Глава 11 - Пусковые устройства

Отработанные газы выбрасываются в атмосферу через выхлопной патрубок. При достижении ротором турбокомпрессора частоты вращения, при которой его турбина начинает развивать мощность, достаточную для вращения компрессора, электростартер отключается, и турбокомпрессор самостоятельно выходит на номинальный режим. Для этого подача топлива в камеру сгорания увеличивается пропорционально росту давления воздуха за компрессором. Во время выхода турбокомпрессора на режим увеличивается и крутящий момент, развиваемый свободной турбиной. Когда он становится достаточным для страгивания через редуктор ротора запускаемого двигателя, начинается его раскрутка.

При достижении ротором двигателя заданной частоты вращения по сигналу САУ прекращается подача топлива в камеру сгорания и ТКС выклю- чается, его муфта свободного хода расцепляется. Если свободная турбина ТКС достигнет предельно допустимой частоты вращения из-за поломки в кинематической цепи передачи крутящего момента к двигателю или из-за отказа в САУ двигателя, дат- чик центробежного выключателя перемещает шток, который через рычаг и толкатель нажимает кнопку микровыключателя. Микровыключатель выдает сигнал на выключение ТКС. Более подробно работа систем ТКС-48 приведена ниже.

11.4.5 - Особенности систем ТКС

Поскольку ТКС представляет собой малоразмерные ГТД, для обеспечения их работы требуются системы:

-пусковая и зажигания;

-топливопитания и регулирования;

-смазки.

Эти системы аналогичны системам полноразмерных ГТД, но большинство из них имеют зна- чительно упрощенные схемы.

В качестве пусковой системы ТКС, как правило, применяется электрическая система постоянного тока с номинальным напряжением 27 В. Располагаемая мощность электростартера зависит от выходной мощности ТКС и обычно не превышает 3 КВт.

Для запуска ТКС чаще всего используются электростартеры прямого действия, которые представляет собой электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения закрытого типа. Вал электростартера соединяется с ротором турбостартера через муфту свободного хода. Обычно в состав таких электростартеров входит центробежный выключатель для автоматического отключения

электрического питания с целью исключения их раскрутки до частоты вращения выше предельно допустимой. Система питания электростартера двухпроводная от бортовой аккумуляторной батареи или от аэродромных источников питания. Электростартер обеспечивает проведение запуска, ложного запуска или холодной прокрутки ТКС. Длительность включения обычно не превышает 10…15 секунд.

Для розжига камеры сгорания ТКС применяются автономные низковольтные системы зажигания с агрегатом зажигания и полупроводниковыми свечами. Свечи зажигания устанавливаются непосредственно в камере сгорания в районе фронтового устройства.

Вместо непосредственного розжига используются также блоки факельного зажигания (воспламенители) для получения пускового факела. Воспламенитель включает в себя свечу и пусковую форсунку, питание которой осуществляется от отдельного источника давления, либо от топливного насоса ТКС с краном, который включается на время, необходимое для розжига камеры сгорания.

Системы зажигания ТКС аналогичны системам зажигания полноразмерных двигателей.

На сверхзвуковых самолетах, когда для основных двигателей применяется тяжелое высококипящее топливо, используемое также для работы ТКС, иногда для надежного розжига при низкой температуре окружающего воздуха в камеру сгорания подается кислород. Для этого на ТКС применяются двухконтурные топливокислородные форсунки. Из имеющегося на борту самолета баллона кислород через включающийся на время розжига кислородный электропневмоклапан и обратный клапан поступает во второй контур форсунок и смешивается с топливом, которое распыляется первым контуром. Обратный клапан исключает заполнение кислородной системы топливом из первого контура форсунок после отключения подачи кислорода.

Во время запуска необходимая последовательность и продолжительность работы агрегатов различных систем ТКС и их электрических элементов, а также ограничение продолжительности работы самого ТКС осуществляется программным механизмом и комплектом электромагнитных реле, которые входят в состав автомата пуска двигателя (пусковой панели), также применяемого для запуска основного двигателя.

В последнее время для обеспечения необходимой циклограммы работы ТКС используются электронные регуляторы двигателей.

