Система захисту від перевищення допустимої швидкості у турбомашині

1. Система захисту від перевищення допустимої швидкості у турбомашині, в якій швидкість обертання контролюється важелем регулювання газом через електронний ланцюг керування, яка відрізняється тим, що 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 приве C2 2 75334 1 3 75334 4 ктронними регуляторами, які діють безпосередньо кості обертання, положення якого керується зана силовий пристрій, відсікаючи подачу палива у значеним першим гідравлічним сигналом таким камеру згоряння турбомашини. Приклад такої сисчином, щоб викликати зниження витрат палива, теми описаний [у міжнародній заявці WO яке вприскується у зазначену турбомашину, за 99/00585]. допомогою дозуючого пристрою, з якими він пов'яЦе розв'язання має серйозний недолік, пов'язаний, до зазначених попередньо витрат Wps . заний із необхідністю виконання наступної процеВідповідно до кращого варіанту виконання зазнадури повторного пуску, що у деяких умовах польочені попередньо задані витрати Wps забезпечуту (наприклад, при зльоті) може виявитися ються або через робочий вихід зазначеного дозунеможливою й привести до катастрофи літального ючого пристрою, або через робочий отвір апарату. зазначеного клапану захисту від перевищення Задача, на розв'язання якої направлений дашвидкості обертання. ний винахід, заключається в усуненні цих недоліків Перший гідравлічний сигнал відповідає низьі в створенні електронного пристрою захисту від кому тиску Рb, коли зазначена швидкість обертанперевищення гранично допустимої швидкості, який ня турбомашини нижча за зазначену максимальну не викликає повної зупинки двигуна й додатково допустиму швидкість обертання, й більш високим гарантує мінімальний режим функціонування, затиском Pst, коли ця швидкість N обертання передовольняючий комплексу обмежувальних умов вищує зазначену допустиму швидкість N_LIMIT для літального апарату. Заданиям винаходу є таобертання. кож забезпечення можливості для пілота безпосеКращий зазначений більш високий тиск Pst редньо впливати на пристрій для його розблокудорівнює високому тиску Р1 на виході насоса вивання й тим самим відновлення робочого режиму сокого тиску вприскування палива. двигуна. Відповідно до кращого варіанту виконання підУ відповідності до винаходу розв'язання постримки зазначених попередньо заданих витрат у тавленої задачі досягається за рахунок створення той час, коли зазначена швидкість обертання турпристрою захисту від перевищення допустимої бомашини знову стає нижчою зазначеної максишвидкості у турбомашині з керуванням швидкістю мальної допустимої швидкості обертання, досягаобертання за допомогою важеля керування газом ється за допомогою другого гідравлічного сигналу через електронний ланцюг керування. Пристрій Рх2, який приводиться до зазначеного більш висовідповідно до винаходу характеризується тим, що кого тиску Psf й додається до зазначеного гідраввін містить засоби для обмеження подачі палива у лічного сигналу для зсунення гідравлічного золотзазначеній турбомашині до попередньо заданих ника зазначеного клапана захисту від витрат Wps, коли зазначена швидкість обертання перевищення швидкості обертання із подоланням перевищує максимально допустиму швидкість дії пружини. Цей другий гідравлічний сигнал сфообертання, засоби для підтримки подачі палива із рмований із гідравлічного сигналу РхО керування, зазначеними попередньо заданими витратами, який генерується через зазначений дозуючий приколи зазначена швидкість обертання знову стає стрій від зазначеного більш високого тиску Psf. нижчою зазначеної максимально допустимої швиДаний винахід належить також до способу, дкості обертання, й засоби для приведення подачі який виконується описаним пристроєм захисту від палива до витрат Wr, відповідному режиму малого перевищення допустимої швидкості. газу при подачі команди малого газу зазначеним Характеристики й переваги даного винаходу важелем керування газом через зазначений ланстануть більш зрозумілими із нижчеприведеного цюг керування. опису, яке має ілюстративний, а не обмежувальВідповідно до винаходу у випадку перевищенний характер й супроводжується кресленнями, які ня допустимої швидкості обертання подачу палива прикладаються. у двигун обмежують до попередньо заданих виФіг.1 та 2 зображує у вигляді часткової схеми трат Wps й підтримують на цьому рівні, поки швидва варіанти виконання системи вприскування дкість обертання двигуна не опуститься нижче палива у турбомашині, яка містить пристрій захиспопередньо заданої швидкості