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

допустимого (обеспечивающего хороший распыл), на дроссель­ ном кране установлен клапан минимального давления. До высо­ ты 4000 м этот клапан в работу не вступает. Это объясняется тем, что даже при закрытом дроссельном кране (при работе двигателя на малом газе) давление топлива перед форсунками на высотах

Дополнительная подача топлива в коллектор обеспечивает по­

ния топлива на верхний торец клапана, которое зависит от давле­ ния топлива перед дроссельным краном. Поскольку это давление с увеличением высоты полета уменьшается, усилие на пружину от верхнего торца клапана также становится меньше. Чтобы обеспе­ чить поршню клапана определенное положение, необходимо увели­

меры сгорания топлива остается постоянным и даже несколько увеличивается, а количество воздуха, поступающего в них из ком­ прессора, уменьшается.

Переобогащение смеси приводит к росту температуры газов пе­ ред турбиной и увеличению ее мощности, в результате чего оборо­ ты малого газа возрастают (на высоте 6000 м они составляют 50%, а на высоте 9000 м — 71 % ) .

Работа клапана минимального давления предопределяет появ­ ление холостого хода рычага управления двигателем (РУД). Этот ход тем больше, чем больше высота полета.

Возникновение холостого хода РУД объясняется тем, что по мере перемещения рычага вперед дроссельный кран открывается и количество топлива, поступающего через его основной канал к кол­ лекторам, увеличивается.

Однако клапан минимального давления, прикрываясь, уменьша­ ет количество топлива, поступающего через него в коллектор.

Таким образом, суммарное количество топлива остается в этот момент постоянным, и обороты двигателя не изменяются.

Время приемистости с увеличением высоты полета увеличива-'

182

ется, так как избыток мощности турбины над мощностью компрес­ сора уменьшается. Для обеспечения хорошей работы автомата при­ емистости с поднятием на высоту вступает в работу установленный JHa нем высотный корректор.

§ 8. Работа системы при включении изолирующего клапана

Назначение изолирующего клапана — восстановить нормаль­ ную работу системы топливопитания двигателя в случае отказа аэ­ ростатического регулятора или автомата приемистости. Отказ в их работе приводит к чрезмерному истечению топлива из пружинной камеры сервомеханизма.

В пружинную камеру сервомеханизма топливного насоса топ­ ливо поступает через жиклер диаметром 0,75 мм. Из этой камеры

При нормальной работе системы топливопитания и автоматиче­ ского регулирования количество вытекаемого из пружинной каме­ ры сервомеханизма топлива дозируется перепуском его через коль­ цевую проточку золотника автомата приемистости и жиклер диа­ метром 0,95 мм клапана баростата. При возникновении какой-либо неисправности, приводящей к повышенной утечке топлива из пру­ жинной камеры сервомеханизма, произойдет перемещение поршня

ся. Такая неисправность может быть, например, следствием попа­ дания посторонней частицы под клапан баростата или заедания штока автомэта приемистости в открытом положении. В этом слу­ чае количество топлива, вытекаемого из пружинной камеры сервомеханизма, превышает приток топлива в .камеру через жиклер из магистрали высокого дзвления.

Чтобы предотвратить падение оборотов двигателя (или восста­ новить их, если они упали) необходимопрекратить истечение топ­ лива из пружинной камеры сервомеханизма. Эту функцию выпол­ няет изолирующий клапзн.

Включение изолирующего клапана при открытом дроссельном кране может привести к самовыключению двигателя вследствие чрезмерного переобогащения смеси в камерах сгорания. Поэтому перед включением изолирующего клапана необходимо убрать ры­ чаг управления двигателем на пониженные обороты.

После включения изолирующего клапана двигатель следует плавно вывести на заданный режим. Если падение оборотов про­

183

Система топливопитания двигателя при включении изолирую­ щего клапана работает следующим образом.

Прекращение истечения топлива из пружинной камеры серво­ механизма повышает его давление в камере. Это приводит к уста­ новке наклонной шайбы на максимальную производительность. Давление перед дроссельным краном растет. При достижении дав­ ления за насосом 100—ПО кг/'см2 открывается клапан предельного давления. Это обеспечивает постоянную производительность на­ соса, так как топливо, поступающее в пружинную камеру серво­ механизма через жиклер, в таком же количестве вытекает из каме­ ры через клапан предельного давления.

