Статья обновлена 06.02.2022 — добавлено крупное фото РППО
...Вокруг нас гремел Ниагарский водопад серебряных колокольчиков. Работали два двигателя — один запустили для пристрелки, а на втором предстояло найти неисправность. Лабораторный частотомер давно заряжен, подключен и настроен, уже показывает 480 герц — пульс рвущегося в работу подвозбудителя. Выжидаем положенное время, греемся... Вот из динамиков раздался зычный голос нашего бортинженера-испытателя:
— Есть прогрев.
Взмахиваю один раз фонарём вверх-вниз — это наш условный сигнал на проверку первого генератора.
— Первый в проверку — с этими словами бортача стрелка частотомера поползла вправо, пара секунд — и замерла точно на восьмиста герцах. Машу́ фонарём поперёк — стрелка падает обратно за 500. Вроде можно и голосом общаться, трубка СПУ рядом, на последней левой багажной полке, но мы военный завод или где? Обязаны понимать друг друга с полувзмаха руки!
Тем временем Санёк — мой очередной стажёр — перетыкает ножки частотомера из одного разъёма в другой, подключаясь ко хворому второму генератору. Чего мы только уже с ним ни делали — сперва блоки меняли, потом провода прозванивали... Хотя я сразу сказал — раз ничего не дала замена БРЧ, то с этого всего толку не будет, причина не в проводах, а в двигателе: ведь после полного прогрева двигателя генератор включается. Но в двигатель залезать сложнее — это епархия моторного завода, а приказ начальника — закон. Поэтому разминируем всё поле.
Санёк попал куда надо — частотомер вновь показал 480 Гц, а я подготовился снимать на телефон проверку второго генератора. Хоть завод и военный, съёмка запрещена — Федеральная бдит, но работу сейчас делаем нестандартную, иного средства для её объективного контроля нет. Итак, два раза взмахиваю налобником.
— Второй в проверку! — Саныч щёлкает выключателем генератора вниз, в положение «Проверка», ждёт погасания красной лампы, а мы наблюдаем вялый заплыв стрелки вправо... Ползёт, ползёт, но выходят 6 секунд, на которые настроена защита — и стрелка, не подойдя к 800 Гц, падает обратно.
— Безрезультатно... — минорно докладывает «кочегар», мы это и сами видим. Что ж, результат получен и записан, очевидно, что надо менять РППО. Что такое РППО — кратко рассказано в статье 17, а сейчас мы плотно займёмся самим генератором, вырабатывающим пищу для электронного мозга самолёта, и загадочными блоками — БРЧ, БРН, БЗУ, БТТ и непомерно пафосным БОГ. Попутно я расскажу пару историй, как мы «ловили жучков» по генераторам Ту-154.
Оглавление цикла «Тушкины потроха»
Нет жигулиста или волговода, который не лазил бы в генератор — это узел вроде и не шибко сложный, но то подшипники зашумят, а то щётки перестанут доставать до дна... Чтобы обмотку пробило — это уже реже.
Как устроены синхронные генераторы (СГ) — я рассказал в статье ТЭД-8, но на летучей технике генераторы куда хитрее. Сложнее, но надёжнее. От обмоток и подшипников не избавишься (хотя есть магнитные подшипники, но не будем фантазировать), а вот щёток в авиагенераторах нет.
Казалось бы, всё просто — поставь на ротор постоянные магниты и всё, не надо никаких щёток для подачи на ротор тока возбуждения. Но нельзя. Нагрузка генератора плавает колоссально, иногда в сотню раз. На 40-киловаттном генераторе ГТ40ПЧ6 (далее для краткости — ГТ) может повиснуть только шина навигационно-пилотажного комплекса, и если бо́льшая часть приборов выключена, то нагрузки может быть несколько сотен ватт.