обертання, а потім ту від перевищення допустимої швидкості у відпозахист знімається пілотом літального апарату відності до винаходу. шляхом зсунення важеля керування газом у полоФіг.3 та 4 зображує на тих же виглядах, що й ження режиму малого газу двигуна із витратами Фіг.1 та 2, систему у положенні виявлення переWr. вищення допустимої швидкості обертання. Кращі засоби для обмеження подачі палива до Фіг.5 та 6 зображує на тих же виглядах, що й попередньо заданих витрат Wps містять електФіг.1 та 2., систему у положенні захисного блокуронний ланцюг виявлення перевищення допустивання. мої швидкості обертання, яка генерує електричний Фіг.7 та 8 зображує на тих же виглядах, що й сигнал 1, коли швидкість N обертання турбомашиФіг.1 та 2 , систему у положенні розблокування ни перевищує максимально допустиму швидкість захисту. N_LIMIT обертання, електрокеруючий перетворюА Фіг.1 та 2. зображена у схематичному виглявач перевищення допустимої швидкості обертанді частина системи вприскування палива у турбоня, пов'язаний із зазначеним електронним ланцюмашині літального апарату. гом виявлення перевищення допустимої швидкості Така система вприскування палива у загальобертання й надсилаючий перший гідравлічний ному організована навколо пристрою 10 дозування сигнал Рх1 на основі зазначеного електричного палива (дозатора палива ДП), призначеного для сигналу, й клапан захисту від перевищення швидрегулювання витрат палива, яке протікає між на 5 75334 6 сосом 12 високого тиску, який забезпечує нагніелектронним ланцюгом 18 виявлення перевищентання палива із бака (не зображено), й паливними ня допустимої швидкості обертання. Функцією форсунками 13 камери згоряння турбомашини. електронного ланцюга 18 є визначення на основі Перед паливними форсунками розташований відданих показника швидкості (N) обертання ступені сіковий клапан 15, який керується електрокеруювисокого тиску (ВТ) турбомашини граничної швидчим запірним клапаном (не зображений). Високий кості (N_LIMIT) обертання цього корпуса. Якщо тиск на виході насоса позначено Р1, а тиск на вхошвидкість обертання ступені ВД вища за граничну ді паливних форсунок позначено Р2. Безперервне величину й залишається такою, електронний ланрегулювання витрат палива, яке подається дозуюцюг 18 перевищення допустимої швидкості оберчим пристроєм (регулювання двигуна), забезпечутання повинен виробити електричний сигнал (1) ється електронним ланцюгом 14 керування, з яким керування, який за допомогою електрокеруючого пов'язаний цей дозуючий пристрій, у залежності перетворювача 22, який генерує перший гідравлівід параметрів двигуна Ρ й положення важеля 16 чний сигнал (Рх1), забезпечує закриття клапана 24 газу, який встановлюється пілотом літального захисту. апарату. У першому прикладі виконання відповідно до Дозуючий пристій містить гідравлічний дозуюФіг.1. гідравлічний дозуючий елемент 20 додаткочий елемент (паливний дозуючий клапан ТДК) 20, во містить третій робочий вихід 204, безпосередперший вхід 200 подачі палива якого пов'язаний із ньо пов'язаний з виходом 240 керування клапана виходом насоса 12 високого тиску, електрокерую24 захисту на вході паливних форсунок й призначий перетворювач 22 перевищення допустимої чений для подачі до цих форсунок стабілізуючих швидкості обертання, надалі - електрокеруючий витрат, так званих "витрат захисту від перевищенперетворювач 22, та клапан захисту від перевиня допустимої швидкості обертання". Попередньо щення швидкості обертання, надалі - клапан 24 задане значення Wps цих витрат відповідає витразахисту. На перший вхід 200 електрокеруючого там, близьких до режиму малого ходу (краще неперетворювача 22 подано низький тиск Рb, а на набагато перевищуючи їх). У другому, альтернадругий вхід - більш високий тиск Psf. Вихід 240 тивному прикладі виконання витрати Wps, які клапана 24 захисту пов'язаний з паливними форподаються на паливні форсунки при перевищенні сунками 13, його перший торцевий вхід 242 (на допустимої швидкості обертання, забезпечуються задньому боці клапана) пов'язаний з першим роне через дозуючий елемент, а через клапан 24 бочим виходом 202 дозуючого клапана 20, а друзахисту. Для цього гідравлічний золотник 250 клагий торцевий вхід 244, протилежний першому торпана 24 захисту містить другу кільцевупроточку цевому входу, пов'язаний із виходом 244 256 (Фіг.2 ), яка у цьому випадку сполучається, з електрокеруючого перетворювача 22. одного боку, із другим отвором 248 подачі палива, Дозуючий клапан містить гідравлічний золотпов'язаним з високим тиском Psf через мебраму