книги из ГПНТБ / Конструкция и эксплуатация турбореактивных двигателей типа М-701 учеб. пособие

Производительность насоса определяется по формуле:

где d — диаметр плунжера в дм; S — ход плунжера в дм;

і— число плунжеров;

п— число оборотов ротора в минуту;

цп — коэффициент, учитывающий утечки топлива через зазо­ ры между ротором и золотником, между ротором и плунжерами.

Утечки топлива через зазоры у исправных насосов невелики (r]t=0,95—0,98). Это объясняется тем, что зазоры в плунжерных парах измеряются микронами.

Из анализа формулы следует, что при постоянных диаметре и числе плунжеров производительность насоса тем больше, чем боль­ ше обороты ротора и ход плунжера. Иа заданном режиме число оборотов ротора определяется числом оборотов двигателя. Поэто­ му на установившемся режиме работы двигателя производитель­ ность насоса изменяется путем изменения хода плунжера.

Чтобы изменить ход плунжера, необходимо установить другой угол наклонной шайбе, которая имеет возможность поворачивать­ ся на двух пальцах (полуосях), входящих в отверстие 9 на наклон­ ной шайбе 2 (см. рис. 90). Непосредственно наклонная шайба сво­ ей проушиной 8 связана с серьгой 12, которая вторым концом сое­ динена со штоком 11.

Если наклонную шайбу установить в вертикальное положение, то плунжеры при вращении ротора насоса не будут совершать воз­ вратно-поступательного движения, а следовательно, не будут ка­ чать топливо. Производительность в этом случае равна нулю.

При максимальном угле наклона шайбы плунжера будут иметь наибольший ход и, как видно из формулы, производительность на­ соса в этом случае будет максимальной (при постоянных оборотах ротора). Изменение производительности насоса путем изменения угла наклонной шайбы осуществляется специальным устройством, которое называется сервомеханизмом.

С целью уменьшения износа плунжеров между наклонной шай­ бой и плунжерами устанавливается шариковый подшипник, кото­ рый вмонтирован в корпус наклонной шайбы. При такой конструк­ ции узла плунжеры вращаются вместе с внутренней обоймой под­ шипника, что предохраняет торцы плунжеров от износа. Между со­ бой плунжеры соединены сепараторным кольцом, что предотвра­ щает заедание отдельного плунжера в утопленном положении при поломке пружины • или повышении трения в одной из пар плун­ жер—канал.

152

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО СЕРВОМЕХАНИЗМА

Для обеспечения полетов на различных высотах и скоростях, ä также для выполнения фигур высшего пилотажа необходимо, что­ бы двигатель был способен изменять режим работы, следуя за пе­ ремещением рычага управления двигателем (РУД). Кроме того, при постоянном положении РУД автоматически должно обеспечи­ ваться изменение подаваемого в двигатель топлива при изменении профиля полета.

Для этой цели в агрегатах топливной системы имеются автома-- тические устройства, подающие команду на изменение производи-- телы-юсти насоса. Учитывая, что для перемещения наклонной шай-- бы и удерживания ее в определенном положении требуются зна-- чителы-іые усилия, автоматы воздействуют на наклонную шайбу через вспомогательный обслуживающий механизм (сервомеха­ низм) .

Назначение сервомеханизма — изменять положение наклонной

Поршень сервомеханизма, как указывалось выше, через шток й серьгу соединен с наклонной шайбой.

Перемещение поршня (сервопоршня) вызывает изменение угла наклонной шайбы, а следовательно, и изменение производитель­ ности насоса. Сервопоршень делит камеру сервомеханизма на две полости, которые 'соединены с нагнетающей магистралью насоса. При этом полость со стороны штока (по схеме левая) соединена с магистралью каналом, а другая — пружинная полость (по схеме' правая) — через жиклер.

Впружинной полости сервомеханизма имеется специальный ка­ нал 24, по которому топливо может вытекать к барометрическому' регулятору и автомату приемистости.

