Билет №10

Вопрос 1.

Система гидромеханической защиты двигателя от раскрутки вала силовой турбины.

Защиту вала силовой турбины от превышения допустимой скорости вращения осуществляет гидромеханическая защита (рис. 14). Она аварийно останавливает двигатель в случае раскрутки вала СТ до оборотов, превышающих 5600 мин^-1. Останов производится закрытием стопорного клапана, который перекрывает подачу топливного газа в дозатор.

Защита состоит из ограничителя оборотов (ОГСТ), управляющего распределительного клапана (РПК), воздействующего на стопорный клапан (СК), и сигнализатора давления (СД), выдающего сигнал в систему управления о срабатывании гидромеханической защиты.

Подвод рабочего масла к агрегату производится от маслосистемы САР (от штуцера К2 на КПД ) через управляющий узел, в котором установлен дросселирующий жиклер, регламентирующий расход масла через агрегат ОГ-16. При частоте вращения ротора СТ ниже уровня настройки агрегата ползушка золотникового клапана ОГ-16, связанная через рычаг с центробежным датчиком оборотов, занимает положение относительно окон золотника, обеспечивающее слив подводимого масла через агрегат. При этом давление масла после дросселирующего жиклера в управляющем узле не превышает 10 кгс/см². При достижении предельных настроечных оборотов ротора СТ (5300 об/мин) грузики центробежного датчика расходятся и, преодолевая усилие затяжки пружины, смещают ползушку золотника, перекрывая сливные окна. Давление масла в подводящей магистрали после жиклёра резко возрастает и при достижении 20 кгс/см² происходит срабатывание управляющего узла и закрытие стопорного клапана. Управляющий узел скомпонован с электропневмоклапаном стопорного клапана и обеспечивает независимое закрытие запорного клапана СК. Управляющий клапан включает в себя распределительный двухгрибковый клапан с управляющим поршнем, узел блокировки и сигнализатор давления МСТ-14АС. К поршню распределительного клапана подается давление масла, подводимого к ОГ-Т6 после дросселирующего жиклера. В исходном положении распределительный клапан под действием пружины и входного давления топливного газа находится в крайнем левом по схеме положении, обеспечивая сообщение пружинной полости запорного клапана с линией дренажа (стопорный клапан открыт). Назначение узла блокировки заключается в том, чтобы исключитьсамопроизвольное открытие СК, так как снижение давления масла при останове должно было привести к возвращению распределительного клапана в исходное положение под действием пружины. Однако узел блокировки, представляющий собой дополнительный поршень с упорами, под действием топливного газа будет удерживать распределительный клапан в крайнем правом положении даже при падении управляющего давления масла.

При достижении валом СТ скорости вращения более 5600 мин^-1 центробежный механизм командного агрегата ОГСТ через систему рычагов настолько прикрывает слив масла, проходящего через полость управляющего узла распределительного клапана (РПК), что давление в ней поднимается до 2,0 МПа. При этом золотник РПК переместится в крайнее правое положение и закроет дренаж топливного газа из пружинной полости запорного клапана СК. В эту полость поступит топливный газ с давлением 2,5 МПа. с входа в стопорный клапан через открытые каналы управляющего распределительного клапана и электропневмоклапана СК. Равновесие грибка запорного клапана в открытом положении нарушится, и под действием пружины запорный клапан закроется, подача топливного газа в двигатель прекратится. Сигнализатор (СД) сработает по давлению топливного газа, поступившего по каналам в запорный клапан, и передаст сигнал в систему управления ГПА о срабатывании гидромеханической защиты. Система управления в свою очередь начнет аварийный останов агрегата.

Ограничитель оборотов вала силовой турбины

При частоте вращения ротора силовой турбины ниже уровня настройки ограничитель обеспечивает слив подводимого масла. При этом давление масла после дросселирующего жиклера в управляющем узле распределительного клапана не превышает 1,0 МПа. При достижении валом СТ предельной скорости вращения грузики центробежного датчика расходятся и, преодолевая усилие пружины, перекрывают сливные окна. Давление масла в подводящей магистрали после жиклера в полости РПК резко возрастает до 2,0 МПа, происходит срабатывание управляющего узла и закрытие СК.

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 регулирования обеспечивает:

- программированную по времени подачу топлива в двигатель при запуске;

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

- поддержание заданного режима работы двигателя по частоте вращения ротора НД;

- управление режимом работы двигателя в диапазоне от холостого хода (малого газа) до максимального (обороты СТ 3750-5560 мин^-1);

- ограничение максимального давления воздуха за компрессором высокого давления (не более 1,0 МПа);

- ограничение максимальной мощности двигателя при отрицательной температуре воздуха на входе в компрессор (не более 19,2 МВт).

Система регулирования (рис. 11) включает в себя:

- дозатор газа (ДГ);

- регулятор оборотов вала НД (РО);

- ограничитель оборотов вала ВД (ОГВД);

- агрегат управления регулируемым направляющим аппаратом (АУ);

- агрегат командный клапана перепуска воздуха (АК);

- агрегат управления клапана перепуска воздуха (АУП).

