SU723198A1 - Система управлени двухвальным газотурбинным двигателем - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к автоматическому регулированию газотурбинных двигателей, в частности двухзальных газотурбинных двигателей с фрикционной св зью роторов, предназначенных дл  транспортных средств с электротрансмиссией .. Известна система дл  управлени  двухвальным газотурбинным двигателем, соде жаща  всережимрый регул тор скорости вращени  турбокомпрессора, управл ющий фрикционной муфтой св зи роторов турбокомпрессора и силовой турбины, а также дополнительный всережимный регул тор скорости вращени  турбокомпрессора, установленный в линии пО дачи топлива 1.

Однако в двигателе с такой системой управлени  на установивщихс  режимах муфта св зи роторов работает с проскальзыванием. Кроме того така  система управлени  предназначена дл  двигател  со ступенчатой механической трансмиссией, у которой при переключении передач происходит разрыв потока мощности. Этим обусловлено применение дополнительного всережимного регул тора скорости вращени  .

турбокомпрессора, необходимого дл  достижени  устойчивой работы двигател  при сбросе нагрузки, а также на режимах торможени  транспортного средства двигателем. В случае использовани  двигател  с электротраисмиссией . указанна  система управлени   вл етс  неоправданно сложной, поскольку в этом случае регулирование мощности двигател  и нагрузки электрогенератора производитс  обычно взаимосв зано и дополнительный всережимный регул тор скорости вращени  турбокомпрессора становитс  излищним.

К тому же указанна  система не обеспечивает реализащи максимальной экономичности газотурбинного двигател , так как силова  турбина может .работать на режимах, расположенных за пределами зоны высоких значений ее КПД.

Известна также система управлени  двухвальным газотурбинным двигателем, содержаща  истртаик давлени  жидкости, регул тор, педаль акслератора , фрикционную муфту дл  св зи турбокомпрессора с силовой турбиной, соединенные между собой два клапана включени  муфты , выполненные в виде золотников с одним подпружиненным торцом, и гвдравлические датчики частоты вращени  турбокомпрессора и силовой турбины, причем последний из датчиков снабжен золотниковым исполнительным клапаном.

Полость перед подпружиненным торцом золотника первого клапана включени  фрикционной муфты сообщена со сливом и в ней установлен кулачок, имеющий привод от датчика частоты вращени  турбокомпрессора, а полость неред противоположным торцом этого золотника - с датчиком крут щего момента, передаваемого фрикционной муфтой; полость перед подпружиненным торцом золотника второго клапана включени  фрикционной муфты сообщена со сливом и в ней установлен кулачок, имеющий механический привод от регул тора, а полость перед противоиоложным торцом золотника этого клапана подключена к датчику частоты вращени  турбокомпрессора (2.

Недостатком такой системы управлени   вл етс  то, что в ней на установивщихс  режимах муфта работает с проскальзыванием, что вызьшает снижение экономичности двигател , надежйости и долговечности муфты, требует защиты МУФТЫ от перегрева. Кроме того работа муфты с посто нным проскальзыванием вызывает необходимость усложнени  маслосистемы дл  обеспечени  теплоотвода и очистки масла от продуктов износа муфты дл  защиты быстроходных подшипников роторов. При работе двигател  на электрогенератор система  вл етс  неоправданно сложной, поскольку необходимость в измерителе величины и знака крут щего момента, передаваемого муфтой, а также в программном механизме , задающем величину передаваемого муфтой момента, отпадает.

Цель изобретени  - повыщение экономичности путем снижени  потерь моцдаости и повышение долговечности фрикционной муфты предотвращением ее буксовани  на установивщихс  режимах.

Указанна  цель достигаетс  тем, что регул тор системы управлени  газотурбинным двигателем содержит, золотник, упруго соединенный с золотниковым исполнительным клапаном , и гидравлический след щий привод, выполненный в виде надетой на золотник втулки, соединенной « зцедалью акселератора, причем подпружиненнЩ |орец первого 1слапана включени  муфты сбединен с источником давлени  жидкости и через золотник регул тора - со сливом, подпружиненный торец второго клапана - с датчиком частоты вращени  силовой турбины, а противоположный

торец этого клапана - е датчиком частоты вращени  турбокомпрессора.

На фиг. 1 представлено устройство угфавлени  с автоматом разгона; на фиг. 2 - то

же, с датчиком частоты вращени .

