устройство для управления положением створок реактивного сопла газотурбинного двигателя

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ СТВОРОК РЕАКТИВНОГО СОПЛА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее установленный в корпусе датчик отношения давлений с двумя полостями, разделенными мембраной, соединенной рычагом с сервопоршнем распределительного золотника, командная полость которого подключена к клапану, заслонка которого механически связана с рычагом, подпружиненный сервопоршень и толкатель, образующий с рычагом зазор, электромагнитный клапан, связанный с каналом постоянного давления, отсечной золотник, соединенный с гидрозамедлителем и образующий своей отсечной кромкой с корпусом дросселирующую щель, соединенную со сливом, датчик приведенной частоты вращения, три жиклера и подпружиненный золотник с двумя отсечными кромками и промежуточным каналом, выполненным внутри золотника, последний установлен в корпусе с образованием пружинной и противоположной ей торцевой полостей, последняя из которых соединена с датчиком приведенной частоты вращения, а пружинная полость соединена через один жиклер с дросселирующей щелью отсечного золотника и через другой жиклер с промежуточным каналом, связанным с каналом постоянного давления через третий жиклер и щель, образованную одной из отсечных кромок с корпусом, причем щель, образованная другой отсечной кромкой золотника с корпусом, соединена с каналом постоянного давления при давлении в торцевой полости золотника, превышающем заданную величину, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, оно имеет подпружиненный двухпоясковый золотник с проточкой, связанной с управляемой полостью подпружиненного сервопоршня и с подпружиненным золотником с двумя отсечными кромками, причем пружинная полость двухпояскового золотника соединена с отсечным золотником, а противоположная полость - с электромагнитным клапаном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматическому регулированию газотурбинного двигателя.

Известно устройство, которое содержит установленный в корпусе датчик отношения давлений с двумя полостями и разделительный мембраной, соединенной рычагом с сервопоршнем распределительного золотника, командная полость которого подключена к клапану, заслонка которого механически связана с рычагом, подпружиненный сервопоршень с управляемой полостью и толкатель, образующий с рычагом зазор, электромагнитный клапан, связанный с одной стороны с управляемой полостью сервопоршня, а с другой - с каналом постоянного давления, отсечной золотник, соединенный с гидрозамедлителем и образующий своей отсечной кромкой с корпусом дросселирующую щель, датчик приведенной частоты вращения, три жиклера и подпружиненный золотник с двумя отсечными кромками и промежуточным каналом, выполненным внутри золотника, последний установлен в корпусе с образованием пружинной и пpотивоположной ей торцовой полостей, последняя из которых соединена с датчиком приведенной частоты вращения, а пружинная полость соединена через один жиклер с дросселирующей щелью отсечного золотника и через другой жиклер - с промежуточным каналом, выполненным внутри золотника и связанным с каналом постоянного давления через третий жиклер и щель, образованную одной из отсечных кромок с корпусом, причем управляемая полость подпружиненного сервопоршня через щель, образованную другой отсечной кромкой золотника с корпусом, соединена с каналом постоянного давления при давлении в торцовой полости золотника, превышающем заданную величину.

В данном устройстве на режиме запуска двигателя перепад давлений на мембране такой, при котором заслонка приподнимается и через плоский клапан стравливается часть топлива из командной полости сервопоршня распределительного золотника, под действием перепада давлений сервопоршень вместе с золотником смещается от нейтрального положения, в результате чего в одну полость гидроцилиндров реактивного сопла поступает давление, а из другой полости сливается. Такая подача топлива обеспечивает открытие реактивного сопла.

При увеличении частоты вращения двигателя происходит рост давления в торцовой полости дополнительного подпружиненного золотника, который начинает смещаться и при определенном его ходе своей кромкой перекрывает доступ постоянного давления в пружинную полость золотника. Давление в этой полости падает, и золотник быстро перемещается на упор. Во время этого перемещения открывается доступ постоянного давления в управляемую полость подпружиненного сервопоршня, который смещается и своим штоком нажимает на плечо рычага, что приводит к прикрытию заслонки и прекращению слива топлива из командной полости сервопоршня распределительного золотника. Сервопоршень вместе с золотником смещается в противоположное направление по сравнению с режимом запуска, т.е. на гидроцилиндрах сопла создается перепад на релейное закрытие реактивного сопла.

