СИСТЕМА СУФЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
Система суфлирования двигателя предназначена для сообщения масляных полостей двигателя с атмосферой, обеспечения работы масляных уплотнений и воздушно-масляных лабиринтов и для устранения возможности перетекания масла через уплотнения в проточную часть двигателя при повышении давления в масляных полостях опор роторов двигателя. Система суфлирования (рис. 6.7) состоит из системы суфлирующих каналов, трубопроводов и центробежного суфлера.
Рис. 6.7. Схема системы суфлирования полостей опор роторов двигателя:
I — V — опоры двигателя; 1 — центробежный суфлер; 2 — трубка суфлирования масляной полости II опоры; 3 — трубка суфлирования масляной полости III опоры;
4 — трубка суфлирования полости V опоры; 5— трубка суфлирования предмасляной полости III опоры; 6—трубка суфлирования предмасляной полости II опоры
Суфлирование полостей опор роторов двигателя осуществляется двумя способами: суфлированием предмасляных полостей непосредственно в атмосферу и суфлированием масляных полостей через центробежный суфлер коробки приводов.
Предмасляные полости задней опоры ротора компрессора (полость Б) и задней опоры ротора
турбины компрессора (полость Г), в которые может прорываться воздух под повышенным давлением из проточной части двигателя, суфлируются непосредственно в атмосферу через каналы в корпусах и наружные трубки 6 и 5. Концы трубок выведены к срезу выхлопного сопла.
Масляные полости задней опоры ротора компрессора (полость В), задней опоры ротора турбины компрессора (полость Д) и опоры ротора свободной турбины (полости Е и Ж) через каналы в корпусах и наружные трубки 2, 3 и 4 суфлируются через приводной центробежный суфлер 1, расположенный в коробке приводов.
Воздух, отделенный в суфлере от масла, выводится за борт вертолета. Суфлирование коробки приводов также осуществляется через центробежный суфлер. Конструкция и работа суфлера изложены в пособии «Передачи и приводы двигателя ТВ2-117».
Полость передней опоры ротора компрессора (полость А) не суфлируется.
Суфлирование масляного бака осуществлено независимо от системы суфлирования двигателя.
Масляный бак суфлируется через расширительный бачок 17 (см. рис. 6.1), в котором масло отделяется от воздуха, путем конденсации. Масляный конденсат собирается в нижней части расширительного бачка, сообщающегося с маслобаком.
Схема объединенных масляной и суфлирующей систем двигателя приведена на рис. 6.8.
Рис. 6.8. Объединенная схема масляной и суфлирующей систем двигателя
МАСЛЯНАЯ СИСТЕМА И СИСТЕМА СУФЛИРОВАНИЯ
Масляная система во время работы двигателя обеспечивает постоянную подачу
масла к трущимся поверхностям. Часть масла используется как рабочая жидкость для
регулятора частоты вращения, воздушного винта, командно-топливного агрегата, сис-
темы измерителя крутящего момента и системы флюгирования винта.
высоконагруженные трущиеся поверхности узлов и агрегатов двигателя (подшипников,
зубчатых и шлицевых соединений, втулок и т. д.) смазываются и охлаждаются маслом,
подводимым под давлением. Малонагруженные поверхности смазываются разбрызги-
ваемым (барботажным) маслом. При замкнутой схеме нагнетаемое в двигатель и отка-
чиваемое из двигателя масло непрерывно циркулирует по замкнутому кольцу, минуя
масляный бак самолета.
В систему смазки двигателя входят следующие основные узлы двигателя и самолета:
масляный бак, воздушно-масляный радиатор, главный масляный насос (состоя-
щий из нагнетающей и откачивающейсекций), масляный насос подпитки ,
двухсекционный масляный насос откачки масла из корпуса камеры сгорания масля-
ный насос откачки масла из коробки приводов, центробежный воздухоотделитель, центробежный суфлер, трубопроводы и каналы масляной системы, жиклеры и фор-
сунки подачи масла к местам смазки, сливные краны.
