Глава 12 - Системы ГТД

12.2- Топливные системы ГТД

Âнастоящем разделе рассмотрены топливные системы авиацтонных ГТД и особенности топливных систем ГТУ промышленного применения.

12.2.1 - Топливные системы авиационных ГТД

Топливные системы авиационных ГТД рассмотрены на примерах современных ТРДД и ТРДДФ.

12.2.1.1 - Назначение топливной системы

Топливная система предназначена для:

-подачи топлива в КС и ФК;

-подачи топлива в гидроцилиндры управления механизацией двигателя и гидроцилиндры регулируемого сопла;

-подачи топлива на охлаждение масла в маслосистеме двигателя и электронных агрегатов (при необходимости);

-аварийного слива топлива.

12.2.1.2 - Состав топливной системы

Примеры состава агрегатов топливных систем современных ТРДД и ТРДДФ приведены на Рис. 12.1.1.1_1 и Рис. 12.1.1.1_2 соответственно.

Âсостав топливной системы ТРДД входят следующие агрегаты [12.2.4.1]:

- насос топливный; - насос для привода механизации; - фильтр топливный;

- дозатор основного топлива; - распределитель основного топлива;

- система охлаждения агрегатов топливом; - агрегаты (клапаны) перепуска топлива;

Âсостав топливной системы ТРДДФ дополнительно входят следующие агрегаты:

- насос форсажного топлива; - дозатор форсажного топлива;

- распределитель форсажного топлива; - насос привода регулируемого сопла; - запорный клапан.

Насос топливный

В топливных системах авиационных двигателей применяют шестеренный, плунжерный и центробежный насосы [12.2.4.2, 12.2.4.3]. Насосы приводятся или от коробки приводов, или автономным электродвигателем, или воздушной тур-

биной. Привод насоса от автономного электродвигателя позволяет изменять подаваемое количество топлива в зависимости от потребностей в данных условиях изменением частоты вращения ротора, что уменьшает потребляемую мощность, исключает перепуск «лишнего» топлива на вход, а, следовательно, его подогрев. В случае привода насоса электродвигателем возможно управление подачей топлива в КС непосредственно от регулятора, без применения специального дозатора. Для привода насоса от воздушной турбины воздух отбирается от компрессора. Величина отбираемого воздуха может изменяться для управления подачей топлива. Подвод воздуха может быть отключен, если по режиму не требуется топливо от этого насоса, (например, форсажный насос, который необходимо отключать на бесфорсажном режиме).

Интегральное исполнение насоса применяется для уменьшения массы двигателя. При этом опоры ротора насоса помещаются в коробку приводов.

Насос подкачивающий

Подкачивающий насос подает топливо под необходимым для устойчивой работы качающих узлов давлением на вход:

-насоса высокого давления (НР);

-форсажного насоса;

-насоса механизации компрессора;

-насоса привода регулируемого сопла.

Насос высокого давления

Насос высокого давления предназначен для подачи топлива в основную КС. Топливо высокого давления может также использоваться для привода механизации двигателя.

Насос для привода механизации, насос для привода регулируемого сопла

Для уменьшения влияния отборов топлива для привода механизации на расход топлива в КС может применяться специальный насос в системе привода механизации. Регулируемое сопло, как правило, имеет гидропривод, рабочим телом в котором является топливо или специальная гидрожидкость.

Для уменьшения массы, габаритов и обеспечения заданного быстродействия применяются насосы высокой производительности и высокого давления (достигает 200…250 МПа) (см. Рис. 12.2.1.2_1).

Для уменьшения массы системы топливопитания и количества трубопроводов бывает целесообразно подкачивающий насос, насос высокого давления и насос механизации двигателя объеди-

740

Глава 12 - Системы ГТД

нять в одном корпусе с одним приводом от коробки приводов.

Насос форсажного топлива

Насос форсажного топлива (см. Рис. 12.2.1.2_2) подает топливо в ФК при е¸ работе. Насос может использоваться для аварийного слива топлива из баков самолета. Он имеет высокую производительность и напорность.Привод насоса возможен от коробки приводов или отдельной воздушной турбины. Привод отдельной воздушной турбиной обеспечивает выключение насоса с остановкой ротора на бесфорсажных режимах во избежание перегрева топлива, остающегося в полости качающего узла.

Турбонасосный агрегат объединяет в одном корпусе качающий узел и приводящую его турбину.