Основными агрегатами, обеспечивающими регулирование двигателя, являются регулятор оборотов (РО) и дозатор газа (ДГ). Выполнение программы регулирования, управление режимами, ограничение параметров двигателя во всех случаях производится воздействием на расход топливного газа в камере сгорания.

Регулятор оборотов (в настоящее время не используется):

При работе регулятора маятник центробежного датчика, изменяя проходное сечение окна подвода масла к регулятору, изменяет давление масла в управляющей полости дозатора газа (ДГ). Положение маятника относительно окна однозначно определяется соотношением усилий вращающихся центробежных грузиков, с одной стороны, и двух пружин, с другой. Усилие натяжения одной пружины определяется механизмом настройки, электропривод которого работает по командам системы управления ГПА. Натяжение другой пружины определяется положением штока термокорректора, перемещение которого зависит от температуры воздуха на входе в компрессор двигателя и передается системой кулачков и рычагов к подвижной опоре пружины. Заданное программой регулирования изменение частоты вращения производится перестройкой регулятора, обеспечиваемой профилем кулачка термокорректора. В механизме настройки имеются упоры, регулировкой которых определяются максимальная и минимальная частота настройки.

Дозатор газа (в настоящее время не используется)

Основными элементами ДГ являются три дозирующих клапана: клапан автомата запуска (КЗ) и два клапана основного топлива (КОТ). Каждый клапан образует своим профилем с соответствующей втулкой дозирующее окно, площадь которого изменяется в зависимости от изменения положения перемещающегося клапана, что приводит к изменению расхода топливного газа через дозатор. Поскольку на вход в ДГ топливный газ подается при постоянном давлении, то расход газа однозначно определяется площадью окон, т.е. по­ложением дозирующих клапанов.

Перемещение каждого клапана производится гидравлическим сильфонным приводом, рабочим телом которого служит масло. Усилие, развиваемое приводом, определяется перепадом давления масла в сильфонной полости и давления газа за дозирующим клапаном.

Конструктивно дозирующие клапаны выполнены так, что перепад давления газа на них создает усилие, действующее на закрытие дозирующих окон. Дополнительно на каждый клапан действует еще усилие своей пружины, обеспечивающее закрытое положение клапанов в исходном состоянии дозатора. При работе ДГ перепад давления на сильфонных приводах поддерживается постоянным двумя специальными управляющими регуляторами давления, что обеспечивает постоянное усилие приводов. Масло в управляющую полость каждого сильфонного привода подается из магистрали постоянного давления через систему жиклеров и сливается через клапаны управляющих регуляторов.

Изменяя проходное сечение своего сливного клапана, управляющий регулятор изменяет давление масла в сильфонной полости в соответствии с изменением давления газа за дозирующим клапаном, постоянно обеспечивая превышение давления масла над давлением газа на заданную величину. Данный перепад определяется затяжкой пружины регулировочным винтом. Слив масла из полостей сильфонных приводов основных дозирующих клапанов осуществляется через РО, ОГВД или ограничитель давления воздуха. Поэтому давление в них определяется совместной работой управляющего регулятора и перечисленных агрегатов системы регулирования.

При подаче давления масла на вход в ДГ дозирующие клапаны самопроизвольно перемещаются в положение, соответствующее максимальному расходу топливного газа через ДГ, который ограничивается механическим упором за счет изменения положения регулировочных винтов соответствующих клапанов. Но поскольку по алгоритму запуска двигателя топливо подается в камеру сгорания только после достижения валом ВД скорости вращения 1300 мин^-1, то для предотвращения преждевременной подачи топлива в камеру сгорания на дозаторе газа имеются электромагнитные клапаны автомата запуска (АЗ) и основного топлива (ОТ). При подаче системой автоматического управления напряжения на ЭМАЗ и ЭМОТ обеспечивается слив масла из сильфонных полостей приводов клапанов автомата запуска и основного топлива соответственно. При этом давление в сильфонных полостях снижается до сливного и клапаны остаются в закрытом положении до снятия питания с электромагнитов.

Для закрытия дозирующих клапанов ДГ при останове двигателя служит гидравлический клапан останова (встроенный в дозатор), срабатывающий при подаче напряжения на электромагнитный клапан останова (ЭМОС) от системы автоматического управления. При срабатывании гидравлический клапан соединяет со сливом сильфонные полости приводов всех дозирующих клапанов, и дозатор закрывается. Электромагнитный клапан останова (ЭМОС) в этом положении блокируется до полной остановки валов двигателя.

