UA75334C2 - Система захисту від перевищення допустимої швидкості у турбомашині - Google Patents

Abstract

В системі захисту від перевищення допустимої швидкості у турбомашині швидкість обертання контролюється важелем регулювання газом через електронний ланцюг керування. Додатково система містить засоби обмеження подачі палива у турбомашину до попередньо заданих фіксованих витрат (Wps), коли швидкість обертання перевищує максимальну допустиму швидкість, засоби підтримки подачі палива при попередньо заданих фіксованих витратах (Wps), коли швидкість обертання знижується нижче максимально допустимої швидкості, засоби приведення подачі палива до витрат (Wr), коли швидкість відповідає швидкості холостого ходу.

Description

Опис винаходу

Даний винахід належить до систем вприскування палива у турбомашинах, й зокрема, до пристроїв захисту від перевищення допустимої швидкості.

У турбомашинах найкращі робочі характеристики досягаються при швидкостях обертання обертальних органів, які наближаються до гранично допустимих швидкостей й при перевищенні яких може статися втрата лопаток компресора або турбіни. Така втрата загрожує тим, що лопатка може пробити картер двигуна, що може викликати навіть повне руйнування турбомашини. 70 Таким чином, а також у відповідності до міжнародних норм по відношенню до цивільної авіації, використання пристроїв захисту від перевищення гранично допустимої швидкості є обов'язковим для забезпечення того, щоб швидкість обертання цих обертальних органів не перевищувала приписаних максимальних швидкостей обертання.

До недавнього часу у цих пристроях захисту використовувались регулятори типу віддентрованого інерційного 12 регулятора Уатта, як це зображено |у міжнародній заявці 89/02980). Проте тепер ці механічні регулятори поступово замінюються електронними регуляторами, які діють безпосередньо на силовий пристрій, відсікаючи подачу палива у камеру згоряння турбомашини. Приклад такої системи описаний (У міжнародній заявці УУО 99/00585).

Це розв'язання має серйозний недолік, пов'язаний із необхідністю виконання наступної процедури повторного пуску, що у деяких умовах польоту (наприклад, при зльоті) може виявитися неможливою й привести до катастрофи літального апарату.

Задача, на розв'язання якої направлений даний винахід, заключається в усуненні цих недоліків і в створенні електронного пристрою захисту від перевищення гранично допустимої швидкості, який не викликає повної зупинки двигуна й додатково гарантує мінімальний режим функціонування, задовольняючий комплексу с 29 обмежувальних умов для літального апарату. Заданиям винаходу є також забезпечення можливості для пілота Го) безпосередньо впливати на пристрій для його розблокування й тим самим відновлення робочого режиму двигуна.

У відповідності до винаходу розв'язання поставленої задачі досягається за рахунок створення пристрою захисту від перевищення допустимої швидкості у турбомашині з керуванням швидкістю обертання за допомогою М важеля керування газом через електронний ланцюг керування. Пристрій відповідно до винаходу со характеризується тим, що він містить засоби для обмеження подачі палива у зазначеній турбомашині до попередньо заданих витрат МУрз, коли зазначена швидкість обертання перевищує максимально допустиму о швидкість обертання, засоби для підтримки подачі палива із зазначеними попередньо заданими витратами, коли З зазначена швидкість обертання знову стає нижчою зазначеної максимально допустимої швидкості обертання, й засоби для приведення подачі палива до витрат МуУг, відповідному режиму малого газу при подачі команди - малого газу зазначеним важелем керування газом через зазначений ланцюг керування.