Первоначальное заполнение масляных магистралей двигателя маслом, а также до-
ливка масла в кольцевую систему двигателя производится из масляного бака , распо-
ложенного на самолете, масляным насосом подпитки , который подает масло на вход
в нагнетающую секцию главного масляного насоса.
Давление масла на входе в главный масляный насос поддерживается редукцион-
ным клапаном масляного насоса подпитки.
Обратный клапан масляного насоса подпитки предотвращает перетекание масла
из масляного бака в двигатель и переполнение последнего на стоянке.
При входе масла в нагнетающую секцию главного масляного насоса поток масла
из масляного насоса подпитки смешивается с потоком масла, поступающего из воз-
Нагнетающей секцией главного масляного насоса масло подается по внутрен-
ним каналам в лобовой картер, где оно разделяется на два потока: один поступает на
смазку приводов агрегатов лобового картера, подшипников ротора двигателя,
питание рабочей жидкостью регулятора частоты вращения, воздушного винта, ко-
мандно-топливного агрегата , систем автоматического флюгирования, выключателя
стартеров-генераторов и других агрегатов гидравлического действия.
При поступлении в двигатель масло очищается с помощью двух легкосъемных
на входе масла в лобовой картер двигателя.
Маслофильтр подвода масла на смазку редуктора и в систему ИКМ снабжен сигна-
лизатором 36 засорения фильтра с выводом сигнальной лампочки в кабину экипажа.
Оба фильтра снабжены перепускными клапанами, защищающими двигатель от масля-
ного голодания при засорении фильтров.
Величина давления масла в двигателе определяется настройкой редукционного
клапана главного масляного насоса. Замеряется давление масла манометром в маги-
страли после фильтров. Масло из полостей лобового картера и редуктора сливается в нижнюю часть лобо-
Из маслосборника масло поступает в откачивающую секцию главного масляно-
го насоса и направляется по трубопроводам и каналам в боковых ребрах лобового кар-
тера, выполненным для их обогрева, в центробежный воздухоотделитель . Туда же
поступает масло, откачиваемое двухсекционным насосом из полостей заднего под-
шипника компрессора и подшипника турбины.
Масло, отделенное от воздуха в центробежном воздухоотделителе, направляется
для охлаждения в воздушно-масляный радиатор самолета и далее на вход в нагне-
тающую секцию главного масляного насоса.
Воздух (эмульсия), выделенный из масла в воздухоотделителе, отводится по тру-
При понижении давления масла на входе в нагнетающую секцию главного масляно-
го насоса (при расходовании масла двигателем или перепуске флюгерным насосом час-
ти масла в бак, а также в момент действия отрицательных перегрузок при эволюциях
самолета) масляный насос подпитки пополняет систему необходимым количеством
масла из масляного бака, восстанавливая давление в системе в установленных пределах_При повышении давления масла на входе в нагнетающую секцию главного масля-
ного насоса выше требуемого редукционный клапан масляного насоса подпитки пе-
репускает масло из кольцевой системы в масляный бак.
При работе флюгерного насоса или принудительном флюгировании воздушного
винта двигателя в масляную систему за клапаном двойного действия попадает
излишек масла, который (для исключения переполнения масляной полости задних ро-
торных подшипников и переливания через лабиринты в тракт двигателя) сбра-
сывается через клапан двойного действия в систему смазки редуктора и через редукци-
Масло, откачиваемое от заднего подшипника ротора компрессора и подшипника
ротора турбины, проходит соответственно через термостружкосигнализаторы и сетча-
тые фильтры , установленные в нижней части корпуса камеры сгорания.
Для своевременного предупреждения экипажа о появлении ненормальностей в ра-
боте подшипниковых узлов задних опор ротора двигателя, а также для своевременной
сигнализации о засорении масляного фильтра лобового картера на двигателе устанав-
ливаются два термостружкосигнализатора ТСС-20 и сигнализатор 36 перепада дав-
Сигнализация от термостружкосигнализаторов и от сигнализатора перепада давле-
ния масла выведена в кабину экипажа на одну лампочку.
