the engine.

Устройство содержит топливный насос 1, выход которого подключен к регулятору 2 механизации компрессора и соединен с магистралью 3 подачи топлива в двигатель, в которой последовательно установлены дозатор 4 и РК 5, причем дозатор 4 подключен к регулятору 6 режима работы двигателя и к ЭРД 11, а к магистрали 3 подключен КО 7, БД 8, подключенный к регуляторам 2 и 6 и ЭРД 11, ЭМТ 9 и КМД 10, подключенные к регулятору 6, вход ЭМТ 9 подключен к ЭРД 11.The device comprises a fuel pump 1, the output of which is connected to the compressor mechanization regulator 2 and connected to the fuel supply line 3 to the engine, in which the dispenser 4 and RK 5 are installed in series, the dispenser 4 connected to the regulator 6 of the engine operation mode and to the electric propulsion engine 11, and KO 7, DB 8 connected to regulators 2 and 6 and electric propulsion 11, EMT 9 and KMD 10 connected to regulator 6 are connected to line 3, input EMT 9 is connected to electric propulsion 11.

Регулятор 6 содержит автомат 12 разгона (АР), регулятор 13 частоты вращения турбокомпрессора, регулятор 14 частоты вращения свободной турбины, входы которых подключены к БД 8, а выходы - через селектор 15 минимального уровня - к дозатору 4.The controller 6 contains an acceleration automaton (AR) 12, a turbocompressor speed controller 13, a free turbine speed controller 14, the inputs of which are connected to the DB 8, and the outputs through the minimum level selector 15 to the dispenser 4.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Регулятор 6 для поддержания заданного режима работы ГТД с помощью дозатора 4 формирует заданный расход топлива в двигатель. В зависимости от положения рычага управления двигателем (РУД) и параметров двигателя (измеренные значения этих параметров регулятор 6 получает из БД 8), АР 12, управляющий расходом топлива на переменных режимах по закону (1), регулятор 13 частоты вращения ротора турбокомпрессора, регулятор 14 частоты вращения ротора свободной турбины формируют управляющие сигналы, которые сравниваются в селекторе 15. Сигнал минимального уровня используется в качестве управляющего для дозатора 4.Regulator 6 to maintain the specified mode of operation of the gas turbine engine with the help of the dispenser 4 generates a given fuel consumption in the engine. Depending on the position of the engine control lever (ORE) and engine parameters (controller 6 receives the measured values of these parameters from DB 8), AR 12, which controls the fuel consumption in variable modes according to law (1), turbocharger rotor speed controller 13, regulator 14 the rotor speed of the free turbine generates control signals, which are compared in the selector 15. The minimum level signal is used as the control for the dispenser 4.

В зависимости от режима работы двигателя (например, частоты вращения компрессора, приведенной по температуре воздуха на входе в ГТД - измеренные параметры поступают в регулятор 2 из БД 8) регулятор 2 управляет положением элементов механизации компрессора (открывает-закрывает КПВ, изменяет угол установки лопаток ВНА). Для перекладки гидроцилиндров КПВ и ВНА используется топливо из-за топливного насоса 1.Depending on the engine operating mode (for example, the compressor speed, given by the air temperature at the inlet of the gas turbine engine - the measured parameters are sent to controller 2 from DB 8), controller 2 controls the position of the compressor mechanization elements (opens and closes the CPV, changes the angle of installation of the VNA blades ) For shifting the hydraulic cylinders KPV and VNA, fuel is used due to the fuel pump 1.

При штатной работе ГТД КО 7 закрыт и не влияет на расход топлива, идущий в РК 5.During normal operation, the GTE KO 7 is closed and does not affect the fuel consumption in RK 5.

При нормальной работе двигателя на взлетном режиме управление дозатором 4 осуществляет регулятор 12 частоты вращения турбокомпрессора.During normal engine operation in the take-off mode, the dispenser 4 is controlled by a regulator 12 of the turbocompressor speed.

При включении отборов воздуха на нужды ЛА давление воздуха за компрессором двигателя падает. Для компенсации этого падения устройство работает следующим образом. При достижении турбокомпрессором двигателя наперед заданной частоты вращения (для двигателя ТВ3-117ВМА, например, эта величина равна 95%) на выходе ЭРД 11 формируется сигнал. Этот сигнал подается на ЭМТ 9, который изменяет (увеличивает) настройку АР 12 (для двигателя ТВ3-117ВМА это изменение может достигать 5% от номинального значения - в зависимости от эксплуатационной регулировки). В результате этого АР 12 не вмешивается в работу регулятора 13, обеспечивающего поддержание максимальной мощности двигателя.When air sampling is turned on for the needs of the aircraft, the air pressure drops behind the engine compressor. To compensate for this fall, the device operates as follows. When the turbocharger of the engine reaches the predetermined rotation speed (for the TV3-117VMA engine, for example, this value is 95%), a signal is generated at the output of the ERD 11. This signal is fed to EMT 9, which changes (increases) the setting of AP 12 (for the TV3-117VMA engine, this change can reach 5% of the nominal value, depending on the operational adjustment). As a result of this, the AP 12 does not interfere with the operation of the regulator 13, ensuring the maintenance of maximum engine power.

На режиме моторного планирования, когда набегающий поток воздуха раскручивает ВВ ЛА, обгонная муфта в редукторе ВВ снимает нагрузку с выходного вала свободной турбины, частота вращения свободной турбины начинает расти, регулятор 14 частоты вращения свободной турбины пытается сохранить заданную частоту, снижая уровень своего выходного управляющего сигнала. Однако величина этого снижения ограничивается уровнем, задаваемым КМД 10: для двигателя ТВ3-117ВМА эта величина равна 120 кг/час. При этом располагаемая мощность на выходном валу свободной турбины и частота вращения свободной турбины сохраняются на уровне, обеспечивающем безударное подключение вала ВВ к валу свободной турбины после окончания моторного планирования.In the motor planning mode, when the incoming air flow spins the BB aircraft, the freewheel in the BB gearbox removes the load from the output shaft of the free turbine, the speed of the free turbine begins to increase, the speed controller 14 of the free turbine tries to maintain the set frequency, reducing the level of its output control signal . However, the magnitude of this decrease is limited by the level set by KMD 10: for the TV3-117VMA engine, this value is 120 kg / h. In this case, the available power on the output shaft of the free turbine and the rotation frequency of the free turbine are maintained at a level that provides shock-free connection of the explosive shaft to the shaft of the free turbine after the end of motor planning.

Таким образом, обеспечивается повышение качества работы регулятора режимов работы двигателя и, как следствие, повышение надежности работы ГТД и безопасности ЛА.Thus, improving the quality of operation of the regulator of engine operating modes and, as a result, improving the reliability of the gas turbine engine and the safety of the aircraft is ensured.

Claims

A gas turbine engine control device comprising a fuel pump, the output of which is connected to a compressor mechanization regulator and connected to a fuel supply line to the engine, in which a dispenser and a distribution valve (PK) are installed in series, the dispenser connected to an engine operating mode regulator and to an electronic alarm unit and control (ERE), and the engine shutoff solenoid valve (KO) is connected to the fuel supply line to the engine, the sensor unit (DB) connected to the engine operating mode regulators Compressor mechanization and ERE, characterized in that it additionally introduced electromagnet (EMT) and a minimum pressure valve (SBL) connected to the control modes of the engine, wherein the input is connected to the electromagnet ERE.