Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2474711

(19)

RU

(11)

2474711

(13)

C1

(51) МПК F02C9/26 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 07.02.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011134422/06, 17.08.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

17.08.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 17.08.2011

(45) Опубликовано: 10.02.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2435972 C1, 10.12.2011. US 4027473 A, 07.06.1977. US 4903478 A, 27.02.1990. US 2004060301 A1, 01.04.2004. RU 2258149 C1, 10.08.2005. RU 2379535 C2, 20.01.2010.

Адрес для переписки:

129301, Москва, ул. Касаткина, 13, НТЦ им. А. Люльки ОАО "НПО "Сатурн", СПиИС

(72) Автор(ы):

Бондарев Леонид Яковлевич (RU),

Зеликин Юрий Маркович (RU),

Кондратов Александр Анатольевич (RU),

Королёв Виктор Владимирович (RU),

Марчуков Евгений Ювенальевич (RU),

Федюкин Владимир Иванович (RU),

Инюкин Алексей Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") (RU)

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей. Способ регулирования, реализуемый системой регулирования, заключается в формировании расхода топлива через, по крайней мере, два дозатора в группы форсунок в зависимости от режима работы двигателя при использовании селектора минимума, первого, второго и третьего элементов сравнения, блока формирования максимального расхода топлива в первый дозатор, ключа, таймера, задатчика минимального расхода топлива во второй дозатор, первого и второго компараторов. Изобретение позволяет сократить время приемистости и повысить полноту сгорания топлива. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к области управления работой газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно авиационных, и может быть использована для управления подачей топлива в ГТД с многозонной камерой сгорания (КС).

Известен способ управления расходом топлива в КС ГТД, согласно которому измеряют температуру и давление воздуха на входе в ГТД, частоту вращения ротора ГТД, давление воздуха за компрессором ГТД, положение рычага управления двигателем (РУД), по измеренным параметрам вычисляют заданный расход топлива в КС и в соответствии с полученным результатом подают топливо в КС, причем дополнительно измеряют фактический расход топлива, поступающий к топливному коллектору форсунок КС, по зависимости, формируемой расчетно-экспериментальным путем, определяют расчетное количество форсунок, необходимых для подачи измеренного расхода топлива в КС с перепадом на форсунках, обеспечивающим требуемое качество распыла топлива, сравнивают расчетное количество форсунок с фактическим, если расчетное количество форсунок меньше фактического, с помощью индивидуальных для каждой форсунки запорных клапанов подают топливо только к группе форсунок, состоящей из расчетного количества форсунок, причем центр группы форсунок расположен в наивысшей точке коллектора форсунок, при этом через промежуток времени, определяемый расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТД, подключают ближайшую к группе форсунку с правой половины коллектора, а ближайшую к группе форсунку с левой стороны коллектора отключают, через промежуток времени, определяемый расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТД, эту операцию повторяют до тех пор, пока расчетное количество форсунок не станет равным установленному (см. опубликованную заявку 2008144945, кл. F02C 9/00, 2010 г.).

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что его реализация требует применения для каждой форсунки индивидуального запорного клапана, что при количестве форсунок, превышающем 30-40, существенно усложняет топливную аппаратуру. Кроме этого, как следует из описания, процесс подключения достаточно продолжителен по времени и характеризуется значительным временем приемистости.

Известен способ подачи топлива в форсунки многофорсуночной камеры сгорания ГТД с основной и вспомогательной зонами горения путем регулирования суммарного расхода топлива пропорционально давлению воздуха за компрессором, причем с целью повышения полноты сгорания топлива и уменьшения выбросов загрязняющих атмосферу веществ, на режимах от малого газа до 0,4 номинала, количество подаваемого топлива через форсунку вспомогательной зоны к количеству топлива через форсунку основной зоны поддерживают в диапазоне 1,6 3,6 (см. патент РФ 2059092, кл. F02C 9/26, 1996 г.).

