Газотурбинный двигатель содержит электрический стартер-генератор, ротор которого приводится во вращение валом компрессора высокого давления и статор которого установлен на промежуточном картере газотурбинного двигателя. Стартер-генератор закрыт герметичным корпусом, установленным в переднем отсеке газотурбинного двигателя, который находится внутри промежуточного картера и который содержит масло. В герметичный корпус стартера-генератора подается воздух под давлением. Герметичный корпус содержит первые средства соединения с электрическими кабелями, проходящими в конструктивных стойках промежуточного картера. При этом первые средства соединения являются герметичными и расположены внутри камеры, ограниченной корпусом и промежуточным картером и питаемой воздухом под давлением. Стартер-генератор содержит наружный цилиндрический элемент, образующий опору статора, внутренний цилиндрический элемент, коаксиальный с наружным цилиндрическим элементом и образующий опору ротора, и кольцевые крышки, закрепленные на осевых концах наружного цилиндрического элемента и взаимодействующие с внутренним цилиндрическим элементом. На наружном цилиндрическом элементе корпуса установлены изогнутые средства соединения обмоток статора с электрическими кабелями, выходящие в осевом направлении наружу корпуса. Изобретение направлено на облегчение установки и демонтажа встроенного стартера-генератора и упрощение его соединения с электрическими кабелями питания или распределения тока. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение касается газотурбинного двигателя, такого как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, оборудованного электрическим генератором, образующим стартер и установленным в газотурбинном двигателе в осевом направлении, а также стартера-генератора для газотурбинного двигателя такого типа.

В патенте ЕР-А-1382802 предложен газотурбинный двигатель, оборудованный встроенным стартером-генератором, при этом стартер-генератор установлен в отверстии одного или нескольких дисков с подвижными лопатками компрессора газотурбинного двигателя.

Задачей настоящего изобретения является, в частности, усовершенствование такого типа газотурбинного двигателя за счет облегчения установки и демонтажа встроенного стартера-генератора и упрощения его соединений с электрическими кабелями питания или распределения тока.

В этой связи объектом изобретения является газотурбинный двигатель, содержащий электрический стартер-генератор, ротор которого приводится во вращение валом компрессора высокого давления и статер которого установлен на промежуточном картере газотурбинного двигателя, при этом стартер-генератор закрыт герметичным корпусом, установленным в переднем отсеке газотурбинного двигателя, который находится внутри промежуточного картера и который содержит масло, при этом в герметичный корпус стартера-генератора подается воздух под первые средства соединения с электрическими кабелями, проходящими в конструктивных стойках промежуточного картера, при этом первые средства соединения являются герметичными и расположены внутри камеры, ограниченной корпусом и промежуточным картером и питаемой воздухом под давлением.

Расположение в соответствии с изобретением стартера-генератора в переднем отсеке газотурбинного двигателя между компрессором низкого давления и компрессором высокого давления позволяет устанавливать и снимать стартер-генератор путем осевого поступательного перемещения с передней части газотурбинного двигателя, что облегчает операции обслуживания и сокращает их продолжительность.

Кроме того, такое расположение позволяет прокладывать в конструктивных стойках промежуточного картера электрические кабели, соединенные со стартером-генератором, которые являются жесткими кабелями относительно большого сечения.

Поскольку этот передний отсек газотурбинного двигателя содержит масло, установленный в этом отсеке стартер-генератор помещен в герметичный корпус.

Для облегчения электрических соединений стартера-генератора с электрическими кабелями питания/распределения тока этот герметичный корпус окружен камерой, ограниченной промежуточным картером и корпусом и питаемой воздухом под давлением, при этом воздух под давлением может подаваться в герметичный корпус через выполненные в нем впускные отверстия для создания в корпусе высокого давления воздуха, препятствующего попаданию масла.

Герметичный корпус содержит первые средства соединения с электрическими кабелями, проходящими в стойках промежуточного картера, причем эти первые средства соединения герметично проходят через стенку корпуса и расположены внутри камеры, питаемой воздухом под давлением.

Эти первые средства соединения соединены снаружи корпуса со вторыми средствами соединения, герметично проходящими через стенку камеры, питаемой воздухом под давлением, и выходящими наружу этой камеры.

Соединения между первыми средствами соединения, содержащимися в герметичном корпусе, и вторыми средствами соединения находятся, таким образом, в камере, питаемой воздухом под давлением, и защищены от масла, содержащегося в переднем отсеке газотурбинного двигателя.

Предпочтительно первые средства соединения расположены внутри этой камеры параллельно оси ротора и соединены штепсельными разъемами со вторыми средствами соединения.

