Эксплуатация

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ПУСКОВЫХ КАЧЕСТВ ТАНКОВЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Для современного танкового газотурбинного двигателя (ГТД) режим запуска является одним из наиболее напряженных. Как известно, частота осуществления запусков в неблагоприятных климатических условиях определяющим образом влияет на надежность и продолжительность жизненного цикла любого двигателя, будь то авиационный, морской или транспортный. В боевой обстановке пусковые свойства двигателя приобретают особую значимость, поскольку от них зависит судьба самой боевой машины и ее экипажа.

В соответствии со сложившимися стереотипами оценку пусковых качеств танковых ГТД производят так же, как оценивают аналогичные характеристики дизельных двигателей военно-гусеничных машин. Для большинства отечественных боевых машин характерно длительное хранение на открытых площадках, поэтому основное внимание традиционно уделяется режимам запуска при низкой температуре воздуха. В качестве одного из критериев оценки надежности запуска принята так называемая "минимальная температура холодного пуска". Определение минимальной температуры холодного пуска сохраняет свою важность и для газотурбинного двигателя несмотря на то, что он не имеет жидкостной системы охлаждения. Ограничивающими факторами для ГТД являются температуры масла и электролита, которые влияют на пусковую мощность стартера.
При запуске ГТД функционирует на неустановившемся, фактически глубоко нерасчетном режиме. Под пусковыми качествами двигателя понимается совокупность свойств, характеризующих подготовку двигателя и его систем к запуску, собственно пуск и готовность двигателя к работе под нагрузкой. Поскольку газотурбинный двигатель и обслуживающие его системы образуют единую силовую установку, принято говорить о пусковых качествах газотурбинной силовой установки (или силовой установки с ГТД). Пусковые качества в общем случае зависят от большого числа различных факторов, среди которых выделяют: а) конструктивные (отсутствие жидкостной системы охлаждения, инерция ротора, число валов, пусковые характеристики, применяемая система регулирования и т.д.); б) эксплуатационные (температура окружающего воздуха, разрежение воздуха и т.д.).
Как известно, возможность совместной работы компрессора, камеры сгорания и турбины ГТД определяется в основном запасом устойчивости компрессора. Для обеспечения надежного автоматического запуска газотурбинного двигателя необходимо, чтобы запас устойчивости компрессора на этом режиме был не менее 10 %.
Программой регулирования запуска танкового газотурбинного двигателя типа ГТД-1250 (трехвального двигателя мощностью 1250 л.с., не оснащенного теплообменником) предусмотрено изменение расхода топлива в зависимости от величины давления воздуха за компрессором высокого давления с корректировкой по давлению окружающего воздуха. Такая программа не исключает возможности образования опасных "забросов" температуры газов. Пуск ГТД с единой, оптимальной регулировкой топливной аппаратуры, требует применения более совершенных электронных систем управления.
Среди обязательных требований к танковым двигателям одним из наиболее важных является наличие дублирующего средства осуществления запуска. Дублирующие источники энергии для запуска танковых ГТД не предусмотрены. Установка на танке автономного энергоагрегата не решает данную проблему. Для танков с дизельными двигателями в качестве аварийного средства иногда применяют запуск с помощью буксира. Запустить танковый ГТД буксировкой боевой машины нельзя, однако возможен электрический пуск с использованием силовой установки аналогичного танка в качестве внешнего источника энергии.
Пусковые качества газотурбинной силовой установки (ГТСУ) в значительной степени зависят также от функционирования системы зажигания.
Непосредственно в войсковых условиях пусковые качества танковых газотурбинных силовых установок определяются эксплуатационными факторами. Экипажи танков с ГТСУ обязаны строго выполнять требования инструкции по эксплуатации и тем самым обеспечивать точное соответствие условий эксплуатации и параметров фактических пусковых режимов расчетным (заданным при проектировании).
Приведем основные показатели, которые должны приниматься во внимание при оценке пусковых качеств танковых силовых установок с ГТД (с учетом конструктивных и эксплуатационных факторов): затраты времени на подготовку двигателя к пуску; максимальная допустимая температура газа ("заброс" температуры) и продолжительность ее действия; минимальная температура холодного пуска; минимальная температура пуска от "теплых" аккумуляторных батарей или неэлектрической системы пуска; максимальная температура воздуха при повторном пуске двигателя (через 2 мин после глушения); время пуска двигателя; максимальное сопротивление на входе в двигатель (разрежение) и выходе из него (противодавление); затраты энергии на запуск двигателя; достаточность единой регулировки пусковой аппаратуры; надежность запуска двигателя; время прогрева двигателя после пуска.