Таким образом, может быть несколько различных вариантов состояния узла сервопоршня:

— по каналу 24 вытекает такое же количество топлива, какое поступает через жиклер в пружинную полость;

— по каналу 24 топливо не вытекает;

— по каналу 24 вытекает топлива больше, чем поступает через жиклер.

Рассмотрим, что происходит с сервопоршнем в каждом из при­ веденных вариантов.

Впервом случае сервопоршень будет находиться в равновес­ ном положении, так как усилия от давления топлива с левой сто­ роны будут уравновешены действием пружины и давлением посто­ янного количества топлива с правой стороны (утечка топлива рав­ на его притоку через жиклер).

Во-втором случае давление топлива в обеих полостях корпуса

сервомеханизма становится одинаковым. Однако из-за разницы площадей поршня (со стороны пружины площадь больше), а так­ же под воздействием давления от пружины сервопоршень переме­ стится вправо и, воздействуя «а шток и серьгу, установит наклон­ ную шайбу на увеличение производительности насоса.

уменьшив тем самым угол наклонной шайбы, а следовательно, и производительность насоса.

При неисправности клапана приемистости или аэростатическо­ го регулятора обильное истечение топлива из пружинной полости приведет к снижению оборотов двигателя, вследствие падения дав­ ления топлива.

Чтобы избежать отказа двигателя по этой причине, в насосе пре­ дусмотрен специальный электромагнитный клапан, который при его включении прекращает утечку топлива из пружинной полости. Этот клапан называется изолирующим. Расположен он на корпусе сервомеханизма. При включении в кабине кнопки изолирующего клапана ток проходитпо обмотке электромагнита, сердечник втя­ гивается и перемещает шток и тарелочку. В результате канал 24 отсоединяется от пружинной полости сервомеханизма. Давление в этой полости начинает расти, передвигая поршень сервомеханизма влево. Производительность насоса увеличивается.

Чтобы давление топлива при этом не превышало максимально допустимого, на изолирующем клапане установлен клапан предель­ ного давления 22. При достижении давления топлива на выходе из насоса 100—ПО кг/см2 сила давления топлива на тарелочку элек­ тромагнитного клапана становится достаточной, чтобы сжать пру­ жину клапана предельного давления и обеспечить перепуск топли­ ва из пружинной полости сервомеханизма. Тем самым прекраща­ ется дальнейшее увеличение производительности насоса и повыше­ ние давления топлива.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧИТЕЛЯ МАКСИМАЛЬНЫХ ОБОРОТОВ

При создании двигателя его основные узлы и детали конструи­ руются таким образом, чтобы при работе на максимальном режиме был обеспечен достаточный запас их прочности. Расчетами и экс­ периментами установлено, что при увеличении оборотов двигателя типа М-701 на один процент сверх максимально допустимых запас прочностилопаток рабочего колеса турбины уменьшается на 14— 17%.

Поэтому,- чтобы избежать чрезмерных нагрузок и предохранить детали от разрушения, на двигателе устанавливается автомат, ог­ раничивающий возможность увеличения оборотов выше допусти­ мых.

154

Конструктивно ограничитель максимальных оборотов выполнен заодно с насосом высокого давления. Основными его частями (см. рис. 89) являются мебрана 12, крышка с винтом 10 регулировки максимальных оборотов, пружина 11, двуплечий рычаг 13 с клапа­ ном 14, высотное компенсирующее устройство 15.

Расположенная под мембраной камера постоянно соединена со всасывающей полостью насоса. Надмембранная камера сообщает­ ся с наклонными каналами, выполненными между плунжерами ро­ тора насоса.

Принципиальная схема ограничителя максимальных оборотов приведена на рис. 89.

РІзвестно, что центробежная сила увеличивается, если растут обороты вращающегося тела. В данном случае при росте оборотов ротора насоса на топливо в наклонных каналах будет действовать увеличивающаяся центробежная сила. Топливо под действием цент­ робежных сил начнет из наклонных каналов поступать по каналу 5 в надмембранную камеру. Таким образом давление топлива в надмембранной камере будет зависеть от оборотов двигателя. Сле­ довательно, чем больше обороты двигателя, тем больше усилие на мембрану от инерционного давления топлива, тем сильнее проги­ бается мембрана.