Это позволяет осуществлять вслепую установку стартера-генератора в газотурбинном двигателе, и электрические соединения реализуются автоматически во время этой установки.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения герметичный корпус стартера-генератора содержит наружный цилиндрический элемент, который образует опору статора стартера-генератора и на котором установлены первые средства соединения, внутренний цилиндрический элемент, образующий опору ротора стартера-генератора, и переднюю и заднюю кольцевые крышки, закрепленные на концах наружного цилиндрического элемента и герметично взаимодействующие с внутренним цилиндрическим элементом через вращающиеся прокладки.

Стартер-генератор в соответствии с настоящим изобретением и его герметичный корпус имеют модульную конструкцию, облегчающую их установку и демонтаж и, кроме того, при операциях обслуживания позволяющую извлекать из переднего отсека внутренний цилиндрический элемент с ротором стартера-генератора, оставляя при этом на месте наружный цилиндрический элемент со статором стартера-генератора.

Объектом настоящего изобретения является также стартер-генератор для газотурбинного двигателя вышеописанного типа, содержащий герметичный корпус, содержащий наружный цилиндрический элемент, образующий опору статора, внутренний цилиндрический элемент коаксиальный с наружным цилиндрическим элементом и образующий опору ротора, и кольцевые крышки, закрепленные на осевых концах наружного цилиндрического элемента и взаимодействующие с внутренним цилиндрическим элементом через вращающиеся прокладки, отличающийся тем, что наружный цилиндрический элемент корпуса содержит изогнутые средства соединения обмоток статора с электрическими кабелями, выходящие в осевом направлении наружу корпуса.

Наружный цилиндрический элемент корпуса содержит кольцевую стенку крепления на промежуточном картере газотурбинного двигателя, а внутренний цилиндрический элемент корпуса содержит кольцевой фланец крепления на приводном валу вращения.

В этом стартере-генераторе внутренний цилиндрический элемент содержит средства крепления постоянных магнитов, а наружный цилиндрический элемент содержит средства крепления обмоток.

Оба цилиндрических элемента содержат каналы для циркуляции охлаждающего масла.

Настоящее изобретение и его другие отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет частичный схематичный вид в осевом разрезе газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 - частичный схематичный вид в осевом разрезе в увеличенном масштабе стартера-генератора, установленного в переднем отсеке газотурбинного двигателя;

Фиг.3 - увеличенный вид средств электрического соединения этого стартера-генератора;

Фиг.4 - вид этих средств соединения в отключенном положении;

Фиг.5 - схематичный вид средств электрического соединения стартера-генератора с силовыми электронными схемами.

На фиг.1 схематично показан промежуточный картер 10 газотурбинного двигателя, такого как двухконтурный турбореактивный двигатель, при этом промежуточный картер находится между компрессором низкого давления, расположенным в передней части и связанным с вентилятором, и компрессором высокого давления, расположенным в задней части и питающим камеру сгорания газотурбинного двигателя.

Промежуточный картер 10 содержит конструктивные стойки 12, которые выполнены радиально в первичном контуре 14 и во вторичном контуре 16 и на наружных концах которых установлен обтекатель вентилятора газотурбинного двигателя.

Промежуточный картер 10 ограничивает изнутри передний отсек 18, в котором установлены передний конец вала 20 компрессора высокого давления и направляющий опорный подшипник 22 этого вала, при этом через отсек 18 в осевом направлении проходит вал 24 турбины, передняя часть которого образует приводной вал для компрессора низкого давления газотурбинного двигателя.

Электрический генератор 26, который может работать также в качестве стартера, установлен в герметичном корпусе 28 внутри отсека 18 и содержит ротор 30, вращаемый валом 20 компрессора высокого давления, и статор 32, установленный на промежуточном картере 10, при этом ротор 30 содержит постоянные магниты, вращающиеся внутри электрических обмоток статора 32.

Эти обмотки соединены с электрическими проводниками 34 распределения тока (работа в режиме генератора) и питания током (работа в режиме стартера), проложенными в конструктивных стойках 12 промежуточного картера 10. Эти проводники соединяют стартер-генератор 26 с силовыми электронными схемами 36, установленными внутри обтекателя вентилятора на выходе промежуточного картера 10.

Электрические проводники 34 являются жесткими кабелями относительно большого сечения (например, порядка 50 мм 2), которые очень трудно или невозможно сгибать и которые следуют вдоль прямолинейных траекторий в конструктивных стойках 12 промежуточного картера. Эти проводники 34 соединены со стартером-генератором 26 и с электронной схемой 36 при помощи изогнутых средств соединения, которые включают первые средства 38 соединения, установленные в герметичном корпусе 28 стартера-генератора 26, вторые средства 40 соединения, установленные в кольцевой стенке 42 промежуточного картера, ограничивающей изнутри первичный контур 14 и охватывающей снаружи передний отсек 18, и третьи средства 44 соединения, установленные на наружных концах конструктивных стоек 12.

