Топливная система гту: Системы газотурбинных установок — MirMarine

Топливная система

Топливная система

Топливная система служит для приема, перекачки, хранения, очистки, транспортировки топлива из расходных цистерн к газотурбинным двигателям.

Судовая газотурбинная установка отличается от других установок повышенными требованиями к качеству топлива. От качества используемого топлива существенно зависит работа основных узлов ГТУ: топливной систем камеры сгорания, проточной части турбины, регенератора, а также их ресурс и надежность.

Важное достоинство газовых турбин состоит в том, что они спо­собны работать на различных топливах.

Судовые ГТУ работают в основном на дистиллятных сортах то­плива DMA, DMB или DMC стандарта ISO 8217 1996. Кроме того, в газотурбинных установках может быть использовано остаточные сорта RМА или RMВ.

Принципиальная схема системы топливопитания газотурбинной установки показана на Рис. 55.

Рис. 55. Топливная система газотурбинной установки с ее элементами 1 — стоп-кран для подключения и отключения топлива к двигателю; 2 — клапан переключения топлива легкое-тяжелое; 3 — клапан переключения топлива тяжелое-легкое; 4 — фильтр тонкой очистки низкого давления; 5 — фильтр тонкой очистки высокого давления; 6, 7, 8 — топливные насосы высокого давления; 9 — фильтр тонкой очистки; 10 — электронасос пускового топлива; 11, 12 — фильтр; 13 — электронасос легкого топлива; 14, 15 — топливоподкачивающий насос; 16 — фильтр; 17 — невозвратный клапан; 18 — топливо подогреватель; 19 — фильтр; 20 — клапан обводного трубопровода; 21 — дроссельный клапан ввода присадок в топливо.

Качественные характеристики топлива для ГТУ рекомендуется ограничивать в зависимости от температуры газов на входе в турбину. В случае работы турбины при температуре газов 600°С и ниже зольность топлива не должна превышать 0,05%. При температуре газов выше 730°С требования по содержанию зольных элементов повышаются. Допускается максимальное содержание следующих элементов: ванадия — 0,0002%, суммарное содержание натрия и калия — 0,0005%, кальция — 0,0001%, свинца — 0,0005%. Свинец, натрий и калий, при больших количествах, отлагаются в проточной части турбины и при температурах газа 650…850°С вызывают коррозию лопаточного аппарата.

Дата добавления: 2015-07-20; просмотров: 108 | Нарушение авторских прав

mybiblioteka. su — 2015-2022 год. (0.022 сек.)

Компоненты топливной системы авиационного газотурбинного двигателя

Главные топливные насосы обеспечивают непрерывную подачу топлива при надлежащем давлении и в течение всего времени работы авиационного двигателя. Топливный насос с приводом от двигателя должен обеспечивать максимально необходимый расход при соответствующем давлении для обеспечения удовлетворительного распыления форсунки и точной регулировки подачи топлива.

Эти топливные насосы с приводом от двигателя можно разделить на две отдельные категории систем:

Их использование зависит от того, в какой части топливной системы двигателя они используются. Как правило, на входе в насос с приводом от двигателя используется непрямой рабочий объем (центробежный насос), чтобы обеспечить положительный поток на вторую ступень насоса. Производительность центробежного насоса может варьироваться по мере необходимости, и иногда ее называют ступенью наддува насоса с приводом от двигателя.

Вторая или основная ступень топливного насоса с приводом от двигателя для газотурбинных двигателей, как правило, представляет собой насос объемного типа. Термин «положительный рабочий объем» означает, что шестерня подает в двигатель фиксированное количество топлива при каждом обороте шестерни насоса. Шестеренчатые насосы имеют примерно прямолинейные характеристики потока, тогда как потребность в топливе колеблется в зависимости от условий полета или окружающего воздуха.

Следовательно, насос достаточной производительности при всех режимах работы двигателя имеет избыточную производительность в большей части рабочего диапазона. Это характеристика, которая требует использования предохранительного клапана для перепуска избыточного топлива обратно на впуск. Типичный двухступенчатый насос с приводом от газотурбинного двигателя показан на рисунке 1. Рабочее колесо, которое приводится в движение с большей скоростью, чем элементы высокого давления, увеличивает давление топлива в зависимости от частоты вращения двигателя.

