87102

Система автоматического регулирования двигателя НК-8-2У

Реферат

Астрономия и авиация

В масляной системе в линии откачки масла из опор стоят магнитные пробки, позволяющие судить о состоянии деталей опор роторов. Для осмотра в процессе эксплуатации проточной части двигателя, лопаток компрессора низкого и высокого давления, а также лопаток турбины предусмотрены специальные окна...

Русский

2015-04-17

447.5 KB

13 чел.

МИНИСТРЕСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АО «АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

Кафедра №10 «Авиационная техника и лётная эксплуатация»

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Силовые установки»

На тему: «Система автоматического регулирования  двигателя НК-8-2У».

                                            Выполнила: Рахатова Г.Ж.

                                                                  Проверил: Донсков А.И.

                                                          

Алматы 2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

  1.  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЕ НК-2У
  1.  Общая характеристика двигателя НК-8-2у
  1.  СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ  И  УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Общие сведения о регулировании  двигателя

2.2. Характеристики двигателя

2.3. Дроссельные характеристики

2.4. Высотные характеристики

2.5. Насос регулятор  НР-8-2у

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

"Конструкция и летная эксплуатация двигателя НК-8-2У" Н.И. Тимофеев

Самолет Ту-154 Конструкция и техническое обслуживание Часть II  Ф.А Волошин, А.Н. Кузнецов, В.Я Покровский, А.Я. Соловьев

ГЛАВА 1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЕ НК-8-2У.

1.1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ НК-8-2У.

На магистральных реактивных самолетах Ту-154 и Ту-154А установлены двигатели НК-8-2 и НК-8-2У.

Основное отличие Ту-154А от своего предшественника заключается в замене двигателя НК-8-2 с взлетной тягой 9500 кгс двигателем НК-8-2У с большей взлетной тягой.

Турбовентиляторный двигатель НК-8-2У представляет собой двухконтурный, двухкаскадный, газотурбинный двигатель со смешением потоков воздуха и газа (рис. 1). Этот двигатель является модификацией двигателя НК-8-2, у него повышенная тяга, уменьшенный удельный расход топлива и увеличенная тяга реверса. На взлетном и крейсерских режимах у двигателя НК-8-2У более высокие запасы газодинамической устойчивости.

На двигателе НК-8-2У установлена система сигнализации опасной температуры подшипников СТП-3 и система ограничения температуры выходящих газов РТ-12-9АТ.

В масляной системе в линии откачки масла из опор стоят магнитные пробки, позволяющие судить о состоянии деталей опор роторов. Для осмотра в процессе эксплуатации проточной части двигателя, лопаток компрессора низкого и высокого давления, а также лопаток турбины предусмотрены специальные окна, через которые может осуществляться зачистка забоин на лопатках без снятия двигателя. Кроме того, на двигателе выполнены работы, повышающие надежность узлов и их ресурс.

На самолете Ту-154А в хвостовой части фюзеляжа установлены три двигателя НК-8-2У (рис. 1 и 2).

Два внешних двигателя — первый и третий — установлены в легкосъемных гондолах на горизонтальных пилонах, а второй двигатель установлен на внутренней гондоле внутри фюзеляжа. Для улучшения посадочных характеристик самолета на внешние двигатели установлен реверс тяги.

Для обеспечения удобств эксплуатации все агрегаты расположены в нижней части двигателя. Максимально уменьшена длина и количество трубопроводов.

                 Рис. 1. Двигатель НК-8-2У с реверсом (вид слева)

Рис. 2. Двигатель НК-8-2У с соплом (вид справа)

ГЛАВА 2.

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ  И  УПРАВЛЕНИЯ

2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕГУЛИРОВАНИИ  ДВИГАТЕЛЯ

Работа двигателя характеризуется целым рядом параметров, таких как частота вращения роторов высокого и низкого давления, степень сжатия компрессоров, расход воздуха, температура газов перед турбиной и другие. Все эти параметры определяют, в конечном счете, тягу двигателя и величину удельного расхода топлива, то есть экономичность.

Регулированием двигателя называется процесс поддержания или изменения по заданной программе одного или нескольких параметров, определяющих режим работы двигателя, осуществляемый с помощью специальных устройств — автоматических регуляторов или по желанию экипажа самолета.

Основной задачей регулирования двигателя является поддержание заданного режима его работы с целью обеспечения определенных параметров, которые наибольшим образом удовлетворяют эксплуатационным требованиям при полетах самолета в условиях изменяющихся высоты, скорости и режима работы под воздействием экипажа.

Желаемые значения регулируемых параметров, а значит, и заданных режимов работы в условиях изменения высоты, скорости полета и изменения режимов работы под воздействием экипажа задаются специальной программой регулирования, которая определяет эксплуатационные характеристики двигателя.