В варианте выполнения для соединения стартера-генератора 26 с электронными схемами 36 предусмотрены четыре комплекта первых, вторых и третьих средств 38, 40 и 44 соединения, причем эти четыре комплекта отстоят друг от друга на 90° вокруг оси А газотурбинного двигателя, при этом каждое из третьих средств 44 соединения соединено проводниками вышеуказанного типа с силовыми электронными схемами 36.

Как показано на фиг.2, корпус 28 стартера-генератора 26 содержит внутренний цилиндрический элемент 46, на котором установлены постоянные магниты, образующие ротор 30 стартера-генератора и который установлен с возможностью осевого перемещения на опорном валу 48, установленном на переднем конце вала 20 компрессора высокого давления, при этом корпус 28 содержит также наружный цилиндрический элемент 50, коаксиальный с внутренним цилиндрическим элементом 46, с установленным на нем статором 32 стартера-генератора и переднюю 52 и заднюю 54 кольцевые крышки, закрепленные на осевых концах наружного цилиндрического элемента 50 и герметично взаимодействующие через вращающиеся прокладки 56 с осевыми концами внутреннего цилиндрического элемента 46.

Передний конец внутреннего цилиндрического элемента 46 содержит внутренний кольцевой фланец 58 крепления при помощи винтов на опорном валу 48, неподвижно соединенном с валом 20 компрессора высокого давления. Передняя кольцевая крышка 52 крепится при помощи винтов, доступных спереди, на переднем конце наружного цилиндрического элемента 50 корпуса 28.

В наружном элементе 50 выполнены каналы 60 циркуляции охлаждающего масла, питаемые маслом с переднего конца через трубопровод, соединенный с масляной магистралью, проходящей в отсеке 18. Своими задними концами каналы 60 соединены с системой смазки переднего направляющего опорного подшипника 22 вала 20.

Каналы 66 циркуляции охлаждающего масла выполнены также во внутреннем цилиндрическом элементе 46 и выходят задним концом в отсек 18 со стороны опорного подшипника 22.

Наружный цилиндрический элемент 50 корпуса 28 содержит наружную кольцевую стенку 68 крепления при помощи винтов на кольцевой стенке 42 промежуточного картера 10, при этом кольцевая стенка 68 ограничивает вокруг наружного цилиндрического элемента 50 камеру 70, закрытую с задней стороны кольцевой стенкой 72, связанной с кольцевой стенкой 42 и заканчивающейся на своей внутренней периферии цилиндрической опорной поверхностью, в которую герметично заходит задний конец наружного цилиндрического элемента 50 корпуса 28.

Камера 70, окружающая наружный цилиндрический элемент 50, питается воздухом под давлением из первичного контура 14 через отверстия кольцевой стенки 42, которые выходят в камеру 70. Каналы, выполненные в наружном цилиндрическом элементе 50, выходят внутрь корпуса 28 и подают воздух под давлением внутрь этого корпуса вокруг стартера-генератора, чтобы помешать попаданию масла в корпус 28 из переднего отсека 18 газотурбинного двигателя.

Как показано на фиг.3 и 4, первые средства 38 соединения, установленные в герметичном корпусе 28, и вторые средства 40 соединения, установленные в кольцевой стенке 42 промежуточного картера, выходят в камеру 70 таким образом, чтобы не допустить любого загрязнения электрических соединений между этими средствами соединения маслом, содержащимся в отсеке 18.

В частности, первые средства 38 соединения содержат трубку 74, изогнутую под углом 90° и неподвижно соединенную с наружным цилиндрическим элементом 50 корпуса, при этом изогнутая трубка 74 выходит внутрь корпуса 28 своим радиально внутренним концом и со своего радиально наружного конца закрыта соединителем 76, образующим розетку, закрепленную при помощи винтов на наружном конце трубки 74.

В представленном примере соединитель 76 содержит цоколь из диэлектрического материала, в котором установлены три трубчатых проводника 78, в передние концы которых заходят три проводника 80, соединенные с обмотками статора стартера-генератора, и в задние концы которых должны заходить штырьки 82, установленные в цоколе 84 из диэлектрического материала штепсельного соединителя 86, являющегося частью вторых средств 40 соединения.

Проводники 78 розетки первых средств 38 соединения расположены параллельно оси стартера-генератора 26 так же, как и штырьки 82 штепсельного разъема вторых средств соединения, и находятся на одной линии в осевом направлении с этими штырьками. Размер цоколя 84 штепсельного разъема вторых средств 40 соединения определяют таким образом, чтобы он плотно заходил в розеточный цоколь 76 первых средств 38 соединения. Таким образом, когда наружный цилиндрический элемент 50 с первыми средствами 38 соединения устанавливают на место путем осевого поступательного перемещения от входа к выходу, розеточный цоколь 76 заходит непосредственно на штепсельный цоколь 84 и соединители 76 и 86 автоматически соединяются друг с другом, при этом штырьки 82 заходят в трубчатые проводники 78 соединителя 76.

