Система обеспечивает обогрев агрегатов и трубопроводов в мотогондоле двигателя. В состав системы входит эжектор 3, электромагнитный клапан 6, трубопроводы 4 и 7 и электропроводка 5. Для введения системы в действие производится запуск ВСУ и открывается электромагнитный клапан 6. Горячий воздух, отбираемый от ВСУ, по магистрали 8 питания воздушного стартера 2 и трубопроводам 4 и 7 поступает к активному соплу эжектора 3. Эжектор подсасывает «холодный» воздух из мотогондолы, подогревает его, смешивая с «горячим» воздухом, и уже «теплый» воздух возвращает в мотогондолу. Обтекая коробку приводов 1, маслобак, масляные и топливные агрегаты и трубопроводы, теплый воздух обеспечивает повышение температуры масла и топлива. По завершению обогрева электромагнитный клапан закрывается. Для выравнивания температуры масла в масляной системе выполняется холодная прокрутка двигателя.

12.5.5 - Подготовка воздуха для ВС ГТД

В зависимости от места откуда берется и куда пода¸тся вторичный воздух параметры его по давлению, температуре, «загрязненности» могут не удовлетворять требованию над¸жной работы. В этом случае может потребоваться предварительная «подготовка» воздуха. Подготовка по давлению может производиться только в одну сторону – на уменьшение. Осуществляется это дросселированием потока жикл¸ром или регулирующим устройством (клапаном, заслонкой и т.п.).

Более сложным по выполнению требованием к ВС наддува и охлаждения опор является требование по ограничению концентрации и размеров твердых абразивных частиц в воздухе, поступающем на наддув уплотнений масляных полостей. Это требование связано с необходимостью предотвращения возможного повреждения рабочих поверхностей подшипников упомянутыми абразивными частицами, причем наибольшую опасность для подшипников представляют частицы с размерами 10…15 мкм и более.

Основными источником упомянутых твердых частиц является запыленный атмосферный воздух. Абразивные частицы могут также содержаться и в продуктах износа прирабатываемых покрытий корпусов компрессоров.

Наиболее эффективным способом обеспече- ния чистоты воздуха, поступающего на наддув уплотнений масляных полостей опор, является использование эффекта инерционной сепарации [12.5.9.14], что достигается соответствующим вы-

бором места расположения и конструктивного исполнения мест отбора, а именно:

-каналы для отбора воздуха должны располагаться возможно ближе к втулочным сечениям ГВТ (весьма эффективным в этом смысле представляется отбор через каналы в роторе КВД),

-отверстия для отбора воздуха на деталях статора, по возможности, должны быть расположены

â«тени» крутых изгибов внутренней поверхности ГВТ или защищены установленными спереди от них по потоку специальными экранами.

Кроме этого, весьма эффективным мероприятием по обеспечению чистоты воздуха может оказаться специально организованный перепуск наиболее «запыленного» слоя воздуха с периферии проточной части в сечении за КНД в канал наружного контура (например, по типу ТРДД PW-4084) [12.5.9.15].

Для очистки воздуха от механических частиц могут также применяться т. н. инерционные воздухоочистители, принцип действия которых основан на использовании эффекта инерционной сепарации твердых частиц [12.5.9.16]. Инерционные воздухоочистители подразделяются на инерционные воздухоочистители конфузорного (баллисти- ческого), жалюзийного и циклонного типов [12.5.9.17]. В воздухоочистителях конфузорного (баллистического) и жалюзийного типа сепарация частиц происходит в осесимметричном или плоском потоке. В воздухоочистителях циклонного типа - в спирально-закрученном потоке воздуха. Применение в системах наддува опор ГТД всевозможных фильтров является крайне нежелательным ввиду их высокого гидравлического сопротивления, а также существующей опасности загрязнения или обмерзания фильтрующих элементов.

Подготовка ВП по температуре заключается, как правило, в охлаждении воздуха в теплообменных устройствах. В качестве теплообменных устройств чаще всего применяются ВВТ. Охлаждающим воздухом служит воздух наружного контура двигателя (для ТРДД), для промышленных ГТД может использоваться воздух от первых ступеней компрессора или забираемый из атмосферы. В последнем случае продувка теплообменника охлаждающим воздухом осуществляется при помощи вентиляторов с электроприводом. ВВТ такого типа получили название «Аппарат воздушного охлаждения» (АВО) (см. Рис. 12.5.5_1). ВВТ, применяемые в воздушных системах ГТД, по конструкции делятся в основном на два типа: трубчатые и пластинчатые. (Подробнее о конструкции и работе теплообменников см., например, в [12.5.9.5]). Трубча- тые ВВТ, чаще всего применяются при более

высоких, а пластинчатые ВВТ - при более низких (порядка 300°С и менее) значениях температурных напоров. Пример конструктивного исполнения авиационного пластинчатого ВВТ представлен на Рис. 12.5.5_2.

