NAPĘD AGREGATÓW

W lotniczych silnikach tłokowych przekładnie zębate znajdują zastosowanie nie tylko w reduktorach śmigłowych ale także w napędach agregatów pomocniczych (silnikowych i płatowcowych) oraz sprężarek doładowujących (jeżeli silnik wyposażony jest w sprężarkę napędzaną mechanicznie).

PRZEKŁADNIE SPRĘŻAREK DOŁADOWUJĄCYCH

Doładowanie silnika tłokowego, w tym również lotniczego, jest podstawową metodą zwiększania jego mocy (zmniejszania masy jednostkowej) oraz poprawienia jego ekonomiczności (zmniejszenia jednostkowego zużycia paliwa). Lotnicze silniki tłokowe są przeważnie doładowywane mechanicznie. Rzadziej stosowane jest turbodoładowanie.

Rys. 1 Układy doładowania LST

a-doładowanie mechaniczne, b- turbodoładowanie

1 - silnik, 2 - sprężarka, 3 - przekładnia mechaniczna, 4 - turbina

Sprężarki doładowywane mechanicznie pobierają ok. 10 ÷15% mocy silnika skąd wynika, że napędzające je przekładnie podlegają znacznym obciążeniom. W układach napędu sprężarek doładowujących stosuje się przekładnie przyspieszające o przełożeniu w granicach i_r = 6÷10. Są to najczęściej jednobiegowe, dwustopniowe przekładnie zębate, które umożliwiają napęd wirnika sprężarki z prędkością obrotową ok.20÷30 tys. obr./min. Wysokościowe silniki przeznaczone do napędu samolotów bojowych (II wojna światowa) lub samolotów komunikacyjno-transportowych (np.Ił-12) wyposażano w napędy dwubiegowe, które znacznie poprawiały charakterystyki takich silników.

Na rysunku 2 przedstawione są typowe schematy kinematyczne napędu sprężarek doładowujących. Przekładnie przedstawione na rysunkach a i b cechują się dużymi rozmiarami. Najczęściej stosowane są przekładnie współosiowe z wałem korbowym silnika o czym decydują niewielkie rozmiary oraz możliwość ograniczenia obciążeń zginających wał wirnika sprężarki (rys. c oraz d). Podczas zmiany prędkości obrotowej wału korbowego silnika, na skutek dużego przełożenia przyspieszającego, wielokrotnie szybciej wzrasta lub maleje prędkość obrotowa wirnika sprężarki (działają duże przyspieszenia kątowe). Powoduje to konieczność stosowania w ich napędach elementów podatnych - sprzęgieł sprężystych lub ciernych odśrodkowych. Zasadę działania odśrodkowego sprzęgła ciernego wyjaśnia rysunek 3. Sprzęgło takie nie tylko samoczynnie włącza się i wyłącza przy określonej prędkości obrotowej wału korbowego, lecz dodatkowo przenosi napęd na wirnik sprężarki z pewnym poślizgiem w okresach przeciążenia (drgania skrętne).

Rys. 2 Schematy kinematyczne przekładni

napędu sprężarek

a - przekładnia jednostopniowa,

b - przekładnia dwustopniowa,

c - przekładnia współosiowa rozgałęziona

d - przekładnia współosiowa z trzema zespołami

kół pośrednich,

e - przekładnia dwubiegowa

1. - sprzęgło sprężyste,

2. - sprzęgło cierne odśrodkowe,

3. - sprzęgło cierne płytkowe,

4. przekładnia obiegowa.

Rys. 3 Sprzęgła napędu wirnika sprężarki

1. - centralne sprzęgło sprężyste,

2. - zespół kół pośrednich ze sprzęgłami ciernymi,

3. - koło napędzane wirnika sprężarki.