Во время демонтажа стартера-генератора 26, наоборот, осевое поступательное перемещение наружного цилиндрического элемента 50 от выхода к входу автоматически приводит к разъединению соединителей 76 и 84, как показано на фиг.4.

Вторые средства 40 соединения установлены в кольцевой стенке 42 промежуточного картера 10 и герметично проходят через эту стенку. В основном они состоят из описанного выше штепсельного соединителя 86, который проходит от стенки 42 внутрь камеры 70, и розеточного соединителя 76, идентичного розеточному соединителю первых средств 38 соединения и выходящего наружу кольцевой стенки 42 в первичный контур 14. Оба соединителя 86 и 76 вторых средств 40 соединения соединены между собой наружными кольцевыми фланцами, закрепленными при помощи винтов на кольцевой стенке 42 промежуточного картера со стороны камеры 70.

В трубчатые проводники 78 соединителя 76 вторых средств 40 соединения заходят жесткие проводники 88, в количестве трех, которые установлены в экранирующей оболочке 90 и проходят радиально наружу внутри стойки 12 промежуточного картера.

Своими радиально наружными концами эти проводники 88 соединены (фиг.5) при помощи третьих средств 44 соединения и проводников 34 с силовыми электронными схемами 36, показанными на фиг.1.

Третьи средства 44 соединения содержат трубку 92, изогнутую под углом 90°, на концах которой установлены розеточные соединители 76 описанного выше типа, соединенные между собой внутри трубки 92 при помощи проводников 94.

Установку стартера-генератора производят в следующем порядке:

Сначала на вал компрессора высокого давления газотурбинного двигателя устанавливают опорный вал 48 ротора стартера-генератора;

Затем путем осевого поступательного перемещения от входа к выходу устанавливают на место наружный цилиндрический элемент 50 с задней крышкой 54 и его наружную кольцевую стенку 68 закрепляют на промежуточном картере; электрическое соединение между первыми и вторыми средствами 38, 40 соединения происходит автоматически, как и соединение масляного трубопровода для смазки опорного подшипника 22;

После этого производят соединение средств подачи масла в каналы 60 наружного цилиндрического элемента 50;

Затем путем осевого поступательного перемещения в направлении от входа к выходу устанавливают внутренний цилиндрический элемент 46 с ротором 30 стартера-генератора и его кольцевой фланец 58 закрепляют винтами или болтами на опорном валу 48;

После этого устанавливают на место переднюю крышку 52 и закрепляют ее при помощи винтов на наружном цилиндрическом элементе 50.

Стартер-генератор в соответствии с настоящим изобретением имеет следующие преимущества:

Его модульная конструкция облегчает его установку и демонтаж в газотурбинном двигателе;

Статор стартера-генератора, установленный на наружном цилиндрическом элементе 50, может оставаться неподвижным на промежуточном картере во время демонтажа вала компрессора высокого давления в ходе операций обслуживания;

Средства электрического соединения стартера-генератора расположены в находящемся под давлением воздушном отсеке снаружи переднего отсека 18 газотурбинного двигателя;

Соединительные электрические кабели 34 защищены внутри конструктивных стоек 12 промежуточного картера;

Средства 38, 40, 42 соединения предварительно собраны и герметизированы и позволяют использовать экранированные кабели или проводники, которые являются жесткими и прямолинейными и которые нет необходимости сгибать;

Электрические соединения между первыми и вторыми средствами 38, 40 соединения производят вслепую с высокой степенью надежности путем осевого поступательного перемещения.

1. Газотурбинный двигатель, содержащий электрический стартер-генератор (26), ротор (30) которого приводится во вращение валом (20) компрессора высокого давления и статор (32) которого установлен на промежуточном картере (10) газотурбинного двигателя, отличающийся тем, что стартер-генератор (26) закрыт герметичным корпусом (28), установленным в переднем отсеке (18) газотурбинного двигателя, который находится внутри промежуточного картера и который содержит масло, при этом в герметичный корпус (28) стартера-генератора подается воздух под давлением, причем герметичный корпус (28) содержит первые средства (38) соединения с электрическими кабелями (34), проходящими в конструктивных стойках промежуточного картера, при этом первые средства соединения являются герметичными и расположены внутри камеры (70), ограниченной корпусом (28) и промежуточным картером и питаемой воздухом под давлением.

2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что первые средства (38) соединения соединены снаружи корпуса (28) со вторыми средствами (40) соединения, герметично проходящими через стенку (42) камеры (70), питаемой воздухом под давлением, и выходящими наружу этой камеры в конструктивные стойки (12) промежуточного картера.

3. Газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что первые средства (38) соединения расположены внутри камеры (70) параллельно оси ротора и соединены осевыми разъемами со вторыми средствами (40) соединения.

