6.8. Запуск гтд на земле

Запуск ГТД на земле требует первоначальной раскрутки одного из его роторов от постороннего источника мощности (стартера), так как самостоятельная работа двигателя возможна только при достаточно большой частоте вращения роторов. Эта особенность ГТД объясняется характером протекания крутящих моментов (развиваемого турбиной и требуемого для раскрутки компрессора) от частоты вращения ротора (роторов) двигателя.

При запуске авиационных ГТД, имеющих несколько валов, обычно с помощью стартера производится раскрутка ротора газогенератора (газогенератора высокого давления, если газогенератор двухвальный), так как он имеет наименьший момент инерции и именно в газогенераторе расположена основная камера сгорания, которая после воспламенения в ней топлива обеспечивает энергией весь рабочий процесс двигателя.

Рис. 6.13. Изменение момента

сопротивления компрессора М_с и

крутящего момента турбины М_т

в процессе запуска

Рассмотрим баланс крутящих моментов одновальногогазогенератора или газогенератора высокого давления. На рис. 6.13 показано изменение по частоте вращения ротора ГГ момента сопротивления вращению компрессораи крутящего момента турбины. Изменение момента дано при максимальном значении температуры газа перед турбиной. Момент сопротивления компрессора изменяется примерно пропорционально квадрату частоты вращения, а величина имеет приблизительно линейный характер протекания по частоте вращения ротора, причем в области турбина крутящего момента вообще не развивает из-за низких значений степени понижения давления в ней.

Как видно, момент становится больше моменталишь при значениях частоты вращенияn, превышающих так называемую равновесную частоту вращения . После этого уже возможна самостоятельная раскрутка ротора ГГ от турбины. Раскрутка же ротора ГГ при возможна только с помощью стартера.

Таким образом, первоначальная раскрутка ротора газогенератора ГТД при его запуске на земле возможна только от внешнего источника мощности (стартера), и только после достижения с его помощью частоты вращения, превышающей равновесную, возможна дальнейшая раскрутка ротора до за счет избыточной мощности турбины. Включение подачи топлива в камеру сгорания двигателя и его воспламенение прине имеют смысла.

На большинстве современных мощных ГТД для запуска используются турбостартеры. Характерной их особенностью является линейное протекание крутящего момента стартера Мст по частоте вращения ротора со снижением величины М_ст с ростом частоты вращения.

Рис.6.14. Этапы запуска в стартовых

условиях

На рис. 6.14 показан характер изменения по частоте вращения ротора ГГ крутящих моментов турбины, стартера и момента сопротивления компрессора ГГ. Как видно из этого рисунка, процесс запуска двигателя на земле можно рассматривать состоящим из трех этапов: I – раскрутка ротора только стартером до частоты вращения n₁; II – совместная работа стартера и турбины от частоты вращения n₁ до частоты вращения n₂; III – отключение стартера и самостоятельная раскрутка ротора за счет турбины от частоты вращения n₂ до частоты вращения малого газа n_мг. При n = n_г за счет снижения до ее значения на режиме малого газа уста­навливается равновесный режимМ_т = М_с.

Для уменьшения времени запуска стартер отключается при такой частоте вращения n₂ > n_р, когда избыточная мощность турбины уже достигает значительной величины. Заштрихованная на графике область, определяемая сложением моментов М_т + М_ст – М_с, соответствует моментам, идущим на раскрутку ротора двигателя при запуске для каждого значения частоты вращения.

По данным статистики величина n₁ составляет (20…30)% от n_мг, а n₂ равна (70…80)% от n_мг.

Реализация рассмотренной программы запуска осуществляется автоматикой двигателя, обеспечивающей последовательный переход от одного этапа запуска к другому.

В процессе запуска ГТД меняются режимы работы каскадов компрессоров. При этом первостепенное значение имеет обеспечение устойчивой работы КВД. На рис. 6.15 показано протекание рабочей линии на характеристике КВД в процессе запуска. На I этапе, когда в камере сгорания горения еще нет и =, рабочая линия на характеристике КВД соответствует кривой0-1. При воспламенении топлива в начале II этапа запуска температура резко возрастает и рабочая точка к моменту достижения равновесной частоты вращениясмещается к границе устойчивой работы компрессора (кривая

1 - р). В дальнейшем на II и в начале III этапа температура поддерживается на максимально возможном уровне из условия устойчивой работы КВД (криваяр – 2). В конце III этапа температура снижается до ее значения на режиме малого газа (точкаМГ).

Рис. 6.15. Режимы работы

компрессора в процессе запуска

Как видно, главным фактором, ограничивающим количество подаваемого топлива в камеру сгорания при запуске, является не жаропрочность турбины, а запас устойчивости КВД. При чрезмерно высоких забросах температуры может возникнуть срыв потока в КВД, приводящий к так называемому «горячему зависанию», когда, несмотря на рост, частота вращения перестает увеличиваться. При недостаточной подаче топлива в камеру сгорания из-за малого значенияМ_т разгон двигателя в процессе запуска становится вялым и может наступить «холодное зависание», т. е. прекращение раскрутки РВД. Все это требует точной дозировки подачи топлива на режимах запуска.