3.2.3. Подсистема подачи топлива к двигателю и всу
Рассмотрим конструкцию и работу систем подачи топлива к двигателям современных самолетов.
Система подачи топлива в двигатели самолета Ил-76.
На самолете 4 двигателя, топливо в которые поступает от соответствующих четырех групп баков. В нормальных условиях эксплуатации каждый двигатель питается топливом из расходного отсека главного бака соответствующей двигателю группы баков. В расходном отсеке каждого бака установлены два подкачивающих насоса. Один из насосов (расположенный ближе к оси симметрии самолета) заключен в стакан, обеспечивающий подачу топлива к двигателю при отрицательных перегрузках. Второй насос заключен в экран, препятствующий отливу топлива от насоса при резком торможении самолета. При выходе из строя одного насоса подачи второй насос обеспечивает нормальную подачу топлива на питание двигателя. При выходе из строя обоих насосов, подача топлива к двигателю обеспечивается насосами перекачки через расходный отсек главного бака. В случае отказа насосов подачи и насосов перекачки (обесточена топливная система) подача топлива к двигателю на высотах полета до 8000 м осуществляется самотеком при нормальной работе системы дренажа, причем топливо в расходный бак поступает через систему обратных клапанов в стенках нервюр.
Принципиальная схема системы подачи топлива самолета Ил-76 приведена на рис.3.13.
Топливо к каждому двигателю поступает по отдельным трубопроводам, соединенным между собой системой кольцевания. Электрокраны кольцевания дают возможность осуществить питание двигателей топливом из любого сочетания групп баков. Для обеспечения работы ВСУ (ТА-6А) топливо подается топливным насосом (3) постоянного тока ЭЦН-14Б. Насос ЭЦН-14Б может быть использован также при запуске двигателей самолета от наземного источника постоянного тока.
В магистралях подачи топлива установлено восемь перекрывных топливных кранов: четыре перекрывных (пожарных) крана двигателей (4); три крана кольцевания (5) и один перекрывной кран (6) топливного насоса ВСУ постоянного тока. Перекрывной кран является краном двухстороннего действия. Вращение вала крана осуществляется электромеханизмом. Для улучшения условий эксплуатации на электромеханизмы кранов установлены защитные чехлы.
Управление насосами подачи и кранами осуществляется выключателями, установленными на панели центрального пульта летчиков. Насос ВСУ включается и выключается вручную выключателем на панели управления ВСУ.
Линия подачи топлива к двигателю 1 начинается в расходном отсеке главного бака первой группы – 1Г, где установлены два топливных центробежных электроприводных подкачивающих насоса ЭЦНГ-10с76. Патрубки, отводящие топливо от насосов, внутри расходного отсека объединяются в единый трубопровод с помощью тройника, во входных каналах которого установлены обратные клапаны. Они препятствуют перетеканию топлива в бак через неработающий насос при одном работающем насосе. Через имеющиеся в тарелках обратных клапанов отверстия диаметром 0,5 мм стравливается в бак избыточное давление, возникающее в результате термического расширения топлива в магистрали между пожарным краном и насосом ДЦН-44ПЗТ (установлен на двигателе) после закрытия пожарного крана. Давление топлива снижается до 3÷5 кгс/см2 через термоклапан в пожарном кране и отверстие в обратном клапане.
Магистральный трубопровод диаметром 50 мм проложен в верхней части баков. В баке 1Р за нервюрой 17 магистраль разветвляется тройником на две линии: одна идет к перекрывному (пожарному) топливному крану двигателя 1, другая - к крану кольцевания. Между тройником и магистральным трубопроводом подачи установлен обратный клапан, перекрывающий трубопровод подачи топлива из бака 1Г в случае питания двигателя 1 от магистрали кольцевания. Трубопровод, отводящий топливо от пожарного крана, заканчивается патрубком, который соединяет трубопровод с проходным фланцем, установленным на нижней поверхности бака 1Р. С внешней стороны крыла к проходному фланцу крепится патрубок, являющийся началом внебакового участка магистрали подачи топлива к двигателю. За этим патрубком в магистраль установлены патрубок с изгибом в металлический трубопровод. Соединение патрубков между собой и с трубопроводом осуществлено с помощью резиновых муфт (дюритов). Внебаковые дюритовые соединения закрыты кожухами с дренажными трубками, выведенными за боковую панель пилона.
