11.3. Конструкция и работа основных агрегатов пусковой системы

11.3.1. Турбокомпрессорный стартер - энергоузел гтдэ-117-1.

Конструкция ГТДЭ-117-1 и его систем

ГТДЭ представляет собой турбовальный двигатель со свободной турбиной, мощность которой через редуктор передается на выводной вал и далее через рессору на привод ВКА.

ГТДЭ имеет, свою электрическую, пусковую систему с электростартером СТ-115Б. Общие сведения о конструкции ГТДЭ и работе его систем приведены ниже.

Конструктивно ГТДЭ выполнен в виде двух сборочных моделей:

а) модуля газогенератора, состоящего из компрессора II, камеры сгорания III, турбины компрессора IV, коробки приводов I;

б) модуля свободной турбины, состоящего из свободной турбины V, выхлопного патрубка VI, редуктора VII и выводного вала VIII.

На коробке приводов I установлены топливно-масляный агрегат с приводом 60 и электростартер (СТ-115-Б) 61, соединенный с ротором турбокомпрессора посредством муфты свободного хода 2, которая отсоединяет электростартер после запуска ГТДЭ. Муфта свободного хода 25 обеспечивает рассоединение редуктора VII от выводного вала после двигателя.

Ротор турбокомпрессора выполнен по двухопорной схеме; передняя опора с шарикоподшипником 3, задняя с роликоподшипником 14. Ротор свободный турбины установлен на двух опорах (подшипники 17 и 20). Рабочее колесо свободной турбины расположено консольно относительно опор.

Компрессор II – одноступенчатый, центробежный.

Состоит из корпуса 5, ВНА 4, профилирующего кольца 6, лопаточного диффузора 7, спрямляющего аппарата 8, крыльчатки компрессора 56 с вращающимся НА 57. Защитная сетка 58 состоит из двух половин, стянутых винтами и служит для предохранения от попадания посторонних предметов на вход в компрессор.

Цилиндрическая часть корпуса 5 является силовым элементом, соединяющим корпус приводов I с корпусом камеры сгорания.

Камера сгорания III – кольцевая, Г-образной формы в продольном сечении и состоит из корпуса камеры 12, жаровой трубы II, топливной крышки 54, форсунки 48. Топливо в крышку 54 подводится через угольник 49, трубку 53 и по каналам и отверстиям в крышке 54 и втулке 10 направляется во внутреннюю полость форсунки 48. Форсунка 48 предназначена для обеспечения требуемого распыла топлива, подаваемого в камеру сгорания. Форсунка 48 устанавливается на вал турбокомпрессора и жестко связана с ним шлицами. Воспламенение топливовоздушной смеси осуществляется двумя воспламенителями 59 с кислородной подпиткой.

Турбина компрессора VI – одноступенчатая, осевая, реактивная состоит из рабочего колеса 37, втулки 38, вала 55, соплового аппарата и корпуса 36.

Рабочее колесо 37 выполнено цельнолитным из жаропрочного сплава и припаяно к сварному узлу, состоящему из вала 55 и втулки 38. Сопловой аппарат имеет 45 и внутреннее 46 кольцо, между которыми расположены пустотелые лопатки 13. Через лопатки 13 проходит часть воздуха после компрессора в жаровую трубу камеры сгорания через отверстия 47.

Свободная турбина V состоит из соплового аппарата 15, корпуса 10 рабочего колеса 34 и припаянного к нему сварного узла, состоящего из вала колеса 34 и припаянного к нему сварного узла, состоящего из вала 31 и втулки 32.

Рабочее колесо 34 отлито из жаропрочного сплава за одно целое с диском и рабочими лопатками. Через вал 31 и далее ведущую шестерню 29 редуктора VП передается крутящий момент от рабочего колеса свободной турбины на выводной вал VIII. Три лопатки соплового аппарата 15-полые и используются для коммуникаций подшипника 14. Литой сопловой аппарат 15 сварен с корпусом 35, воспринимающим радиальные нагрузки от подшипника 14.

Редуктор VII предназначен для снижения частоты вращения свободной турбины и передачи крутящего момента на привод ВКА.

Редуктор выполнен по схеме простой передачи и состоит из корпусов – переднего 21, среднего 23 и заднего 24, трех двойных шестерен перебора 22, ведущей 29 и ведомой 28 шестерен, муфты свободного хода 25.