Система топливопитания и регулирования предназначена для подачи топлива в ТКС в коли-

683

Глава 11 - Пусковые устройства

честве, необходимом для каждого момента времени работы, и обеспечивает:

-запуск;

-поддержание необходимого режима работы;

-возможность полного прекращения подачи топлива при отключении ТКС.

У ТКСЭ система топливопитания и регулирования обеспечивает также поддержание постоянной частоты вращения выходного вала в режиме энергоузла.

Система топливопитания и регулирования ТКС состоит из насоса для создания необходимого давления топлива, регулятора и форсунок. Обычно насос и регулятор выполняются в виде объединенного агрегата – насоса-регулятора, приводимого от ротора ТКС через соответствующую зубчатую передачу. Такой агрегат имеет сходство

ñнасосом-регулятором полноразмерного двигателя с гидромеханической системой топливопитания и регулирования, но в значительно упрощенном виде. В связи с низким потребным давлением топлива в насосах-регуляторах ТКС применяются шестеренные насосы вместо плунжерных. Ранее на ТКС в качестве рабочего топлива для облегчения розжига иногда использовался бензин. Для этого на ЛА размещался бак с пусковым топливом.

В некоторых случаях топливный насос и масляный насос выполняются с приводом от одного электродвигателя и образуют топливомасляный агрегат, в который встраиваются и элементы регулирования.

Обычно количество топлива, подаваемого в камеру сгорания ТКС, является функцией частоты вращения ротора турбокомпрессора или ча- стоты вращения свободной турбины при работе в режиме энергоузла у ТКСЭ. Для этого применяются центробежные регуляторы с необходимыми корректировками.

Система топливорегулирования ТКС-48 имеет другую схему. Регулирование подачи топлива на установившемся режиме у этого турбостартера

осуществляется по параметру pÊ (степень повышения давления воздуха в компрессоре). Описание такой системы приведено далее.

Для регулирования подачи топлива в ТКС могут также применяться электронно-гидравличес- кие системы.

ТКС обычно работает на том же масле, что и основной двигатель, поэтому масло для его смазки забирается из маслобака двигателя. Шестеренный маслонасос, приводимый через зубчатую передачу от ротора ТКС или от электродвигателя, под давлением подводит масло для смазки подшипников, зубчатых колес привода агрегатов и редукто-

ра. У ТКС с гидромуфтой масло от маслонасоса также подается на ее заполнение. В некоторых конструкциях ТКС масло используется для охлаждения контактных уплотнений турбины и компрессора. Для ограничения максимального давления масла в системе смазки маслонасос обычно имеет редукционный клапан, который при превышении давления в системе сливает часть масла с выхода на вход в насос.

11.4.5.1 - Системы турбокомпрессорного стартера ТКС-48, принцип

работы

Схема систем (кроме системы зажигания), обеспечивающих работу ТКС-48 (далее - турбостартера), приведена на Рис. 11.4.5.1_1.

При нажатии на кнопку «Запуск» начинает работу программный механизм автомата пуска двигателя (АПД-58А) 1, который по заданной циклограмме обеспечивает включение и выключение агрегатов турбостартера 2 и двигателя в период запуска.

С 0-ой секунды АПД-58А включает агрегат зажигания турбостартера, обеспечивающий работу свечей зажигания. Одновременно через последовательно подключенный дополнительный резистор включается электростартер (СТ-115) 3. Установленная на стартере ведущая часть муфты свободного хода зацепляется с храповиком, установленным в крыльчатке, после чего начинается раскрутка ротора турбокомпрессора ТКС-48. Вклю- чение электростартера через дополнительный резистор и наличие в муфте свободного хода фрикционной муфты снижают величину ударного момента, возникающего при сцеплении муфты свободного хода.

На 1-ой секунде включается электродвигатель 4 топливомасляного агрегата (агрегат 4105) 5, который начинает раскручивать шестеренные насосы, создающие давление топлива (насос 6) и масла (насос 8) перед топливомасляным электромагнитным клапаном 10. Топливо поступает из топливной системы двигателя через фильтр 7. Масло поступает из маслобака двигателя 9.