Відповідно до винаходу у випадку перевищення допустимої швидкості обертання подачу палива у двигун обмежують до попередньо заданих витрат МУрз й підтримують на цьому рівні, поки швидкість обертання двигуна « не опуститься нижче попередньо заданої швидкості обертання, а потім захист знімається пілотом літального З 70 апарату шляхом зсунення важеля керування газом у положення режиму малого газу двигуна із витратами УУг. с Кращі засоби для обмеження подачі палива до попередньо заданих витрат М/рз містять електронний ланцюг з» виявлення перевищення допустимої швидкості обертання, яка генерує електричний сигнал 1, коли швидкість М обертання турбомашини перевищує максимально допустиму швидкість М ГІМІТ обертання, електрокеруючий перетворювач перевищення допустимої швидкості обертання, пов'язаний із зазначеним електронним ланцюгом 49 виявлення перевищення допустимої швидкості обертання й надсилаючий перший гідравлічний сигнал Рх1 на 7 основі зазначеного електричного сигналу, й клапан захисту від перевищення швидкості обертання, положення сл якого керується зазначеним першим гідравлічним сигналом таким чином, щоб викликати зниження витрат палива, яке вприскується у зазначену турбомашину, за допомогою дозуючого пристрою, з якими він пов'язаний, о до зазначених попередньо витрат М/рз . Відповідно до кращого варіанту виконання зазначені попередньо задані

Ге) 20 витрати М/рз забезпечуються або через робочий вихід зазначеного дозуючого пристрою, або через робочий отвір зазначеного клапану захисту від перевищення швидкості обертання. т» Перший гідравлічний сигнал відповідає низькому тиску Рр, коли зазначена швидкість обертання турбомашини нижча за зазначену максимальну допустиму швидкість обертання, й більш високим тиском Рзі, коли ця швидкість М обертання перевищує зазначену допустиму швидкість М ГІМІТ обертання. 29 Кращий зазначений більш високий тиск Реї дорівнює високому тиску Р1 на виході насоса високого тиску

ГФ) вприскування палива. юю Відповідно до кращого варіанту виконання підтримки зазначених попередньо заданих витрат у той час, коли зазначена швидкість обертання турбомашини знову стає нижчою зазначеної максимальної допустимої швидкості обертання, досягається за допомогою другого гідравлічного сигналу Рх2, який приводиться до зазначеного 60 більш високого тиску Реї й додається до зазначеного гідравлічного сигналу для зсунення гідравлічного золотника зазначеного клапана захисту від перевищення швидкості обертання із подоланням дії пружини. Цей другий гідравлічний сигнал сформований із гідравлічного сигналу РХО керування, який генерується через зазначений дозуючий пристрій від зазначеного більш високого тиску Рзі.

Даний винахід належить також до способу, який виконується описаним пристроєм захисту від перевищення бо допустимої швидкості.

Характеристики й переваги даного винаходу стануть більш зрозумілими із нижчеприведеного опису, яке має ілюстративний, а не обмежувальний характер й супроводжується кресленнями, які прикладаються.

Фіг1 та 2 зображує у вигляді часткової схеми два варіанти виконання системи вприскування палива у турбомашині, яка містить пристрій захисту від перевищення допустимої швидкості у відповідності до винаходу.

Фіг.3 та 4 зображує на тих же виглядах, що й Фіг.1 та 2, систему у положенні виявлення перевищення допустимої швидкості обертання.

Фіг.5 та 6 зображує на тих же виглядах, що й Фіг.1 та 2., систему у положенні захисного блокування.

Фіг.7 та 8 зображує на тих же виглядах, що й Фіг.1 та 2, систему у положенні розблокування захисту. 70 А Фіг.1 та 2. зображена у схематичному вигляді частина системи вприскування палива у турбомашині літального апарату.

Така система вприскування палива у загальному організована навколо пристрою 10 дозування палива (дозатора палива ДП), призначеного для регулювання витрат палива, яке протікає між насосом 12 високого тиску, який забезпечує нагнітання палива із бака (не зображено), й паливними форсунками 13 камери згоряння турбомашини. Перед паливними форсунками розташований відсіковий клапан 15, який керується електрокеруючим запірним клапаном (не зображений). Високий тиск на виході насоса позначено РІ, а тиск на вході паливних форсунок позначено Р2. Безперервне регулювання витрат палива, яке подається дозуючим пристроєм (регулювання двигуна), забезпечується електронним ланцюгом 14 керування, з яким пов'язаний цей дозуючий пристрій, у залежності від параметрів двигуна Р й положення важеля 16 газу, який встановлюється пілотом літального апарату.

