Электрические системы запуска ГТД и системы зажигания топлива

1.

Тема № 11. Электрические устройства систем запуска силовых установок
Гр. занятие № 21. Электрические системы запуска ГТД и системы
зажигания топлива.

2.

Учебные цели занятия
ЗНАТЬ:
- состав системы запуска двигателей;
- особенности автономного запуска двигателя;
- системы зажигания топлива.
Отводимое время на занятие 90 минут

3.

Учебные вопросы занятия
1. Состав систем запуска. Способы запуска ГТД.
2. Особенности автономного запуска авиадвигателей.
3. Система зажигания топлива.
Литература на самоподготовку
1. В.Д. Константинов, И.Г. Уфимцев, Н.В. Козлов "Авиационное
оборудование самолётов", стр. 85…103.
2. П.И. Чинаев "Авиационное оборудование самолётов", стр. 137…154
3. А.С. Тырченко, Н.Н. Точилов, М.М. Ногас, В.М. Блувштейн
"Авиационное оборудование вертолётов«, стр. 80…86.

4.

ВОПРОС 1
Состав систем запуска. Способы запуска ГТД

5.

Состав системы запуска силовой установки:
пусковые топливные устройства;
система зажигания (поджига) топлива;
стартёр;
система
запуска;
автоматического
управления
процессом
источник энергии для приведения в действие всех
элементов системы запуска

6.

Структурная схема системы запуска авиадвигателя с
помощью двухкаскадного стартера

7.

Способы запуска газотурбинных двигателей
Способы запуска ГТД
1. по способу электропитания стартёра:
аэродромный источник электропитания;
автономный источник электропитания.
2. по способу раскрутки ротора авиадвигателя:
электростартёр СТГ;
воздушный стартёр СВ;
турбокомпрессор (небольшой ГТД мощностью около 100кВТ).
7

8.

По способу управления электрическими стартёрами
Частота вращения электрического стартёра n и потребляемый ток
якоря IЯ определяются следующими формулами:
где U – напряжение питания стартёра; IЯ – ток якоря;
RЯ – сопротивление цепи якоря; Ф – магнитный поток, создаваемый
обмоткой возбуждения; С – постоянный коэффициент (конструктивная
постоянная).
Изменение частоты вращения стартёра n и потребляемого тока IЯ в
процессе запуска можно осуществить путём изменения напряжения
питания U, сопротивления якоря цепи RЯ и магнитного потока
возбуждения Ф.
8

9.

Методы управления электрическими стартёрами.
Структурная схема системы запуска
9

10.

Методы управления электрическими стартёрами
а – электрическая схема электростартера
б – зависимость Iя и n от времени
10

11.

Методы управления электрическими стартёрами
Прямой (безреостатный) пуск стартера;
Реостатный пуск стартёра;
Ступенчатое увеличение напряжения питания электрического
стартера;
Ступенчатое уменьшение магнитного потока возбуждения Ф;
Плавное увеличение напряжения питания U электрического
стартера;
Плавное уменьшение магнитного потока возбуждения Ф.
11

12.

Методы управления электрическими стартёрами
Прямой (безреостатный) пуск стартера
Стартер напрямую подключается на
U источника питания.
Применение:
- в системах запуска поршневых двигателей;
- в системах запуска турбостартеров.
полное
напряжение
12

13.

Методы управления электрическими стартёрами
Реостатный пуск стартёра
В такой схеме запуска, с целью ограничения тока и вращающего
момента стартера в начале запуска последовательно в цепь якоря
включается пусковой резистор RП во избежание поломки редуктора при
выборе люфтов.
Подобное управление осуществляется с помощью контактора К1,
который после выбора люфтов в системе передач шунтирует RП.
13

14.

Реостатный пуск стартёра
14

15.

Методы управления электрическими стартёрами
Ступенчатое увеличение напряжения питания электрического стартера
Выполняется с целью уменьшения неравномерности потребляемого
стартером тока. Двухступенчатое изменение напряжения питания
достигается переключением аккумуляторных батарей АБ1 и АБ2 с
параллельного соединения на последовательное с помощью контакторов
К2 и КЗ. В результате ток якоря резко увеличивается и происходит
увеличение частоты вращения стартера.
15

16.

Методы управления электрическими стартёрами
Ступенчатое уменьшение магнитного потока возбуждения Ф.
Неравномерность потребления тока уменьшается в результате
включения последовательно в цепь параллельной обмотки возбуждения
дополнительного резистора RД путем размыкания контактов К4 или
путем отключения параллельной обмотки WВ с помощью контактов К5
при смешанном возбуждении стартера.
16

17.

Методы управления электрическими стартёрами
Плавное увеличение напряжения питания U электрического стартера.
Плавное уменьшение магнитного потока возбуждения Ф
Выполняется с помощью угольного регулятора тока (РУТ, РУГ).
Регулятор изменяет сопротивление угольного столба в цепи обмотки
возбуждения WВ электрического стартера.
По сравнению с ранее рассмотренными методами управления
электрическими стартерами эти методы:
- обеспечивают наибольший КПД систем запуска;
- более сложны с точки зрения их практической реализации.
Применяются, при запуске мощных авиадвигателей.
17

18.