Топливо подается от наддувного элемента (крыльчатки) к двум элементам шестерни высокого давления. Предохранительный клапан встроен в выпускной патрубок насоса. Этот клапан открывается при заданном давлении и способен перекрывать общий поток топлива. Это позволяет рециркулировать топливо сверх того, что требуется для работы двигателя в данный момент. Байпасное топливо направляется на вход насоса второй ступени. Топливо поступает от насоса к дозатору топлива или регулятору топлива. Регулятор подачи топлива часто крепится к топливному насосу. Топливный насос также смазывается топливом, проходящим через насос, и он никогда не должен вращаться без подачи топлива на вход насоса. Поскольку двигатель останавливается на выбеге при выключении, топливный насос должен быть обеспечен топливом, пока он не остановится.

Подогреватель топлива

Топливные системы газотурбинных двигателей очень подвержены образованию льда в топливных фильтрах. Когда топливо в топливных баках самолета остывает до 32 °F или ниже, остаточная вода в топливе имеет тенденцию замерзать, образуя кристаллы льда. Когда эти кристаллы льда в топливе попадают в фильтр, они блокируют подачу топлива в двигатель, что вызывает очень серьезную проблему. Чтобы предотвратить эту проблему, топливо хранится при температуре выше точки замерзания. Более теплое топливо также может улучшить сгорание, поэтому необходимы некоторые средства регулирования температуры топлива.

Одним из методов регулирования температуры топлива является использование подогревателя топлива, который работает как теплообменник для подогрева топлива. В качестве источника тепла обогреватель может использовать отбираемый из двигателя воздух или моторное смазочное масло. Тип с отбором воздуха называется теплообменником воздух-жидкость, а масляный тип известен как теплообменник типа жидкость-жидкость. Функция подогревателя топлива заключается в защите топливной системы двигателя от образования льда. Однако, если в фильтре образовался лед, нагреватель также можно использовать для оттаивания льда на топливном экране, чтобы топливо снова могло свободно течь. На большинстве установок топливный фильтр оснащен датчиком предупреждения о падении давления, который включает сигнальную лампу на приборной панели кабины. Если на поверхности фильтра начинает собираться лед, давление на фильтре медленно снижается. Когда давление достигает заданного значения, сигнальная лампа оповещает персонал кабины экипажа.

Системы защиты от обледенения топлива предназначены для периодического использования. Управление системой может быть ручным, с помощью переключателя в кабине, или автоматическим, с использованием термостатического чувствительного элемента в подогревателе топлива для открытия или закрытия воздушного или масляного запорного клапана. Система подогрева топлива показана на рис. 2. В системе FADEC компьютер контролирует температуру топлива, определяя температуру топлива и нагревая его по мере необходимости.

Топливные фильтры

Между топливными баками и топливной системой двигателя устанавливается фильтр низкого давления для защиты топливного насоса с приводом от двигателя и различных устройств управления. Между топливным насосом и регулятором подачи топлива установлен дополнительный топливный фильтр высокого давления для защиты регулятора подачи топлива от загрязнений, которые могут исходить от насоса низкого давления.

Три наиболее распространенных типа используемых фильтров — это микронный фильтр, сетчатый фильтр и сетчатый фильтр с простой сеткой. Индивидуальное использование каждого из этих фильтров диктуется фильтрацией, необходимой в конкретном месте. Микронный фильтр обладает наибольшей фильтрующей способностью среди всех современных типов фильтров и, как следует из названия, измеряется в микронах. [Рисунок 3] (Микрон составляет одну тысячную миллиметра.) Пористый целлюлозный материал, часто используемый в конструкции фильтрующих картриджей, способен удалять посторонние частицы размером от 10 до 25 микрон. Мелкие отверстия делают этот тип фильтра восприимчивым к засорению; поэтому перепускной клапан является необходимым фактором безопасности.

Рис. 3. Топливный фильтр самолета

Поскольку микронный фильтр выполняет такую ​​тщательную работу по удалению посторонних частиц, он особенно ценен между топливным баком и двигателем. Целлюлозный материал также поглощает воду, препятствуя ее прохождению через насосы. Если вода просачивается через фильтр, что иногда случается, когда фильтрующие элементы пропитываются водой, вода может и быстро повреждает рабочие элементы топливного насоса и блоков управления, так как эти элементы зависят исключительно от топлива для их смазки. Чтобы уменьшить ущерб, наносимый водой насосам и блокам управления, необходимо проводить периодическое обслуживание и замену фильтрующих элементов. Ежедневное опорожнение отстойников топливных баков и фильтров низкого давления позволяет избежать многих проблем с фильтрами и ненужного обслуживания насосов и блоков управления подачей топлива.