Фильтр топливный

Фильтр топливный имеет фильтроэлемент (фильтроэлементы), обеспечивающий очистку топлива в пределах заданного срока, тонкость фильтрации абсолютная 16…25 мкм [12.2.4.4]. Как правило, фильтроэлементы не обеспечивают

Рисунок12.2.1.2_1 - Насос сопла

Рисунок 12.2.1.2_2 - Насос форсажный

необходимую фильтрацию в течение ресурса и подлежат проверке, промывке или замене при выполнении регламентных работ.

Фильтр топливный имеет клапан перепуска топлива мимо фильтроэлементов. Клапан перепуска предназначен для обеспечения топливопитания при засорении фильтроэлементов. Проверяется работа двигателя при работе на засоренном топливе до половины продолжительности полета. Для контроля засорения фильтроэлементов на корпус фильтра устанавливается сигнализатор перепада давления топлива на фильтроэлементах.

Сигнализаторы применяются электрические и механические. Сигнал с электрического сигнализатора выдается пилоту и информирует об открытии клапана перепуска топлива при чрезмерном засорении фильтроэлементов. Фильтроэлементы подлежат очистке на специальной установке или замене. Более подробно фильтр топливный рассмотрен в разделе 12.2.1.7.

Дозатор топлива

Дозаторы топлива предназначены для дозирования основного или форсажного топлива, поступающего от качающего узла в соответствии с заданными программами управления. Дозирующим топливо элементом может быть дозирующая игла (ДИ) или дозирующий (дроссельный) кран (ДК). Дозирующий элемент может приводиться шаговым двигателем, моментным мотором или гидромеханическим усилителем по сигналу от основного (или форсажного) регулятора. Дозатор топлива может быть объединен в одном корпусе с резервным гидромеханическим регулятором, блоком насосов и преобразователями исполнительной части электронного регулятора.

Распределитель основного топлива

Двух-, трехконтурные форсунки основной КС требуют распределения топлива по контурам форсу-

Рисунок 12.2.1.2_3 - Агрегат распределения топлива

741

Глава 12 - Системы ГТД

нок в зависимости, например, от давления топлива в одном из контуров форсунок или от его суммарного расхода. Кроме того, топливо может подаваться из одного коллектора по группам форсунок с учетом столба жидкости в коллекторах, что повышает равномерность температурного поля на выходе из КС. Для выполнения этих функций служит распределитель основного топлива (см. Рис. 12.2.1.2_3).

Включение подачи топлива в коллектора может выполняться по команде от основного регулятора. В этом случае агрегат имеет электрогидроклапан.

Распределитель основного топлива имеет в конструкции клапан останова, перекрывающий по команде пилота или основного регулятора подачу топлива в коллектора КС. Распределитель выполняет также функцию слива топлива из коллекторов в дренажную систему при останове двигателя. В системах с пусковыми воспламенителями в корпусе распределителя основного топлива может быть установлен электрогидроклапан подачи топлива в пусковые воспламенители.

Распределитель форсажного топлива

Распределитель форсажного топлива аналоги- чен по конструкции распределителю топлива в основную КС, однако, как правило, не имеет клапана дренажной системы.

Система охлаждения агрегатовтопливом

Электронные агрегаты работоспособны при температуре окружающей среды не более 80°С, поэтому для обеспечения их работоспособности в отдельных случаях возникает необходимость охлаждения их топливом. Топливо подается в каналы, выполненные в корпусе электронного агрегата, за счет перепада давлений на качающем узле одного из насосов топливной системы или специального насоса.

Топливо-масляный теплообменник

Топливо-масляный теплообменник (ТМТ) предназначен для охлаждения масла двигателя и подогрева топлива в топливной системе при отрицательных температурах. ТМТ является взаимодействующим с топливной системой устройством маслосистемы двигателя или маслосистемы приводных самолетных агрегатов.

Агрегаты (клапаны) перепуска топлива

Агрегаты (клапаны) перепуска предназначены для открытия перепуска топлива из топливной системы двигателя в топливную систему самолета.

Рисунок 12.2.1.2_4 - Клапан запорный топлива

Запорный клапан

Запорный клапан (см. Рис. 12.2.1.2_4) предназначен для предотвращения попадания топлива в форсунки основной КС на неработающем двигателе или ФК при выключенной подаче топлива. В процессе запуска двигателя под действием давления клапан открывает подвод топлива в коллектор КС. Запорный клапан может быть совмещен в одном корпусе с распределителем топлива.

