книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 3 Зубчатые передачи и муфты. Пусковые устройства. Трубопроводные и электрические коммуникации. Уплотне

Глава 11. Пусковые устройства

перемещается до упора, полностью закрывая заслонку.

При возникновении в системе какой-либо не­ исправности заслонку можно открыть вручную специальным ключом, который устанавливается в гнездо наконечника 22 на оси 23 заслонки.

На рис. 11.10 приведен разрез регулирующей заслонки ВТС СтВ-5. В отличие от предыдущей конструкции она является принадлежностью стартера.

Регулирующая заслонка включает в себя кор­ пус 7, плунжер 2 со штоком 5, командный узел и пневморегулятор. Данная регулирующая зас­ лонка входит в состав стартера, поэтому имеет с одной стороны фланец для крепления трубо­ провода подвода воздуха, а с другой - фланец для крепления к переднему корпусу редуктора. На корпусе заслонки имеется прилив, в который ввернут штуцер 4, служащий для измерения давления воздуха перед турбиной и по которому выполняется настройка регулирующей заслонки при испытаниях. К корпусу заслонки крепится сопловой аппарат 5 первой ступени турбины и опора плунжера 6. В опоре плунжера переме­ щается шток с плунжером. Кроме того, в кор­ пус заслонки запрессовано седло 7, к которому под действием двух пружин 8 прижимается плунжер. На плунжере имеется уплотнение, со­ стоящее из фторопластовых манжет, лепестко­ вых пружин и промежуточных колец, затянутых гайкой 9. Командный узел состоит из электро­ магнита 10 и подпружиненных клапана 11 и што­ ка 12. Пневморегулятор состоит из корпуса 13, плунжера 14, клапана 15, регулировочного винта 16 и пружины 77.

Внутри корпуса заслонки на штоке плунжера установлены дублирующая заслонка 18 и ее пружина 19. Дублирующая заслонка представ­ ляет собой тонкостенный цилиндр, соединенный тремя ребрами с центральной втулкой. Для фик­ сации дублирующей заслонки за имеющееся на ее втулке отверстие снаружи корпуса заслон­ ки закреплен переходник 20 с пружиной 27 и ш- током 22, который может перемещаться в нап­ равляющих втулках стойки 23. На переходнике закреплен электромагнит 24 дублирующей зас­

На рис. 11.11 приведена принципиальная схе­ ма регулирующей заслонки стартера СтВ-5.

При отсутствии давления воздуха плунжер 7

вешивается давлением воздуха в подплунжер­ ной полости А, которая соединена с входом в заслонку через канал Б, открытый клапан 3 командного узла и канал В. Дублирующая за­ слонка 4 прижата к конусу плунжера своей пружиной 5.

При подаче питания электромагнит команд­ ного узла 6 перемещает влево шток 7 и клапан командного узла, сжимая пружину 8 клапана 3. Одновременно включается электромагнит дуб­ лирующей заслонки 9, который, сжимая пружи­ ну 10, перемещает шток 77, фиксирующий ее за отверстие 72 в исходном положении. Клапан командного узла 3 закрывает доступ воздуха с входа заслонки через канал в подплунжерную полость А, а шток командного узла 7 открывает доступ воздуха из подплунжерной полости в ка­ нал Г, который соединен с атмосферой через жиклер 13. В результате сообщения подплунжер­ ной полости с атмосферой появляется перепад давления на плунжере заслонки, под действием которого плунжер медленно перемещается впра­ во, смещаясь от седла 14 и открывая подачу сжатого воздуха на турбину.

Турбина плавно вступает в работу за счет дозированной подачи воздуха, определяемой в начальный период открытия плунжера кольце­ вым зазором между седлом и цилиндрической частью плунжера. Давление воздуха перед со­ пловым аппаратом 15 через канал Д подается к плунжеру 16. При превышении давления воз­ духа перед турбиной давления настройки пнев­ морегулятора плунжер 16 под действием дав­ ления воздуха, поступающего по каналу Д, преодолевает усилие пружины 77 и открывает клапан 18. При этом воздух с входа в заслонку по каналу Е поступает в полость Ж, далее через открытый клапан 18 воздух попадает в полость И, канал Г, соединенный переместившимся влево штоком 7 с полостью К командного узла, и да­ лее по каналу В в подплунжерную полость А. Давление в подплунжерной полости повышает­ ся, и плунжер заслонки 7 начинает перемещать­ ся влево до тех пор, пока давление перед турбиной не уменьшится до давления настройки пневморегулятора, равного 2,9...3,2 кгс/см2 (из­ быточное).

При давлении воздуха перед турбиной ниже величины, ограничиваемой пневморегулятором, плунжер заслонки перемещается вправо до упо­ ра, т.е. заслонка открывается полностью.

