книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 5 Автоматика и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок

Глава 6. Системы смазки и суфлирования ГТД

Рис. 6.9. Маслобак ГТУ наземного применения:

1- фланец для открытой заправки; 2 - штуцер для закрытой заправки; 3 - штуцер перелива; 4- труб­ ка с мерной линейкой; 5 - датчик-сигнализатор уровня масла; 6- штуцер забора масла в нагнета­

ющий насос; 7 - штуцер подвода масла из двигате­ ля; 8- воздухоотделитель; 9 - заглушка; 10- кран сливной; 11- блок электронагревателей; 12 - дат­ чик температуры; 13- фланец

лением через заправочный штуцер 2). Для исклю­ чения переполнения маслобака предусмотрен шту­ цер перелива 3.

Уровень масла в маслобаке контролируется ви­ зуально по трубке 4 с мерной линейкой. Для этого на корпусе маслобака нанесены специальные мет­ ки - «Полный бак», «Эксплуатационный резерв» и «Масла мало». Кроме этого имеется датчик-сиг­ нализатор уровня масла 5.

Через штуцер 6 масло из маслобака поступает в нагнетающий насос. Через штуцер 7 в бак возвра­ щается откачиваемое из двигателя масло. Для от­ деления масла, выходящего после суфлера, в баке предусмотрен статический воздухоотделитель 8. Процесс отделения масла происходит следующим образом - воздухомасляная смесь движется по спи­ рали, частицы масла центробежной силой отбрасы­ ваются к стенке воздухоотделителя и стекают в бак, а воздух по трубопроводам суфлирования отводит­ ся в атмосферу. Отверстие, закрытое заглушкой 9, предназначено для слива масла при необходимости промывки бака. Также масло из бака может сливать­ ся через кран 10. Для подогрева масла предусмот­ рены блоки электронагревателей 11. Температура масла контролируется датчиком 12. Фланцы пред­ назначены для крепления маслобака.

6.5.2. Насосы масляные

В маслосистемах для нагнетания и откачки мас­ ла широко применяют шестеренчатые насосы (см. рис. 6.10) [6.8, 6.9, 6.10]. При вращении шестерен масло, заполнившее впадины между зубьями во вса­ сывающей полости, переносится в полость на­ гнетания и выдавливается там при входе зубьев в зацепление, в результате чего повышается давле­ ние масла на выходе из насоса. Шестеренчатые насосы компактны, обеспечивают высокую произ­ водительность, обладают достаточной всасываю­ щей способностью, просты в производстве и на­ дежны в эксплуатации. По назначению эти насосы подразделяются на подкачивающие (насосы под­ питки), нагнетающие и откачивающие.

Производительность насоса WHAC(л/мин) опре­ деляется по формуле:

WHAC= 2‘10~6•ndml3 п Т|w,

где d - диаметр делительной окружности шестерен, мм;

m - модуль, мм;

п - частота вращения шестерен; /3 - длина зуба, мм; Т|,к- коэффициент наполнения.

Зная потребную производительность насоса, и задаваясь величинами п, Г)wи двумя из трех раз-

Выход масла

Высокое давление

Рис. 6.10. Схема работы шестеренчатого насоса (печатается

с разрешения Rolls-Royce pic.)

Глава б. Системы смазки и суфлирования ГТД

находится под давлением масла на выходе из насо­ са. Эта сила уравновешивается силой упругости пружины, с предварительной затяжкой равной за­ данному значению давления масла в системе. При небольшой скорости вращения шестерен произво­ дительность насоса и давление масла ниже задан­ ных, и редукционный клапан закрыт. При опреде­ ленных оборотах давление достигает величины открытия клапана. Дальнейшее увеличение оборо­ тов сопровождается ростом производительности насоса и силы давления масла на клапан, вследствие чего клапан открывается больше, перепуская часть масла на вход в нагнетающую ступень. Количество перепускаемого масла определяется разностью меж­ ду производительностью нагнетающей ступени

ипотребной прокачкой масла через двигатель.