После входа в гондолу двигателя магистраль продолжена гибким шлангом, второй конец которого соединен (через тройник со штуцером слива) с металлическим трубопроводом, расположенным непосредственно на двигателе (с его левой стороны).
Линия подачи топлива к двигателю 2 принципиально не отличается от магистрали двигателя 1, за исключением мест расположения отдельных агрегатов. Насосы подачи установлены в расходном отсеке бака 2Г. Топливный пожарный кран двигателя установлен на передней стенке лонжерона левой СЧК между нервюрами 9 и 10.
Линия подачи топлива к двигателю 4 аналогична магистрали подачи топлива к двигателю 1, а магистраль подачи топлива к двигателю 3 аналогична магистрали подачи топлива к двигателю 2. Линия кольцевания составляют три крана и соединительные трубопроводы. Краны кольцевания конструктивно выполнены аналогично пожарным кранам двигателей. Через кран кольцевания в баке 1Р могут быть соединены магистрали подачи топлива к двигателям 1 и 2. Через кран кольцевания в баке 4Р могут быть соединены магистрали подачи топлива к двигателям 3 и 4. Кран кольцевания, установленный в баке 2Р, соединяет магистрали подачи топлива к двигателям 2 и 3.
Насос постоянного тока ЭЦН-14Б, обеспечивающий подачу топлива к двигателю ВСУ, установлен внутри бака 2Г в специальном кожухе, который фланцем укреплен на нижней панели бака. В нижней части кожуха имеются окна для входа топлива, в верхней части – два резьбовых штуцера для присоединения трубопроводов отвода топлива к сигнализатору работы насоса и к перекрывному топливному крану. Перекрывной кран магистрали установлен на стенке переднего лонжерона левой СЧК между нервюрами 6 и 7. В трубопроводе, соединяющем топливный насос ЭЦН-14Б и перекрывной кран, установлен обратный клапан (на рисунке не показан). Трубопровод, отводящий топливо от крана, подключен к трубопроводу магистрали кольцевания на участке между нервюрами 6 и 7 левой СЧК. Внутри резервного бака двигателя 2 от магистрали кольцевания сделан отвод к блоку электромагнитных кранов, объединяющему кран подачи топлива к двигателю ВСУ и кран подачи топлива к генератору нейтрального газа.
Перекрывные топливные краны при монтаже на самолете размещаются в специальных корпусах, установленных внутри соответствующих топливных баков и укрепленных на стенке переднего лонжерона крыла. Для предохранения электромеханизмов кранов от попадания в них жидкости на топливные краны устанавливаются защитные чехлы.
Работа. Насосы подкачки включаются вручную на панели управления топливной системой центрального пульта кабины летчиков до запуска двигателей и работают в течении всего полета. При установке выключателя насоса в положение "Включен" постоянный ток поступает на обмотку соответствующего контактора включения насоса, контактор замыкает цепи питания насоса переменным током напряжением 200в. Насос вступает в работу и подает топливо по трубопроводу магистрали подачи через открытый пожарный кран к подкачивающему насосу, установленному на двигателе. Перекрывной (пожарный) топливный кран открывается также вручную установкой выключателя на панели центрального пульта летчиков в положении "Открыт". При этом напряжение постоянного тока поступает на обмотку электромеханизма, который, срабатывая, открывает кран. Одновременно размыкается цепь питания желтой лампы, сигнализирующей о закрытом положении крана (лампа гаснет). При появлении в магистрали за насосом подкачки давления топлива замыкаются контакты сигнализатора давления СДУЗА-0,6 и включается зеленая лампа сигнализации работы насоса.
