Пристрій уприскування палива в газотурбінному двигуні і газотурбінний двигун, який містить такий пристрій

1. Пристрій уприскування палива в газотурбінному двигуні, який містить щонайменше один насос (10), зв'язуючий паливний резервуар (14) з засобами (16) регулювання витрати, що забезпечують живлення паливних форсунок (18) за допомогою клапана (20) подачі палива під тиском і переривання подачі палива, причому клапан містить поршень (32), виконаний з можливістю переміщення в циліндричному корпусі (30) між положенням перекривання і положенням відкривання живлення (22) паливних форсунок, причому поршень (32) під дією надмірного тиску палива забезпечує перекривання живлення (22) паливних форсунок у випадку, коли цей надмірний тиск має величину, меншу деякого першого попередньо заданого порогового значення, який відрізняється тим, що клапан (20) подачі палива під тиском і переривання подачі палива містить засоби (52, 56, 60), призначені для прикладання до поршня (32), починаючи з режиму малого газу газотурбінного двигуна, протитиску РН, що формує друге порогове значення надмірного тиску, яке перевищує перше порогове значення і відповідає мінімальній величині, необхідній для керування обладнанням (24) даного газотурбінного двигуна із змінною геометрією. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що засоби прикладання протитиску містять отвір (52, 58), який сформований в циліндричному корпусі (30) клапана і живиться тиском на виході з насоса (10), причому цей отвір (52) перекривається порш 2 (19) 1 3 Винахід, що пропонується, належить до пристрою уприскування палива в газотурбінному двигуні, наприклад, в авіаційному турбореактивному двигуні або в турбогвинтовому двигуні. Цей пристрій в загальному випадку має в своєму складі щонайменше один насос високого тиску, що приводиться в рух за допомогою турбіни газотурбінного двигуна, вхідна частина якого пов'язана з паливним резервуаром, а його вихідна частина пов'язана з керованими засобами регулювання витрати палива, що містять клапан-дозатор, які в свою чергу пов'язані, за допомогою засобу подачі палива під тиском і переривання подачі палива, іноді званого стопорним клапаном, з пристроями уприскування палива, розташованими в камері згоряння газотурбінного двигуна. Згаданий засіб подачі палива під тиском і переривання подачі палива містить поршень, виконаний з можливістю переміщення в циліндричному корпусі між положенням відкривання і положенням закривання каналу живлення паливних форсунок, причому вказаний поршень, під впливом, з одного боку, тиску палива на виході з клапана-дозатора, а з іншого боку, керуючого тиску, забезпечує закривання каналу живлення паливних форсунок в тому випадку, коли тиск палива має величину, меншу деякого попередньо заданого порогового значення. У процесі нормального функціонування газотурбінного двигуна відмінність тиску палива між виходом і входом насоса має величину, достатню для того, щоб керувати допоміжним обладнанням, що містить, зокрема, лопатки із змінним кутом установки (це обладнання надалі буде називатися обладнанням із змінною геометрією). У тому випадку, коли відбувається порушення нормального горіння палива, що спричиняє за собою зупинку двигуна, бажано мати можливість повторно запустити двигун в польоті, використовуючи тільки обертання вала двигуна, який приводиться в рух в результаті проходження набігаючого потоку повітря через цей газотурбінний двигун. Швидкість повторного запуску газотурбінного двигуна в цих умовах виявляється значно меншою, ніж швидкість обертання в польоті або в процесі нормального запуску, здійснюваного на землі за допомогою стартера. Насос високого тиску пристрою уприскування палива приводиться в рух з цією відносно невеликою швидкістю обертання і не може внаслідок цього подавати паливо під тиском, достатнім для відкривання засобу подачі палива під тиском і переривання подачі палива і для керування обладнанням із змінною геометрією. У існуючому рівні техніки були запропоновані різні засоби, призначені для розв'язання цієї проблеми. У патентній заявці ЕР-А-1231368, поданій на ім'я заявника, було запропоновано засіб подачі палива під тиском і переривання подачі палива з двома рівнями надмірного тиску палива в функції швидкості обертання вала газотурбінного двигуна, 94413 4 причому нижній з цих рівнів відповідає функціонуванню двигуна в режимі малого газу і в режимах малого споживання палива, а більш високий рівень може забезпечувати функціонування двигуна при високих витратах палива. Цей засіб подачі палива під тиском керується за допомогою