Система смазки турбореактивного двигателя

Основные показатели, характеризующие работу турбореактивных двигателей Основной особенностью смазки турбореактивных двигателей (ТРД) является то, что масло непосредственно не соприкасается с зоной горения топливовоздушной смеси, как в поршневых двигателях. Стенки камеры сгорания турбореактивного двигателя не связаны с системой смазки. В этих двигателях отсутствует угар масла, который в поршневых двигателях вызывается интенсивным забрасыванием масла в цилиндры и обильным испарением масла со стенок цилиндров и поршней, имеющих высокую рабочую температуру и значительную поверхность испарения. В турбореактивных двигателях масло не подвергается глубокому окислителе.

Второй особенностью смазки турбореактивных двигателей с циркуляционно-замкнутой системой смазки является незначительный по сравнению с поршневыми двигателями расход масла, величина которого обусловливается только его потерями через суфлер.

Газотурбинные авиационные двигатели (турбореактивные ТРД и турбовинтовые ТВД) по конструкции и условиям эксплуатации значительно отличаются от поршневых, что вызывает специфические требования к качеству масел, предназначенных для их смазки. У большинства газотурбинных двигателей система смазки— циркуляционная, масло в ней не соприкасается с зоной горения топливо-воздушной смеси, как в поршневых двигателях, и расход его заметно меньше. Маслом смазываются подшипники турбины и компрессора, коробка приводов, вспомогательные механизмы.

Для опор тяжело нагруженных быстроходных машин, к которым относятся, например, подшипники вала турбин и компрессора в турбореактивных двигателях, хорошие результаты дает струйная форсуночная смазка с давлением в подающей сети около 2—3 ат. Такая система смазки обеспечила, в частности, длительную надежную работу подшипников специального электромотора мощностью 60 кет при 60 000 об мин. В некоторых турбореактивных двигателях существует незамкнутая система смазки. В этом случае к подшипникам все время подводится свежее масло, а отработанное выбрасывается в атмосферу. Поэтому расход масла увеличивается и достигает 900 г час на каждый подшипник, а всего 2700 г/час для трех подшипников. Однако часовой расход масла и в этом случае все же остается значительно ниже, чем в поршневом двигателе.

Системы смазки турбореактивного двигателя В турбореактивных газотурбинных двигателях (ТРД) масло используют для смазки и охлаждения крупногабаритных высокоскоростных подшипников качения турбокомпрессорного агрегата (газовой турбины, компрессора), шестерен коробки привода агрегатов и других узлов трения, а также как гидравлическую жидкость в различных системах регулирования и автоматики. В турбовинтовых газотурбинных двигателях (ТВД) масло служит также для смазки и охлаждения тяжело нагруженного силового редуктора, в связи с чем возникают некоторые дополнительные требования к качеству масла для ТВД. Для обеспечения надежности работы воздушно-реактивных газотурбинных двигателей (ГТД) используют смазочные масла. Например, в турбореактивных авиационных двигателях масло применяют для смазки и охлаждения крупногабаритных высокоскоростных подшипников качения турбокомпрессорного агрегата (газовой турбины, компрессора), шестерен коробки привода агрегатов и других узлов трения оно используется также как гидравлическая жидкость в различных системах регулирования и автоматики. В турбовинтовых двигателях масло служит еще и для смазки и охлаждения тяжело нагруженного силового редуктора.

Сложны и несколько необычны условия смазывания в системах кондиционирования воздуха и герметизации самолетов. Смазочные материалы, применяемые для этих целей, должны сохранять эффективность в течение всего срока службы узла трения. Недопустимо появление запаха при их нагреве. В турбореактивных самолетах для кондиционирования используется воздух, забираемый от турбокомпрессора двигателя, где он нагревается до 300—450 °С. Во время стоянки самолета в системе кондиционирования конденсируется влага. Многие регулировочные клапаны в системе поворачиваются лишь на небольшой угол. Применение коллоидного дисульфида молибдена в этих трудных условиях обеспечивает эффективную смазку. По конструкции и условиям эксплуатации газотурбинные авиационные двигатели значительно отличаются от поршневых, что вызывает специфические требования к качеству масел. Среди газотурбинных двигателей наиболее распространены турбореактивные (ТРД) и турбовинтовые (ТВД) двигатели. В турбореактивных двигателях (ТРД) смазочное масло используется для охлаждения и смазки роликовых и шариковых подшипников турбокомпрессорного агрегата, шестерен коробки отбора мощности, редуктора и других узлов трения, а также как обычная гидравлическая жидкость в системах регулирования и автоматики.