4. Газотурбинный двигатель по п.3, отличающийся тем, что снаружи корпуса первые средства (38) соединения содержат соединитель (76) розеточного типа, соединяемый с осевым штепсельным разъемом соединителя вторых средств (40) соединения.

5. Газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что первые и вторые средства (38, 40) соединения выполнены изогнутыми.

6. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что герметичный корпус (28) содержит наружный цилиндрический элемент (50), который образует опору статора (32) стартера-генератора и на котором установлены первые средства (38) соединения, внутренний цилиндрический элемент (46), образующий опору ротора (30) стартера-генератора, и переднюю и заднюю кольцевые крышки (52, 54), закрепленные на концах наружного цилиндрического элемента (50) и герметично взаимодействующие с внутренним цилиндрическим элементом (46) через вращающиеся прокладки (56).

7. Газотурбинный двигатель по п.6, отличающийся тем, что наружный цилиндрический элемент (50) корпуса содержит кольцевую стенку (68) крепления на промежуточном картере и выполнен с возможностью установки и демонтажа путем осевого поступательного перемещения с передней части отсека (18).

8. Газотурбинный двигатель по п.6, отличающийся тем, что внутренний цилиндрический элемент (46) закреплен своим передним концом на опорном валу (48), вращаемом валом компрессора высокого давления, и выполнен с возможностью установки и демонтажа на этом валу путем осевого поступательного перемещения с передней части отсека (18).

9. Газотурбинный двигатель по п.6, отличающийся тем, что внутренний (46) и наружный (50) цилиндрические элементы корпуса охлаждаются циркуляцией масла.

10. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что герметичный корпус (28) содержит несколько первых средств (38) электрического соединения, соединенных осевым разъемом с несколькими вторыми средствами (40) соединения, установленными на промежуточном картере (10), и третьи средства (42) соединения, установленные на промежуточном картере (10), соединенные при помощи кабелей (34) с силовыми электронными схемами (36), установленными в обтекателе вентилятора газотурбинного двигателя.

11. Стартер-генератор для газотурбинного двигателя по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что содержит герметичный корпус (28), содержащий наружный цилиндрический элемент (50), образующий опору статора, внутренний цилиндрический элемент (46), коаксиальный с наружным цилиндрическим элементом и образующий опору ротора, и кольцевые крышки (52, 54), закрепленные на осевых концах наружного цилиндрического элемента (50) и взаимодействующие с внутренним цилиндрическим элементом (46) через вращающиеся прокладки (56), причем на наружном цилиндрическом элементе (50) корпуса установлены изогнутые средства (38) соединения обмоток статора (32) с электрическими кабелями, выходящие в осевом направлении наружу корпуса.

12. Стартер-генератор по п.11, отличающийся тем, что наружный цилиндрический элемент (50) корпуса содержит кольцевую стенку крепления на промежуточном картере газотурбинного двигателя.

13. Стартер-генератор по п.11, отличающийся тем, что внутренний цилиндрический элемент (46) содержит кольцевой фланец (58) крепления на приводном валу вращения.

14. Стартер-генератор по п.11, отличающийся тем, что внутренний цилиндрический элемент (46) содержит средства крепления постоянных магнитов, образующих ротор стартера-генератора, а наружный цилиндрический элемент (50) содержит средства крепления обмоток, образующих статор стартера-генератора.

15. Стартер-генератор по п.11, отличающийся тем, что внутренний (46) и наружный (50) цилиндрические элементы корпуса содержат каналы (60, 66) для циркуляции охлаждающего масла.

Похожие патенты:

В зависимости от требуемой мощности и условий применения используются различные стартеры, из которых наибольшее распространение получили три типа: электрический, газотурбинный и воздушный.

Электростартер (ЭСТ). Электростартер представляет собой электрический двигатель постоянного тока, питаемый от аккумуляторных батарей или от газотурбинной вспомогательной установки с электрогенератором. Ротор электростартера через зубчатую передачу соединяется при запуске с ротором двигателя. В электростартере при постоянном напряжении питания по мере увеличения n из-за уменьшения силы тока существенно понижается крутящий момент. Силу тока, а, следовательно, и крутящий момент при увеличении n можно повысить, увеличив напряжение питания. Для этого используют переключение аккумуляторных батарей с параллельной схемы на последовательную: в начале запуска осуществляют питание электростартера напряжением 24 В, а затем 48 В. В результате не возникает чрезмерно большой ток в начале запуска и увеличивается мощность стартера при повышенной n. Система питания 24/48 В несколько усложняет аппаратуру включения и приводит к более быстрой разрядке аккуму­ляторных батарей, но позволяет ускорить запуск.

Помимо электростартеров широкое применение нашли электрические стартеры-генераторы, которые на запуске работают как стартеры, а на основных режимах-как генераторы, приводимые от двигателей. Это позволяет иметь один электрический агрегат вместо двух и снизить массу системы. Электростартер, или стартер-генератор, состоит из двух основных узлов: неподвижного статора и вращающегося ротора-якоря.

