Дренажирование

Система дренажирования топливной системы уменьшает пожарную опасность при эксплуатации двигателя, так как при ее помощи обеспе­чивается слив топлива из возможных мест его просачивания или скоп­ления:

из-под хвостовиков роторов топливных насосов низкого и высокого

давления;

из-под золотников автоматов регулятора подачи топлива (автома­тов приемистости, запуска, автоматов высотно-скоростной корректи­ровки и др.);

из нижних частей кожухов камер сгорания и сопловых аппаратов после остановки двигателя;

из топливных коллекторов (только на отдельных ГТД) после остановки двигателя.

Топливо сливается по трубкам либо под капот самолета, либо в спе­циальный сливной бачок, из которого топливо при работе двигателя вытесняется сжатым воздухом на срез реактивного сопла, где оно сгорает в среде вытекающего газа.

Система дренажирования обес­печивает также надежное сооб­щение воздушных полостей ряда автоматов регулятора подачи топ­лива с атмосферой через специаль­ный дренажный бачок. Введение этого бачка, дополнительно к слив­ному, исключает влияние сжатого воздуха, подводимого к сливному, бачку, на работу этих автоматов.

Система дренажирования топ­ливной системы турбореактивно­го двигателя работает следующим образом. По трубке 1(рис. 78). сливается топливо из стартера в сливной бачок 9, по трубке 2 — из топливных коллекторов, по труб­ке 3 — из-под хвостовиков роторов плунжерных насосов, по трубке 4— из-под золотников автоматов плунжерных насосов в дренажный ба­чок 5. Одновременно суфлируются по трубке 4 воздушные полости авто­матов. По трубкам 6, 8 топливо попадает на срез реактивного соп­ла 7 соответственно из сливного 9 и дренажного 5 бачков. По трубке 10 подводится сжатый воздух через жиклер ж для выдувания топлива из сливного бачка. Топливо сливается на срез сопла из дренажного бачка только при его переполнении.

Насосы

Топливные насосы должны обеспечивать достаточную высотность, иметь производительность, соответствующую потребностям двига­теля, подавать топливо под требуемым давлением, равномерно, без значительных пульсаций, быть надежными в работе в течение ресурса двигателя.

Коловратные насосы, устанавливаемые на турбовинтовых двигателях, отличаются относительно простой конструкцией и малыми габаритами. Однако из-за больших утечек топлива они не создают вы­сокого давления и поэтому используются в качестве подкачивающих насосов перед основными насосами высокого давления.

Коловратный насос турбовинтового двигателя состоит из качаю­щего узла и деталей его уплотнения, редукционного и перепускного клапанов и узла регулировки давления топлива.

Качающий узел включает стакан 7 (рис. 79), ротор 10 с четырьмя пластинами 9 и плавающим пальцем 8, подшипники сколь­жения. Все детали, за исключением подшипников, изготовлены из легированной стали, а подшипники — из оловянисто-свинцовой брон­зы. Ротор, пластины и внутреннюю поверхность стакана азотируют для большей износоустойчивости.

рис. 78. Система дренажирования.

Рис. 79. Коловратный насос: а, б —характеристики, в —схема работы; г—качающий узел

Стакан имеет внутреннюю цилиндрическую расточку, на которую опираются пластины ротора, и два боковых окна, соединенных с кана­лами входа и выхода топлива.

Ротор имеет две цапфы, которыми он опирается на подшипники, четыре взаимно перпендикулярных паза под пластины, и внутренние шлицы для сочленения с хвостовиком привода. Внутри ротора поме­щается плавающий палец. Пластины при любом положении ротора с одной стороны опираются на внутреннюю поверхность стакана, а с другой — на поверхность плавающего пальца. Для уменьшения тре­ния торцовые поверхности пластин имеют полусферическую форму. Так как ось ротора расположена по отношению к внутренней расточ­ке стакана эксцентрично, то ротор с пластинами делит внутреннюю полость стакана на четыре объема А, Б, С, Д, постоянно меняющихся по мере его вращения. Такая конструкция качающего узла обеспечивает всасывание топлива со стороны увеличивающихся объемов А, Ь и нагнетание со стороны уменьшающихся объемов С, Д.

