Анализ работы противообледенительной системы
Вступление
В современной авиации без
противообледенительной системы не может обойтись любой двигатель, особенно
вертолетный ГТД. Поскольку вертолет летает на небольших высотах, где воздух
имеет повышенную влажность на входных устройствах и входных лопаток компрессора
вертолета образуется лед, который негативно влияет на работу двигателя и даже
представляет опасность. Вероятность обледенения возникает в условиях пониженных
температур и повышенной влажности воздуха. Вода в атмосферном воздухе может
находиться в твердом’ (град, снег), жидком (дождь, туман) и газообразном
состоянии. В переохлажденном состоянии вода встречается в атмосферном воздухе
при температурах от 0 до -20.°С (2734-253 К). В слоистых облаках вода в
переохлажденном состоянии может находиться до -4 °С (269 К), в высокослоистых -
до -10 °С (263° абс) и в кучевых -30 °С (243 К).Мощные кучевые облака
практически при температуре от -20 до -30° С (253-243 К) состоят на 70-80% из
переохлажденной воды. Чем больше плотность облаков, тем интенсивнее происходит
обледенение. На деталях входной части двигателя может образовываться как
прозрачный кристаллический лед, так и лед в виде изморози. Кристаллический лед
более опасен, чем шероховатая изморозь, так как может отрываться от входных
деталей двигателя и попадать в компрессор. Изморозь чаще всего появляется при
стоянке вертолета Образование льда на деталях входной части двигателя возможно
и в условиях положительной температуры атмосферного воздуха (5-7° С) вследствие
большой скорости истечения воздуха в воздухозаборнике. При этом происходит
понижение температуры воздуха до отрицательного значения. Обледенение
воздухозаборников, приводит к изменению формы и размеров сечения проходного
канала, что вызывает изменение параметров воздуха перед компрессором. Это также
приводит к увеличению гидравлического сопротивления что приводит к уменьшению
секундного расхода воздуха, степени повышения давления что, в свою очередь,
влечет уменьшения мощности двигателя. С уменьшением мощности двигателя
топливная автоматика питается, поддержать заданную мощность тем самым
увеличивая подачу топлива в камеру сгорания и вызывает увеличение температуры
перед турбиной. Увеличение газов перед турбиной может вызвать перегрев лопаток
турбины, что впоследствии приведет к их разрушению. Также при уменьшении
потребного количества воздуха и увеличении подачи топлива приводит к увеличению
тепловых потерь (нагрев конструкции) и выброса недогоревшего топлива с
выходными газами. Это вызывает увеличение удельного расхода топлива.
Обледенение лопаток входного направляющего аппарата, что приводит, к изменению
их геометрической формы вызывает помпаж компрессора. Обледенение рабочих
лопаток первой ступени вызывает повышенный уровень вибрации и тряску из за неуравновешенности
ротора. Срыв льда и последующие попадание его в компрессор может вызвать
забоины на рабочих лопатках вследствие их вращения с большой частотой.
Предохранение входной части
двигателя можно обеспечить несколькими вариантами:
впрыском во входное устройство
специальной противообледенительной жидкости
подогревом поверхностей горячим
маслом, воздухом или использованием электрообогрева
В вертолетных ГТД чаще всего
используется отбор горячего воздуха из компрессора, а также иногда
электрообогрев. В некоторых моделях используется горячее масло для обогрева
входного устройства. От образования льда защищают воздухозаборник, центральный
обтекатель и лопатки ВНА. Противообледенительные системы двигателей должны
удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечивать достаточную
эффективность, надежность и безотказность действия при любых условиях полета;
сохранять мощность двигателей; иметь минимальную массу и габариты; потреблять
минимум энергии; быть простыми в эксплуатации.
