Спосіб суфлірування масляних порожнин опор ротора газотурбінного двигуна і пристрій для його реалізації

1. Спосіб суфлір ування масляної порожнини опори ротора газотурбінного двигуна, який має відкачувальний масляний насос, що полягає у відводі повітря, яке натікає у масляну порожнину через ущільнення, який відрізняється тим, що відвід повітря з масляної порожнини здійснюють через відкачувальний масляний насос на всіх ре C2 2 (19) 1 3 82524 Недоліками цих ущільнень є те, що при недостатньому перепаді тисків можливі викиди масла з масляної порожнини, при занадто високому перепаді відбувається швидкий знос ККУ. Необхідно відзначити, що ні контактні, ні безконтактні ущільнення не мають абсолютну герметичність і деяка частину повітря з передмасляних порожнин перетікає в масляні порожнини. Для виключення порушень у роботі системи змащення, що може приводити до викидів масла з масляних порожнин, звичайно виконують відвід повітря з масляних порожнин по окремих магістралях, що називаються магістралями суфлірування. Для суфлірування масляних порожнин в опорах роторів ГТД магістралі суфлірування проходять усередині обтічників (стійок) через проточну частину двигуна. Найбільш високі температури повітря чи газу мають місце в останніх ступінях компресора і турбін. Тому в магістралях суфлірування, що проходять через проточну частин у в районі останніх ступіней компресора і турбін, можливі перегрів і коксування часток масла, що несуться разом з повітрям, на гарячих стінках магістралей. Це приводить до порушення системи змащення і викидам масла з масляних порожнин. Крім цього, улучення твердих часток коксу в підшипник чи разом з маслом в відкачувальну секцію масляного насоса приводить до значного скорочення терміну служби цих вузлів, чи навіть до раптових поломок. За прототип заявленого способу прийнятий спосіб суфлір ування масляних порожнин опор ротора авіаційного ГТД [2] . У даному винаході вирішуються відразу дві задачі: усунення перегріву і коксування масла в магістралях суфлірування і забезпечення оптимальних перепадів тисків на масляних ущільненнях. Відповідно до цього способу при роботі двигуна з мінімальною частотою обертання магістралі суфлірування перекривають, а повітря, що перетікає в масляні порожнини через ущільнення, відводиться разом з маслом за допомогою відкачувального масляного насоса в колектор суфлірування. При цьому за рахунок надлишкової продуктивності відкачувального масляного насоса забезпечується позитивний перепад тисків на ущільненнях, що виключає витік масла з масляної порожнини. При роботі двигуна на режимах з робочою частотою обертання повітря відводиться по магістралях суфлірування, що, відповідно до винаходу, відкриваються при збільшенні надлишкового тиску повітря в масляних порожнинах до 0,050,01кгс/см 2. Недоліками даного винаходу є: - необхідність в установці запірних пристроїв подвійної дії з клапанами і клапанів, які регулюють граничну величину тиску в передмасляних порожнинах, що приводить до ускладнення системи суфлірування і змащення опор ГТД; - необхідність у використанні додаткових магістралей для відводу стравлюваного повітря з передмасляних порожнин через зворотні клапана задля уникнення безповоротних утрат циклового повітря, що, по-перше, знижує економічність дви 4 гуна, а по-друге, ускладнює конструкцію системи суфлірування і двигуна в цілому; - проблематичність повного усунення коксування олії в магістралях суфлір ування при використанні ККУ, тому що вони мають істотно кращу газоплотність, тому навіть на режимі з максимальною частотою обертання швидкість руху повітря з включеннями масла в магістралях суфлір ування залишається низькою, що не дозволяє виключити перегрів маслаї в магістралях суфлір ування і відкладення коксу на стінках цих магістралей; - умонтування масляних насосів безпосередньо у масляні порожнини знижує надійність і ремонтопридатність двигуна в цілому; - створення розрідження в масляній порожнині вимагає мати великий запас по продуктивності відкачувальних масляних насосів (відповідно до опису, в устрої-прототипі використані масляні насоси, перерозміряні по продуктивності в 8-10 разів щодо прокачування в них масла), що збільшує їхню масу і габарити, а також приводить до додаткової витрати потужності на їхній привід; -невисока надійність способу і пристрою суфлірування, описаних у прототипі, тому що не виключена ситуація, коли при досягненні надлишкового тиску у масляній порожнині (відповідно до опису, 0,05-0,01кгс/см 2) по тим чи іншим причинам не відбудеться відкриття клапанів на магістралях суфлірування, у результаті чого масляні порожнини не будуть сполучатися з колектором суфлірування і тиск у них буде зростати, що приведе, у кінцевому підсумку, до відходу масла з масляних порожнин. Небезпека викидів масла з масляних порожнин зберігається і на режимах з мінімальною частотою обертання при порушенні нормальної роботи відкачувальних масляних насосів у випадку, якщо за якимись причинами при досягненні граничної величини розрідження в масляних порожнинах не відбудеться відкриття клапанів, що забезпечує додатковий доступ повітря з колектора. В основу винаходу