RU2308606C1 - Fuel supply and control system of gas-turbine engine - Google Patents

Abstract

FIELD: aircraft industry and rocketry.

SUBSTANCE: pumping unit contains at least two pumps with adjustable electric drives. Each pump has power rating lower than that required for engine. Pumps are coupled with pickup determining pump flow rate Electric drives and pickups are connected with control unit connected with pickup determining fuel delivery to engine. In process of normal operation, pumps, by command from control unit, supply fuel to engine simultaneously at nominal power approximately equal to 50% of power required by engine. At failure of one of pumps, the other, by signal from electronic governor, basing on readings of pickups, starts delivery of fuel at forced mode, i.e. in amount required for engine.

EFFECT: provision of faultless operation of system using pumping unit of small mass and overall dimensions.

2 dwg

Description

Изобретение относится к системам топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя (ГТД) и может быть использовано для управления авиационной и ракетной техники.The invention relates to systems for fuel supply and regulation of a gas turbine engine (GTE) and can be used to control aircraft and rocket technology.

Известны системы топливоподачи и регулирования ГТД, в которых насос топливопитания приводится в действие от коробки приводов ГТД (см. М.В.Раздолин, Д.Н.Сурнов. "Агрегаты воздушно-реактивных двигателей". М., Машиностроение, 1973, стр.13, рис.2).There are known systems of fuel supply and regulation of gas turbine engines, in which the fuel supply pump is driven from the gas turbine drive box (see M.V. Razdolin, D.N. Surnov. "Aggregates of jet engines." M., Engineering, 1973, p. 13, fig. 2).

Недостатком подобных систем является то, что для обеспечения привода насоса на двигателе должна быть коробка приводов, усложняющая конструкцию двигателя, его массу и габариты. Кроме того, для обеспечения безотказности в полете требуется сложная система резервирования.The disadvantage of such systems is that in order to ensure the pump drive, the engine must have a gearbox complicating the design of the engine, its mass and dimensions. In addition, a sophisticated redundancy system is required to ensure operational reliability.

Известен резервированный электронасосный агрегат (см. патент RU №2160390, F04D 13/14, 1999 г.), содержащий блок, состоящий, по крайней мере, из двух насосов с электрическими приводами. Насосы работают в режиме дублирования, т.е. при отказе одного насоса, подающего топливо в систему, включается в работу другой насос и т.д.Known redundant electric pump unit (see patent RU No. 2160390, F04D 13/14, 1999), containing a block consisting of at least two pumps with electric drives. Pumps operate in duplicate mode, i.e. in case of failure of one pump supplying fuel to the system, another pump is switched on, etc.

Ввиду того что каждый из насосов обеспечивает выполнение всех функций длительное время, требуется использование насосного блока большой массы, что увеличивает массу и габариты системы в целом.Due to the fact that each of the pumps provides the performance of all functions for a long time, the use of a large mass pumping unit is required, which increases the weight and dimensions of the system as a whole.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является система топливоподачи и регулирования ГТД (см. патент РФ №2194181, 7 F02C 9/26, 2001 г.), содержащая электроприводной насосный блок, управляемый по частоте вращения и блок управления. Насосный блок состоит из топливоподающего насоса и последовательно включенного объемного дозирующего устройства с элементом поддержания постоянного перепада давлений.Closest to the claimed invention is a fuel supply and regulation system of a gas turbine engine (see RF patent No. 2194181, 7 F02C 9/26, 2001), comprising an electric drive pump unit controlled by speed and a control unit. The pump unit consists of a fuel supply pump and a volumetric metering device connected in series with an element for maintaining a constant differential pressure.

Недостатком известной системы является то, что для обеспечения безотказности этой системы в полете требуется сложная система резервирования, что увеличит массу системы и ее габариты.A disadvantage of the known system is that to ensure the reliability of this system in flight, a complex backup system is required, which will increase the mass of the system and its dimensions.

