Система кондиционирования воздуха

9.2.1. Назначение, состав и принцип работы СКВ

Система кондиционирования самолета предназначена для обогрева (охлаждения) и вентиляции кабины экипажа и пассажирского салона, а также для поддержания в гермокабине заданного давления и состава воздуха.
Кроме того, система кондиционирования обеспечивает подачу воздуха:
- к стартерам при запуске двигателей;
- в противообледенительную систему самолета;
- на обогрев ВСУ и механизма перестановки стабилизатора;
- на охлаждение оборудования;
- на наддув гидробака;
- и к другим потребителям.
Воздух для системы кондиционирования отбирается от компрессоров двигателей, от вспомогательной силовой установки или от наземного кондиционера.
В состав СКВ обычно входят: тепло и массообменные агрегаты (теплообменники, турбохолодильники, осушители, увлажнители и т.п.); аппаратура управления и автоматического регулирования (датчики, преобразователи, блоки управления, запорные, регулирующие краны, заслонки); система распределения воздуха (трубопроводы, короба, клапаны); аппаратура контроля СКВ и сигнализации отказов (датчики, преобразователи); вспомогательное оборудование (озонаторы, глушители, вентиляторы, поглотители, фильтры и т.д.). На самолёте Як-42, например, система кондиционирования воздуха состоит из трех независимо действующих подсистем (см. рис. 9.1.):
- подсистемы кабины экипажа и индивидуальной вентиляции;
- подсистемы передней зоны салона;
- подсистемы задней зоны салона.
Для каждой подсистемы воздух подается от своего двигателя:
- для кабины экипажа и индивидуальной вентиляции - от среднего;
- для передней зоны салона - от левого;
- для задней зоны салона - от правого.
Каждая подсистема СКВ подает свежий воздух в соответствующую зону гермокабины и автоматически поддерживает в ней температуру, заданную на пульте управления.
Летом при наружной температуре воздуха на земле 45 град. система кондиционирования может охладить в полете зоны гермокабины до температуры не выше 25 град.
Зимой при наружной температуре воздуха на земле -50 град. система кондиционирования может обогреть зоны гермокабины до температуры не ниже 17 град.
При ручном управлении температура подаваемого воздуха не превысит 100 град. За этим в каждой подсистеме следит термореле. Если при отказе узла регулирования температура воздуха, подаваемого в одну из зон салона, превысит 120 град. на время более 20 с, то подача воздуха в соответствующую подсистему будет автоматически прекращена по сигналу от термореле. При этом откроется заслонка, кольцующая подсистемы передней и задней зон салона, и работающая подсистема будет подавать воздух в обе зоны салона. В подсистеме индивидуальной вентиляции автоматически поддерживается температура воздуха 18 град., в режиме интенсивного охлаждения - 13 град. При ручном управлении температура не превысит 50 град. За этим в подсистеме следит термореле.

Рис. 9.1. Блок-схема системы кондиционирования воздуха самолета Як-42: 1 - узел распределения воздуха; 2 - указатель расхода воздуха; 3 - узел охлаждениями регулирования температуры воздуха; 4 - заслонка 1919Т регулирования температуры воздуха в кабине экипажа; 5 - узел регулирования расхода воздуха; б - узел отбора воздуха от двигателя Д-36; 7 - кран кольцевания; 8 - штуцер наземного кондиционера; 9 - дублирующий заборный кран 3213 регулирования температуры воздуха в кабине экипажа.

На земле при неработающих двигателях воздух в систему кондиционирования отбирается от вспомогательной силовой установки. Перед посадкой пассажиров в самолет через штуцер наземного кондиционирования при температуре наружного воздуха выше 25 град. производится охлаждение, а ниже 5 град. - обогрев пассажирского салона и кабины экипажа, при температуре 5-25 град. производится вентиляция пассажирского салона и кабины экипажа.
Максимальное абсолютное давление в системе:
- в точке отбора от IV ступени компрессора двигателя Д-36, кгс/кв.см 9, 6
- в точке отбора от ВСУ, кгс/кв.см 4, 9
Максимальная температура воздуха в системе, град.С:
- в точке отбора от IV ступени компрессора двигателя Д-36 388
- в точке отбора от ВСУ 276
Отбор воздуха от каждого из двигателей осуществляется за IV или за VII ступенью КВД в зависимости от режима работы двигателя (см. рис. 9.2.).
На малых режимах работы двигателя отбор осуществляется от VII ступени компрессора высокого давления. В этом случае замыкается концевой выключатель и подает питание на электроклапан, через который давление подается на пневмоцилиндр заслонки, заслонка открывается, если избыточное давление воздуха за VII ступенью меньше 6 кгс/кв.см, и воздух поступает в соответствующую подсистему СКВ.
При повышении избыточного давления воздуха за VII ступенью более б кгс/кв.см срабатывает сигнализатор давления и обесточивает электроклапан.
На режимах высоких работы двигателя заслонка закрыта, и отбор воздуха происходит за IV ступенью КВД.

