СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ЗАПУСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F02C7/26 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к способам и системам для запуска газотурбинных двигателей (ГТД) с помощью электростартера (Э/С) или стартера-генератора (СТГ).

В настоящее время известны способы запуска ГТД, в которых в качестве пускового устройства используется Э/С или СТГ.

В известном техническом решении (см, например, Изделие 37Ф2. Книга II. Конструкция. - М.: Оборонгиз, 1963, с. 65-67; Изделие 37АФ2. Книга II. Техническое описание. - М.: Машиностроение, 1973, с. 65-69) Э/С или СТГ подключается к бортовым или наземным источникам электроэнергии через пусковое сопротивление, которое необходимо для исключения динамических перегрузок в механизме сцепления Э/С или СТГ с ротором ГТД.

В процессе запуска ГТД непрерывная раскрутка ротора ГТД обеспечивается при условии избытка мощности пускового устройства по отношению к мощности, затрачиваемой на работу компрессора, на работу насосов и других агрегатов, а также на преодоление момента сил трения в ГТД. По мере роста частоты вращения Э/С или СТГ увеличивается противоЭДС и ток Э/С или СТГ уменьшается. Для обеспечения избытка мощности последовательно исключают (шунтируют) пусковое сопротивление с дальнейшим повышением напряжения на Э/С или СТГ путем переключения соединения источников электроэнергии с параллельного на последовательное. Команды на выполнение операций по исключению (шунтированию) пускового сопротивления и переключения источников электроэнергии выдаются по жесткой временной программе.

Недостатком существующего технического решения является то, что при изменении состояния источников электроэнергии или атмосферных условий запуска возникает большой разброс временных характеристик запуска ГТД, а также происходит значительное изменение тока Э/С или СТГ, что отрицательно сказывается на источниках электроэнергии.

Известен способ запуска газотурбинного двигателя с помощью стартера или стартера-генератора, подключенного к источнику электроэнергии через пусковое сопротивление, заключающийся в том, что повышают напряжение на электростартере или стартере-генераторе по дискретным сигналам посредством отключения пускового сопротивления и/или переключения источников электроэнергии с параллельного соединения на последовательное.

Известна система запуска газотурбинного двигателя, содержащая электростартер или стартере-генератор, механически соединенный с ротором газотурбинного двигателя, источники электроэнергии, пусковое сопротивление, коммутационные элементы, обеспечивающие отключение пускового сопротивления и переключение источников электроэнергии электростартера или стартера-генератора (см., например, Б.М. Кац, Э.С. Жаров, В.К. Винокуров. Пусковые системы авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1976, с. 99), в котором в процессе запуска ГТД исключение (шунтирование) пускового сопротивления и (или) очередное увеличение напряжения питания осуществляют по сигналу реле минимального тока, включенного в цепь якоря Э/С или СТГ.

Недостатком таких технических решений является то, что сигнал, выдаваемый реле, настраивается на максимальную величину тока, которая определяется предельно допустимым тепловым режимом Э/С или СТГ, который реализуется при повышенной температуре окружающей среды и максимально допустимого количества попыток запуска подряд. В то же время при запуске ГТД в условиях отрицательных значений температуры окружающей среды требуется повышенная величина тока, либо запуск ГТД вообще не состоится, и в этом случае надо настраивать реле на выдачу сигнала с более высоким порогом срабатывания реле. При сохранении той же настройки в условиях высоких значений температуры окружающей среды можно вывести из строя Э/С или СТГ из-за перегрева.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация энергетических характеристик запуска вне зависимости от состояния источников электроэнергии и атмосферных условий при запуске ГТД.

Поставленная задача решается за счет того, что, при способе запуска газотурбинного двигателя с помощью стартера или стартера-генератора, подключенного к источнику электроэнергии через пусковое сопротивление повышают напряжение на электростартере или стартере-генераторе по дискретным сигналам посредством отключения пускового сопротивления и/или переключения источников электроэнергии с параллельного соединения на последовательное, согласно изобретению в начальный момент запуска включают сериесную обмотку электростартера или стартера-генератора и производят задержку в подключении обмотки возбуждения, в качестве дискретных сигналов используют минимально допустимое пороговое значение напряжения на сериесной обмотке, а при выходе газотурбинного двигателя на требуемое для устойчивой работы двигателя число оборотов и до момента выхода на режим малого газа отключают обмотку возбуждения, после выхода на режим малого газа стартер-генератор переводят на режим генерирования энергии.

Поставленная задача достигается также за счет того, что контроль порогового значения напряжения осуществляют путем измерения тока и сопротивления сериесных обмоток электростартера или стартера-генератора.

Поставленная задача достигается за счет того, что в системе запуска газотурбинного двигателя, содержащей электростартер или стартер-генератор, механически соединенный с ротором газотурбинного двигателя, источники электроэнергии, пусковое сопротивление, коммутационные элементы, обеспечивающие отключение пускового сопротивления и переключение источников электроэнергии электростартера или стартера-генератора, согласно изобретению система снабжена встроенным в линию подвода электроэнергии к электростартеру или стартеру-генератору устройством, измеряющим напряжение на их сериесной обмотке и вырабатывающим при достижении минимального порогового значения этого напряжения дискретные сигналы на отключение пускового сопротивления и/или переключение источников электроэнергии с параллельного соединения на последовательное.

Такие способ и системы для запуска обеспечивают возможность всегда вести запуск с заданным, предельно допустимым для Э/С или СТГ током вне зависимости от состояния источников электроэнергии и изменения атмосферных условий при запуске ГТД.

В качестве сигнала, контролирующего значение тока Э/С или СТГ, используется падение напряжения на сериесных обмотках, сопротивление которых зависит от температуры Э/С или СТГ.

