книги из ГПНТБ / Шевяков, Алексей Андреевич. Автоматика авиационных силовых установок учебник для авиационных вузов

158 Глава III. Системы автоматического управления ГТД

фициента самовыравнивания двигателя из-за постоянства расхода топлива, осуществляемого этим регулятором.

Конструктивная схема баростата показана на фиг. 3.21, а регу­ лятор расхода топлива показан на фиг. 3. 22.

Некоторым изменением рассматриваемой схемы регулятора рас­ хода является схема, приведенная на фиг. 3. 23.

Эта схема отличается устройством чувствительного элемента, реагирующего на изменение внешних условий, а также и тем, что в ней поддерживается постоянным не давление топлива, а перепад его на дросселе. Вместо анероида применены два сильфона, из ко­ торых один находится под вакуумом, а во второй подается давле­ ние р*. Следовательно, в этом случае расход топлива корректи­

руется лишь с изменением р и и V; поэтому число оборотов двига­ теля также не может поддерживаться постоянным.

Полная топливная система ТРД с нерегулируемым реактивным соплом и регулятором расхода топлива представлена на фиг. 3. 24. Топливо из бака подается через фильтр 3 к двум работающим па­

раллельно топливным насосам плунжерного типа 4 и 5. Эти насосы подают топливо высокого давления (до 70 кг/см2) через дроссель­ ный кран 7 и клапан-распределитель 9 к двухступенчатым фор­ сункам 12 центробежного типа. Расход топлива в двигатель задает­ ся изменением проходного сечения дроссельного крана.

При неизменных внешних условиях величина давления топлива перед дроссельным краном поддерживается постоянной с помощью, баростата 6, устройство которого аналогично описанному выше.

Фиг. 3.22. Регулятор расхода топлива, соответствующий принципиальной

схеме 3. 20.

Использовать принцип баростатического устройства можно- и в нескольких других схемах, имеющих назначение поддерживать заданный расход топлива. Например, на фиг. 3. 25 приведены три возможные схемы, использующие баростатический принцип для поддержания постоянного перепада давлений на дроссельном кра­ не, изменяющем расход топлива в двигатель. В этом случае расход топлива в двигатель, определяемый величиной проходного сечения дроссельного крана, остается постоянным, поскольку перепад дав­ лений на нем сохраняется постоянным. Величина же перепада давлений топлива на дроссельном кране изменяется пропорцио­

применяется шестеренчатый насос 1 постоянной производительно­ сти и вместо мембранного ограничителя максимальных чисел обо­ ротов применен центробежный тахометр 7, воздействующий на

162 Глава III. Системы автоматического управления ГТД

числа оборотов и температуры газа за турбиной, работающими по замкнутым схемам.

Регулятор числа оборотов во многом аналогичен рассмотренно­ му выше, за исключением применения в нем таходинамо перемен­ ного тока 1 и шестеренчатого топливного насоса 2, работающего с перепуском. Регулятор числа оборотов работает по сигналам от величины отклонения и скорости отклонения регулируемого пара­ метра. Эти сигналы складываются в магнитном усилителе. Электро-

Фиг. 3. 25. Возможные схемы использования барометрического принципа кор­ рекции расхода топлива по внешним условиям.

магнитное пропорциональное реле 3 перемещает золотник, кото­ рый управляет дроссельным клапаном 4, изменяющим расход топ­ лива в двигатель. В регуляторе температуры газов в качестве чув­ ствительного элемента применена термопара 5; в качестве проме­ жуточных усилителей — усилители 6, 7, выходной гидравлический усилитель 8 (гидромотор), приводящий в движение конус (или створки) реактивного сопла.

Этот регулятор работает также по сигналам от величины изме­ нения и от скорости изменения регулируемого параметра, для чего между промежуточными усилителями 6, 7 введен RC — контур 9. Выходной сервомотор астатический, для привода золотника кото­ рого применяется пропорциональное электромагнитное реле 10. Имеется единая ручка управления 11 для настройки обоих регу­ ляторов на заданные величины. Способ работы рассматриваемой системы регулирования Т.РД с регулируемым соплом ясно виден из приведенной схемы.

164 Глава 111. Системы автоматического управления ГТД

допустимого перерегулирования определяются жаропрочностью материала соплового аппарата и лопаток рабочего колеса. Все со­ временные двигатели обычно рассчитываются на возможно высо­ кую температуру газа, поэтому запас по жаропрочности элементов

Фиг. 3. 27. Принципиальная схема репулятора числа оборотов и температуры газов для ТРД с регулируемым реактивным соплом.

турбины оказывается очень малым. Этим и объясняется жесткость требований к переходным процессам по температуре газа.

Кроме того, когда говорят о температуре газа за или перед тур­ биной, то понимают под этим среднемассовую температуру газа. В действительности же поле температур как перед, так и за тур­ биной неравномерно как по радиусу, так и по окружности. Для при­ мера на фиг. 3. 28 приведены две изотермы, соответствующие одно­

му из сечений двигателя.

Неравномерность поля температур объясняется очень многими причинами, главными из которых являются неравномерная подача топлива через форсунки, неравномерное поле скоростей воздуха, выходящего из компрессора, всякого рода отклонения от нормаль­

ного процесса горения и др. Величина неравномерности поля тем­ ператур иногда составляет 100—150° С, причем эта величина изме­ няется от режима работы двигателя. Кроме того, при создании двигателя стремятся специально ввести неравномерность поля тем­ ператур по радиусу, чтобы увеличить запас прочности лопаток тур­ бины в местах их крепления в дисках.