12.2.1.3 - Основные характеристики топливной системы

К основным характеристикам топливной системы относятся:

-тип применяемого топлива;

-расход топлива в КС и ФК по режимам работы двигателя;

-расход и давление топлива на управление механизацией двигателя;

-расход и давление топлива, отбираемого на самолетные нужды;

-расход топлива суммарный через качающий

óçåë;

-расход и давление топлива на управление соплом;

-давление топлива за качающим узлом;

-потери давления топлива в элементах топливной системы;

-напорные характеристики качающих узлов топливной системы;

-подогрев топлива в элементах топливной системы;

-температура топлива в топливной системе;

-класс чистоты топлива на входе в топливную систему;

-класс чистоты внутренних полостей агрегатов;

-тонкость фильтрации топлива фильтрами

742

Глава 12 - Системы ГТД

топливной системы;

-минимальное допустимое давление топлива перед качающим узлом;

-максимальное допустимое давление топлива в топливной системе в полостях высокого и низкого давления;

-температура топлива на входе в топливную систему.

Применяемое топливо

Для самолетов дозвуковой авиации реактивное топливо производят по ГОСТ10227-86, для самолетов сверхзвуковой авиации - по ГОСТ1230889. ГОСТ10227-86 предусматривает производство пяти марок топлива: ТС-1, Т-1, Т-1С, Т-2 и РТ.

Âсверхзвуковой авиации, где может быть значительный нагрев топлива в баках самолета

èувеличенная теплоотдача в масло двигателя применяется топливо отличающееся большей термостабильностью. По ГОСТ12308-89 производят две марки топлива: Т-6 и Т-8В.

Âнастоящее время практически массовыми топливами являются топлива двух марок - ТС-1 (высшего и первого сортов) и РТ (высшей категории качества).

Для эксплуатации авиационных двигателей в особых случаях допускается кратковременное применение смеси авиационных керосинов, а также применение дизельного топлива отдельно и в смеси с авиационным керосином и авиационным или автомобильным бензином. Во всех случаях работа двигателя и агрегатов его топливной системы на этих топливах и их смесях должна быть проверена специальными стендовыми испытаниями.

Уменьшение запасов нефти, повышение затрат на добычу и производство жидких углеводородных топлив требует разработки двигателей, работающих на газовом топливе. Запасы газового топлива значительно больше, чем нефтяного. Ведутся работы по применению в авиации в качестве топлива сжиженного водорода, сжиженного природного газа (СПГ) и авиационного газового сконденсированного топлива (АСКТ).

Применение сжиженного водорода весьма перспективно в силу неограниченности его ресурсов. Однако, имеющий более высокую температуру кипения (около минус 160°С) СПГ удобнее в эксплуатации и хранении. АСКТ (ТУ 39-1547-91) представляет собой смесь углеводородных газов, среди которых преобладает бутан. АСКТ можно получать из широкой фракции легких углеводородов как на газоперерабатывающих заводах, так и вырабатывать непосредственно на нефтяных и газовых промыслах.

Расход топлива в КС и ФК по режимам работы двигателя

Определяется дроссельной и высотно-скоро- стной характеристиками двигателя с учетом обеспечения переходных режимов, в т.ч. запуска.

Расход и давление топлива на управление механизацией двигателя

Определяется требуемыми быстродействием и усилием для перекладки регулируемых органов, а так же количеством регулируемых органов.

Расход и давление топлива, отбираемого на самолетные нужды

Определяется конструктивными особенностями систем самолета и согласованным техническим заданием на двигатель.

Суммарный расход топлива через качающий узел

Определяется схемой топливной системы двигателя. Расчет суммарного расхода топлива через качающий узел приведен в разделе 12.2.1.5.

Расход и давление топлива на управление соплом

Определяется требуемым быстродействием и усилием для перекладки управляемых элементов сопла.

Давление топлива за качающим узлом

Определяется потребным давлением и расходом топлива для исполнительного механизма, КС с учетом потерь давления топлива по тракту топливной системы от качающего узла до исполнительного механизма, КС. Расчет давления топлива за качающим узлом приведен в разделе 12.2.1.5

Потери давления топлива в элементах топливной системы

Зависят от геометрии проходных сечений магистралей и агрегатов и расхода через них.

Напорные характеристики качающих узлов топливной системы

Определяются типом качающих узлов и потребным давлением топлива за качающим узлом на различных режимах работы двигателя.

Подогрев топлива в элементах топливной системы

Расчет подогрева топлива в элементах топливной системы приведен в разделе 12.2.1.5.

743