А при полёте на одном двигателе на тот же генератор может навалиться 60 кВА нагрузки — он это допускает на 5 минут. Соответственно, напряжение будет сильно плавать — падать на обмотке и проводах при большой нагрузке (как это происходит — в конце той же статьи ТЭД-8) и беспрепятственно проходить при малой. То есть под нагрузкой напряжение генератора надо повышать, тогда до нагрузки дойдёт номинал.
Регулировать напряжение, согласно известной нам ещё со статьи ТЭД-3 формуле E = CФn, можно изменением либо потока возбуждения (Ф), либо оборотов (n). Обороты трогать нельзя — протестует формула f = np/60, нам нужны 400 Гц, то есть 6 тысяч оборотов в минуту. Остаётся Ф — играть током возбуждения, а обмотка возбуждения — на роторе. Как туда передать ток без щёток?
Надёжно бесконтактно передавать ток получалось у Николы Теслы, но мы у него не учились и до сих пор ток по воздуху передавать умеем паршиво — это называется радиосвязью и передавать можно лишь ток высокой частоты, постоянный так не передашь вообще. Электричество по воздуху передать на ротор не можем — будем передавать магнитный поток:
— подвозбудитель (ПВ) своими постоянными магнитами (они на роторе) наводит ток в своей обмотке статора;
— этот ток регулируется, выпрямляется и подаётся в обмотку возбуждения (ОВ) возбудителя (В), она на статоре;
— поток ОВВ наводит ток в рабочей обмотке возбудителя (она на роторе);
— этот ток выпрямляется блоком вращающихся выпрямителей (БВВ, он на роторе) и подаётся в обмотку возбуждения генератора (ОВГ);
— поток ОВГ наводит ток в рабочей обмотке, она, естественно, на статоре;
— 115/200 В, 400 Гц отправляются работать во все углы самолёта.
То есть в гладкую чёрную тушку генератора упакованы аж три электромашины — две послабее, одна мощная, все три — синхронные генераторы с разными параметрами. Вот ротор, в таком ракурсе не всё, но видно:
От генератора к генератору разнятся мощности и число пар полюсов — например, у ГТ40ПЧ6, четыре которых стоят на Ту-154, номинальные обороты — 6000 в минуту, мощность — 40 киловатт, а у ГТ120НЖЧ12, стоящего на «белом лебеде» Ту-160 — 12 тыс. мин⁻¹ и 120 киловатт. Рассмотрим первый в комплекте с блоками. Так как конструктивно все три машины генератора едины, но магнитно и электрически разделены, буду кратко говорить, например, «ротор В», имея в виду часть ротора, относящуюся к возбудителю.
Итак, ротор ПВ у ГТ40ПЧ6 состоит из 16 магнитов. На двигателях Ту-154 обороты генератора стабилизированы ППО (приводом постоянных оборотов), а на ВСУ — оборотами самой ВСУ. Нетрудно подставить цифры в знакомую нам формулу f = np/60 и получить частоту тока ПВ: 6000 х 8 / 60 = 800... Ни за что глаз не зацепился? Почему 16 превратились в 8? Вспомните, p — число ПАР полюсов, в данном случае — пар магнитов.
800 герц. На этой частоте и работают блоки регулирования генератора — БРН, БЗУ, БРЧ. Первые два есть всегда (либо заменены блоком БРЗУ), третий — в зависимости от самолёта. Стоят они не на двигателе, как генератор, а внутри самолёта (или вертолёта).
Откуда, кстати, взялась частота 480 Гц при выключенном генераторе? Когда ППО выключен — закрыт клапан турбины, подкрутки от неё нет, но от двигателя-то момент на генератор поступает! А постоянные магниты ПВ неотключаемы. Поэтому за счёт привода от двигателя, без помощи турбины, подвозбудитель выдаёт какое-то электричество, хоть и пониженных параметров. А если подключиться к генератору — видно, что и он за счёт остаточной намагниченности железа выдаёт вольт 6 ... 8 из положенных 115.
