|
|
Системы запуска газотурбинных двигателей.12 Лекция № 2 / 7 семестр Тема: Запуск и опробование авиационных двигателей (с 236, к 317) Время: 4 часа. Учебные вопросы: 1.Этапы и контроль запуска газотурбинного двигателя. Системы запуска газотурбинных двигателей. Запуск и опробование газотурбинных двигателей. Запуск и опробование поршневых двигателей. Этапы и контроль запуска газотурбинного двигателя. Запуском двигателя понимается процесс приведения его в действие из нерабочего состояния в состояние устойчивой работы на режиме малого газа. Процесс запуска включает: прокрутку ротора двигателя; подачу топлива через пусковые форсунки в камеру сгорания и воспламенение горючей смеси; подачу рабочего топлива к основным форсункам; вывод двигателя на режим малого газа. Прокрутка ротора газотурбинного двигателя в процессе запуска осуществляется стартером и турбиной двигателя. При этом стартер и турбина участвуют в прокрутке не весь период запуска, а лишь на определенных этапах. В связи с этим весь процесс запуска двигателя условно может быть разделен на три этапа (рис.1). На I этапе от начала запуска до частоты вращения ротора двигателя n1 (начала вступления в активную работу турбины) двигатель прокручивается только стартером. Момент ускорения ротора двигателя на этом этапе
где Мст — момент, развиваемый стартером, Мсопр — момент, потребный для вращения компрессора, привода агрегатов и преодоления трения; J — массовый полярный момент инерции ротора двигателя (а для турбовинтовых двигателей и момент инерции винта, приведенный к валу ротора); w — угловая частота вращения ротора двигателя; n — частота вращения.
 На этапе II, от частоты вращения n1. до n2 (момент отключения стартера), происходит совместная прокрутка ротора двигателя стартером и турбиной;
где Мт — момент, развиваемый турбиной двигателя.
Причастоте вращенияротора а при частоте вращения ротора малого газа nмг, стартер отключен и ротор двигателя прокручивается только турбиной;
При частоте вращения Значения частот вращения На втором этапе осуществляется контроль за изменением температуры газа. Для сокращения продолжительности запуска двигатель должен работать в напряженном температурном режиме. При этом мощность турбины достигает своего максимального значения. Когда мощность стартера по тем или иным причинам окажется недостаточной для эффективной раскрутки ротора двигателя, процесс запуска замедляется, что сопровождается значительным ростом температуры газа. При этом мощность турбины возрастает, и двигатель мог бы выйти на режим малого газа, но только за счет повышенной нагрузки турбины и в условиях перегрева элементов горячей части двигателя. Однако при превышении температуры выше значений, установленных технической документацией, запуск двигателя рекомендуется немедленно прекратить. В конце второго этапа контролируется . также момент отключения стартера. На третьем этапе запуска температура газа снижается и при достижении Системы запуска газотурбинных двигателей. Несмотря на многообразие систем запуска газотурбинных двигателей, они все имеют стартер, обеспечивающий предварительную прокрутку ротора двигателя, источник энергии, необходимый для работы стартера, устройства, обеспечивающие подачу топлива и зажигание горючей смеси в камерах сгорания, агрегаты, обеспечивающие автоматизацию процесса запуска. Наименование систем запуска определяется типом стартера и источником питания. К системам запуска предъявляются следующие основные требования, которые направлены на обеспечение: надежного и устойчивого запуска двигателя на земле в диапазоне температур окружающего воздуха от — 60 до +60 °С. Допускается предварительный подогрев ТРД при температуре ниже — 40 °С, аТВД — ниже — 25 °С; надежного запуска двигателя в полете во всем диапазоне скоростей и высот полета; продолжительности запуска ГТД, не превышающей 120 с, а для поршневых 3...5 с; автоматизации процесса запуска, т. е, автоматического включения и выключения всех устройств и агрегатов в процессе запуска двигателя; автономности системы запуска, минимальных затрат энергии на один запуск; возможности многократного запуска; простоты конструкции, минимальных габаритных размеров и массы, удобства, надежности и безопасности в эксплуатации. В настоящее время наибольшее применение находят системы запуска, в которых для предварительной прокрутки ротора двигателя