Система регулирования двигателя НК-16СТ

Система автоматического регулирования (САР) предназначена для подачи топливного газа в камеру сгорания двигателя и управления режимом его работы.

Система состоит из двух частей: гидравлической и электронной. Электронная часть является надстройкой гидромеханической части и системы управления газоперекачивающего агрегата в целом.

По функциональному назначению САР может быть разделена на следующие подсистемы:

- электронного управления фирмы "CCC";

- подачи топливного газа;

- подачи пускового топливного газа;

- запуска двигателя;

- регулирования режима работы;

- маслоснабжения САР.

Система электронного управления "ССС"

Электронная часть предназначена для повышения надежности эксплуатации засчет улучшения характеристик САР и расширения ее функций при работе ГПА. Она обеспечивает автоматическую загрузку агрегата при пуске, разгрузку при останове и работу ГПА на заданном режиме.

Основным параметром регулирования является скорость вращения вала силовой турбины. Ограничивающими параметрами (регулирование которых вступает в работу при достижении ими границы допустимых значений) являются: максимальная и минимальная скорость вращения вала ВД, максимальная и минимальная скорость вращения вала СТ, максимальная скорость вращения вала НД, давление воздуха на выходе осевого компрессора, максимальная температура продуктов сгорания, пределы расхода топлива.

Электронная часть САР состоит из регулятора скорости SIC, входящего в состав системы управления и регулирования "ССС". Регулятор SIC управляет подачей топлива в камеру сгорания с помощью регулирующего клапана CV (JORDAN), врезанного в линию масла командного давления гидравлической части системы регулирования.

Система подачи топливного газа

Система подачи топливного газа двигателя состоит из:

- стопорного клапана (СК);

- дозатора газа (ДГ);

- трубопроводов, соединяющих агрегаты системы с коллектором камеры сгорания.

Топливный газ подается к СК, пройдя блок фильтров ФТ, установленный в непосредственной близости от двигателя. Стопорный клапан предназначен для включения подачи топливного газа к дозатору на запуске и выключения при останове двигателя. Управление СК электропневматическое по сигналам систем автоматического управления ГПА и гидромеханической защиты двигателя от раскрутки вала СТ.

Дозатор газа ДГ предназначен для изменения подачи топливного газа в камеру сгорания двигателя, а также управления подачей топлива при запуске и останове. Дозатор является главным исполнительным органом системы регулирования.

Система подачи пускового топливного газа

Система предназначена для подачи газа из пускового коллектора агрегата к воспламенителям камеры сгорания при запуске двигателя. Включает в себя:

- фильтр пускового топлива (ФПТ);

- блок клапанов пускового топлива (КПТ);

- трубопроводы.

Отбор газа к воспламенителям осуществляется после регулятора давления РС, установленного на стартере. Два воспламенителя с пусковыми форсунками и запальными электроискровыми свечами установлены в камере сгорания. Управление КПТ электропневматическое по сигналам блока автоматического запуска БАЗ.

Система запуска двигателя

Система предназначена для вывода двигателя на режим самоходности - самостоятельной устойчивой работы. Для этого необходимо раскрутить вал каскада высокого давления до скорости 2600 об/мин, при которой компрессор будет всасывать, сжимать и подавать сжатый воздух в камеру сгорания. А турбина - развивать мощность, достаточную для привода компрессора. Раскрутка вала высокого давления осуществляется стартером, рабочим телом которого является природный газ.

Система запуска двигателя включает в себя:

- воздушный стартер (ВС);

- регулирующее устройство подачи пускового газа (РС);

- блок автоматического запуска (БАЗ);

- трубопроводы.

Стартер представляет из себя осевую реактивную турбину, передающую вращение валу ВД через двухступенчатый редуктор и обгонную муфту сцепления. Давление пускового газа 3-5 кгс/кв.см.

Регулирующее устройство стартера РС состоит из пусковой заслонки с приводом от электромоторного механизма ЭМЗС, включающимся по команде БАЗ. И регулирующей заслонки, поддерживающей давление газа перед пусковой турбиной 2 кгс/кв.см. Управление регулирующей заслонкой электропневматическое. Команду на ее открытие осуществляет электромагнитный механизм (ЭМЗР) по сигналу от БАЗ.

Блок автоматического запуска БАЗ предназначен для управления агрегатами систем запуска двигателя в процессе пуска и холодной прокрутки. Представляет из себя электронно-релейное устройство, обеспечивающее выдачу команд по частоте вращения вала ВД (500, 1300, 2600, 4400, 5800 об/мин) и времени (50,60,100 секунд).