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он, как и упомянутый выше, реализует одинаковый закон распределения топлива по коллекторам КС для статических режимов и переходного процесса включения коллектора в работу. При приемистости не компенсируется отбор топлива на заполнение коллектора, что приводит к увеличению времени приемистости и недостаточно полному сгоранию топлива.

Известна система топливопитания ГТД, содержащая электронный регулятор, вход которого соединен с датчиками параметров двигателя и режима полета, последовательно соединенные электронасос низкого давления, электронасос высокого давления, агрегат распределения топлива, управляемые входы которых подключены к выходу электронного регулятора. Электронасос высокого давления выполнен в виде плунжерного насоса с электроприводом и двухпозиционной наклонной шайбой, соединенной с электрогидромеханизмом, вход которого соединен с выходом электронного регулятора.

В процессе работы системы электронный регулятор по сигналам датчиков по известным зависимостям формирует управляющие воздействия на электронасосы высокого и низкого давления.

На запуске ГТД электронасосы включены, наклонная шайба находится в положении «регулируемый упор минимальной производительности». После выхода ГТД на режим «малого газа» по команде электронного регулятора электрогидромеханизм плавно за 2 5 с перемещает наклонную шайбу на «регулируемый упор максимальной производительности» (см. патент РФ 2322599, кл. F02C 9/26, 2008 г.).

В результате анализа известной системы необходимо отметить, что в процессе эксплуатации ГТД обеспечивается возможность компенсации изменения производительности электронасоса высокого давления, обусловленного падением его КПД за счет регулировки упоров наклонной шайбы, а наличие регулируемых упоров наклонной шайбы дополнительно позволяет адаптировать данную систему топливопитания под модификации базового ГТД или другие ГТД этого класса без изменений конструкции системы. Однако указанная система эффективна для топливопитания ГТД небольшой размерности с одним топливным коллектором. Для ГТД большой размерности применение электронасоса высокого давления для обеспечения работы ГТД на режиме малого газа существенно увеличивает вес топливной аппаратуры. Время приемистости при работе данной системы при переходе работы ГТД с режима на режим весьма велико.

Известна система топливопитания ГТД, содержащая электронный регулятор, вход которого соединен с датчиками параметров ГТД и режима полета, последовательно соединенные электронасосы высокого и низкого давления, управляемые входы которых подключены к выходу электронного регулятора, запорный клапан первого коллектора форсунок, запорный клапан второго коллектора форсунок, подключенный к выходу электронасоса высокого давления, устройство переключения, первый вход которого подключен к выходу электронного регулятора, второй вход через дроссель - к выходу электронасоса низкого давления, третий вход - к выходу электронасоса высокого давления, а выход - к входу запорного клапана первого коллектора форсунок.

В процессе работы ГТД электронный регулятор по сигналам датчиков по известным зависимостям формирует управляющие воздействия на электронасосы высокого и низкого давления. На первом участке запуска ГТД (раскрутка ротора ГТД стартером до частоты розжига КС) электронасосы низкого и высокого давления выключены, устройство переключения находится в положении розжиг , при котором вход запорного клапана первого коллектора форсунок подключен через дроссель к выходу электронасоса низкого давления. Когда ротор ГТД раскручивается до частоты вращения розжига КС, по команде электронного регулятора включается электронасос низкого давления и выходит на частоту вращения, при которой он обеспечивает при наличии специально подобранного дросселя расход топлива, необходимый для розжига КС. После розжига КС по команде электронного регулятора начинается увеличение частоты вращения электронасоса низкого давления, что обеспечивает увеличение расхода топлива, необходимого для выполнения программы запуска ГТД.

После выхода ГТД на режим малого газа по командам электронного регулятора включается электронасос высокого давления, его частота вращения изменяется таким образом, чтобы располагаемая производительность насоса обеспечила включение в работу второго коллектора форсунок КС.