Программа регулирования двигателя НК-8-2У обеспечивает:

  1.  Заданную тягу на взлетном режиме на земле при V=0 в МСА.
  2.  Постоянство частоты вращения на взлетном режиме при Тн=+30° С на земле при V=0 и рн=760 мм рт. ст.
  3.  Заданную тягу в полете на высоте, равной 11000 м, и V= 850 км/ч на номинальном и крейсерских режимах.
  4.  Ограничение расходов топлива на взлетном режиме и на каждом заданном режиме.
  5.  Ограничение максимальной частоты вращения ротора низкого давления.

Ограничение расхода топлива предотвращает газодинамическую и прочностную перегрузки двигателя.

За основной регулируемый параметр принята частота вращения ротора высокого давления, которая на каждом заданном режиме поддерживается постоянной.

Изменение расхода топлива, а следовательно, и режима, производится с помощью рычага управления двигателем (РУД).

Для облегчения запуска двигателя и максимального использования запасов газодинамической устойчивости компрессоров двигателя программа регулирования на частоте вращения ротора высокого давления, равной 74,5±1,5%, закрывает и открывает клапаны перепуска воздуха, а на частоте вращения ротора низкого давления, равной 43 %, открывает и прикрывает РНА.

2.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

В процессе эксплуатации важно знать качество двигателя при работе его на различных частотах вращения, скоростях и высоте полета. Для этого рассматривают основные характеристики двигателя, которые показывают зависимость тяги (R) и удельного расхода (Суд) от частоты вращения ротора, скорости и высоты полета.

2.3. ДРОССЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Дроссельными характеристиками двигателя (рис. 3) называют зависимости тяги, удельного расхода топлива и температуры газов перед турбиной от частоты вращения ротора высокого давления при заданных высотно-скоростных условиях и выбранной программе регулирования.

На режиме малого газа при положении РУД на угле 25—40° двигатель работает устойчиво с частотой вращения ротора высокого давления 55,5-3%. Сила тяги при этом минимальная, и вся энергия газов затрачивается на вращение роторов двигателя.

Известно, что тяга двухконтурного двигателя складывается из тяги, развиваемой в первом R I и втором R II контурах:

R=R I + R II.

На режиме малого газа тяга небольшая из-за малой частоты вращения, расхода воздуха и малых скоростей истечения газов из реактивного сопла. Часовые расходы топлива небольшие, но удельные расходы топлива велики, так как воздух в компрессоре сжимается незначительно. Компрессор и турбина работают на нерасчетных режимах с малым КПД.

Рис. 3. Дроссельные характеристики

При увеличении режима работы двигателя тяга его быстро растет, так как увеличивается расход воздуха через контуры. Увеличивается удельная тяга из-за увеличения степени сжатия компрессоров высокого и низкого давления и увеличения температуры газа перед турбиной. С увеличением режима расход воздуха через первый контур возрастает быстрее, чем через второй контур. Температура газов с увеличением режима растет и определяется условиями совместной работы турбин и компрессоров высокого и низкого давления.

Взлетному режиму соответствуют наибольшие реактивная тяга, температура газов перед турбиной и степень сжатия компрессоров, при этом детали двигателя испытывают наибольшие нагрузки. Для обеспечения надежной работы двигателя в течение всего ресурса время непрерывной работы двигателя на взлетном режиме не должно превышать 15 мин.

По дроссельной характеристике видно, что незначительное изменение частоты вращения приводит к существенным изменениям тяги двигателя и температуры газов перед турбиной. Этим объясняется требование о недопустимости превышения частоты вращения 98,5% по ротору высокого давления и 101% по ротору низкого давления.

Удельный расход топлива на номинальном режиме наименьший, этим и объясняется выбор наивыгоднейшего режима работы двигателя для выполнения полетов.

Рис. 4. Зависимость относительного числа оборотов пВД и относительного расхода топлива Gт от αв (угла поворота РУД)

Рис. 5. Зависимость расхода воздуха и удельной тяги двигателя от высоты полета

При закрытии клапанов перепуска воздуха удельный расход, топлива уменьшается, так как в этом случае работа не затрачивается на сжатие воздуха, перепускаемого во второй контур двигателя. Тяга двигателя при закрытии клапанов перепуска увеличивается.

Зависимость изменения относительной частоты вращения Пвд ротора высокого давления и относительного расхода топлива GT от угла поворота рычага управления двигателем приведена на рис. 5.

2.4. ВЫСОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 Высотными характеристиками двигателя (рис.5) называют зависимости тяги и удельного расхода топлива от высоты полета самолета при данной скорости и выбранной программе регулирования.