Дозуючий пристій містить гідравлічний дозуючий елемент (паливний дозуючий клапан ТДК) 20, перший вхід 200 подачі палива якого пов'язаний із виходом насоса 12 високого тиску, електрокеруючий перетворювач 22 перевищення допустимої швидкості обертання, надалі - електрокеруючий перетворювач 22, та клапан захисту від перевищення швидкості обертання, надалі - клапан 24 захисту. На перший вхід 200 електрокеруючого сч ов перетворювача 22 подано низький тиск РБЬ, а на другий вхід - більш високий тиск Реї. Вихід 240 клапана 24 захисту пов'язаний з паливними форсунками 13, його перший торцевий вхід 242 (на задньому боці клапана) і) пов'язаний з першим робочим виходом 202 дозуючого клапана 20, а другий торцевий вхід 244, протилежний першому торцевому входу, пов'язаний із виходом 244 електрокеруючого перетворювача 22.

Дозуючий клапан містить гідравлічний золотник 210, який може лінійно пересуватися під керуванням «г зо електронного ланцюга 14 керування. Цей золотник містить дві кільцеві проточки 212, 214. Перша проточка 212 призначена для дозування палива (задания дозуючих витрат для двигуна), яке надходить через перший вхід 200 і, подачі й нагнітається через перший робочий вихід 202. Друга проточка 214 забезпечує сполучення між другим с входом 206, пов'язаним з високим тиском Реї (в кращому прикладі виконання він відповідає вихідному тиску насоса високого тиску), та другим робочим виходом 208, пов'язаним з першим отвором 246 подачі тиску клапана о 24 захисту. Клапан 24 захисту містить гідравлічний золотник 250 з першою кільцевою проточкою 252, за ї- допомогою якої може встановлювати сполучення між зазначеним отвором 246 подачі тиску й першим робочим отвором 247, який під'єднаний паралельно другому торцевому входу 244 й відповідно, пов'язаний з виходом 224 електрокеруючого перетворювача 22. Положення клапана 24 захисту визначається зусиллям пружини 254 й додатковим гідравлічним сигналом. Таким чином, закриття клапана захисту досягається за рахунок подачі на « другий торцевий вхід 244 гідравлічного сигналу, який дорівнює Рвзї й діючого сумарно із зусиллям пружини 254. з с Коли гідравлічний сигнал знімається, його величина стає рівною Рр, й дія тиску Р2 на виході дозуючого пристрою 20 стає більшою за зусилля пружини разом із тиском Рь, так що клапан 24 захисту відкривається. ;» Електрокеруючий перетворювач 22 керується електронним ланцюгом 18 виявлення перевищення допустимої швидкості обертання. Функцією електронного ланцюга 18 є визначення на основі даних показника швидкості (М) обертання ступені високого тиску (ВТ) турбомашини граничної швидкості (М ГІМІТ) обертання цього корпуса. -І Якщо швидкість обертання ступені ВД вища за граничну величину й залишається такою, електронний ланцюг 18 перевищення допустимої швидкості обертання повинен виробити електричний сигнал (1) керування, який за о допомогою електрокеруючого перетворювача 22, який генерує перший гідравлічний сигнал (Рх1), забезпечує 2) закриття клапана 24 захисту.

У першому прикладі виконання відповідно до Фіг.1. гідравлічний дозуючий елемент 20 додатково містить о третій робочий вихід 204, безпосередньо пов'язаний з виходом 240 керування клапана 24 захисту на вході ї» паливних форсунок й призначений для подачі до цих форсунок стабілізуючих витрат, так званих "витрат захисту від перевищення допустимої швидкості обертання". Попередньо задане значення МУрз цих витрат відповідає витратам, близьких до режиму малого ходу (краще ненабагато перевищуючи їх). У другому, альтернативному ов прикладі виконання витрати МУрв, які подаються на паливні форсунки при перевищенні допустимої швидкості обертання, забезпечуються не через дозуючий елемент, а Через клапан 24 захисту. Для цього гідравлічний