После этого по командам электронного регулятора устройство переключения переключается в положение основные режимы , при котором питание обоих коллекторов обеспечивается от электронасоса высокого давления, а частота вращения электронасоса низкого давления снижается до уровня, обеспечивающего бескавитационную работу электронасоса высокого давления. (см. патент РФ 2317431, кл. F02C 9/26, 2008 г.).

В результате анализа известной системы управления необходимо отметить, что она обеспечивает нормальный розжиг КС на земле, запуск ГТД и его работу на основных режимах, что позволяет повысить надежность работы ГТД. Однако розжиг КС при постоянном начальном расходе, который определяется выбором дросселя, не обеспечивает устойчивый запуск с авторотации на высотных режимах. Данная система с использованием запорных клапанов обеспечивает распределение топлива по коллекторам камеры сгорания по единому закону для статических режимов и переходного процесса включения коллектора в работу. При приемистости не компенсируется отбор топлива на заполнение коллектора, что приводит к увеличению времени приемистости и неполному сгоранию топлива.

Известен способ работы газовой турбины, согласно которому жидкое топливо впрыскивают в КС через большое число параллельно работающих форсунок, разделенных, по крайней мере, на две группы, расход топлива в каждую группу дозируется независимым дозатором в зависимости от режима работы газовой турбины, каждая из групп форсунок размещена на одном из концентрических колец и разделена на несколько автономно управляемых секторов, причем при повышении режима работы газовой турбины от запуска до холостого хода, после начального ускорения турбины и/или повышения режима от холостого хода в область выработки мощности, обе группы форсунок снабжаются увеличивающейся массой топлива, при этом при повышении режима работы турбины от останова до холостого хода после начального ускорения турбины до 900-1000 об/мин в первой фазе поджигаются первое и второе кольца, причем два оппозитно расположенных сектора не используются, во второй фазе после достижения частоты 1800-2200 об/мин подключается один из не использовавшихся в первой фазе секторов, в третьей фазе после достижения 2500-2700 об/мин активируется последний сектор первого и второго колец, а в четвертой фазе после достижения 2500-2700 об/мин первое кольцо деактивируется таким образом, что на холостом ходу функционирует только второе кольцо со своими форсунками.

Система для реализации данного способа регулирования топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя для поддержания заданной частоты вращения ротора турбокомпрессора содержит регулятор режима работы двигателя, формирующий суммарный расход топлива через, по крайней мере, два дозатора к группам форсунок камеры сгорания двигателя, причем регулятор связан с датчиками параметров работы двигателя. (см. ЕР 0974789, кл. F23R 3/34, F02C 9/28, 1998 г.) - наиболее близкий аналог для способа и системы.

В результате анализа данного способа и реализующей его системы необходимо отметить, что их использование дает удовлетворительные результаты при изменении режима работы за время 50 100 секунд и более. Однако при необходимости быстрого изменения режима работы ГТД (за время менее 5 секунд) (приемистости двигателя), за счет задержки по времени, необходимой для заполнения топливных коллекторов, фактический момент вступления в работу каждой из групп форсунок во время приемистости будет отличаться от заданного. Кроме того, данный способ управления ГТД реализует одинаковый закон распределения топлива по коллекторам КС для статических режимов и переходного процесса включения коллектора в работу. При приемистости не компенсируется отбор топлива на заполнение коллектора, что приводит к увеличению времени приемистости.

Задачей настоящей группы изобретений является повышение эффективности работы ГТД за счет сокращения времени приемистости и повышения полноты сгорания топлива.