Методы управления электрическими стартёрами
а – электрическая схема электростартера
б – зависимость Iя и n от времени
18

19.

Программы запуска ГТД
Управление программой запуска газотурбинных двигателей
можно осуществлять:
в функции времени
(когда операции по запуску выполняются
определённые интервалы времени);
в
функции
авиадвигателя;
скорости
(частоты)
через
вращения
строго
ротора
в функции определённой комбинации времени и скорости
(когда часть операций выполняется в зависимости от времени, а
часть – в зависимости от скорости вращения).
19

20.

Программы запуска ГТД
Наибольшее применение находят программы управления процессом
запуска, в которых сигналы управления формируются по частоте
вращения и дублируются по времени.
Команда на срабатывание исполнительного элемента формируется в
аппаратуре управления по тому сигналу, который приходит первым.
Управление в функции времени осуществляется с помощью
автоматов времени, в качестве которых используются:
- электродвигательные автоматы времени;
- электронные автоматы времени.
20

21.

Структурная схема электродвигательного автомата времени
21

22.

Электродвигательный автомат времени
Основные элементы электродвигательного автомата времени:
ЭД
Электрический двигатель постоянного тока
Червячный или шестеренчатый редуктор
Профилированные диски (кулачки)
Р
Д
На валу автомата времени имеется диск, положение которого регулируется
винтом с целью регулирования начала работы автомата времени.
Для стабилизации частоты вращения электродвигателя автомата времени
используется центробежный регулятор,
22

23.

Электродвигательный автомат времени
Основные элементы электродвигательного автомата времени:
- электрический двигатель ЭД постоянного тока с параллельным
возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов типа Д-2Р, Д-2ТР с
электротормозом и центробежным регулятором частоты вращения;
- редуктор Р червячный или шестеренчатый с одной или двумя скоростями
отработки программы.
(Изменение скорости отработки программы необходимо для быстрого
возвращения всех элементов автомата в исходное положение при неудавшемся
запуске и осуществляется с помощью электромагнита ЭМ при замыкании
контактов реле Р2);
- профилированные диски (кулачки).
(Обеспечивают в соответствующие моменты времени размыкание или
замыкание контактов микровыключателей MB в цепи управления
промежуточными реле, которые, в свою очередь, выключают или включают
различные исполнительные элементы).
23

24.

Структурная схема электродвигательного автомата времени
24

25.

Функциональная схема электронного автомата времени
Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств,
обладающих способностью длительно находиться в одном из двух
устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних
сигналов.
Триггер
Усилитель
25

26.

ВОПРОС 2
Особенности автономного запуска
авиадвигателей

27.

Запуск авиадвигателя электрическими стартерами должен
осуществляться в любых условиях эксплуатации, в минимальные сроки.
Для надежного действия систем запуска важное значение имеет
состояние источников электрической энергии, особенно аккумуляторных
батарей, исправность всех элементов системы запуска и их соединений, а
также соблюдение расчетного повторно-кратковременного режима
работы
Аккумуляторные батареи, используемые для автономного запуска,
должны быть полностью заряжены, их температура должна находиться
в установленных пределах.

28.

При автономном запуске ГТД ЛА с несколькими авиационными
двигателями от бортовых аккумуляторных батарей следует запускать
только один ГТД, остальные запускаются от бортовой сети, к которой
подключен генератор работающего авиационного двигателя и
аккумуляторные батареи.
В случае неудавшейся попытки запуска повторный запуск
производится лишь после полной остановки и предварительной
холодной прокрутки авиадвигателя.

29.

ВОПРОС 3
Система зажигания топлива

30.

Система зажигания является частью системы запуска двигателя и
предназначена для воспламенения топливовоздушной смеси в основных
и форсажных камерах сгорания ГТД.
В зависимости от назначения различают пусковые и рабочие
системы зажигания.
Для зажигания топливовоздушной смеси используют следующие
виды электрических разрядов:
искровой разряд;
разряд по поверхности полупроводника;
разряд по металлизированной поверхности диэлектрика.

31.

В соответствии с видом электрического разряда системы зажигания
разделяются на две группы:
высоковольтные искровые, в них используется разряд между
электродами свечи, расположенной в камере сгорания, к электродам
свечи подводится напряжение 15—20 кВ;
низковольтные с полупроводниковыми свечами; воспламеняющие
топливовоздушную смесь посредством разряда вдоль поверхности
полупроводника, к электродам которого подводится напряжение 2—5 кВ;
низковольтные
с
низковольтный разряд
изолятора.
эрозионными
свечами,
использующие
вдоль поверхности металлизированного

32.

В соответствии с типом источника высокого напряжения системы
зажигания можно разделить на два вида:
системы с индукционной (пусковой) катушкой, первичная обмотка
которой питается постоянным током напряжением 28 В;
системы с трансформатором, первичная обмотка которого питается
переменным током напряжением 115 В.
Система зажигания топлива включает в себя:
агрегат зажигания;
высоковольтные экранированные провода;
запальные свечи;
аппаратуру управления.

33.

Принципиальная схема агрегата зажигания

34.

Полупроводниковая свеча:
1 – корпус; 2 – стержень; 3 – кожух; 4 – изолятор;
5 – слой полупроводника; 6 – центральный электрод.