Запуск гтд на земле

Запуск ГТД на земле требует первоначальной раскрутки одного из его роторов от постороннего источника мощности (стартера), так как самостоятельная работа двигате­ля возможна только при достаточно большой частоте вращения роторов. Эта особенность ГТД объясняется характером протекания крутящих моментов (развиваемого турби­ной и требуемого для раскрутки компрессора) от частоты враще­ния ротора (роторов) двигателя.

При запуске авиационных ГТД, имеющих несколько валов, обычно с помощью стартера производится раскрутка ротора газогенератора (или ротора ТКВД, если газогенератор двухвальный), так как он имеет наименьший (из всех роторов) момент инерции и именно в газогенераторе расположена основная камера сгорания, которая после воспламенения в ней топлива обеспечивает энергией весь процесс приемистости двигателя.,

Запуск гтд на земле - №1 - открытая онлайн библиотека Рис. 45.7

Рассмотрим баланс крутящих моментов одновального газогенератора или ТКВД в двухвальном газогенераторе. На рис. 45.7 показано изменение по частоте вращения РВД момента сопротивления вращению компрессора Запуск гтд на земле - №2 - открытая онлайн библиотека и крутящего момента турбины Запуск гтд на земле - №3 - открытая онлайн библиотека . Изменение момента Запуск гтд на земле - №3 - открытая онлайн библиотека дано при максимальном значении температуры газа перед турбиной Запуск гтд на земле - №5 - открытая онлайн библиотека . Момент сопротив­ления компрессора изменяется примерно пропорционально квад­рату частоты вращения, а величина Запуск гтд на земле - №3 - открытая онлайн библиотека имеет приблизительно линейный характер протекания по частоте вращения ротора, при­чем в области Запуск гтд на земле - №7 - открытая онлайн библиотека турбина крутящего момента (мощно­сти) практически вообще не развивает из-за низких значений степени понижения дав­ления в ней.

Как видно, момент Запуск гтд на земле - №3 - открытая онлайн библиотека становится больше момента Запуск гтд на земле - №9 - открытая онлайн библиотека лишь при значениях частот вращения Запуск гтд на земле - №10 - открытая онлайн библиотека , превышающих так называемую равновесную частоту вращения Запуск гтд на земле - №11 - открытая онлайн библиотека . После этого уже возможна самостоя­тельная раскрутка РВД от турбины. Раскрутка же РВД при Запуск гтд на земле - №12 - открытая онлайн библиотека возможна только с помощью стартера.

Таким образом, первоначальная раскрутка ротора газогенератора ГТД при его запуске на земле возможна только от внешнего источника мощности (стартера), и только после достижения с его помощью частоты вращения, превышающей равновесную, возможна дальнейшая раскрутка ротора до Запуск гтд на земле - №13 - открытая онлайн библиотека за счет избыточной мощности турбины. Включение подачи топлива в камеру сгорания двигателя и его воспламенение при Запуск гтд на земле - №7 - открытая онлайн библиотека не имеют смысла.

На большинстве совре­менных мощных ГТД для запуска используются турбостартеры. Характерной их особенностью является линейное снижение кру­тящего момента стартера Мст по мере роста частоты вращения ротора.

Запуск гтд на земле - №15 - открытая онлайн библиотека Рис. 45.8

На рис. 45.8 показан характер изменения по частоте вращения ротора ГГ крутящих моментов турбины, стартера и момента сопротивления компрессора ГГ. Как видно из этого рисунка, процесс запуска двигателя на земле можно рассматривать состоящим из трех этапов: I – раскрутка ротора только стартером до частоты вращения n1 (индексы «ВД» здесь и далее опускают­ся); II – совместная работа стартера и турбины от частоты вращения n1 до частоты вра­щения n2 > np ; III – отключение стартера и самостоятельная раскрутка ротора за счет тур­бины от частоты вращения n2 до частоты вращения на режиме мало­го газа nМГ. При n = nМГ за счет снижения Запуск гтд на земле - №16 - открытая онлайн библиотека до ее значения на режиме малого газа уста­навливается равновесный ре­жим Мт = Мс.

Для уменьшения времени запуска стартер отклю­чается при такой частоте вращения n2 > nр, когда избы­точная мощность турбины уже достигает значительной величины.

Заштрихованная на рис. 45.8 область, определяемая как Мт + Мст –Мс, соответствует моментам, идущим на раскрутку ротора двигателя при запуске для каждого значе­ния частоты вращения.

По данным статистики величина n1 составляет (20…30)% от nМГ, а n2 равна (70…80)% от nМГ. Реализация рассмотренной программы запуска осуществля­ется автоматикой двигателя, обеспечивающей последовательный переход от одного этапа запуска к другому.

Запуск гтд на земле - №17 - открытая онлайн библиотека Рис. 45.9

В процессе запуска ГТД меняются режимы работы каска­дов компрессоров. На рис. 45.9 показано протекание рабочей линии на характеристике КВД в этом процессе. На I этапе, когда в камере сгорания горения еще нет и Запуск гтд на земле - №16 - открытая онлайн библиотека = Запуск гтд на земле - №19 - открытая онлайн библиотека , рабочая линия на характеристике КВД соответ­ствует кривой 0 – 1. При воспламенении топлива (в начале II этапа запуска) температура Запуск гтд на земле - №16 - открытая онлайн библиотека резко возрастает и рабочая точка к моменту достижения равновесной частоты вращения Запуск гтд на земле - №11 - открытая онлайн библиотека смещается к границе устойчивой работы компрессора (кривая 1– р). В дальнейшем на II и в начале III этапа тем­пература Запуск гтд на земле - №16 - открытая онлайн библиотека поддерживается на максимально возможном уровне из условия устойчивой работы КВД (кривая р–2). В конце III этапа температура Запуск гтд на земле - №16 - открытая онлайн библиотека снижается до ее значения на режиме малого газа (точка МГ).

Как видно, главным фактором, ограничивающим количество подаваемого топлива в камеру сгорания при запуске, является не жаропрочность турбины, а запас устойчивости КВД. При чрез­мерно высоких забросах температуры Запуск гтд на земле - №16 - открытая онлайн библиотека может возникнуть срыв потока в КВД, приводящий к так называемому «горяче­му зависанию», когда, несмотря на рост Запуск гтд на земле - №16 - открытая онлайн библиотека , частота вращения перестает увеличиваться. При недостаточной подаче топлива в камеру сгорания из-за малого значения DМт разгон двигателя в процессе запуска становится вялым и мо­жет наступить «холодное зависание», т. е. прекращение рас­крутки РВД. Все это требует точной дозировки подачи топли­ва на режимах запуска.