Указанная задача решается тем, что в способе регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, согласно которому формируют суммарный расход топлива в камеру сгорания двигателя для поддержания заданной частоты вращения ротора турбокомпрессора и управляют расходом топлива через, по крайней мере, два дозатора в группы форсунок в зависимости от режима работы двигателя, новым является то, что для первого дозатора задают максимальное и номинальное значение ограничения расхода топлива, а для второго - минимальное, дополнительно измеряют давление за компрессором двигателя, причем при давлении за компрессором ниже заданного порога осуществляют подачу топлива только через первый дозатор, при повышении давления за компрессором выше заданного порога осуществляют подачу топлива и во второй дозатор с расходом не ниже минимально заданного расхода через второй дозатор, при превышении максимального установленного расхода топлива через первый дозатор расход топлива огранивают максимальным значением и повышают расход во второй дозатор на величину разности между текущим значением расхода в первый дозатор и максимальным допустимым значением, после начала подачи топлива во второй дозатор плавно снижают расход в первый дозатор до номинального значения и одновременно увеличивают расход во второй дозатор, при снижении суммарного расхода топлива ниже заданного порога второй дозатор отключают и подачу топлива осуществляют только через первый дозатор.

В системе регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, содержащей регулятор режима работы двигателя, формирующий суммарный расход топлива через, по крайней мере, два дозатора к группам форсунок камеры сгорания двигателя для поддержания заданной частоты вращения ротора турбокомпрессора, причем регулятор связан с датчиками параметров работы двигателя, новым является то, что система оснащена селектором минимума, первым, вторым и третьим элементами сравнения, блоком формирования максимального расхода топлива в первый дозатор, ключом, таймером, задатчиком минимального расхода топлива во второй дозатор, первым и вторым компараторами, вторые входы которых связаны с задатчиками порога их срабатывания, последовательно соединенными элементами «ИЛИ» и «И», датчиком давления за компрессором, выход регулятора связан с первым входом первого элемента сравнения и с первым входом первого компаратора, выход которого связан со вторым входом элемента сравнения «И», первый вход второго компаратора связан с датчиком давления воздуха за компрессором, выход второго компаратора связан с первым входом логического элемента «ИЛИ», выход элемента «И» связан со вторым входом элемента «ИЛИ», с ключом и с таймером, связанным с входом блока формирования максимального расхода топлива в первый дозатор, выход которого связан со вторым входом селектора минимума, второй вход первого элемента сравнения через ключ имеет возможность соединения с задатчиком минимального расхода топлива во второй дозатор, выход первого элемента сравнения связан с первым входом селектора минимума и с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом селектора минимума, формирующим расход топлива через первый дозатор, выход второго элемента сравнения связан со вторым входом третьего элемента сравнения, первый вход которого через ключ имеет возможность соединения с задатчиком минимального расхода топлива во второй дозатор, выход третьего элемента сравнения имеет возможность управления работой второго дозатора.

Сущность заявленной группы изобретений поясняется графическими материалами, на которых:

- на фиг.1 - представлена схема системы регулирования подачи топлива в КС ГТД, реализующей заявленный способ;

- на фиг.2 - график изменения расхода топлива через дозаторы при плавном повышении режима ГТД;

- на фиг.3 - график изменения расхода топлива через дозаторы при приемистости ГТД;

- на фиг.4 - график изменения расхода топлива через дозаторы при снижении режима ГТД.

Система регулирования подачи топлива в КС ГТД 1 содержит датчики измерения параметров работы ГТД, а именно: датчик 2 частоты вращения ротора компрессора (n тк ); датчик 3 давления за компрессором (Pк); датчик 4 положения РУД ( РУД ). Датчики 2, 3, 4 связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами регулятора 5 режима работы ГТД (далее регулятор), формирующего суммарный расхода топлива в КС ГТД (Gt ), выход которого связан с первым входом первого компаратора 6, второй вход которого связан с первым задатчиком 7 порога срабатывания первого компаратора. Система содержит второй задатчик 8 порога срабатывания второго компаратора 9, связанный со вторым его входом, а первый вход второго компаратора связан с выходом датчика 3. Выход второго компаратора 9 связан с первым входом логического элемента 10 «ИЛИ», выход которого связан с первым входом логического элемента 11 «И», со вторым входом которого связан выход компаратора 6. Выход элемента «И» связан со вторым входом элемента «ИЛИ» и с ключом 12, связанным с задатчиком 13 минимального расхода топлива через второй дозатор (Gt2min).