При числе оборотов, близких к максимально допустимым, цент­ ральная часть мембраны опустится (прогнется) настолько, что нажмет на рычаг и откроет клапан ограничителя максимальных оборотов. При этом топливо из пружинной полости сервомеханиз­ ма перетечет в подмембранную камеру ограничителя, откуда уйдет на всасывание в насос. Падение давления топлива в пружинной полости сервомеханизма приведет к перемещению его поршня вправо и, как следствие, к уменьшению угла наклонной шайбы. Производительность насоса и давление топлива уменьшатся, и обо­ роты двигателя начнут падать. Снижение оборотов двигателя уменьшит, инерционное давление над мембраной, которая под дав­ лением пружины переместится вверх. Клапан органичения мак­ симальных оборотов закроется. Давление в пружинной по­ лости сервомеханизма возрастет, и поршень сервомеханизма переместит наклонную, шайбу на увеличение производительности. Это, в свою очередь.приведет к увеличению оборотов двигателя. Повысится инерционное давление топлива, и весь цикл повторится.

Эти циклы происходят настолько быстро, что практически при работе двигателя на максимальных оборотах клапан ограничителя постоянно открыт. При этом количество топлива, поступающего в пружинную полость сервомеханизма, равно количеству топлива, вытекающему через клапан во всасывающую полость насоса.

Максимально допустимое число оборотов устанавливается натя­ жением пружины И, которое разрешается регулировать в условиях эксплуатации.

155

К сожалению, описанный принцип ограничения максимальных оборотов не обеспечивает их постоянства с поднятием на высоту. Эту функцию выполняет специальное устройство — высотное ком­ пенсирующее устройство, предназначенное для предотвращения! увеличения максимальных оборотов двигателя с подъемом на вы­ соту.

§ 3. Модификация насоса высокого давления

Раньше авиационные двигатели М-70ІС-500 выпускались с на­ сосами высокого давления ЛУН 6201.05. Начиная с № 63015 на этих двигателях стали устанавливаться модифицированные насосы высокого давления ЛУН 6201.06.

Насос этой модификации отличается от ЛУН 6201.05 конструк­ цией канала подвода топлива в пружинную полость сервомеханиз­ ма. В этом канале установлен демпфер с обратным клапаном (мо­ дифицированный узел схематически показан на рис. 92). Назначе­

Рис. 92. Схема демпфера:

I — демпфер пульсации; 2 — канал нагнетания; 3 — пружины сервопоршня; 4 — жиклер; 5 — обратный клапан; б — электромагнит­ ный клапан; 7 — клапан максимального давления; 8 — вывод топ­ лива к баростату и автомату приемистости; 9 — винт; 10 — пружи­ на; 11 — демпфер; 12 — подвод давления топлива к эластичной

перегородке баростата

І50

станционными шайбами. Весь пакет шайб сжат пружиной 10 и фик­ сируется винтом 9.

Демпфер при работе двигателя на установившемся режиме ни­ какого влияния на работу насоса не оказывает. Однако на переход­ ных режимах в сторону'увеличения оборотов двигателя (при пере­ мещении рычага управления двигателя вперед) демпфер вступа­ ет в работу, образуя дополнительное сопротивление на пути топли­ ва в пружинную полость сервомеханизма. Это приводит к замед­ ленному заполнению пружинной полости топливом и, как следст­ вие, снижению темпа перемещения поршня сервомеханизма.

В случае когда рычаг управления двигателя перемещается на­ зад (на себя), демпфер автоматически отключается и топливо из пружинной полости сервомеханизма вытекает через обратный кла­ пан 5. Перемещение сервопоршня происходит без замедления, как •н на насосе ЛУН 6201.05.

§ 4. Дроссельный кран

Дроссельный кран предназначен для ручного управления рабо­ той двигателя, характеризуемой числом оборотов ротора двигателя (обычно говорят «оборотов двигателя»).

Управление двигателем осуществляется изменением количества подаваемого топлива через форсунки в камеры сгорания.