Кроме того, смазочное масло должно защищать трущиеся поверхности от коррозии. Вязкостно-температурные свойства определяют возможность пуска газотурбинного двигателя и прокачиваемость масла по системе смазки при низких температурах. Для обеспечения нормального пуска двигателей, как показывает опыт эксплуатации, вязкость масла должна быть в пределах 2000—4500 мм7с. При работе турбореактивных двигателей, в частности, нормальная. В турбореактивных и турбовинтовых двигателях узлами, нуждающимися в смазке, являются шариковые и роликовые подшипники газовой турбины и компрессора, редуктор и подшипники приводов и вспомогательных механизмов. Большинство реактивных двигателей снабжено циркуляционной системой смазки и только немногие имеют незамкнутую систему с выбросом отработанного масла в атмосферу. На рис. показана принципиальная схема масляной системы турбокомпрессорного реактивного двигателя.

Система смазки газотурбинного двигателя турбореактивный двигатель смазка авиационный Система смазки газотурбинного двигателя (ГТД) содержит нагнетающий насос для подачи жидкого масла из бака в масляные полости к подшипникам, расположенным в опорах с уплотнениями на валу двигателя, откачивающие электронасосы с блоком управления частотой вращения электродвигателя для откачивания из указанных полостей масловоздушной смеси, насос системы суфлирования для утилизации на срез сопла ГТД воздуха из указанных полостей и бака. Система смазки дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик перепада давлений, установленный, по крайней мере, на одном из уплотнений одной из опор, пневматический вход которого соединен с воздушным трактом наддува опоры, а выход — с масляной полостью, и электронный регулятор, который связан входом с электрическим выходом датчика перепада давлений, а выходом — с блоком управления частотой вращения электродвигателя откачивающих насосов, и регулирует частоту вращения электродвигателя по отклонению перепада давлений от значения, требуемого штатным законом управления системы смазки. Технический результат заключается в улучшении экологических характеристик ГТД за счет снижения выбросов масла из системы смазки в газовоздушный тракт двигателя путем использования датчиков перепада давлений на уплотнениях опор роторов и применения регулируемого электропривода для вращения откачивающих насосов системы смазки.

Полезная модель относится к двигателестроению, а более точно касается системы смазки газотурбинного двигателя (ГТД).

Система смазки ГТД может содержать на опоре два датчика, каждый из которых установлен на отдельном уплотнении опоры и соединен с электронным регулятором собственным входом.

Целесообразно, если один датчик установлен на наиболее критичном уплотнении, а другой датчик служит резервным. В известных системах смазки газотурбинного двигателя, содержащих нагнетающий маслонасос, насосы откачки из опор роторов масловоздушной смеси и насос системы суфлирования, вращаемых от коробки приводов агрегатов ГТД, удержание масла в полостях подшипников опор и предотвращение его выброса в газовоздушный тракт двигателя обеспечивается путем установки уплотнений различного типа (лабиринтных, щеточных и др.) и наддува опор воздухом. Положительный перепад давлений на уплотнениях, при котором давление воздуха на входе в уплотнение выше давления масловоздушной смеси в опоре, обеспечивается выбором характеристик насосов систем суфлирования и откачки. Однако частота вращения этих насосов не регулируется, т.к. она жестко связана с частотой вращения ротора ГТД, и не исключается возможность реализации отрицательного (обратного) перепада давлений на уплотнениях с выбросом масла в тракт двигателя на переходных режимах его работы, при износе уплотнений опор роторов и др.

Технический результат, достигаемый в заявленной полезной модели, заключается в улучшении экологических характеристик ГТД за счет снижения выбросов масла из системы смазки в газовоздушный тракт двигателя путем использования датчиков перепада давлений на уплотнениях опор роторов и применения регулируемого электропривода для вращения откачивающих насосов системы смазки.

Указанный результат достигается тем, что система смазки газотурбинного двигателя (ГТД), содержащая нагнетающий насос для подачи жидкого масла из бака в масляные полости к подшипникам, расположенным в опорах с уплотнениями на валу двигателя, откачивающие электронасосы с блоком управления частотой вращения электродвигателя для откачивания из указанных полостей масловоздушной смеси, насос системы суфлирования для утилизации на срез сопла ГТД воздуха из указанных полостей и бака, дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик перепада давлений, установленный, по крайней мере, на одном из уплотнений одной из опор, пневматический вход которого соединен с воздушным трактом наддува опоры, а выход — с масляной полостью, и электронный регулятор, который связан входом с электрическим выходом датчика перепада давлений, а выходом — с блоком управления частотой вращения электродвигателя откачивающих насосов, и регулирует частоту вращения электродвигателя по отклонению перепада давлений от значения, требуемого штатным законом управления системы смазки.