клапана-дозатора засобів регулювання витрати палива за допомогою декількох діафрагм, встановлених паралельно між насосом високого тиску, клапаном-дозатором і засобом подачі палива під тиском і переривання подачі палива. Недолік цього відомого технічного рішення полягає в тому, що згаданий низький рівень тиску палива виявляється недостатнім для керування обладнанням із змінною геометрією. Це технічне рішення також вимагає модифікації клапанадозатора і установлення згаданих діафрагм, внаслідок чого має досить високу вартість. Технічна задача винаходу, що пропонується, полягає в тому, щоб усунути вищезгадану проблему досить простим, ефективним і дешевим способом, зокрема, без перетворення клапанадозатора. Для рішення цієї задачі пропонується пристрій уприскування палива в газотурбінному двигуні, який містить щонайменше один насос, зв'язуючий паливний резервуар з засобами регулювання витрати, що забезпечують живлення паливних форсунок за допомогою клапана подачі палива під тиском і переривання подачі палива, причому клапан містить поршень, виконаний з можливістю переміщення в циліндричному корпусі між положенням відкривання і положенням перекривання живлення паливних форсунок, причому поршень під дією надмірного тиску палива забезпечує переривання живлення паливних форсунок у випадку, коли цей надмірний тиск має величину, меншу деякого попередньо заданого порогового значення, відмінний тим, що клапан подачі палива під тиском і переривання подачі палива містить засоби, призначені для прикладання до згаданого поршня, починаючи з режиму малого газу газотурбінного двигуна, протитиску, який збільшує надмірний тиск палива вище другого попередньо заданого порогового значення, причому вказане друге порогове значення перевищує перше порогове значення і має мінімальну величину, необхідну для керування обладнанням даного газотурбінного двигуна із змінною геометрією. Таким чином, відповідно до пропонованого винаходу засоби, які дозволяють задавати друге порогове значення надмірного тиску палива, утворюють частину клапана живлення паливом під тиском і переривання подачі палива і не є частиною засобів регулювання витрати палива. Згадане Друге порогове значення надмірного тиску палива дозволяє, починаючи з режиму малого газу, забезпечити керування обладнанням із змінною геометрією, таким, наприклад, як лопатки із змінним кутом установки. Перше порогове значення надмірного тиску палива дозволяє забезпечити легкий запуск дви 5 гуна на землі і повторний запуск двигуна в польоті під дією тільки лише обертання вала двигуна, яке викликається проходженням набігаючого потоку повітря через газотурбінний двигун. Доцільно, щоб засіб прикладання протитиску містив отвір, який сформований в циліндричному корпусі клапана і живиться тиском на виході з насоса, причому цей отвір перекривається поршнем в його положенні перекривання живлення паливних форсунок і виявляється відкритим в результаті переміщення поршня, починаючи з режиму малого газу газотурбінного двигуна. Перехід від першого порогового значення надмірного тиску до другого порогового значення надмірного тиску визначається ходом поршня між його положенням перекривання живлення паливних форсунок і положенням відкривання отвору в циліндричному корпусі, тобто по суті положенням цього отвору вздовж осі переміщення поршня. Доцільно також, щоб величина другого порогового значення надмірного тиску визначалася діаметром згаданого отвору. Швидкість переходу між першим і другим пороговими значеннями може бути визначена формою цього отвору. Так, наприклад, отвір, сформований в корпусі клапана, містить циліндричний прохід, діаметр якого визначає величину другого порогового значення надмірного тиску, причому цей циліндричний прохід відкривається в кільцеву канавку, виконану на внутрішній циліндричній поверхні корпусу клапана, причому ця канавка має осьовий розмір, або розмір в напрямі осі переміщення поршня, який перевищує діаметр згаданого циліндричного проходу, призначеного для сполучення з кільцевою канавкою поршня, в якій сформовані радіальні отвори, що відкриваються у внутрішню порожнину, виконану в поршні. Така конфігурація дозволяє суттєво збільшити швидкість переходу між першим і другим пороговими значеннями надмірного тиску і, отже, дуже швидко мати в режимі малого газу тиск палива, достатній для керування обладнанням газотурбінного двигуна із змінною геометрією. Інші характеристики, подробиці і переваги винаходу, що пропонується, будуть краще зрозумілі з опису прикладів його здійснення, наведеного з посиланнями на фігури, в числі