В кабине экипажа сигнализация срабатывания термостружкосигнализаторов выве-
дена на лампочку с надписью «Стружка в двигателе» на самолетах Ан-12 и с надписью
При появлении в магистрали откачки масла от задних опор ротора двигателя
стальной стружки между постоянными магнитами датчика термостружкосигнализатора
образуется замкнутая электроцепь, в результате чего в кабине самолета загорается сиг-
нальная лампочка наличия стружки в двигателе.
Если в указанной выше магистрали температура масловоздушной смеси превысит
180 °С, легкоплавкая вставка расплавляется и через отверстие кольца 3 (см. рис. 25) со-
единяет поверхность магнита 4 и кольца 3, что также вызывает загорание сигнальной
лампочки._ Для слива масла на двигателе имеются три крана:в нижней части лобового
картера, на самолетном патрубке подвода масла в насос подпитки и на корпу-
се масляных фильтров задних опор.
Для обеспечения нормальной работы масляной системы производится суфлирование
масляных полостей двигателя с атмосферой. Внутренние полости редуктора и лобового
картера соединены между собой.
Откачивающая секция главного масляного насоса поддерживает в этих полостях
Содержащийся в масле воздух отделяется при помощи воздухоотделителя и по
трубопроводу отводится в масляный бак.
Масляный бак сообщается с атмосферой через суфлирующий бачок , чем пре-
дотвращается выброс масла из бака при эволюциях самолета. Масляная полость тонне-
ля вала турбины суфлируется через центробежный суфлер , расположенный на верх-
ней части лобового картера; при этом масло, идущее вместе с воздухом по трубопрово-
ду, попадает на лопатки быстровращающегося ротора суфлера, где оно отделяется от воздуха и сбрасывается в лобовой картер, а воздух отводится по трубопроводу к пат-
рубку сброса воздуха в реактивное сопло.
Для защиты воздушного тракта от проникновения масла из масляной полости ре-
дуктора и лобового картера через радиально-контактные уплотнения вала воздушного
винта и систему лабиринтных уплотнений переднего подшипника компрессора к уп-
лотнениям подводится воздух, отбираемый из-за пятой ступени компрессора. Количе-
штуцере возле клапана перепуска воздуха на компрессоре справа (на уплотнение вала
Воздух к лабиринтным уплотнениям заднего подшипника ротора компрессора и
подшипника ротора турбины подводится из-за десятой ступени компрессора. Изли-
шек воздуха выводится из межлабиринтных полостей по трубопроводу к патрубку
сброса воздуха в реактивное сопло; при этом количество отводимого воздуха регулиру-
ется прокладкой на фланце корпуса камеры сгорания.
Лекция № 11 Маслосистема ГТД
§ 11.1. Назначение и основные требования к маслосистемам ГТД
Маслосистемы служат для подвода необходимого количества масла к подшипникам опор и другим потребителям с заданными свойствами и параметрами (вязкостью, чистотой, давлением и температурой).
Потребителями масла в ГТД являются подшипники опор роторов, детали приводов агрегатов (подшипники, шестерни) и элементы трансмиссии (подвижные узлы соединения роторов компрессора и турбины, подшипники и узлы соединения валов отбора мощности), детали редукторов.
Маслосистема ГТД объединяет в себе системы смазки и суфлирования.
Система смазки необходима для:
во-первых, уменьшения трения и износа деталей опор двигателя;
во-вторых, отвода от них тепла, выделяющегося в результате трения и передаваемого соседними нагретыми элементами;
в-третьих, промывки деталей с целью удаления продуктов износа;
в-четвертых, предохранения их от коррозии и наклепа;
в-пятых, контроля технического состояния элементов двигателя, омываемых маслом.
