Регулятор перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки

Регулятор относится к автоматике и может быть использован для обеспечения устойчивой работы ВСУ летательных аппаратов. Регулятор содержит делитель величины абсолютного давления, соединенный с первым каналом подвода воздуха, струйный элемент сравнения, первое входное сопло которого соединено с делителем, а второе входное сопло - с вторым каналом подвода воздуха, струйный усилитель с соплом питания соединенным с первым каналом подвода воздуха. Входные каналы усилителя соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими полостями клапана перепуска воздуха. Один из входных каналов струйного усилителя соединен с источником низкого давления, что позволяет получить более гибкий закон регулирования приведенного расхода воздуха через компрессор (с коррекцией приведенного расхода в зависимости от степени повышения давления воздуха компрессором). Это достигается поддержанием величины приведенного расхода воздуха через компрессор с коррекцией величины приведенного расхода воздуха по степени повышения давления воздуха компрессором. 3 з.п.ф. 4 ил.

Заявленное устройство относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического регулирования газотурбинных двигателей, в частности, для обеспечения устойчивой работы вспомогательных силовых установок (ВСУ) летательных аппаратов.

Известно устройство для защиты ВСУ от помпажа при изменении расхода воздуха, отбираемого от компрессора, (см. авт.св. СССР 1580914, кл. F04D 27/00, 1988 г.), содержащее установленные на выходе компрессора трубу Вентури, снабженный пневмоприводом клапан перепуска воздуха (КПВ) и струйный блок управления клапаном перепуска, снабженный струйным усилителем с соплом питания, с двумя управляющими и с двумя выходными каналами, задатчиком отношения давлений, входной канал которого сообщен с входным участком трубы Вентури, сравнивающим устройством, один вход которого сообщен с узким участком трубы Вентури, другой - с выходным каналом задатчика отношения давлений, а выходные каналы - с управляющими каналами струйного усилителя, выходные каналы которого сообщены с управляющими полостями пневмопривода КПВ, причем струйный блок управления КПВ содержит дополнительный струйный усилитель и профилированное сопло, на входе которого установлен дроссель, сообщенный с входным участком трубы Вентури, а выход этого сопла сообщен с источником низкого давления. При этом один из управляющих каналов дополнительного струйного усилителя сообщен с узким сечением профилированного сопла, другой - с источником низкого давления. Первый выходной канал этого усилителя сообщен с соплом питания основного струйного усилителя, а второй - с одним из выходных каналов основного струйного усилителя, и сопло питания дополнительного струйного усилителя сообщено с входным участком трубы Вентури.

Существенным недостатком этого устройства является, недостаточно гибкий закон регулирования - поддержание на рабочих режимах постоянного приведенного расхода воздуха с релейным закрытием (или открытием) КПВ на низких режимах. Другой недостаток этого устройства - повышенная сложность из-за наличия дополнительного датчика отношения давлений, регулируемого профилированного сопла и дополнительного струйного усилителя (для формирования релейной команды по степени повышения давлений компрессором).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для регулирования перепуска воздуха из компрессора ВСУ (см. описание полезной модели к патенту РФ 50265, кл. F04Д 27/00), содержащее делитель величины абсолютного давления, соединенный с первым каналом подвода воздуха, струйный элемент сравнения, первое входное сопло которого соединено с делителем величины абсолютного давления, а второе входное сопло соединено с вторым каналом подвода воздуха, струйный усилитель с соплом питания, соединенным с первым каналом подвода воздуха, входные каналы усилителя соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими полостями клапана перепуска воздуха (КПВ).

Существенным недостатком этого устройства является недостаточно гибкий закон регулирования - поддержание на рабочих режимах неизменной величины приведенного расхода воздуха независимо от режима работы двигателя (независимо от степени повышения давления воздуха компрессором).

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является расширение области применения регулятора за счет использования более гибкого закона регулирования перепуска воздуха из компрессора ВСУ, учитывающего режим работы компрессора (его степень повышения давления).