При плавном открытии дроссельного крана после включения изолирующего клапана давление перед дроссельным краном умень­ шается, клапан предельного давления закрывается, давление в пружинной камере возрастает, производительность насоса увели­ чивается. При достижении давления за насосом 100—110 кг/см2 клапан предельного давления открывается и насос опять обеспечи­ вает постоянную производительность.

Таким образом, темп увеличения производительности топливно­ го насоса при включенном изолирующем клапане определяется темпом перемещения РУД, связанного с дроссельным краном.

Включение изолирующего клапана дает положительный резуль­ тат и при других неисправностях топливной системы, связанных с повышенным истечением топлива из пружинной камеры сервоме­ ханизма (например, при зависании оборотов, колебании оборотов двигателя и др.).

Проверяется работа изолирующего клапана при опробовании двигателя на оборотах 94%. При включении клапана должна за­ гораться лампочка «изолирующий клапан» на табло Т-9, а число оборотов двигателя должно возрасти на 1—3%. Повышение оборо­ тов двигателя является следствием возрастания давления топлива перед дроссельным краном до 100—110 кг/'см2 после включения изолирующего клапана. До его включения давление топлива, под­ держиваемое баростатическим регулятором, равно —90 кг/см2-

IV. ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ СИСТЕМ ТОПЛИВОПИТАНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, МЕТОДЫ ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ

И УСТРАНЕНИЯ

Двигатели М-701 оборудованы системой регулирования по дав­ лению топлива перед дроссельным краном (в отличие от ряда дру­ гих двигателей, например ВК-1Ф, РД-ЗМ, на которых применена система регулирования по оборотам ротора). Эта система представ­ ляет собой комбинацию двух принципов регулирования: по воз­ мущающему воздействию (от малого газа до максимального ре­ жима) и по отклонению регулируемого параметра от заданной ве­ личины (на максимальном режиме).

184

В первом случае система является разомкнутой, так как двига­ тель, как объект регулирования, не оказывает воздействия непо­ средственно на барометрический регулятор, чем достигаются высокпе динамические свойства на переходных режимах.

Во втором случае регулирование осуществляется однорежим.- ным автоматическим гидроцентробежным регулятором постоянной настройки. Последний является ограничителем максимальных обо­ ротов, обеспечивающим высокую точность регулирования.

Система регулирования работы двигателей по давлению топли­ ва перед дроссельным краном имеет свои особенности и недостат­ ки, которые могут иногда приводить к нарушениям заданного ре­ жима работы двигателя, даже при исправных агрегатах. Эти осо­ бенности заключаются в следующем.

1. Регулирование максимальных оборотов двигателя осуществля­ ется ограничителем оборотов, гидродинамический датчик которого меняет свою настройку в зависимости от удельного веса топлива. Последний может меняться в значительных пределах, так как за­ висит не только от сорта топлива, но и его температуры, которая может быть различной при изменении условий полета и атмосфер­ ных условий при длительной стоянке самолета. Поэтому обороты настройки ограничителя могут изменяться примерно до 200 об/мин..

2. Баростатический регулятор с изменением плотности воздуха на всасывании в двигатель изменяет давление топлива перед дрос­ сельным краном таким образом, чтобы компенсировать влияние изменения высоты и не допустить изменения режима работы дви­ гателя. Однако в силу своих конструктивных особенностей баро­ статический регулятор не полностью учитывает и компенсирует всевозмущающие факторы. В связи с этим высотная характеристика баростата не обеспечивает постоянства оборотов двигателя при

перед форсунками на этих режимах значительно меньше и изме­ няется в широком диапазоне (от 12,0 кг/см2 и выше). Излишне высокое давление топлива в системе регулирования вызывает по­ вышенные нагрузки на детали плунжерных насосов и, как следст­ вие, их преждевременный износ, выкрашивание беговых дорожек упорных подшипников, износ пальцев наклонной шайбы и т. п.

Система регулирования по давлению топлива перед дроссель­ ным краном в конструктивном отношении довольно проста и на­ дежна в работе. .Отказы агрегатов системы происходят в основном из-за попадания посторонних частиц в чувствительные элементы ре-

18S

гуляторов и в другие прецезионные пары; попадания в топливо во­ ды, вызывающей образование коррозии; в ряде случаев они явля­ ются результатом конструктивных недостатков, некачественного изготовления и ремонта, нарушений правил эксплуатации и техни­ ческого обслуживания.

