ЗАНЯТИЕ № 6. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА В ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ

Время-2 часа.

Цель занятия: Изучить общую характеристику, регулятор расхода топлива, элементы системы формирования управляющих сигналов и работу системы управления расходом топлива в ФКС.

Учебные вопросы:

1. Общая характеристика системы.

2. Регулятор расхода топлива в форсажную камеру сгорания (G_ТФ ).

3. Элементы системы формирования управляющих сигналов.

4. Работа системы управления расходом топлива в форсажной камере сгорания._.

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ.

1.1.НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ.

Система автоматического управления расходом топлива в форсажную камеру сгорания (САУ G_ТФ) обеспечивает:

Ø - запуск форсажной камеры;

Ø - вывод двигателя на режим " минимальный форсаж " (совместно с регулятором выходного устройства) независимо от положения РУД в диапазоне форсажных режимов;

Ø -вывод двигателя на заданный форсажный режим;

Ø - программное управление расходом топлива в ФК в условиях полёта при фиксированном положении РУД в зависимости от величин Р*_к и Т*_в;

Ø - изменение расхода топлива в форсажную камеру сгорания при управлении форсажными режимами в зависимости от положения РУД;

Ø - выключение форсажной камеры.

Система управления расходом топлива в форсажную камеру — гидромеханическая, программная. Реализация предусмотренной программы управления обеспечивает в условиях полета при фиксированном положении РУД в диапазоне форсажных режимов поддержание неизменной величины температуры газа в форсажной камере, т.е. Т*_Фi = const. Поэтому эту систему можно также назвать системой автоматического управления температурой газа в форсажной камере, или сокращенно САУ Т*_Ф .

Систему автоматического управления расходом топлива в форсажной камере удобно рассматривать как состоящую из системы топливопитания,с объектом управления - двигателем и регулятора.

Система топливопитания включает в себя;

> форсажный топливный насос (ФТН);

> топливомасляный радиатор (ТМР);

> дозирующий кран I коллектора (ДКф_Ф1) с регулятором постоянного перепада давления (РППД ₁);

> дозирующий кран II и III коллекторов (ДК_Ф2,3) с регулятором постоянного перепада давления (РППД _2,3);

> распределитель форсажного топлива по коллекторам (РТФ);

> топливоподводящие трубопроводы, запорные клапаны, коллекторы и
форсунки.

Функциональная схема системы топливопитания представлена на рис. 1.

Из центробежного форсажного топливного насоса топливо поступает к дозирующим кранам и через них к форсажному распределителю топлива и по коллекторам I, II и III через форсунки в форсажную камеру.

На каждом из дозирующих кранов поддерживается постоянный перепад давления. Поэтому расход топлива через каждый дозирующий кран зависит от площади окна проходного сечения. На дозирующем кране I коллектора площадь проходного сечения однозначно определяется продольным перемещением внутреннего золотника крана относительно корпуса (m_дк1), а на дозирующем кране II, III коллекторов - продольным перемещением m_дк2,3 и поворотом φ_дк2,3 золотника.

Таким образом, расход топлива через I коллектор определяется продольным перемещением золотника m_ДК1, а через II и III коллекторы - как продольным перемещением (m_дк2,3), так и поворотом (φ_дк2,3) золотника крана.

Продольные перемещения m_дк1 , m_дк2,3 и поворот φ_дк2,3 золотников дозирующих кранов, а следовательно, и расход Gтф определяется регулятором, функциональная схема которого представлена на рис. 2.

При перемещении РУД в диапазоне форсажных режимов управляющее воздействие h через гидрозамедлитель передается к программному задающему устройству (ПЗУ), в котором формируется сигнал, определяющий заданное значение угла поворота золотника дозирующего крана II и III форсажных коллекторов, а, следовательно, и расход топлива по углу поворота РУД.

Гидропривод дозирующего крана, выполненный по следящей схеме, обеспечивает поворот золотника дозирующего крана (φ_дк2,3 ) в соответствии с заданным значением, следовательно и изменение расхода топлива во II и Ш коллекторы в соответствии с заданной программой.

Продольное перемещение дозирующего крана обеспечивается гидроприводом в соответствии с заданным программным задающим устройством значением m_дк2,3з в зависимости от величины Р_К* и Т_В*.

Продольные перемещения m_дк2,3 через рычаг (усилитель) передаются с соответствующим усилением на дозирующий кран первого коллектора. Таким образом, расход топлива в I коллекторе также является функцией Р_К* и Т_В*.