Работа системы регулирования режима работы

После снятия напряжения с ЭМАЗ (обороты вала ВД 1300 мин^-1) начинается рост давления масла в сильфонной полости привода клапана автомата запуска до давления срабатывания управляющего регулятора (его клапан уменьшает слив масла). Клапан запуска открывается, и через дозатор устанавливается минимальный расход топливного газа, соответствующий режиму розжига камеры сгорания. После открытия клапана запуска топливный газ поступает через дроссельный пакет в газовую полость управляющего регулятора, увеличивая в ней давление. Соответственно клапан управляющего регулятора далее уменьшает слив масла и тем самым увеличивает давление в при­воде, что приводит к дальнейшему перемещению клапана запуска до упора в регулировочный винт, определяющий максимальный расход топливного газа через автомат запуска. Клапаны основного топлива начинают открываться в про­цессе запуска двигателя, когда скорость вращения вала ВД достигнет величины 2600 мин^-1. Их плавное открытие после снятия напряжения с ЭМОТ производит переключатель режимов, срабатывающий за счет увеличения давления в сильфонной полости автомата запуска, кото­рое подводится к переключателю. По мере роста этого давления переключатель закрывает слив из сильфонных полостей клапанов основного топлива, вследствие чего эти клапаны открываются.

Управление элементами механизации компрессора

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 регулятора оборотов (РО).

Изменение положения РНА осуществляется агрегатом управления АУ (рис. 18), 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 рычажно-шатунный механизм и рессору передается на механизм перестановки РНА. Настройка срабатывания командной части зависит от усилия пружин, удерживающих распределительный золотник на нижнем упоре. При этом через каналы золотника открыта подача масла из магистрали рабочего давления к поршню сервомотора, что обеспечивает нахождение РНА в пусковом положении (закрыт). Изменение натяжения внутренней пружины осуществляется регулировочным винтом.

Работа агрегатов управления КПВ аналогична принципу действия агрегатов управления РНА. Конструктивно командная часть АК и исполнительная часть АУП (рис. 19) выполнены раздельно.

Агрегат командный (АК) управляет агрегатом АУП, который является исполнительным механизмом КПВ. Он состоит из распределительного золотника, который в зависимости от давления масла в командной магистрали открывает подачу масла из магистрали рабочего давления к исполнительной части. Агрегат управления (АУП) представляет собой гидравлический сервомотор, перемещение которого через рычажно-шатунный механизм передается на механизм перестановки КПВ.

Настройка срабатывания АК зависит от усилия пружин, удерживающих распределительный золотник на нижнем упоре. При этом через каналы золотника открыта подача масла из магистрали рабочего давления к поршню сервомотора, что обеспечивает нахождение КПВ в пусковом положении (открыт). Изменение натяжения внутренней пружины осуществляется регулировочным винтом.

При срабатывании АК гидравлический импульс поступает также к дренажному клапану (ДК). Клапан закрывается, и с этого момента циркуляция масла по системе регулирования осуществляется по замкнутому контуру.

Масляная система системы автоматического регулирования (Система маслоснабжения регулирования) предназначена:

• для обеспечения агрегатов системы регулирования маслом с рабочим давлением 3,5 МПа;

• для поддержания сливного давления масла в системе регулирования 0.05 - 0,12 МПа;

• для фильтрации и охлаждения масла, циркулирующего в систем регулирования;

• для автоматического заполнения системы регулирования маслом и дренажа воздухом.

Система подачи масла включает в себя:

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

- теплообменник (ТО) предназначен для съема тепла, выделяемого в маслоконтуре системы регулирования. Хладагентом в теплообменнике является масло, поступающее на смазку свободной турбины;

- 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 (рабочего давления) от нагнетающего насоса (НН), пройдя через теплообменник (ТО), в котором оно охлаждается маслом, циркулирующим в системе смазки, подается к агрегатам управления РНА и КПВ. Слив масла из агрегатов управления производится непосредственно на всас нагнетающего насоса. Через фильтр (ФМ) и клапан постоянного давления (КПД) масло (постоянного давления) подается к дозатору газа. Клапан постоянного давления поддерживает в системе давление 3,5 МПа, перепуская избыток масла на всас насоса НН. При снижении давления масла на входе в дозатор газа до 1,8 МПа срабатывает аварийная сигнализация и двигатель останавливается.

Слив масла из дозатора газа (ДГ), ограничителя оборотов вала СТ (ОГСТ), регулятора оборотов вала НД (РО) и ограничителя оборотов вала ВД (ОГВД) осуществляется в сборник сливов (СС) и дренажный клапан (ДК). Перед регулятором оборотов (РО) имеется отбор давления масла (командного давления) для управления агрегатами механизации компрессора.

Для функционирования гидромеханической защиты вала СТ имеется отбор масла из магистрали рабочего давления от клапана постоянного давления (КПД). По этой линии масло постоянно циркулирует через рабочую полость распределительного клапана (РПК) и открытый сливной клапан ограничителя оборотов силовой турбины (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 пузырьки воздуха. Закрывается ДК при срабатывании агрегатов управления для закрытия клапана перепуска воздуха (КПВ).