ник 210, який може лінійно пересуватися під керу(мембрамний клапан) 26, калібровану на одерванням електронного ланцюга 14 керування. Цей жання витрат захисту від перевищення допустимої золотник містить дві кільцеві проточки 212, 214. швидкості обертання (у деяких випадках вона моПерша проточка 212 призначена для дозування же бути вмонтована у отвори клапана захисту), та, палива (задания дозуючих витрат для двигуна), з іншого боку, із другим робочим отвором 249, яке надходить через перший вхід 200 подачі й набезпосередньо пов'язаним із виходом 240 керугнітається через перший робочий вихід 202. Друга вання клапана 24 на вході паливних форсунок. проточка 214 забезпечує сполучення між другим З метою спрощення елементи вприскування, входом 206, пов'язаним з високим тиском Psf (в не пов'язані безпосередньо із винаходом, спеціакращому прикладі виконання він відповідає вихідльно упущені, оскільки вони відомі й маються у ному тиску насоса високого тиску), та другим робудь-якій системі вприскування. Це стосується, бочим виходом 208, пов'язаним з першим отвором наприклад, перепускного клапана, який під'єдна246 подачі тиску клапана 24 захисту. Клапан 24 ний паралельно насосу високого тиску для рецирзахисту містить гідравлічний золотник 250 з перкуляції надлишкового об'єму палива, або звичайшою кільцевою проточкою 252, за допомогою якої них нагнітаючих клапанів, а також згаданого вище може встановлювати сполучення між зазначеним електрокеруючого сервоклапана. отвором 246 подачі тиску й першим робочим отвоСистема вприскування, модифікована за дором 247, який під'єднаний паралельно другому помогою пристрою відповідно до даного винаходу, торцевому входу 244 й відповідно, пов'язаний з основана на тому принципі, що при її нормальному виходом 224 електрокеруючого перетворювача 22. функціонуванні є відповідність між положенням Положення клапана 24 захисту визначається зуважеля ручного керування (ВРК) та положенням силлям пружини 254 й додатковим гідравлічним гідравлічного елемента (ТДК), який виконує дозусигналом. Таким чином, закриття клапана захисту вання витрат палива, яке подається до паливних досягається за рахунок подачі на другий торцевий форсунок. Таким чином, якщо після виявлення вхід 244 гідравлічного сигналу, який дорівнює Psf й перевищення допустимої швидкості обертання діючого сумарно із зусиллям пружини 254. Коли дозуючий елемент передбаченим чином реагує на гідравлічний сигнал знімається, його величина команди важеля ручного керування, це можна розстає рівною Рb, й дія тиску Р2 на виході дозуючого глядати як покажчик того, що ланцюг керування пристрою 20 стає більшою за зусилля пружини двигуном (й зокрема, електронний ланцюг керуразом із тиском РЬ, так що клапан 24 захисту відквання) між важелем й дозуючим пристроєм не є ривається. джерелом перевищення допустимої швидкості Електрокеруючий перетворювач 22 керується обертання. 7 75334 8 Відповідно до винаходу у пристрої захисту від виявлення перевищення допустимої швидкості перевищення допустимої швидкості пропонується обертання встановлює, що режим ступені ВД стає гідравлічне запам'ятовування стану захисту від вищим попередньо заданого режиму N_LIMIT й перевищення допустимої швидкості й зняття цього генерує електричний струм 1, який відрізняється стану захисту також гідравлічними засобами після від попереднього стану l_null спокоюю Цей електтого, як дозуючий елемент повертається у полоричний сигнал діє як сигнал закриття електрокеження, задане пілотом у режимі ручного керування руючого перетворювача 22, і його перший гідравза допомогою важеля керування газом. Цей гідралічний сигнал Рх1 дорівнює високому тиску Psf. До влічний сигнал керування РхО, який забезпечує як цього тиску Psf на задню поверхню золотника 250 блокування (даючи необхідні для блокування видодається зусилля К пружини, що викликає затрати), так і розблокування клапана 24 захисту, криття клапана 24 захисту. При цьому витрати залежить від положення другої кільцевої проточки палива знижуються до мінімального значення 214 дозуючого золотника 210 відносно другого Wps, яке, у залежності від прикладу виконання входу 206 подачі й другого робочого виходу 208. забезпечується або третім робочим виходом 204 Зазначена кільцева проточка встановлює сполудозуючого пристрою (Фіг.3), або другим робочим чення між ними, коли положення дозуючого приотвором 249 клапана 24 захисту (Фіг.4). Коли кластрою відповідає витратам, які більші або дорівпан захисту 24 досягає свого закритого положення нюють попередньо заданим витратам Wps