Сувеличением высоты полета давление возду­ ха в масляном баке уменьшается и одновременно снижается производительность насоса. Редукцион­ ный клапан, поддерживая постоянное давление мас­ ла в системе, прикрывает отверстие для перепуска масла. На высоте полета, при которой производи­ тельность насоса становится равной прокачке мас­ ла через двигатель, редукционный клапан закрыва­ ется полностью. Дальнейшее увеличение высоты полета приводит к понижению производительнос­ ти насоса и давления масла в системе.

На некоторых типах двигателей в одном корпу­ се с масляными насосами устанавливают фильтры, воздухоотделители и другие агрегаты. Это умень­ шает длину маслопроводов и массу конструкции, повышает надежность.

6.5.3. Теплообменники

Вбольшинстве ГТД с замкнутой маслосистемой комфортное температурное состояния поверхнос­ тей трения обеспечивают подачей к ним охлажден­ ного в ТМТ масла. В ТМТ используется хладоресурс топлива.

Применяются ТМТ двух типов - низкого или вы­ сокого давления. В первом случае топливо для ох­ лаждения масла отбирается из топливной магист­ рали до топливного насоса, во втором - за ним. ТМТ высокого давления отличаются компактностью, но, находясь под высоким давлением топлива, они дол­ жны обладать высокой прочностью и надежностью.

Когда хладоресурса топлива недостаточно, в маслосистеме дополнительно устанавливают ВМТ.

Выбор теплообменников для охлаждения мас­ ла производится из условий обеспечения заданных температур масла на всех режимах работы ГТД.

Взависимости от места расположения тепло­ обменника маслосистемы различаются на системы

с«горячим» и «холодным» баком. В маслосистеме

с«горячим» баком теплообменник устанавливает­

ся в магистрали подвода масла в двигатель, с «хо­ лодным» баком - в магистрали откачки.

Вмаслосистеме с «горячим» баком благодаря рациональному и конвективному теплообмену мас­ ло передает окружающей среде ощутимую часть тепла, снижая тем самым нагрузку на теплообмен­ ник, что позволяет уменьшить его размеры. В сис­ темах с «горячим» баком высокая температура мас­ ла в баке приводит к значительному уменьшению его вязкости и увеличению скорости отделения воз­ духа. Однако, в подобных системах масло в баке постоянно подвержено высокой температуре, что может ускорить процесс его окисления.

На двигателе ПС-90А и двигателях CF6-80C2, CFM.56-5 фирмы General Electric маслосистемы выполнены с «холодным» баком, а на двигателях RB211-535E4, PW.2037, PW.4060, V.2500 маслоси­ стемы с «горячим» баком [6.11].

При установке теплообменника в магистрали нагнетания в нем допускается достаточно высокое гидравлическое сопротивление и, тем самым, обес­ печивается более интенсивный теплообмен. Для предупреждения поломки теплообменники обору­ дуются перепускными клапанами, которые защи­ щают их от недопустимого давления используе­ мых жидкостей. Если нужен ускоренный прогрев масла во время запуска двигателя, в теплообмен­ никах может быть предусмотрен термостатичес­ кий клапан.

ВГТУ для охлаждения масла могут использо­ ваться вода или другие теплоносители. Масляные теплообменники могут иметь трубчатую или пла­ стинчатую конструкцию.

На рис. 6.12 приведен ТМТ двигателя RB211. Топливо, поступающее в теплообменник, прохо­ дит по трубкам 7, а горячее масло проходит по межтрубной полости. Наличие внутри ТМТ пе­ регородок 2 удлиняет путь масла, увеличивает его скорость и эффективность охлаждения. ТМТ обо­ рудован клапаном перепускным 3, который откры­ вается при увеличении перепада давления в мас­ ляной полости свыше допустимого (например,

вслучае его засорения), при этом часть масла со входа сразу поступает на выход из теплообменни­ ка, предохраняя ТМТ от поломки. На выходе мас­ ла из теплообменника установлен датчик 4 замера температуры масла.