Техническим результатом, на который направлено заявляемое устройство, является создание системы топливоподачи и регулирования ГТД с оптимизацией массовых характеристик насосного блока при сохранении высокого уровня безотказности в полете.The technical result, to which the claimed device is directed, is to create a fuel supply and gas turbine engine control system with optimization of the mass characteristics of the pump unit while maintaining a high level of failure-free operation.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе топливоподачи и регулирования насосный блок выполнен по крайней мере из двух параллельно установленных насосов с регулируемыми электрическими приводами, каждый из насосов снабжен датчиком, определяющим его подачу, причем датчики и электроприводы связаны с блоком управления, дополнительно соединенным с датчиком, определяющим подачу топлива в двигатель. Кроме того, каждый из насосов может иметь датчик предельных режимов, связанный с блоком управления.The specified technical result is achieved by the fact that in the fuel supply and control system, the pump unit is made of at least two parallel-mounted pumps with adjustable electric drives, each of the pumps is equipped with a sensor that determines its flow, and the sensors and electric drives are connected to the control unit, additionally connected to a sensor that detects the fuel supply to the engine. In addition, each of the pumps may have a limit sensor associated with the control unit.

Отличительные признаки заявленного изобретения, а именно выполнение системы топливопитания и регулирования ГТД с насосным блоком, содержащим, по крайней мере, два насоса с регулируемыми электрическими приводами, снабжение каждого насоса датчиком, определяющим его подачу, соединение датчиков и электроприводов с блоком управления, дополнительно соединенным с датчиком, определяющим подачу топлива в двигатель, и снабжение каждого насоса датчиками предельных режимов, позволяет каждому насосу на максимальном режиме обеспечивать подачу топлива меньшую, нежели максимально необходимую для топливопитания ГТД, т.к. одновременно работают все насосы, а при отказе одного из насосов обеспечивать оставшимися насосом(ами) по команде блока управления режим, достаточный для допустимого снижения подачи топлива в двигатель в течение полета. Это обеспечивает повышенную безотказность работы системы топливопитания и регулирования ГТД с оптимизацией ее массы и габаритов, т.к. применены электронасосы пониженной мощности.Distinctive features of the claimed invention, namely, the implementation of the fuel supply and regulation of the gas turbine engine with a pump unit containing at least two pumps with adjustable electric drives, the supply of each pump with a sensor that determines its flow, the connection of sensors and electric drives with a control unit, additionally connected to a sensor that determines the supply of fuel to the engine, and the supply of each pump with limit mode sensors, allows each pump to provide the maximum less fuel than the maximum required for fuel gas turbine engine, because all pumps operate at the same time, and if one of the pumps fails, provide the remaining pump (s) at the command of the control unit with a mode sufficient to allow an acceptable decrease in fuel supply to the engine during the flight. This provides increased uptime of the fuel supply system and regulation of the gas turbine engine with optimization of its weight and dimensions, because low power electric pumps are used.

Предложенная система представлена на чертежах 1 и 2, где на фиг.1 представлена схема системы, а на фиг.2 - схема с датчиками предельных режимов, и описана ниже.The proposed system is presented in drawings 1 and 2, where figure 1 shows a diagram of the system, and figure 2 is a diagram with sensors of limit modes, and is described below.

Система содержит насосный блок, состоящий из двух (или более) насосов с регулируемыми электроприводами 1 и 2, каждый из которых на нефорсированном режиме имеет подачу меньше максимальной потребной для двигателя, обратные клапаны 3 и 4, установленные в линии выхода каждого насоса, и датчик 5 (система может содержать и другое количество датчиков), определяющий подачу топлива в двигатель, соединенный с боком управления 6. Насосы 1 и 2 снабжены датчиками 7 и 8, определяющими подачу каждого насоса. Система может содержать также датчики 9 и 10 предельных режимов работы насосов (см. фиг.2). Электроприводы насосов 1 и 2, датчики 7, 8, 9 и 10 также связаны с блоком управления 6.The system contains a pump unit, consisting of two (or more) pumps with adjustable electric drives 1 and 2, each of which has a supply less than the maximum required for the engine in unforced mode, check valves 3 and 4 installed in the outlet line of each pump, and a sensor 5 (the system may contain another number of sensors), which determines the supply of fuel to the engine, connected to the control side 6. Pumps 1 and 2 are equipped with sensors 7 and 8, which determine the flow of each pump. The system may also contain sensors 9 and 10 of the limit operating modes of the pumps (see figure 2). The electric drives of the pumps 1 and 2, sensors 7, 8, 9 and 10 are also connected to the control unit 6.