Редукционный клапан, поддерживающий постоянное давление на выходе 2, 5 кГ/см состоит из тарельчатого клапана 5 резиновой мембраны 1, пружины 4 и регулировочного винта 3.

Перепускной клапан 6, прижатый пружиной к тарельчатому клапану 5, обеспечивает перепуск топлива при заливке системы на неработающем двигателе.

При вращении ротора против часовой стрелки объемы Л и Б со сто­роны входа увеличиваются и в них создается разрежение (подсос), а объемы С и Д со стороны нагнетания уменьшаются, благодаря чему давление на выходе возрастает. Производительность коловратного насоса зависит от числа оборотов ротора насоса, давления топлива на входе р_вх, от рабочих объемов А, Б, С, Д и их заполнения и устанав­ливается большей, чем потребный расход топлива на взлетном режи­ме. Например, для одного из ТВД на взлетном режиме расход топливо составляет 1055 кГ/ч, а производительность насоса превышает 2 000 кГ/ч.

Запас производительности насоса создает условия для устойчи­вой работы редукционного клапана, так как клапан может устойчиво работать только при перепуске через него значительного количества топлива, гарантируя при всех изменяющихся условиях надежное питание двигателя топливом. При этом усилие на тарелку от избыточ­ного давления на выходе превышает натяжение пружины. Клапан открывается и перепускает топливо на линию входа в таком количестве, при котором избыточное давление станет равным 2, 5 кГ/см . Для ТВД обычно п = const, поэтому производительность насоса зависит от величины р_вх.

Давление топлива на входе в насос р_вх зависит от атмосферного давления воздуха в баках _Ро, от уровня топлива в баках р_ст, от давле­ния, создаваемого подкачивающим самолетным насосом р и от потерь из-за гидравлических сопротивлений

При работе двигателя в режиме набора высоты давление топлива на входе в насос уменьшается вследствие падения р_й и р_гт. Это могло бы привести к уменьшению избыточного давления на выходе из насоса.

Рассмотрим действие сил на редукционный клапан. Он прижат к седлу силой натяжения пружины Р_пр (рис. 79, в), силой давления топлива, действующей сверху на тарелку клапана со стороны входа:

f (f — площадь тарелки), и силой давления воздуха, дей­ствующей на мембрану сверху Р₀ = площадь мембраны). Давление р₀ передается на мембрану через жиклер 2 в крышке

Таким образом, сумма сил, закрывающих клапан:

При работе насоса клапан стремится открыться силой абсолютного давления топлива, действующей под тарелку клапана (абсолютное давление равно сумме избыточного давления топлива на выходе и атмосферного давления Р_абс= (р_изб + р₀) = Р_изб + ), и силой дав­ления топлива, действующей снизу на мембрану со стороны входа

.

Таким образом, сумма сил, открывающих клапан,

Чтобы клапан находился в равновесии, должно быть обеспечено равенство сил, открывающих и закрывающих клапан:

.

Так как эффективная площадь мембраны примерно равна площади тарелки клапана, то Р₀ = ₀ и Р_вх = _БХ. Следовательно, избыточ­ное давление топлива на выходе из насоса поддерживается постоянным и равным натяжению пружины Р_пр = Р_ИЗб, т. е. не зависит от давле­ния топлива на входе.

Сообщение полости над мембраной с атмосферой обеспечивает из­менение абсолютного давления на выходе р_а5с (рис. 79, а) по закону барометрического давления р₀ и поддержание избыточного давления топлива на выходе постоянным независимо от высоты полета. Если жиклер 2 в крышке заглушить на земле (рис. 79, в), то с набором вы­соты избыточное давление топлива на выходе из насоса будет несколь­ко увеличиваться, так как абсолютное давление будет оставаться по­стоянным.