Система регулирования режима работы

Система регулирования обеспечивает:

- программируемую по времени подачу топлива в камеру сгорания при запуске двигателя;

- управление регулируемым направляющим аппаратом (РНА) компрессора и клапаном перепуска воздуха (КПВ) из компрессора при запуске и остановке двигателя для обеспечения устойчивой работы компрессора;

- поддержания заданного режима работы двигателя по скорости вращения вала СТ;

- управления режимом работы двигателя в диапазоне от холостого хода до максимального режима (обороты СТ 3750-5560 об/мин);

- предохранение вала СТ от превышения максимально допустимой частоты вращения;

- прекращение подачи топлива в камеру сгорания при срабатывании любой аварийной защиты на ГПА.

В состав системы входят следующие устройства:

- регулирующий масляный клапан JORDAN (СV);

- дозатор газа (ДГ);

- ограничитель оборотов вала СТ (ОГСТ);

- агрегат управления РНА (АУ);

- агрегат управления КПВ (АУП);

- агрегат командный КПВ (АК);

- стопорный клапан (СК);

- распределительный клапан (РПК).

Импульсом для поддержания скорости вала СТ служит электрический сигнал от датчика оборотов, поступающий на электронный регулятор SIC, который управляет положением клапана CV. Клапан CV изменяет слив масла из магистрали командного давления. Изменение давления масла в этой магистрали влияет на положение клапанов основного топлива в дозаторе газа.

Исполнительным агрегатом системы регулирования является дозатор газа. Основными элементами ДГ являются три дозирующих клапана: клапан автомата запуска и два клапана основного топлива. Каждый клапан образует своим профилем с соответствующей втулкой дозирующее окно, площадь которого, изменяясь, приводит к изменению расхода топливного газа через дозатор.

Перемещение каждого клапана производится гидравлическим сильфонным приводом, рабочим телом для которого служит масло, поступающее из системы маслоснабжения двигателя. Давление в сильфонных приводах поддерживается специальными регуляторами давления, которые постоянно обеспечивают превышение давления масла в сильфоне над давлением газа за клапаном. Из сильфонных полостей приводов осуществляется слив масла через регулирующий клапан CV.

При подаче давления масла на вход дозатора клапаны запуска и основного топлива самопроизвольно полностью открываются, так как слив масла из командной магистрали через клапан CV не достаточен. Клапан CV при запуске переводится в положение "прикрыт" для обеспечения давления масла, необходимого для срабатывания агрегатов механизации компрессора (РНА и КПВ). А по алгоритму запуска двигателя топливо подается в камеру сгорания только после достижения скорости вращения валом ВД 1300 об/мин. Для предотвращения преждевременной подачи топлива на дозаторе имеются два электромагнитных клапана ЭМАЗ и ЭМОТ. При подаче сигнала на них (при запуске от БАЗ и останове от системы управления А705) обеспечивается слив масла из сильфонных полостей приводов клапанов. При этом клапаны запуска и основного топлива остаются закрытыми до снятия напряжения с электромагнитов ЭМАЗ и ЭМОТ.

Закрытие топливных клапанов в дозаторе газа при останове двигателя происходит из-за слива масла из их сильфонных приводов при подаче напряжения на ЭМАЗ, ЭМОТ и полностью открывшийся клапан CV.

Защиту вала силовой турбины от превышения допустимой скорости вращения осуществляет гидромеханическая защита. Она аварийно останавливает двигатель в случае раскрутки вала СТ до оборотов превышающих 6000 об/мин. Останов производится закрытием стопорного клапана, который перекрывает подачу топливного газа в дозатор. Защита состоит из ограничителя оборотов (ОГСТ), управляющего распределительного клапана (РПК), воздействующего на СК, и сигнализатора давления СД, выдающего сигнал в систему управления А-705 о срабатывании гидромеханической защиты.

Конструктивно ОГСТ состоит из следующих основных узлов: датчика частоты вращения центробежного типа, приводимого от вала СТ, и рычажного механизма, изменяющего положение сливного клапана. На рычаг, определяющий положение клапана относительно окна подвода масла из магистрали рабочего давления, действует с одной стороны усилие центробежного датчика, с другой усилие пружины.

При превышении допустимой скорости вала СТ усилием центробежных грузиков рычаг перемещается, толкая клапан, который на столько прикрывает слив масла, что давление в полости РПК поднимается до 20 кгс/кв.см. При этом золотник управляющего распределительного клапана перемещается и закрывает дренаж топливного газа из пружинной полости запорного клапана СК. В эту полость поступит газ с давлением 25 кгс/кв.см из топливного коллектора агрегата, что приведет к мгновенному закрытию СК. Сигнализатор давления, подключенный к РПК, передаст сигнал в систему А-705 о срабатывании гидромеханической защиты, которая в свою очередь начнет аварийный останов ГПА.