Работает система следующим образом.The system works as follows.

В процессе нормальной работы системы насосы 1 и 2 по команде, поступающей от блока управления 6, подают топливо через обратные клапаны 3 и 4 в двигатель. Величина подаваемого топлива, потребного для работы двигателя, определяется датчиком 5, отражающим параметры двигателя, которые передаются в блок управления 6, который управляет работой насосов 1 и 2, увеличивая или - уменьшая подачу топлива в двигатель. Подача каждого насоса определяется датчиками 7 и 8, показания которых также поступают в блок управления для использования при регулировании режимов работы двигателя и для принятия решения о работоспособности насосов и необходимости отключения отказавшего насоса.During normal operation of the system, pumps 1 and 2, on a command from the control unit 6, supply fuel through check valves 3 and 4 to the engine. The amount of supplied fuel required for the operation of the engine is determined by the sensor 5, which reflects the parameters of the engine, which are transmitted to the control unit 6, which controls the operation of pumps 1 and 2, increasing or decreasing the fuel supply to the engine. The supply of each pump is determined by sensors 7 and 8, the readings of which are also sent to the control unit for use in regulating the operating conditions of the engine and for deciding on the operability of the pumps and the need to turn off the failed pump.

Каждый из насосов 1 и 2 может обеспечивать на нефорсированном режиме подачу топлива, равную или более 50% от максимально потребной для двигателя. Для насосного блока, содержащего более 2 насосов, подача каждого насоса на нефорсированном режиме может быть иной.Each of pumps 1 and 2 can provide in unforced mode fuel supply equal to or more than 50% of the maximum required for the engine. For a pump unit containing more than 2 pumps, the supply of each pump in unforced mode may be different.

При отказе одного из насосов, фиксируемом блоком управления 6, анализирующим показания датчиков 7 и 8 или 9 и 10, на второй насос подается команда на обеспечение необходимой подачи за счет изменения частоты вращения привода. При этом подается команда на отключение питания электропривода отказавшего насоса. Обратный клапан отказавшего насоса препятствует утечкам топлива, подаваемого исправным насосом. Время работы насосов на увеличенном (форсированном) режиме может быть ограничено одним или несколькими полетами.If one of the pumps fails, recorded by the control unit 6, which analyzes the readings of the sensors 7 and 8 or 9 and 10, the second pump is instructed to provide the necessary supply by changing the speed of the drive. At the same time, a command is sent to turn off the power of the failed pump electric drive. The check valve of a failed pump prevents the leakage of fuel supplied by a working pump. The operating time of the pumps in the increased (forced) mode can be limited to one or more flights.

Таким образом, обеспечивается безотказная подача топлива в двигатель в полете с помощью системы с достаточно простым насосным блоком, имеющим небольшую массу и габариты.This ensures a reliable supply of fuel to the engine in flight using a system with a fairly simple pump unit, which has a small weight and dimensions.

Claims (2)

1. Система топливоподачи и регулирования газотурбинного двигателя, содержащая насосный блок с регулируемым электроприводом, отличающаяся тем, что насосный блок выполнен, по крайней мере, из двух параллельно установленных насосов с регулируемыми электроприводами, каждый из насосов снабжен датчиком, определяющим его подачу топлива, причем датчики и электроприводы связаны с блоком управления, дополнительно соединенным с датчиком, определяющим подачу топлива в двигатель.1. The system of fuel supply and regulation of a gas turbine engine, comprising a pump unit with an adjustable electric drive, characterized in that the pump unit is made of at least two parallel pumps with adjustable electric drives, each of the pumps is equipped with a sensor that determines its fuel supply, and sensors and the electric drives are connected to a control unit further connected to a sensor determining the supply of fuel to the engine. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из насосов имеет датчик предельных режимов, связанный с блоком управления.2. The system according to claim 1, characterized in that each of the pumps has a limit sensor associated with the control unit.

Images