Система суфлирования служит для поддержания в масляных полостях двигателя и воздушной полости бака определенного избыточного давления путем удаления воздуха, а также для обеспечения заданных перепадов давлений между наддуваемыми воздухом пред масляными полостями уплотнений и масляными полостями опор.
При работе двигателя в масляных полостях опор, коробок приводов агрегатов, редуктора и других возможно повышение давления вследствие постоянного проникновения воздуха через наддуваемые масло уплотнения опор, или понижение давления из-за отсасывания воздуха откачивающими насосами, имеющими большие запасы производительности.
Чрезмерно высокое давление в масляных полостях двигателя может стать причиной выброса масла через масло уплотнения и его повышенного расхода.
При низких давлениях в этих полостях возможно увеличение пенообразования и ухудшение откачки масла вследствие кавитации. Поэтому все масляные полости двигателя сообщают при помощи суфлера с атмосферой.
Суфлер, соединяющий полости суфлирования с атмосферой, выделяет из подведенной к нему под действием избыточного давления воздушно-масляной смеси воздух и другие газы, выпуская их в атмосферу и возвращая в систему смазки выделенное из указанной смеси масло.
Основное применение в системах суфлирования получили центробежные суфлеры, обеспечивающие существенное уменьшение расхода масла за счет почти полного его возврата в циркуляционный контур маслосистемы.
Типы применяемых масел
В зависимости от диапазона рабочих температур в маслосистемах ГТД используют:
Ø углеводородное масло МК-8 (—40 до +130°С –);
Ø синтетические масла: Б-ЗВ, ИПМ-10, ВНИИНП-50-1-4Ф (200…300°С ).
Требования, предъявляемые к маслосистемам
Маслосистема ГТД должна обладать:
(т. е. способностью обеспечивать необходимую прокачку масла) при любых условиях эксплуатации, так как от работоспособности этой системы существенно зависит надежность всего двигателя (например, длительное масляное голодание подшипников опор ротора может привести к их недопустимому износу и возможному за этим разрушению двигателя с тяжелыми последствиями);
высокой контролепригодностью в эксплуатации
(способствующей эффективному контролю технического состояния деталей ГТД, омываемых маслом – подшипников опор, элементов трансмиссии, деталей редукторов и др.);
малым расходом масла
(в связи с большой его стоимостью (особенно синтетического) и экологическими требованиями);
способностью обеспечивать высокую чистоту масла, подводимого к потребителям, и оптимальные его температуры на входе и выходе из двигателя;
хорошей эксплуатационной технологичностью
( т. е. удобством осмотра агрегатов в эксплуатации, их регулировок и замены, заправки и слива масла);
компактностью и малой массой
(длина трубопроводов и их гидравлические сопротивления должны быть по возможности наименьшими. Для удовлетворения этого требования современные маслосистемы целиком компонуют на двигателе и применяют комплексные маслоагрегаты, состоящие из нескольких элементов, например, агрегаты, состоящие из нагнетающего, откачивающих маслонасосов, фильтра тонкой очистки и т. п.).
Как правило все маслосистемы ГТУ циркуляционные, в них масло используют многократно.
После прокачки через двигатель и восстановления свойств (охлаждения, очистки) его вновь подводят к потребителям.
По характеру циркуляции масла относительно двигателя и маслобака эти системы подразделяют на замкнутые ( или нормально-замкнутые) и короткозамкнутые.
В замкнутых системах циркуляция масла происходит через бак, после прокачки через потребители оно поступает в бак с последующим возвратом в двигатель.
В короткозамкнутых системах основное количество масла циркулирует через двигатель, минуя бак, из которого происходит восполнение циркуляционного контура с помощью специального подкачивающего маслонасоса (насоса подпитки).
Благодаря более короткому циркуляционному контуру, в короткозамкнутых системах прогрев масла в начале работы ГТД происходит быстрее, чем в замкнутых, что особенно важно для маслосистем большой емкости. Однако по сравнению с замкнутыми системами короткозамкнутые сложнее и имеют больший вес.