Для достижения, указанного технического результата в регуляторе перепуска воздуха, содержащем делитель величины абсолютного давления, соединенный с первым каналом подвода воздуха, струйный элемент сравнения, первое входное сопло которого соединено с делителем величины абсолютного давления, а второе входное сопло соединено с вторым каналом подвода воздуха, струйный усилитель с соплом питания, соединенным с первым каналом подвода воздуха, причем входные каналы усилителя, соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные каналы струйного усилителя соединены с управляющими полостями клапана перепуска воздуха, один из входных каналов струйного усилителя через жиклер соединен с источником низкого давления.

Кроме того, в регуляторе струйный усилитель может быть выполнен многоступенчатым.

По крайней мере, один из жиклеров может быть выполнен регулируемым, а площадь сечения жиклера может быть равна 0,11,0 площади сопла питания струйного усилителя (или ступени усиления), к входному каналу которого подсоединен жиклер. При этом величина корректирующего воздействия зависит от площади сечения жиклера.

Отличительным признаком заявляемой модели является введение жиклера, соединяющего один из входных каналов струйного усилителя с источником низкого давления. Введение жиклера позволяет получить более гибкий закон регулирования приведенного расхода воздуха через компрессор (с коррекцией приведенного расхода в зависимости от степени повышения давления воздуха компрессором). Это достигается поддержанием величины приведенного расхода воздуха через компрессор с коррекцией величины приведенного расхода воздуха по степени повышения давления воздуха компрессором.

Кроме того, дополнительно расширить область применения регулятора позволяет: выполнение усилителя многоступенчатым, в одной или нескольких ступенях усиления которого установлены жиклеры, соединяющие входные каналы соответствующей ступени струйного усилителя с источником низкого давления, выполнение жиклера регулируемым, выполнение жиклера с площадью сечения жиклера, равной 0,11,0 площади сопла питания струйного усилителя (или ступени усиления), к входному каналу которого подсоединен жиклер.

Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами:

на Фиг.1 показана схема регулятора перепуска воздуха из компрессора ВСУ с одноступенчатым усилителем, где один из входных каналов струйного усилителя через жиклер соединен с источником низкого давления (с окружающей средой);

на Фиг.2 показана схема регулятора перепуска воздуха из компрессора ВСУ с двухступенчатым усилителем, где один из входных каналов каждой ступени струйного усилителя через жиклер соединен с окружающей средой;

на Фиг.3 показана схема регулятора перепуска воздуха из компрессора ВСУ с одноступенчатым усилителем, где один из входных каналов струйного усилителя соединен с окружающей средой через регулируемый жиклер;

на Фиг.4 представлены законы поддержания Р_ВЕНТ/Р_К от Р_К /Р_Н, причем здесь: А - закон регулирования регулятора со струйными усилителями, без жиклеров, соединяющих входные каналы с источником низкого давления; Б - закон регулирования регулятора со струйным усилителем, у которого жиклер, соединяющий входной канал струйного усилителя с окружающей средой, установлен со стороны выходного канала, в котором формируется сигнал на открытие КПВ; В - закон регулирования регулятора струйным усилителем, у которого жиклер, соединяющий входной канал струйного усилителя с окружающей средой, установлен со стороны выходного канала, в котором формируется сигнал на закрытие КПВ.

Регулятор перепуска воздуха из компрессора (см. Фиг.1) содержит корпус 1, каналы подвода воздуха 2 и 3, соответственно, с давлениями Р_К от входа и Р_ВЕНТ от мерного сечения расходомера переменного перепада (на чертеже не показан), измеряющего расход воздуха, отбираемого от компрессора ВСУ, например, трубы Вентури, или иного расходомера переменного перепада. Канал подвода воздуха 2 подключен к делителю 4 величины абсолютного давления, выполненному в виде междроссельной камеры, образованной жиклерами 5 и 6. Причем жиклер 5 соединен с каналом 2, а жиклер 6, например, переменного сечения, соединен с источником низкого давления, например, с давлением окружающей среды Р_Н. Делитель 4 соединен с первым входным соплом 7 струйного элемента сравнения 8. Второе входное сопло 9 элемента сравнения 8 соединено с каналом 3.