Наиболее широко используемыми фильтрами являются микронные фильтры с размером ячеек 200 и 35 ячеек. Они используются в топливных насосах, регуляторах подачи топлива и между топливным насосом и регулятором подачи топлива, где необходимо удаление микронных частиц. Эти фильтры, обычно изготовленные из тонкой стальной проволоки, представляют собой ряд слоев проволоки. Вафельный сетчатый фильтр имеет сменный элемент, состоящий из слоев сетчатых дисков из бронзы, латуни, стали или подобного материала. [Рисунок 4] Этот тип фильтра способен удалять микронные частицы. Он также обладает способностью выдерживать высокое давление.

Топливные форсунки и топливные коллекторы

По своей конструкции они тесно связаны с топливными форсунками, однако они являются неотъемлемой частью топливных форсунок. камеры сгорания, в которой они установлены. Топливные форсунки впрыскивают топливо в зону горения высокодисперсной, точно сформированной струей, так что горение происходит равномерно, в кратчайшие сроки и в минимально возможном пространстве. Очень важно, чтобы топливо было равномерно распределено и хорошо отцентровано в области пламени внутри гильз. Это должно предотвратить образование каких-либо горячих точек в камерах сгорания и предотвратить прожигание пламенем гильзы.

Типы топливных форсунок значительно различаются между двигателями, хотя в большинстве случаев топливо впрыскивается в зону сгорания под давлением через небольшие отверстия в форсунках. Обычно используются два типа топливных форсунок: симплексная и дуплексная конфигурации. Для дуплексной форсунки обычно требуется двойной коллектор и нагнетательный клапан или делитель потока для разделения первичного и вторичного (основного) потока топлива, но для симплексной форсунки требуется только один коллектор для надлежащей подачи топлива.

Топливные форсунки могут быть сконструированы для установки различными способами. Довольно часто используются два метода:

1. Наружный монтаж, при котором предусмотрена монтажная площадка для крепления сопел к корпусу или колену впускного воздуха, при этом сопло находится рядом с куполом; или
2. Внутренний монтаж на куполе гильзы, при котором необходимо снимать крышку камеры для замены или обслуживания сопла.

Форсунки, используемые в конкретном двигателе, должны быть подобраны таким образом, чтобы они пропускали одинаковое количество топлива. Равномерное распределение топлива важно для эффективного сгорания в секции горелки. Топливная форсунка должна обеспечивать мелкодисперсный распыл с правильным рисунком и оптимальным распылением.

Симплексная топливная форсунка

Симплексная топливная форсунка была первым типом форсунки, использовавшимся в газотурбинных двигателях, и в большинстве установок была заменена дуплексной форсункой, которая обеспечивала лучшее распыление на пусковых оборотах и ​​на холостом ходу. Симплексное сопло все еще используется в нескольких установках. [Рисунок 5] Каждая симплексная форсунка состоит из наконечника форсунки, вставки и сетчатого фильтра, состоящего из мелкоячеистого экрана и опоры.

Дуплексная топливная форсунка

Дуплексная топливная форсунка широко используется в современных газотурбинных двигателях. Как упоминалось ранее, для его использования требуется делитель потока, но в то же время он обеспечивает желаемую форму распыления для сгорания в широком диапазоне рабочих давлений. [Рис. 6] Типичная форсунка этого типа показана на Рис. 7.

Как видно на рис. 5, беличьие лопасти используются для смешивания воздуха и топлива в сопловом отверстии. Используя часть потока первичного воздуха для горения в топливном распылителе, можно уменьшить локальную концентрацию богатого топлива. Этот тип топливной форсунки может быть как простым, так и двойным, в зависимости от двигателя. Форсунки этого типа могут работать при более низком рабочем давлении, чем другие форсунки, что позволяет использовать более легкие насосы. Это сопло для воздушной струи также помогает уменьшить склонность сопла к нагарообразованию, которое может нарушить схему потока. Делитель потока Делитель потока создает первичную и вторичную подачу топлива, которые выводятся через отдельные коллекторы, обеспечивая два отдельных потока топлива. [Рисунок 8] Дозированное топливо из топливного регулятора поступает на вход делителя потока и проходит через отверстие, а затем к первичным форсункам. Канал в делителе потока направляет поток топлива с обеих сторон отверстия в камеру. Эта камера содержит сильфон перепада давления, ограничитель с компенсацией вязкости (VCR) и демпфер скачков давления. Во время запуска двигателя давление топлива подается на впускной канал, VCR, демпфер помпажа и на первичную сторону форсунок. Топливо также подается под давлением снаружи сильфона делителя потока и через гаситель пульсаций внутрь сильфона делителя потока. Это неравное давление приводит к тому, что клапан делителя потока остается закрытым. Когда расход топлива увеличивается, перепад давления в сильфоне также увеличивается. При заданном давлении сильфон сжимается, открывая клапан делителя потока. Это действие запускает подачу топлива во вторичный коллектор, что увеличивает подачу топлива к двигателю. Это топливо вытекает из вторичного отверстия в форсунках. 9Рис. 8. Делитель потока