На 2-ой секунде включается кислородный электропневмоклапан 11 - открывает подачу кислорода из баллона 12 через редуктор 13, понижающий давление до необходимого уровня, а также через обратный клапан 14 во второй контур форсунок турбостартера. На 2-ой секунде также вклю- чается топливомасляный электромагнитный клапан 10. При этом топливо с выхода агрегата 4105 через полностью открытое топливным дозирующим зо-

684

Глава 11 - Пусковые устройства

лотником 15 проходное сечение ограничителя πÊ	время работа турбостартера из-за повышенного
(агрегат 4081) 16 и масло с выхода агрегата 4105	давления топлива сопровождается повышенной
начинают поступать в турбостартер. Топливо, по-	температурой газа на выходе из камеры сгорания.
ступающее в камеру сгорания через первый контур	При достижении ротором турбокомпрессора
форсунок, смешивается с кислородом, поступаю-	частоты вращения 18500…20500 об/мин электро-
щим через второй контур форсунок, и воспламе-	стартер СТ-115 отключается по сигналу встроен-
няется работающими свечами зажигания. Для улуч-	ного в него центробежного выключателя. Предус-
шения распыления топлива оно в это время	мотрено также отключение электростартера по
подается с повышенным давлением (с так называ-	времени через 10 секунд программным механиз-
емым давлением «броска»). Величина этого дав-	мом АПД-58А. Дальнейшая раскрутка ротора тур-
ления определяется количеством топлива, сливае-	бокомпрессора продолжается за счет избыточной
мого с выхода на вход топливного насоса агрегата	мощности его турбины.
4105 через клапан «броска», проходное сечение	В момент выключения электростартера вклю-
которого регулируется винтом 17, а также через	чается электромагнитный клапан 19 агрегата 4105,
проходное сечение клапана–регулятора 18. В это	открывающий дополнительный слив топлива с вы-

Рисунок 11.4.5.1_1 - Системы обеспечения работы ТКС-48 1 – автомат пуска двигателя АПД-58А: 2 – турбостартер; 3 – электростартер;

4 – электродвигатель; 5 – топливомасляный агрегат 4105; 6 – топливный насос; 7 – фильтр; 8 – масляный насос; 9 – маслобак; 10 – топлвомасляный электромагнит-

ный клапан; 11 – электропневмо-клапан; 12 – кислородный баллон; 13 – редуктор кислородный; 14 – обратный клапан; 15 – дозирующий золотник; 16 – ограничитель πÊ (агрегат 4081); 17 – винт регулировки давления «броска»; 18 – клапан - регулятор; 19 – электромагнитный клапан; 20 – винт регулировки «начального» давления; 21 – ре-

сивер; 22 – регулировочный винт; 23 – рычаг; 24 – мембрана; 25 – жиклер; 26 – винт регулировки πÊ; 27 – жиклер; 28 – игла термокорректора; 29 – выходной жиклер; 30 – эжектор; 31 – термопакет; 32 – рычаг; 33 – штуцер охлаждения; 34 – регулировоч-

ный винт; 35 – сливной обратный клапан; 36 – обратный клапан; 37 – отверстие слива масла: 38 – дренажный штуцер