Предлагаемые способ и система для запуска позволяют получить наибольший положительный эффект по сравнению с прототипом в критических условиях: при использовании слабых источников энергии и низких значениях температуры окружающей среды.

В случае использования слабых источников электроэнергии (например, частично разряженных аккумуляторов) команды на исключение (шунтирование) пускового сопротивления и повышения напряжения путем переключения источников электроэнергии с параллельного соединения на последовательное будут выдаваться по времени раньше, что обеспечит минимально возможное при данных аккумуляторах время запуска ГТД.

В случае снижения температуры окружающей среды запуск проходит на большем токе на Э/С или СТГ с большим моментом на роторе ГТД из-за более позднего по времени момента исключения (шунтирования) пускового сопротивления и повышения напряжения путем переключения источников энергии с параллельного соединения на последовательное.

На чертеже схематично изображена система запуска газотурбинного двигателя, реализующая данный способ. Ротор ГТД 1 через коробку передач 2 механически соединен с Э/С или СТГ 3. Система запуска включает: пусковое сопротивление 4, пусковой контактор 5, шунтирующий контактор 6, переключающий контактор 7, источники электроэнергии 8, устройство, измеряющее напряжение на сериесной обмотке Э/С или СТГ 9, например, электронное реле напряжения, которое сравнивает текущее значение напряжения с заданным и выдает дискретные сигналы, контактор, подключающий обмотку возбуждения 10, обмотку возбуждения 11.

При необходимости запуска газотурбинного двигателя Э/С или СТГ 3 подключается через пусковое сопротивление 4 с помощью контактора 5 к источникам электроэнергии 8, которые первоначально соединены параллельно. В начальный момент запуска включают сериесную обмотку электростартера или стартера-генератора 3. В цепь Э/С или СТГ подключено устройство 9, которое замеряет величину напряжения, сравнивает величину замеренного напряжения с заданным пороговым и при достижении минимально допустимого порогового значения выдает дискретные команды на контактор 6 для исключения (шунтирования) пускового сопротивления 4 и на контактор 7, переключающий соединение источников электроэнергии с параллельного включения на последовательное.

При выходе ГТД на требуемые для устойчивой работы двигателя число оборотов и до момента выхода на режим малого газа отключают обмотку возбуждения 11. После завершения запуска электростартер отключается от ротора ГТД, а стартер-генератор 3 переходит в генераторный режим.

Схема подключения источников электроснабжения возвращается в исходное состояние.

Таким образом, способ запуска газотурбинного двигателя с управлением по току во всех случаях обеспечивает максимально допустимую интенсивность работы Э/С или СТГ. Кроме того, указанный способ позволяет обеспечить большее число запусков от одних и тех же источников электроэнергии (аккумуляторных батарей).

Уменьшение бросков тока в процессе запуска увеличивает ресурс аккумуляторных батарей, а также позволяет использовать в системе запуска контакторы с меньшим номинальным током, что заметно снижает массу системы.

Способ запуска газотурбинного двигателя с помощью электростартера или стартера-генератора, подключенного к источнику электроэнергии через пусковое сопротивление, заключается в том, что повышают напряжение на электростартере или стартере-генераторе по дискретным сигналам посредством отключения пускового сопротивления и/или переключения источников электроэнергии с параллельного соединения на последовательное. В начальный момент запуска включают сериесную обмотку электростартера или стартера-генератора и производят задержку в подключении обмотки возбуждения. В качестве дискретных сигналов используют минимально допустимое пороговое значение напряжения на сериесной обмотке. При выходе газотурбинного двигателя на требуемое для устойчивой работы двигателя число оборотов и до момента выхода на режим малого газа стартер-генератор переводят в режим генерирования энергии. Контроль порогового значения напряжения осуществляют путем измерения тока и сопротивления сериесных обмоток электростартера или стартера-генератора. Изобретение позволяет осуществить надежный запуск в критических условиях - при использовании слабых источников энергии и низких значениях температуры окружающей среды. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ запуска газотурбинного двигателя с помощью электростартера или стартер-генератора, подключенного к источнику электроэнергии через пусковое сопротивление, заключающийся в том, что повышают напряжение на электростартере или стартер-генераторе по дискретным сигналам посредством отключения пускового сопротивления и/или переключении источников электроэнергии с параллельного соединения на последовательное, отличающийся тем, что в начальный момент запуска включают сериесную обмотку электростартера или стартер-генератора и производят задержку в подключении обмотки возбуждения, в качестве дискретных сигналов используют минимально допустимое пороговое значение напряжения на сериесной обмотке, а при выходе газотурбинного двигателя на требуемое для устойчивой работы двигателя число оборотов и до момента выхода на режим малого газа отключают обмотку возбуждения, после выхода на режим малого газа стартер-генератор переводят на режим генерирования энергии.2. Способ запуска по п.1, отличающийся тем, что контроль порогового значения напряжения осуществляют путем измерения тока и сопротивления сериесных обмоток электростартера или стартер-генератора.3. Система запуска газотурбинного двигателя, содержащая электростартер или стартер-генератор, механически соединенный с ротором газотурбинного двигателя, источники электроэнергии, пусковое сопротивление, коммутационные элементы, обеспечивающие отключение пускового сопротивления и переключение источников электроэнергии электростартера или стартер-генератора, отличающаяся тем, что она снабжена встроенным в линию подвода электроэнергии к электростартеру или стартер-генератору устройством, измеряющим напряжение на их сериесной обмотке и вырабатывающим при достижении минимального порогового значения этого напряжения дискретные сигналы на отключение пускового сопротивления и/или переключение источников электроэнергии с параллельного соединения на последовательное.