Система также содержит первый элемент сравнения 14, таймер 15, блок 16 формирования максимального расхода топлива в первый дозатор (Gt1max), селектор минимума 17, второй элемент сравнения 18, третий элемент сравнения 19.

Первый вход первого элемента сравнения 14 связан с выходом регулятора 5, а второй - через ключ 12 с выходом задатчика 13. Таймер 15 и блок 16 последовательно соединены друг с другом, причем вход таймера 15 связан с выходом элемента «И», а выход блока 16 - со вторым входом селектора минимума 17, с первым входом которого связан выход первого элемента сравнения 14. Выход первого элемента сравнения 14 также связан с первым входом второго элемента сравнения 18, второй вход которого связан с выходом селектора минимума 17. Выход элемента сравнения 18 связан со вторым входом третьего элемента сравнения 19, к первому входу которого имеет возможность подключения через ключ 12 задатчик 13.

Элемент 11 «И» управляет переключением ключа 12 и таймером 15.

Выходы селектора минимума 17 и элемента сравнения 19 связаны с элементами управления (например, золотниками) расходом топлива первого и второго дозатора (не показаны) и предназначены для формирования расхода топлива через первый и второй дозаторы топлива в КС ГТД. Первый дозатор дозирует топливо в первый коллектор КС ГТД, второй - во второй.

В системе используются стандартные элементы аналоговой вычислительной техники на операционных усилителях. Так, в качестве компараторов, предназначенных для формирования сигнала на включение в работу и выключение дозатора топлива во второй коллектор КС, могут быть использованы операционные усилители с высоким коэффициентом усиления, на суммирующий вход которых подается входной сигнал, а на вычитающий вход - сигнал, определяющий порог срабатывания. В качестве элементов сравнения могут быть использованы операционные усилители с единичным коэффициентом усиления.

В качестве блока формирования максимального расхода топлива через первый дозатор может быть использовано матричное устройство реализации произвольных функциональных зависимостей. В качестве регулятора режимов работы ГТД может быть использован стандартный ПИД-регулятор частоты вращения ротора ТК. В качестве таймера может использоваться интегрирующий операционный усилитель с единичной постоянной времени. В качестве задатчиков 7 и 8 могут быть использованы источники напряжения.

Задатчиком 7 формируется значение суммарного расхода топлива, которое устанавливается приблизительно на 50% меньше максимального возможного расхода топлива через первый дозатор.

Задатчиком 8 формируется значение величины давления за компрессором, при котором расход топлива в КС ГТД составляет примерно 80% от максимального расхода через первый дозатор.

Использование для формирования сигнала на подключение второго дозатора давления за компрессором, которое при повышении режима двигателя изменяется с темпом изменения частоты вращения компрессора, исключает возможность преждевременного включения в работу второго дозатора при плавном повышении режима двигателя.

Разность по расходу топлива между порогами задатчиков исключает многократные включения в работу и выключения второго дозатора в диапазоне расходов между порогами задатчиков.

Способ посредством раскрытой выше системы реализуют следующим образом.

На всех режимах работы ГТД регулятором 5 формируется суммарный расход топлива в КС ГТД для поддержания заданной по РУД 4 частоты вращения ротора турбокомпрессора ГТД.

На режиме малого газа (МГ) ГТД расход топлива, формируемый регулятором 5, ниже порога срабатывания первого компаратора 6, формируемого задатчиком 7, давление за компрессором на режиме МГ ниже порога срабатывания второго компаратора 9, формируемого задатчиком 8, таким образом, выходные сигналы компараторов 6 и 9 равны нулю, соответственно, сигнал на подключение второго дозатора, формируемый цепью логических элементов 10 и 11 («ИЛИ», «И»), также равен нулю. В соответствии с этим сигналом таймер 15 остановлен и его выход равен нулю, ключ 12 разомкнут и его выход также равен нулю. Сигнал с выхода первого элемента сравнения 14 формирует суммарный расход в КС ГТД. На выходе блока 16 формирования максимального расхода в первый дозатор устанавливается максимальная величина расхода.