Неисправности и отказы агрегатов систем топливопитания и ре­ гулирования могут вызвать такие основные нарушения в работе двигателей, как:

—остановка (самовыключение) двигателя;

—незапуск двигателя;

—невыход двигателя на режим малого газа;

—неустойчивые обороты малого газа;

—велики максимальные обороты, колебание оборотов;

—зависание оборотов;

—неудовлетворительная приемистость;

§ 1. Неисправности, вызывающие самовыключение двигателей

Основными неисправностями агрегатов и деталей систем топли­ вопитания и регулирования, приводящими к самовыключению дви­ гателей, являются:

—негерметйчность топливных трубопроводов и их соединений;

—разрушение деталей топливного насоса;

—отказ подкачивающего центробежного насоса ПЦР-1В8 на •высоте более 6000 м;

—попадание посторонних частиц под клапан баростата, кла­

пан ограничителя максимальных оборотов топливного насоса или в зазор между золотником и втулкой автомата приемистости ав­ томатического распределителя топлива (APT);

— занижение проливки топлива через основной канал распре­ делителя топлива;

— нарушение нормальной работы топливных форсунок.

Негерметичность топливных трубопроводов и их соединений

может привести к самовыключению двигателя не только из-за уменьшения и прекращения подачи топлива, но и из-за нарушения •нормальной работы двигателя (помпаж) при попадании топлива во входную часть компрессора. Негерметичность топливной систе­ мы может вызвать и пожар.

Причинами нарушения герметичности являются трещины тру­ бопроводов из-за их скручивания при монтаже или повреждений; вибрации, вызванные недостаточно жестким креплением трубопро-

186

водов или повышенной неуравновешенностью ротора компрессора или турбины; усадка прокладок; чрезмерная затяжка гаек; непра­ вильная контровка деталей, а также некачественное изготовление деталей.

Для избежания опасных последствий негерметичности топлив­ ной системы необходимо при эксплуатации соблюдать тщательный контроль за магистралями топливной системы и местами их соеди­ нений.

Разрушение деталей топливного насоса, приводящее к его отка­ зу и самовыключению двигателя, может происходить по различ­ ным причинам. Одной из них является попадание воды в топли­ во. Наличие воды в топливе не только приводит к засорению топ­ ливных фильтров кристаллами льда, к временному прекращению подачи топлива в камеры сгорания и срыву пламени из-за обра­ зования «водяных пробок». Оно также вызывает появление кор­ розии, ухудшение условий трения трущихся пар, заклинение их из-за образования инея, в результате чего происходит разрушение деталей ротора насоса или его привода.

Вода может попадать в топливную систему из керосинозаправщика, при заправке самолета во время атмосферных осадков или

стойнике фильтра низкого давления, а оттуда попадает в топлив­ ную систему двигателя.

Основными дефектами на деталях топливного насоса при его работе на топливе с примесью воды являются:

—налипание бронзы на цилиндрическую рабочую поверх­ ность плунжеров;

—трещины или разрушения сепараторов плунжеров;

—надиры на сферических поверхностях шаровой опоры и на поясках сепаратора.

Возникновение и развитие этих дефектов во многих случаях приводит к разрушению рессоры привода ротора насоса.

Физическая сущность возникновения дефектов на деталях топ­ ливного насоса при работе на топливе с примесью воды заключа­ ется в следующем. При работе насоса на кондиционном топливе между плунжерами и ротором сохраняется тонкая пленка кероси­

на, которая препятствует непосредственному контакту плунжеров с ротором. Попадание воды в зазоры между плунжерами и стенка­ ми отверстий ротора приводит к местным разрывам керосиновой пленки и ухудшает условия ее восстановления, в результате чего трущиеся детали начинают непосредственно контактировать друг с другом. Возникающее при этом сухое трение приводит к местно­ му разрушению детали из менее прочного металла, в данном слу­ чае бронзы ротора, и наволакиванию этого металла на плунжер.

187

жер, и от количества воды в топливе характер и степень разруше­ ния деталей будут различны. Если плунжер заклинился в конце хода нагнетания, то есть в крайнем нижнем положении, то при дальнейшем вращении ротора сепаратор, поворачиваясь на шаро­ вой опоре, будет вытаскивать заклиненный плунжер за подпятник. При этом произойдет либо разрушение сепаратора, а плунжер ос­ танется на месте, либо сепаратор вытащит заклиненный плунжер. В последнем случае, как правило, образуются трещины на сепара­ торе по перемычкам отверстий под плунжеры. Разрушение сепа­ ратора может вызвать заклинивание ротора насоса и, как следст­ вие, разрушение его рессоры. На сферических поверхностях шаро­ вой опоры и сепаратора при заклинивании плунжеров образуются надиры.