Выходные каналы 10, 11 элемента сравнения 8 одновременно являются входными каналами струйного усилителя 12, имеющего одну, две или более ступени последовательно подключенных струйных усилителей 13 (см. Фиг.2), сопла питания 14 которых соединены с каналом 2. Входной канал 10 усилителя 12 соединен через жиклер 15 с источником низкого давления, например с окружающей средой (см. Фиг.1).

Кроме того (см. Фиг.2) выходные каналы 16 и 17 первой ступени усиления струйного усилителя 13, одновременно являются и входными для второй ступени усиления. Входной канал 16 второй ступени усиления струйного усилителя 13 через жиклер 18 так же может быть соединен с окружающей средой.

Кроме того, (см. Фиг.3) входной канал, например, 11 усилителя 13 может быть соединен с окружающей средой через регулируемый жиклер 19.

Выходные каналы 20 и 21 усилителя 12 имеют возможность подключения к управляющим полостям клапана перепуска воздуха (КПВ) (на чертеже не показаны), канал 20 к управляющей полости на открытие КПВ, а канал 21 - на закрытие КПВ, соответственно.

Устройство работает следующим образом. На номинальном режиме работы двигателя давление воздуха на входе в расходомер и, соответственно, в канале подвода воздуха 2, равно Р_К, в канале подвода 3 от мерного сечения расходомера, равно Р_ВЕНТ.

Воздух из канала подвода 2 поступает к соплу (соплам) питания 14 усилителя (усилителей) 13 и к делителю 4, междроссельная камера которого соединена с первым входным соплом 7 элемента сравнения 8, второе входное сопло 9 которого соединено с входным каналом 3. Площади сопла 7 и жиклеров 5, 6 делителя 4 подбираются так, чтобы на установившемся номинальном режиме работы двигателя в управляющие полости КПВ (на чертежах не показаны) от усилителя 12 по входным каналам 20 и 21 подавался выходной нулевой перепад давлений. При этом, при увеличении расхода воздуха, отбираемого от двигателя, - при увеличении расхода воздуха через расходомер (трубу Вентури), происходит снижение давления Р_ВЕНТ в мерном сечении расходомера, снижается величина отношения абсолютных давлений Р_ВЕНТ/Р_К относительно величины (Р_ВЕНТ /Р_К)_ОН [здесь (Р_ВЕНТ/Р_К )_ОН - величина отношения абсолютных давлений на установившемся номинальном режиме работы двигателя], так что давление Р _ВЕНТ во втором входном сопле 9 элемента сравнения 8 становится меньше давления в первом входном сопле 7 элемента сравнения 8, равном Р₇=Р_К·(Р_ВЕНТ/Р _К)_ОН, возникший перепад рассогласования давлений (Р₇-Р₉) (здесь Р₉ - давление во втором входном сопле 9 элемента сравнения 8) усилится струйным усилителем 12 и поступит, по выходным каналам 20 и 21 в управляющие полости КПВ, перемещая клапан перепуска на уменьшение расхода воздуха, отбираемого от двигателя.

Аналогичный процесс происходит при уменьшении расхода воздуха, отбираемого потребителем от двигателя, в этом случае КПВ открывается, поддерживая неизменным расход воздуха, отбираемый от двигателя, обеспечивая постоянным коэффициент запаса компрессора двигателя по помпажу.

При изменении (увеличении) режима работы двигателя - при изменении увеличении Р_К/Р_Н (здесь Р_Н - атмосферное давление), изменяются (увеличиваются) давления воздуха Р_К, Р_ВЕНТ, Р₇ , Р₉, Р₁₀, Р₁₁, Р₂₀ и Р₂₁ (здесь Р₁₀, Р₁₁, Р ₂₀ и Р₂₁ - давления воздуха в соответствующих входных 10, 11 и выходных 20, 21 каналах струйного усилителя 12). При этом изменение (увеличение) давления Р₁₀ (см. Фиг.1) во втором входном канале 10 усилителя 13, вследствие перепуска части воздуха из канала 10 через жиклер 15 в окружающую среду, будет меньше чем в канале 11 (из которого воздух дополнительно не стравливается в окружающую среду). Это ведет к изменению (уменьшению) давления в выходном канале 20 усилителя 13, и к соответствующему изменению (увеличению) давления в выходном канале 21. Образовавшийся выходной перепад давлений (Р₂₁-Р₂₀>0) поступит в управляющие полости КПВ, изменяя (увеличивая) площадь перепуска КПВ, увеличивая расход воздуха, отбираемого от двигателя до уровня (Р_ВЕНТ/Р_К) меньше, чем на номинальном режиме (Р_ВЕНТ/Р_К)_ОН.

