6. Основные параметры масляной системы

По определению масляная система предназначена для осуществления бесперебойной подачи масла к узлам трения двигателя в процессе его работы. При этом уровень температуры и количество прокачиваемого масла должны быть выбраны, исходя из необходимости обеспечения надежности двигателя в течение установленного ресурса и с учетом требования высокого конструктивного совершенства масляной системы, минимизации масла и габаритных размеров её агрегатов, их элементов крепления и обвязки трубопроводами.

Величина потребной прокачки масла зависит от типа ГТД, его конструктивно-силовой схемы и размеров двигателя. При проектировании ГТД расчетным путем определяют ожидаемую величину теплоотвода в масло:

• от узлов трения (подшипников, зубчатых зацеплений и контактных уплотнений валов);

• от стенок масляных полостей опор;

• от нагретого воздуха, проникающего через уплотнения масляных полостей опор;

• от потерь мощности, затрачиваемой на привод агрегатов масляной системы.

Суммарная величина этих составляющих теплоподвода получила название «теплоотдача в масло».

Определив ожидаемый уровень теплоотдачи в масло на максимальном режиме, рассчитывают в первом приближении потребную величину прокачки масла через двигатель (кг/с):

(22.1)

где - величина теплоотдачи в масло на максимальном режиме, кВт (при Н=0, V=0, САУ);

- удельная теплоемкость масла (в первом приближении её величину следует принять при температуре масла 100^оС, ;

- подогрев масла в двигателе, ^оС (задают от 40 до 50 ^оС).

Во втором приближении с учетом результатов проведенного анализа по выбору рациональной схемы охлаждения масла, исходя из располагаемого хладоресурса топлива (или воздуха) и приемлемой термостабильности намеченных к использованию сортов масла, уточняют потребную величину прокачки масла. При этом, назначив максимально допустимую величину температуры масла на входе в двигатель ( ), в формуле (22.1) в окончательном расчете удельную теплоемкость масла принимают для средней температуры масла, равной:

. (22.2)

В отраслевом стандарте оговорены предельные отклонения относительно заданной нормы прокачек масла (табл.22.1).

Вышеназванные параметры масляной системы являются исходными для проектирования и разработки конструкции её агрегатов, осуществляющих циркуляцию и непрерывное кондиционирование масла.

Таблица 22.1.

Установленная норма прокачки масла через двигатель, л/мин	Предельное отклонение, л/мин
10 – 20	+4
20 – 30	+5
30 – 40	+7
40 – 50	+9
50 – 60	+11
60 – 70	+12
70 – 80	+13
80 – 90	+14
90 - 100	+15

После выбора геометрических размеров гидравлической системы распределения масла по узлам опор двигателя определяют потребный уровень давления масла на входе в двигатель. По статистике он находится в диапазоне от 0,3 до 0,6 МПа. На распределение масла по узлам двигателя оказывают влияние уровни давлений в масляных полостях опор (они могут отличаться в пределах 0,2 МПа), гидравлическое сопротивление соответствующих коммуникаций и пропускная способность масляных форсунок.

Схемно-конструкторское совершенство масляной системы определяет установленная норма безвозвратных потерь масла в ГТД, называемая «часовой расход масла». Поэтому одной из важных задач, требующих решения в процессе создания двигателя, является обеспечение заявленной величины часового расхода масла, которая зависит от очень многих факторов.

На уровне часового расхода масла сказываются возможные утечки масла из элементов, входящих в состав циркуляционного контура масляной системы. Эти утечки могут быть отнесены к внешним (относительно узлов двигателя) или внутренним. К разряду внешних утечек относят:

- негерметичность в соединениях трубопроводов, связывающих агрегаты масляной системы между собой или с соответствующими узлами двигателя;

- негерметичность в уплотнительных элементах в корпусных деталях агрегатов (прокладок, резиновых колец и т.п.);

- выброс масла через предохранительный клапан маслобака (в случае нерасчетного повышения давления в нем).

Такого рода утечки легко можно обнаружить по замасливанию поверхности двигателя при его осмотре.

Внутренние утечки масла происходят в случае нарушения работоспособности подвижных уплотнений валов в масляных полостях опор ротора. Такие утечки недопустимы, так как они могут вызвать опасные последствия: при попадании масла в воздушный тракт компрессора будет происходить загрязнение воздуха, отбираемого в систему кондиционирования летательного аппарата, а при попадании масла в газовый тракт турбины неизбежно его загорание, что может привести к разрушению турбины. Такие утечки квалифицируются как дефект в работе двигателя, который в этом случае не может быть сертифицирован.

Основной расход масла происходит по системе суфлирования масляных полостей ГТД. В связи с этим, часовой расход масла зависит:

• от выбора схемы системы суфлирования масляных полостей двигателя,

• от конструктивного совершенства центробежного суфлера (прежде всего от сепарирующей способности его рабочего колеса),

• от расхода воздуха, поступающего в систему суфлирования,

• от концентрации масла, распыленного в этом воздухе.

Также, через суфлер свободно уходят пары масла, которые могут образовываться в масляной полости турбины при контакте масла с наиболее нагретыми её элементами (с корпусными деталями опоры, с трубами суфлирования при неэффективной их теплозащите и т.п.).

Часовой расход масла может на порядок превысить его заявленную величину в случае, если произойдет загорание масла внутри масляной полости опоры турбины, и этот процесс будет иметь устойчивый характер.

Поэтому при проектировании масляной полости опоры турбины должны быть предусмотрены конструктивные меры, исключающие возможность самовоспламенения масла и стабилизации процесса его горения.

Отраслевым стандартом предусмотрено дифференцированное ограничение максимально допустимой величины часового расхода масла в двигателе в зависимости от его размерности и назначения (табл.22.2).

Таблица 22. Допустимые величины часового расхода масла в ГТД

Тип двигателя	Расход масла, кг/ч (не более)
Малоразмерные двигатели	0,2
Двигатели, предназначенные для дозвуковых и кратковременных сверхзвуковых скоростей полета	0,6
Двигатели для длительного полета при Мп более 1	0,8
Двигатели с тягой более 20 000 даН и мощностью более 1470 кВт	1,0

При стендовых испытаниях ГТД время его непрерывной работы на максимальном режиме не превышает 1 – 3 мин. В связи с этим на данном режиме проконтролировать уровень вышеперечисленных параметров масляной системы не представляется возможным. Поэтому в основных данных двигателя указывают величину прокачки масла и теплоотдачи в масло для номинального режима, на котором при более продолжительной работе (не менее 5 минут) параметры масляной системы стабилизируются, что позволяет произвести достоверное измерение контролируемых параметров.

Измерение величины безвозвратных потерь масла (кг/ч) производят с учетом израсходованного из маслобака количества масла за фиксированное время работы двигателя. Погрешность такой оценки зависит в основном от точности измерения объема масла в маслобаке.

Для измерения величины прокачки масла в конструкции двигателя предусматривают специальные переходники, позволяющие при проведении стендовых испытаний перед поступлением масла в двигатель направить его поток по байпасному (обходному) каналу в стендовую систему, содержащую стандартный расходомер с соответствующим диапазоном измерения.

Таблица 22.3 Некоторые параметры масляных систем выполненных ГТД

Двигатель	, кВт	W, кг/с		Расход масла, кг/ч	на макс. реж., МПа
НК-86	70	от 0,9 до 1,2	100оС	1	0,4 – 0,5