9.2. Расход масла

Для надежного охлаждения и смазки трущихся поверхностей дета­лей через двигатель должно прокачиваться определенное количество масла в единицу времени. Это количество масла называется циркуля­ционным расходом масла (прокачкой масла).

Циркуляционный расход масла в литрах в минуту

V_м = ,

где Q - количество теплоты, отводимой маслом в единицу времени, Дж/мин;

р - массовая плотность масла, кг/л; с_м - удельная теплоемкость масла,

Дж/ (кг-К);t₁, t₂ - температура масла соответственно на входе и выходе из

дви­гателя, К.

Температура масла на выходе из двигателя не должна превышать 105 °С (ТРД)

и ≈115 °С (ТВД), так как при более высоких температу­рах в масле начинаются процессы окисления и разложения, приводящие к потере им смазывающих свойств.

9.3. Типы масляных систем гтд

Выбор той или иной схемы масляной системы во многом зависит от назначения, типа" и летно-технических данных ЛА, количества, типа и размещения двигателей в мотогондолах, наличия редуктора, систем реверса и др.

Вертолетные и вспомогательные силовые установки обычно рас­положены в хвостовой части фюзеляжа, имеют автономные масляные системы. Масляные системы ГТД могут быть циркуляционными, нецир­куляционными и комбинированными.

Циркуляционные масляные системы (рис. 126) характеризуются тем, что одно и то же масло циркулирует по замкнутому или коротко-замкнутому контуру. Они состоят из внешней и внутренней систем. Первая включает в себя маслобак, подкачивающий насос, маслорадиа-тор, воздухоотделитель и систему трубопроводов. Она имеет два участ­ка: от маслобака до нагнетающего насоса — всасывающую магистраль и от откачивающих насосов до маслобака — откачивающую магист­раль.

Нагнетающие и откачивающие насосы, фильтры, редукционные и запорные клапаны, масляные форсунки, система внутренних каналов и трубопроводов являются составной частью внутренней маслосистемы, которая ограничена участком от нагнетающего до откачивающих на­сосов. Во всасывающей магистрали внешней системы расположены мас­лобак, подкачивающий насос, обратный клапан и трубопроводы, обес­печивающие подачу масла к нагнетающему насосу. Всасывающая магист­раль должна обладать минимальными гидравлическими сопротивления­ми, т. е. быть по возможности прямой, короткой и иметь больший диаметр. Несмотря на целесообразность защиты нагнетающего насоса от попадания в него пыли, кристалликов льда и других механических частиц, установка фильтров в всасывающей магистрали нежелательна, так как это заметно повышает ее гидравлическое сопротивление и тем самым снижает высотность маслосистемы.

В откачивающей магистрали внешней системы обычно имеются тру­бопроводы, воздухоотделитель, маслорадиатор, терморегулирующие и другие устройства, обеспечивающие подготовку масла к повторному циклу. Воздухоотделители устанавливаются перед маслорадиаторами, так как в горячем масле облегчается процесс воздухоотделения, улуч­шается теплоотдача при протекании через радиатор масла, очищенно­го от воздуха, масляных паров и пены. Кроме того, воздухоотделитель создает напор, достаточный для преодоления гидравлических сопротив­лений радиатора и других агрегатов, установленных в откачивающей магистрали. Иногда в откачивающей магистрали производится замер температуры выходящего из двигателя масла.

Во внутренней маслосистеме ГТД масло от нагнетающего насоса после очистки в фильтрах идет на смазку и охлаждение подшипников рпор роторов, подшипников приводов, зубчатых зацеплений и шлице-вых соединений деталей, а иногда используется и в качестве рабочей жидкости в различных автоматических устройствах. Дополнительная очистка масла во внутренней маслосистеме производится фильтрами, установленными перед масляными форсунками, а также на входе в ав­томатические устройства.

Для защиты откачивающих насосов от попадания металлических частиц (их появление сигнализирует о повышенном износе деталей двигателя) перед ними устанавливают сетчатые фильтры с термостружкосигнализаторами.