Ф) золотник 250 клапана 24 захисту містить другу кільцеву проточку 256 (Фіг.2 ), яка у цьому випадку ка сполучається, з одного боку, із другим отвором 248 подачі палива, пов'язаним з високим тиском Реї через мебраму (мембрамний клапан) 26, калібровану на одержання витрат захисту від перевищення допустимої бо швидкості обертання (у деяких випадках вона може бути вмонтована у отвори клапана захисту), та, з іншого боку, із другим робочим отвором 249, безпосередньо пов'язаним із виходом 240 керування клапана 24 на вході паливних форсунок.

З метою спрощення елементи вприскування, не пов'язані безпосередньо із винаходом, спеціально упущені, оскільки вони відомі й маються у будь-якій системі вприскування. Це стосується, наприклад, перепускного 65 клапана, який під'єднаний паралельно насосу високого тиску для рециркуляції надлишкового об'єму палива, або звичайних нагнітаючих клапанів, а також згаданого вище електрокеруючого сервоклапана.

Система вприскування, модифікована за допомогою пристрою відповідно до даного винаходу, основана на тому принципі, що при її нормальному функціонуванні є відповідність між положенням важеля ручного керування (ВРК) та положенням гідравлічного елемента (ТДК), який виконує дозування витрат палива, яке подається до паливних форсунок. Таким чином, якщо після виявлення перевищення допустимої швидкості обертання дозуючий елемент передбаченим чином реагує на команди важеля ручного керування, це можна розглядати як покажчик того, що ланцюг керування двигуном (й зокрема, електронний ланцюг керування) між важелем й дозуючим пристроєм не є джерелом перевищення допустимої швидкості обертання.

Відповідно до винаходу у пристрої захисту від перевищення допустимої швидкості пропонується гідравлічне /о запам'ятовування стану захисту від перевищення допустимої швидкості й зняття цього стану захисту також гідравлічними засобами після того, як дозуючий елемент повертається у положення, задане пілотом у режимі ручного керування за допомогою важеля керування газом. Цей гідравлічний сигнал керування РхО, який забезпечує як блокування (даючи необхідні для блокування витрати), так і розблокування клапана 24 захисту, залежить від положення другої кільцевої проточки 214 дозуючого золотника 210 відносно другого входу 206 /5 подачі й другого робочого виходу 208. Зазначена кільцева проточка встановлює сполучення між ними, коли положення дозуючого пристрою відповідає витратам, які більші або дорівнюють попередньо заданим витратам

МуУрз при перевищенні допустимої швидкості обертання. У цьому випадку гідравлічний сигнал РхХхО керування дорівнює Реї. Якщо, у протилежність цьому, положення дозуючого пристрою відповідає витратам нижчим за величину витрат для захисту від перевищення допустимої швидкості обертання, повідомлення переривається, й гідравлічний сигнал РХО керування дорівнює нулю Р. пиї.

Надалі буде описана дія пристрою захисту від перевищення допустимої швидкості обертання у режимах по

Фіг.3,4табйв.

Проте спочатку звернемося до Фіг.1, 2, де пристрій зображений у положенні, яке відповідає нормальній роботі системи вприскування палива. с

Турбомашина знаходиться у режимі вищому за режим малого газу (регулюється шляхом установки визначених витрат палива до двигуна) У цьому режимі золотник 210 гідравлічного дозуючого елементу і) забезпечує сполучення між першим входом подачі й першим робочим виходом 202. Одночасно другий вхід 206 подачі, який знаходиться під тиском Рвеї, сполучається за допомогою другої кільцевої проточки 214 гідравлічного дозуючого золотника 210 із другим робочим виходом 208, створюючи гідравлічний сигнал «г зо Керування РХО, який дорівнює Рзї. Швидкість М обертання ступені ВД нижча межі М ГІМІТ включення захисту від перевищення допустимої швидкості обертання, й електронний ланцюг 18 виявлення не посилає електричний і, сигнал активації захисту, тобто І-І пи. Перший гідравлічний сигнал Рх! на виході електрокеруючого с перетворювача 22 відповідає низькому тиску РО, що відповідає відкритому положенню (бездії) клапана 24 захисту. Значення тиску складають: о

Рх1-РХ2-РЬ та РХО-Р 8 ї-

Клапан 24 утримується у відкритому положенні дією сил тиску Р2 на виході дозуючого пристрою 20. Витрати

ММ палива, яке подається до паливних форсунок, вищі за попередньо задані витрати МУрз при захисті від перевищення допустимої швидкості обертання.