Так как нагрузка на ПВ стабильна — работа блоков по мере полёта не меняется, то при стабильных оборотах он выдаёт более-менее стабильное напряжение, в инструкциях указано 45 ... 51 вольт. Дальнейшее можно посмотреть по блок-схеме, которую я рисовал для своего стажёра Саиданварджона или просто Анвара, я лишь её чуть раскрасил:
Начнём с блока регулирования напряжения БРН-208М7А, он же «баран». Он работает на токе подвозбудителя (зелёная линия) — получает, регулирует, выпрямляет и подаёт на ОВВ (она обозначена знаками + и –), а входными данными — куда регулировать, добавлять тока возбуждения или убавлять — для него служит выходное напряжение генератора (красная линия). Вот «баран» в разрезе:
Вот появилось знакомое по статье ТЭД-16 название «магнитный усилитель». Переменный ток ПВ (45 ... 51 В, 800 Гц), попадая в БРН, «душится» силовым магнитным усилителем УМ1, потом выпрямляется диодами и идёт в ОВВ. А в ТР2 попадает выходной ток генератора (115 В, 400 Гц), он понижается тр-ром до удобного значения и используется в работе измерительного органа У1.
У1 приглядывает за напряжением генератора и рулит током подмагничивания УМ1. Генератор даёт не 115 вольт, а провалился до 112? У1 добавит тока подмагничивания в УМ1, тот пропустит к диодам больше тока от ПВ, вырастет ток возбуждения возбудителя, с ним ток возбуждения генераторе — и вырастет выходное напряжение генератора. На самом деле «баран» следит не за фазным напряжением, а за линейным, почему и называется «208» (поддерживает 208 вольт), но это детали.
Если напряжение стало больше нормы — протечёт обратный процесс, У1 убавит тока подмагничивания, вернёт напряжение генератора в норму. Стабилизирующий трансформатор ТР1 действует лишь в такие моменты — видя изменение тока возбуждения возбудителя, он придерживает коней УМ1, не давая блоку раздёргать генератор, то есть защищая систему от перерегулирования. Перерегулирование можно увидеть хотя бы у водителей — когда повернул руль больше, чем надо, дёрнул назад, потом опять туда...
На передке БРН есть переменный резистор, с помощью отвёртки можно подрегулировать напряжение. Покажу в следующих статьях, а пока — БЗУ в разрезе:
Блок защиты и управления БЗУ-376СБ (либо СП) — девайс похитрее, он измеряет напряжение, частоту и ток генератора, и если они выходят за рамки — выключает генератор, причём у каждой защиты своя задержка. СП и СБ — исполнения БЗУ для работы генераторов параллельно («в ногу», как в федеральной энергосистеме) либо раздельной работы, когда каждый питает свою сеть (без параллельной работы). На всех летающих «туполях» стоят СБ.
Почему параллельной работы на борту добиться сложно — ниже, а пока — кратко про защиты. Два главных «полушария мозга» БЗУ — блок напряжения БН-225/180 и блок частоты БЧ-848/752. БН «пасёт» линейное напряжение генератора (вторая цифра в номинале 115/200 В), БЧ — частоту подвозбудителя, которая, понятное дело, жёстко связана с частотой генератора — они же на одном валу.
Если всё хорошо — то с БЗУ на БРН постоянно поступает командное напряжение 27 вольт, блок защиты даёт добро блоку регулирования на подачу возбуждения. На «бумажной» схеме выше это видно. И БРН выдаёт возбуждение на генератор. Если выстрелила какая защита — БЗУ и возбуждение снимает (выключая БРН), и контактор нагрузки (на «бумаге» — ТКС203/233) выключает.