Защиту осевого компрессора от неустойчивой работы (помпажа) при запуске и остановке двигателя осуществляют регулируемый направляющий аппарат первой ступени КВД (РНА) и клапан перепуска воздуха (КПВ) в атмосферу за четвертой ступенью КВД.

Управление РНА и КПВ осуществляется по приведенной скорости вращения вала каскада низкого давления. РНА переводится в рабочее положение "открыт" при достижении валом НД скорости вращения 2500-2800 об/мин. КПВ закрываются при увеличении скорости вала НД до 3400-3700 об/мин. Агрегаты управления РНА и КПВ работают фактически не по скорости вращения, а по величине давления масла в командной магистрали системы регулирования. Давление масла определяется положением регулирующего клапана CV.

Изменение положения РНА осуществляется агрегатом управления АУ, который включает в себя две части - командную и исполнительную. Командная часть состоит из распределительного золотника, который в зависимости от давления масла в командной магистрали открывает подачу масла из магистрали рабочего давления к исполнительной части. Исполнительная часть представляет собой гидравлический сервопоршень, перемещение которого через рычажношатунный механизм и рессору передается на механизм перестановки РНА.

Работа агрегатов управления КПВ аналогична принципу действия агрегатов управления РНА. Конструктивно командная часть АК и исполнительная часть АУП выполнены раздельно.

Дозатор газа

ДГ – исполнительный агрегат системы регулирования. Основными элементами является 3 дозирующие иглы (1 игла автомат запуска и 2 иглы основного топлива) Каждая игла образует «окно», площадь которого изменяется в зависимости от её положения, что приводит к изменению расхода газа через ДГ. Перемещение иглы производится гидравлическим сильфонным приводом, рабочим теплом которого служит масло. При режимной работе перепад давления на сильфоне приводов поддерживается постоянными специальными уравнительными клапанами, что обеспечивает постоянное усилие привода. Масло в управляющую сильфонную полость привода подается от клапана постоянного давления, сливается через один из управляющих клапанов. Изменяя проходное сечение сливных клапанов, управляющий клапан изменяет давление масла в сильфонной полости привода в соответствии с изменением давления газа за иглой, постоянно обеспечивая превышение давления масла над газом на заданную величину. ΔР масла и газа определяется затяжкой пружины регулируемым винтом. Управляющий клапан работает не по давлению газа за иглой, а по давлению в газовых полостях, в которых газ подается через дроссельный пакет. Из управляющих сильфонных полостей через штуцер РТК осуществляется также слив масла через РО или ОГСТ, ОГВД и ограничитель Р воздуха за КВД. При подаче Р масла на вход в дозатор (штуцер Рм) иглы самопроизвольно перемещаются в положение max расхода топлива ограниченного механическим упором, регулируемого винтами А4, А5, А6. Для предотвращения преждевременной подачи топлива в КС на дозаторе есть 2 эл. магнитных клапана, при подаче питания на которые обеспечивается слив масла из сильфонных полостей игл автомата запуска и подачи основного топлива. При этом Р масла в сильфонных полостях снижается до сливного и иглы остаются закрытыми до снятия питания с электромагнитов. Для закрытия дозатора при выключении двигателя в ДГ имеется клапан В останова, срабатывающий при подаче питания на электромагнит «Эост» При срабатывании клапан соединяет со сливом сильфонные полости приводов всех дозирующих сил и дозатор закрывается. Клапан останова В в этом положении самоблокируется практически до полного остановки роторов двигателя. Автомат запуска предназначен для программного дозирования топлива в процессе запуска двигателя по времени. С момента начала работы стартера на электромагниты «Эср» и «Энт» подается питание для удержания дозатора в закрытом состоянии. При достижении частоты вращения ротора ВД 1300 об/мин снимается питание с магнита «Эср» начинается рост Рм в сильфонной полости привода автомата запуска до Р срабатывания клапана управления. Игла запуска откр-ся и через ДГ min расход топл. газа, соответствует режиму розжига КС. Регулировка рахода топлива газа на этом режиме производится регулируемым жиклером «Ж5», установленным на выходе топл. газа из дозатора запуска. при уменьшении S переходного сечения «Ж5» расход уменьшается. После открытия игл топл. газа через дроссельный пакет Д1 начнет поступать в газовую полость управляющего клапана, увеличивая в ней давление. В соответствии с ростом давления в газовой полости клапан управления 15 увеличивает Рм в приводе, что приводит к дальнейшему перемещению иглы до упора в винт А4, регулирующий max расход топл. газа через дозатор запуска. Время увеличения расхода т.г. от min до max определяется производительностью дроссельного пакета Д1. Уровень «min» расхода т.ч. в процессе розжига регулируется настройкой клапана управления с помощью винта А1. При совместной работе ДГ с РО-16 движение дозирующих игл основного топлива будет происходить при оборотах двигателя ниже оборотов настройки РО-16. По мере увеличения расход т.г. и следовательно ЧВ ротора НД при приближении к частоте настройки маятник 3 РО-16 начнет открывать «окно» слива масла из сильфонных полостей ДГ через РО-16, уменьшая Рм в сильфонных полостях. При определенном положении маятника относительно «окна» слив достигает той величины, при которой на дозирующих иглах реализуется равенство усилий, действующих на открытие и закрытие, и игла останавливается. Если при этом расход т.г. через ДГ будет больше, чем требуется для поддержания данной ЧВ ротора НД, то рост ЧВ ротора НД будет продолжаться, что приведет к ещё большему открытию «окна» маятником и дальнейшему снижению Рм в управляющей полости дозатора. Равенство сил на иглах нарушается и они будут перемещаться на закрытие, уменьшается расход т.г. Движение будет продолжаться до восстановления равенства сил из-за уменьшения Рт.г., действующего на сильфоны привода. Изменение расхода топл. г. происходит пропорционально отклонению ЧВ ротора НД от равновесного положения. Если в новом положении игл не будет достигнуто соответствие расхода т.г. и ЧВ ротора НД, то произойдет изменение положения маятника относительно «окна» и процесс регулирования будет продолжаться до получения необходимого соотвествия расхода ЧВ ротора НД и т.г. Аналогично работают и все остальные агрегаты регулирования, ограничители ОГСТ, ОГВД и ограничитель Рвозд за КВД. Отличие их только в том, что они являются однорежимными. Электромагнит Эпт является также исполнительным органом ограничителя t газов перед СТ.