Предлагаема  система управлени  двухвальным газотурбинным двигателем содержит источник давлени  жидкости - топливный насос 1, автомат 2 разгона и клапан 3 посто нного перепада давлени , создаваемого насосом 1. Дл  ограничени  частоты вращени  турбокомпрессора 4 система содержит гидравлический датчик 5 частоты вращени  турбокомпрессора с золотниковым исполнительным

клапаном 6, нагруженным пружиной 7. В системе имеетс  также устройство 8 дл  регулировани  частоты вращени  силовой турбины 9, содержащее гидравлический датчик 10 частоты вращени  силовой турбины, снабженный золотниковым исполнительным клапаном 11, соединеьшым через рычаг 12 с пружиной 13. Дл  управлени  двигателем имеетс  педаль 14 акселератора , с-которой через т гу 15 и рйгчаг 16 св зано зубчатое колесо 17, воздействующее

на регул тор двигател . Регул тор содержит золотник 18, установленный в цилиндре 19 и упруго соед1-шент)Ш посредством пружины 13 с золотниковым исполнительным клапаном 11. Золотник 18 имеет гидравлический след щий

привод, выполненный в виде надетой на золотник втулки 20, соединенной посредством реечной передачи с .зубчатым колесом 17, а через него - с педалью 14 акселератора. Втулка 20 нагружена пружиной 21. Дл  регулировани  истечени  Жид,кости регул тор содержит жиклеры 22-26. По сок золотника 18 раздел ет цилиндр 19 на две камеры 27 и 28. В золотнике 18 выполнены каналы 29 и 30, сообщающие камеру 28 и камеру 31, образованную . вокруг золотника 18, со сливом через отверсти , открьтаемые втулкой 20. Кроме того, в золотнике 18 выполнена проточка 32, а напротив этой проточки вокруг хвостовика втулки 20 - камера 33, сообщенна  с источНИКОМ давлени  жидкости через жиклер 26. Система з равлени  двигателем содержит два клапана включени  муфты с одним подпружиненным торцом. Первый из этих клапанов (клапан 34) содержит корпус 35, пружину

36 и жиклеры 37 и 38. Камера 39 в корпусе клапана 34 через канал 40 сообщена с камерой 31. Подпружиненный торец 41 этого клапана через канал 42 соединен с источником давлени  жидкости и через золотник 18

регул тора - со сливом. Второй из упом нутых клапанов (клапан 43) включени  фрикционной муфты 44 дл  св зи турбокомпрессора , с силовой турбиной содержит корпус 45 5 и пру-Хину 46. Подпружиненный торец 47 клапана 43 через канал 48 соединен гвдравлически с датчиком 10 частоты вращени  силовой турбины, а противоположный торец 49 этого клапана через канал 50 соединен гидравлически с датчиком 5 частоты вращени  турбокомпрессора. Кроме того, клапан 43 гидравлически св зан через канал 51 с полость 52 клапана 34. Система содер сит также магистраль управлени  св зью роторов, содержащую каналы 53-55 и жиклер 56. В магистрал управлени  св зью роторов последовательно включены самозапиршощиес  клапаны 34 и 43, сообщающие фрикционную муфту 44 с источником давлени .. Система управлени  газотурбинным двигателем работает следующим образом. Топливо по каналу 57 поступает от топливного насоса 1 к исполнительному клапану 6, затем по каналу 58 подаетс  к исполнительному клапану 11 регул тора частоты вращени  силовой турбины и по каналу 59 поступает в автомат 2 разгона, после которого по каналу 60 направл етс  к форсунке. Последовательно включенные исполнительные клапаны 6 и 11 и автомат 2 разгона охвачены клапаном посто нного перепада 3. Параллельно исполнительному клапану 11 регул тора силовой турбины подключен жиклер 6 Г минимального расхода топлива. Исполнительные клапаны б и И рабо тают по сигналу гидравлических датчиков соот ветственно 5 и 10, вырабатывающих давление, пропорциональное квадрату числа их оборотов. При установившемс  режиме частота вращени  силовой турбины 9 поддерживаетс  устройством 8 (датчик 10 и исполнительный клапан 11). Давление в камере 31 меньше, .чем давление R) - con si; , поэтому клапан 34 находитс  в крайнем левом положении (как показано на чертеже) под действием, пружины 36. Клапан 43 при наличии равенства давлени  топлива со стороны левого и правого, торца, которое наступает при равенстве относитель ных ско(5остей вращени  турбокомпрессора 4 и силовой турбины 9, находитс  под деиствием слабой пружины 46 в крайнем правом положении (как показано на чертеже). При таком расположении клапанов 34 и 43 давление R|.COnSfc поступает через каналы 53-55 к фрикционной муфте 44 св зи роторов, роторы двигател  соединены и двигатель работает в одновальном режиме. Равенство скоростей вращени  дисков фрикционной муфты 44 (или равенство относительных скоростей вращени  турбокомпрессора и силовой турбины) достигаетс  заданием определенной мощности силовой турбины регул тором мопщости 62 электрогенератора 63. В камере 27 след щего привода золотника 13 поддерживаетс  посто8  нное редуцированное давление с помощью жиклеров 23 и 24. При переходе в режим разгона педаль акселератора 14 поворачиваетс  по часовой стрелке. Втулка 20 след щего привода золотника 18 перемещаетс  влево, перекрыва  отверсти  29 и 30 и открыва  кромкой 32 отверстие во втулке 20. Давление-в камерах 28 и 31 максимально увеличиваетс , а.в камере 33 уменьшаетс  до давлени  сл1ша. В результате этого золотник 18 перемещаетс  в певую сторону вслед за втулкой 20, а клапан 34 - до упора вправо. Перемещение клапана 34 происходит значительно быстрее перемещени  золотника 18 за счет меньщей площади торца в камере 39 . клапана 34 по сравнению с дифференциальной площадью порщн  золотнжа 18. При перемещении клапана 34 вправо каналы 53 и 54 разъедин ютс . Давление, подаваемое в фрикционную 44 через канал 55, падает до давлени  слива благодар  наличюо жиклера 56, и фр1жционна  муфта 44 размыкаетс . Турбокомпрессор 4, отъединенный от ротора силовой турбины 9 и электрогенератора 63, быстро разгон етс  (разгон в режиме двухвального ГТД), Так как перемещение золотника 18 вслед за втулкой 20 происходит быстрее, чем разгон етс  турбокомпрессор 4, то при отработке след щим приводом золотника 18 сигнала перенастройки клапан 34 перемещаетс  влево, открыва  магистраль управлени  св зью роторов дл  подвода давлени  к фрикционной муфте 44, прежде чем силова  турбина выйдет на заданный скоростной режим. Дл  исключени  этого недостатка клапан 34 сделан самозапираюшлмс : к полости 52, св занной через жиклер 37 со сливом, при перемещении клапана 34 вправо подводитс  давление топлива по каналу 64, редущфованное жиклером 38. Это давление удерживает клапан 34 в крайнем правом положении после снижени  давлени  в канале 40, подаваемого к торцу в камере 39 клапана 34. При увеличении скорости вращени  турбокомпрессора 4, т.е. при рассогласовании частоты вращени  турбокомпрессора и силовой турбины, давление в канале 50 увеличиваетс .. Под действием этого давлени  клапан 43 перемещаетс  влево, перекрьша  отверстие 65. Магистраль управлени  св зью роторов оказываетс  перекрытой обоими клапанами 34 и 43, Но при перемещении клапана 43 влево открываетс  отверстие 66, и полость 52 начинает сообщатьс  через канал 51 со сливным каналом 67. Благодар  наличию жиклера 38, в полости 52 устанавливаетс  давление слива, и клапан 34 начинает перемещатьс  влево до