яких: Фіг. 1 являє собою схематичний вигляд пристрою уприскування палива відповідно до винаходу, що пропонується; Фіг. 2 являє собою графік, який демонструє зміну різниці тиску палива в функції уприскуваної витрати; Фіг. 3 являє собою схематичний вигляд в осьовому розрізі клапана подачі палива під тиском і переривання подачі палива пристрою відповідно до винаходу, що пропонується. Пристрій уприскування палива, схематично поданий на фіг. 1, містить насос високого тиску 10, вхідна частина якого пов'язана за допомогою насоса низького тиску 12 і за допомогою фільтрів з паливним резервуаром 14, а його вихідна частина пов'язана з засобом регулювання витрати 16 (FMV або Fuel Metering Valve) класичного типу, який до 94413 6 зволяє дозувати кількість палива, що направляється в паливні форсунки 18, в функції умов функціонування газотурбінного двигуна. Клапан 20 подачі палива під тиском і переривання подачі палива встановлений між вихідною частиною засобу 16 регулювання витрати і каналом 22 живлення паливних форсунок 18, причому цей клапан 20, званий також стопорним клапаном, є чутливим до тиску Р палива на виході із засобу 16 регулювання витрати палива і не допускає живлення паливом паливних форсунок 18 доти, поки цей тиск Р не досягне деякої величини, тобто доти, поки надмірний тиск палива залишається меншим, ніж згадане перше порогове значення, причому цей надмірний тиск палива відповідає різниці тиску між виходом і входом насоса 10. Вказане порогове значення визначається таким чином, щоб забезпечити можливість повторного запуску газотурбінного двигуна в польоті в тому випадку, коли вал цього двигуна приводиться у обертальний рух тільки за допомогою набігаючого потоку повітря, який рухається в цьому газотурбінному двигуні. Це порогове значення надмірного тиску палива, яке є відносно низьким (і складає, наприклад, приблизно 19 бар), також полегшує запуск газотурбінного двигуна на землі за допомогою стартера, працюючого, наприклад, на стисненому повітрі. Відповідно до винаходу, що пропонується, клапан 20 подачі палива під тиском і переривання подачі палива спроектований таким чином, щоб визначати друге порогове значення надмірного тиску палива, яке перевищує перше порогове значення, яке повинно бути досягнуте або перевищене після того, як завершується фаза запуску або повторного запуску в польоті даного газотурбінного двигуна, причому це друге порогове значення надмірного тиску палива мас величину, наприклад, порядку 30 бар і є досить високим для того, щоб цей надмірний тиск, тобто різниця тиску РНРВ між виходом і входом насоса 10, був достатнім для керування системою 24 допоміжного обладнання із змінною геометрією, яке містить, зокрема, привідний механізми лопаток із змінним кутом установки. Діаграма, наведена на фіг. 2, представляє зміну різниці тиску РН-РВ в функції витрати палива, яке подається в паливні форсунки 18, причому крива 1 представляє цю зміну в тому випадку, коли клапан подачі палива під тиском і переривання подачі палива визначає тільки одне порогове значення надмірного тиску, а крива 11 представляє цю зміну у випадку використання клапана 20 відповідно до винаходу, що пропонується, який визначає два порогових значення надмірного тиску палива, як про це вже було сказано в попередньому викладі. На діаграмі можна бачити, що в пристрої відповідно до винаходу, що пропонується, перехід між першим і другим пороговими значеннями надмірного тиску палива здійснюється дуже швидко для точної витрати уприскуваного палива, яка є відносно дуже малою і яка досягається після того, як фази запуску або повторного запуску завершені. Таким чином, в тому випадку, коли даний газо 7 турбінний двигун функціонує в режимі малого газу, різниця тиску РН-РВ є більш високою, ніж 30 бар, і виявляється цілком достатньою для того, щоб керувати обладнанням із змінною геометрією. Далі з посиланнями на фіг. 3 будуть описані характеристики клапана 20 подачі палива під тиском і переривання подачі палива, які дозволяють визначити два згаданих вище порогових значення надмірного тиску палива. Цей клапан, який зображений на фігурах 1 і 3 у вертикальному положенні, містить циліндричний корпус 30, нижній відкритий кінець якого пов'язаний з вихідною частиною засобу 16 регулювання витрати палива, і поршень 32, що направляється в своєму герметичному русі ковзання у внутрішній порожнині корпусу 30 між нижнім положенням, поданим на фіг. 3 і відповідним положенню перекривання каналу 22 живлення паливних форсунок 18, і верхнім положенням, в якому цей поршень відкриває згаданий канал живлення. Нижнє