Для предотвращения перетекания масла из маслобака через зазо­ры в нагнетающем насосе в неработающий двигатель в магистрали за нагнетающим насосом устанавливают запорный (обратный) клапан. Этот клапан открывается лишь при давлении, превышающем статический напор масла перед ним. Замер температуры и давления масла, входящего в двигатель, как правило, производится во внутренней маслосистеме.

Циркуляционная короткозамкнутая масляная система характе­ризуется тем, что масло циркулирует в системе по замкнутому конту­ру: масляный насос - двигатель — радиатор — масляный насос, минуя масляный бак. В таких системах воздух и небольшая часть масла (после центробежного воздухоотделителя) возвращаются в бак для прогрева находящегося там масла, а основная часть масла после охлаждения в радиаторе поступает в двигатель. Преимущество этой системы перед замкнутой состоит в следующем:

обеспечивается большая высотность, потому что всасывающая линия нагнетающей секции находится под напором, создаваемым отка­чивающими насосами и насосом подпитки; двигатель быстрее прогре­вается из-за ускоренного прогрева масла; в баке содержится запас чистого охлажденного масла, используемого для подпитки системы. Недостаток короткозамкнутой системы — отсутствие непрерывного удаления воздуха из масла, находящегося в баке. Короткозамкнутые масляные системы применяются на турбовинтовых и двухконтурных турбореактивных двигателях. В качестве примера рассмотрим цирку­ляцию масла в масляной системе одного из ТРДЦ.

При первоначальном заполнении системы масло поступает из масля­ного бака 4 (рис. 127) к подкачивающему масляному насосу 26, который подает его под давлением (0,6 ± 0,2) 10^s Па через перепуск­ной клапан 27 на вход в нагнетающий масляный насос 28. Перепускной клапан предотвращает перетекание масла из бака в двигатель, когда последний не работает. Нагнетающий масляный насос подает масло под давлением (3,5 ...4) 10^s Па, ограниченным редукционным клапаном 39 через фильтр 31 тонкой очистки в масляную систему.

Очищенное после фильтра масло нагнетается для смазки: роликопод­шипника и торцового контактного уплотнения передней опоры ротора НД по каналу 38; шарикоподшипника средней опоры ротора НД по ка­налу 5; шарикоподшипника и торцового уплотнения передней опоры ротора ВД и контактного межвального уплотнения по каналу 6; ро­ликоподшипника задней опоры ротора ВД по каналу 9; роликоподшип­ника задней опоры ротора НД по каналу 10; коробок агрегатов двига­теля и агрегатов самолетных по каналу 36.

Для смазки и охлаждения опор подается масло через струйные форсунки (жиклеры). При струйной подаче обеспечиваются интенсивная прокачка масла между трущимися деталями, хороший отвод тепла и промывка опор (вымывание продуктов износа).

Вспененное и подогретое отработанное масло сливается в откачи­вающие насосы передней опоры ротора НД 37, корпуса опор 32 и задних опор 15, которые перекачивают отработанное масло в центрифугу 19. В линии слива перед откачивающими масляными насосами установлены пеногасители сетки. При перепуске через них масла пузырьки воздуха вследствие поверхностного натяжения лопаются, и из масла выделяет­ся воздух. Последнее повышает высотность системы, эффективность работы маслооткачивающих насосов и улучшает охлаждение масла в радиаторе. Кроме того, эти сетки предохраняют насосы от попадания в них крупных металлических частиц.

В центрифуге 19 под действием центробежных сил происходит от­деление от масла его паров и воздуха. Очищенное масло через фильтр-сигнализатор 20 подается в топливомасляный радиатор 22, а пары и воз­дух сбрасываются в полость коробки агрегатов двигателя. Для пред­отвращения перетекания масла из масляного бака в коробку агрегатов двигателя в момент его запуска и останова, когда поле центробежных сил центрифуги мало, в вал ротора центрифуги вмонтирован запорный клапан 21. При частоте вращения ниже 5000 об/мин клапан закрыт.