Клапаны нагнетания и сброса топлива При расходах топлива, необходимых для запуска и высотного холостого хода, все топливо проходит через первичную магистраль. По мере увеличения расхода топлива клапан начинает открывать главную магистраль до тех пор, пока при максимальном расходе вторичная магистраль не пройдет примерно 90 процентов топлива.

Клапаны повышения давления топлива обычно улавливают топливо перед коллектором, обеспечивая надежную отсечку. Эта отсечка предотвращает попадание топлива в коллектор и через топливные форсунки, ограничивая дожигание и обугливание топливных форсунок. Науглероживание происходит из-за того, что температура камеры сгорания снижается, а топливо не сгорает полностью.

Делитель потока выполняет практически ту же функцию, что и нагнетательный клапан. Он используется, как следует из названия, для разделения потока на сдвоенные топливные форсунки. Нередко узлы, выполняющие одинаковые функции, имеют разную номенклатуру у разных производителей двигателей.

Дренажные клапаны камеры сгорания

Дренажные клапаны представляют собой узлы, используемые для слива топлива из различных компонентов двигателя, где скопившееся топливо может вызвать проблемы в работе. Одной из проблем является возможность накопления в камере сгорания с вытекающей из этого опасностью пожара. Остаточной проблемой является отложение свинца и/или смолы после испарения в таких местах, как топливные коллекторы и топливные форсунки.

В некоторых случаях топливные коллекторы осушаются отдельным устройством, известным как капельный или сливной клапан. Клапан этого типа может работать от перепада давления или от соленоида.

Клапан слива камеры сгорания сливает топливо, скапливающееся в камере сгорания после каждого останова, и топливо, которое могло накопиться при фальстарте. Если камеры сгорания баночного типа, топливо стекает под действием силы тяжести вниз через жаровые трубы или соединительные трубы, пока не соберется в нижних камерах, которые снабжены дренажными линиями к сливному клапану. Если камера сгорания корзинчатого или кольцевого типа, топливо просто сливается через воздушные отверстия в гильзе и скапливается в ловушке на дне корпуса камеры, которая соединена с дренажной линией.

После того, как топливо скапливается в нижней части камеры сгорания или в дренажных линиях, дренажный клапан позволяет сливать топливо всякий раз, когда давление в коллекторе или в горелке (горелках) падает почти до атмосферного давления. Небольшая пружина удерживает клапан в седле до тех пор, пока давление в камере сгорания во время работы не превысит пружину и не закроет клапан. Клапан закрыт во время работы двигателя. Крайне важно, чтобы этот клапан был в хорошем рабочем состоянии для слива накопленного топлива после каждого отключения. В противном случае велика вероятность горячего пуска при следующей попытке пуска или дожигания после выключения.

Единицы индикации количества топлива

Единицы измерения количества топлива варьируются от одной установки к другой. Счетчик или индикатор топлива, установленный на панели приборов, электрически соединен с расходомером, установленным в топливопроводе к двигателю.

Счетчик топлива или сумматор используется для учета расхода топлива. Когда самолет заправляется топливом, счетчик вручную устанавливается на общее количество фунтов топлива во всех баках. Когда топливо проходит через измерительный элемент расходомера, оно посылает электрические импульсы на счетчик топлива. Эти импульсы приводят в действие механизм счетчика топлива, так что количество фунтов, поступающих в двигатель, вычитается из первоначальных показаний. Таким образом, счетчик топлива постоянно показывает общее количество топлива в фунтах, оставшееся в самолете. Однако существуют определенные условия, при которых показания счетчика топлива могут быть неточными. Любое сброшенное топливо указывается на счетчике топлива как топливо, которое еще можно использовать. Любая утечка топлива из бака или топливопровода перед расходомером не учитывается.

СВЯЗАННЫЕ СООБЩЕНИЯ

Топливные системы газотурбинных двигателей — ncaaslecturenotes