1. Устройство и работа
противообледенительной системы
Рис. 1. Схема противообледенительной
системы двигателя: 1 - коллектор; 2 - воздухозаборник; 3 - крышка опоры; 4 -
обтекатель; 5,6 - каналы; 7 - лопатки входного направляющего аппарата
компрессора; 8, 11, 12, 15, 16 - трубопроводы 9, 14 - электромеханизмы; 10, 13
- воздушные краны; 17-отверстия для выхода воздуха
Противообледенительное устройство
(рис. 1) воздухозаборника 2 состоит из коллектора 1, трубопроводов 12 и 16
подвода горячего воздуха и переключателя (крана) 13 с электромеханизмом 14.
Коллектор 1 представляет собой полое кольцо из трубы, в стенках которой
выполнены отверстия для выхода горячего воздуха. Электромеханический
переключатель воздуха предназначен для перекрытия проходного сечения
воздухопровода подачи горячего воздуха. Он состоит из воздушного крана 13 и
электромеханизма 14, управляющего работой воздушного крана.
Противообледенительное устройство двигателя состоит из трубы 11,
противообледенительного клапана (крана) 10, двух труб 8 и 15 подвода горячего
воздуха в корпус передней опоры ротора компрессора, системы каналов и отверстий
для прохода горячего воздуха в обогреваемых деталях. Работой
противообледенительного клапана управляет электромеханизм 9.
При включении противообледенительной
системы подается питание на электромеханизмы 9 и 14 воздушных кранов 10 и 13.
При открытии воздушного крана 13 горячий воздух, забираемый из компрессора, по
трубопроводам 12 и 16 поступает в коллектор 1. Через отверстия в коллекторе
воздух выходит в полость А между обшивкой носка воздухозаборника и обогревает
воздухозаборник 2. При открытии противообледенительного клапана 10 горячий
воздух (вторичный воздух камеры сгорания) по двум трубам 8 и 15 проходит к
горизонтальным стойкам корпуса передней опоры ротора компрессора, в каждой из
которых он идет в двух направлениях:
. По каналам 5 в передних кромках
стоек горячий воздух поступает в кольцевую полость, образованную внутренней
поверхностью втулки опоры и крышкой 3. Из этой полости часть воздуха поступает
по каналам в вертикальных стойках опоры на обогрев передних их кромок и через
отверстия в стойках выходит в поток воздуха, поступающего в двигатель. Из этой
же полости часть воздуха поступает в полость Б обтекателя 4 двигателя. Из
полости Б обтекателя через отверстия в его внутреннем дефлекторе часть горячего
воздуха проходит в кольцевую полость В между стенками. Через ряд отверстий,
выполненных в передней части наружной стенки обтекателя, горячий воздух выходит
в поток воздуха, поступающего в двигатель, обогревая наружную поверхность обтекателя
4. Часть горячего воздуха через радиальные отверстия в крышке 3 опоры и через
осевые отверстия в шпильке 17 крепления обтекателя 4 выходит в проточную часть,
обогревая носок обтекателя.
. По наклонным каналам 6 в
горизонтальных стойках корпуса передней опоры ротора компрессора горячий воздух
поступает в воздушный коллектор Г, откуда он проходит через полые цапфы во
внутреннюю полость лопаток 7 входного направляющего аппарата, где установлены
дефлекторы, обеспечивающие циркуляцию горячего воздуха по всей площади лопаток,
что способствует более эффективному обогреву. Через щели (торцевые и в задних
кромках лопаток) воздух уходит в проточную часть двигателя.
Работой противообледенительной
системы можно управлять вручную или с помощью автомата. Для этого в
электрической цепи противообледенительной системы двигателей вертолета
устанавливают переключатель «Ручное», «Автомат». Для подачи сигнала экипажу о
начале обледенения и автоматическом включении в работу противообледенительной
системы в туннеле воздухозаборника вентилятора устанавливают сигнализатор
обледенения РИО-3, который срабатывает при толщине льда на его чувствительной
части (0,3±0,1) мм.