Система смазки содержит нагнетающий насос 1 для подачи жидкого масла из бака 3 к подшипникам 7 в масляные полости 8 расположенные с уплотнениями 6 в опорах 4 роторов двигателя 5, откачивающие насосы 17 для откачки из полостей 8 в бак 3 масловоздушной смеси и насос 2 системы суфлирования, который утилизирует на срез сопла ГТД воздух из полостей 8 и бака 3 (вся система коммуникаций утилизации воздуха на рисунке не показана). Насосы 1 и 2 вращаются от коробки приводов агрегатов двигателя (не показана), а насосы 17 — электродвигателя 16, который снабжен блоком управления 15 с возможностью управления частотой вращения электродвигателя. Каждая опора 4 имеет уплотнения 6, через которые воздух из внутренних полостей ГТД поступает в масляные полости 8.

Согласно полезной модели для исключения выбросов масла из системы смазки в газовоздушный тракт двигателя, по крайней мере, на одном из уплотнений 6 одной из опор 4 установлен, по меньшей мере, один датчик перепада давлений между масляной полостью 8 и газовоздушным трактом двигателя. На рис. 1 показан один датчик 9 и другой датчик 10. Один датчик, например, датчик 9, устанавливают на наиболее критичном уплотнении, другой датчик 10 служит резервным. Система смазки содержит электронный регулятор 11. Выход 12 регулятора 11 связан с входом блока управления 15 электродвигателя 16, а входы связаны с выходами датчиков 9 и 10.

Система смазки с регулируемым электроприводом откачивающих насосов функционирует следующим образом.

Масло из бака 3 нагнетающим насосом 1 подается к подшипникам 7 опор 4. Для его удержания у подшипника в полостях 8 производится непрерывный наддув опор 4 воздухом через уплотнения 6. На наиболее критичном уплотнении (с точки зрения возникновения на нем обратного течения масловоздушной среды, например, из-за поломки сепаратора подшипника) установлен датчик перепада давлений 9, сигнал с которого поступает на вход 13 электронного регулятора 11 системы смазки. Перепад давлений на уплотнении положительный (больше минимального значения, определенным штатным законом управления системы смазки), когда давление воздуха на его входе выше давления смеси в полостях 8, и воздух поступает в полости 8. При уменьшении перепада ниже минимального значения, когда возможно возникновение обратного течения смеси через уплотнение в тракт ГТД, регулятор 11, по сравнению со значением перепада давлений, требуемого штатным законом управления системы смазки, формирует сигнал на увеличение частоты вращения ротора электродвигателя 16. Этот сигнал с выхода 12 регулятора 11 поступает на вход блока управления 15 электродвигателя 16, который увеличивает частоту вращения откачивающих насосов 17. В результате этого производительность откачивающих насосов 17 увеличивается, давление в полостях 8 будет уменьшаться, и, следовательно, перепад давления на уплотнениях 6 будет увеличиваться. После восстановления допустимого заданного значения перепада давлений на уплотнении 6 регулятор 11 системы смазки переходит на реализацию штатных законов управления производительностью откачивающих насосов. Изменение частоты вращения насосов производится в диапазоне, при котором не ухудшается смазка подшипников.

В данной системе смазки в качестве резервного датчика перепада давления используется датчик 10 на другом уплотнении опоры 4. Электрический сигнал с датчика 10 поступает на вход 14 регулятора 11 системы смазки, с выхода которого сигнал поступает на вход блока управления частотой вращения электродвигателя откачивающих насосов и используется как резервный. Полезная модель может быть использована в системах смазки авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей стационарных газотурбинных установках и др.

• 1. Система смазки газотурбинного двигателя (ГТД), содержащая нагнетающий насос для подачи жидкого масла из бака в масляные полости к подшипникам, расположенным в опорах с уплотнениями на валу двигателя, откачивающие электронасосы с блоком управления частотой вращения электродвигателя для откачивания из указанных полостей масловоздушной смеси, насос системы суфлирования для утилизации на срез сопла ГТД воздуха из указанных полостей и бака, дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик перепада давлений, установленный, по крайней мере, на одном из уплотнений одной из опор, пневматический вход которого соединен с воздушным трактом наддува опоры, а выход — с масляной полостью, и электронный регулятор, который связан входом с электрическим выходом датчика перепада давлений, а выходом — с блоком управления частотой вращения электродвигателя откачивающих насосов и регулирует частоту вращения электродвигателя по отклонению перепада давлений от значения, требуемого штатным законом управления системы смазки.
• 2. Система смазки ГТД по п. 1, отличающаяся тем, что содержит на опоре два датчика, каждый из которых установлен на отдельном уплотнении опоры и соединен с электронным регулятором собственным входом.
• 3. Система смазки ГТД по п. 2, отличающаяся тем, что один датчик установлен на наиболее критичном уплотнении, а другой датчик служит резервным.