Затраты времени на подготовку двигателя к пуску складываются из времени выполнения отдельных операций (проверка наличия топлива, масла и др.), предусмотренных инструкцией по эксплуатации танка с ГТСУ. Например, при температуре окружающего воздуха -30 °С для танков, хранящихся на открытой площадке, время на подготовку и пуск двигателя должно составлять не более 3 мин. При температуре ниже -30 °С требуется установка аккумуляторных батарей, что соответственно увеличивает время подготовки пуска.
Для танковых силовых установок с ГТД минимальная температура холодного пуска определяется, прежде всего, температурой электролита аккумуляторных батарей. Если температура не опускается ниже -30 °С, применяемые в настоящее время танковые аккумуляторы могут находиться непосредственно в танке. При более низкой температуре необходима установка так называемых "теплых" аккумуляторных батарей. В последнем случае минимальная температура запуска двигателя определяется вязкостно-температурной характеристикой масла (например, для масла Б-3В пуск возможен при температуре -40 °С).
Процесс пуска газотурбинного двигателя, в отличие от запуска дизеля, более растянут во времени. На пуск ГТД затрачивается 30...60 с, на дизель - 3...5 с. Таким образом, после получения механиком-водителем команды "Запустить двигатель", танк с ГТД целую минуту остается неподвижным, являясь в боевой обстановке удобной мишенью. Длительность процесса запуска газотурбинного двигателя обусловлена необходимостью достижения высокой частоты вращения его турбокомпрессора (примерно в 100 раз выше, чем у дизеля), что требует больших затрат энергии. С этой точки зрения источник питания пускового устройства двигателя должен обеспечивать не менее трех попыток пуска в условиях наибольшего расхода энергии на каждый пуск..
Как свидетельствует практика, при запуске газотурбинного двигателя могут происходить опасные "забросы" температуры газа, продолжительность действия которой оказывает существенное влияние на ресурс двигателя. Максимальная температура газа и продолжительность ее действия, контролируемые перед турбиной компрессора или перед силовой турбиной, являются важными показателями при оценке пусковых качеств двигателя. Явление "заброса" температуры газа при запуске двигателя особенно часто проявляется при высокой (более +30 °С) температуре окружающего воздуха. Наиболее высокая температура газа наблюдается при выполнении повторных, производимых с интервалом 2...3 мин, запусков после глушения двигателя. В этих случаях учащаются неудачные попытки пуска газотурбинного двигателя из-за прекращения подачи топлива форсунками.
Отмеченные обстоятельства вызывают необходимость оценки пусковых качеств силовых установок с ГТД при температурах окружающего воздуха от 30 до 50 °С. Кроме того, должна проверяться также и надежность пуска двигателя через 2...3 мин после его глушения.
В соответствии с тактико-техническими требованиями, силовая установка должна обеспечивать применение танков при высоте местности над уровнем моря до 4500 м. Это делает необходимым проверку пуска газотурбинного двигателя при разрежении воздуха, соответствующем указанной высоте. Проверка возможности запуска двигателя с повышенным сопротивлением на выходе (противодавлением) обусловлена преодолением танками водных преград, особенно при обеспечении движения танка под водой с одной лишь воздухопитающей трубой и выхлопом отработавших газов в воду.
Главным показателем при оценке пусковых качеств танкового газотурбинного двигателя является его надежный пуск с первой попытки (без всех тех отклонений, которые были рассмотрены выше). Применительно к дизельным двигателям надежным считается даже тот пуск, который произошел с третьей попытки. Танк с газотурбинным двигателем, который запустился только с третьей попытки, может начать движение примерно через 10 мин, что в ряде случаев, особенно при ведении боевых действий, является неприемлемым. Допускается производить подряд три пуска с перерывами между ними не менее 3 мин, после чего необходима выдержка продолжительностью не менее 15 мин. В связи с этим надежность пуска ГТД (с учетом того, что источник питания пускового устройства должен обеспечивать не менее трех попыток пуска) оценивается тремя последовательными безотказными пусками. В случае хотя бы одной неудачной попытки запуска из трех пуск двигателя должен оцениваться как ненадежный.
Время прогрева двигателя после его запуска зависит от температуры окружающего воздуха, теплового состояния ГТД перед пуском и марки применяемого масла. Обычно двигатель прогревается на режиме малого газа на месте или в движении до достижения температуры масла на выходе 30 °С.
Таким образом, пусковые качества танкового газотурбинного двигателя должны оцениваться по показателям, учитывающим его конструктивные и эксплуатационные особенности. Двигатель должен запускаться безотказно и быстро в любой обстановке - без этого боевая машина не может считаться боеспособной.

Схема двигателя ГТД-1250
Двигатель ГТД-1250