Dwubiegowa przekładnia obiegowa (rysunek 2e) napędzająca sprężarkę doładowującą wyposażona jest w dwa cierne sprzęgła tarczowe, sterowane hydraulicznie, oraz obiegowy reduktor prędkości obrotowej. Pierwszy bieg przekładni zostaje włączony przez unieruchomienie koła z₅ (włączenie jego sprzęgła) i jednoczesne oswobodzenie koła z₆ (przez wyłączenie jego sprzęgła). Wówczas napęd przekazywany jest za pośrednictwem kół z₁, z₂ oraz z₃ na koła obiegowe z₄, które obiegając nieruchome koło z₅ wymuszają ruch obrotowy swego jarzma napędzającego wirnik sprężarki, poprzez koła zębate z₆ oraz z₇.

Drugi bieg przekładni włącza się przez wyłączenie z układu przekładni redukcyjnej - włącza się sprzęgło koła z₆, wyłączając jednocześnie sprzęgło unieruchamiające koło z₅.

Na rysunku 4 przedstawiono schemat tarczowego sprzęgła ciernego sterowanego hydraulicznie.

Rys. 4 Cierne sprzęgło wielotarczowe

1 - wielowypusty piasty sprzęgła zazębione z zespołem tarcz ciernych, 2 - wielowypust wieńca zębatego, 3 - tłok siłownika, 4 - otwory doprowadzające olej pod ciśnieniem, 5 - sprężyna powrotna.

Moment tarcia takiego sprzęgła zależy głównie od nacisków jednostkowych między pierścienio-wymi przylgniami tarcz sprzęgła, czyli od nacisku wywieranego przez tłok siłownika hydrauli-cznego.

Uwzględniając oznaczenia jak na rysunku, moment tarcia sprzęgła można obliczyć z zależności:

gdzie:

k - nacisk jednostkowy między tarczami,

z - liczba par współpracujących przylgni tarcz,

μ - współczynnik tarcia (stal - brąz μ = 0,03÷0,04)

F - siła zacisku.

Różne rodzaje ciernych sprzęgieł tarczowych są obecnie stosowane w napędach wirników nośnych śmigłowców, sprężarek doładowujących oraz jako tłumiki drgań skrętnych lub jako sprzęgła ograniczające wartość przenoszonego momentu w napędach agregatów.

PRZEKŁADNIE NAPĘDU AGREGATÓW

Każdy tłokowy silnik lotniczy jest wyposażony w agregaty silnikowe i płatowcowe napędzane od jego wału korbowego. Typowymi agregatami silnikowymi są: pompy oleju, niskociśnieniowe pompy paliwa, ewentualnie wysokociśnieniowe pompy wtryskowe, iskrowniki, rozruszniki, regulatory prędkości obrotowej silnika oraz obrotomierze. Powszechnie stosowanymi agregatami płatowcowymi są np. prądnice, pompy urządzeń hydraulicznych, sprężarki urządzeń pneumatycznych (tłokowe), pompy próżniowe podciśnieniowych przyrządów (giroskopów) i urządzeń pokładowych.

Zestaw stosowanych agregatów zależy od przeznaczenia samolotu lub śmigłowca. Dotyczy to zwłaszcza samolotów lub śmigłowców wyposażonych w urządzenia specjalistyczne, np. do zadań fotogrametrycznych, zabiegów agrotechnicznych itp., oraz oczywiście samolotów i śmigłowców wojskowych. Napędy niektórych agregatów silnikowych, tzw. synchronicznych, jak np. iskrowniki, pompy wtryskowe, rozdzielacze sprężonego powietrza (rozruszniki pneumatyczne) lub obrotomierze, powinny działać z niezmiennymi ściśle określonymi przełożeniami oraz utrzymywać wymagane położenia kątowe napędzanych elementów w odniesieniu do wału korbowego silnika. Wymagania te uniemożliwiają stosowanie w napędach agregatów synchronicznych elementów odznaczających się zdolnością przenoszenia napędu z poślizgiem (np. sprzęgieł ciernych lub przekładni pasowych), a nawet - podatnością skrętną.