поставлена задача підвищення надійності способу суфлірування масляної порожнини опори ротора ГТД при спрощенні пристрою, що реалізує даний спосіб зі збереженням можливості регулювання перепадів тисків на масляному ущільненні і з додатковим охолодженням масляної порожнини і деталей двигуна, що знаходяться в районі цієї порожнини. Задача вирішується тим, що в способі суфлірування масляної порожнини опори ротора газотурбінного двигуна, який має відкачувальний масляний насос, що полягає у відводі повітря, що натікає в масляну порожнину через ущільнення, відповідно до винаходу, відвід повітря з масляної порожнини здійснюють через відкачувальний масляний насос на всіх режимах роботи двигуна, при цьому в передмасляну порожнину подають повітря з проміжної ступіні компресора, тиск у якій на всіх режимах, включаючи режим з мінімальною частотою обертання, перевищує тиск у масляної порожнини, а при роботі двигуна на режимах з робочою частотою обертання на вхід масляного насоса через магістраль суфлір ування подають маслоповітряну суміш з магістралі підведення в масловідо 5 82524 кремлювач маслоповітряної суміші від масляних порожнин компресора. Завдяки тому, що відвід повітря з масляної порожнини на всіх режимах роботи двигуна здійснюють через відкачувальний масляний насос, магістраль якого, як і сам насос, розташована поза зоною високих температур, цілком виключене коксування масла на стінках магістралі, навіть при використанні як ущільнення між масляною і передмасляною порожнинами ККУ. Крім того, на всіх режимах роботи двигуна підвищується надійність створення розрідження в масляній порожнині, тому що даний параметр забезпечується роботою тільки масляного насоса без будь-яких клапанів, який знаходиться поза зоною високих температур, і визначається його продуктивністю і напірністю. Подача в передмасляну порожнину повітря з проміжної ступіні компресора, тиск у якій на всіх режимах, включаючи режим з мінімальною частотою обертання (тобто режим холостого ходу), перевищує тиск у масляній порожнині, вже в процесі запуску і виходу двигуна на режим холостого ходу надійно підвищує перепад тисків на масляному ущільненні. При цьому, глибина створюваного розрідження в масляній порожнині для гарантованого забезпечення необхідного перепаду тисків на масляному ущільненні істотно зменшена, що, у свою чергу, дозволяє знизити запас по продуктивності відкачувальних масляних насосів, а отже, зменшити їхню масу і габарити, а також витрати потужності на їхній привід. Крім того, подача повітря з проміжної ступіні компресора забезпечує достатнє о холодження масляної порожнини, а також деталей опори ротора на всіх режимах роботи двигуна, що підвищує надійність роботи усього вузла. При роботі двигуна на режимах з робочою частотою обертання (вище режиму холостого ходу), коли зростає тиск повітря, що підводиться в передмасляну порожнину, а разом з ним росте і перепад тисків на масляному ущільненні, наприклад, ККУ, який приводить до його швидкого зносу, для зменшення цього перепаду до припустимих меж на вхід масляного насоса через магістраль суфлірування подають маслоповітряну суміш з магістралі підведення в масловідокремлювач маслоповітряної суміші від масляних порожнин компресора. Така подача дозволяє за рахунок зменшення розрідження в масляній порожнині забезпечити достатній перепад тиску на масляному ущільненні і тим самим збільшити його ресурс. Крім того, подавана на вхід масляного насоса маслоповітряна суміш має більш низьку температуру, чим у масляній порожнині, оскільки її подачу здійснюють з магістралі підведення в масловідокремлювач маслоповітряної суміші від масляних порожнин компресора, розташованих у зонах з більш низькою температурою. Це забезпечує масляному насосу поліпшення температурних умов роботи і підвищує його надійність. Пристрій для реалізації заявленого способу, що містить масляну і та передмасляну порожнини змасляним ущільненням між ними, відкачувальний масляний насос, магістраль суфлірування, масловідокремлювач, відповідно до винаходу, 6 додатково містить магістраль підведення повітря в передмасляну порожнину, магістраль підведення в масловідокремлювач масломаслоповітряної суміші від масляних порожнин компресора, при цьому магістраль суфлірування, на якій установлений запірний клапан і жиклер, проходить зовні двигуна і з'єднує магістраль підведення в масловідокремлювач масломаслоповітряної суміші з входом відкачувального масляного насоса. У заявленому пристрої магістраль суфлір ування, яка проходить-зовні двигуна, ніде не проходить через зони високих температур, тому коксування масла на стінках магістралі суфлір ування цілком усувається. Установлений на цій магістралі запірний клапан діє за принципом відкритий/закритий і характеризується простотою конструкції, а отже, є потенційно більш надійним. При закритому клапані розрідження в масляній порожнині максимальне, воно визначається продуктивністю і напірністю відкачувального масляного насоса. Жиклер, установлений на магістралі суфлір ування обмежує кількість маслоповітряної суміші, подаваної на вхід масляного насоса. Його прохідний перетин визначається розрахунковим чи