Способ и система для запуска газотурбинного двигателя
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.
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.Формула изобретения
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.РИСУНКИ
Рисунок 1