Вопрос № 2. Особенности автономного запуска авиадвигателей

Содержание группового занятия

Введение

 

Запуск АД – процесс вывода двигателя на минимальный режим его устойчивой работы, т.е. на режим малого газа.

Запуск силовой установки происходит по определённому алгоритму и ограничен временными рамками. Устойчивая работа двигателя в полёте это гарантия успешного выполнения полётного задания.

Таким образом, безотказная работа системы запуска двигателя, её грамотная эксплуатация ведёт к повышению безопасности полётов, повышению боевой живучести ЛА.

Вопрос № 1. Состав систем запуска. Способы запуска ГТД

 

Система запуска современных авиационных двигателей это довольно сложная система обеспечивающая выход двигателя на минимальный устойчивый режим работы в различных метеоусловиях, в рамках допустимых отклонений, после которого возможна его эксплуатация по назначению.

Состав системы запуска современных авиационных силовых установок включает в себя следующие элементы:

- пусковых топливных устройств (пусковых и подкачивающих электрических насосов, электромагнитных кранов, форсунок), обеспечивающих подачу пускового топлива к пусковым форсункам в период запуска двигателя; если основное топливо подаётся в двигатель турбоприводным насосов, то до выхода на режим малого газа работает электрический подкачивающий насос, обеспечивая подачу основного топлива к рабочим форсункам;

- системы зажигания топлива;

- стартёра, обеспечивающего раскрутку ротора авиадвигателя до определённой скорости вращения;

-система автоматического управления процессов запуска;

-источника энергии для приведения в действие всех элементов системы запуска;

- пусковые топливные устройства.

В системах запуска самолётных ускорителей, работающих обычно на твёрдом топливе, стартёры отсутствуют.

Пусковые топливные устройства обеспечивают подачу топлива к пусковым форсункам в период запуска двигателей. К ним относятся: электромагнитные клапаны, пусковые воспламенители и импульсаторы.

Электромагнитные клапаны предназначены для подачи топлива к пусковым форсункам и основного топлива к двигателю, а также для включения продувки пусковых магистралей после прекращения подачи топлива в целях предотвращения его коксования в топливопроводах. Управление клапанами осуществляется электрическими сигналами пусковых панелей.

Для обеспечения более надежного запуска двигателей применяется импульсная подача пускового топлива, для чего используются реле времени и импульсаторы И-2 (вертолет Ми-8, двигатель ТВ2-117), включающие питание клапана пускового топлива импульсами. Импульсная подача топлива при запуске двигателя увеличивает высотность запуска в полёте и обеспечивает надёжный запуск «горячего» двигателя.

Элементы систем запуска

Для запуска ГТД применяются однокаскадные и двухкаскадные стартёры. Однокаскадные стартёры раскручивают непосредственно вал турбокомпрессора. К ним относятся электрические, пороховые и пневматические стартёры. Двухкаскадные стартеры состоят из двух последовательно работающих стартеров. Они используются главным образом для запуска мощных ГТД, имеющих большие моменты инерции. Стартер первого каскада служит для запуска стартера второго каскада, последний раскручивает вал турбокомпрессора двигателя. В первом каскаде обычно используются электрические стартеры, во втором – турбостартеры.

Структурная схема системы запуска авиадвигателя с помощью двухкаскадного стартера приведена на рисунке 1.

 

Рис. 1. Структурная схема системы запуска авиадвигателя с помощью двухкаскадного стартера

 

Основными элементами системы являются:

источник питания 1, в качестве которого применяются бортовые или аэродромные источники электроэнергии;

пульт управления запуском 2, на котором размещается коммутационная и сигнальная аппаратура;

аппаратура управления 3, которая состоит из пусковых панелей или коробок и автоматов времени запуска, осуществляющих автоматическое управление процессом запуска;

электрический стартер 4, представляющий собой электродвигатель постоянного тока;

турбостартер 6, представляющий собой малогабаритный турбореактивный двигатель с агрегатами запуска и управления, к которым относятся система управления выходными заслонками 7, система зажигания 8, пусковая топливная система 9 (электромагнитные топливные клапаны, пусковые топливные насосы), электромагнитный клапан кислородной подпитки 10;

элементы механических передач вращающего момента от электростартера к турбостартеру 5 и от турбостартера к валу авиадвигателя 11; к ним относятся муфты свободного хода, предназначенные для разъединения валов, когда частота вращения запускаемого устройства становится больше частоты вращения стартера, редукторы, фрикционные или гидравлические муфты, предназначенные для ограничения передаваемого момента;

Агрегаты запуска авиадвигателя 12, к которым относятся система зажигания 13, пусковая топливная система 14, электромагнитные клапаны подачи и отсечки топлива 15, кислородной подпитки 16, управления лентами или клапанами перепуска воздуха 17 и реактивными створками авиадвигателя 18.

Система запуска с однокаскадным стартером не содержит элементов 5-10. В качестве однокаскадных стартеров применяются стартеры прямого действия или стартеры-генераторы, представляющие собой электрические машины, которые во время запуска работают в режиме электродвигателя, а после запуска — в режиме генератора.