используются электрические и воздушные стартеры. Соответственно и системы получили название — электрические и воздушные. Источники энергии стартеров могут быть бортовыми, аэродромными и комбинированными. Автоматизация процесса запуска двигателей может осуществляться по временной программе независимо от внешних условий, по частоте вращения ротора двигателя и по комбинированной программе, где одни операции выполняются по времени, а другие по частоте вращения. При выборе типа системы запуска для того или иного двигателя учитываются многие факторы, наиболее существенными из которых являются: мощность стартера, масса, габаритные размеры и надежность системы запуска. Электрическими системами запуска двигателей называются такие системы, в которых в качестве стартеров используются электродвигатели. Для запуска ГТД применяются электростартеры прямого действия, у которых осуществляется непосредственная связь через механическую передачу с ротором двигателя. Электростартеры рассчитаны на кратковременную работу. В последнее время получили широкое применение стартер-генераторы, которые при запуске двигателя выполняют функцию стартеров, а после запуска - функцию генераторов. Электрические системы запуска достаточно надежны в работе, просты в управлении, позволяют легко автоматизировать процесс запуска, а также просты и удобны в обслуживании. Они используются для запуска двигателей, имеющих сравнительно небольшие моменты инерции, или когда время вывода их на режим малого газа сравнительно велико. Для запуска двигателей с большими моментами, инерции или при сокращенном времени выхода на режим малого газа требуется увеличение мощности стартеров. Для электрических систем характерно значительное увеличение их массы и габаритных размеров при увеличении мощности стартера, что вызывается как увеличением массы самих стартеров, так и источников питания. В этих условиях массовые характеристики электрических систем могут оказаться значительно хуже других систем запуска.
В качестве бортовых источников энергии используются аккумуляторные батареи и турбогенераторные установки. Аэродромными источниками электроэнергии при запуске двигателей являются передвижные электроагрегаты (АПА) или стационарные колонки. В настоящее время применяются электростартеры постоянного тока. Угловая скорость вращения их в процессе запуска автоматически регулируется по заранее выбранному закону, обеспечивающему опти мальные условия работы стертера. Она может быть выражена следующей зависимостью:
Из нее видно, что регулировать угловую скорость вращения двигателей постоянного тока можно тремя способами: изменением напряжения на клеммах стартера; изменением потока возбуждения и введением дополнительного сопротивления в цепь якоря. В процессе запуска по мере увеличения частоты вращения ротора двигателя снижается крутящий момент электростартера вследствие уменьшения силы тока якоря. Для повышения эффективности электростартера обычно производится повышение напряжения, которое может быть ступенчатым или плавным (рис. 29.2). Запуск двигателя осуществляется следующим образом. Предварительно запускается турбогенераторная установка, приводящая вдействие электрогенератор. Затем нажатием на кнопку включают в работу реле времени, после чего в соответствии с принятой программой выполняются те или иные операции. Первая из них — подача тока на стартер-генератор. В начале прокрутки ротора подается ток в систему зажигания — к пусковым катушкам и свечам. Через некоторый промежуток времени, необходимый для подготовки свечей, открывается клапан подачи пускового топлива. При этом в камерах сгорания создаются факелы пламени. Начиная с некоторого времени, в процессе прокрутки ротора двигателя открывается клапан подачи рабочего топлива, после чего турбина вступает в работу, и прокрутка ротора продолжается совместно стартером и турбиной. Затем в соответствии с программой запуска сначала отключаются системы зажигания и пускового топлива, а затем и электростартер. По окончании цикла работы (заданного времени) электродвигателя реле времени выключается. Выход двигателя на режим малого газа обеспечивается за счет турбины. Воздушными системами запуска двигателей принято называть системы, в которых прокрутка ротора запускаемого двигателя производится энергией сжатого воздуха. В этих системах сжатый воздух либо подается непосредственно на лопатки