Фіг.3 та 4 зображує систему вприскування палива у положенні виявлення перевищення допустимої швидкості « обертання. в с Із нормального режиму ступінь ВД із невідомих причин виходить у режим перевищення допустимої швидкості

Й обертання. Електронний ланцюг 18 виявлення перевищення допустимої швидкості обертання встановлює, що и?» режим ступені ВД стає вищим попередньо заданого режиму М ГІМІТ й генерує електричний струм 1, який відрізняється від попереднього стану | пи спокоюю Цей електричний сигнал діє як сигнал закриття електрокеруючого перетворювача 22, і його перший гідравлічний сигнал Рх1 дорівнює високому тиску Реї. До -І цього тиску Раї на задню поверхню золотника 250 додається зусилля К пружини, що викликає закриття клапана 24 захисту. При цьому витрати палива знижуються до мінімального значення МУрв, яке, у залежності від о прикладу виконання забезпечується або третім робочим виходом 204 дозуючого пристрою (Фіг.3), або другим 2) робочим отвором 249 клапана 24 захисту (Фіг.4). Коли клапан захисту 24 досягає свого закритого положення (в якому перший робочий вихід 202 повністю закритий), другий робочий вихід 208 дозуючого пристрою 20 й перший о отвір 246 подачі цього клапана сполучаються між собою за допомогою першої кільцевої проточки 252, ї» створюючи додатковий гідравлічний сигнал Рха2 (Фіг.3), який передається на клапан 24 захисту з боку пружини, тобто із заднього боку, й додається до першого гідравлічного сигналу Рх1. Величини тисків стають такими:

Рх1-Раїі РХО-Рх2-Раї 5Б Фіг.5 та 6 зображує стан системи вприскування у положенні зразу за розблокуванням захисту.

Клапан 24 захисту закритий, й витрати палива до паливних форсунок зберігаються рівними витратам М/рз

Ф) режиму захисту від перевищення допустимої швидкості обертання. Швидкість обертання ступені ВД знижується ка й стає меншою попередньо заданого режиму межі М ГІМІТ. У цей момент струм 1 знову дорівнює своїй початковій нульовій величині | пи. Електрокеруючий перетворювач 22 при цьому дезактивується й переводить во гідравлічний сигнал Рх1 з величини Рзї на величину РБ. Проте при цьому сигнал Рх2 залишається рівним Рзї (пружина 254 за допомогою тиску Реї дозволяє утримувати клапан у закритому положенні), й поки дозуючий елемент залишається у положенні перевищення величини визначеного режиму малого газу, клапан 24 захисту запертий у закритому положенні, й турбомашина знаходиться у стані захисту від перевищення допустимої швидкості обертання з витратами палива, рівними МУрз. У цьому положенні блокування стан величин тиску є б таким:

Рхх1-РЬ і РХО-Рх2-Рві,

Фіг.7 та 8 зображує стан системи вприскування у наступному положенні після деблокування захисту.

Якщо пілот переводить важіль 16 керування газом у положення малого газу, й система керування між важелем й дозуючим пристроєм (а саме, електронний ланцюг 14 керування двигуном) функціонує нормально, дозуючий елемент зсувається у положення відповідності режиму малого газу, у якому перериває сполучення між другим робочим виходом 208 дозуючого пристрою 20 й першим отвором 246 подачі клапана 24 захисту. При цьому сигнал РХО знижується до нульового сигналу Р пиї, а сигнал РХ1 дорівнює РБб, так що сума сигналів Рх1 та Р пшШ! стає рівною Рр, що викликає відкривання клапана захисту. Таким чином, система захисту розблоковується, й турбомашина знаходиться у режимі малого газу з витратами М/г«МуУрв та наступним станом 7/0 величин тиску:

Рх1-Рх2-РБіРХО:Р. пи.