При α_{РУД пф} = const программное изменение расхода топлива в форсажную камеру в зависимости от величины Р_К* с учетом коррекции по Т_В* обеспечивает в условиях полета сохранение примерно постоянной величины температуры газа в форсажной камере Т_ф*_макс= const.

При другом положении РУД в диапазоне форсажных режимов поворот золотника дозирующего крана во II и III коллекторы обеспечит ступенчатое изменение расхода топлива, и в условиях полёта системой, обеспечивающей продольное перемещение m_дк2,3 будет поддерживаться постоянным другое значение Т_Фi*=const.

1.2.СИСТЕМА ТОПЛИВОПИТАНИЯ.

Дозирующий кран II и III коллекторов.

Система топливопитания представлена на рис.

Дозирующий кран ДК_Ф2,3 предназначен для дозирования суммарного расхода топлива по II и III коллекторы в зависимости от положения РУД и значения параметров Р_К* и Т_В* .

Расход топлива через ДК_Ф2,3 определяется площадью проходного окна, образованного корпусом и золотником крана, и перепадом давления до и после крана.

Золотник крана может поворачиваться вокруг оси, изменяя ширину окна, механизмом поворота в зависимости от положения РУД, и перемещаться вдоль оси, изменяя длину окна, механизма продольного перемещения в зависимости от значений Р_К* и Т_В*.

На ДК_Ф2,3 поддерживается постоянный перепад давления регулятором непрямого действия 21, 22.

На функциональной схеме 1 координата продольного перемещения ДК обозначается m_дк2,3, а координата поворота золотника φ_дк2,3 .

Регулятор постоянного перепада давления на дозирующем кране II и III

коллекторов

РППД_2,3 состоит из измерительного и исполнительного устройств.

К золотнику измерительного устройства подводятся давления перед и за ДК_Ф2,3

На установившихся режимах усилие от разности давления по обе стороны золотника уравновешивается усилием от пружины регулятора, характеризующим заданное значение перепада. Высокое давление по магистрали от входа в ДК_Ф2,3 через золотник отсечки питания и дросселирующее отверстие, образованное корпусом и пояском золотника измерительного устройства, поступает в пружинную полость исполнительного устройства регулятора.

Эта полость проточная и сообщается со сливом через жиклер, поэтому давление в полости определяется величиной дросселирующего отверстия. На установившихся режимах сумма сил, действующих на золотник исполнительного устройства, равна нулю.

При отклонении перепада давления на ДК_Ф2,3 от заданного значения золотник измерительного устройства, перемещаясь, изменяет величину дросселирующего отверстия, вследствие чего изменяется и величина давления в пружинной полости исполнительного устройства регулятора.

Равенство сил на золотнике исполнительного устройства нарушается и золотник перемещается, увеличивая или уменьшая сопротивление за дозирующим краном, что приводит к восстановлению перепада давления на дозирующем кране.

Золотник измерительного устройства возвращается к исходному равновесному положению, золотник исполнительного устройства останавливается в новом равновесном положении.

Величина давления в пружинной полости, определяемая равенством сил на золотнике исполнительного устройства при его новом положении, отличается от значения на исходном режиме. Это достигается тем, что золотник измерительного устройства на новом установившемся режиме несколько изменяет величину дросселирующего отверстия по сравнению с рассматриваемым исходным режимом.

Величина поддерживаемого на ДК_Ф2,3 перепада давления равна ~ 0.5МПа и регулируется изменением усилия пружины измерительного устройства винтом Ф-14, характеризующего заданное значение перепада давления Р_{дк2,3 з}

Дозирующий кран I коллектора

Дозирующий кран I коллектора ДК_Ф1 предназначен для дозирования топлива в I коллектор форсажной камеры в зависимости от величины Р_К* и Т_В*,

Золотник ДК_Ф1 перемещается вдоль оси, изменяя площадь окна для прохода топлива, рычагом при продольном перемещении ДК_Ф2,3

Регулятор постоянного перепада давления на дозирующем кране I коллектора

На окнах ДК_Ф1 поддерживается постоянный перепад давления регулятором прямого действия 18 за счёт изменения гидравлического сопротивления магистрали за краном. Это достигается изменением площади проходного сечения образуемой золотником и корпусом регулятора при перемещении золотника ДК_Ф1 Величина перепада регулируется винтом Ф-13, который определяет усилие пружины регулятора, характеризующее заданное значение перепада давления.

Агрегаты системы топливопитания: форсажный топливный насос и топливомасляный радиатор рассмотрены ранее.

2.РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ТОПЛИВА В ФОРСАЖНУЮ КАМЕРУ - РЕГУЛЯТОР G_ТФ.