При отказе насосов из-за наличия воды в топливе внешние при­ знаки, характеризующие нарушение нормальной работы двигате­ ля, могут быть различны.

Так, в одном из случаев отказа насоса в полете, кабины летчи­ ков быстро наполнились дымом и парами керосина, а за самоле­ том появился шлейф дыма. Вслед за этим произошло самовыклю­ чение двигателя. На месте вынужденной посадки было обнаружено, что из коробки приводов течет керосин, рессора привода насоса оказалась разрушенной.

В другом случае экипаж заметил падение оборотов с кратковре­ менным увеличением их при последующем снижении высоты поле­ та. При дальнейшем снижении обороты снова упали и двигатель остановился. Испытанием насоса на стенде было установлено, что он не создает давления топлива, так как его наклонная шайба на.- ходится в положении минимальной производительности. В этом

примесью водь^ не всегда сопровождается разрушением сепарато­ ра и рессоры. Если плунжер заклинился примерно на половине хо­

с заклиненными плунжерами переместится в положение минималь­ ной производительности. При этом упадет давление топлива перед дроссельным краном, упадут обороты, но разрушения рессоры и сепаратора может не произойти.

Для предотвращения случаев разрушения насосов из-за попа­ дания воды необходимо тщательно контролировать топливо, зали­ ваемое в баки самолета, и систематически производить слив отстоя из фильтра низкого давления двигателя.

188

Разрушение рессор привод-a топливного насоса из-за наличия воды в топливе происходит мгновенно от скручивающих усилий. Излом рессоры в этом случае располагается перпендикулярно оси рессоры и имеет однородное строение по всему сечению. Волокна материала поверхности цилиндрической части рессоры деформи­ руются против направления вращения, что легко выявляется трав­ лением.

Такой же характер разрушения рессор имеет место и по дру­ гим причинам. Например, в результате заклинивания ротора насо­ са из-за разрушения упорного подшипника, кратковременного за­ клинивания ротора при постановке с перекосом медно-графитного подшипника, попадания в насос посторонних предметов при его замене.

Разрушение рессоры привода насоса может произойти также и из-за образования на ней трещин усталостного характера. При этом внешние признаки нарушения нормальной работы такие же, как и при разрушении рессоры, от чрезмерных нагрузок кручения (срез). Исключение составляет возможное появление признаков нарушения нормальной работы топливной аппаратуры из-за дефек­ тов ее деталей, предшествующих срезу. Например, колебание обо­ ротов, падение и последующее их восстановление из-за попадания в регулирующие элементы системы частиц деталей насоса (опор­ но-упорного медно-графитного подшипника и т. п.); падение оборо­ тов с последующим их восстановлением из-за кратковременного зависания плунжеров в промежуточном положении, что иногда предшествует заклиниванию ротора насоса и мгновенному срезу рессоры.

При усталостном разрушении рессоры излом располагается под углом в 45° к ее оси и имеет на своей поверхности зону окончатель­ ного (мгновенного) разрушения.

Усталостное разрушение рессор приводов плунжерных топлив­ ных насосов происходит в случае применения топлива с понижен­ ной смазывающей способностью. В результате в материале рессор возникают повышенные динамические напряжения из-за крутиль­ ных колебаний ротора, воспринимаемых рессорой. Возникновение трещин усталости происходит в процессе запуска и остановки дви­ гателя, а также при переходных процессах (приемистость, резкая уборка газа), при которых динамические напряжения в рессоре в несколько раз превосходят динамические напряжения при работе двигателя на любом установившемся режиме. Однако окончатель­ ное разрушение рессоры (долом) может произойти на любом режи­ ме и обычно имеет место при максимальных статических напря­ жениях в рессоре, то есть при максимальной производительности насоса.

Отказ подкачивающего центробежного насоса ПЦР-1В8 может •произойти как из-за разрушения деталей гидравлической части на­ соса, так и из-за неисправностей электроцепи питания насоса. При неисправности электроцепи необходимо устранить эту неисправ-

189

ность, при разрушении деталей гидравлической части — заменить насос, убедившись, что частицы разрушившихся деталей не попали в топливную систему двигателя.