Расход топлива зависит от его давления и сечения, через кото­ рое оно проходит. Естественно, чем больше давление и проходное сечение дроссельного крана, тем больше топлива поступит в каме­ ры сгорания.

Однако наиболее простой способ управления подачей топлива получается, если именять только проходное сечение дроссельного крана, обеспечив постоянное давление топлива перед краном. При этом управление оборотами двигателя из кабины осуществляется перемещением рычага управления двигателем (РУД), который си­ стемой тяг и качалок связан с дроссельным краном.

Перемещение РУД приводит к увеличению или уменьшению проходного сечения дроссельного крана. При этом давление топли­ ва перед дроссельным краном поддерживается постоянно при по­ мощи аэростатического регулятора.

Увеличение проходного сечения дроссельного крана обеспечи­ вает повышение подачи топлива в камеры сгорания. Это приводит к росту температуры газов перед турбиной, мощность турбины ста­ новится больше потребной для вращения компрессора и агрегатов на данном числе оборотов. Избыток мощности приводит к увели­ чению оборотов компрессора, что, в свою очередь, увеличивает ко­ личество всасываемого в двигатель воздуха и степень повышения давления воздуха в компрессоре.

Когда мощность, потребная для вращения компрессора и агре­ гатов, станет соответствовать мощности, развиваемой турбиной,

157

При уменьшении подачи топлива в двигатель произойдет обрат­ ная картина: мощность турбины упадет, компрессор затормозится, так как турбина не в состоянии вращать его с прежними оборота­ ми. Когда мощность турбины станет соответствовать мощности, потребной для вращения компрессора и агрегатов, обороты уста­ новятся постоянными, но меньшими, чем были до снижения коли­ чества подаваемого топлива в двигатель.

КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ДРОССЕЛЬНОГО КРАНА

Дроссельный кран (рис. 93) расположен на правой стороне входного корпуса компрессора и крепится к специальному фланцу. Основными его частями являются корпус, узел дозирующей иглы, узел клапана малого газа, узел клапана минимального давления.

Корпус дроссельного крана изготовлен из алюминиевого спла­ ва, в нем выполнены различные каналы для прохода топлива и размещения остальных частей и узлов крана.

Узел дозирующей иглы состоит из стальной втулки 20, иглы /, изготовленной из бронзы, валика управления 18 с рычагом управ­ ления.

Втулка 20, имеющая с одной стороны окно, запрессована в кор­ пус и от перемещения фиксируется стопорным винтом, который од­ новременно предохраняет дозировочную иглу 1 от проворачивания. На боковой поверхности иглы нарезаны зубья, которые входят в зацепление с зубьями шестерни валика управления. Конец иглы выполнен очень точно по определенному профилю и имеет про­ дольные фрезерованные канавки.

Между профилированным концом иглы и окном втулки обра­ зуется кольцевое сечение для прохода топлива.

Во избежание продольных нагрузок от давления топлива на торец иглы последняя выполнена полой. При такой конструкции снижается усилие, потребное для перемещения иглы.

Положение иглы определяет количество топлива, подаваемого в коллекторы форсунок. Когда игла находится в положении, изобра­ женном на рис. 93, дроссельный кран закрыт. Такое положение соответствует работе двигателя на малом газе. Топливо в этом случае подается в двигатель через клапан малого газа.

При перемещении иглы дроссельного крана влево кольцевой зазор между втулкой и профилированной частью иглы увеличива­ ется, начинается поступление топлива через дроссельный кран в- двигатель и число оборотов двигателя растет.

Таким образом, каждому положению иглы дроссельного крана соответствуют определенные обороты двигателя.

Клапан малого газа предназначен для обеспечения двигателя топливом, когда закрыт дроссельный кран, а также для регулиров-

158

ки оборотов малого газа. Этот узел состоит из гнезда 6 клапана,, поршня 3 клапана, пружины 5, регулировочного винта 4, муфты и колпачка.

Расположенное в корпусе дроссельного крана гнездо клапана на' боковой поверхности имеет щелевое продольное окно, а в ниж­ ней части калиброванное отверстие.