Регулятор G_ТФ обеспечивает расход топлива в коллекторы форсажной камеры в соответствии с программой:

> в первый-G_ТФ1=Р_К* f₁(Т_В*),

> во второй и третий - G_ТФ2,3=Р_К* f₂(Т_В*,α_РУД)

Функционально регулятор состоит из:

© механизма поворота ДК по α_РУД;

© гидропривода продольного перемещения ДК_Ф2,3;

© программного задающего устройства.

Как было сказано ранее, изменение каждого из параметров m_ДК1 , m_ДК2,3 и

φ_ДК2,3 однозначно определяет и изменение расхода топлива.

Механизм поворота дозирующего крана II и III коллекторов по положению РУД

Механизм поворота ДК_Ф2,3 представляет собой следящий гидропривод с ограничителями его перемещений.

Обе полости гидроцилиндра А и В проточные. Рабочая жидкость от РППД поступает в полость А через входной и сливается через выходной жиклеры одинаковой производительности, вследствие чего давление в этой полости постоянно и равно примерно половине давления за РППД.

В полость В рабочая жидкость поступает через входной жиклер и_э проходя по каналу в штоке, сливается через боковое отверстие в штоке, частично перекрываемое втулкой 26. Перемещение втулки пропорционально перемещению РУД и осуществляется гидрозамедлителем 8 через шестерню 14, шток 15, рычаг 12. Координата положения втулки определяет заданное значение угла поворота золотника.

ДК_Ф2,3 - φ_2,3з

Поршень гидропривода отслеживает за положением втулки и через рычаг 28 поворачивает золотник ДК_Ф2,3.

Упорный винт 11 ограничивает положение поршня» соответствующее режиму "полный форсаж", а винт 29 соответствует положению поршня, при котором дозирующие окна ДК_Ф2,3 по α_РУД полностью закрыты.

Регулировочный винт Ф10 13 позволяет устанавливать различные положения золотника ДК при фиксированном положении шестерни 14, а следовательно при α_РУД= const.

Гидропривод продольного перемещения дозирующего крана II и III коллекторов.

Гидропривод продольного перемещения ДК_Ф2,3 представляет собой следящую систему и состоит из:

> усилительного устройства типа сопло-заслонка с управляющим элементом
маятникового типа;

> гидроцилиндра, выполненного в единой конструкции с дозирующим
краном;

> пружины жёсткой обратной связи.

Полости С и Д гидропривода проточные, давление в них на равновесных режимах определяются параметрами входных 34, 35 жиклеров и выходных жиклеров, образованных соплами и управляющим элементом усилителя.

При отклонении управляющего элемента в ту или иную сторону изменяются характеристики сливных жиклеров, что обусловливает изменение давлений в полостях С и Д и перемещение ДК.

Одновременно с перемещением ДК изменяется усилие пружины обратной связи, что вызывает возвращение управляющего устройства (заслонки) усилителя к равновесному положению и остановке ДК_Ф2,3.

Программное задающее устройство

Программное задающее устройство (ПЗУ) формирует выходной сигнал, характеризующий заданное положение золотника ДК_Ф2,3 (а следовательно и расход топлива в форсажную камеру через все три коллектора) в зависимости от величин Р_К* и Т_В* .

ПЗУ состоит из:

· © воздушного редуктора 25 с переменной по Т_В* степенью редукции;

· © сильфонного узла 30-33.

Воздушный редуктор

Воздух от компрессора высокого давления подводится к редуктору через жиклер и протекает по сужающемуся, а затем расширяющемуся каналу, образованному корпусом и подвижной иглой 25. В наиболее узком сечении скорость становится сверхзвуковой. По ходу канала давление воздуха падает, отбор редуцированного давления Р_К* производится через отверстие в корпусе редуктора. При перемещении иглы воздушного редуктора изменяется положение критического сечения относительно точки отбора давления и, следовательно, величина отбираемого давления. Таким образом, коэффициент редукции К = ^РК"/_РК* зависит от положения критического сечения иглы относительно точки отбора редуцированного давления. Положение же иглы воздушного редуктора однозначно определяется величиной температуры воздуха на входе в двигатель Т_В*.

Как рассматривалось ранее, выходным сигналом термодатчика является давление рабочей жидкости Р_t ,пропорциональное величине Т_В*. В гидромеханическом усилителе величина Р_t преобразуется в соответствующее перемещение поршня со штоком, который через шестерню поворачивает кулачок 25а и через рычаг 25б перемещает иглу воздушного редуктора. Коэффициент редукции К изменяется при этом в функции Т_В* .