Способы запуска ГТД

1. по способу электропитания:

- аэродромный источник электропитания;

- автономный источник электропитания.

2. по способу раскрутки ротора двигателя:

- с помощью электростартера (однокаскадный типа СТГ - самый распространённый способ запуска ГТД),;

- с помощью турбокомпрессора или турбокомпрессорного стартёра (небольшого ГТД мощностью около 100кВТ).

Двухкаскадные стартеры состоят из электростартера типа СА или СТ и турбокомпрессорного стартёра. Электростартер запускает турбостартер.

- воздушный стартёр типа СВ (двигатель ТВ3 – 117).

Для обеспечения надёжного запуска, устранения возможных ошибок и освобождения экипажа от напряжённой работы в период пуска все операции по запуску авиационных силовых установок осуществляются автоматически по определённой программе. Для запуска подготовленного двигателя достаточно нажать на кнопку запуска. Управление программой запуска газотурбинных двигателей можно осуществлять:

- в функции времени, когда операции по запуску выполняются через строго определённые интервалы времени;

- в функции скорости вращения авиадвигателя;

- в функции определённой комбинации этих параметров, когда часть операций выполняется в зависимости от времени, а часть – в зависимости от скорости вращения.

Для управления программой запуска в функции времени применяются электродвигательные автоматы времени типа АВП (автомат времени пуска), АВ (автомат времени), ПМ (программный механизм), КАЗ (командный аппарат запуска). Любой из этих автоматов состоит из электродвигателя параллельного возбуждения ЭД небольшой мощности с электромагнитной муфтой ЭМТ и центробежным регулятором скорости вращения ЦР, редуктора Р и набора профилированных дисков Д с контактным устройством.

 

Рис. 2. АВП (автомат времени пуска)

 

Электродвигатель вращает диски, которые воздействуют в определённые моменты времени на контакты, включая и выключая соответствующие агрегаты системы запуска (катушка зажигания, контакторы переключения режимов работы электростартёра и пр.). Автоматы времени обычно размещаются в пусковых коробках и панелях (ПС, ПКС, АПД и пр.), в которых монтируются также коммутационные реле, пусковые сопротивления и контакторы.

Управление программой запуска в функции скорости вращения авиадвигателя осуществляется с помощью тахогенераторов, напряжение с которым подаётся к обмоткам управляющих реле, центробежных выключателей, реле максимальных оборотов РМО. Эти устройства коммутируют соответствующие электрические цепи при достижении заданных скоростей вращения авиадвигателя. Плавное управление программой запуска осуществляется с помощью рассмотренного выше угольного регулятора тока.

 

Вывод: при управлении программой запуска в функции времени и скорости вращения обычно большинство операций выполняется в зависимости от скорости вращения с дублированием по времени.

 

Вопрос № 2. Особенности автономного запуска авиадвигателей

 

Запуск авиадвигателя электрическими стартерами должен осуществляться в любых условиях эксплуатации. Для надежного действия систем запуска важное значение имеет состояние источников электрической энергии, особенно аккумуляторных батарей, исправность всех элементов системы запуска и их соединений, а также соблюдение расчетного повторно-кратковременного режима работы. Ввиду больших токов, потребляемых стартерами (стартерами - генераторами), как правило ГТД запускаются от аэродромных источников электрической энергии. Автономный запуск производится только в крайних случаях от бортовых аккумуляторных батарей.

Аккумуляторные батареи, используемые для автономного запуска, должны быть полностью заряжены, их температура должна находиться в установленных пределах. Последнее особенно важно для серебряно-цинковых аккумуляторов.

При недостаточной степени заряженности запаса энергии может не хватить для запуска. Исходя из запаса энергии аккумуляторных батарей, допускается не более двух-трех попыток автономного запуска с трехминутными паузами между попытками. При большем числе попыток аккумуляторные батареи окажутся разряженными и непригодными для полета.

При автономном запуске ГТД ЛА с несколькими авиационными двигателями от бортовых аккумуляторных батарей следует запускать только один ГТД, остальные запускаются от бортовой сети, к которой подключен генератор работающего авиационного двигателя и аккумуляторные батареи.

Особое внимание необходимо обращать на состояние контактных соединений в силовых цепях электрических стартеров. Небольшое увеличение переходного сопротивления вызывает значительные падения напряжения, так как токи стартеров достигают больших значений, что может привести к увеличению времени запуска, а иногда и к срыву запуска.

Проверка состояния контактов в силовых цепях стартеров производится при длительном выходе ГТД на режим малого газа. Причиной этого может явиться также неправильная работа автомата времени.

В случае неудавшейся попытки запуска повторный запуск производится лишь после полной остановки и предварительной холодной прокрутки авиадвигателя. Включение зажигания без холодной прокрутки при повторном запуске может вызвать взрыв скопившихся паров топлива в камерах сгорания.

 

Вывод: работоспособность системы запуска проверяется при опробовании авиадвигателя. О правильности срабатывания элементов системы запуска при этом судят по показаниям бортовых приборов контроля и по загоранию и погасанию соответствующих сигнальных ламп.