2,1,3 Особенности этапов запуска.

Уравнение динамики ротора в процессе запуска определяется выражением:

I= М_пу + М_т – М_с , где

I - приведенный к ротору двигателя момент инерции всех вращающихся частей (турбокомпрессора, вала стартера и агрегатов)

М_пу – момент пускового устройства

М_т - момент турбины

М_с - момент сопротивления.

М_с = М_к + М_а + М_тр. , где

М_к – момент компрессора, М_к ≈ с · n²; С = const

М_а - момент привода агрегатов

М_тр. – момент трения.

На пусковых режимах М_а + М_тр ≤ (0,03 ÷ 0,05) М_к.

Поэтому обычно принимают: М_с = М_к

На рис. 9.1 показано изменение моментов, воздействующих на ротор двигателя, при изменении частоты вращения.

Рис. 5 Зависимость моментов, воздействующих на ротор двигателя, от частоты вращения.

Рис. 6.Изменение температуры газов в процессе запуска.

Процесс запуска условно представляют состоящим из 3-х этапов.

На первом этапе (n₁ ≥ n ≥ 0) подача топлива в камеру сгорания не производится и раскрутка ротора осуществляется только пусковым устройством, т.к. в этом диапазоне частоты вращения компрессор не обеспечивает необходимое давление воздуха для устойчивого протекания процесса горения.

n₁ ≈ 10% n_max

На втором этапе (n₂ ≥ n ≥ n₁) раскрутка ротора осуществляется пусковым устройством и турбиной. Температура газов перед турбиной Т₃^* быстро возрастает до максимально допустимой, ограничиваемой сначала устойчивостью компрессора (линия 1 на рис. 5), а затем прочностью лопаток турбины (линия 2).

В процессе запуска для уменьшения времени вывода двигателя на режим малого газа момент турбины увеличивают за счет полного открытия створок выходного сопла и повышения температуры газов перед турбиной.

При частоте вращения n_р ≈ (10÷20)% n_max , момент сопротивления равен М_т , а при n > n_р , М_т > М_с. При этом возможен самостоятельный разгон ротора двигателя. Однако раннее отключение пускового устройства приводит к увеличению времени запуска и снижению надежности двигателя вследствии длительного воздействия повышенных температур на лопатки турбины. Отключение ПУ производится при n₂ ≈ 0,3·n_max , когда избыточный вращающий момент турбины имеет достаточную величину.

При ХПД значение n_к соответствует равенству М_пу = М_с.

На третьем этапе (n_мг ≥ n > n₂) раскрутка ротора осуществляется только турбиной. При выходе двигателя на режим «Малый газ» подача топлива и температура Т₃^* уменьшаются.

Автоматическое регулирование расхода топлива в процессе запуска двигателя осуществляется специальными топливными автоматами запуска (ТАЗ), которые обеспечивают программное увеличение подачи топлива в зависимости от разности давлений Р₂^* - Р₁^* , частоты вращения ротора, либо от времени запуска (здесь Р₂^*, Р₁^* - соответственно полные давления за и перед компрессором).

Располагаемая подача топлива, обеспечиваемая топливным насосом, в диапазоне n′ ≥ n ≥ n₁ возрастает по мере увеличения частоты вращения ротора (линия 3 на рис. .7). При достижении равенства G_т=G_тмг и положении РУД на упоре «Малый газ» располагаемый расход топлива ограничивается регулятором постоянства подачи топлива (линия 4).

Рис..7. Изменение подачи топлива в процессе запуска.

Оптимальная в смысле минимума времени запуска подача топлива при определенных внешних условиях характеризуется кривой 1, проходящей ниже максимально допустимого уровня расхода топлива (линия 2), ограничиваемого устойчивостью компрессора и перегревом лопаток турбины. Подаче топлива, необходимой для работы двигателя на установившихся режимах, соответствует линия 5.

Широко используемые на отечественных двигателях топливные автоматы запуска пневматического типа обеспечивают надежный запуск при широком диапазоне изменения возмущающих воздействий. Поэтому реальная подача топлива (линия 6), обеспечиваемая ТАЗ, всегда меньше оптимальной, что приводит к увеличению времени запуска.

Увеличение подачи топлива в диапазоне n_мг ≥ n ≥ n″ при необходимости обеспечивается автоматически с помощью клапанов дополнительной подпитки. При изменении внешних условий изменяется потребная для оптимального запуска подача топлива. В соответствии с этим должна корректироваться и подача топлива, обеспечиваемая автоматом запуска.