При дальнейшем движении рычага управления двигателем в сторону максимальных режимов ползушка, связанная с этим рычагом и установленная на штоке гидрозамедлителя, прикрывает отверстие, что вызовет повышение давления в одной из полостей сервопоршня гидрозамедлителя. Сервопоршень вместе с отсечным золотником начинает смещаться. В районе режима "максимал" отсечной золотник своей кромкой уменьшает размер щели до нуля и перекрывает слив топлива из пружинной полости дополнительного подпружиненного золотника. Давление в этой полости возрастает, и золотника смещается на другой упор. Кромкой этого золотника прекращается подача постоянного давления в управляемую полость подпружиненного сервопоршня. Давление в этой полости падает до сливного, толкатель вместе с сервопоршнем перемещается, и заслонка приподнимается над клапаном на величину, определяемую балансом сил-перепадом давления воздуха на мембране и усилием пружин, действующих на рычаг, связанный с мембраной. Сервопоршень вместе с распределительным золотником занимает исходное (нейтральное) положение.

При сбросе режима двигателя, когда снижается частота вращения двигателя, давление в торцевой полости дополнительного золотника падает и перекладка золотника до упора происходит с гистерезисом, в результате чего с гистерезисом происходит перевод сопла из закрытого положения в открытое.

Недостатком данного устройства является то, что при работе гидромеханического регулятора величина гистерезиса достигает таких величин, при которых сокращается площадка работы при крейсерском режиме. А это в свою очередь может привести к отказам в работе и снижению надежности.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение надежной и безотказной работы двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве дополнительно введен подпружиненный двухпоясковый золотник с проточкой, связанной с управляемой полостью подпружиненного сервопоршня и с подпружиненным золотником с двумя отсечными кромками, причем пружинная полость двухпояскового золотника соединена с отсечным золотником, а противоположная полость - с электромагнитным клапаном.

Перечисленные выше новые признаки в данном устройстве являются существенными, так как они достаточны для того, чтобы отличить данное устройство от всех известных устройств и при наличии этих признаков добиваемся получения положительного эффекта, а именно - обеспечение достаточной надежности и безотказной работы двигателя.

Обеспечение достаточной надежности осуществляется за счет подключения к работе в зоне малого газа электромагнитного клапана в момент перекладки реактивного сопла с максимального открытия на минимальные и наоборот.

На чертеже представлено данное устройство.

Устройство содержит датчик 1 отношения давлений с полостями 2 и 3 и разделительной мембраной 4, соединенной через шток 5 с трехплечим рычагом 6, пружину 7 и рычаг 8, сервопоршень 9 распределительного золотника 10, командная полость 11 которого подключена к клапану 12, у которого заслонка 13 связана с другим плечом рычага 6, образующим с толкателем подпружиненного сервопоршня 14 зазор, электромагнитный клапан 15, связанный с каналом 16 постоянного давления, отсечной золотник 17, образующий своей отсечной кромкой с корпусом дросселирующую щель 18 и соединенный с гидрозамедлителем, имеющим сервопоршень 19 с командной полостью 20, шток 21, на котором размещена ползушка 22, связанная с шестерней 23.

К распределительному золотнику 10 топливо под высоким давлением подводится через канал 24, а через каналы 25 и 26 отводится в гидроцилиндры реактивного сопла. Полость 2 датчика 1 через канал 27 соединена с воздушным pедуктоpом 28, к которому подведено давление Р₂* воздуха за компрессором, а в полость 3 подведено давление Р₄* воздуха за турбиной. В устройство, кроме того, входят жиклеры 29, 30 и 31, золотник 32 с отсечными кромками 33 и 34, пружинная полость 35 которого соединена через жиклер 29 с дросселирующей щелью 18 отсечного золотника 17 и через жиклер 30 - с каналом 36, выполненным внутри золотника 32 и связанным с каналом 16 постоянного давления через жиклер 31 и щель, образованную кромкой 33 и корпусом. Торцовая полость 37 золотника 32 связана с каналом 38, через который подается давление, величина которого пропорциональна приведенной частоте вращения двигателя.