Топливомасляный радиатор (ТМР) снабжен клапаном 23, который при повышении гидравлического сопротивления в магистрали ТМР до (2 ± 0,1) 10^s Па перепускает масло со стороны входа на выход из радиатора. Масло после радиатора поступает в нагнетающий масляный насос 28. Для создания циркуляции масла в баке и его обогрева часть масла после радиатора по каналу 25 отводится в бак. Фильтр-сигнали­затор 20 при появлении стружки в двигателе выдает световой сигнал на табло "Стружка в масле". Таким образом, масляная система двига­теля выполнена по короткозамкнутой схеме, в которой основная часть масла циркулирует по замкнутому кольцу: нагнетающий масляный насос — двигатель — откачивающие масляные насосы — центрифуга — воздушно-масляный радиатор — нагнетающий масляный насос. Под­качивающий масляный насос 26 при работе двигателя компенсирует расход масла в системе за счет ее подпитки маслом, забираемым из масляного бака.

Редукционный клапан 24 подкачивающего масляного насоса обес­печивает поддержание постоянного давления на входе в нагнетающий масляный насос.

Точками слива масла в системе являются сливные краны: 34 сли­ва масла из масляного бака 4 (кран ввернут в КСА); 30 масляного фильтра 31; 18 коробки приводов агрегатов двигателя.

Суфлирование обеспечивается двумя центробежными суфлера­ми и тремя откачивающими насосами. Бак суфлируется непосредствен­но с атмосферой по трубке 7. Воздушно-масляная эмульсия из полости корпуса опор и коробок приводов поступает в центробежный суфл ер 35, расположенный в коробке самолетных агрегатов, в котором под действием центробежных сил от эмульсии отделяется масло. Оно сливается в корпус коробки агрегатов самолета, а воздух выводится трубопроводом в эжектор, установленный во втором контуре двигате­ля.

Воздушно-масляная эмульсия из полости задних опор поступает в центробежный суфлер 13, расположенный в силовом корпусе, где от эмульсии отделяется масло. Масло возвращается в масляную полость, а воздух по каналу 12 подводится к датчику сигнализатора 11 пожара и далее по каналу 14 возвращается в газовоздушный тракт. Воздушно-масляная полость передней опоры ротора НД суфлируется через масло-откачивающий насос 37. Таким образом, сброс воздуха из центробежных суфлеров осуществляется в тракт наружного контура двигателя, что предотвращает возможность замасливания мотогондолы и обшивки планера. Разделение масляных полостей двигателя От воздушных вы­полнено графитовым и лабиринтным уплотнителями в узлах опор. Количество воздуха, просачивающегося через уплотнения опор, пример­но компенсируется таким же количеством воздуха, откачиваемого вмес­те с маслом откачивающими масляными насосами 32,15, 37.

Различают открытые и закрытые циркуляционные масляные систе­мы. В открытых системах бак сообщен с атмосферой. Это позволяет изготовлять бак из легких алюминиевых сплавов. Однако из-за умень­шения давления масла на входе в масляный насос с набором высоты, а также вследствие сильного ценообразования при возвращении масла в бак высотность такой системы относительно мала (до Н= 1100 м).

В закрытых системах имеется редукционный клапан, поддерживаю­щий давление в баке на (0,1...0,3) 10⁵ Па выше атмосферного, благода­ря чему увеличивается высотность (до Н=14 000...17 ООО м) и обеспе­чивается ускоренный прогрев масла в двигателе. Однако конструктивно такая система получается сложной, а бак более тяжелым.

Нециркуляционные масляные системы применяются на двигателях одноразового применения, форсированных по температуре газа. Такие системы просты по конструкции, но расход масла в них очень велик, так как после однократного использования масла оно перегревается, теряет свои смазывающие качества и поэтому выбрасывается в атмо­сферу.

Комбинированные масляные системы состоят из двух систем: обычной циркуляционной для смазки узлов трения, работающих в усло­виях нормальных температур, и нециркуляционной системы для смазки опор турбины, работающих в условиях высоких температур. Такие системы нашли применение на высокотемпературных ГТД для сверх­звуковых самолетов.