Воздухо-воздушные теплообменники для ГТД разрабатываются и поставляются, как правило, фирмами, специализирующимися на такого рода продукции. Среди них можно выделить:

-Научнопроизводственное объединение «Наука», Россия.

-Производственноконструкторское объединение «Теплообменник», Россия.

-Научнопроизводственный центр «Анод», Россия.

-«HS Marston Aerospase Limited», Великобритания.

-«Serck Aviation», Великобритания.

Рисунок 12.5.5_2 - Пластинчатый ВВТ. (Из рекламных материалов производственноконструкторского объединения «Теплообменник», Россия)

12.5.6 - Особенности ВС наземных ГТУ

Воздушные системы наземных газотурбинных установок, созданных на базе авиационных ГТД, могут иметь отличия в конфигурации и параметрах некоторых локальных воздушных систем, обусловленных как особенностями конструкции ГТУ, так и особенностями конкретного объекта применения, например: измененную систему отбора воздуха на нужды объекта применения, дополнительную систему охлаждения силовой турбины, дополнительную систему перепуска газа за турбиной газогенератора двигателей с целью облегчения их запуска и т.д. Одним из важнейших требований, предъявляемых к наземным ГТУ, является требование по сохранению работоспособного состояния последних после т.н. аварийных остановов (АО), которые происходят по причинам, не связанным с отказами двигателя. При возникновении аварийных ситуаций в системах объекта применения (ГТЭС, ГПА и т.п.) АО ГТУ может выполняться практически с любого режима работы двигателя, включая максимальный.

В этом случае, вследствие прекращения работы системы охлаждения двигателя, может возникнуть значительный перегрев деталей опор, особенно «горячих» опор турбин [12.5.9.8]. Это, в свою очередь, может привести к развитию процесса интенсивного отложения продуктов термического разложения масла на внутренних поверхностях масляных полостей опор, а также в каналах и жиклерах подвода масла к подшипникам, вплоть до их полного «перекрытия».

Для предотвращения этого явления в системах наддува и охлаждения опор некоторых наземных ГТУ предусмотрена возможность их охлаждения непосредственно после АО воздухом, который на- чинает подаваться от внешнего автономного источ- ника в полости наддува или непосредственно в масляные полости [12.5.9.18]. Охлаждение опор от внешнего автономного источника может производиться также и после нормального останова ГТУ.

12.5.7 - Агрегаты ВС

В воздушных системах двигателей для регулирования подачи воздуха применяются перекрывающие устройства в виде заслонок и клапанов. Заслонка – это агрегат, в котором перекрытие воздушного канала происходит при повороте запорного элемента. В клапане канал перекрывается за сч¸т поступательного движения запорного элемента (см. Рис. 12.5.7_1).

Срабатывание заслонок и клапанов происходит автоматически или по специальной команде. В первом случае источником энергии (усилия) для перемещения запорного элемента является давление подаваемого воздуха; во втором – для этого чаще всего используется внешнее усилие, создаваемое приводом. Агрегаты с приводом наиболее распространены в воздушных системах.

По типу привода запорного элемента заслонки и клапаны можно подразделить:

-на электроприводные, имеющие привод от электродвигателя (электромеханические заслонки) или от электромагнита (электромагнитные клапаны);

-на пневмоприводные, имеющие привод от пневмоцилиндра;

-на гидроприводные, имеющие привод от гидроцилиндра.

Выбор в пользу заслонки или клапана, нали- чия привода и его типа зависит от большого числа факторов: параметров воздуха в магистрали; условий размещения агрегата (величина окружающей температуры, допускаемые габариты, уровень вибраций и т.д.); требований по пропускной способности и герметичности, алгоритму управления, времени срабатывания, надежности, эксплуатационной технологичности, массе.

На двигателях заслонки и клапаны устанавливаются в магистралях с диаметром проходного се- чения от 2 до 150 мм и более при давлении воздуха до 40 кгс/см2 и температуре до 650°С. При этом температура окружающей среды может повышаться до 350…400°С.