Рис. 9.2. Схема отбора и регулирования расхода воздуха одной подсистемы: 1 - командный прибор 5378Т; 2 - электрокоммутатор 5599Т; 3 - датчик скорости 5384ЕТ; 4 - дроссельная заслонка 1293ДТ; 5 - компенсатор; 6, 11 - обратный клапан; 7 - регулятор избыточного давления 5589Т-42; 8 - заслонка 3184; 9, 13 - электроклапан переключения 4073Т; 10 - сигнализатор МСТ-11А (МСТВ-12М); 14 - датчик расхода.

При повышении избыточного давления в магистрали отбора воздуха выше 12 кгс/кв.см по сигналу от сигнализатора давления происходит аварийное отключение отбора воздуха от двигателя и отключение соответствующей подсистемы СКВ, при этом закрываются регулятор избыточного давления, и загорается сигнальная лампа " ВЕЛИКО ДАВЛЕНИЕ ОТБОРА", а после закрытия дроссельной заслонки - сигнальная лампа " ПОДАЧА ОТКЛЮЧЕНА" (см. рис. 9.3.).

Рис. 9.3. Элементы управления, контроля и сигнализации СКВ

Регуляторы избыточного давления поддерживают за собой в трубопроводе избыточное давление 4, 6 кгс/кв.см.
Магистрали отбора воздуха от двигателей соединены трубопроводами кольцевания в единую систему отбора воздуха от двигателей. В трубопроводах кольцевания установлены два крана кольцевания.
К системе отбора воздуха подсоединен трубопровод подачи воздуха от ВСУ, а к каждому узлу отбора воздуха подсоединен трубопровод подачи воздуха к воздушному стартеру двигателя.
Это дает возможность использовать систему отбора воздуха для запуска основных двигателей от ВСУ на земле и в полете, взаимозапуска двигателей и для работы системы кондиционирования воздуха на земле от работающей ВСУ.
Краны кольцевания при нормальной работе СКВ закрыты, чем обеспечивается подача воздуха в каждую из подсистем СКВ только от соответствующего двигателя.
Открываются краны кольцевания автоматически в случае:
- отключения подачи воздуха в любую из подсистем дроссельными заслонками;
- работы ВСУ.
Узлы регулирования расхода воздуха во всех трех подсистемах одинаковы.
Каждый узел регулирования расхода воздуха состоит из:
- исполнительного агрегата - дроссельной заслонки;
- агрегатов управления - командного прибора, датчика скорости, электрокоммутатора, электроклапана переключения;
- датчика расхода.
Расход воздуха регулируется как автоматически, так и вручную.
Дроссельная заслонка в начальный момент закрыта, и через датчик расхода воздух не проходит. Разность управляющих давлений, поступающих с датчика расхода в полости командного прибора, не соответствует номинальному расходу воздуха.
Электрический сигнал от командного прибора поступает на электрокоммутатор и далее на электромеханизм дроссельной заслонки - заслонка начинает открываться, и расход воздуха увеличивается. Увеличение расхода происходит до 1450 кг/ч.
В процессе увеличения расхода скорость нарастания давления в трубопроводе ограничивается датчиком скорости, который при превышении допустимой скорости нарастания давления выдает электрический сигнал на прикрытие заслонки. Электрический сигнал поступает на электрокоммутатор, который пропускает его на электромеханизм дроссельной заслонки вне зависимости от электрического сигнала, поступившего от командного прибора; Электромеханизм, поворачивая заслонку, уменьшает ее проходное сечение и возвращает скорость нарастания давления в пределы допуска.
При выключении подсистем медленно закрываются дроссельные заслонки.
При отключении одной подсистемы переключателем быстро закрываются регулятор избыточного давления и дроссельная заслонка. Закрытие дроссельной заслонки приводит к срабатыванию электроклапанов переключения режима в остальных двух подсистемах. Электроклапан переключает одни из полостей командного прибора с одного сечения (штуцера) датчика расхода на другое сечение (штуцер); при этом номинальная разность управляющих давлений достигается увеличением расхода. Расход воздуха в каждой из оставшихся включенными подсистем автоматически увеличивается до 2150 кг/ч.
Для контроля расхода воздуха в каждой подсистеме в трубопроводе за узлом регулирования температуры установлена трубка Вентури, перепад давления с которой подается на указатель расхода воздуха. Для слива конденсата из трубопроводов в магистралях подвода воздуха от трубки Вентури к указателям установлены влагоотстойники.
В каждой подсистеме узел охлаждения и регулирования температуры воздуха состоит из:
- агрегатов охлаждения воздуха;
- системы автоматического регулирования температуры;
- системы контроля температуры воздуха в трубопроводах. Узел охлаждения и регулирования температуры подсоединен к узлу регулирования расхода воздуха (см. рис. 9.4.).