При перемещении РУД 4 выше площадки МГ регулятор 5 в соответствии с показаниями датчика ( РУД ) увеличивает расход топлива в КС ГТД. При поступлении на первый компаратор 6 сигнала с регулятора 5, соответствующего или превышающего порог срабатывания компаратора 6, формируемого задатчиком 7, компаратор 6 срабатывает и на его выходе устанавливается сигнал логической «1», который поступает на первый вход логического элемента 11 «И». При этом на выходе элемента 11 «И» формируется сигнал, равный логическому «0» до момента срабатывания второго компаратора 9, которое происходит при увеличении давления за компрессором выше величины, формируемой вторым задатчиком 8.

Таким образом, сигнал на подключение второго дозатора в работу формируется логическим элементом 11 «И» только при срабатывании обоих компараторов. Отключение второго дозатора происходит только при обратном срабатывании первого компаратора 6, которое произойдет при уменьшении режима работы ГТД и формировании регулятором 5 расхода топлива в КС ГТД ниже величины, формируемой задатчиком 7.

Таким образом, пока давление за компрессором не достигло уровня срабатывания второго компаратора 9, на его выходе сохраняется нулевой сигнал. На выходах логических элементов «ИЛИ», «И» сохраняются нулевые сигналы. Весь расход топлива поступает в КС ГТД через первый дозатор.

При дальнейшем повышении режима работы ГТД давление за компрессором (Рк) достигает порога срабатывания второго компаратора 9, выходной сигнал второго компаратора 9 становится равным «1» и он поступает через элемент 10 «ИЛИ» на второй вход элемента 11 «И». Выходной сигнал логического элемента 11 «И» - команда на включение в работу второго дозатора - становится равным «1». Сигнал с выхода элемента 11 «И» подается на второй вход элемента 10 «ИЛИ». Если после этого давление за компрессором снизится ниже уровня срабатывания второго компаратора 9, то на выходе элементов «ИЛИ», «И» (10, 11) сохранятся единичные значения сигналов и второй дозатор не выключится. Таким образом, исключаются многократные подключения и отключения второго дозатора при небольших изменениях режима работы ГТД или шумах измерения давления за компрессором.

По единичному выходному сигналу элемента «И» замыкается ключ 12, запускается таймер 15 и блок 16 формирует максимальный расход топлива через первый дозатор в зависимости от времени, прошедшего от момента подключения второго дозатора в работу.

Блок 16 реализует следующую функциональную зависимость ограничения дозирования топлива через первый дозатор: Gt1max=f(t).

При нулевом значении таймера 15 ограничение расхода топлива через первый дозатор равняется максимальному значению Gt1max1. После включения в работу второго дозатора значение таймера увеличивается. При достижении таймером величины t1 ограничение расхода топлива через первый дозатор плавно снижается за время (t2-t1) до номинального значения Gt1max2 и остается неизменным все время работы второго дозатора.

Максимальное значение ограничения расхода топлива через первый дозатор Gt1max1 обеспечивает разгон двигателя при приемистости, а номинальное значение Gt1max2 обеспечивает равномерность поля температур в КС на установившихся режимах работы ГТД.

Первый элемент сравнения 14 вычитает из суммарного расхода топлива значение минимального расхода топлива через второй дозатор, выходной сигнал элемента сравнения 14 подается на второй вход селектора минимума 17, на первый вход которого поступает значение максимального расхода через первый дозатор, сформированный блоком 16. Селектор 17 выбирает из двух значений минимальное и, таким образом, ограничивает значение расхода топлива через первый дозатор.

На выходе второго элемента сравнения 18 формируется значение расхода топлива, равное (Gt -Gt2min-Gt1), которое поступает на третий элемент сравнения 19, на котором формируется значение сигнала расхода топлива во второй дозатор Gt2=(Gt -Gt2min-Gt1)+Gt2min=Gt -Gt1. Таким образом, при работе ГТД суммарный расход топлива распределяется через дозаторы по коллекторам КС.