Муфта 25, в свою очередь, включает наружную 40 и внутреннюю 44 обоймы, внутренний сепаратор 43, пружину 42, наружный сепаратор 41, эксцентриковые ролики 39. В свободном состоянии ролики 39 прижимаются пружиной 42 к внутренней поверхности наружной обоймы 44. Обойма 40 с помощью шлиц соединена с валом VIII. Таким образом, крутящий момент с вала свободной турбины через шестерни 29, 22, 28, внутреннюю обойму 44, заклиненные эксцентриковые ролики 39, наружную обойму 40, муфты 25 передается на выводной вал VIII ГТДЭ.

При достижении выводным валом, а следовательно, и обоймой 40 частоты вращения большей, чем у обоймы 44, ролики 39 расклиниваются и центробежные силы прижимают их к наружной обойме 40, отсоединяя редуктор от выводного вала VIII.

От ведомой шестерни 28 через шестерню 27 передается крутящий момент на трансмиссионный привод регулятора частоты вращения свободной турбины, расположенный в агр. 4030.

Выхлопной патрубок VI предназначен для отвода отработанного газа в атмосферу и обеспечения силовой связи между корпусом опоры ротора турбокомпрессора 36 и корпусом редуктора ГТДЭ 21.

Силовая связь корпусов 36 и 21 осуществляется через обечайку 19. В зоне выхлопного отверстия силовым элементом является стержень 33, проходящий внутри трубки 30, предохраняющий стержень от воздействия выхлопных газов. Внутренний канал выхлопного патрубка образован стенкой 18.

Отверстие выхлопного патрубка на самолете закрыто управляемой заслонкой, которая открывается при работе ГТДЭ по команде АПД.

Коробка приводов агрегатов I предназначена для передачи крутящего момента от электростартера 61 к ротору турбокомпрессора ГТДЭ при запуске и от ротора турбокомпрессора к топливному и масляному насосам агр. 4030 и насосу откачки масла из редуктора.

Коробка приводов состоит из корпуса I, набора цилиндрических и конических шестерен, муфты свободного хода 2 с эксцентриковыми роликами 51.

При запуске электростартер СТ-115Б передает вращение через рессору и конические зубчатые колеса на внутреннюю обойму 42 муфты свободного хода. Внутренняя обойма 52 через ролики 51 заклинена с наружной обоймой 50 муфты. Далее крутящий момент передается через систему зубчатых колес на хвостовик ротора турбокомпрессора. После отключения электростартера частота вращения наружной обоймы 50 становится больше, чем у обоймы 52, происходит рассоединение кинематической цепи электростартера 61 с турбокомпрессором ГТДЭ.

Кинематическая схема ГТДЭ приведена на рисунке.

Масляная система – циркуляционная, открытого типа, предназначена для обеспечения смазки подшипников и зубчатых опор ГТДЭ их охлаждения и удаления частиц износа. Схема масляной системы приведена на рисунке. Масляный агрегат, который является составной частью топливно-масляного агрегата 4030 состоит из следующих узлов:

• блока шестеренных масляных насосов (нагнетающего 10 и двух откачивающих 7,8);

• масляного фильтра 4 с предохранительным и обратным 2 клапанами;

• клапана стравливания воздуха из масломагистрали I.

Привод маслонасосов 10, 7, 8 осуществляется от коробки приводов ГТДЭ. Откачивающий насос 8 предназначен для откачки масла из полости редуктора, устанавливается на приливе корпуса компрессора и получает вращение от ротора турбокомпрессора ГТДЭ через рессору 57а коробки приводов. Подвод масла от редуктора к насосу 8 и отвод его от насоса осуществляется наружными трубопроводами.

Обратный клапан 9, расположенный на входе в маслобак предназначен для предотвращения перетекания масла из маслобака в полость неработающего ГТДЭ.

Масло из маслобака двигателя по внешнему трубопроводу поступает на вход в нагнетающий насос 5 и отрегулированное по давлению на выходе редукционным клапаном 6, пройдя масляный фильтр 4 поступает к узлам смазки ГТДЭ. Редукционный клапан 6 поддерживает расчетное давление масла в линии нагнетания в пределах 2-3 кгс/см². При увеличении перепада давления масла на фильтрующем элементе маслофильтра до 1,1 – 1,5 кгс/см² открывается перепускной клапан 3 и масло поступает в нагнетающую магистраль, минуя маслофильтр 4. Масло, откачиваемое насосами 7, 8, 10, поступает в единую сливную магистраль. Смазка муфты свободного хода (МСХ) выводного вала осуществляется маслом, которое подается из нагнетающей магистрали ВКА через уплотнительную втулку, расположенную по стыку фланцев ГТДЭ и ВКА. Отработанное масло сливается через отверстие во фланце ГТДЭ в полость ВКА.