С защитой по напряжению всё просто — если оно ниже 180 или выше 225 вольт дольше 0,5 с, то генератор выключается. Схоже работает защита по частоте: генератор выключится, если дольше 6 секунд частота ПВ будет ниже 752 либо выше 848 Гц (что соответствует 376 и 424 Гц в сети). А есть ещё защита по току и центробежный выключатель на двигателе — по их команде генератор выключается немедленно. Вот мы и разгадали очередную цифру — почему БЗУ «376».
С «центробежником» (он может быть не один) тоже всё просто: раскрутился генератор или турбина ППО до опасных оборотов — прошёл сигнал, привод экстренно выключился. Токовая защита работает хитрее — это дифференциальная токовая защита, описанная мной недавно в статье ТЭД-18.
Её дают работающие в паре блоки трансформаторов тока (БТТ), один (БТТ-3) стоит прямо внутри генератора, второй (БТТ-40Б) стоит на борту в распредкоробке генератора. А что такое тр-р тока — описано в редко вспоминаемой статье ТЭД-10. Не обессудьте, что так задёргал по статьям, но сами понимаете — объём знаний нешуточный...
Включены БТТ встречно, если ток по дороге от генератора до РК либо в самом генераторе где-то «пошёл налево» и ток через один БТТ стал больше, чем через другой — то между ними возникает разность напряжений. При разности 8 вольт срабатывает маленькое (меньше бульонного кубика) реле в БЗУ и генератор выключается немедленно, чтобы дугой короткого замыкания не сожгло самолёт.
К слову, именно из-за неустановленных проблем то ли с БТТ, то ли с контактором в 2010 году в Сургуте сгорела RA-85588... После этого вышел бюллетень — заменить на всех летающих Ту-154 все основные контакторы панелей генераторов на новые. Мы с напарником «исполнили» несколько машин, работа эта сродни хирургической операции, о ней — скоро в статье о панелях генераторов.
Не будем о грустном, взглянем на БЗУ с другой стороны:
Резервное питание — самопитание цепей управления генератора. Трансформатор ТР2 понижает входные 115 вольт, #диоды выпрямляют — и получаются 27 вольт, точно такие же, какие даёт общая бортовая сеть. То есть даже если пропадёт питание из бортсети — БЗУ сам обеспечит и питание БРН, и удержание контактора генератора, при некоторых отказах это спасёт от обесточивания самолёта. При таких тяжёлых отказах, как и Ижме — не спасёт...
БРЧ-62БМ работает совсем просто — при отклонении частоты генератора от нормальной даёт питание на небольшой мотор АДУ-1 механизма коррекции частоты (МКЧ-62ТВ), тот изменяет затяжку пружины регулятора оборотов генератора. МКЧ стоит на регуляторах РППО-30К двигателей Д-30КУ, Д-30КП (Ту-154М, Ил-62М, Ил-76), а также на ППО первых Ту-154, которые давно не летают. На Ту-154Б привод постоянных оборотов и без МКЧ прекрасно справляется: дашь газу — стрелка частотомера качнулась вправо, но ювелирный «центробежник» увидел уход оборотов и убавил воздуха на турбину, стрелка встала обратно «на полдень» — на 400 герц.
Один раз на Ту-154М стрелка никак не хотела успокаиваться — качалась как маятник курантов, 390 — 410 — 390 — 410... Вроде частота почти не вылезала за допуск, но постоянная раскачка может ушатать гироскопы и другие чувствительные приборы, да и самолёт выходил с капремонта — если сейчас не найдём причину, что дальше будет?
Поменяли БРЧ, поделали ещё что-то, результата — ноль... Было похоже, что дефект механический — словно у РППО сил не хватает двигать воздушную заслонку по чуть-чуть, он её давит-давит — и рвёт больше, чем надо. Как на машине с закисшими шаровыми опорами — рулить на большой скорости невозможно... А где у нас «шаровые»? В короткой, в мизинец, тяге от РППО к заслонке! Отсоединили, капнули керосина, разработали сферические подшипники (с трудом сорвав) — раскачку как рукой сняло. И БРЧ с МКЧ ни при чём...
