Авиационные динамические насосы

Лекции по ТиЭУ
Основные особенности авиационных насосов:
1. Жесткие ограничения по весу и габаритам (и вытекающая отсюда необходимость повышения частот вращения ротора)
2. Большое разнообразие конструкций из-за сложной конфигурации баков и трубопроводов в самолете
3. Удобство замены (модульная конструкция)
4. Высокая надежность в процессе работы
5. Большое разнообразие систем привода насосов (двигатели переменного тока 400 Гц, постоянного тока 27 и 110 В, гидропривод, пневмопривод и привод непосредственно от двигателя)
6. Необходимость резервирования насосов
7. Возможность работы на жидкостях с большим количеством растворенного воздуха (авиационное топливо может растворять большое количество воздуха) и в сложных кавитационных условиях (вследствие высоких частот вращения и возможных больших температур топлива, особенно в крыльевых баках)
8. Пожарная безопасность (топливо огнеопасно)
9. Большой диапазон режимов работы

Основные типы топливных насосов – это баковые (внебаковые и кессонные) насосы 1 ступени (как правило, с электроприводом - ЭЦН), двигательные насосы с приводом от двигателя (2 ступени) – ДЦН и топливные насосы высокого давления (до 100 кгс/см2), установленные на двигателе (насосы-регуляторы и форсажные насосы).
При этом баковые насосы применяются и для перекачивания топлива между баками (например, из внешних баков в расходный или между крыльевыми для уравновешивания самолета – балансировочные насосы БЦН)
Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Расположение топливных баков на Ту-154
Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Проблема постоянного снабжения топливом двигателей во всех режимах полета
Самолет может совершать самые разнообразные маневры в процессе полета. Особенно это касается высокоманевренных военных самолетов.
При этом система подачи топлива должна обеспечивать снабжение двигателей горючим во всех возможных положениях самолета и при разных перегрузках (в том числе отрицательных). Для этого используются различные схемы забора топлива из баков и/или топливные аккумуляторы, обеспечивающие кратковременную подачу топлива в баки при маневре.
Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Другой проблемой является работа насоса на жидкостях с высоким газосодержанием (с выделением газа на входе в насос) и при низких значениях кавитационного запаса на входе.
Несмотря на наддув баков от компрессора двигателя, за счет нагрева топлива в баках, изменения положения зеркала топлива в баках и отрицательных перегрузок давление на входе в насос может падать почти до давления насыщенного пара для данной жидкости.
Кроме того, кавитационные качества сильно зависят от частоты вращения вала насоса, которая для данных насосов высока.
Проблема может быть решена следующими основными путями:
Снижение содержания газа на входе в лопастное колесо с помощью газосепараторов
Применение предвключенных струйных насосов для улучшения работы на газожидкостной смеси и повышения всасывающей способности
Использование предвключенных шнеков
Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Выбор типа привода
Выбор типа привода для авиационного ЦБН должен производиться исходя из следующих требований:
Высокие частоты вращения вала насосов
Высокая надежность привода и его компактность, малый вес
На самолете обычно есть 2 вида электропитания – постоянный ток (обычно 27 В) и переменный (как правило 100-200 В 400 Гц)
Насосы должны работать и в аварийных ситуациях, в том числе при сбое электропитания (не все, аварийные)
Желательно наличие жесткой характеристики привода для прогнозируемой работы насоса во всех режимах
Желательно – возможность управления параметрами двигателя и система его диагностики (реализуется, например, в современных двигателях с электронной коммутацией)
Очень важная задача – охлаждение двигателя в замкнутом объеме (обычно перекачиваемой жидкостью) для насосов внутрибакового исполнения
Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Исходя из вышеизложенного, для авиационных ЦБН применяются следующие типы приводов:
Электродвигатели постоянного тока с частотами вращения как правило от 5000 до 24000 об/мин и мощностью от 25 Вт до 15 КВт (обычно до 1 КВт)
Электродвигатели переменного тока (асинхронные, 400 Гц) на те же параметры
Пневмопривод (воздушная турбина) с отбором сжатого воздуха от компрессора двигателя
Гидропривод (гидротурбина) с питанием рабочей жидкостью (топливом) от насоса, установленного на двигателе
Аварийные приводы, например, выкидные воздушные турбины (обычно используются не для ЦБН, а для аварийных генераторов)
Наиболее современные – синхронные вентильные двигатели с ротором на постоянных магнитах
Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Принципиальная схема насоса с пневмоприводом
Лекции по ТиЭУ

Конструктивная схема насоса с гидроприводом
Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Лекции по ТиЭУ

Насосы, устанавливаемые непосредственно на двигателе
1. Насос высокого давления (насос-регулятор НР)
2. Форсажный насос
3. Насос механизации компрессора
4. Насос привода регулируемого сопла
Все эти насосы, кроме (в некоторых случаях) форсажного, рассчитаны на высокое (более 100 кгс/см2) давление и выполняются плунжерными или шестеренными. Форсажный насос может быть сделан центробежным.
Лекции по ТиЭУ

Насос-регулятор и блоки САУ современного ТРД
Лекции по ТиЭУ

Насос привода сопла
Форсажный насос
Лекции по ТиЭУ