Попадание посторонних частиц под клапан баростата, клапан ограничителя максимальных оборотов топливного насоса или кла­ пан приемистости распределителя топлива. Самовыключение двига­ телей М-701 из-за попадания посторонних частиц под клапан баро­ стата может происходить как на земле, так и на высоте на проме­ жуточных режимах. При регулировании давления топлива перед дроссельным краном клапан баростата постоянно находится в дви­ жении, отклоняясь в ту или другую сторону от номинальной ве­ личины открытия. При попадании под клапан посторонней частицы нарушается его нормальная работа и происходит стравливание давления топлива из полости сервопоршня насоса. В результате наклонная шайба насоса перемещается в положение с минимальной производительностью и происходит самовыключение двигателя.

Попадание посторонних частиц в зазор, а также образование коррозии на золотнике автомата приемистости распределителя топ­ лива приводят к самовыключению двигателя при перемещении ры­ чага' управления двигателем в сторону увеличения оборотов.

Сущность физических явлений, приводящих к самовыключению двигателя при заедании золотника клапана приемистости, заклю­ чается в переобогащении смеси в камерах сгорания.

Для исключения возможности заедания золотника клапана при­ емистости во втулке необходимо, кроме контроля за чистотой топ­

Попадание посторонних частиц в топливные агрегаты может произойти в результате различных причин. Основными из них яв­ ляются:

— некачественная сборка агрегатов на заводе-изготовителе или при ремонте, в результате чего в агрегат может попасть стружка;

— некачественная заправка самолета топливом (использова­ ние фильтров с порванными сетками, плохая очистка, от пыли гор­ ловин баков и т. п.) ;

—применение при замене агрегатов топливной аппаратуры за­ грязненного инструмента;

—износ деталей насоса, например, торца канавки ротора шай­ бой пружины шаровой опоры;

—шелушение и отслаивание кадмиевого покрытия внутренних,

фильтр для задержания посторонних частиц. Через клапан баро­ стата постоянно циркулирует топливо (примерно 1 л/мин). При наличии в топливе мелких посторонних частиц может произойти полное засорение и даже разрушение (под действием повышенного' перепада давления топлива) фильтров баростата с сеткой сарже-

190

вого плетения. Разрушение фильтра приводит к поступлению не­ фильтрованного топлива в клапан баростата и может вызвать ос­ тановку двигателя.

Полное засорение и разрушение фильтров с сеткой саржевого" плетения может происходить и на топливе, соответствующем по чистоте ГОСТу, если эти фильтры работают длительное время. По­ этому сейчас указанные фильтры заменены.

Для того чтобы убедиться в отсутствии продуктов износа в топ­ ливной аппаратуре двигателя М-701, рекомендуется в процессе " эксплуатации производить через каждые 50 ч работы двигателей проливку топливной системы. При этом следует проверять чистоту топлива фильтрацией через батист при холодной прокрутке двига­ теля.

Занижение проливки топлива через основной канал распреде­ лителя топлива приводит к самовыключению двигателя при резкойуборке рычага управления двигателем на переходных режимах на земле и в полете.

При резкой уборке рычага падение давления топлива перед форсунками происходит практически с той же скоростью, что и- уборка рычага, а падение оборотов — медленнее, вследствие зна­ чительной инерции ротора двигателя. Таким образом, при сравни­ тельно большом расходе воздуха через двигатель в камеры сгора- і ния подается недостаточное количество топлива, то есть происхо­ дит резкое обеднение смеси в камерах. Это явление возникает вследствие того, что в топливной системе двигателя М-701 нет уст­ ройства, ограничивающего скорость падения давления топлива пе­ ред форсунками в соответствии с изменением оборотов двигателя. В связи с этим введено ограничение по темпу уборки рычага управ­ ления двигателем.

Степень переобеднения смеси в. камерах сгорания на разных двигателях одного и того же типа различна. Большая часть двига­ телей устойчиво работает при резкой уборке рычага управления" двигателем, некоторые же останавливаются. Это объясняется раз ­ личием характеристик компрессора, камеры сгорания и турбины.. Кроме того, большое влияние на устойчивую работу двигателя при резкой уборке рычага управления оказывает регулировка распре­ делителя топлива по его расходу через основной канал и харак­ теристики рабочих форсунок по расходу через основной и вспомо­ гательный каналы. Обеднение смеси в камерах сгорания будет большим, если распределитель топлива имеет заниженный по срав­ нению с техническими условиями расход топлива через основной канал и на двигатель установлены форсунки с заниженными рас­ ходами топлива по основному и вспомогательному каналам.

Но несмотря на то, что при резкой уборке рычага управления' происходит переобеднение смеси в камерах сгорания, непосредст­ венной причиной остановки двигателя является срыв пламени в результате переобогащения смеси. Такое кажущееся противоречиеобъясняется следующим.

19Г