Система подачи топлива к двигателям и ВСУ самолета Суперджет.
Система подачи топлива, схема которой показана на рис.3.14, включает в себя:
А. Система подачи топлива к маршевым двигателям
К каждому маршевому двигателю топливо подается по автономной магистрали, подключенной к группе из трех насосов соответствующего борта. Группы насосов размещаются слева и справа от плоскости симметрии в центральном баке на нижней панели центроплана впереди второго лонжерона. В каждую группу насосов входят два насоса переменного тока и насос постоянного тока, установленных в канистрах (монтажных устройствах). Насосы постоянного тока имеют встроенные преобразователи постоянного тока в трехфазный переменный ток стабилизированной частоты. Мощность насосов переменного тока не более 2,1 кВА, мощность насосов постоянного тока не более 0,45 кВт.
Входные патрубки канистр каждой группы насосов объединены всасывающим трубопроводом, входное сечение которого расположено в расходном отсеке между 3 и 4 нервюрами крыла и оборудовано сетчатым фильтром. Сетка фильтра выполнена комбинированной: ячейки сетки в верхней части фильтра имеют размер в свету 3,2х3,2 мм, а в нижней – 2,5х2,5 мм. Суммарная площадь проходного сечения фильтра более чем в пять раз превышает площадь проходного сечения всасывающего трубопровода.
Каждая канистра имеет два выходных патрубка, на которых устанавливаются обратные клапаны. Боковые выходные патрубки каждой группы насосов объединяются трубопроводом подачи соответствующего борта. К каждому из трубопроводов подачи в центральном баке подключены предохранительные клапаны, рассчитанные на избыточное давление P = 2,5кгс/см2. Клапаны предназначены для предупреждения недопустимого повышения давления в замкнутой полости трубопровода подачи при закрытых перекрывных кранах и повышении температуры топлива в этой полости. Верхние выходные патрубки каждой группы объединяются трубопроводом активного топлива (трубопровод на рисунке не показан).
К полости нагнетания каждой канистры подключены сигнализаторы давления, позволяющие диагностировать состояние насосов. Сигнализаторы рассчитаны на давление срабатывания P =0,464 ± 0,034 кгс/см2 (при повышении давления) и на P = 0,429 ± 0,034 кгс/см2 (при понижении давления).
В отсеках № 3 у переднего лонжерона левого и правого крыльевых баков в трубопроводах подачи установлены перекрывные краны. Двухмоторные приводы перекрывных кранов установлены вне бака. За перекрывными кранами к трубопроводам подачи подключены предохранительные клапаны, рассчитанные на избыточное давление P = 0,2 кгс/см2. Клапаны предназначены для предупреждения недопустимого повышения давления в замкнутой полости трубопровода подачи при закрытых перекрывных кранах и повышении температуры топлива в этой полости. Кроме того, поскольку эти клапаны подключены в верхней точке трубопровода подачи, через них может стравливаться паровоздушная смесь, скопившаяся во время стоянки или оставшаяся после заправки баков топливом.
В мотогондолах двигателей на трубопроводах подачи установлены сигнализаторы давления, позволяющие диагностировать наличие давления на входе каждого из двигателей. Сигнализаторы рассчитаны на давление срабатывания P = 0,325 ± 0,034 кгс/см2 (при повышении давления) и на P = 0,220 кгс/см2 (при понижении давления). Для возврата от двигателя нагретого топлива к каждому двигателю подключен трубопровод, выход из которого открыт в отсеке №2 у 16-ой нервюры. В районе пилона трубопровод имеет гибкий участок, образованный шлангами. На участке прохода через отсек №3 в каждом трубопроводе возврата топлива установлен обратный клапан.
Всасывающий трубопровод и трубопровод подачи каждой группы насосов сообщаются между собой патрубком самотека, в котором установлен обратный клапан, открывающийся в сторону трубопровода подачи. При работе хотя бы одного насоса обратный клапан закрыт давлением, создаваемым насосом. В случае отказа всех насосов топливо через фильтр всасывающего патрубка и упомянутый обратный клапан поступает в трубопровод подачи и далее на двигатель.
