Основные способы запуска ГТД

Запуск авиационных газотурбинных двигателей можно осуществлять следующим образом:

Наибольшее распространение получили пневматический, турбостартерный и электрический способы запуска.

На современных летательных аппаратах с газотурбинными двигателями тягой более 30 000 Н используются турбостартерные системы запуска с турбокомпрессорными стартерами, работающими на топливе двигателя летательного аппарата, и с турбостартерами ограниченного запаса рабочего тела (воздушными, пороховыми, жидкостными).

Турбокомпрессорный стартер (ТКС) представляет собой сравнительно небольшой газотурбинный двигатель с ограниченной продолжительностью работы (до 90-100 с) в стартерном режиме и мощностью от 50 до 200 кВт.

Впервые в мире ТКС для запуска авиационных ГТД были изготовлены в Советском Союзе в начале 50-х годов.

ТКС запускаются от электрического стартера. После выхода на рабочий режим ТКС раскручивает ротор запускаемого двигателя за счет избыточной мощности, раскручиваемой турбины турбостартера. Основными элементами ТКС являются генератор газа, силовая турбина и редуктор.

Вращающий момент от турбостартера к валу запускаемого двигателя передается:

- механическим путем;

- через гидромуфту;

- за счет газодинамической связи.

Электрический стартер, предназначенный для запуска турбостартера, соединяется с валом турбостартера через фрикционную муфту и муфту свободного хода.

Достоинством турбостартера по сравнению с другими системами запуска является:

сравнительно небольшой расход энергии на запуск самого стартера, а следовательно, и большая автономность системы;

возможность получения при небольших габаритах стартера значительной мощности, что обеспечивает ускоренный запуск двигателя;

отсутствие специального рабочего тела, так как ТКС работает на том же топливе, что и основной двигатель.

Однако использование турбостартеров усложняет производство и эксплуатацию ГТД, увеличивает общее время запуска, так как ко времени запуска ГТД добавляется время запуска турбостартера.

Системы запуска с электрическими стартерами отличаются:

простотой устройства и управления;

надежностью в работе;

обеспечивают многократное повторение запуска;

Операции запуска легко автоматизируются. Однако область эффективного использования электрических систем запуска ограничиваются сейчас выходной мощностью 18 кВт, а в отдельных случаях 40 кВт, так как для данных систем характерно значительное увеличение их массы с увеличением их мощности. Поэтому для двигателей с большой тягой электрические системы запуска менее пригодны, чем системы запуска с турбостартерами.

Необходимо отметить, что большинство летательных аппаратов имеют на борту электрические системы запуска. На легких самолетах и вертолетах эти системы используются для запуска основных ГТД, а на средних и тяжелых - для запуска ГТД вспомогательных силовых установок, которые в свою очередь запускают основные ГТД летательного аппарата.

Для запуска ГТД на летательных аппаратах применяются электрические стартеры и стартеры-генераторы четырех типов:

- стартеры прямого действия типа СТ;

- стартеры-генераторы типа ГСР-СТ; у них якорь машины соединен с приводом ГТД через двухскоростной редуктор;

- стартеры-генераторы типа СТГ со встроенным планетарным двухскоростным редуктором;

- обычные самолетные генераторы типа ГСР и ГС, применяемые в стартерном и генераторном режимах с постоянным передаточным числом редуктора, расположенного в приводе ГТД. Своего дополнительного редуктора в этом случае ГСР и ГС не имеют.

 

Работа

Двигатель Д-36 оборудован автономной, автоматической воздушной пусковой системой обеспечивающей запуск двигателя от источника сжатого воздуха. Источником сжатого воздуха может быть вспомогательная силовая установка или один из работающих двигателей. Источником сжатого воздуха могут также служить аэродромные воздушные средства запуска с параметрами воздуха, равноценными параметрами бортового энергоузла.

Рис.2

В момент запуска двигателя Д-36 остаются открытыми три клапана перепуска воздуха из-за 3 ступени КНД и три клапана перепуска воздуха из-за 4 ступени КВД. Запуск или холодная прокрутка двигателей Д-36 возможны только в последовательном порядке, так как на самолёте установлена одна автоматическая панель запуска АПД-45

Процесс запуска двигателя условно можно разбить на три этапа Моментная диаграмма запуска НА каждом этапе действительно равенство

Муск = МсТ +МТ −МПР

где М уск - момент, потребный для увеличения частоты вращения ротора (при М уск =0 увеличение частоты вращения невозможно); МСТ - момент, развиваемый стартёром; М Т - момент, развиваемый турбиной двигателя; М ПР - момент, потребный для прокрутки ротора двигателя.

 

Первый этап начинается с момента подключения стартёра к ротору двигателя и заканчивается в момент воспламенения топливно-воздушной смеси в камере сгорания при частоте вращения nT . Очевидно, что на данном этапе самостоятельная работа двигателя невозможна, так как момент турбины МТ = 0. Поэтому ротор двигателя раскручивается только за счёт момента стартёра и на этом этапе Муск =МСТ −Мпр .

Второй этап начинается с момента воспламенения топливно-воздушной смеси в камере сгорания и заканчивается в момент отключения пускового устройства при частоте вращения nOTK . На этом этапе ротор двигателя раскручивается за счёт момента стартёра и момента, развиваемого турбиной двигателя МТ . Стартер работает в так называемом режиме сопровождения.

На третьем этапе, который начинается с момента отключения стартёра и заканчивается моментом выхода двигателя на режим малого газа nМГ , ротор двигателя раскручивается только турбиной двигателя. На третьем этапе МУСК = МТ −Мпр . Предельное значение ТГ * при запуске ограничивается либо прочностью лопаток турбины, либо возможностями обеспечения устойчивой работы компрессора.

В процессе запуска по достижении ротором высокого давления двигателя заданной частоты вращения электронная система управления автоматически отключает стартер воздушный СВ-36.

Если частота вращения ротора высокого давления двигателя не достигнет частоты вращения, установленной для отключения СВ-36, то его отключение выполнит АПД через 45секунд с начала запуска (после нажатия на кнопку «Запуск)

После нажатия кнопки ЗАПУСК напряжение "+Бортсеть подается на:

- автомат пуска двигателя;

- реле;

- блок управлением сигнализатора БУС-1.

Реле становится на самоблокировку и подает питание на автомат пуска.

Программный механизм автомата пуска отрабатывает временную циклограмму запуска двигателя

и по его командам включаются:

- система раскрутки ротора двигателя от стартера-генератора;

- система зажигания;

- система распределения;

- система электропитания.