положення поршня 32 визначається посадочним місцем 34, яке нерухомо зафіксоване в нижньому відкритому кінці корпусу 30. Поршень 32 постійно піддається зусиллю повернення в своє нижнє положення, відповідне його опорі на посадочне місце 34, за допомогою пружини 36, яка встановлена навколо поршня і впирається на своїх кінцях в зовнішній кільцевий виступ 38 верхньої частини поршня 32 і в посадочне місце 40, нерухомо встановлене на верхньому кінці корпусу 30. Посадочне місце 40 несе на собі центральний датчик 42, наприклад датчик електромагнітного типу, призначений для визначення осьового положення штока 44, пов'язаного з поршнем 32. У представленому прикладі поршень 32 має трубчасту циліндричну форму, закриту на його нижньому кінці і відкриту на його верхньому кінці, причому шток 44 проходить всередині поршня 32 і спонукається до упора в донну частину поршня за допомогою поворотної пружини 46, яка впирається своїм нижнім кінцем в круговий виступ 48, виконаний на нижньому кінці штока 44, і яка впирається своїм верхнім кінцем в посадочне місце 40, встановлене фіксованим чином на верхньому кінці корпусу 30, причому пружина 46, як і пружина 36, служить для повернення поршня 32 в його нижнє положення упору в посадочне місце 34. Перше порогове значення надмірного тиску визначається шляхом прикладання до внутрішньої порожнини корпусу 30 тиску палива з вхідної частини насоса 10, причому цей тиск прикладається через щонайменше один отвір 50, сформований в тій частині корпусу 30, яка розташовується вище поршня 32, таким чином, щоб цей тиск РВ мав можливість впливати на поршень 32 при будьякому положенні цього поршня для того, щоб штовхати його в напрямі вниз. 94413 8 Друге порогове значення надмірного тиску визначається шляхом прикладання до поршня 32 тиску палива РН на виході з насоса 10 за допомогою отвору 52, сформованого в корпусі 30 на рівні, більш низькому, ніж рівень розташування отвору 50, таким чином, щоб цей отвір 52 міг бути перекритий поршнем 32 в тому випадку, коли цей поршень знаходиться в своєму нижньому положенні, і міг залишатися відкритим в тому випадку, коли цей поршень переміщується в напрямі вгору під дією тиску Р палива на виході із засобу 16 регулювання витрати, причому тиск РН палива при цьому впливає на поршень 32 для його переміщення в напрямі вниз і цей тиск Р визначається тиском в каналі 22 живлення паливних форсунок, тиском в корпусі 30 і витратою палива, яке подається в паливні форсунки. Більш конкретно, отвір 52 містить циліндричний прохід 54, який відкривається зовні від корпусу 30 і глибина якого менше товщини корпусу 30 в даному місці, кільцеву канавку 56, сформовану у внутрішній циліндричній поверхні корпусу 30 на висоті розташування проходу 54, і отвір 58 дуже малого діаметра, який сформований в товщі матеріалу, що відділяє прохід 54 від кільцевої канавки 56, і який забезпечує їх сполучення одне з одним. Циліндрична стінка поршня 32 може містити щонайменше один і, переважно, декілька радіальних отворів 60, сформованих в одній і тій же поперечній площині і розподілених навколо осі поршня, які виконані в кільцевій канавці зовнішньої периферійної поверхні поршня і які призначені для виведення на рівень розташування кільцевої канавки 56 корпусу 30 в тому випадку, коли поршень переміщається в напрямі вгору під дією тиску Р палива, прикладеного до нижнього кінця корпусу 30. Як це можна бачити на фіг. 3, в тому випадку, коли поршень 32 знаходиться в своєму нижньому положенні перекривання каналу 22 живлення паливних форсунок 18, кільцева канавка поршня 32, в якій сформовані радіальні отвори 60, розташовується на невеликій осьовій відстані від кільцевої канавки 56 внутрішньої поверхні корпусу 30. Ця осьова відстань визначає тривалість першого порогового значення надмірного тиску. Рівень другого порогового значення надмірного тиску визначається діаметром отвору 58 і величина витрати уприскуваного палива, для якої здійснюється перехід між двома цими пороговими значеннями надмірного тиску, визначається осьовим положенням отвору 58 в корпусі 30. З наведеного вище опису можна бачити, що винахід, що пропонується, дозволяє визначити два порогових значення надмірного тиску палива, одне з яких призначене для запуску двигуна на землі і в польоті, а інше, починаючи з режиму малого газу, забезпечує просту і відносно дешеву модифікацію клапана подачі палива під тиском і переривання подачі палива. 9 94413 10 11 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 94413 Підписне 12 Тираж 24 прим.Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601