В зависимости от избыточного давления в системе суфлирования различают маслосистемы открытого и закрытого типов.
В открытых системах масляные полости двигателя и воздушную полость бака, объединенные системой суфлирования, сообщают с атмосферой, а в закрытых указанные полости наддувают, поддерживая в них постоянное избыточное над атмосферным давление небольшой величины с целью увеличения высотности системы, достигаемой снижением интенсивности кавитации масла на входе в нагнетающий и откачивающие насосы.
Структура циркуляционных маслосистем
Циркуляционные маслосистемы ГТД независимо от их разновидностей имеют три характерных магистрали:
Эти магистрали образуют циркуляционную систему смазки двигателя, которая дополняется системой суфлирования.
Магистраль подпитки служит для подвода необходимого количества масла из бака к нагнетающему насосу.
Для недопущения кавитации давление масла на входе в нагнетающий насос при его работе не должно быть чрезмерно низким (ниже 0,04…0,06 МПа), когда из масла происходит выделение пузырьков воздуха.
Для снижения гидравлического сопротивления магистрали подпитки трубопровод подвода масла выполняют коротким, с плавными поворотами и достаточно большого диаметра, величину которого подбирают из условия, чтобы скорость движения масла в нем не превышала 1,5…2,0 м/c.
Для создания необходимого статического давления перед нагнетающим насосом бак располагают возможно выше по отношению к насосу, а в закрытых маслосистемах его воздушную полость наддувают.
В магистрали подпитки короткозамкнутых систем устанавливают подкачивающий насос, редукционный клапан которого поддерживает постоянное давление масла перед нагнетающим насосом в пределах 0,06…0,08 МПа, что обеспечивает автоматическое восполнение циркуляционного контура системы.
Магистраль нагнетания обеспечивает подвод масла к потребителям под давлением 0,35…0,5 МПа. Такой диапазон давлений определен опытным путем и является оптимальным для маслосистем ГТД. При давлении масла меньше 0,35 МПа трубопроводы магистрали нагнетания необходимо выполнять увеличенного диаметра, что приведет к возрастанию веса системы. При давлении больше 0,5 МПа возможно существенное увеличение гидродинамического нагрева потребителей от высокоскоростной струи масла, вытекающего из форсунок.
В состав магистрали нагнетания входят следующие элементы:
1. Нагнетающий насос с редукционным клапаном, автоматически поддерживающим заданное давление масла в магистрали.
Производительность этого насоса в расчетных условиях на земле принимают в 1,5…2,5 раза больше потребной прокачки масла через двигатель, чтобы с увеличением высоты полета не происходило снижение фактической прокачки масла из-за уменьшения производительности насоса. Избыточное количество масла, подаваемого насосом на малых высотах, редукционный клапан перепускает с выхода из насоса на его вход и за счет этого поддерживает постоянное давление в магистрали нагнетания на всех высотах полета.
2. Запорный (или обратный) клапан, препятствующий перетеканию масла из бака в систему при неработающем двигателе. Пружина запорного клапана удерживает его в закрытом положении при давлении масла, не превышающем 0,02…0,05 МПа. В начале работы двигателя клапан открывается давлением, создаваемым нагнетающим насосом.
3. Основной маслофильтр тонкой очистки с перепускным клапаном, который в случае засорения фильтра и возрастания, вследствие этого, перепада давления на нем перепускает масло в двигатель помимо фильтрующих элементов. Натяжение пружины перепускного клапана регулируют таким образом, чтобы перепуск масла происходил при повышении перепада давления на фильтре до 0,13…0,16 МПа.
4. Дополнительные фильтры грубой очистки, устанавливаемые перед масляными форсунками и предохраняющие их от засорение крупными посторонними частицами в случае засорения или разрыва сеток основного фильтра.
5. Масляные форсунки потребителей, обеспечивающие струйную подачу масла на наиболее нагруженные поверхности трения.
