Тема № 9. Система запуска двигателя ТВ2-117 (стр. 1 )

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика .

Кафедра: «Эксплуатация летательных аппаратов».

Тема № 9.

Система запуска двигателя ТВ2-117.

Учебное пособие.

(Компьютерный вариант)

Составил:

Компьютерная обработка: студенты и

Пособие предназначено для студентов 2-го курса специальности 130300, изучающих конструкцию двигателя ТВ2-117 по дисциплине «Авиационная техника».

Размер файла: 768 кб.

Файл помещен в компьютере «Server» ауд. 113-5

Имя файла: E:\ ПОСОБИЯ \ ТВ2-117 \ ТЕМА9 \ тема9.doc

Дата составления: 5 февраля 2005 г.

Дата внесения изменений: 5 февраля 2005 г.

Допущено для использования

в учебном процессе.

Протокол заседания кафедры «ЭЛАиД»

№ ______ от «___» ___________ 2005 г.

Самара 2005 г.

9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАПУСКЕ ТВаД.

Запуском называется процесс вывода двигателя из нерабочего состояния на режим самостоятельной устойчивой работы — режим малого газа. Для запуска газотурбинного двигателя необходимо:

а) раскрутить ротор турбокомпрессора до оборотов, при которых компрессор в состоянии всасывать, сжимать и подавать сжатый воздух в камеру сгорания, а турбина компрессора развивать мощность, достаточную для привода компрессора при допустимой температуре газа перед турбиной;

б) образовать топливовоздушную смесь в камере сгорания двигателя и обеспечить ее воспламенение и устойчивое сгорание.

Агрегат, который обеспечивает раскрутку ротора турбокомпрессора при запуске двигателя, называется пусковым устройством или стартером. На двигателе ТВ2-117 пусковым устройством является стартер-генератор ГС-18МО, который при запуске работает стартерном режиме (режиме электродвигателя). Для образования и воспламенения топливовоздушной смеси на камере сгорания двигателя установлены два пусковых воспламенителя с пусковыми форсунками и запальными свечами СП-18УА.

Наличие на двигателе свободной турбины, обеспечивающей привод несущего и рулевого винтов, накладывает определенный отпечаток на его запуск. Так, в начальный момент запуска, когда повышение давления в компрессоре незначительно, полное расширение газа происходит только в турбине компрессора. При этом ротор свободной турбины практически не вращается.

Увеличение оборотов турбокомпрессора сопровождается ростом степени повышения давления в компрессоре. Это приводит к увеличению перепада давления на свободной турбине, плавной раскрутке свободной турбины, а значит и несущего и рулевого винтов. Наличие свободной турбины исключает необходимость постановки муфты включения трансмиссии вертолета — устройства достаточно громоздкого, сложного и неотъемлемого для вертолетных поршневых и одновальных газотурбинных двигателей.

Минимальное число оборотов установившейся самостоятельной работы двигателя зависит от его пусковых характеристик. Под пусковыми характеристиками ТВаД обычно понимают зависимость мощности пускового устройства (Nст), потребной для вращения ротора турбокомпрессора, и мощности, развиваемой турбиной компрессора (Nт. к.), от числа оборотов турбокомпрессора (nт. к) при заданном законе изменения температуры газа перед турбиной.

Примерный вид пусковой характеристики двигателя показан на рис.9.1. Из рисунка следует, что самостоятельная работа двигателя невозможна при числе оборотов турбокомпрессора, меньше равновесных (nр), что запуск двигателя возможен только с помощью мощного и действующего в течение относительно длительного промежутка времени источника энергии — стартера.

Рис.9.1. Примерная пусковая характеристика газотурбинного двигателя:

Nст— мощность, развиваемая стартером; Nт. к.— мощность, развиваемая турбиной компрессора; Nк — потребная мощность для вращения ротора компрессора;

1— момент воспламенения рабочего топлива; 2—момент отключения стартера; 3— режим малого газа

Однако отключать стартер-генератор ГС-18МО из стартерного режима, при достижении ротором турбокомпрессора равновесных оборотов нельзя, так как при этих оборотах турбина не создает избытка мощности, необходимого для перехода на более высокие режимы. Незначительное же ухудшение условий работы двигателя, а также наличие ветра со стороны выходного устройства может привести к тому, что мощность, развиваемая турбиной, окажется меньше потребной и двигатель остановится.

Обороты отключения стартера должны быть такими, при которых мощность, развиваемая турбиной, становится достаточной для уверенного выхода двигателя на режим малого газа. Для обеспечения возможности перехода двигателя на рабочие режимы температура газа перед турбиной компрессора на режиме малого газа должна быть меньше максимально допустимой. Турбина компрессора начинает развивать положительный крутящий момент с начала подачи в двигатель рабочего топлива.

В соответствии с изложенным весь процесс запуска можно разделить на три основных этапа.

Первый этап продолжается с момента включения стартера-генератора ГС-18МО в стартерный режим работы (nтк=0) до момента подачи в камеру сгорания и воспламенения в ней рабочего топлива (nтк = 17¸19%).