упора под действием пружины 36. Магистраль управлени  св зью роторов остаетс  перекрытой клапаиом 43.

Вместе с разгоном турбокомпрессора 4 до максимальной ско рости вращени , когда вступает в действие устройство дл  регулировани  частоты вращени  турбокомпрессора (датчик 5 и исполнительный клапан 6), начинает разгон тьс  силова  турбина 9 и увелитаватьс  давление , подводимое к торцу 47 клапана 43. При достижении заданной скорости вращени  силовой турбины в работу вступает устройство 8 (датчик 10 и исполнительный клапан 11), что вызывает уменьшение скорости вращени  турбокомпрессора 4 и давлени , подводимого по каналу 50 к торцу 49 клшана 43. При наступлшда paBOiCTBa давлени  стой и другой стороны клашша 43 он начинает перемещатьс  вправо до упора под действием слабой пружинь 4& Открываетс  отверстие 65, и к фрик10н ш1ой муфте 44 по магистрали управлени  св зью роторов подводитс  давление. Фршсцион м муфта 44 включаетс  1фи согласовании частоты вращени  роторов двигател .

В случае прерванного разгона, когда педаль акселератора 14 iroBepnyfa обратно (т.е. против часовой стрелки) до того как скорость вращени  тур6оком|фессора 4 заметно изменитс , ют когда клапан 43 не у:;пеет перемес шъс  влево, фрикционна .муфта 44 окаэьшаетс  разомк1оггой за счет перекрыти  магистрали ущ  впекит св зью роторов клапаном 34. Дл  того чтобы включить ее снова, т.е. переместить клапан 34 влево, исполь етс  каме ра 33, в которой при перемещении педали вк :елератора 14 против часовой стрелки повышаетс  давление: втулка 20 перемещаетс  вправо, отверсти  во втулке 20 перекрьюаютс  кромкой 32 золотника 18, благодар  чему слив из камеры 33 через канал 68 прекращаетс . Повьпиенное давление в камере 33 подводитс  через канал 42 к правому 41 клапанй 34. В результате клапан 34 перемещаетс  до упора влево, перекрьта  канал 64, . и остаетс  в указанном положении и после понижени  давлени  в камере 33, которое наступает в результате отработки след щим приводом золотника 18 сигнала перенастройки.

Предлагаема  система управлени  обеспечивает повыщение экономичности двухвального газотурбинного двигател  путем предотвращени  буксовани  фрикционной муфты на установившихс  режимах и снижени  за счет этого потерь мощности в муфте. Система обеспечивает также повышение долговечности и надежности фрикционной муфты.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 471039, кл. F 02 С 9/02, 1975.

2.Патент США № 3237405, кл. 60-39.16, опублик. 1966.

//

SS

п

/

/

и

()

65

N

N

ч

t/V .. Pf Const« i