Jeżeli sprężarka doładowująca jest napędzana za pośrednictwem sprzęgieł, to w komorze tylnej kadłuba silnika mogą być wbudowane agregaty płatowcowe napędzane przez wał zdawczy przekładni pędnej sprężarki. Agregaty synchroniczne natomiast wymagają napędzania od wału korbowego za pośrednictwem sztywnych przekładni napędowych

Na rysunku 5 przedstawiono schematy kinematyczne przekładni w napędach agregatów silnika rzędowego i silnika gwiazdowego. Poszczególne agregaty są rozmieszczone z uwzględnieniem ich zadań, specyficznych cech działania i wymaganych warunków usytuowania.

Aby uprościć konstrukcję napędów, większość agregatów umieszcza się możliwie blisko tylnego końca wału korbowego silnika. Jednak np. regulator odśrodkowy, sterujący ustawienie łopat śmigła, jest z zasady usytuowany w pobliżu piasty śmigła, co skraca do minimum zwłokę działania nastawnika łopat, dzięki zmniejszeniu drogi przepływu oleju.

Rys. 5 Przekładnie napędu agregatów

a- silnik rzędowy

1- wał korbowy, 2- wał rozrządu, 3- rozdzielacz sprężonego powietrza do rozruchu silnika, 4- pompa cieczy chłodzącej, 5- pompy oleiu, 6- sprzęgło cierne, graniczne, 7- prądnica, 8- napęd sprężarki pokładowej, 9- koło napędu nastawnika łopat śmigła, 10- przekładnia napędu sprężarki

b- silnik gwiazdowy

1- przekładnia napędu iskrowników (lub innych agregatów synchronizowanych), 2- pompy oleju, 3- napęd agregatów nie wymagających synchronizowania, 4- przekładnia napędu agregatów w komorze tylnej silnika, 5- sprzęgło sprężyste przekładni napędu wirnika sprężarki

Prądnice usytuowuje się tak, aby warunki ich chłodzenia były możliwie korzystne. Ze względu na znaczne momenty bezwładności wirników prądnic, w ich układach pędnych jest celowe stosowanie sprzęgieł ciernych (6 na rys. 5),które w okresach przeciążenia przenoszą napęd z poślizgami, co chroni uzębienie i wielowypusty elementów przekładni przed nadmiernymi obciążeniami udarowymi i uszkodzeniem.

Zapotrzebowanie mocy do napędu poszczególnych agregatów kształtuje się rozmaicie - od pomijalnie małego (np. pobór mocy przez obrotomierz) do kilku kW (pobór mocy przez pompę urządzenia hydraulicznego). Pompy wtryskowe silników gwiazdowych zabudowuje się możliwie blisko osi wałów korbowych, a w silnikach rzędowych - wzdłużnie, w pobliżu środkowych cylindrów, ze względu na zalecane jednakowe odległości sektorów pompy od wtryskiwaczy w cylindrach.

Przełożenia napędu agregatów silnikowych i płatowcowych są przeważnie zwalniające. Napędów o przełożeniach przyspieszających wymagają jedynie prądnice pokładowe, ponieważ ich znamionowe prędkości obrotowe zwykle zawierają się w przedziale 3000÷6000 obr/min, oraz iskrowniki, których napęd wymaga przełożenia zależnego od liczby cylindrów silnika i liczby nabiegunników wirnika.

Podczas dwóch pełnych obrotów wału korbowego silnika iskrownik powinien zapewniać liczbę zapłonów równą liczbie cylindrów silnika.

Regulator prędkości obrotowej silników oraz czujniki obrotomierzy wymagają napędów o przełożeniach zwalniających lub bezpośrednich.

Wałki przekładni zwalniających w napędach agregatów są z zasady ułożyskowane w łożyskach ślizgowych. Natomiast w większości przekładni przyspieszających napędzających agregaty szybkoobrotowe, stosuje się łożyska toczne.

Przekładnie pędne agregatów silnikowych i pokładowych wymagają niezawodnego uszczelnienia wałków wyjściowych. Na ogół w przekładniach zwalniających, stosuje się uszczelniacze stykowe ich wałków, w postaci kształtek gumowo-metalowych (simmering) lub uszczelniacze z metalowymi pierścieniami rozprężnymi

3

---