Величина Gt1max1 ограничения расхода топлива через первый дозатор выбирается равной максимальной пропускной способности первого коллектора КС ГТД. Величины ограничений Gt1max2, Gt2min выбираются из условия минимизации неравномерности поля температур в КС ГТД.

Характер распределения топлива по коллекторам КС ГТД при плавном изменении режима работы показан на фиг.2, при приемистости - на фиг.3, при снижении режима работы - на фиг.4.

При плавном перемещении РУД датчик 4 передает сигнал положения РУД на регулятор 5 режима работы ГТД, который плавно повышает заданный расход топлива. С увеличением частоты вращения ротора и расхода топлива растет давление воздуха за компрессором. В некоторый момент времени суммарный расход топлива в КС ГТД превышает порог срабатывания первого компаратора 6 и он срабатывает. В момент времени t 0 давление за компрессором достигает значения, равного порогу срабатывания второго компаратора 9, в результате чего происходит подключение второго дозатора в работу. До момента времени t 1 заданная частота вращения обеспечивается изменением расхода топлива через первый дозатор. За это время заполняется топливом второй коллектор и стабилизируется процесс горения топлива в КС. Когда расход топлива через первый дозатор достигает максимального значения (момент t1), дальнейшее увеличение суммарного расхода обеспечивается повышением расхода топлива через второй дозатор. После включения в работу второго дозатора включается таймер 15. В зависимости от времени, прошедшего от момента включения, формируется максимальное значение расхода через первый дозатор. В течение времени (t0 t1) максимальное значение расхода постоянное, равное максимальному расходу топлива, которое можно дозировать через первый коллектор Gt1max1. Затем за время (t2-t1) максимальное значение снижается с постоянным темпом до значения Gt1max2. При снижении расхода топлива в первый коллектор с тем же темпом происходит перераспределение топлива во второй коллектор КС ГТД.

При резком перемещении РУД (например, для выполнения маневра) регулятор 5 режима работы ГТД быстро увеличивает расход топлива в ГТД. В некоторый момент времени (не показан) суммарный расход топлива в КС ГТД превышает порог срабатывания первого компаратора 6 и он срабатывает. При быстром изменении режима столь же быстро происходит рост давления за компрессором и в момент времени t0 срабатывает второй компаратор 9, элемент 11 «И» формирует команду на подключение второго дозатора в работу. В момент времени t01 расход через 1-й дозатор достигает своей максимальной величины Gt1max1 и увеличение режима работы ГТД происходит за счет увеличения расхода через второй дозатор. В момент времени t1 максимальный расход через первый коллектор КС ГТД начинает плавно снижаться до величины Gt1max2 и к моменту t1 достигает ее.

В течение примерно одной секунды значительная часть топлива, дозированного вторым дозатором, расходуется на заполнение второго коллектора камеры сгорания. Разгон ГТД в это время обеспечивается преимущественно расходом топлива через первый коллектор. После окончания заполнения второго коллектора дальнейший разгон двигателя обеспечивается расходом топлива, поступающим через оба дозатора.

Во время заполнения коллектора регулятор 5 в зависимости от положения РУД и изменения во времени измеренной частоты вращения, корректирует расход топлива во второй дозатор, компенсируя отбор топлива на заполнение второго коллектора.

При перемещении РУД 4 вниз регулятор 5 снижает суммарный расход топлива в ГТД. Расход через второй дозатор уменьшается до минимального значения Gt2min. Дальнейшее снижение расхода в ГТД обеспечивается за счет снижения расхода топлива в первый дозатор. Когда суммарный расход снижается ниже порога срабатывания первого компаратора 6, его выход становится равным нулю, выход элемента 11 «И» также становится равным нулю, размыкается ключ 12, и расход во второй дозатор становится равным нулю. Одновременно расход в первый дозатор увеличивается на величину минимального расхода во второй дозатор. Ограничение минимального значения расхода во второй дозатор исключает режимы работы камеры сгорания с низкой полнотой сгорания, что повышает экономичность работы двигателя при работе на дроссельных режимах.

