Система управления двухвальным газотурбинным двигателем

(7) Заявитель Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский автомобильный и автомоторный институт:ч,(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВ ХВАЛЬН ТЕЛЕМ Изобретение относится к автоматическому регулированию газотурбинных двигателей, в частности двухвальных газотурбинных двигателей с фрикционной связью роторов, предназначенных для транспортных средств с злектротрансмиссией.Известна система для управления двухваль. ным газотурбинным двигателем, содержащая всережимный регулятор скорости вращения турбокомпрессора, управляющий фрикционной10 муфтой связи роторов турбокомпрессора и силовой турбины, а также дополнительный всережимный регулятор скорости вращения турбокомпрессора, установленный в линии по дачи топлива 1.15Однако в двигателе с такой системой управ. ления на установившихся режимах муфта связи роторов работает с проскальзыванием, Кроме того такая система управления предназначена для двигателя со ступенчатой механической20 трансмиссией, у которой при переключении передач происходит разрыв потока мощности. Этим обусловлено применение дополнительного всережимного регулятора скорости вращения турбокомпрессора, необходимогодля достижения устойчивой работы двигателя при сбросе нагрузки, а также на режимах торможения транспортного средства двигателем. В случае.использования двигателя с злектротраисмиссией . указанная система управления является неоправданно сложной, поскольку в этом случае регулирование мощности двигателя и нагрузки электрогенератора производится обычно взаимосвязано и дополнительный всережимный регулятор скорости вращения турбокомпрессора становится излишним,К тому же указанная система не обеспечивает реализации максимальной экономичности газотурбинного двигателя, так как силовая турбина может, работать на режимах, расположенных за пределами эоны высоких значений ее КПД.Известна также система управления двухным газотурбинным двигателем, содержащая источник давления жидкости, регулятор, педаль аксе.лератора, фрикционную муфту для связи турбокомпрессора с силовой турбиной, соединенные между собой два клапана включения муфты, выполненные в виде золотников с одним подпружиненным торцом, и гидравлические датчики частоты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, причем последний из датчиков снабжен золотниковым исполнительнымклапаном.Полось перед подпружиненным торцом золотника первого клапана включения фрикционной муфты сообщена со сливом и в ней установлен кулачок, имеющий привод от датчика частоты вращения турбокомпрессора, аполость перед противоположным торцомэтого золотника - с датчиком крутящегомомента, передаваемого фрикционной муфтой;полость перед подпружиненным торцом золотника второго клапана включения фрикционноймуфты сообщена со сливом и в ней установлен кулачок, имеющий механический приводот регулятора, а полость перед противоположным торцом золотника этого клапана подключена к датчику частоты вращения турбокомпрессора (21Недостатком такой системы управленияявляется то, что в ней на установившихся режимах муфта работает с проскальзыванием,что вызывает снижение экономичности двигателя, надежности и долговечности муфты, требует защиты муфты от перегрева. Кроме того,работа муфты с постоянным проскальзываниемвызывает необходимость усложнения маслосистемы для .обеспечения теплоотвода и очистки масла от продуктов износа муфты длязащиты быстроходных подшипников роторов.При работе двигателя на электрогенераторсистема является неоправданно сложной, поскольку необходимость в измерителе величины и знака крутящего момента, передаваемого муфтой, а также в программном механизме, задающем величину передаваемого муфтоймомента, отпадает,Цель изобретения - повышение экономичности путем снижения потерь мощности иповышение долговечности фрикционной муфтыпредотвращением ее буксования на установив.шихся режимах,Указанная цель достигается тем, что регулятор системы управления газотурбиннымдвигателем содержит золотник, упруго соединенный с эолотниковым исполнительным клапаном, и гидравлический следящий привод,выполненный в виде надетой на золотниквтулки, соединенной е" Федалью акселератора,причем подпружиненнЮй орец первого клапана включения муфты соединен с источникомдавления жидкости и через золотник регулятора - со сливом, подпружиненный торецвторого клапана - с датчиком частоты вращения силовой турбины, а противоположный торец этого клапана - с датчиком частотывращения турбокомпрессора,На фиг, 1 представлено устройство управления с автоматом разгона; на фиг. 2 - тоже, с датчиком частоты вращения.Предлагаемая система управления двухвальным газотурбинным двигателем содержит источник давления жидкости - топливный насос 1, автомат 2 разгона и клапан 3 постоянного перепада давления, создаваемого насосом 1. Для ограничения частоты вращениятурбокомпрессора 4 система содержит гидравлический датчик 5 частоты вращения турбокомпрессора с золотниковым исполнительнымклапаном 6, нагруженным пружиной 7, В системе имеется также устройство 8 для регулирования частоты вращения силовой турбины 9,содержащее гидравлический датчик 10 частотывращения силовой турбины, снабженный золотниковым исполнительным клапаном 11, соединенным через рычаг 12 с пружиной 13. Дляуправления двигателем имеется педаль 14 акселератора, с.