Расход масла в стартерном режиме – не более 0,08 л за запуск, в режиме энергоузла – не более 0,6 л/ч.

Автоматическая система управления расходом топлива в камере сгорания ГТДЭ обеспечивает выполнение следующих функций:

• управление расходом топлива в камере сгорания при запуске и разгоне;

• ограничение максимальной частоты вращения ротора турбокомпрессора n_тк;

• ограничение максимального расхода топлива;

• ограничение максимальной частоты вращения ротора свободной турбины n_ст при работе в режиме стартера;

• поддержание n_ст = соnst при работе в режиме энергоузла;

• ограничение минимального расхода топлива при сбросе нагрузки в режиме энергоузла;

• выдачи электросигнала на отключение электростартера СТ-115Б;

• прекращение подачи топлива в камеру сгорания по электрическому сигналу.

Агрегаты системы управления расположены в топливном насосе-регуляторе топливомасляного агрегата 4030 и включает:

• топливный насос шестеренчатого типа с пиводом от ротора турбокомпрессора ГТДЭ;

• автомат запуска и разгона (АЗР), обеспечивающий дозирование топлива в зависимости от величины давления воздуха за компрессором на запуске и разгоне;

• центробежный ограничитель частоты вращения ротора турбокомпрессора;

• регулятор частоты вращения ротора свободной турбины, с ограничителями максимального и минимального расхода топлива;

• механизм отклонения электростартера по давлению топлива, пропорциональному n_тк;

• электромагнитный клапан основного топлива (ЭМК ОТ на рис. );

• электромагнитный клапан режима энергоузла ЭМКР для перестройки регулятора частоты вращения свободной турбины на режиме работы ГТДЭ в качестве энергоузла.

Пусковая система ГТДЭ – электрическая. Она предназначена для запуска ГТДЭ или его холодной прокрутки в наземных условиях. Она включает: электростартер СТ-115Б, пусковую топливную систему, систему зажигания в камере сгорания, обратный клапан кислородной подпитки (остальные агрегаты системы кислородной подпитки расположены на самолете).

Управление пусковой системы ГТДЭ осуществляется по командам АПД-99, во взаимодействии с его датчиком частоты вращения ротора турбокомпрессора ДТА-10.

Электростартер СТ-115Б представляет собой двигатель постоянного тока, последовательного возбуждения, закрытого типа. Потребляемый ток электростартером при напряжении 16 вольт и нагрузочном моменте 0,15 кгс.м не более 180 ампер. Электростартер установлен на переходнике коробки приводов ГТДЭ и соединен с коробкой рессорой.

Пусковая топливная система обеспечивает при запуске ГТДЭ, дозирование топлива в камеру сгорания в зависимости от величины давления воздуха за компрессором. В состав ее входят автомат запуска и разгона и механизм отключения электростартера по давлению топлива, пропорционального n_ТК, расположенные в агр.4030, топливная форсунка 48 и элементы системы топливоподачи, рассмотренные выше.

Система зажигания включает агрегат зажигания СК-224-05, два высоковольтных провода и две свечи зажигания СП-54У. Агрегат зажигания предназначен для преобразования напряжения источника питания в напряжение, необходимое для нормального функционирования полупроводниковых свечей зажигания, установленных в пусковых воспламенителях. Он выдает импульсные разряды с частотой 15-45 имп/с и напряжением около 3 киловольт. Агрегат зажигания устанавливается на ВКА. Передача электрических зарядов высокого напряжения от агрегата зажигания к свечам происходит по высоковольтным проводам.

Свечи зажигания СП-54 У предназначены для преобразования импульсов тока высокого напряжения в электрические разряды. Они установлены в пусковых устройствах. Воспламенение распыленного топлива в полости сгорания происходит за счет электрического разряда между центральным и боковым электродом свечи.

Работа пусковой системы ГТДЭ рассматривается ниже.