Втеплонапряженных ГТД предусмотрено регу­ лирование работы ТМТ. Например, если темпера­ тура топлива поднимается выше допустимой, уве­ личивают расход топлива через теплообменник или предусматривают дополнительное подключение воздухомасляного теплообменника (см. рис. 6.13).

Ввоздухомасляном теплообменнике продува­ емый через трубки воздух охлаждает масло, ко­ торое омывает межтрубное пространство. Как

Глава 6. Системы смазки и суфлирования ГТД

кой очистки. Устанавливаемый после нагнетающе­ го насоса фильтр выбирают таким образом, чтобы тонкость его фильтрации полнопоточную очистку масла при низкотемпературном запуске (исключа­ ется перепуск масла мимо фильтра), поэтому его часто называют фильтром грубой очистки.

При постановке фильтра тонкой очистки на вы­ ходе из откачитвающих насосов выносимые загряз­ нения улавливаются до поступления масла в тепло­ обменник и бак. Таким образом, их характеристики сохраняются в течение всего срока службы. В слу­ чае установки фильтра тонкой очистки на выходе из нагнетающего насоса при низкотемпературном запуске часть масла будет перепускаться помимо фильтра до тех пор, пока оно не прогреется до до­ статочной температуры и вязкость его не достиг­ нет той величины, при которой оно будет полнос­ тью проходить через фильтр.

Повышение тонкости фильтрации в маслосистемах обеспечивает ряд преимуществ, из которых глав­ ное - увеличение долговечности подшипников.

P.B.Macpherson совместно с фирмой Westlend Helicopters и Английским королевским колледжем [6.13] испытали несколько сотен подшипников ка­ чения на масле с разной абсолютной тонкостью фильтрации, что позволило определить зависи­ мость их относительной долговечности от абсолют­ ной тонкости фильтрации масла. Результат оказался поразительным: при увеличении абсолютной тонкости фильтрации масла от 40 до 3 мкм отно­ сительная долговечность подшипников увеличива­ ется больше, чем на порядок, (см. рис. 6.14).

Фильтры в соответствии с видом применяемых фильтровальных материалов можно разделить на два основных типа: в первом частицы загрязните­ ля задерживаются, в основном, на поверхности материала, а во втором - в порах капилляров мате­ риала. Фильтры первого типа получили название поверхностные, второго - глубинные.

Всоответствии с возросшими требованиями

кфильтрации масла разработаны новые фильтру­ ющие материалы, которые позволяют перейти от поверхностного фильтрования (через проволочную сетку) к объемному - через комбинированный по­ ристый материал.

Вновь разработанный фильтрующий материал состоит, в основном, из двух тонких пористых стек­ ловолоконных полотен 1, между которыми в хаоти­ ческом порядке зафиксированы кусочки тонких стеклянных волокон 2.

Стеклянные волокна устойчивы к агрессивным компонентам синтетических масел, стекловолокон­ ный фильтрующий материал обладает высокой проч­ ностью и может работать при температуре до 400° С.

Важное влияние на ограничение габаритов фильтра при повышении абсолютной тонкости

Относительная долговечность подшипника

Абсолютная тонкость фильтрования, мкм

Рис. 6.14. Зависимость относительной долговечности под­ шипника качения от абсолютной тонкости филь­ трования масла:

а - фильтрующий материал; б - фильтр;

1 - полотна стекловолоконные; 2 - кусочки стек­

лянных волокон, зафиксированные между собой;

3- сигнализатор флажковый максимального пе­ репада давления на фильтре; 4- датчик-сигнали­ затор перепада давления на фильтре; 5- клапан отсечной; 6- клапан перепускной; 7 - крышка фильтра; 8- корпус фильтра; 9- фильтроэлемент; 10- пробка сливная

фильтрации оказала возможность придания фильт­ рующему элементу формы в виде гофрированного цилиндра. Ранее гофрированный сетчатый фильтроэлемент не применялся, так как в случае засоре­ ния его очистка (промывка) невозможна. С созда­ нием нового стекловолоконного фильтрующего материала необходимость очистки фильтроэлемента отпала. Фильтрование происходит по глубине фильтрующего материала и извлечь из него задер­ жанные за-грязнения невозможно, по истечении срока службы или в случае засорения фильтроэлемент заменяется новым.