Рис. 9.4. Схема узла охлаждения и регулирования температуры и узла распределения воздуха: 1 - кран обдува ног; 2 - коллекторы подачи воздуха в кабину экипажа; 3 - магистрали индивидуальной вентиляции; 4, 5 - обратный клапан; 6 - трубка Вентури; 7, 29 - заслонка 3182А; 8 - приемник температуры П1-Т; 9 - териореле 4463ВТ-8; 10, 22 - приемник температуры П1-Тр; 11 - обратный клапан; 12-турбохолодильник 5063АТ; 13, 15-регулятор подачи воздуха 1408Т; 14-усилительно-преобразовательное устройство ЭП-528Т; 16 - блок воздухо-воздушных радиаторов 2358; 17, 18 - заслонка 1919Т; 19 - приемник температуры П-77; 20 - задатчик температуры РР-53-5Т; 21 - термореле 4463ВТ-15; 23 - глушитель шума; 24 - приемник температуры ПП-19; 27 - заслонка 3173; 28 термореле 4463ВТ-67

Из узла регулирования расхода воздух попадает в блок воздухо-воздушных радиаторов (ВВР) - по два радиатора в блоке. Воздухо-воздушный радиатор продувается забортным воздухом, поступающим в радиатор через заборник, установленный на наружной обшивке самолета в хвостовой части фюзеляжа.
Дальнейшее охлаждение воздуха происходит в турбохолодильнике. Продувочный воздух, прошедший ВВР, попадает в вентилятор турбохолодильника. Воздух из вентилятора турбохолодильника сбрaсывается в атмосферу.
Принцип работы турбохолодильника заключается в преобразовании потенциальной энергии сжатого воздуха в кинетическую энергию струи, которая с большой скоростью поступает из соплового аппарата на лопатки турбины (см. рис. 9.5.). Здесь кинетическая энергия воздуха превращается в механическую работу, расходуемую на вращение вентилятора, обеспечивающего продувку ВВР на земле. Это сопровождается понижением температуры в результате соответствующего профилирования межлопаточных каналов турбины. В магистрали за турбохолодильником температура воздуха регулируется агрегатами системы автоматического регулирования температуры.

Рис. 9.5. Схема турбохолодильника: 1 - турбина; 2 - сопловой аппарат; 3 - вентилятор; 4 - корпус; 5 - блок игольчатых подшипников

Системы автоматического регулирования температуры воздуха в зонах герметической кабины аналогичны для подсистем передней и задней зон салона.
Горячий воздух, отбираемый перед ВВР, проходит по обводной линии через регулятор подачи воздуха, смешивается с частично охлажденным воздухом, отбираемым за блоком ВВР и проходящим через другой регулятор подачи, и с холодным воздухом за турбохолодильником и поступает в узел распределения воздуха. Регуляторы подачи воздуха могут управляться как автоматически, (автоматическим регулятором температуры) так и вручную.
По сигналам приемников температуры и задатчика температуры формируется команда на открытие температуры регуляторов подачи воздуха.
Комплект автоматического регулятора температуры обеспечивает поддержание в соответствующей зоне салона температуры, установленной на задатчике с точностью 2 град., и ограничивает температуру воздуха, поступающего в узел распределения.
При повышении температуры в трубопроводе до 80-100 град. термореле выдает сигнал на закрытие регуляторов подачи воздуха.
Система автоматического регулирования температуры воздуха в кабине экипажа работает следующим образом: холодный воздух, отбираемый от трубопровода индивидуальной вентиляции, проходит через обратный клапан, смешивается с горячим воздухом, идущим через заслонку, и поступает в узел распределения воздуха.