По истечении времени цикла раскрутки ГТД электромагнит командного узла 6 отключается. Клапан 3 и шток 7 командного узла под дей-

11.4.1. Классификация ТКС ГТД

По схеме турбокомпрессора ТКС классифици­ руются на одновальные и со свободной турбиной.

Преимуществом одновальной схемы являет­ ся относительно малое количество элементов горячей части (одна ступень турбины). Мощ­ ность на раскрутку ротора ГТД при запуске от­ бирается от вала турбокомпрессора через ре­ дуктор. Однако при этом необходимо специ­ альное устройство для плавного соединения стар­ тера с ротором ГТД, например на ТРД АМ-ЗМ для этого используется гидромуфта.

ТКС со свободной турбиной не требуют спе­ циального устройства для плавного соединения стартера с ротором ГТД. Роль силового элемен­ та, раскручивающего ротор ГТД, выполняет свободная турбина, имеющая с турбокомпрес­ сором стартера только газодинамическую связь. Поэтому для сцепления с ГТД здесь применя­ ются те же элементы конструкции, что и на ВТС (редуктор и муфта свободного хода).

На современных ЛА военного назначения все чаще применяют ТКСЭ, которые кроме вы­ полнения функции пускового устройства служат бортовым источником энергии для привода аг­ регатов самолетных энергосистем при наземной проверке и подготовке ЛА. При выходе из строя основных систем ЛА или двигателя ТКСЭ служат также в качестве аварийного привода коробки приводов с агрегатами в условиях полета для обеспечения работы аварийных энергосистем.

11.4.2. Принцип действия ТКС

Основными элементами ТКС являются газо­ генератор, силовая турбина и редуктор. В ряде конструкций ТКС для привода газогенератора и запуска основного ГТД используется одна и та же турбина (одновальный ТКС).

Запуск ТКС выполняется электростартером. Обычно ротор электростартера с ротором тур­ бокомпрессора ТКС соединяется через муфту свободного хода или через редуктор с неболь­ шим передаточным отношением и муфту сво­ бодного хода. Отключается электростартер либо по времени, либо по сигналу центробежного выключателя, встроенного в электростартер или приводимого от ротора турбокомпрессора ТКС.

В большинстве конструкций ТКС использу­ ется одноступенчатый центробежный компрес­ сор. Колесо компрессора устанавливается на од­ ном валу с одноступенчатой осевой или центро­ стремительной турбиной. В выполненных конст­ рукциях иногда используются вращающиеся направляющие аппараты и, как правило, колесо

11.4. Турбокомпрессорные пусковые устройства ГТД

(крыльчатка) компрессора имеет односторонний вход. На выходе из колеса применяются безлопаточные и лопаточные диффузоры, в которых кинетическая энергия потока воздуха на выходе из колеса преобразуется в энергию давления.

После диффузора и поворота на 90° поток воздуха попадает в кольцевую прямоточную или противоточную камеру сгорания. Часть воздуха через щели стабилизатора попадает в первич­ ную зону горения. Другая часть через отверстия для подвода вторичного воздуха подмешива­ ется к газам, снижая их температуру до уровня, допускаемого условиями прочности сопловых и рабочих лопаток турбины. Смесь, состоящая из газа и вторичного воздуха, попадает на ло­ патки соплового аппарата, а затем на рабочие лопатки турбины.

В турбине турбокомпрессора одновального ТКС срабатывается давление, с которым газ подводится из камеры сгорания. Если ТКС вы­ полнен со свободной турбиной, то одна часть давления срабатывается в турбине турбокомп­ рессора, а другая часть - в силовой (свободной) турбине. Давление выходящих газов обычно близко к атмосферному.

После отключения электростартера ТКС вы­ ходит на режим раскрутки ротора запускаемого двигателя. Ротор ГТД с помощью ТКС раскру­ чивается до частоты вращения, при которой мощность турбины ГТД становится достаточ­ ной для самостоятельного выхода двигателя на режим «малого газа». После чего ТКС по сиг­ налу САУ ГТД отключается - прекращается подача топлива.

Механическое рассоединение выходного вала ТКС и ротора двигателя осуществляется авто­ матически с помощью муфты свободного хода.

11.4.3. Одновальный ТКС

На рис. 11.13 представлена конструкция од­ новального ТКС С300-75, имеющего мощность 90... 100 л.с. авиационного ТРД АМ-ЗМ самоле­ та Ту-104. Стартер расположен в коке входного устройства ГТД и крепится консольно к носку переднего корпуса компрессора и закрывается легкосъемным обтекателем. На выхлопном па­ трубке стартера устанавливается заслонка, ав­ томатически открываемая только во время за­ пуска. Во время работы двигателя она закрыва­ ется для исключения авторотации ротора ТКС от набегающего потока воздуха.