Трубопроводы подачи каждой группы насосов сообщены между собой патрубком кольцевания, в котором установлен перекрывной кран. Двухмоторный привод перекрывного крана установлен вне бака.
В качестве основных насосов используются по одному насосу переменного тока в левой и правой группах, которые обеспечивают подачу топлива к двигателям на всех режимах полета во всех ожидаемых условиях эксплуатации, включая отрицательную перегрузку. По одному насосу переменного тока, являются дополнительными и включаются в случае отказа основного или вспомогательного насосов. По одному насосу постоянного тока являются вспомогательными, работают параллельно с основными насосами и служат для исключения перебоев подачи топлива к двигателю при переходе на подачу от дополнительного насоса в случае отказа основного. Кроме того, вспомогательный насос используется, в случае необходимости, для запуска ВСУ на земле. Управление насосами производится с верхнего пульта пилотов путем нажатия соответствующих кнопок. Диагностика состояния насосов реализована в блоке управления топливной системой (БУТС), получающем информацию от сигнализаторов давления.
Управление перекрывными кранами маршевых двигателей осуществляется с панели “ENG START CP” левого (правого) двигателя. Работоспособность перекрывных кранов диагностируется БУТС. Состояние кранов отображается на мнемокадре ”FUEL” на MFD. В случае отказа какого-либо из кранов проходит предупреждающее сообщение “CAUTION”, сопровождаемое загоранием ЦСО желтого огня, ударом колокола и надписью “SOV FAULT” на основном EWD. Перекрывной кран закрывается автоматически при включении противопожарной защиты соответствующего двигателя.
Б. Система подачи топлива к ВСУ
К трубопроводу подачи левой группы насосов подключен трубопровод, по которому подается топливо к ВСУ. Трубопровод проходит через задний лонжерон. Часть трубопровода, проходящая через фюзеляж, проложена в защитной трубе, предохраняющей от вытекания топлива в отсеки в случае нарушения герметичности магистрали. Защитная труба имеет дренажи, позволяющие отводить течь топлива за обшивку фюзеляжа. В отсеке № 3 в трубопроводе подачи топлива к ВСУ установлен перекрывной кран с двухмоторным приводом. В перекрывном кране установлен предохранительный (терморазгрузочный) клапан с давлением срабатывания 0,2 кгс/см2, перепускающий топливо из полости замкнутой между закрытым краном и вспомогательным двигателем в полость перед краном.
В отсеке ВСУ к патрубку ввода трубопровода в отсек подключен сигнализатор давления, позволяющий диагностировать наличие давления на входе во вспомогательный двигатель. Сигнализатор рассчитан на давление срабатывания P = 0,325 ± 0,034 кгс/см2 (при повышении давления) и на P = 0,220 кгс/см2 (при понижении давления). Для компенсации механических перемещений между патрубком ввода в отсек и штуцером входа топлива в ВСУ включен гибкий шланг. На земле топливо к ВСУ подается от вспомогательного насоса постоянного тока, установленного в левом топливном баке. В случае его отказа топливо подается от вспомогательного насоса, установленного в правом крыльевом баке при включении крана кольцевания. В полете топливо к ВСУ подается от трубопровода подачи левой группы насосов, или, при включении крана кольцевания, от трубопровода подачи правого борта.
Управление перекрывным краном ВСУ и диагностика его работоспособности выполняется БУТС. Состояние крана отображается на синоптической странице “FUEL” на MFD. Контроль работы системы подачи топлива (работы насоса и крана) осуществляется мнемокадру ”FUEL”.
Описание основных компонентов
А. Насос подачи переменного тока с канистрой (рис.3.15)
Рис.3.15
Насос подкачки переменного тока устанавливается в канистре насоса подкачки переменного тока слева и справа от плоскости симметрии в центральном топливном баке на нижней панели центроплана впереди второго лонжерона. Насос подачи переменного тока предназначен для подачи топлива к двигателю.