которой через тягу 15 и рычаг 16связано зубчатое колесо 17, воздействующеена регулятор двигателя. Регулятор содержитзолотник 18, установленный в цилиндре 19 иупруго соединенный посредством пружины 13с золотниковым исполнительным клапаном 11.Золотник 18 имеет гидравлический следящийпривод, выполненный в виде надетой на золотник втулки 20, соединенной посредствомреечной передачи с зубчатым колесом 17, ачерез него - с педалью 14 акселератора. Втулка 20 нагружена пружиной 21, Ипя регулирования истечения жидкости регулятор содержитжиклеры 22-26, Поясок золотника 18 разделяет цилиндр 19 на две камеры 27 и 28. Взолотнике 18 выполнены каналы 29 и 30,сообщающие камеру 28 и камеру 31, обраэованную вокруг золотника 18, со сливом через отверстия, открываемые втулкой 20, Кроме того, в золотнике 18 выполнена проточка 32, а напротив этой проточки вокруг хвостовика втулки 20 - камера 33, сообщенная с источником давления жидкости через жиклер 26. Система управления двигателем содержит два клапана включения муфты с одним подпружиненным торцом. Первый из этих клапанов (клапан 34) содержит корпус 35, пружину36 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 давления жидкости и через золотник 18регулятора - со сливом. Второй иэ упомянутых клапанов (клапан 43) включения фрикционной муфты 44 для связи турбокомпрессора. с силовой турбиной содержит корпус 45и пр; .ину 46. Подпружиненный торец 47клапана 43 через канал 48 соединен гидравлически с датчиком 10 частоты вращения силовой турбины, а противоположный торец 49этого клапана через канал 50 соединен гидравлически с датчиком 5 частоты вращениятурбокомпрессора, Кроме того, клапан 43гидравлически связан через канал 51 с полостью52 клапана 34, Система содержит также магистраль управления связью роторов, содержащую каналы 53 - 55 и жиклер 56. В магистральуправления связью роторов последовательновключены самозапирающиеся клапаны 34 и43, сообщающие фрикционную муфту 44 систочником давления, 15Система управления газотурбинным двигателем работает следующим образом,Топливо по каналу 57 поступает от топливного насоса 1 к исполнительному клапану б,затем по каналу 58 подается к исполнительному клапану 11 регулятора частоты вращениясиловой турбины и по каналу 59 поступает вавтомат 2 разгона, после которого по каналу60 направляется к форсунке. Последовательновключенные исполнительные клапаны 6 и 11и автомат 2 разгона охвачены клапаном постоянного перепада 3 Параллельно исполнительному клапану 11 регулятора силовой турбиныподключен жиклер 61 минимального расходатоплива. Исполнительные клапаны 6 и 11 работают по сигналу гидравлических датчиков соответственно 5 и 10, вырабатывающих давление,пропорциональное квадрату числа их оборотов.При установившемся режиме частота вращения силовой турбины 9 поддерживается уст- З 5ройством 8 (датчик 10 и исполнительный клапан 11), Давление в камере 31 меньше, чемдавление Р = СОп 5 Ь, поэтому клапан 34 находится в крайнем левом положении (какпоказано на чертеже) под действием, пружины 4036, Клапан 43 при наличии равенства давлениятоплива со стороны левого и правого, торца,которое наступает при равенстве относительных скоростей вращения турбокомпрессора 4и силовой турбины 9, находится под действием слабой пружины 46 в крайнем правом положении (как показано на чертеже) . При такомрасположении клапанов 34 и 43 давлениеР=.СОЦ 51 поступает через каналы 53 - 55 кфрикционной муфте 44 связи роторов, роторы 50двигателя соединены и двигатель работает водновальном режиме. Равенство скоростейвращения дисков фрикционной муфты 44(или равенство относительных скоростей вращения турбокомпрессора и силовой турбины) 55достигается заданием определенной мощностисиловой турбины регулятором мощности 62электрогенератора 63. В камере 27 следящегопривода золотника 13 поддерживается постоянное редуцированное давление с помощьюжиклеров 23 и 24.При переходе в режим разгона педаль акселератора 14 поворачивается по часовой стрелке.Втулка 20 следящего привода золотника 18перемещается влево, перекрывая отверстия 29и 30 и открывая кромкой 32 отверстие вовтулке 20. Давление в камерах 28 и 31 максимально увеличивается, а в камере 33 уменьша.ется до давления слива. В результате этогозолотник 18 перемещается в левую сторонувслед за втулкой 20, а клапан 34 - до упоравправо. Перемещение клапана 34 происходитзначительно быстрее перемещения золотника 18за счет меньшей площади торца в камере 39клапана 34 по сравнению с дифференциальнойплощадью поршня золотника 18, При переме.шенин клапана 34 вправо каналы 53 и 54разъединяются. Давление, подаваемое в фрикционную муфту 44 через канал 55, падаетдо давления слива благодаря наличию жиклера56, и фрикционная муфта 44 размыкается,Турбокомпрессор 4, отъединенный от роторасиловой турбины 9 и электрогенератора 63,быстро разгоняется (разгон в режиме двухвального ГТД),Так как перемещение золотника 18 вследза втулкой 20 происходит быстрее, чем разгоняется турбокомпрессор 4, то при отработкеследящим приводом золотника 18 сигнала перенастройки клапан 34 перемещается влево, открывая магистраль управления связью роторовдля подвода давления к фрикционной муфте 44, прежде чем силовая турбина выйдет назаданный скоростной режим, Для исключенияэтого недостатка клапан 34 сделан самозапи.