Стартер состоит из турбокомпрессора и ре­ дуктора с гидромуфтой и муфтой свободного хода. Турбокомпрессор в свою очередь состоит из следующих основных узлов: крыльчатки

Глава 11. Пусковые устройства

хода шлицами соединен с валиком привода 16, который передает крутящий момент на коробку приводов двигателя.

Принцип работы ТКС СЗ00-75 следующий. Для запуска двигателя на самолете включается главный переключатель. При этом открывается заслонка выхлопного патрубка стартера. После нажатия кнопки «Запуск» включается электро­ стартер, агрегат зажигания и электромагнитный топливный кран ТКС. Электростартер раскру­ чивает ротор стартера через два конических зубчатых колеса и муфту свободного хода роликового типа. При достижении необходимого начального давления топлива насос-регулятор подает его в пусковые форсунки воспламените­ лей и в основные форсунки стартера. Свечи за­ жигания, установленные в воспламенителях, под­ жигают пусковое топливо, образовавшийся фа­ кел пламени поджигает топливо, распыляемое основными форсунками. Далее дозирование топлива насосом-регулятором производится в за­ висимости от давления воздуха за компрессо­ ром и от частоты вращения ротора ТКС. После раскрутки ротора до 4500...5000 об/мин вступа­ ет в работу его турбина, мощность которой уве­ личивается с ростом частоты вращения. При до­ стижении ротором стартера частоты вращения 8000... 12500 об/мин электростартер отключает­ ся, роликовая муфта свободного хода расцепля­ ет его с ротором, далее стартер самостоятель­ но выходит на номинальный режим.

При частоте вращения ротора ТКС 29 000 об/мин начинается постепенное заполнение гидромуф­ ты маслом. Лопатки ведущего (насосного) коле­ са гидромуфты создают циркулирующий вра­ щающийся поток масла, который передает энер­ гию лопаткам ведомого (турбинного) колеса, плавно приводя его во вращение. Вращение от ведомого колеса гидромуфты передается ро­ тору двигателя через храповую муфту свобод­ ного хода и приводной валик. После запуска двигателя выключается электромагнитный топ­ ливный кран, который перекрывает подачу топ­ лива в камеру сгорания ТКС. Ротор стартера на­ чинает останавливаться, и храповая муфта сво­ бодного хода расцепляет стартер с ротором двигателя. Во время выбега ротора ТКС слива­ ется масло из гидромуфты. На этом цикл рабо­ ты стартера заканчивается.

11.4.4. ТКС со свободной турбиной

На рис. 11.15 представлена конструкция ТКС ТКС-48 со свободной турбиной. Стартер уста­ навливается на авиационный ТРДДФ Д-30Ф6 самолета МиГ-31.

Турбостартер ТКС-48 представляет собой малоразмерный ГТД со свободной турбиной и предназначен для раскрутки ротора КВД при холодной прокрутке, ложном запуске и запуске на земле. ТКС крепится на коробке приводов быстросъемным хомутом и двумя тягами под­ крепления, закрепленными на силовой оболочке ГТД. ТКС имеет масляную и топливную систе­ мы, системы запуска и зажигания, кислородную систему и термопару для замера температуры выхлопных газов.

Конструктивно ТКС состоит из турбокомп­ рессора и свободной турбины с редуктором.

В состав турбокомпрессора входят компрес­ сор, камера сгорания и турбина. Компрессор ТКС центробежного типа. Крыльчатка 1 комп­ рессора установлена на вал, который выполнен за одно целое с диском рабочего колеса 2 тур­ бины. Крыльчатка компрессора, вал и рабочее колесо турбины составляют ротор турбокомп­ рессора. Ротор вращается в шариковом 3 и ро­ ликовом 4 подшипниках. Смазка подшипников принудительная - масло под давлением подво­ дится через форсунки. Для исключения утечек масла в газовоздушный тракт со стороны комп­ рессора установлено контактное графитовое уп­ лотнение, а со стороны турбины имеется лаби­ ринтное уплотнение.

Диффузор 5 компрессора радиально-осевой с двумя рядами спрямляющих лопаток. На внут­ реннем торце корпуса диффузора выполнены че­ тыре узла крепления топливокислородного кол­ лектора 6 с форсунками. На наружной поверх­ ности корпуса диффузора выполнены узлы креп­ ления штуцеров подвода топлива и кислорода к форсункам. К диффузору большим фланцем крепится корпус воздуховода 7. На малом флан­ це корпуса воздуховода закреплена ферма воз­ духовода 8, входная часть которой закрыта сеткой 9. Ферма воздуховода и корпус воздухо­ вода образуют противопомпажную полость 10. На малый фланец фермы воздуховода установ­ лен электростартер 11 с ведущей частью муфты свободного хода 12 храпового типа с торцовы­

храповой муфты имеется фрикционная муфта, которая, проскальзывая, предохраняет элемен­ ты конструкции от поломки при ударе, возника­ ющем в момент зацепления храповой муфты при включении электростартера.