танавливается баростатический клапан, который автоматически управляет выходной площадью суфлера.

На рис. 6.17 представлен суфлер-сепаратор дви­ гателя RB211 с высокоскоростным ротором, кото­ рый собран из сегментов 1 из пористого металла «Ретимет».

Масловоздушная смесь через отверстия 2 по­ ступает внутрь ротора суфлера, при прохождении через который происходит разделение смеси. Воз­ дух через окна 3 проходит во внутреннюю полость вала ротора и дальше - к выходу в атмосферу, а масло отбрасывается к наружной стенке корпу­ са суфлера-сепаратора и по выемкам 4 и внутрен­ нему каналу (не показан) в коробку 5 приводов агрегатов.

6.6. Перспективы развития маслосистем

Дальнейшее совершенствование маслосистем ГТД возможно по нескольким направлениям. Одно из основных - улучшение смазывающих и охлаж­ дающих свойств применяемых масел.

Важно для улучшения работоспособности под­ шипников и пар трения продолжить работы по по­ вышению тонкости фильтрации масла, а также уменьшению его безвозвратных потерь.

С появлением в ближайшем будущем «электри­ ческого» самолета механический привод агрегатов будет заменен на электрический, в результате чего отпадает необходимость их размещения на короб­ ке приводов, что позволит уменьшить массу и га­ бариты двигателя и существенно улучшить его надежность.

6,6, Перспективы развития маслосистем

Контрольные вопросы

1.Перечислите функции маслосистемы.

2.В каких случаях маслосистема может быть ра­ зомкнутой?

3.В чем основной недостаток открытых маслоси­ стем?

4.В чем преимущества и недостатки маслосистем

срегулируемым давлением масла?

5.Какие средства диагностики состояния двигате­ ля предусматриваются в маслосистеме?

6.Для чего предназначен центробежный суфлер?

7.Какими факторами определяется потребная про­ качка масла через двигатель?

Англо-русский словарь-минимум

air - воздух

air separator - воздухоотделитель block of pumps - блок насосов breathing - суфлирование

breather centrifugal - суфлер центробежный crane drain - кран сливной

filter - фильтр

filter - signaliser - фильтр-сигнализатор fuel - топливо

gauge - датчик

gearbox - коробка приводов heat exchanger - теплообменник oil - масло

oil - air mixture - масло-воздушная смесь plug magnetic - пробка магнитная pressure - нагнетание

pump oil - насос масляный scavenge -откачка signaliser - сигнализатор tank oil - бак масляный

valve safety - клапан предохранительный valve reducing - клапан редукционный valve by-pass - клапан перепускной valve return - клапан обратный

Список литературы

6.1.Хронин Д.В. Конструкция и проектирование авиацион­ ных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, 565 с.

6.2.Бич М.М, Вейнберг Е.В., Сурнов Д.Н. Под редакцией Скубачевского Г.С. Смазка авиационных газотурбинных дви­ гателей. - М.: Машиностроение, 1979, 176 с.

6.3.Домотенко Н.Т., Кравец А.С. Масляные системы газо­ турбинных двигателей. - М.: Транспорт, 1972, 96 с.

6.4.Скубачевский Г.С., Авиационные газотурбинные двига­ тели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение, 1969, 544 с.

6.5.Анисимов И.Г., Бадышева К.М., Блашов С.А. и др. Топ­ лива. Смазочные материалы. Технические жидкости. Ассор­ тимент и применение. Справочник., Под ред. В.М. Школь­ никова. - М.: Изд-во центра «Технинформ» Международной Академии информации, 1999, 596 с.

6.6.Итинская Н.И., Кузнецов Н.А. Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям. - М.: Колос, 1982, 208с.