Таким образом, величина редуцированного давления Р _к является функцией Р_К* и Т_В*, т.е. Р_К* = К • f(Т_В* )Р_К*.

Сильфонный узел.

Внутрь сильфона подводится редуцированное давление Р_К ".

Управляющий элемент усилителя 33 закреплен на корпусе сильфона на оси 31 и может поворачиваться на оси 30, изменяя при этом слив рабочей жидкости через выходные жиклеры усилителя.

На установившихся (равновесных) режимах все силы на сильфонном узле уравновешены, и сумма моментов от этих сил относительно оси 30 равна нулю. Силы, действующие на сильфонный узел, определяются пружиной 32а, давлением Р_К* на подвижную сильфонную часть узла относительно неподвижной (закреплённой в корпусе) оси 31, пружиной обратной связи 32. При изменении величин Р_К* и Т_В* изменяется и величина редуцированного давления Р_К", а следовательно, и момент от силы давления Р_К" относительно оси 30.

Сильфонный узел, включая и управляющий элемент усилителя, поворачивается на определённый угол до тех пор, пока этот момент не уравновесится суммарным моментом от пружин 32а и 32, усилия от которых изменяются в процессе поворота сильфонного узла.

Величина момента от редуцированного давления Р_К" характеризует заданное положение ДК_Ф2,3 т.е. m_ДК2,3з . При повороте управляющего элемента усилителя изменяются давления в полостях гидроцилиндра дозирующего крана.

Дозирующий кран перемещается, усилие пружины обратной связи и момент от него относительно оси 30 при этом изменяется таким образом, что сильфонный узел возвращается к равновесному положению.

На новом установившемся режиме новый момент от Р_К" будет уравновешен новым моментом от пружины обратной связи, (совместно с пружиной 32а, характеризующей действительное положение дозирующего крана m_ДК2,3.

Таким образом, в переходном процессе устраняется рассогласование между m_ДК2,3 И m_ДК2,3з .

3. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ.

Золотник блокировки включения форсажа по n_ВДпр

При приемистости с МГ включение форсажа происходит только при достижении определённой приведённой частоты вращения РВД.

На пониженных режимах давление, пропорциональное n_ВДпр которое вырабатывается в датчике Рn_ВДпр, мало и положение золотника блокировки определяется усилием его пружины 23. При этом золотник 23 отсекает подачу высокого давления к РППД 24.

Кран управления клапаном входа форсажного насоса

Кран 9 на форсажных режимах закрывает слив из управляющей полости клапана ФН, вследствие чего клапан, перемещаясь, открывает проход топлива к форсажному насосу.

Блок электромагнитных клапанов

Электромагнитный клапан 1 обеспечивает подвод рабочей жидкости от РППД в полость К поршня 3 с момента появления давления топлива в первом форсажном коллекторе до получения сигнала о фактическом розжиге форсажной камеры. При работающей форсажной камере напряжение с электромагнитного клапана снято, клапан закрыт. Электромагнитный клапан 2 обеспечивает подвод рабочей жидкости от РПД в полость К поршня 3 при аварийном выключении форсажа.

Золотник включения форсажа по α_РУД

Золотник 36 обеспечивает по положению РУД выдачу гидравлического сигнала на открытие ДК_Ф2,3 и подвод рабочей жидкости с давлением за РПД к запорному клапану второго форсажного коллектора.

4.РАБОТА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА В ФОРСАЖНУЮ КАМЕРУ.

Положение элементов системы на бесфорсажных режимах

На бесфорсажных режимах кран 9 сообщает управляющую полость поршня клапана входа форсажного насоса со сливом, входной клапан закрыт, подачи топлива в систему нет. Золотник 36, жёстко связанный через шестерню 37 с рычагом 10 занимает положение, при котором полость С ДК_Ф2,3 сообщена со сливом, а полость Д - с давлением за РПД. Золотник ДК_Ф2,3 занимает положение, при котором его дозирующие окна полностью закрыты. При этом через рычаг 16 золотник ДК_Ф1 закрывает подачу топлива и в I коллектор.

Небольшой расход топлива через жиклер, шунтирующий ДК_Ф1 необходим для охлаждения топливно-масляного радиатора, установленного в магистрали I коллектора. Полная отсечка топлива достигается закрытием запорных клапанов в форсажном распределителе топлива по коллекторам (РТФ).

Работа системы при включении форсажа

При переводе РУД в положение форсажных режимов золотник 36 перемещается и разобщает полости С и Д ДК_Ф2,3 соответственно со сливом и подводом давления.