експериментальної шляхом, виходячи з умови забезпечення в масляній порожнині необхідного розрідження. Завдяки наявності в пристрої магістралі підведення повітря в передмасляну порожнину з проміжної ступіні компресора забезпечується підпір масляного ущільнення з боку передмасляної порожнини, тому не потрібно мати великий запас по продуктивності і напірності масляного насоса для створення розрідження в масляній порожнині, на всіх режимах роботи двигуна гарантовано забезпечується необхідний перепад тисків на масляному ущільненні, що виключає викид масла з масляної порожнини через це ущільнення, крім того, здійснюється охолодження масляної порожнини і деталей опори ротора, що знаходяться в її районі, що підвищує надійність пристрою і його роботи в цілому. Наявність у пристрої магістралі підведення маслоповітряної суміші в масловідокремлювач від масляних порожнин компресора дозволяє, поперше, розмістити магістраль суфлірування зовні двигуна, поза зонами високих температур, що виключає коксування масла на її стінках, а по-друге, дозволяє подавати на вхід масляного насоса маслоповітряну суміш більш низької температури, поліпшуючи температурні умови роботи масляного насоса і підвищуючи тим самим його надійність. На кресленні зображений пристрій, що реалізує заявлений спосіб суфлірування масляних порожнин опор ротора ГТД. Пристрій складається з масляного ущільнення, виконаного у виді ККУ 1, що відокремлює масляну порожнину 2 від передмасляної порожнини 3. Використання ККУ дозволяє істотно зменшити кількість повітря, що перетікає в масляну порожнину 2 через це ущільнення. Передмасляна порожнина 3 магістраллю 4 підведення повітря з'єднана з проміжною ступінню компресора (на кресленні не показане). Лабіринт 5 7 82524 відокремлює передмасляну порожнину від іншого газоповітряного тракту. Магістраль відкачки масла 6 з'єднує масляну порожнину 2 з відкачувальним масляним насосом 7, що розташований зовні двигуна. Магістраль 8 підведення маслоповітряної суміші в масловідокремлювач 9 служить для підведення маслоповітряної суміші від масляних порожнин компресора. Магістраль суфлірування 10 з'єднує магістраль 8 з магістраллю 6 відкачки масла з масляної порожнини 2. На магістралі 10 установлений запірний клапан 11, що працює за принципом відкритий/закритий і жиклер 12. У масловідокремлювачі 9 відбувається остаточне відділення масла від повітря. Відділене від повітря масло по магістралі 13 відводиться в маслобак (на малюнку не показаний), а повітря по магістралі 14 стравлюється в атмосферу чи газовідвід. Заявлений спосіб за допомогою даного пристрою реалізують у такий спосіб. На всіх режимах роботи двигуна відвід повітря з масляної порожнини здійснюють через відкачувальний масляний насос 7, при цьому в масляній порожнині 2 установлюється розрідження, обумовлене роботою відкачувального масляного насоса 7. Одночасно в передмасляну порожнину 3 по магістралі 4 подають повітря з проміжної ступіні компресора, тиск у якій на всіх режимах, включаючи режим з мінімальною частотою обертання (холостий хід), перевищує тиск у масляній порожнині 2. Основна частина цього повітря через лабіринт 5 витікає з порожнини 3 і прохолоджує масляну порожнину 2 і деталі опори ротора. Виникаючий перепад тисків на ККУ 1 є гарантовано достатнім для виключення викидів масла з масляної порожнини вже в процесі запуску і ви ходу двигуна на режим холостого ходу, тобто на режим з мінімальною частотою обертання. 8 В міру збільшення режиму роботи двигуна відбувається збільшення тиску в проточній частині компресора, а отже, і в передмасляній порожнини 3. Усе це приводить до збільшення перепаду тиску на ККУ1. При виході двигуна на режим з робочою частотою обертання відкривають запірний клапан 11 і на вхід масляного насоса 7 через магістраль 10 суфлірування подають маслоповітряну суміш з магістралі 8 підведення в масловідокремлювач 9 маслоповітряної суміші від масляних порожнин компресора. Це дозволяє понизити розрідження в масляній порожнині 2 і, отже, понизити перепад тиску на ККУ 1, забезпечуючи збільшення його ресурсу. Одночасно знижується температура масла на вході в масляний насос 7 завдяки надходженню маслоповітряної суміші з більш низькою температурою від масляних порожнин компресора. При зниженні режиму до малих частот обертання і зниженні тиску повітря, що підводиться в передмасляну порожнину 3 по магістралі 4, відбувається закриття клапана 11, розрідження в масляній порожнині знову збільшується, забезпечуючи необхідний перепад тисків на ККУ 1. Як видно з опису винаходу, для реалізації способу не потрібно застосування складних пристроїв, причому коксування масла на стінках магістралі 10 суфлір ування виключається цілком. Східчасте регулювання перепадів тисків на ККУ дозволяє використовува ти простий, а отже, і потенційно більш надійний запірний клапан, що діє за принципом відкритий/закритий. Джерела інформації: 1. Масленніков М.М., Шальман Ю.И., «Авіаційні газотурбінні двигуни», М. Машинобудування, 1975. 2. Патент РФ №2148177 С1, 7 F02C7/06, 1999. 9 Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 82524 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601