Весьма важно, что в способе и системе регулирования ускорение ротора ГТД в начальной фазе приемистости обеспечивается расходом через первый дозатор, что сокращает время начальной фазы приемистости. Подача топлива во второй дозатор и заполнение топливом второго коллектора происходит при более высоком значении суммарного расхода топлива в КС, что резко ослабляет негативное влияние отбора топлива на заполнение на ускорение ротора. При этом время приемистости сокращается на 0,5 0,7 секунды.

Таким образом, во всем диапазоне дроссельных режимов ограничивается минимальное значение расхода во второй коллектор, что снижает неравномерность поля температур в камере сгорания и повышает полноту сгорания топлива.

Формула изобретения

1. Способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, согласно которому формируют суммарный расход топлива в камеру сгорания двигателя для поддержания заданной частоты вращения ротора турбокомпрессора и управляют расходом топлива через, по крайней мере, два дозатора в группы форсунок в зависимости от режима работы двигателя, отличающийся тем, что для первого дозатора задают максимальное и номинальное значения ограничения расхода топлива, а для второго - минимальное, дополнительно измеряют давление за компрессором двигателя, причем при давлении за компрессором ниже заданного порога осуществляют подачу топлива только через первый дозатор, при повышении давления за компрессором выше заданного порога осуществляют подачу топлива и во второй дозатор с расходом не ниже минимально заданного расхода через второй дозатор, при превышении максимального установленного расхода топлива через первый дозатор, расход топлива ограничивают максимальным значением и повышают расход во второй дозатор на величину разности между текущим значением расхода в первый дозатор и максимальным допустимым значением, после начала подачи топлива во второй дозатор плавно снижают расход в первый дозатор до номинального значения и одновременно увеличивают расход во второй дозатор, при снижении суммарного расхода топлива ниже заданного порога второй дозатор отключают и подачу топлива осуществляют только через первый дозатор.

2. Система регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя, содержащая регулятор режима работы двигателя, формирующий суммарный расход топлива через, по крайней мере, два дозатора к группам форсунок камеры сгорания двигателя для поддержания заданной частоты вращения ротора турбокомпрессора, причем регулятор связан с датчиками параметров работы двигателя, отличающаяся тем, что система оснащена селектором минимума, первым, вторым и третьим элементами сравнения, блоком формирования максимального расхода топлива в первый дозатор, ключом, таймером, задатчиком минимального расхода топлива во второй дозатор, первым и вторым компараторами, вторые входы которых связаны с задатчиками порога их срабатывания, последовательно соединенными элементами «ИЛИ» и «И», датчиком давления за компрессором, выход регулятора связан с первым входом первого элемента сравнения и с первым входом первого компаратора, выход которого связан со вторым входом элемента сравнения «И», первый вход второго компаратора связан с датчиком давления воздуха за компрессором, выход второго компаратора связан с первым входом логического элемента «ИЛИ», выход элемента «И» связан со вторым входом элемента «ИЛИ», с ключом и с таймером, связанным с входом блока формирования максимального расхода топлива в первый дозатор, выход которого связан со вторым входом селектора минимума, второй вход первого элемента сравнения через ключ имеет возможность соединения с задатчиком минимального расхода топлива во второй дозатор, выход первого элемента сравнения связан с первым входом селектора минимума и с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом селектора минимума, формирующим расход топлива через первый дозатор, выход второго элемента сравнения связан со вторым входом третьего элемента сравнения, первый вход которого через ключ имеет возможность соединения с задатчиком минимального расхода топлива во второй дозатор, выход третьего элемента сравнения имеет возможность управления работой второго дозатора.

РИСУНКИ