При начавшемся обледенении
управляющий сигнал датчика замыкает цепь лампы табло «Включи
противообледенительную систему». Одновременно включается электронагревательный
элемент сигнализатора для удаления льда с его чувствительной поверхности.
Обогрев сигнализатора обеспечивает удаление льда с его чувствительной
поверхности и работу сигнального табло с периодичностью, уменьшающейся с
увеличением интенсивности обледенения. Если интенсивность обледенения превышает
0,5… 1 мм/мин, то сигнальное табло горит непрерывно. Управляющий сигнал через
систему реле включает также противообледенительную систему правого двигателя,
при этом загорается табло «Обогрев входа в двигатель включен» и «Обогрев
двигателя работает». Противообледенительная система левого двигателя включается
пилотом вручную и остается включенной даже после выхода вертолета из зоны
обледенения и прекращения работы сигнального табло «Включи
противообледенительную систему». Система выключается вручную нажатием кнопки
«Выключение противообледенительной системы». В некоторых случаях (например, при
проверке исправности системы, отказе автоматического управления) противообледенительную
систему двигателя можно включить вручную совместно для обоих двигателей
вертолета или раздельно для каждого двигателя.
Включение системы обогрева
неблагоприятно влияет на мощность и экономичность двигателя. Так, при включении
системы обогрева вследствие значительного отбора воздуха от двигателя мощность
его уменьшается, а удельный расход топлива увеличивается. При одновременном
включении обогрева обоих двигателей вертолета значительно уменьшается мощность,
передаваемая несущему винту, что может привести к резкому уменьшению тяги винта
и к потере вертолетом высоты. Поэтому управляющий сигнал от сигнализатора
обледенения при автоматическом управлении системой включает обогрев только
правого двигателя. В этом случае автоматическая система синхронизации мощности
двигателей увеличением подачи топлива в правый двигатель сохраняет его мощность
постоянной. При включении обогрева правого двигателя вертолета и загорании
табло «Включи противообледенительную систему» пилот вручную производит включение
системы обогрева левого двигателя.
2. Проверка
противообледенительной системы
противообледенительный двигатель
вертолет воздухозаборник
Проверка противообледенительной
системы (выполняется, если предполагается полет в условиях обледенения)
. Через 2-3 мин. после включения
снять защитный кожух со штыря датчика. Сигнализаторобледенения считается
работоспособным, если через 20±10 сек после снятия защитного кожуха сигнальная
лампа табло «Включи противообледенительную систему» погаснет. Кроме этого,
необходимо проверить работоспособность сигнализатора обледенения имитатором
льда, для чего:
а) поднести имитатор сектором №2 к
чувствительной поверхности штыря датчика. Через время не более 15 сек должна
загореться сигнальная лампа табло 2;
б) убрать от чувствительной
поверхности штыря датчика имитатор, при этом через 20 сек должна погаснуть
сигнальная лампа табло 2;
в) поднести имитатор с сектором №1 к
чувствительной поверхности штыря датчика, при этом сигнальная лампа табло 2 не
должна загореться.
. Надеть защитный кожух на штырь
датчика сигнализатора обледенения.
Примечание. Перед полетом защитный
кожух необходимо снять.
. Переключатели 4, 5 и 6 установить
в положение «Автомат», после чего переключатель 3 установить в положение
«Ручн.», при этом загорятся табло 9, 10, 11 и 12, и будет прослушиваться
срабатывание электромеханизмов открытия воздушных заслонок.
Срабатывание электромагнитных кранов
ЭМТ-244 и работа программного механизма ПМД-21 определяется на слух по
характерным щелчкам. Загорание табло свидетельствует об исправности
противообледенительной системы воздухозаборников двигателей и входного
направляющего аппарата (ВНА) компрессоров двигателей.
. Переключатель 3 установить в
положение «Авт.» и нажать кнопку «Выкл. противообл.», при этом все табло 9, 10,
11, 12 должны погаснуть.
. Нажать (не более 2-3 сек) кнопку
7, при этом должно загореться табло 8 «Обогрев РИО-3 исправен».