Подпружиненный двухпоясковый золотник 39 имеет проточку 40, связанную с управляемой полостью 41 подпружиненного сервопоршня 14 и с золотником 32, его пружинная полость 42 соединена с отсечным золотником 17, а полость 43 - с электромагнитным клапаном 15.

Устройство работает следующим образом.

В зоне малого газа рычаг управления двигателем занимает такое положение, при котором ползушка 22 не прикрывает отверстие, связанное с полостью 20 сервопоршня 19. В этом случае сервопоршень вместе с золотником 17 занимает такое положение, как указано на чертеже. Полость 42 золотника 39 и полость 35 золотника 32 через дросселирующую щель 18 связаны со сливом. На этом режиме электромагнитный клапан 15 подключен к электронному блоку, который управляет положением этого клапана. В этом случае электромагнитный клапан приоткрыт, и в полость 43 золотника 39 поступает постоянное давление от канала 16. Под действием перепада давлений золотник 39 смещается вниз и садится на упор, электромагнитный клапан 15 непосредственно соединяется с управляемой полостью 41 сервопоршня 14, который смещается и воздействует через рычаг 6 на заслонку 13 клапана 12.

Клапан 12 через полость 11 воздействует на сервопоршень 9, связанный с распределительным золотником 10, через который подается топливо в гидроцилиндры сопла двигателя.

Таким образом, положение сопла в зоне малого газа зависит от сигналов, поступающих на электромагнитный клапан 15. В этом случае предусматривается релейное перемещение сопла из положения "открыто" в положение "закрыто".

В это же время по мере увеличения частоты вращения двигателя повышается давление в полости 37 золотника 32, который начинает смещаться вверх. При определенном ходе этого золотника кромкой 33 перекрывается доступ постоянного давления в полость 35. Давление в этой полости быстро падает, и золотник 32 резко смещается вверх. После смещения этого золотника кромка 34 вскрывается и открывается доступ постоянного давления к проточке золотника 39. Так как проточка 40 этого золотника отключена от полости 41 сервопоршня 14, то исключается воздействие гидромеханического регулятора на регулирование положения сопла.

При дальнейшем движении рычага управления двигателем в сторону максимальных режимов ползушка 22 своей кромкой прикрывает канал, связанный с полостью 20 сервопоршня 19. Давление в полости 20 возрастает, и сервопоршень вместе с золотником 17 смещается вверх. В районе режима "максимал" размер щели 18 уменьшается до нуля, и перекрывается слив топлива из полости 35 золотника 32 и полости 43 золотника 39. Давление в этих полостях возрастает, и золотники 32 и 39 возвращаются в исходное положение. Давление в полости 41 сервопоршня 14 падает, последний под действием своей пружины смещается вправо, исключая воздействие этого сервопоршня на рычаг 6. В этом случае положение рычага будет зависеть от соотношения давлений Р₂* и Р₄* на мембране 4. В зависимости от этого соотношения изменяется слив топлива из полости 11 сервопоршня 9 через клапан 12. Следовательно, регулирование положения сопла будет от гидромеханического регулятора.

При сбросе режима двигателя ползушка 22 начинает смещаться вниз, при этом снижается частота вращения двигателя и падение давления Р₂* и Р₄*.

Реактивное сопло в соответствии с этим падением начинает перестраиваться до момента полного прикрытия сопла. В этом случае ползушка 22 вскрывает отверстие, связанное с полостью 20. Сервопоршень 19 вместе с золотником 17 начинает смещаться вниз, увеличивая размер щели 18. Давление в полости 35 золотника 32 и полости 43 золотника 39 падает. Золотник 32 смещается вверх, а золотник 43 - вниз, в результате чего происходит подключение электромагнитного клапана 15 к полости 41 сервопоршня 14. От электронного блока на определенном режиме подается команда на закрытие клапана 15, что соответствует релейному открытию сопла.

Таким образом, данное усовершенствование позволяет регулировать в зоне малого газа релейное закрытие и релейное открытие с помощью электромагнитного клапана, связанного с электронным блоком, той величиной гистерезиса, при которой обеспечивается достаточная площадка работы на крейсерском режиме.

При этом, в случае выхода из строя электронного блока, в работу вступает золотник 32 с двумя отсечными кромками, т.е. регулирование будет осуществляться гидромеханическим регулятором.