Способы управления электростартерами при запуске ГТД

Прямой пуск

Запуск ГТД выполняют от СТГ, установленных на главных двига­телях, запуск ГТД вспомогательных силовых установок - от генераторов постоянного тока, входящих в состав ВСУ и работающих при запуске в стартерном режиме от самолетных аккумуляторов или наземных источ­ников. Необходимость уменьшения времени запуска, потерь и расхода электроэнергии при запуске привела к разработке ряда способов управ­ления электростартерами воздействием на подводимое к ним напряжение и на поток возбуждения. Критериями качества работы стартера при запуске являются: к. п. д. пуска η= А _К/ А _Э - отношение запаса кинетической энергии системы к потребленной стартером при запуске электроэнергии; время пуска t _П; равномерность потребления тока (важная характеристика для учета расходования энергии аккумуляторов). ГТД запускают от аэродромных источников и от самолетных ВСУ. От аккумуляторов за­пускают газотурбинные двигатели вспомогательной силовой установки.

Для упрощения оценки качества запуска ГТД при использовании раз­личных способов управления стартерами вводят следующие допущения:

основной нагрузкой стартера является динамический момент, так как запуск - это переходный процесс привода стартер-авиадвигатель, обла­дающего большим моментом инерции и протекающий со значительными ускорениями. По этой причине для простоты анализа пренебрегают мо­ментами компрессора и турбины, считая, что неучет их действия не сказывается существенно на процессе разгона ротора. В реальных системах запуска при ложном запуске, когда не работает турбина, за время цикла угловая скорость отключения турбины не достигается. Система при этом режиме работы отключается по времени. Обычно в процессе запуска момент турбины разгружает стартер и ускоряет разгон, так как обычно система отключается по угловой скорости раньше отработки цикла за­пуска. Однако учет влияния моментов М _К и М _Т усложняет анализ работы стартера, поэтому ими пренебрегают;

пренебрегают электромагнитными переходными процессами;

не учитывают механические и магнитные потери в стартере и влияние реакции якоря на его механические характеристики.

При запуске ГТД применяют следующие способы управления стар­терами: прямой пуск - включение стартера на постоянное напряжение; ступенчатое уменьшение потока возбуждения стартера; плавное уменьше­ние потока возбуждения стартера; многоступенчатое повышение напряже­ния на якоре стартера; плавное повышение напряжения на якоре стартера.

В реальных системах запуска авиадвигателей и газотурбинного дви­жения ВСУ эти способы применяют комплексно, что позволяет получить достаточно высокие показатели качества запуска. Угловая скорость отклю­чения стартера ω₂ составляет около 70 % от его скорости идеального XX при номинальном потоке возбуждения Ф_НОМ.

Прямой пуск состоит в разгоне системы стартер - ГТД при включении стартера на номинальное напряжение. У стартера с параллельным, воз­буждением обмотка возбуждения подключается несколько раньше обмотки якоря. Пуск происходит при постоянном потоке Ф= Ф_НОМ =const. Урав­нение движения привода при М _С= 0 имеет вид:

М = J (d ω /d t),

Где

После преобразования получают:

.

Так как JR _A/(C ²Ф²)= Т _М, то Т _М (dω /d t) +ω= ω₀.

Отсюда ω = ω₀+(ω_НАЧ- ω₀)exp(- t / Т _М)

При ω_НАЧ =0; ω = ω₀ [1-exp(- t / Т _М)];

ω = ω₂ = 0.7ω₀,

.

Потребленная стартером из сети при пуске электроэнергии

           .

Используя соотношения U = С ·ω₀·Ф и М = С · I_а ·Ф =J ·(dω/d t), найдем, что I_а= [J/ С ·Ф)]·(dω/d t).

Поставив значения U и I_а в выражение для расхода электроэнергии, получают:

   .

При ω₁=0 и ω₂ = 0,7 имеем . Тогда

При t= 1,2 T _M в конце запуска значение тока i_a = I _П·ехр(- t/T _M) = I _П, а отношение пускового тока к току отключения равно 3,33.

Как видно, процесс запуска заканчивается сравнительно быстро, к. п. д. невысок, неравномерность тока значительная. В чистом виде из-за малого к. п. д. и трудности достижения ротором авиадвигателя (и соответственно стартером) угловой скорости отключения ω_К, этот способ пуска исполь­зуют только для сравнения с более совершенными, которые рассмотрены в разделах 13.4-13.6.