Возможности электрических устройств сильно расширяются, если в качестве источника питания вместо батарей используется специальный энергоузел (вспомогательная силовая установка), состоящий из электрогенератора, вращаемого небольшим газотурбинным двигателем. Преимуществами подобного способа питания являются неограниченная возможность повторных запусков и уменьшение количества батарей; это во многих случаях оправдывает его недостатки-усложнение системы питания и более длительный запуск двигателя из-за необходимости предварительного вывода на рабочий ре энергоузла.. Роторы электростартера и двигателя соединяются через шестеренчатую передачу, служащую для согласованияих частот вращения. Чтобы соединять роторы при запуске и разъединять их после отключения питания стартера, эта передача включает механизм сцепления-осевую (или центробежную) храповую муфту или обгонную роликовую муфту. Расцепление муфты происходит после выключения электростартера, когда его частота вращения начинает уменьшаться, частота вращения ротора двигателя продолжает возрастать. Газотурбинные стартеры обеспечивают автономность системы запуска, не требуют мощных аккумуляторных батарей, не ограничивают возможную величину пусковой мощности и число последовательных запусков. Недостатком такой системы является ее удорожание, увеличение времени запуска из-за необходимости предварительного запуска и вывода на режим стартера, необходимость применения на каждом двигателе своего сложного и дорогого стартера со всеми его системами.

Воздушный турбостартер. Основным элементом воздушного стартера является воздушная турбина, питаемая сжатым воздухом от вспомогательной силовой установки (ВСУ) или (в многодвигательной силовой, установке) откомпрессора уже работающего двигателя. ВСУ может быть наземной (аэродромной) или бортовой, если требуется автономность запуска. В многодвигательной силовой установке одна бортовая ВСУ обслуживает все двигатели, на которых устанавливаются только воздушные турбины. Лопатки рабочего колеса изготовлены за одно целое с диском. Корпус турбины объединен в одном агрегате с клапаном подвода воздуха, снабженном регулятором постоянного давления, что позволяет поддерживать требуемое давление поступающего воздуха независимо от давления в магистрали.

Турбокомпрессорный стартер. Турбокомпрессорный стартер представляет собой небольшой газотурбинный двигатель, раскручивающий ротор основного двигателя; обычно он расположен в коке (в носке) основного двигателя. Поскольку турбокомпрессорный стартер работает кратковременно, только во время запуска, то к его экономичности требования не предъявляются. Он должен быть компактным, легким, простым, дешевым и обладать быстрым и надежным собственным запуском. Соответственно этим требованиям турбокомпрессорный стартер

выполняют с простыми элементами и низкими параметрами цикла. Запуск турбокомпрессорного стартера производится электростартером, питаемым от аккумуляторных батарей. Так как частота вращения ротора турбокомпрессорного стартера высока (30000-80000 об/мин), то в его конструкцию всегда включен редуктор. Две схемы турбокомпрессорных стартеров приведены на рис. 20.7:

Рис. 20.7. Схемы газотурбинных стартеров:

а -одновальный с гидромуфтой; б - со свободной тур­биной; /-центробежный компрессор; 2- камера сгора­ния; 3-турбина; 4 -редуктор; 5 -гидромуфта; б -вывод­ной валик стартера; 7- свободная турбина; 5-турбина компрессора

Газотурбинный двигатель ВСУ обычно выполняется одновальным с отбором воздуха за компрессором.

Рис. 20,9. Схема газотурбинной вспомогательной силовой установки с отбором сжатого воздуха за компрессором:1-корпус приводов с агрегатами; 2- центробежный комп­рессор: 3--патрубок отбора воздуха с заслонкой; 4- камера сгорания; 5-турбина.

Термины и определения.

Пусковая система ГТД (ПС) (НДП - система запуска ГТД) - совокупность устройств предназначенных для принудительной раскрутки ротора ГТД при запуске.

ПС с непосредственной подачей сжатого воздуха .НДП - система запуска с непосредственно подачей сжатого воздуха) (ПСНП) - пусковая система ГТД, в которой пусковым устройством является турбина компрессора, работающая при его запуске вследствие подачи сжатого воздуха на рабочие лопатки турбины.

Пусковое устройство ПУ) (НДП - стартер) - устройство, предназначенное для принудительной раскрутки ротора ГТД в процессе запуска.

Электростартер Э СТ) - электрический двигатель, используемый в качестве пускового устройства ГТД.

Стартер-генератор (НДП - генератор-стартер) - электрический генератор, используемый в качестве пускового устройства при запуске ГТД.

Турбокомпрессорный стартер (ГКС) - ГТД, используемый в качестве пускового устройства при запуске основного ГТД.