6. Датчики систем измерения и сигнализации параметров масла на входе в двигатель.
7. Трубопроводы, соединяющие элементы магистрали между собой. Диаметр трубопроводов выбирают из условия, чтобы скорость движения масла в них не превышала 3 м/с.
Магистраль откачки необходима для отвода отработанного масла от потребителей и восстановления его свойств — отделения воздушно-масляной смеси, фильтрации и охлаждения. В зависимости от типа маслосистемы магистраль откачки обеспечивает подвод масла в бак или на вход в нагнетающий маслонасос.
Магистраль содержит следующие основные элементы:
1. Маслосборники, в которые стекает масло от потребителей.
Их размещают в нижних полостях корпусов опор, переходных корпусов ГТД, картеров, на нижних коробках приводов агрегатов. В маслосборниках часто устанавливают пеногасящие и фильтрующие сетки.
2. Откачивающие маслонасосы, выводящие масло из маслосборников.
Число откачивающих насосов и маслосборников принимают не меньше числа опор двигателя. Это необходимо для того, чтобы не допустить возможного в случае применения одного общего насоса скопления масла в отдельных подшипниках ротора из-за различной прокачки масла через них. Такое скопление может вызвать сильный перегрев подшипников и выброс масла через уплотнения опор. Суммарная производительность откачивающих насосов должна в 2…3 раза превышать производительность нагнетающего насоса, чтобы они могли поддерживать маслосборники сухими при увеличенном объеме отработанного масла в результате его нагрева, вспенивания и насыщения воздухом.
3. Воздухоотделитель, который выделяет из вспененного откачиваемого масла воздушно-масляную смесь (смесь воздуха и других газов с частицами распыленного и испаренного масла). Чистое масло поступает от воздухоотделителя к другим элементам магистрали откачки (фильтру, маслорадиатору), а воздушно-масляная смесь отводится либо к центробежному суфлеру системы суфлирования, либо в бак для подогрева имеющегося в нем масла (последнее характерно, главным образом, для короткозамкнутых систем). Для короткозамкнутых систем наличие воздухоотделителя в магистрали откачки обязательно, так как в данных системах отсутствует возможность отстоя масла в баке, а подача к нагнетающему насосу вспененного масла недопустима из-за его склонности к кавитации. Основное применение для них получили приводные центробежные воздухоотделители, которые иногда используют и в замкнутых системах с целью уменьшения пенообразования в баке.
5. Радиатор, необходимый для охлаждения масла. На радиаторах устанавливают перепускные клапаны, которые при увеличении давления масла перед ними до предельно допустимой величины (до 0,2…0,3 МПа) перепускают его по параллельному обводному каналу. Повышение давления масла перед радиатором возможно при запуске двигателя в условиях низких температур, когда радиатор имеет повышенное сопротивление из-за большой вязкости холодного масла. Применение перепускных клапанов предохраняет радиаторы от разрушения повышенными давлениями и позволяет быстрее прогреть масло в двигателе при запуске. В топливомасляных радиаторах некоторых ГТД применяют так называемые термостатические клапаны, которые предотвращают большой нагрев топлива путем его перепуска мимо ТМР при возрастании температуры топлива до 80…90 °С;
6. Датчики систем измерения и сигнализации параметров масла на выходе из двигателя;
7. Трубопроводы, соединяющие элементы магистрали между собой.
§ 11.3. Проектування маслосистеми
При проектуванні масляної системи ГТУ, що проектується, необхідно обрати тип масляної системи, розробити її схему в умовних позначеннях і дати стислий опис основним її елементам у якому визначити:
Ø призначення і обґрунтування масляної системи, що проектується;
Ø призначення, принцип роботи і особливості конструкції основних елементів масляної системи;
Ø сорт масла, що застосовується;
Ø тиск масла в магістралі нагнітання;
Ø температура масла на вході і виході з ГТД (рекомендована і припустимо межова);
Ø необхідне прокачування масла, продуктивність та основані параметри насоса нагнітання.