Камера сгорания ТКС кольцевого типа. Она состоит из корпуса 13, жаровой трубы 14 с че­ тырьмя головками и топливно-кислородного кол­ лектора с четырьмя форсунками. Внутри корпуса 13 на стойках приварена силовая труба, в кото-

Глава 11. Пусковые устройства

рой установлены подшипники ротора турбоком­ прессора и форсунки для их смазки. На обечай­ ке корпуса приварены фланцы для установки двух свечей зажигания 15, штуцер дренажа топ­ лива 16, штуцер слива масла 17, штуцер подво­ да масла 18 к подшипникам ротора турбокомп­ рессора.

Турбина турбокомпрессора одноступенчатая и состоит из соплового аппарата 19 и рабочего колеса с лопатками. Лопатки закреплены в дис­ ке при помощи замков «елочного» типа.

Свободная турбина представляет собой ро­ тор 20, который включает в себя рабочее коле­ со, состоящее из диска и лопаток, соединенных с диском при помощи замков «елочного» типа. Диск турбины выполнен за одно целое с валом. Ротор свободной турбины вращается в ролико­ вом 21 и шариковом 22 подшипниках, установ­ ленных в корпусе свободной турбины 23. Смазка подшипников принудительная, производится под­ водом масла через форсунки под давлением. Для исключения утечек масла со стороны роли­ кового подшипника имеется контактное графи­ товое уплотнение. Для улучшения герметич­ ности и охлаждения уплотнение наддувается сжатым воздухом, отбираемым из наружного контура ГТД. Полость наддува образована с од­ ной стороны лабиринтным уплотнением, а с дру­ гой - графитовым уплотнением.

Над рабочими колесами турбины турбокомп­ рессора и свободной турбины установлен явля­ ющийся корпусом обод 24 с легко истираемыми вставками, которые позволяют обеспечивать минимальные радиальные зазоры между рабо­ чими лопатками и корпусом с целью повышения КПД.

Свободная турбина не имеет соплового аппа­ рата, поэтому ее ротор вращается против на­ правления вращения ротора турбокомпрессора. Исключение соплового аппарата позволило со­ кратить массу и осевой габарит ТКС. Учиты­ вая, что при запуске двигателя свободная тур­ бина не имеет стационарного режима, а только раскручивается от неподвижного состояния до максимальной частоты вращения при посто­ янном режиме работы турбокомпрессора, то оп­ тимальный угол входа газа на рабочие лопатки свободной турбины обеспечивается только на одной определенной частоте ее вращения, как и при наличии соплового аппарата. Поэтому общие потери КПД турбостартера из-за отсут­ ствия соплового аппарата свободной турбины практически отсутствуют.

После свободной турбины отработанные газы

для крепления самолетного выхлопного патруб­ ка, двухсторонняя улитка 27, штуцер для уста­ новки термопары, которая является датчиком температуры выхлопных газов, а также штуцер дренажа утечек из топливно-масляного агрегата.

Редуктор предназначен для понижения час­ тоты вращения от свободной турбины к муфте сцепления с ГТД, а также для привода центро­ бежного выключателя. Редуктор двухступенча­ тый шестипоточный. Состоит из корпуса 28, ус­ тановленной на валу ротора свободной турбины ведущей шестерни 29, шести ведомых зуб­ чатых колес 30 первой ступени, соединенных

сшестью шестернями-валиками 31 (являются ведущими шестернями второй ступени), и ко­ локольного зубчатого колеса 32 с внутренними зубьями. Колокольное зубчатое колесо связано

смуфтой свободного хода 33.

Муфта свободного хода храпового типа с тор­ цовыми зубьями конструктивно входит в состав редуктора. Крутящий момент от муфты сво­ бодного хода к коробке приводов ГТД переда­ ется через шлицевой валик.

Подвод масла к редуктору и подшипникам свободной турбины выполнен от электроприводного топливомасляного агрегата. Смазка внутри редуктора - барботажная (разбрызгиванием масла вращающимися деталями). Масло из ре­ дуктора сливается в коробку приводов ГТД через окно с сетчатым фильтром в торце корпуса редуктора. На корпусе редуктора выполнены отверстия для слива и заливки масла в масля-

Рис. 11.16. Центробежный выключатель:

1 - зубчатое колесо; 2 - центробежный датчик; 3 -

шток; 4 - пружина; 5 - рычаг; 6 - толкатель; 7 - микровыключатель; 8 - манжета; 9 - корпус