Центробежные насосы при малых габаритах и весе способны обес­печить достаточно высокую производительность (15 000 — 20 000 кГ/ч) и по сравнению с другими типами насосов менее чувствительны к ка­честву применяемого топлива. Недостатком этих насосов является относительно большая пульсация давления топлива на выходе. По­следнее обусловливает их применение в качестве подкачивающих на­сосов.

Центробежный насос состоит из двух основных узлов: качающего узла и дросселирующего клапана.

Качающий узел включает корпус 8 (рис. 80), крышку 17, вал 2, вращающийся на шарикоподшипниках 3 и 9, крыльчатку 13 и резиновые манжеты 6 уплотнения вала.

Дросселирующий клапан, поддерживающий пример­но постоянное давление топлива (1, 8 — 3 кГ1см^г) на выходе из насоса, включает двухтарельчатый клапан 28, поршень-демпфер 26, жестко соединенный с клапаном 28, резиновую мембрану 25, пружину 24 и ре­гулировочную гайку 23. Крыльчатка 13 — с лопатками, загнутыми против вращения закрытого типа, т. е. топливо, движущееся в межлопаточных каналах от центра к периферии, не касается корпуса 8 и крышки 17. Благодаря этому гидравлические потери уменьшаются, а к. п. д. насоса увеличивается. Однако такие крыльчатки получаются более тяжелыми и они сложны в изготовлении.

При работе двигателя топливо поступает через приемный патру­бок насоса в межлопаточные каналы крыльчатки 13, которая увлекает поток топлива, увеличивая его скорость и давление. Рост скорости потока топлива обусловлен увеличением окружной скорости

Рис. 80. Центробежный насос:

1- муфта; 2- вал; 3, 9 – шарикоподшипкики; 4, 7 – распорные втулки; 5-втулка вала; 6- резиновая манжет; 8-корпус; 10 –винт; 11-фланец; 12 – оегулировачное кольцо; 13- крыльчатка; 14 – кольцо; 15-гайка; 16- разгрузочное отверсти; 17- крышка; 18 — стакан; 19 —втулка; 20 —дренажный штуцер; 21 — спиральная пружина; 22— стопорное кольцо; 23 — гайка; 24 — пружина; 25 — резиновая мембрана; 26 —поршень-демпфер: 27 —направляющая: 28—дро сселирующий клапан.

крыльчатки по мере увеличения радиуса, а рост давления топлива — действием центробежных сил. Далее топливо поступает в сборник-улит­ку, представляющую собой плавно расширяющийся канал, в котором кинетическая энергия топлива безударно преобразуется в энергию давления. Для уменьшения гидравлических потерь ось канала улитки выполнена по касательной к окружности рабочего колеса крыль­чатки.

Давление топлива р_а, создаваемое качающим узлом при выбран­ных размерах (т. е. давление на выходе из улитки перед клапаном), зависит от давления топлива на входе р_вх и скорости вращения крыль­чатки. Давление топлива на входе зависит от давления воздуха в ба­ках р₀, уровня топлива в баках р_ст и давления , создаваемого подкачивающим самолетным насосом:

р_вк = р₀ + р_{по к} + р_ст.

Скорость вращения крыльчатки зависит от режима работы двига­теля. При эксплуатации двигателя изменяется давление воздуха в ба­ках (с высотой), происходит выработка топлива, изменяются режим работы подкачивающего насоса и режим работы двигателя. Это приводит к постоянному изменению давления топлива, создаваемого чающим узлом.

Для устойчивой работы насосов высокого давления, обеспечения требуемой производительности и исключения вибрации трубопроводов давление топлива на выходе из насоса (за клапаном) должно быть примерно постоянным. Такое постоянное давление поддерживается клапаном 28 за счет автоматического дросселирована потока топлива.