Эл. система РТ12-9 воздействует на Эл. магнит дозатора при достижении t газов уровня настройки канала ограничения. При этом подача электропитания на Эпт вызывает открытие слива масла из сильфонной полости дозирующих сил и их перемещение в сторону закрытия независимо от воздействия РО-16.

Система маслоснабжения САР

Система подачи масла включает в себя:

- шестеренчатый нагнетающий насос (НН), приводимый от вала ВД;

- теплообменник (ТО);

- фильтр масла (ФМ);

- клапан постоянного давления (КПД);

- сборник сливов (СС);

- клапан дренажа (ДК).

В качестве рабочего тела в агрегатах системы регулирования используется масло, отбираемое из маслосистемы двигателя после подкачивающего насоса. Контур выполнен по замкнутой схеме. Масло от нагнетающего насоса НН, пройдя через теплообменник ТО (в котором оно охлаждается маслом, циркулирующим в системе смазки), подается к агрегатам управления РНА и КПВ (масло рабочего давления). Слив масла из агрегатов управления производится непосредственно на всас нагнетающего насоса.

Через фильтр ФМ и клапан постоянного давления КПД масло подается к дозатору газа (масло постоянного давления). КПД поддерживает в системе давление 35 кгс/кв.см, перепуская избыток масла на всас насоса НН. При снижении давления масла на входе в ДГ до 18 кгс/кв.см срабатывает аварийная сигнализация, и двигатель останавливается.

Слив масла из дозатора газа и ограничителя оборотов СТ осуществляется в сборник сливов СС и дренажный клапан ДК. Отвод масла из командной полости ДГ производится в СС через регулирующий клапан CV. Перед клапаном CV имеется отбор давления масла (масло командного давления) для управления агрегатами механизации компрессора.

Для функционирования гидромеханической защиты вала СТ имеется отбор масла из магистрали рабочего давления после ТО. По этой линии масло постоянно циркулирует через рабочую полость распределительного клапана РПК и открытый сливной клапан ОГСТ.

Система заполняется при холодной прокрутке и запуске двигателя давлением за подкачивающим насосом системы смазки при открытом дренажном клапане ДК. Через него удаляется из полостей агрегатов регулирования воздух. Закрывается ДК при срабатывании агрегатов управления для закрытия КПВ. С этого момента маслосистема регулирования становится замкнутой.