Турбокомпрессорный стартер - энергоузел ГГКСЭ) - ГТД, используемый в качестве пускового устройства при запуске основного ГТД, а также в качестве источника энергии для питания бортовых систем ЛА.

Воздушный турбостартер ГВТС) (НДП - воздушная турбина) - турбина, работающая на сжатом воздухе и используемая в качестве пускового устройства для запуска ГТД.

Несмотря на многообразие систем запуска газотурбинных двигателей, они все имеют стартер, обеспечивающий предварительную прокрутку ротора двигателя, источник энергии, необходимый для работы стартера, устройства, обеспечивающие подачу топлива и зажигание горючей смеси в камерах сгорания, агрегаты, обеспечивающие автоматизацию процесса запуска. Наименование систем запуска определяется типом стартера и источником питания.

К системам запуска предъявляются следующие основные требования, которые направлены на обеспечение:

надежного и устойчивого запуска двигателя на земле в диапазоне температур окружающего воздуха от - 60 до +60 °С. Допускается предварительный подогрев ТРД при температуре ниже - 40 °С, аТВД - ниже - 25 °С;

надежного запуска двигателя в полете во всем диапазоне скоростей и высот полета;

продолжительности запуска ГТД, не превышающей 120 с, а для поршневых 3...5 с;

автоматизации процесса запуска, т. е, автоматического включения и выключения всех устройств и агрегатов в процессе запуска двигателя;

автономности системы запуска, минимальных затрат энергии на один запуск;

возможности многократного запуска;

простоты конструкции, минимальных габаритных размеров и массы, удобства, надежности и безопасности в эксплуатации.

В настоящее время наибольшее применение находят системы запуска, в которых для предварительной прокрутки ротора двигателя используются электрические и воздушные стартеры. Соответственно и системы получили название - электрические и воздушные. Источники энергии стартеров могут быть бортовыми, аэродромными и комбинированными.

Автоматизация процесса запуска двигателей может осуществляться по временной программе независимо от внешних условий, по частоте вращения ротора двигателя и по комбинированной программе, где одни операции выполняются по времени, а другие по частоте вращения.

При выборе типа системы запуска для того или иного двигателя учитываются многие факторы, наиболее существенными из которых являются: мощность стартера, масса, габаритные размеры и надежность системы запуска.

Электрическими системами запуска двигателей называются такие системы, в которых в качестве стартеров используются электродвигатели. Для запуска ГТД применяются электростартеры прямого действия, у которых осуществляется непосредственная связь через механическую передачу с ротором двигателя. Электростартеры рассчитаны на кратковременную работу. В последнее время получили широкое применение стартер-генераторы, которые при запуске двигателя выполняют функцию стартеров, а после запуска - функцию генераторов.

Электрические системы запуска достаточно надежны в работе, просты в управлении, позволяют легко автоматизировать процесс запуска, а также просты и удобны в обслуживании. Они используются для запуска двигателей, имеющих сравнительно небольшие моменты инерции, или когда время вывода их на режим малого газа сравнительно велико. Для запуска двигателей с большими моментами, инерции или при сокращенном времени выхода на режим малого газа требуется увеличение мощности стартеров. Для электрических систем характерно значительное увеличение их массы и габаритных размеров при увеличении мощности стартера, что вызывается как увеличением массы самих стартеров, так и источников питания. В этих условиях массовые характеристики электрических систем могут оказаться значительно хуже других систем запуска.

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;

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.

Безусловно, самым волнительным моментом для нас всех является запуск двигателя.

Ну как же? - кэптэн отважно борется с техникой, напряжённо вглядываясь в дисплеи;
неустрашимый техник пересиливает ужас ревущего двигателя, и, перекрикивая его же, кричит в микрофон гарнитуры загадочные слова, отдающиеся гулким эхом в ушах всего лётного экипажа...

Разумеется, когда речь заходит о запуске, взгляды всех нас сами собой тянутся к неприметному месту на правой нижней стороне двигателя (во-во, прям туда, где подсвечено фонарём):

И ведь не даром!
Что характерно, именно вот за этой решёточкой

и прячется то, без чего мы, несмотря ни на что, никак бы не запустились в полёты.

А именно - ради чего и -
стартер!

Рассмотрим рисунок углем.
более всего среди здесь нам заметны и интересны серая коробочка (правее) и серебристая труба (левее).

Серая коробка со множеством разъёмов снизу - это "наше всё" двигателя - его электронный блок управления - FADEC.
Но сегодня - не он главный.
Белые толстые провода (4 штуки) - это жгут для передачи трёхфазного тока 115 В 400 Гц от электрического генератора двигателя к самолётным потребителям.
А вот толстая труба - это как раз подвод сжатого воздуха к стартеру.