Канистра насоса подкачки переменного тока устанавливается слева и справа от плоскости симметрии в центральном топливном баке на нижней панели центроплана впереди второго лонжерона. Канистра позволяет выполнять демонтаж насоса из бака при наличии топлива в баке.
Б. Перекрывной кран с двухмоторным приводом (рис.3.16)
Перекрывной кран устанавливается в отсеках № 3 на стенке переднего лонжерона в районе нервюр №4 и №5 левого и правого крыльевых баков в трубопроводах подачи. Перекрывной кран предназначен для открытия-закрытия линии подачи топлива к двигателю. Перекрывной кран открывает-закрывает линию подачи топлива путем поворота шарового клапана на 90°.
Рис.3.16
Двухмоторный привод устанавливается в отсеках № 3 на стенке переднего лонжерона в районе 4 и 5 нервюр левого и правого крыльевых баков в трубопроводах подачи. Двухмоторный привод предназначен для вращения перекрывного крана магистрали подачи топлива в двигатель. При подаче напряжения на оба разъема, включаются два двигателя. Вращающий момент передается к ведущему валу через понижающий редуктор. При повороте ведущего вала на 90° кулачковый механизм отключает работу привода. В случае выхода из строя одного из двигателей, нормальную работу привода обеспечивает второй двигатель.
Работа
Подача топлива к маршевым двигателям
Для подачи топлива к двигателю необходимо открыть перекрывной кран и включить насосы этого двигателя. Перекрывной кран открывается с помощью кнопочного переключателя. Концевые выключатели крана в течение 4-6 секунд перекладываются из закрытого положения в открытое и с них в блок FSCU через разъем поступает сигнал «Кран левого (правого) двигателя открыт».
Насосы включаются с помощью кнопочных переключателей на пульте управления топливной системой. Насосы вступают в работу и подают топливо по трубопроводу линии подачи через открытый перекрывной кран к подкачивающему насосу двигателя. Насосы подачи остаются включенными во время всей работы двигателей на земле и в полете. Одновременно с подачей топлива для питания двигателей насосы подают активное топливо ко всем струйным насосам, установленным в основных топливных баках, в том числе и к струйным насосам, которые перекачивают топливо в расходные отсеки. Благодаря работе струйных насосов расходные отсеки на протяжении всей работы насосов будут полностью заполнены топливом, что обеспечивает непрерывную подачу топлива к двигателю на всех режимах полета, включая отрицательные перегрузки и резкое торможение. При выходе из строя одного насоса, оставшийся обеспечивает подачу топлива для работы двигателя.
Выключение насосов и закрытие перекрывных кранов производится повторным нажатием кнопочных переключателей.
Подача топлива к ВСУ
Для подачи топлива к двигателю ВСУ необходимо включить один насос (основной) и открыть перекрывной кран топливной магистрали. Перекрывной топливный кран открывается с панели управления ВСУ нажатием кнопки. Выключение насоса и закрытие перекрывного крана производится повторным нажатием кнопочного переключателя.
Система подачи топлива в двигатели и ВСУ самолета А-320
Система предназначена для бесперебойной подачи топлива к двигателям и ВСУ на всех этапах эксплуатации (см.Рис.3.17). Топливо в двигатели из расходных отсеков крыльевых баков подается двумя центробежными насосами 2, а из центрального бака одним центробежным насосом 1 (на каждый двигатель). На выходе из насосов установлены обратные клапаны, препятствующие перетеканию топлива обратно в бак через отказавший насос, и сигнализаторы давления 3 и 4. Работоспособность насосов контролируется системой сигнализаторов давления, установленных в линиях нагнетания насосов и передающих сигналы в систему контроля и управления подачей топлива в двигатели.
В первую очередь топливо вырабатывается из центрального бака. Для этого давление топлива на выходе из крыльевых центробежных насосов подкачки 2 меньше, чем давление на выходе из насосов центрального бака 1. Насосы крыльевых баков работают постоянно на всех этапах эксплуатации ЛА. После выработки центрального бака насосы подкачки 1 автоматически отключаются, и топливо в двигатели подается насосами 2 крыльевых баков.