685

Глава 11 - Пусковые устройства

хода насоса на его вход через клапан-регулятор 18,	πÊ не примет заданное значение. Редуцируемое дав-
у которого проходное сечение отрегулировано вин-	ление подводимого в полость «Б» от компрессора
том 20. При этом давление топлива на форсунках	воздуха определяется проходным сечением жикле-
уменьшается до величины так называемого «началь-	ра 25, которое может изменяться регулировочным
ного» давления. Температура газа на выходе из ка-	винтом 26 заданного значения πÊ , а также проход-
меры сгорания снижается до номинальной. По мере	ным сечением жиклера 27, изменяемым в процес-
раскрутки ротора турбокомпрессора растет давле-	се работы иглой 28 термокорректора. С целью обес-
ние за компрессором, которое подводится к силь-	печения точности работы агрегата 4081 за счет
фону клапана-регулятора 18 через ресивер 21.	получения сверхкритического перепада давления
Удлиняясь по мере увеличения давления воздуха,	на выходном жиклере 29 редуктора, за ним уста-
сильфон прикрывает клапан-регулятор, уменьшая	новлен создающий разрежение эжектор 30. Работа
количество топлива, сливаемого на вход в насос. Это	эжектора обеспечивается подводом к нему возду-
приводит к увеличению давления топлива, подава-	ха из-за компрессора турбостартера.
емого в форсунки, пропорционально увеличению	При изменении температуры воздуха на входе
избыточного давления воздуха за компрессором.	в турбостартер агрегат 4081 с помощью термокор-
Ресивер (бачок емкостью 500 см3) в магистрали	ректора обеспечивает коррекцию заданного значения
подвода воздуха к сильфону клапана-регулятора	πÊ . Для этого воздух из противопомпажной полости
обеспечивает динамическое запаздывание увели-	компрессора, температура которого близка к темпе-
чения расхода топлива на разгоне, благодаря чему	ратуре воздуха на входе, подводится к состоящему
исключается неустойчивая работа и срыв пламени.	из биметаллических пластин термопакету 30 и выб-
Максимальная величина давления топлива на вы-	расывается в атмосферу. Этим обеспечивается по-
ходе из агрегата 4105 ограничивается настройкой	стоянный теплообмен между пластинами и подво-
редукционного клапана при помощи винта 22.	димым воздухом. При изменении температуры
На 10-ой секунде АПД-58А отключает подачу	подводимого воздуха термопакет изменяет свои
кислорода и выключает агрегат зажигания. По мере	размеры и через рычаг 32 перемещает иглу 28, тем
раскрутки ротора турбокомпрессора вступает в ра-	самым также изменяя проходное сечение жикле-
боту свободная турбина турбокомпрессорного стар-	ра. Это приводит к изменению подводимого в по-
тера, которая через редуктор и муфту свободного	лость «Б» редуцируемого давления. Вследствие
хода храпового типа начинает раскручивать ротор	нарушения действующих на мембрану равновесия
запускаемого двигателя.	сил она устанавливается в новое равновесное по-
После достижения ротором турбокомпрессо-	ложение, что приводит к изменению заданной ве-
ра частоты вращения, при которой степень повы-	личины πÊ . Благодаря термокорректору мощность
шения давления в компрессоре πÊ станет равной	турбостартера сохраняется постоянной - равной
заданной, вступает в работу ограничитель πÊ (àã-	120 л.с. при температуре воздуха на входе выше
регат 4081) 16. Топливный дозирующий золотник	+15ÎС и пропорционально повышается до 150 л.с.
15 агрегата имеет возможность перемещаться ры-	при снижении температуры воздуха на входе от
чагом 23, связанным с мембраной 24, являющейся	+15ÎÑ äî –50ÎС. Этим обеспечивается надежный
чувствительным элементом, и занимающей равно-	запуск двигателя при низких температурах окру-
весное положение, зависящее от давлений воздуха	жающего воздуха.
в полостях «А» и «Б». Полость «А» непосредствен-	Для охлаждения агрегатов 4105 и 4081 в про-
но соединена с атмосферой, а в полость «Б» под-	цессе работы двигателя используется топливо, ко-
водится редуцированное давление воздуха, отби-	торое подводится к штуцеру 33, отбираемое после
раемого после компрессора турбостартера. При	подкачивающего насоса двигателя и сливаемое
изменении условий, определяющих πÊ компрессо-	после прокачки агрегатов на вход в топливную си-
ра, изменяется величина редуцируемого давления	стему двигателя.
в полости «Б». Вследствие этого равновесие при-	После открытия на 2-ой секунде топливомас-
ложенных к мембране сил нарушается, и мембра-	ляного электромагнитного клапана масло, подавае-
на начинает прогибаться. Величина и направление	мое от насоса агрегата 4105 на смазку турбостарте-
прогиба зависят от величины и характера измене-	ра, разделяется на выходе из тройника на два
íèÿ πÊ от заданного значения. Перемещение мемб-	раздельных канала, обеспечивающие смазку турбо-
раны через рычаг передается топливному дозиру-	компрессора и редуктора ТКС со свободной турби-
ющему золотнику, который изменяет подачу	ной. Максимальное давление масла ограничивает-
топлива в форсунки до тех пор, пока равновесие сил	ся редукционным клапаном, который регулируется
на мембране не восстановится, т.е. пока величина	винтом 34.

686