. Переключатель 4 установить в
положение «Ручн.», после чего должны загореться табло 9, 10,11, при этом табло
9 свидетельствует о подаче электропитания на электромагнитные краны, а не об их
срабатывании.
. Выключить автоматы защиты сети 1
и» Противооблед. - управление».
Примечание 1. Проверка производится
совместно со специалистом по авиационному оборудованию.
. Работоспособность
противообледенительной системы лопастей и стекол проверять только при
работающих двигателях
. Эксплуатация ТВ2-117А
в условиях низких температур
При стоянке вертолета в зимних
условиях (влияние на него низких температур) в двигателе может образовываться
конденсат который потом превращается в лед и может вызвать примерзание лопаток
компрессора к корпусу. Для избегания попадания снега входной канал компрессора
и выходного устройства их плотно закрывают заглушками. Перед запуском двигателя
заглушки должны быть сняты, а техники должны убедится в отсутствии снега или
льда в проточной части двигателя. При помощи ручной прокрутки двигателя
проверяют, нет ли примерзания лопаток к корпусу. Для этого не прикладывая
больших усилий (во избежание поломки или деформации лопатки) проворачивают
ротор компрессора. Если при прокрутке ротор не поддается проворачиванию, то
двигатель, прогревают горячим воздухом, подавая его в газовоздушный тракт.
После этого убеждаются в легкости прокрутки ротора и отсутствии льда.
В зимних условия двигатель
разрешается запускать без предварительного подогрева при температуре масла в
двигателе и редукторе не ниже -40 °С. При температурах ниже допустимых
двигатели прогревают горячим воздухом с температурой не выше чем 80 °С. Воздух
подается в подкапотное пространство по температура масла не достигнет -15 °С в
редукторе, но не менее 20 мин. При стоянке вертолета т течении ночи или дня и
при температуре атмосферы ниже -5 °С необходимо произвести холодную прокрутку
(для повышения надежности запуска).
При опробовании
двигателей на земле должна быть включена противообледенительная система.
Включение системы влечет за собой повышение 
перед турбиной на 10…15
°С при 
и
на 20…30 °С при 
.При
включении противообледенительно системы температура не должна превышать
допустимую.
В зимних условиях перед
остановом двигателей, необходимо их охлаждать во избежание температурных
нагрузок. Охлаждение производится на режиме малого газа в течении 2…3 мин. При
полном останове двигателей рекомендуется сразу же поставить заглушки, что бы
проточная часть не очень быстро охлаждалась. При длительной стоянке с
температурой ниже -50°С, масло из маслосистемы необходимо слить. Масло сливают
сразу после останова или подогрева двигателя. Пред заправкой масло
предварительно подогреваю до температуры 60…70 °С.
4. Сезонное ТО силовой
установки
. Проверьте срабатывание
клапанов и заслонок обогрева воздухозаборников, входа и обтекателя двигателей.
. Произведите контроль
противодавления двигательной секции ВМР-2281 Б.
Выводы
В этой работе я
рассмотрели работу и эксплуатацию противообледенительной системы, а также
работу двигателя в условиях пониженных температур. Изучил правила и особенности
эксплуатации вертолетного ГТД в зимнее время года и в условиях обледенения.
Проанализировавши
противообледенительную систему (ПОС.) я узнал её конструкцию, принцип работы и
алгоритм её проверки. Научился пользоваться технической литературой и
нормативно технической документацией.
Список литературы
1. И.В. Кеба «Конструкция и летная эксплуатация вертолетного
двигателя ТВ2-117»
2. И.В. Кеба «Летная эксплуатация вертолетных газотурбинных
двигателей»
. «Инструкция по технической эксплуатации вертолета Ми-8»
. А.Д. Богданов, И.Г Хаустов «Авиационный двигатель
ТВ2-117»
. «Регламент технического обслуживания вертолета Ми-8»