При диаметре магистралей менее 30…40 мм обычно применяют только клапанные перекрывающие устройства (из-за конструктивной сложности реализации заслонок малых размеров), а при больших диаметрах используют как клапаны, так

èзаслонки.

Âзаслонках, по сравнению с клапанами, можно получить меньшие потери давления при одинаковом проходном сечении, однако клапанные устройства могут быть выполнены более герметичными.

Âмагистралях с относительно большими размерами проходного сечения и невысокими параметрами подаваемого воздуха могут устанавливаться заслонки жалюзийного типа, в которых имеется несколько параллельно расположенных запорных элементов. Такое решение позволяет уменьшить габаритные размеры агрегата.

Бесприводные (автоматические) воздушные клапаны имеют малые массу, габариты и наиболее просты по конструкции. Они могут надежно работать при высоких температурах подаваемого воз-

Рисунок 12.5.7_1 - Схемы перекрывающих устройств а – заслонка; б – клапан; 1 – корпус; 2 – запорный элемент

духа и окружающей среды. Примерно такими же качествами обладают пневмоприводные агрегаты. Агрегаты с гидроприводом незначительно проигрывают по массе и габаритным размерам, но допускаемая температура эксплуатации у них ниже из-за возможности коксования рабочей жидкости в полостях гидроцилиндра и опасности термического повреждения резиновых уплотнительных колец. Электроприводные агрегаты имеют наибольшую массу и более ж¸сткие температурные ограничения. Вместе с тем, они не нуждаются в дополнительных командных узлах и трубопроводах для обеспечения подвода и отвода рабочей жидкости или воздуха в гидроили пневмоцилиндры агрегатов.

Перечисленные качества дают только общее представление о преимуществах и недостатках заслонок и клапанов. Конкретные конструкции агрегатов могут иметь заметные отличия в свойствах. Особенно это касается таких свойств и характеристик, как надежность, эксплуатационная технологичность, масса. Если обратиться к современным двигателям, то наиболее широко в воздушных системах применяются гидро- и пневмоприводные заслонки и клапаны; бесприводные и электроприводные агрегаты устанавливаются реже.

Для изготовления деталей заслонок и клапанов в зависимости от рабочих температур приме-

Рисунок 12.5.7_2 – Электромеханическая заслонка (открытое положение)

1 – электропривод; 2 – корпус;

3 – вал; 4 – запорный элемент;

5 – кольцо уплотнительное металлическое

няются легированные стали, сплавы на никелевой основе и титановые сплавы.

Примеры конструктивного исполнения заслонок и клапанов приведены на Рис. 12.5.7_2, 12.5.7_3, 12.5.7_4, 12.5.7_5.

На Рис. 12.5.7_2 показана электромеханическая заслонка, содержащая электропривод 1 (электродвигатель и редуктор), установленный на корпус 2. В цилиндрическом канале корпуса на валу 3 размещен запорный элемент (собственно заслонка) 4. Соединение вала 3 с запорным элементом и валом электропривода выполнено с помощью шлиц. Запорный элемент имеет круглую форму и канавку по периметру, в которой установлено металлическое уплотнительное кольцо 5 для уменьшения перетечек воздуха через закрытую заслонку. Наклон оси вала позволяет расположить его верхнюю опору в области более низкого давления (при закрытой заслонке) и тем самым уменьшить возможные утечки воздуха в окружающую среду. Для открытия или закрытия заслонки подается электропитание на электродвигатель, который через редуктор поворачивает запорный элемент на ~ 90°. В конце

Рисунок 12.5.7_3 – Гидроприводная заслонка (открытое положение)

1 – тяга; 2 – гидроцилиндр; 3 – поршень; 4 – вал; 5 – запорный элемент; 6 – корпус

поворота происходит замыкание контактов встроенных в электропривод микровыключателей и выдается электрический сигнал об открытии или закрытии заслонки.

На Рис. 12.5.7_3 представлена гидроприводная заслонка, в состав которой входит двусторонний гидроцилиндр 2 с поршнем 3, корпус 6, запорный элемент (заслонка) 5 и вал 4. Заслонка имеет круглую форму, установлена с минимальными зазорами в цилиндрическом канале корпуса и закреплена на валу 4 с помощью штифтов. На верхнем конце вала выполнен рычаг, который через тягу 1 соединен с поршнем гидроцилиндра. Открытие или закрытие заслонки обеспечивается подачей топлива с высоким давлением в одну из полостей гидроцилиндра при одновременном сообщении другой полости с линией низкого давления. При этом происходит перемещение поршня в сторону полости с низким давлением и поворот запорного элемента на ~ 90°.