Часть топлива из магистрали нагнетания подается в трубопровод активного топлива для обеспечения работы струйных насосов перекачки топлива из крыльевых отсеков. Кроме того, часть топлива от центробежных насосов подкачки 1 центрального бака используется в качестве активного топлива для струйных насосов внутрибаковой перекачки 6.Для подачи топлива к ВСУ используется специальный центробежный насос 5 со своим сигнализатором давления. Управление подачей топлива в ВСУ осуществляется двухмоторным клапаном включения 7. Системы подачи топлива в двигатели 1 и 2 связаны краном кольцевания 8. Кран кольцевания 8 совместно с краном 9 используются для слива топлива на земле. При этом включены в работу насосы подкачки 1 и 2.
В линии подачи топлива к двигателям установлены перекрывные (пожарные) краны 10, которые перекрывают подачу топлива в двигатели при возникновении пожара. В систему включена также линия рециркуляции топлива (возврат топлива от двигателя 1), по которой часть топлива, использованного в системе охлаждения двигателя, возвращается в крыльевой бак. Электроклапаны перелива 11 открываются при достижении во внутренних крыльевых баках уровня топлива 750кг.
В качестве примера рассмотрим конструкцию типового насоса подачи топлива в двигатели на примере ЭЦНГ-10с76 (самолет Ил-76). Электропроводной центробежный насос ЭЦНГ-10с76 (рис.3.18) является насосом внутрибакового расположения. Привод насоса осуществляется электродвигателем, работающим на трехфазном переменном токе напряжением 200 В. Рабочее положение насоса - вертикальное, электродвигателем вверх.
Насос состоит из насосной части и электродвигателя, смонтированных как одно целое. Насосную часть составляет корпус, улитка, крыльчатка и осевое колесо. Электродвигатель к корпусу насоса крепится при помощи колпака и винтов. Между корпусом и электродвигателем проложено уплотнительное резиновое кольцо. В корпусе насоса запрессовано манжетное уплотнение, предотвращающее попадание топлива в полость электродвигателя. Для обеспечения работоспособности манжетного уплотнения при малом количестве топлива в баке (работа манжеты всухую не допускается) в улитке и корпусе насоса предусмотрены специальные каналы, подводящие топливо из улитки к манжетному уплотнению. Одновременно по этим же каналам топливо подается в полость между колпаком и электродвигателем, охлаждая электродвигатель независимо от уровня топлива в баке.
Рис.3.18
Крыльчатка имеет двухсторонний вход. Перед крыльчаткой со стороны нижнего входа установлено осевое колесо. На входе в насос расположены предохранительные сетки, не допускающие попадания в насос крупных механических частиц. Для слива топлива в насосе установлен сливной клапан. Топливо, которое просачивается через манжетное уплотнение, отводится через дренажные каналы в корпусе насоса и в улитке. Типовым креплением насоса является его крепление к установочному фланцу топливного бака двенадцатью болтами через прижимное кольцо. Такое крепление осуществлено во всех топливных баках, за исключением резервных баков двигателей 2 и 3, где насосы крепятся к стаканам топливных баков без применения прижимных колец.
При монтаже насоса на самолете под фланец насоса устанавливается уплотнительная прокладка толщиной 1,5 мм из резины 3826, между выходным штуцером насоса в переходным патрубком перекачивающей магистрали устанавливается уплотнительное кольцо, поставляемое вместе с насосом.
Топливо из топливного бака поступает на крыльчатку через верхний и нижний входы, при этом со стороны нижнего входа топливо вначале проходит через осевое колесо. В каналах осевого колеса и крыльчатки давление топлива повышается, из крыльчатки топливо подается в кольцевой сборник - улитку и далее в выходной патрубок, на смазку манжетного уплотнения и на охлаждение электродвигателя.