Рис. 93. Схема дроссельного крана:

В случае если при пробе двигателя на земле обороты малогогаза окажутся меньше 35% (допустимой нормы), то, поворачивая регулировочный винт против часовой стрелки, можно увеличить по­ дачу топлива через клапан малого газа, а следовательно, повысить обороты двигателя. Если обороты малого газа выше допустимых, то регулировочный винт следует поворачивать в направлении па часовой стрелке.

159-

УСТРОЙСТВО И РАБОТА КЛАПАНА МИНИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

С подъемом на высоту давление атмосферного воздуха умень­ шается. Поэтому топливо, которое может быть окислено кислоро­ дом (получаемым из воздуха) в камерах сгорания, требуется мень­ ше, чем на земле. Система автоматического регулирования и топ­ ливопитания двигателя обеспечивает автоматическое уменьшение давления топлива перед дроссельным краном с подъемом самолета на высоту.

В связи с этим давление топлива перед форсунками также уменьшается. При малом открытии дроссельного крана (напри­ мер, на режиме планирования с большой высоты) давление топ­ лива перед форсунками может уменьшиться настолько, что из-за плохого его распыла может произойти срыв пламени в камерах сгорания, с последующим самовыключением двигателя.

Экспериментально было установлено, что если обеспечить дав­ ление топлива перед форсунками не менее 13—15 кг/'см2, то срыва пламени в камерах сгорания (на высотах до практического потока самолета Л-29) не произойдет.

С целью обеспечения этого давления в корпусе дроссельного крана предусмотрен клапан минимального давления. Его назначе­ ние — обеспечить устойчивую работу двигателя на малом газе на больших высотах полета.

В конструкцию клапана минимального давления (рис. 93) вхо­ дят коническая головка 8, пружина 7, седло 9, поршень 10, две тарелочки, между которыми располагается пружина И и регулиро­ вочный винт 12.

Над клапаном постоянно находится топливо, которое поступа­ ет из магистрали 2 перед дроссельным краном. Полость же, рас­ положенная под клапаном (над поршнем 10), постоянно соединена через жиклер с магистралью 15 подвода топлива из-за дроссель ного крана к форсункам.

При открытом дроссельном кране давление топлива перед фор­ сунками велико. Это давление, действуя на поршень 10, сжимает пружину и перемещает поршень вниз (по схеме). Происходит на­ рушение кинематической связи между поршнем и толкателем кла­ пана (появляется зазор).

Клапан под действием пружины 7 и давления топлива перед дроссельным краном прижимается к седлу.

В случае закрытия дроссельного клапана на высоте, когда дав­ ление ТОПЛИЕЭ за дроссельным краном становится ниже 13 кг/см2, усилие на поршень 10 уменьшается, и он под действием пружины / / перемещается вверх, давит на толкатель и открывает клапан. Топливо начинает поступать к форсункам не только по каналу ма­ лого газа; но и через открытый клапан минимального давления. Это дополнительное количество топлива повышает давление перед

.форсунками, что обеспечивает хороший его распыл при истечении из форсунок в камеры сгорания.

(160

§ 5. Бароетатический регулятор

Назначение баростатического регулятора — обеспечить автома­ тическое регулирование давления топлива перед дроссельным кра­ ном в соответствии с давлением воздуха на входе в двигатель.

Известно, что с подъемом на высоту атмосферное давление воз­ духа уменьшается. Поэтому давление воздуха, поступающего в компрессор, также изменяется. Кроме того., это давление изменя­ ется еще и при изменении скорости полета. Учитывая, что полное сгорание топлива происходит при определенных соотношениях ко­ личества топлива и воздуха, необходимо в зависимости от профиля полета корректировать количество подаваемого топлива в двига­ тель.

На двигателях типа М-701 эту функцию выполняет бароетати­ ческий регулятор (рис. 94).

При постоянной скорости полета на определенной высоте он поддерживает постоянное давление топлива перед дроссельным краном. При увеличении высоты полета бароетатический регулятор уменьшает это давление. При увеличении скорости полета он уве­ личивает давление топлива перед дроссельным краном.

Рис. 94. Схема баростатического регулятора: