Раскрутка ТНА от основного ЖГГ в двигателях с дожиганием генераторного газа

Схема «самопуском». Пусковые расходы топлива в основной ЖГГ поступают по основным магистралям от основных баков с топливом под действием гидростатического давления жидкости в баках и давления наддува. Эта схема получила название схемы «самопуском» или «самотека». Она имеет большое распространение и наиболее пригодна для двигателей с дожиганием генераторного газа. В схеме нет каких-либо специальных пусковых систем, что составляет ее главное преимущество.

Последовательность запуска. После заливки полостей насосов топливом открываются главные клапаны О и Г. Топливо под действием гидростатического давления столба жидкости в поле земного тяготения (или динамического ускорения) и давления наддува в баках устремляется в ЖГГ и камеру сгорания. Ввиду более короткого пути, в ЖГГ компоненты топлива поступают с опережением, где поджигаются. После начала горения топлива в ЖГГ генераторный газ направляется в турбину ТНА и далее по специальному газоводу – в камеру сгорания на дожигание. В начальный период в камере сгорания еще нет противодавления магистрали ТНА, поскольку горение в камере еще не установилось, поэтому турбина ТНА довольно быстро раскручивается. При этом давление подачи насосов ТНА, связанных с турбиной, плавно возрастает до своих номинальных значений.

Схема «самопуском» имеет простое техническое решение, обеспечивает плавность выхода на режим и многократный запуск двигателя (применялась в РД – 253, SSME и др.).

 

Примечание. Применение схемы «самопуском» в двигателях без дожигания генераторного газа имеет определенные трудности. Объясняется это тем, что турбина ТНА двигателя без дожигания проектируется на малый расход газа и высокий перепад давления на колесе турбины. Поэтому в таких условиях в режиме «самотека» в ЖГГ в начальный период образуется очень мало генераторного газа, и создается очень малое давление этого газа. В результате турбина либо очень медленно раскручивается, либо даже не страгивается с места.

Чтобы использовать преимущества схемы раскрутки ТНА «самотеком» в двигателях без дожигания генераторного газа, необходимо осуществить одно из следующих мероприятий:

1) организовать на период запуска специальную пусковую линию подачи топлива в ЖГГ, по которой бы топливо при малом давлении, «самотеком» поступало бы в ЖГГ с большим расходом компонентов;

2) установить перед турбиной специальные пусковые сопла для генераторного газа, которые бы в пусковой период подавали газ на рабочие лопатки колеса турбины с высокой скоростью.

В этом случае схема пуска «самотеком» несколько усложняется, т.к. вводятся дополнительные конструктивные элементы, клапаны и их автоматика. Американский двигатель F - 1 (без дожигания) запускается по такой усложненной схеме.

 

Раскрутка ТНА от стартового генератора двигателя без дожигания генераторного газа (рис. 4.2)

Это распространенная схема пуска двигателей одноразового запуска без дожигания генераторного газа. Турбина ТНА оборудуется специальным твердотопливным газогенератором (ТГГ). По команде твердое топливо в ТГГ воспламеняется, продукты сгорания поступают через сопловой аппарат на колесо турбины, и турбина быстро раскручивается. Повышается давление компонентов за насосами О и Г. По достижении определенного значения давления в магистрали за насосами включаются клапаны подачи основных компонентов топлива в ЖГГ. Если основные компоненты несамовоспламеняющиеся, то предварительно должно включиться зажигание в ЖГГ.

Стартовый ТГГ обычно работает 1,2–1,5 с. Этого времени достаточно, чтобы раскрутить турбину и включить в работу основной ЖГГ. Схема раскрутки от ТГГ вполне надежна и имеет большое распространение для запуска двигателей небольшой тяги (). Если на турбине установить несколько ТГГ (например, 2–4), то можно осуществить соответственно двух – четырехкратный запуск двигателя в полете.

 

Рис. 4.2. Схемы раскрутки ТНА от стартерного ТГГ

 

Примечание. Раскрутка стартерным ТГГ турбины ТНА двигателя с дожиганием практически не применяется. Это объясняется тем, что турбина ТНА двигателя с дожиганием работает на малом перепаде давлений на колесе турбины, но с большим расходом рабочего тела. Для раскрутки такой турбины стартерным ТГГ потребуется повысить скорость генераторного газа на входе в рабочее колесо турбины. Для этого потребуется конструктивно «встроить» в корпус турбины специальный сопловой аппарат с высоким перепадом давлений. На практике выполнить эту задачу нелегко. Кроме того, пороховые продукты сгорания ТГГ, проходя после турбины по газоводу и далее к форсункам смесительной головки, могут их засорить. Поэтому такой способ раскрутки турбины двигателя с дожиганием не применяется. В этом случае раскрутку ТНА проще осуществить с помощью специальной стартовой турбинки, работающей только при запуске двигателя.

 

Раскрутка ТНА от специальной стартовой турбинки двигателя с дожиганием генераторного газа (рис. 4.3)

В такой схеме устанавливается специальный стартовый блок: турбинка с ТГГ. Ось стартовой турбинки соединяется с осью ТНА через муфту сцепления. Работа схемы осуществляется в таком порядке. После включения ТГГ раскручивается стартовая турбинка, которая через муфту сцепления раскручивает ТНА. При достижении определенной частоты вращения ротора ТНА включается в работу основной ЖГГ, а муфта сцепления автоматически отключает стартовую турбинку.

 

Рис. 4.3. Схемы раскрутки ТНА специальной стартерной турбиной – стартерным турбоблоком

Эта схема раскрутки достаточно надежна и обеспечивает быстрый (1,5–2 с) запуск двигателя. Если стартовый блок оборудовать несколькими ТГГ, то можно обеспечить многократный запуск двигателя в полете. Однако для многократного запуска удобнее вместо ТГГ применять стартерный ЖГГ, питаемый пусковыми компонентами из специальных бачков или поршневых насосов.

Применение пусковой турбины значительно увеличивает длину вала ТНА и расстояние между подшипниками. Это требует увеличения числа опор ротора ТНА или перехода от одновального ротора к двухвальному.