С этого момента положение дозирующего крана определяется работой регулятора G_ТФ, который устанавливает золотник крана в положение, соответствующее m_ДК2,3з формируемое ПЗУ.

При этом перемещается и золотник ДК_Ф1 который через канал в золотнике соединяет магистраль от РПД с запорным клапаном I коллектора, открывая его. Одновременно прекращается сообщение со сливом полости поршня запорного клапана I коллектора через канал и сверление в золотнике ДК_Ф1. От этого же давления срабатывает сигнализатор МСТ-10 (19), контакты которого замыкают электрическую цепь БПР, вследствие чего поступает команда на включение зажигания форсажной камеры.

По этой команде из БПР поступает питание на электромагнитный клапан I, который открывает подвод рабочей жидкости от РПД через отверстие и канал в штоке в полость К поршня 3. Поршень перемещается до тех пор, пока отверстие в штоке, по которому поступает рабочая жидкость, не начнёт прикрываться относительно подводящего отверстия во втулке 5. При этом перемещается и золотник 4 внутри штока поршня гидрозамедлителя 8. В результате этого при переводе РУД в зону форсажных режимов гидрозамедлитель сможет переместиться на увеличение режима только до вполне определённого положения, при котором золотник прикроет сливное отверстие в штоке гидрозамедлителя.

Таким образом, при розжиге форсажной камеры будет обеспечиваться расход топлива через первый коллектор, соответствующий минимальному форсажу, независимо от положения РУД.

При получении сигнала о фактическом розжиге от ионизационного датчика, снимается напряжение с электромагнитного клапана 1 и поршень 3 перемещается в исходное крайнее положение, а поршень гидрозамедлителя -до положения, заданного РУД. Темп перемещения ДКДК_Ф2,3 в этом случае определяется характеристикой дроссельного пакета 4а гидрозамедлителя.

Управление форсажными режимами

При управлении форсажными режимами поршень со штоком гидрозамедлителя 8 следит за положением втулки 5, жёстко связанной с РУД.

Через рейку с шестерней гидрозамедлителя, рычаги 7 и 10, механизм поворота и рычаг 28 осуществляется поворот золотника ДК_Ф2,3. При переводе РУД в диапазоне α_РУД = 80... 82° золотник 36 соединяет магистраль за РПД с запорным клапаном второго коллектора, открывая его. При дальнейшем перемещении РУД давление во втором коллекторе повышается и при достижении определённой величины РТФ открывает подвод топлива в третий форсажный коллектор. При резком перемещении РУД в диапазоне форсажных режимов темп перемещения ДК_Ф2,3 определяется характеристикой дроссельного пакета гидрозамедлителя.

Работа системы автоматического управления при изменении условий полёта

При изменении скорости и высоты полёта меняются значения величин Р_К* и Т_В* . По этой причине в воздушном редукторе формируется новое значение Р_К", а в сильфонном узле 30-33 - новое значение момента от сил давления Р_К" относительно оси 30, характеризующего m_ДК2,3з .

Гидропривод продольного перемещения ДК_{Ф 2},з перемещает золотник дозирующего крана, устраняя рассогласование Δ m_ДК2,3 =m_ДК2,3з - m_ДК2,3 . При этом через рычаг 16 осуществляется перемещение и золотника ДК_Ф1 На дозирующих окнах кранов регуляторами постоянного перепада давления поддерживаются постоянные перепады давления.

Таким образом, расходы топлива через форсажные коллекторы определяется продольными перемещениями золотников дозирующих кранов, а это в свою очередь, определяется программой, формируемой в ПЗУ:m_ДК2,3з= f(Р_К* и Т_В*). При достижении самолётом числа М > М_доп на электромагнитный клапан I подаётся напряжение из БПР.

Рабочая жидкость подводится в полость К поршня 3, что обусловливает соответствующее перемещение поршня гидрозамедлителя 8, а следовательно и уменьшение расхода топлива до значения соответствующего режиму минимального форсажа.

Аварийное выключение форсажа

Электрический сигнал на аварийное выключение форсажа поступает на электромагнитный клапан 2. Клапан открывает подвод рабочей жидкости от РПД непосредственно под поршень 3.

Поршень вместе с золотником 4 перемещается до упора, слив рабочей жидкости из управляющей полости гидрозамедлителя прекращается. Поршень гидрозамедлителя занимает крайнее положение, соответствующее выключению форсажа, независимо от положения РУД. Для нового включения форсажа необходимо снять напряжение с электромагнитного клапана.