Таким чином, у випадку перевищення допустимої швидкості обертання пілоту більше не потрібно, як раніше, відключати двигун літального апарату для зняття захисту від перевищення допустимої швидкості обертання. Він просто повинен перевести двигун у режим малого газу. За рахунок цього усувається потенційна небезпека /5 припинення польоту апарату.

Крім того, варто відзначити, що запропонована схема пристрою захисту від перевищення допустимої швидкості легко піддається перевірці на добре функціонування клапана захисту як при запуску, так і при зупинці двигуна.

Так, при виконанні операцій запуску електронний ланцюг 18 керування може подати команду І-І пиїЇ на 2о закривання клапана за командою ланцюга 14 керування. Перший гідравлічний сигнал Рх1 електрокеруючого клапана стає рівним Рвї, й клапан 24 захисту закривається. Дозуючий елемент 20 знаходиться в цей час у положенні витрат повторного запалення, який менший або дорівнює витратам малого газу. Сигнал блокування

Рх2 дорівнює нулю. Після закінчення перевірки на запуск струм стає нульовим, тобто І-!| пиїЇ, а Рх1 стає рівним Р, й клапан захисту відкривається. сч

Таким же чином, коли пілот подає команду на зупинку двигуна, діючи на важіль 16, дозуючий пристрій 20 переводиться у закрите положення, перекриваючи повідомлення через кільцеву проточку 214, та РХО дорівнює і)

Р пиїї. Під час зниження режиму ступені ВД електронний ланцюг 18 виявлення перевищення допустимої швидкості обертання надсилає струм для перевірки закриття клапана захисту від перевищення швидкості обертання з повторенням послідовності станів ідентично перевірці при запуску. «г со

Claims (1)

1. Формула винаходу со

   1. Система захисту від перевищення допустимої швидкості у турбомашині, в якій швидкість обертання іс) Контролюється важелем регулювання газом через електронний ланцюг керування, яка відрізняється тим, що їч- містить засоби обмеження подачі палива у турбомашину до попередньо заданих фіксованих витрат (УУрв), коли швидкість обертання перевищує максимальну допустиму швидкість, засоби підтримки подачі палива при попередньо заданих фіксованих витратах (МУрв), коли швидкість обертання знижується нижче максимально допустимої швидкості, засоби приведення подачі палива до витрат (МУг), коли швидкість відповідає швидкості « 70 Холостого ходу. ш-в с 2. Система захисту за п. 1, яка відрізняється тим, що засоби обмеження подачі палива до попередньо заданих фіксованих витрат (МУрв), мають: електронний ланцюг виявлення перевищення допустимої швидкості :з» обертання, електрокеруючий перетворювач перевищення максимально допустимої швидкості обертання, зв'язаний із електронним ланцюгом виявлення перевищення допустимої швидкості обертання, й клапан захисту від перевищення швидкості обертання, керований електрокеруючим перетворювачем перевищення - максимально допустимої швидкості обертання та сполучений з дозувальним пристроєм для подачі палива до турбомашиий до попередньо заданих фіксованих витрат (УУрв).

   о З. Система захисту за п. 2, яка відрізняється тим, що попередньо задані фіксовані витрати (МУрв) мають о можливість контролю через робочий вихід дозувального пристрою.

   4. Система захисту за п. 2, яка відрізняється тим, що попередньо задані витрати (МУрв) мають можливість о контролю Через робочий отвір клапана захисту від перевищення швидкості обертання. Їх» 5. Система захисту за п. 1, яка відрізняється тим, що засоби, пристосовані для підтримування попередньо заданих фіксованих витрат (МУрз), адаптовані для використання, підтримування та подачі палива при попередньо заданих фіксованих витратах (М/рз). Ф) іме) 60 б5