Пружина 24 клапана затягивается гайкой 23 с усилием, соответствующим давлению р = 1, 8 - 3 кГ/см . Давление р_др по каналу а передается в полость А резиновой мембраны 25. При изменении заданного давления р_яр изменяется соотношение сил, действующих с обеих, сторон на мембрану. Она прогибается и перемещает поршень 26 со штоком и двухтарельчатым клапаном 28 вправо (при уменьшении р или влево (при увеличении р_др), пока не установится такое проходное сечение б, при котором давление на выходе не станет равным р = 1, 8 - 3 кГ/см .

Для уменьшения пульсации давления топлива и исключения вибрации трубопроводов центробежный насос имеет следующие конструктивные особенности.

1. В узел клапана 28 вмонтирован гидравлический демпфер, который состоит из поршня 26 со штоком и двух бронзовых уплотнительных колец, установленных в канавки поршня и прижатых к цилиндру направляющей 27. Поршень демпфера жестко соединен с резиновой мембраной 25. Поршневая полость В демпфера всегда заполнена топливом, проникающим по зазорам в стыке колец поршня и по зазор между бронзовой направляющей втулкой 27 и штоком поршня.

При увеличении количества топлива, потребляемого двигателем давление топлива в полостях А к Б уменьшается. Под действием пружины 24 мембрана прогибается вправо и перемещает поршень 26 клапан 28 в сторону увеличения проходного сечения б до восстановления р_др. При этом скорость перемещения клапана 28 (т. е. его колебание) тормозится перетеканием топлива в демпфере, так как она определяется гидравлическими сопротивлениями, возникающими при выл нении топлива из полости В.

При уменьшении расхода топлива давление р_др растет, мембрана прогибается влево, обжимая пружину, и перемещает поршень 26 клапан 28 влево, в сторону уменьшения проходного сечения восстановления р_др. При этом скорость закрытия клапана определяется скоростью засасывания топлива в полость В демпфера.

2. Клапан 28 выполнен двухтарельчатым, поэтому изменяющее давление топлива р_и на выходе из качающего узла не нарушает его регулировки, так как оно передается на две тарелки клапана и действует в разные стороны.

3. Клапан 28 выполнен со стороны выхода топлива удобообтекаемой формы в виде конусного клапана и гайки со сферической подторцовкой.

4. Полость пружины через отверстие в гайке 23 сообщена с атмосферой, благодаря чему регулировка клапана 28 не нарушается с изменением высоты полета. С набором высоты за счет падения давления в баках при прочих равных условиях уменьшается давление топлива на мембрану справа (со стороны выхода топлива оно передается полость А). Одновременно в такой же степени уменьшается давление Чуха на мембрану слева, так как полость Г сообщена через отверстие в гайке 23 с атмосферой. Таким образом обеспечивается поддержание избыточного давления р_др на выходе постоянным независимо от высоты полета. При резком перемещении РУД на себя давление р_др могло бы резко возрасти, так как уменьшается расход топлива. В этом случае по каналу в стравливается давление топлива перепуском его линию входа.

Плунжерные насосы по сравнению с коловратными, центробежными и шестеренчатыми обладают рядом преимуществ: возможностью полу­чения высоких давлений топлива и регулирования расхода топлива при постоянной скорости вращения и более высоким коэффициентом подачи топлива. К недостаткам этих насосов относятся сложность изготовления, чувствительность к коррозии, паданию механических примесей и воды в топливо, к изменению температуры окружающей среды. Все эти факторы вызывают увеличение сил трения между плунжерами и ротором, могут привести к зависанию плунжеров и выходу насоса из строя.

Качающий узел плунжерного насоса смонтирован в корпусе 10 ( рис.81), отлитом из алюминиевого сплава, и включает ротор 2 с приводной шлицевой рессорой 17, плунжеры 4, пружины 8 плунжеров, узел наклонной шайбы 14 и распределительный золотник 7.

