4. Основные способы запуска гтд
Запуск авиационных газотурбинных двигателей можно осуществлять следующим образом:
Наибольшее распространение получили пневматический, турбостартерный и электрический способы запуска.
На современных летательных аппаратах с газотурбинными двигателями тягой более 30 000 Н используются турбостартерные системы запуска с турбокомпрессорными стартерами, работающими на топливе двигателя летательного аппарата, и с турбостартерами ограниченного запаса рабочего тела (воздушными, пороховыми, жидкостными).
Турбокомпрессорный стартер (ТКС) представляет собой сравнительно небольшой газотурбинный двигатель с ограниченной продолжительностью работы (до 90-100 с) в стартерном режиме и мощностью от 50 до 200 кВт.
Впервые в мире ТКС для запуска авиационных ГТД были изготовлены в Советском Союзе в начале 50-х годов.
ТКС запускаются от электрического стартера. После выхода на рабочий режим ТКС раскручивает ротор запускаемого двигателя за счет избыточной мощности, раскручиваемой турбины турбостартера. Основными элементами ТКС являются генератор газа, силовая турбина и редуктор.
Вращающий момент от турбостартера к валу запускаемого двигателя передается:
механическим путем;
через гидромуфту;
за счет газодинамической связи.
Электрический стартер, предназначенный для запуска турбостартера, соединяется с валом турбостартера через фрикционную муфту и муфту свободного хода.
Достоинством турбостартера по сравнению с другими системами запуска является:
сравнительно небольшой расход энергии на запуск самого стартера, а следовательно, и большая автономность системы;
возможность получения при небольших габаритах стартера значительной мощности, что обеспечивает ускоренный запуск двигателя;
отсутствие специального рабочего тела, так как ТКС работает на том же топливе, что и основной двигатель.
Однако использование турбостартеров усложняет производство и эксплуатацию ГТД, увеличивает общее время запуска, так как ко времени запуска ГТД добавляется время запуска турбостартера.
Системы запуска с электрическими стартерами отличаются:
простотой устройства и управления;
надежностью в работе;
обеспечивают многократное повторение запуска;
имеют сравнительно небольшие габариты и массу по отношению к развиваемой мощности.
Операции запуска легко автоматизируются. Однако область эффективного использования электрических систем запуска ограничиваются сейчас выходной мощностью 18 кВт, а в отдельных случаях 40 кВт, так как для данных систем характерно значительное увеличение их массы с увеличением их мощности. Поэтому для двигателей с большой тягой электрические системы запуска менее пригодны, чем системы запуска с турбостартерами.
Необходимо отметить, что большинство летательных аппаратов имеют на борту электрические системы запуска. На легких самолетах и вертолетах эти системы используются для запуска основных ГТД, а на средних и тяжелых - для запуска ГТД вспомогательных силовых установок, которые в свою очередь запускают основные ГТД летательного аппарата.
Для запуска ГТД на летательных аппаратах применяются электрические стартеры и стартеры-генераторы четырех типов:
стартеры прямого действия типа СТ;
стартеры-генераторы типа ГСР-СТ; у них якорь машины соединен с приводом ГТД через двухскоростной редуктор;
стартеры-генераторы типа СТГ со встроенным планетарным двухскоростным редуктором;
обычные самолетные генераторы типа ГСР и ГС, применяемые в стартерном и генераторном режимах с постоянным передаточным числом редуктора, расположенного в приводе ГТД. Своего дополнительного редуктора в этом случае ГСР и ГС не имеют.
Для улучшения коммутации в стартерах и генераторах ГСР имеются дополнительные полюсы, а в СТГ и ГС еще и дополнительная компенсационная обмотка. Это позволяет в широком диапазоне нагрузок иметь удовлетворительную коммутацию как в стартерном, так и в генераторном режиме.
Стартеры прямого действия, в соответствии с рис. ___, представляют собой электрические двигатели смешанного возбуждения, расчитанные на повторно-кратковременный режим работы.
Основное возбуждение создается последовательной обмоткой, а параллельная обмотка служит только лишь для ограничения частоты вращения холостого хода. При последовательном возбуждении электродвигатель сравнительно малочувствителен к понижениям напряжения при больших токах, и в то же время более экономично расходует энергию в пусковом режиме, чем при параллельном возбуждении.
При запуске электродвигателя Д через редуктор Р с передаточным отношением (i=3) и механизм сцепления МС соединяются с валом реактивного двигателя АД. В качестве механизма сцепления применяются муфты свободного хода (чаще всего храповые). Эти муфты осуществляют механическое соединение вращающихся частей или позволяют им свободно вращаться друг относительно друга в зависимости от направления передаваемого момента.
Основные преимущества стартеров прямого действия заключаются в простоте устройства и обслуживания, надежности в эксплуатации, сравнительно небольшом времени запуска.
Недостатки стартеров проявляются в том, что электродвигатель стартера должен иметь сравнительно большую мощность, а следовательно, большие габариты и массу; электростартер в полете не используется и после запуска становится мертвым грузом; для питания электродвигателя необходимы аккумуляторы большой емкости.
Наибольшее распространение для запуска современных авиационных газотурбинных двигателей получили системы запуска со стартер-генераторами. Основное преимущество стартер-генераторов состоит в том, что вместо двух агрегатов (стартера и генератора) на двигатель устанавливается один агрегат, который в процессе запуска выполняет роль стартера, а при работе авиадвигателя-генератора, что дает существенную экономию в массе. Стартер-генераторы имеют смешанное или параллельное возбуждение. Механическая связь стартер-генератора с авиадвигателем осуществляется через редуктор с автоматически изменяемым передаточным отношением в соответствии с рис. ___. Применение такого редуктора позволяет лучше использовать мощность стартер-генератора в стартерном режиме.
Редуктор состоит из храповой муфты 6 и роликовой муфты свободного хода 3, вмонтированых во втулку; зубчатых колес 2 и 7, сцепленных с шестернями 8 и 4.
При запуске авиадвигателя вращающий момент передается от стартер-генератора 1 к валу авиадвигателя 5 по стрелке, обозначенной буквой "А". В этом случае вал стартер-генератора вращается быстрее вала ГТД, и храповая муфта находится в зацеплении, а муфта свободного хода расцеплена. Передаточное отношение (больше единицы) определяется числами зубцов шестерен 4 и 7.
После запуска авиационного двигателя стартер-генератор переходит в генераторный режим работы и вращающий момент передается от вала авиадвигателя 5 к стартер-генератору по стрелке, обозначенной буквой "Б". В зацеплении находится муфта свободного хода, а храповая муфта освобождается. Передаточное отношение становится равным единице или меньше ее и определяется числами зубцов 8 и 2.
Таким образом изменение передаточного отношения происходит в зависимости от направления передаваемого момента при неизменном направлении вращения. Редукторы с автоматически изменяемым передаточным отношением размещаются в коробке приводов авиадвигателя или в самом стартер-генераторе. Промышленностью выпускаются стартер-гене-раторы двух серий: ГСР-СТ и СТГ.