Тяга, развиваемая двигателем, равна R= (GBI+GBII)Rуд. Расход воздуха через контуры двигателя  зависит от плотности ᵧBI атмосферного воздуха и степени сжатия компрессоров высокого и низкого давления. При стандартной атмосфере с увеличением высоты полета до 11 ООО м температура Тн, давление рН и плотность ᵧн атмосферного воздуха падают.

Топливной автоматикой двигателя НК-8-2У предусматривается ограничение расхода топлива на номинальном и крейсерском режимах у земли и на малых высотах до 3000 м при 1ц 5° С. С увеличением высоты полета в результате уменьшения расхода воздуха уменьшается расход топлива, а это значит, что ограничитель расхода топлива не сработает и тяга, развиваемая двигателем, будет изменяться по законам, установленным ранее.

Ограничение расхода топлива предусматривается и на взлетном режиме на земле при рн=760 мм рт. ст. и tH<+30°C. Это значит, что тяга на взлетном режиме будет определяться расходом топлива, а температура газов T3 перед турбиной будет ниже максимально допустимой.

 При работе двигателя в зоне ограничения расхода топлива на взлетном режиме удельный расход топлива уменьшается более быстро, так как быстро растет Rуд вследствие увеличения температуры Тз

2.5. НАСОС-РЕГУЛЯТОР НР-8-2У

Насос-регулятор НР-8-2У предназначен для питания и регулирования режимов турбовентиляторного двигателя НК-8-2У путем изменения подачи топлива в камеру сгорания.

НР-8-2У обеспечивает:

автоматическое дозирование топлива при запуске двигателя на земле и в полете;

автоматическое поддержание частоты вращения ротора ВД на всех режимах — от режима малого газа до максимального и на режимах обратной тяги;

ограничение максимальных расходов топлива на всех режимах при низких температурах воздуха на входе в двигатель;

дозирование топлива при разгоне и снижении режима работы двигателя на земле и в полете;

— останов двигателя выключением подачи топлива как вручную, так и по электрической команде;

— подачу гидравлической команды на агрегат АУП-8-2, управляющий клапанами перепуска воздуха;

— уменьшение расхода топлива при поступлении электрического сигнала от — ограничителя температуры газов РТ-12-9AT;

— ограничение минимального расхода топлива, поступающего в двигатель на высоте;

— уменьшение расхода топлива при поступлении гидравлической команды от ограничителя частоты вращения ротора низкого давления.

Агрегат состоит из качающего узла и регулятора.


Рис. 6 Система регулирования


Спецификация к рисунку 6. (Система регулировании): 1 и 114 рессоры; 2 и 3— шестерни; 4, 8, 9, 12, 15, 40, 43, 52, 55, 56, 58, 59, 62, 63, 66, 74, 75, 77, 82, A, Kl, PI, Р2, РЗ каналы; 5, 10, 14, 39, 42, 60, 67, 72, 92 и 110 втулки; 6, 7, 11, 13, 38, 46. 51, 57 и 86—золотники; 61, 95, 112, 117—поршни; 16 и 68—фильтры; 17,

33, 44, 80, 107— клапаны; 18, 26, 27, 35, 37, 54, 85, 105, Р рычаги; 19, 21 и 78— центробежные датчики; 20, 23 и 97— толкатели; 22, 31, 48, 71, 79, 84, 87, 102, 104, 108 и 113— пружины; 24 и 83— термокомпенсаторы; 25— маятник; 28, 29 и 36— кулачки; 30 и 45—электромагнитные клапаны; 32— термоограничитель; 34 и 81— ползуны; 41 и 73— дозирующие иглы; 47, 49, 64, 65, 94, 96, 111, 116, 118, Б, В полости; 50, 69, 76, 98, 99, 100, АУ-1. НЗ— жиклеры; 53— анероиды высотного корректора; 70— силъфон; HI, Н2, Н4, Н6, Н7, Н8, Н9, HI8, 01, 103, Р6, АУ-2, АУ-3—регулировочные винты; 88 и 93 запорные клапаны; 89, 90, Д— окна; 91— кромка золотника; 101—мембрана; 106— опора; 109—дроссельный пакет; 115— шатун; Н20, Н21, Н22 и Н23— дроссельные пакеты неподвижных подпятников, торцы шестерен надежно уплотнены и объемный КПД насоса сохраняется высоким в течение всего гарантийного ресурса. В начале запуска двигателя подвижные подпятники поджаты к торцам шестерен пружинами.

В линии после качающего узла установлен клапан предельного давления (5; б), который ограничивает максимально допустимое давление топлива на выходе из качающего узла путем перепуска избытка топлива на вход в насос-регулятор. Клапан состоит из золотника 6, втулки 5, пружины, регулируемой шайбами.