при (в якому перший робочий вихід 202 повністю заперевищенні допустимої швидкості обертання. У критий), другий робочий вихід 208 дозуючого прицьому випадку гідравлічний сигнал РхО керування строю 20 й перший отвір 246 подачі цього клапана дорівнює Psf. Якщо, у протилежність цьому, полосполучаються між собою за допомогою першої ження дозуючого пристрою відповідає витратам кільцевої проточки 252, створюючи додатковий нижчим за величину витрат для захисту від перегідравлічний сигнал Рх2 (Фіг.3), який передається вищення допустимої швидкості обертання, повіна клапан 24 захисту з боку пружини, тобто із заддомлення переривається, й гідравлічний сигнал нього боку, й додається до першого гідравлічного РхО керування дорівнює нулю P_null. сигналу Рх1. Величини тисків стають такими: Надалі буде описана дія пристрою захисту від Рх1=Psf і РхО=Рх2=Psf перевищення допустимої швидкості обертання у Фіг.5 та 6 зображує стан системи вприскування режимах по Фіг.3, 4 та 5 й 6. у положенні зразу за розблокуванням захисту. Проте спочатку звернемося до Фіг.1, 2, де Клапан 24 захисту закритий, й витрати палива пристрій зображений у положенні, яке відповідає до паливних форсунок зберігаються рівними винормальній роботі системи вприскування палива. тратам Wps режиму захисту від перевищення доТурбомашина знаходиться у режимі вищому пустимої швидкості обертання. Швидкість оберза режим малого газу (регулюється шляхом устатання ступені ВД знижується й стає меншою новки визначених витрат палива до двигуна). У попередньо заданого режиму межі N_LIMIT. У цей цьому режимі золотник 210 гідравлічного дозуючомомент струм 1 знову дорівнює своїй початковій го елементу забезпечує сполучення між першим нульовій величині l_null. Електрокеруючий перетвходом подачі й першим робочим виходом 202. ворювач 22 при цьому дезактивується й перевоОдночасно другий вхід 206 подачі, який знаходить гідравлічний сигнал Рх1 з величини Psf на диться під тиском Psf, сполучається за допомогою величину Рb. Проте при цьому сигнал Рх2 залидругої кільцевої проточки 214 гідравлічного дозуюшається рівним Psf (пружина 254 за допомогою чого золотника 210 із другим робочим виходом тиску Psf дозволяє утримувати клапан у закритому 208, створюючи гідравлічний сигнал керування положенні), й поки дозуючий елемент залишається РхО, який дорівнює Psf. Швидкість N обертання у положенні перевищення величини визначеного ступені ВД нижча межі N_LIMIT включення захисту режиму малого газу, клапан 24 захисту запертий у від перевищення допустимої швидкості обертання, закритому положенні, й турбомашина знаходиться й електронний ланцюг 18 виявлення не посилає у стані захисту від перевищення допустимої швиделектричний сигнал активації захисту, тобто кості обертання з витратами палива, рівними Wps. l=l_null. Перший гідравлічний сигнал Рх1 на виході У цьому положенні блокування стан величин тиску електрокеруючого перетворювача 22 відповідає є таким: низькому тиску Рb, що відповідає відкритому поРхх1=Рb і РхО=Рх2=Psf. ложенню (бездії) клапана 24 захисту. Значення Фіг.7 та 8 зображує стан системи вприскування тиску складають: у наступному положенні після деблокування заРх1=Рх2=Рb та РхО=Psf хисту. Клапан 24 утримується у відкритому положенні Якщо пілот переводить важіль 16 керування дією сил тиску Р2 на виході дозуючого пристрою газом у положення малого газу, й система керу20. Витрати Wf палива, яке подається до паливних вання між важелем й дозуючим пристроєм (а сафорсунок, вищі за попередньо задані витрати Wps ме, електронний ланцюг 14 керування двигуном) при захисті від перевищення допустимої швидкості функціонує нормально, дозуючий елемент зсуваобертання. ється у положення відповідності режиму малого Фіг.3 та 4 зображує систему вприскування пагазу, у якому перериває сполучення між другим лива у положенні виявлення перевищення допусробочим виходом 208 дозуючого пристрою 20 й тимої швидкості обертання. першим отвором 246 подачі клапана 24 захисту. Із нормального режиму ступінь ВД із невідомих При цьому сигнал РхО знижується до нульового причин виходить у режим перевищення допустисигналу P_null, а сигнал Рх1 дорівнює Рb, так що мої швидкості обертання. Електронний ланцюг 18 сума сигналів Рх1 та P_null стає рівною Рb, що 9 75334 10 викликає відкривання клапана захисту. Таким чиl=l_null на закривання клапана за командою ланном, система захисту розблоковується, й турбоцюга 14 керування. Перший гідравлічний сигнал машина знаходиться у режимі малого газу з виРх1 електрокеруючого клапана стає рівним Psf, й тратами Wr