рающимся: к полости 52, связанной через жик.лер 37 со сливом, при перемещении клапана34 вправо подводится давление топлива поканалу 64, редуцированное жиклером 38. Этодавление удерживает клапан 34 в крайнемправом положении после снижения давленияв канале 40, подаваемого к торцу в камере39 клапана 34,При увеличении скорости вращения турбокомпрессора 4, т,е. при рассогласовании часто. ты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, давление в канале 50 увеличивается. Под действием этого давления клапан 43 перемещается влево, перекрывая отверстие 65, Магистраль управления связью роторов оказывается перекрытой обоими клапанами 34 и 43,1Но при перемещении клапана 43 влево откры. вается отверстие 66, и полость 52 начинает сообщаться через канал 51 со сливным каналом 67. Благодаря наличию жиклера 38, в полости 52 устанавливается давление слива, и клапан 34 начинает перемещаться влево до72 упора под действием пружины 36, Магистральуправления связью роторов остается перекрытой клапаном 43. Вместе с разгоном турбокомпрессора 4 домаксимальной скорости вращения, когда вступает в действие устройства для регулированиячастоты вращения турбокомпрессора (датчик 5и исполнительный клапан 6), начинает разгоняться силовая турбина 9 и увеличиваться давление, подводимое к торцу 47 клапана 43.При достижении заданной скорости вращениясиловой турбины в работу вступает устройство8 (датчик 10 и исполнительный клапан 11),что вызывает уменыпение скорости вращениятурбокомпрессора 4 и давления, подводимогопо каналу 50 к торцу 49 клапана 43. Принаступлении равенства давления стой и другойстороны клапана 43 он начинает перемещатьсявправо до упора под действием слабой пружины 4 ЬьОткрыввется отверстие 65, и к фрикционной муфте 44 по магистрали управлениясвязью роторов подводится давление. Фрикционнвя муфта 44 включается при согласованиичастоты вращвпя роторов двигателя,В случае прерванного разгона, когда педальакселератора 14 повернута обратно (т,е. против часовой стрелки) до того как скоростьвращения турбокомимссора 4 заметно изме.нится, ипи когда клапан 43 не у:пеет переместиться влево, фрикционная.муфта 44 оквэьваетса разомкнутой зв счет перекрытия магистрали урввлеиия связью роторов клианом 34,Для того чтобы включить ее снова, т.е. пере.месить клапан 34 влево, используется камера 33, в которой при перемещении педалиакселератора 14 против часовой стрелки новы.швется давление: втулка 20 перемещаетсявправо, отверстия во втулке 20 перекрьвеются кромкой 32 золотника 18, благодаря чемуслив из камеры 33 через канал 68 прекращаетея, Повышенное давление в камере ЗЗ подводится через канал 42 к правому торцу 41клапана 34. В результате клапан 34 перемещается до упора влево, перекрывая канал 64,. и остается в указанном положении н послепонижения давления в камере 33, которое на 3198 8ступает в результате отработки следящим приводом золотника 18 сигнала перенастройки,Предлагаемая система управления обеспечиваетповышение экономичности двухвального газотурбинного двигателя путем предотвращения буксования фрикционной муфты на установившихсярежимах и снижения эа счет этого потерь мощности в муфте, Система обеспечивает такжеповышение долговечности н надежности фрик ционной муфты. Формула изобретенияСистема управления двухвальным газотурбинным двигателем, содержащая источник дав 15 ления жидкости, регулятор, педаль акселератора, фрикционную муфту для связи турбокомпрессора с силовой турбиной, соединенныемежду собой два клапана включения муфты,выполненные в виде золотников с одним под 20 пружиненным торцом, и гидравлические датчики частоты вращения турбокомпрессора и силовой турбины, причем последний из датчиковснабжен золотниковым исполнительным клапаном, отличающаяся тем,что,с25 целью повышения экономичности, путем снижения потерь мощности, и повышения долговечности фрикциощой муфты, предотвращениемее буксования на установившихся режимах,регулятор содержит-золотник, упруго соединен.30 ный с золотниковым исполнительным клапаноми гидравлический следящий привод, выполненный в виде надетой на золотник втулки, соединенной с педалью акселератора, причем под.пружиненный торец первого клапана вклюЗ 5 чения муфты соединен с источником давленияжидкости и через золотник регулятора - сосливом, подпружиненный торец второго клапана - с датчиком частоты вращения силовойтурбины, а противоположный торец этого кла 40 пана - с датчиком частоты вращения турбокомпрессора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР И 471039,45 кл. Е 02 С 9/02, 1975.2. Патенг США У 3237405, кл, 60 - 39.16,опублик, 1966.723198 Составитель ГбенкоТехред М.Петко мано орректор В. Сининкая Тираж 608ЦНИИПИ Государственного комитета ио делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушскаи наб.,писноеР иал ППП Патент г Ужгород,ул Проектная 4