турбины двигателя, либо используется для прокрутки специальный воздушный стартер, который приводит в действие ротор основного двигателя. Первый способ подачи сжатого воздуха для запуска двигателей не нашел широкого применения, так как он отличается сравнительно небольшой эффективностью и большим расходом воздуха. Его можно рекомендовать лишь для аэродромных систем запуска, которые могут обеспечить большой расход сжатого воздуха. В бортовых воздушных системах для запуска двигателей используются воздушные стартеры, имеющие высокооборотные турбины осевого или радиального типа, которые соединяются с роторами запускаемых двигателей через редукторы с передаточными отношениями 1/15... 1/30. На турбины подается подогретый сжатый воздух. Это снижает расход воздуха и предотвращает обледенение турбин, которое может происходить при резком понижении температуры воздуха за счет его расширения. В качестве источников сжатого воздуха могут применяться специальные бортовые газотурбинные установки, аэродромные компрессорные установки, бортовые и аэродромные баллоны сжатого воздуха, а также компрессор одного из работающих двигателей на ЛА. Для современных ЛА с ГТД широкое распространение получили воздушные системы запуска с бортовыми газотурбинными установками (рис. 29.3). Они обеспечивают требование автономности систем запуска, достаточно просты и надежны в работе, имеют сравнительно хорошие массовые характеристики. Вспомогательная силовая установка (ВСУ) 1 представляет собой малогабаритный ГТД с центробежным компрессором. Он предназначен для подачи к воздушным стартерам 7 сжатого воздуха, который отбирается от компрессора. Запуск его производится при помощи электростартера. Основные двигатели 9 от автономной системы запускаются следующим образом. Сначала включается в работу газотурбинная установка и выводится на рабочий режим. При этом вся система от ВСУ до электромагнитных клапанов 6 будет находиться под давлением, определяемым перепускным клапаном 2. Затем нажатием на кнопку запуска открывается клапан электромагнитный 6 запускаемого двигателя. При этом сжатый воздух от компрессора газотурбинной установки будет подаваться на лопатки турбины воздушного стартера 7.
Турбина стартера, вступая в работу, производит прокрутку ротора запускаемого двигателя до необходимой частоты вращения. Для экономии ресурса газотурбинной установки один из работающих двигателей может быть использован для запуска другого. Для этого предусмотрены заборные клапаны 8, через которые отбирается часть воздуха от компрессора и подается к воздушному стартеру запускаемого двигателя. Предусматривается также запуск двигателей от аэродромных источников сжатого воздуха через бортовой штуцер 4.
Если после нажатия на кнопку контрольная лампа 4 не загорается и воздушный стартер не включается (что определяется по тахометру), то повреждение надо искать сначала в кнопке запуска 2, а затем в программирующем устройстве. Если при этом стартер включается и скорость вращения нарастает, то программирующее устройство исправно, а неисправной является лампочка. В том случае, когда лампочка загорается, а стартер не работает, неисправность следует искать сначала в электромагнитном клапане 10, а затем в воздушном стартере 9. Если названные выше элементы системы запуска 1...4, 9 и 10 работают исправно и частота вращения ротора двигателя увеличивается до значения холостого хода, а двигатель не запускается, то неисправность следует последовательно искать в элементах 5, 6 и 7. Порядок поиска может быть изменен при наличии статистики о надежности работы элементов системы запуска и трудоемкости определения их работоспособности. 
12 Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
и 
, Последнее равенство соответствует режиму холодной прокрутки ротора двигателя На этапе III запуска газотурбинного двигателя, от частотывращения n2 до частоты вращения
зависят от характеристик компрессора, турбины и стартера, работы камеры сгорания, конструктивных и эксплуатационных факторов двигателя. На первом этапе контроль запуска состоит в наблюдении за параметрами работы стартера, частотой вращения ротора двигателя и временем начала работы турбины двигателя. При обнаружении неисправностей в системе запуска на этом этапе он прекращается.
она стабилизируется, процесс запуска заканчивается.
Процесс запуска автоматизирован и осуществляется по заданной