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.,

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 и крутящего момента турбины . Изменение момента дано при максимальном значении температуры газа перед турбиной . Момент сопротив­ления компрессора изменяется примерно пропорционально квад­рату частоты вращения, а величина имеет приблизительно линейный характер протекания по частоте вращения ротора, при­чем в области турбина крутящего момента (мощно­сти) практически вообще не развивает из-за низких значений степени понижения дав­ления в ней.

Как видно, момент становится больше момента лишь при значениях частот вращения , превышающих так называемую равновесную частоту вращения . После этого уже возможна самостоя­тельная раскрутка РВД от турбины. Раскрутка же РВД при 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 за счет избыточной мощности турбины. Включение подачи топлива в камеру сгорания двигателя и его воспламенение при не имеют смысла.

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

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 > n_p ; III – отключение стартера и самостоятельная раскрутка ротора за счет тур­бины от частоты вращения n₂ до частоты вращения на режиме мало­го газа n_МГ. При n = n_МГ за счет снижения до ее значения на режиме малого газа уста­навливается равновесный ре­жим М_т = М_с.

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

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

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

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 = , рабочая линия на характеристике КВД соответ­ствует кривой 0 – 1. При воспламенении топлива (в начале II этапа запуска) температура резко возрастает и рабочая точка к моменту достижения равновесной частоты вращения смещается к границе устойчивой работы компрессора (кривая 1– р). В дальнейшем на II и в начале III этапа тем­пература поддерживается на максимально возможном уровне из условия устойчивой работы КВД (кривая р–2). В конце III этапа температура 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 может возникнуть срыв потока в КВД, приводящий к так называемому «горяче­му зависанию», когда, несмотря на рост , частота вращения перестает увеличиваться. При недостаточной подаче топлива в камеру сгорания из-за малого значения DМ_т 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.