Р о т о р обычно изготовляют из бронзы. Благодаря этому улучается теплоотвод от ротора в топливо, а также уменьшается сила трения между плунжером и ротором. Равномерно по окружности ротора расположены наклонные к оси вращения отверстия для плунжеров, в которых выполнены кольцевые канавки. Канавки предназначены для отложения твердых частиц, проникающих в зазор между ротором и плунжером, а также для выравнивания давления топлива по окружности плунжера.

В зазоре между ротором и плунжером имеется топливо, и если его давление не выравнено по окружности, то плунжер расположится в отверстии эксцентрично, прижмется к одной стороне и будет работать без смазки, что увеличит силы трения. Торец ротора прижат к распределительному золотнику 7, поэтому для лучшей приработки он покрыт тонким слоем индия с подслоем свинца.

В промежутке между отверстиями под плунжеры в роторе сделаны наклонные отверстия а, соединяющие полость внутренней расточки ротора, сообщенную со всасывающей магистралью, с полостью корпуса насоса. Эти сверления выполняют роль центробежного и предназначены для повышения давления топлива в корпусе. Избыточное по сравнению с давлением во всасывающей магистрали давление в корпусе способствует прижатию ротора к распределительному золотнику.

Рис. 81. Плунжерный насос.

золотнику. Благодаря этому уменьшается утечка топлива через тор­цовый зазор между ротором и распределительным золотником 7.

Плунжеры 4 изготовлены из стали и представляют собой тон­костенные цилиндры, тщательно обработанные по наружной поверх­ности и попарно подбираемые по отверстиям в роторе с зазором 0, 015— 0, 022 мм. Своими сферическими головками они опираются на коничес­кую поверхность наклонной шайбы. На плунжер действуют сила пружины (рис.81, б) сила давления топлива , центробежная сила , сила инерции .

Распределительный золотник 7 изготовлен из стали, крепится к корпусу на шпильках и имеет два полукольцевых выреза (окно), один из которых сообщается с линией всасывания, а второй – с нагнетающим каналом. Центральное отверстие золотника сообщено с полостью всасывания.

Наклонная шайба 14 представляет собой кольцо комбинированного упорно-опорного шарикоподшипника. При работе насоса она силами трения плунжеров также увлекается во вращение. Со стороны плунжеров на шайбу действуют силы, которые относительно оси поворота шайбы создают момент , стремящейся повернуть наклонную шайбу на нулевой угол. Корпус 15 подшипника имеет проушину для соединения через серьгу 13 со штоком 11 сервопоршня.

Наклонная шайба при помощи сервопоршня 9 может устанавливаться под различными углами к плоскости распределительного золотника 7, поворачиваясь вокруг полуосей, запрессованных в корпусе.

Рассмотрим работу плунжерного насоса. При вращении ротора 2 плунжеры 4, совершая возвратно-поступательное движение, в течение пол-оборота всасывают топливо, а в течение следующего пол-оборота нагнетают его через окно В высокого давления насоса. Всасывание топлива осуществляется вследствие того, что плунжеры, расположенные ниже горизонтальной оси ротора, движутся под действием пружин 8 и давления топлива от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), создавая за счет увеличивающегося объема перед окном А распределительного золотника разрежение. Плунжеры, расположенные при этом выше горизонтальной оси ротора, под действием наклона шайбы движутся от н.м.т. к в.м.т. и вследствие уменьшающегося объем перед окном В распределительного золотника вытесняют топливо под повышенным давлением в канал нагнетания.

Производительность плунжерного насоса определяется по формуле

кг/ч,

где _Т — удельный вес топлива;

К- количество плунжеров;

n - скорость вращения ротора насоса, об/мин;

коэффициент подачи, учитывающий утечки топлива по зазорам между ротором и плунжерами.

С увеличением п_н и давления топлива величина несколько уменьшается, так как растут утечки топлива. Это требует высокой чистоты и точности взаимной приработки плунжеров в отверстиях ротора, торцовых поверхностей ротора и распределительного золотника.