Раскрутка ротора турбокомпрессора на этом этапе осуществляется только стартером-генератором ГС-18МО.

Второй этап длится с момента, когда турбина компрессора начинает развивать положительный крутящий момент (n1) до момента отключения стартера-генератора ГС-18МО (n2). Раскрутка ротора турбокомпрессора на этом этапе осуществляется как стартером-генератором ГС-18МО, так и турбиной компрессора. Стартер-генератор ГС-18ГС на этом этапе работает в режиме сопровождения. Отключение ГС-18МО происходит при nтк=57¸63%.

Третий этап продолжается с момента отключения стартера-генератора ГС-19МО (n2) до момента выхода двигателя на режим малого газа (nмг). Раскрутка ротора турбокомпрессора на этом этапе осуществляется только его турбиной. При работе двигателя на малом газе обороты турбокомпрессора должны быть равны 65+2-1%.

Как видно из вышесказанного, в запуске двигателя ТВ2-117 должны принимать участие несколько систем:

— электрическая система;

— система зажигания;

— пусковая топливная система.

Кроме запуска двигателя система запуска может осуществлять холодную прокрутку и ложный запуск.

Холодная прокрутка предназначена для удаления из проточной части двигателя остатков топлива после неудавшегося запуска, охлаждения деталей проточной части двигателя. При холодной прокрутке осуществляется раскрутка ротора турбокомпрессора без подачи топлива в камеру сгорания. При холодной прокрутке работает только электрическая система, система зажигания и топливная система не задействованы.

Ложный запуск, т. е. запуск без воспламенения топливовоздушной смеси, производится с целью проверки работы систем, участвующих в запуске, а также при проведении консервации и расконсервации двигателя. При ложном запуске работают электрическая и топливная системы, система зажигания не задействована.

9.2. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАПУСКА ТВаД

При использовании для раскрутки ротора турбокомпрессора ТВаД электрической системы в качестве пускового устройства (стартера) применяется стартер-генератор ГС-18МО, работающий в режиме электродвигателя. Источниками напряжения могут быть бортовые аккумуляторные батареи или наземные средства обеспечения электроэнергией.

Для сокращения продолжительности запуска двигателя стартер должен обеспечивать раскрутку ротора турбокомпрессора на первом этапе с большими угловыми ускорениями (400¸600 с-2). Кроме того, стартер должен сопровождать раскрутку ротора турбокомпрессора до частоты вращения nтк=57¸63% и при этом иметь своем валу достаточно большой момент для увеличения частоты вращения ротора.

Стартер-генератор ГС-18МО представляет собой шестиполюсную электрическую машину постоянного тока с шунтовым возбуждением (рис.9.2,а). Такие электрические машины при работе в режиме электродвигателя имеют характеристики, представленные на рисунке 9.2,б.

Рис. 9.2. Характеристики электродвигателя постоянного тока с шунтовым возбуждением:

а) схема подключения якоря (Я) и обмотки возбуждения (ОВ);

б) скоростная 1, токовая 2 и моментная 3характеристики пуска электродвигателя при постоянном значении напряжения источника питания (U=const);

Iя — ток, проходящий через якорь электродвигателя; n— частота вращения ротора электродвигателя;

М— момент на валу электродвигателя; t— время

На графиках (рис.9.2,б) можно выделить два участка: I участок неустановившегося переходного процесса и II участок установившихся параметров частоты вращения n и величины тока Iя. Из анализа графиков можно сделать выводы:

— сразу после подачи напряжения на электродвигатель (t » 0) происходит интенсивная раскрутка его ротора с большими угловыми ускорениями, электроток, проходящий через якорь максимален. В этот момент времени на валу электродвигателя максимальный крутящий момент и, следовательно, детали кинематически связанные с ротором электродвигателя, нагружены максимальными нагрузками. Большая величина тока якоря приводит к значительному тепловыделению в обмотках стартера;

— в процессе раскрутки ротора электродвигателя нагрузки, тепловыделение снижаются, но (в пределах I участка) снижается также интенсивность раскрутки ротора;

— на II участке величины Iя и n стабилизируются, их дальнейшее увеличение при U=const невозможно. На этом участке М=Мсопр. т. е. вся энергия, подводимая к стартеру, расходуется на нагрев обмоток, преодоление сил трения в подшипниках и др.

Из сказанного можно сделать выводы:

— первоначально к стартеру необходимо подавать пониженное напряжение, это снизит нагрузки на его детали, нагрев обмоток;

— по мере раскрутки ротора необходимо увеличивать подаваемое к стартеру напряжение или не допускать падения величины тока, проходящего через якорь стартера.

Пониженное напряжение к стартеру можно подавать, включив последовательно с ним добавочное сопротивление (Rд) (рис.9.3,а). На этом сопротивлении происходит падение напряжения и, следовательно, к стартеру будет подаваться пониженное напряжение. Затем в соответствии с программой запуска это сопротивление выключается из работы (шунтируется) при подаче напряжения на контактор К6.