В золотнике 6 имеется продольный канал, через который топливо из канала 4 перепускается в полость пружины над золотником, и торцы золотника будут воспринимать одинаковое давление.

Площадь торца золотника со стороны пружины меньше площади его торца со стороны канала 4, поэтому на золотник 6 снизу действует сила, которой противодействует постоянная сила пружины. С ростом давления за насосом на золотник действует сила, возрастающая пропорционально разности площадей торцов.

При давлении 75 кгс/см2 золотник б перемещается вверх и перепускает часть топлива высокого давления на вход в насос, что ограничивает давление в топливной системе и агрегатах системы регулирования двигателя.

Регулятор частоты вращения ротора ВД предназначен для поддержания постоянной частоты вращения на заданном режиме путем изменения расхода топлива, а также для изменения режима работы в зависимости от изменения положения рычага управления двигателем (РУД).

Регулятор состоит из центробежного датчика частоты вращения, дозирующего устройства, статической части, механизма настройки регулятора.

Центробежный датчик 21 частоты вращения предназначен для управления расходом топлива с помощью дозирующего устройства и состоит из центробежных грузиков, толкателя 23 и маятника 25.

На установившихся режимах подача топлива в двигатель регулируется автоматически, в диапазоне от конца режима запуска до максимальной частоты вращения — положением дозирующей иглы 41. Настройка датчика производится с помощью РУД через механизм настройки регулятора. При этом изменяется сила затяжки пружины 22, которая при равновесии сил на маятнике 25 уравновешивается центробежными силами грузиков датчика 21.

Дозирующее устройство предназначено для дозирования расхода топлива, поступающего в камеру сгорания двигателя и состоит из основной дозирующей иглы 41 с втулкой 42, дозирующей иглы 73 автомата запуска с втулкой 72, клапана постоянного перепада давлений (золотник 7).

Количество топлива, дозируемое в камеру сгорания двигателя, определяется проходным сечением дозирующих игл и перепадом давлений на этом сечении.

Величина сечения основной дозирующей иглы задается регулятором частоты вращения, кулачком 29 расхода топлива или ограничителем ОГ-8-4. Минимальная величина проходного сечения дозирующей иглы 41 ограничивается регулировочным винтом Н8.

Игла автомата запуска в процессе запуска регулирует подачу топлива в зависимости от разности давлений р2 —р1 2 (где — давление за компрессором ВД, р1 2 — редуцированное давление р2). В конце запуска и на рабочих режимах расход топлива через иглу 73 постоянный, так как проходное сечение устанавливается максимальным и неизменным.

Перепад давлений топлива на дозирующих иглах 41 и 73 поддерживается золотником 7 клапана постоянного перепада и обеспечивает зависимость расхода топлива только от положения дозирующих игл.

Клапан постоянного перепада состоит из золотника 7 с втулкой, пружины и регулировочного винта HI8.

На золотник 7 клапана снизу действует давление топлива из канала 4 до дозирующих игл, сверху действует сила пружины и давление топлива в канале после дозирующих игл, которое подводится через жиклер из канала после золотника 46 стоп-крана.

На всех режимах работы двигателя производительность качающего узла больше суммарного расхода топлива, поступающего в двигатель и потребляемого агрегатом для питания сервомеханизмов. Избыток топлива перепускается золотником 7 клапана перепада на слив, при этом поддерживается постоянный перепад на дозирующих иглах.

Для разгрузки насоса-регулятора от высоких давлений, возможных при закрытии стоп-крана, топливо к золотнику 7 подводится из полости за золотником 46 стоп-крана. В этом случае при закрытии стоп-крана на нем возникает большой перепад, который передается золотнику 7 клапана. Золотник 7 под действием перепада смещается вверх до упора и максимально открывает окна во втулке, обеспечивая быстрый перепуск топлива на слив и не допуская заброса давления топлива.

Клапан постоянного давления состоит из золотника 13, втулки 14 и пружины. Клапан предназначен для питания сервомеханизмов агрегата топливом постоянного давления в пределах 16—17 кгс/см2.

Статическая часть регулятора частоты вращения предназначена для улучшения динамических свойств системы регулирования частоты вращения.

Работа регулятора частоты вращения на установившейся частоте и при

увеличении режима.

Если регулятор частоты вращения ротора ВД работает на установившемся режиме, он устанавливает такую подачу топлива в камеру сгорания, при которой частота вращения сохраняется постоянной на заданном режиме при неизменных внешних условиях.

Если при изменении внешних условий изменяется частота вращения, то регулятор установит такой расход топлива, при котором частота вращения восстанавливается, но уже при новом положении дозирующей иглы 41.

Механизм настройки регулятора частоты вращения предназначен для задания режимов прямой и обратной тяги путем перестройки регулятора в зависимости от положения рычага управления двигателем.