Сам стартер крупнее:

Несмотря на важность для двигателя, штука это незамысловатая - всего лишь высокооборотная воздушная турбина.
Подаваемый воздух раскручивает турбину стартера, которая уже через коробку приводов агрегатов передаёт вращение на ротор турбокомпрессора.

Когда-то давно, на заре турбореактивных двигателей, роторы раскручивались с помощью стартер-генераторов.
Это было такое устройство, которое в полёте вырабатывало электричество, приводясь от ротора двигателя;
а на запуске потребляло электричество от аккумуляторов и само раскручивало ротор.
Вроде как экономичненько - два в одном, да?
Но всё было хорошо до тех пор, пока двигатели не стали мощнее, а роторы - больше и тяжелее.
Для их раскручивания требовались уже большие и тяжёлые электрические стартеры. Дополнительной проблемой стало то, что для раскрутки инерционного ротора от аккумуляторов требуются большие ёмкости, а значит, и масса аккумуляторов.
К тому же большие токи потребления вынуждали тянуть длинные толстые медные провода. А медь - металл тяжёлый. Другие же металлы подходили гораздо хуже из-за худшей проводимости для электрического тока.

Из положения вышли следующим образом.
Для уменьшения массы проводов в самолёте перешли на повышенное напряжение в электрической сети - теперь это трёхфазное 115 В переменного тока частотой 400 Гц.
А для уменьшения массы стартера применили вот как раз такую конструкцию - воздушная турбина.

В этом двигателе весит всего лишь 17 кг. Тогда как электрический стартер-генератор, например, вертолётного двигателя ТВ2-117 (от Ми-8) весит порядка 40 кг. Мощности двигателей сильно несопоставимы:) Там - 4 аккумулятора, тут - 2.

Откуда же берётся сжатый воздух для стартера?
Он вырабатывается (рус. - ВСУ, англ. - APU) - небольшим газотурбинным двигателем, расположенным обычно в хвосте самолёта прямо под килём. Этот маленький двигатель уже свободно запускается и от небольших .
Если ВСУ не работает, то на земле источником сжатого воздуха является УВЗ (установка воздушного запуска), а в воздухе - соседний двигатель.

Теперь о том, для чего, собственно, раскручивать ротор турбокомпрессора.
Для выработки тяги двигателем нужно вращать вентилятор - он даёт бОльшую часть тяги.
Вращается он от турбины низкого давления, приводимой потоком горячих газов.
Горячий газ вырабатывается газогенератором двигателя, который состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины высокого давления.
Турбокомпрессор - это соединённые единым валом компрессор высокого давления и турбина высокого давления. Их вал соосен валу, соединяющему вентилятор и турбину низкого давления, и механически никак с ним не связан.
Компрессор сжимает воздух, который засасывает со входа двигателя.
Воздух сжимается потому, что на выходе нам нужен сжатый горячий газ, и гораздо выгоднее сжигать топливо в сжатом воздухе, чем в несжатом. К тому же так меньше размеры камеры сгорания.
Турбина получает из камеры сгорания газ, получившийся в результате сгорания паров топлива в сжатом воздухе, и раскручивается этим горячим газом, который передаёт ей свою энергию.
Часть энергии газа расходуется турбиной высокого давления на привод компрессора, а часть приводит турбину низкого давления, которая крутит вентилятор (для получения основной части тяги двигателя).
То есть, в любом случае изначально ротор двигателя нужно раскрутить.

Что происходит во время собственно запуска?

Нехитрыми манипуляциями пилот включает систему запуска двигателя. Далее автоматика будет всё делать сама.

Закрывается автоматически отбор воздуха от ВСУ на кондиционирование салона.

Открывается подача топлива в двигатель.

Открывается воздушный клапан подачи воздуха от ВСУ к стартеру.

Если клапан неисправен и не открывается электрически, это тоже не проблема - на земле его можно открыть вручную поворотом рукоятки. Для этого в районе клапана обычно есть лючок. Например, такой:

Воздух по виденной уже трубе проходит к турбине стартера и начинает его раскрутку. При этом начинает вращаться (через коробку приводов) ротор турбокомпрессора. При вращении также приводится топливный насос высокого давления, который повышает давление топлива до необходимого для нормальной работы топливной аппаратуры и форсунок.

На оборотах 16% N2 (то есть ротора высокого давления) начинается работа свечей зажигания.

На оборотах 22% открывается подача топлива к форсункам, и в камере сгорания из искры возгорается пламя. Теперь уже в раскрутке ротора двигателя стартеру помогает и турбина.

На оборотах 50% энергии турбины становится достаточно для самостоятельной раскрутки ротора, и стартер отключается (перекрывается подача к нему сжатого воздуха). Отключается зажигание, и горение в камере сгорания поддерживается теперь само.

Всё удовольствие продолжается порядка минуты.
Присутствующие в кабине наслаждаются видом параметров двигателя на верхнем дисплее ECAM.