Отмечается еще нерегулярность поля температур газов, т. е. в одной и той же измеряемой точке при неизменном режиме работы двигателя температура газа изменяется по совершенно произволь­ ному закону, причем эти изменения достигают значительных вели­ чин. Это явление обычно объясняют многими причинами, но по всей вероятности главной причи­ ной является непостоянная подача топлива в двигатель системой ав­ томатического регулирования в пределах ее зоны нечувствитель­ ности и большая турбулентность потока воздуха.

Таким образом, измерить истинную температуру газа в дви­ гателе очень трудно и осуще­ ствить это можно лишь прибли­ женно. Кроме того, приборы, применяемые для измерения тем­ пературы газа, также обладают определенными динамическими погрешностями, что еще более за­ трудняет суждение о действи­ тельной температуре газа.

Учитывая сказанное выше, обычно для измерения температуры газа применяют несколько термопар, соединенных либо последова­ тельно, либо параллельно, что дает возможность усреднить полу­ ченный результат измерения и этим приблизиться к действитель­ ному значению температуры газа. Чем больше точек измерения, тем измеренная величина ближе к действительному значению тем­ пературы.

Измерение температуры газа Тз перед турбиной осложняется высоким ее значением, относительно большой неравномерностью и опасением за состояние двигателя в случае разрушения термо­ пары и попадания ее на лопатки турбины. В то же время следует иметь в виду, что при этом можно более точно определить режим работы двигателя и учесть температурную напряженность материа­ ла турбины.

Температура газа Т\ за турбиной значительно легче измеряет­ ся ввиду того, что там меньшая неравномерность температурного поля и меньше сама величина температуры, приблизительно на 150—200°.

166 Глава III. Системы автоматического управления ГТД

Однако при этом следует иметь в виду, что значение темпера­ туры Г4 не всегда однозначно характеризует величину температу­ ры Тз, значение которой нужно знать. Такая «неоднозначность»

На практике в большинстве случаев измеряют усредненную тем­ пературу газа за турбиной.

Разобранные выше примеры принципиальных схем систем управления ТРД с регулируемым и нерегулируемым реактивными соплами показывают, что регуляторы числа оборотов и температу­ ры газов могут включать самые различные элементы, но, кроме определенных требований к их характеристикам, к ним предъявля­ ются очень жесткие требования по надежности их работы во всех условиях эксплуатации двигателя. Поэтому очень часто хорошая схема по принципу своего действия и по законам регулирования может не удовлетворять всех предъявляемых к ней требований из-за конструктивного выполнения ее элементов, не обеспечиваю­ щих надежную их работу.

Ограничители максимальйого значения температуры газов пе­ ред турбиной работают по тому же принципу, как и регуляторы температуры, но воздействуют они или на изменение расхода топ­ лива или на настройку регулятора.

На фиг. 3. 29 приведена схема ограничителя температуры газа для двигателя, работающего с регулятором числа оборотов, ана­ логичного приведенному на фиг. 3. 19.

Температура газа за турбиной измеряется блоком термопар 1\ далее сигнал усиливается в магнитном усилителе 2 и идет на элек­ тромагнитное реле 3, которое управляет жиклером 4. Последний соединен с полостью сервомотора 5. Если температура газа превы­ сит заданную величину, то сечение жиклера 4 увеличится и умень­ шится давление в левой полости сервомотора, в результате чего косая шайба насоса переместится в сторону уменьшения расхода топлива. Как видно, действие ограничителя температуры газа ана­ логично рассмотренному выше ограничителю скорости вращения.

Как отмечалось выше, к работе системы регулирования предъ­ являются самые жесткие требования. Это находит свое отражение,

втом, что наряду с основной системой регулирования иногда применяют аварийную, более простую, которая вступает в работу

вслучае выхода из строя основной системы. Часто аварийная система применяется там, где имеется электро-электронная аппа­

достичь даже за счет качества ее работы. Например, в регуляторах

тов дилатометрические и парортутные устройства.

На фиг. 3.30 показана конструктивная схема парортутного ре­ гулятора (ограничителя) температуры газа за турбиной, который ограничивает расход топлива аналогично тому, как это показано в схеме на фиг. 3. 29. Чувствительным элементом является термо­ патрон 1, заполненный парами ртути, который капилляром соеди-

Фиг. 3.29. Принципиальная схема ^регулятора числа оборотов

сограничителем максимальной температуры газа.

/—термопара, 2—магнитный усилитель, 3—электромагнитное реле, 4—жик­

лер, 5—сервомотор насоса.

нен с трубкой Бурдона 2. Изменение температуры газа изменяет да!вление паров ртути, что приводит к деформации трубки Бурдона и к перемещению рычажка сопла-заслонки 4, воздействующей на сервомотор топливного насоса, т. е. ограничитель работает ана­ логично системе, приведенной на схеме фиг. 3.29. Такой ограничи­ тель характеризуется относительно большой величиной постоянной времени чувствительного элемента, что не позволяет получить же­ лаемых переходных процессов, но он работает более надежно, чем электро-электронный. С известными ограничениями он может ра­ ботать как регулятор температуры газа, воздействуя, например, на сервомотор створок реактивного сопла.

На фиг. 3. 31 приведена принципиальная схема регулятора тем­ пературы, который может служить и ограничителем максимальной 1емпературы.

Регулятор работает следующим образом.

Если температура газа равна заданной, то сигнал от термо-