А в чём была причина задержки включения генератора, с которой началась глава? По-видимому, загрязнился тяжёлыми отложениями какой-то золотник в РППО либо разбухли резиновые элементы — на холодном двигателе их клинило и срабатывала та самая защита от пониженной частоты с задержкой в 6 секунд, заслонка просто не успевала открыться, чтобы раскрутить генератор воздухом.
После прогрева начинали работать. На первом запуске после ремонта ППО иногда не включается с первого раза — нужно, чтобы все полости заполнились маслом и топливом, и когда он на первом запуске включился с надцатого раза — я ничего не заподозрил. Когда на втором запуске история повторилась — забил тревогу... Замена РППО вылечила дефект.
Ладно, вернёмся к описанию работы... На первых машинах была задумана параллельная работа генераторов, стояли блоки БЗУ-376СП и помимо выключателей генераторов там были выключатели параллельной работы генераторов:
На днях пересниму лучше и сниму ППО с МКЧ... Так вот, в чём сложность параллельной работы генераторов на самолёте? При работе в обычной энергосети генераторы приводятся каждый своим приводом, мощность которого сравнима с мощностью самого генератора. Ну, то есть генератор ГЭС мощностью 5 мегаватт приводится турбиной мощностью 5 мегаватт.
Когда генератор подключается в сети — через генератор проходят так называемые уравнительные токи и генератор вместе с приводом втягивается в синхронизм. У генератора хватает сил «подтянуть» или «придушить» свой привод, чтобы идти «в ногу» с сетью. А что такое самолётный генератор мощностью 40 киловатт супротив двигателя мощностью в мегаватты?
Никто и ничто, и если два несинхронизированных генератора включить параллельно — они друг друга сожгут уравнительными токами. Чтобы их включить синхронно — нужно точно выровнять и обороты, и фазы. Для этого в БЗУ-376СП стоит БПР (блок параллельной работы), а в БРЧ — БИАМ (блок измерения активной мощности). БИАМ работают лишь при параллельной работе генераторов, при одиночной БРЧ просто следит за абсолютной частотой.
БПР включают контакторы параллельного соединения генераторов при разности частот не более 4 Гц, а БИАМ с помощью БТТ следят за равенством токов параллельно работающих генераторов, при необходимости корректируя мощности приводов генераторов с помощью МКЧ. Если разность мощностей будет больше нормы — параллельная работа выключится.
На Ту-154 этот режим давно не применяется, а вот на Ил-76 и некоторых других типах — вовсю. А почему БРЧ и МКЧ — «62»? Потому что первый отечественный самолёт с ППО — Ил-62, эти агрегаты делались под него. Ещё с него родом коробка КОЧ-62, которую мы когда-то давно разглядывали в статье 3.
И напоследок — о непомерно пафосном блоке отключения генератора БОГ-1. Есть он лишь на машинах с НК-8 (Ту-154Б и более ранних). На НК-8 установлен тахогенератор ТГ-6Т — маленький синхронный генератор, примерно как датчик тахометра, сигнал с него идёт в панель запуска двигателей ПДА-154.
Сама ПДА использует переменный ток с ТГ для отключения стартёра на запуске, а также этот ток идёт через ПДА в БОГ. Тот по частоте тока определяет обороты двигателя, если они допустимые — разрешает включение генератора. На Ту-154М включение генератора разрешает дифференциальный сигнализатор давления ДСД-1,6 — он определяет работу двигателя по давлению на компрессоре.
Вот, пожалуй, пока и всё. Статью ТЭД-18 подробным описанием дифзащиты генератора дополнил, сниму ППО с МКЧ — выложу, вспомню ещё что — допишу, а также по свободности смонтирую видео и про ППО, и про ту проверку, с которой статья и началась. До новых встреч!
Оглавление цикла «Тушкины потроха»
Оглавление цикла «Труженик электродвигатель»