При снижении режима работы двигателя ниже номинального все вышеуказанные давления Р_К, Р_ВЕНТ, Р₇, Р ₉, P₁₀, Р₁₁, Р₂₀ и Р ₂₁ уменьшатся, при этом давление Р₁₀ будет изменяться меньше, чем давление Р₁₁, так, что в выходных каналах 21 и 20 образуется отрицательный перепад давлений (Р₂₁ -Р₂₀<0), который уменьшит площадь перепуска КПВ, уменьшит расход воздуха, отбираемого от двигателя, перестроит регулятор на поддержание более высокого значения отношений давлений, чем на номинальном режиме (Р_ВЕНТ/Р_К)>(Р _ВЕНТ/Р_К)_НО.

При этом будет реализовываться закон регулирования Б (см. Фиг.4). (Закон регулирования А реализуется регулятором со струйным усилителем 12, без жиклеров, соединяющих входные каналы усилителя 12 с источником низкого давления). Аналогично работает регулятор с многоступенчатым струйным усилителем 12 (см. Фиг.2), содержащий жиклеры 15 и 18, соединяющие входные каналы 10 и 16 струйных усилителей 13 с окружающей средой.

На Фиг.3 приведена схема регулятора с регулируемым жиклером 19 соединяющим входной канал 11 с окружающей средой, действующий «противоположное каналу 10 и поэтому реализующий увеличение поддерживаемого параметра (Р_ВЕНТ /Р_К) при увеличении (Р_К/Р_Н) (см. зависимость В на Фиг.4). Угол наклона этой зависимости меняется пропорционально площади регулируемого жиклера 19 (от реализуемой зависимости В на Фиг.4 при площади жиклера, равной площади сопла питания 14 струйного усилителя 13, до нулевого наклона зависимости А при «нулевой» площади жиклера 19).

Так осуществляется коррекция поддерживаемой регулятором величины отношения давлений Р_ВЕНТ/Р_К на расходомере в зависимости от степени повышения давления Р_К/Р _Н воздуха в компрессоре, что обеспечивает более гибкий закон регулирования, более точный учет особенностей компрессора, и, таким образом, расширяет область применения регулятора.

Экспериментальные исследования (см. Фиг.4, законы регулирования Б и В) показали эффективность предлагаемого устройства. Введение во входные каналы 10, 16 или 11 струйного усилителя 12 жиклеров 15, 18 или 19, соответственно соединяющих входные каналы 10, 16 или 11 с источником низкого давления, создает коррекцию по степени повышения давления Р_К/Р_Н воздуха в компрессоре величины отношения давлений Р_ВЕНТ/Р _К на мерном устройстве, что делает закон регулирования более гибким и расширяет область применения регулятора.

1. Регулятор перепуска воздуха из компрессора вспомогательной силовой установки, содержащий делитель величины абсолютного давления, соединенный с первым каналом подвода воздуха, струйный элемент сравнения, первое входное сопло которого соединено с делителем величины абсолютного давления, а второе входное сопло соединено с вторым каналом подвода воздуха, струйный усилитель с соплом питания, соединенным с первым каналом подвода воздуха, входные каналы усилителя соединены с выходными каналами элемента сравнения, а выходные - с управляющими полостями клапана перепуска воздуха, отличающийся тем, что один из входных каналов струйного усилителя через жиклер соединен с источником низкого давления.

2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что струйный усилитель выполнен многоступенчатым.

3. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что жиклер выполнен регулируемым.

4. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что площадь сечения жиклера равна 0,11,0 площади сопла питания струйного усилителя (или ступени усиления), к входному каналу которого подсоединен жиклер.