Гидроприводные заслонки, как и электри- ческие, могут быть выполнены с наклоном вала

èс уплотнением запорного элемента, а также иметь электрическую сигнализацию открытого

è(или) закрытого положений. В некоторых заслонках запорные элементы, устанавливаемые в цилиндрический канал, имеют эллиптическую форму

èизготавливаются за одно целое с валом. Для обеспечения сборки таких заслонок корпус выполняется разъемным. Вместо двусторонних могут применяться односторонние цилиндры с пружи-

Рисунок 12.5.7_4 – Пневмоприводной клапан (открытое положение)

1 – пневмоцилиндр; 2 – поршень; 3 – кольцо направляющее графитовое; 4 – кольцо уплотнительное графитовое; 5 – пружина; 6 – корпус; 7 – тарелка

ной, возвращающей поршень в исходное положение. Для снижения трения при повороте вала в заслонках могут использоваться подшипники качения игольчатого или шарикового типа. Пневмоприводные заслонки в целом не отличаются от гидроприводных, за исключением того, что вместо гидроцилиндра устанавливается пневмоцилиндр.

На Рис. 12.5.7_4 изображ¸н пневмоприводной клапан, который состоит из пневмоцилиндра 1 одностороннего действия с поршнем 2 и пружиной 5, корпуса 6 и запорного элемента 7 в виде тарелки, шток который соедин¸н с поршнем. Уплотнение поршня выполнено с помощью графитового кольца 4; второе графитовое кольцо 3 используется как направляющее. Под действием пружины клапан находится в нормально открытом (верхнем) положении. Пружинная (штоковая) полость пневмоцилиндра сообщается с окружающей средой. Для открытия клапана в поршневую полость подается силовой воздух, под давлением которого поршень перемещается

вниз до упора тарелки в седло на корпусе. При стравливании воздуха из пневмоцилиндра пружина перемещает запорный элемент в верхнее (открытое) положение. Открытию клапана может также способствовать давление воздуха в магистрали, действующее на тарелку снизу.

Воздушный автоматический клапан представлен на Рис. 12.5.7_5. Клапан состоит из крышки 8, выполненной за одно целое с радиальной опорой 7, корпуса 4, запорного элемента 3 и пружины 2. Пружинная полость клапана сообщена с окружающей средой. Уплотнение между запорным элементом и радиальной опорой выполнено с помощью упругих металлических колец 5 и 6. Пружина обеспечивает открытое (левое) положение клапана, при котором запорный элемент упирается в торцевую опору 1 на корпусе. При подаче воздуха через клапан, когда перепад давления на запорном элементе достигает определ¸нного значения, происходит сжатие пружины и перемещение запорного элемента вправо до упора в седло на крышке – клапан закрывается. При снижении давления в полости клапана, когда перепад давления воздуха на запорном элементе упад¸т до величины несколько меньшей, чем при закрытии – пружина открывает клапан. Разница в величине перепадов давления, при которых открывается и закрывается клапан, объясняется действием сил трения.

В приведенных примерах каждая заслонка или клапан имеют один вход и один выход для рабоче- го воздуха. Вместе с тем, применяются перекрывающие устройства, в которых рабочий воздух может подводиться попеременно через два входа

èотводиться через один выход или, наоборот, подводиться через один вход и отводиться через два выхода. Пример одного из таких устройств – пневмоприводного клапана, обеспечивающего попеременный отбор воздуха в ПОС воздухозаборника двигателя от высокой и низкой ступеней КВД, показан на Рис. 12.5.7_6.

Клапан содержит корпус 4 с фланцем 10 для отвода воздуха, установленные соосно на корпусе фланцевые патрубки 1 и 9 для подвода воздуха от высокой и низкой ступеней, выполненные за одно целое с неподвижными поршнями 3 и 7, подвижный цилиндр 5 с герметичной перегородкой 11, являющийся запорным элементом, и пружину 6. Поршни уплотнены графитовыми кольцами 12 и 15

èимеют направляющие графитовые кольца 13 и 14. На остановленном двигателе, а также на низких режимах его работы, поршневая (П) и штоковая

(Ш) полости пневмоцилиндра сообщены через штуцеры 2 и 8 с окружающим воздухом, и пружина удерживает запорный элемент в крайнем левом