Расчет потребной прокачки масла через двигатель. Маслобаки, нагнетающие и откачивающие маслонасосы, фильтры, суфлеры, воздухоотделители, сигнализаторы стружки, масляные форсунки

Лекция №23

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):

(23.1)

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 (23.1) в окончательном расчете удельную теплоемкость масла принимают для средней температуры масла, равной:

. (23.2)

В отраслевом стандарте оговорены предельные отклонения относительно заданной нормы прокачек масла (табл.23.1).

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

Таблица 23.1.

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.23.2).

Таблица 23.2. 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		от 0,9 до 1,2	100^оС		0,4 – 0,5

8. Маслобаки

Важным агрегатом масляной системы является маслобак, в котором содержится запас масла, необходимый для обеспечения работы двигателя в течение заданного времени. У современных авиационных ГТД маслобаки, как правило, размещаются на двигателе. Так как безвозвратные потери масла у двигателей относительно невелики (от 0,2 до 1 кг/ч в зависимости от их размерности), а продолжительность полета ограничена, то обычно маслобаки делают сравнительно компактными.

8.1. Выбор потребного объема маслобака

Запас масла в маслобаке должен определяться суммированием нескольких составляющих.

Во-первых, в маслобаке должен быть минимально необходимый нерасходуемый объем масла (), при котором еще обеспечивается нормальное функционирование масляной системы на всех режимах работы двигателя и при этом возможен полет в течении времени не менее одного часа. Величину этого объема определяют экспериментально. Например, у всех ТРДД марки «НК» нерасходуемый объем масла находится в пределах от 10 до 14 л.

Во-вторых, расчетное расходуемое количество масла () определяют в совокупности для прямого и обратного рейса самолета по маршруту максимальной продолжительности, исходя из нормированной величины часового расхода масла.

Заправляемый объем масла будет равен:

. (23.3)

В-третьих, в маслобаке в верней его части должно быть предусмотрено свободное пространство, необходимое для компенсации теплового расширения масла и его вспениваемости. Оно должно составлять не менее 20% от заливаемого объема масла. Отсюда, минимальная величина потребного геометрического объема маслобака должна быть определена по формуле:

. (23.4)

В маслобаках ТВД необходимо дополнительно предусматривать отсек, содержащий нерасходуемый объем масла, предназначенный для флюгирования винта (). Объем маслобака ТВД и заправляемый объем масла будут больше.

В маслобаках самолетов специального назначения предусматривается небольшой отсек, обеспечивающий возможность поступления масла в двигатель при кратковременном действии отрицательных перегрузок. Его так и называют «отсек отрицательных перегрузок».

8.2. Конструктивные требования к маслобакам

Формы маслобаков у ГТД многообразны. Они определяются условиями размещения данного агрегата на двигателе. Маслобаку целесообразно придавать относительно вытянутую вверх форму, так как при этом повышается точность измерения уровня масла и уменьшается опасность оголения маслозаборника при эволюциях самолета. В масляном баке должны быть предусмотрены:

· заливная горловина с легкосъемной крышкой;

· устройство для обеспечения возможности закрытой заправки масла под давлением из маслозаправщика (но для двигателей малой авиации такое устройство не требуется);

· устройство для измерения количества масла в баке, а также датчики сигнализации минимального и максимального уровня масла в нем;

· кран или пробка для возможности слива масла из маслобака;

· приспособление для контроля количества масла в маслобаке на стоянке (мерная линейка или масломерное стекло);

· арматура для подсоединения маслопроводов и труб суфлирования (в соответствии с принятой схемой масляной системы);

· предохранительный клапан, сообщаемый каналом с атмосферой.

Маслобаки двигателей, устанавливаемых на левом и правом борту многомоторного самолета, по конструкции не должны отличаться.

У ТВД и ТВВД, используемых на самолетах с большой продолжительностью полета, потребные объёмы маслобаков могут превышать 150 л, и их приходится устанавливать на самолете.

У ГТД маневренного самолета конструкция маслобака должна при любых положениях обеспечивать работоспособность не только масляной системы, но и системы суфлирования. То есть при разгоне, резком торможении и при различных эволюциях самолета, включая полет в перевернутом положении, должна быть обеспечена подача масла в двигатель и не должно происходить залива маслом канала суфлирования, предназначенного для отвода воздуха из маслобака. Для этого используется гибкий шланг маслозаборника (с прикрепленным к нему грузом) и гибкий шланг суфлирования, позволяющий при любом положении двигателя осуществлять отвод воздуха из объема бака, не занятого маслом.

Масляные баки изготавливают из стали или титанового сплава для обеспечения требований к их огнестойкости: маслобак без разрушения должен выдерживать в течение не менее 15 минут пламя с температурой 110050^оС. При необходимости в конструкции масляного бака должна быть предусмотрена его тепловая защита.

Для измерения количества масла в маслобаке в него встраивают датчики поплавкового или электроёмкостного типа, разрабатываемые и изготавливаемые специализированными предприятиями.

9. Насосы

Рис.23.1. Принцип движения масла в шестеренчатом насосе

Рис.23.2 Насос с лопаточным устройством на входе

Рис.23.3 Скоростная характеристика тихоходного шестеренчатого насоса

Рис.23.4 Скоростная характеристика быстроходного шестеренчатого насоса

Рис.23.5 Зависимость относительной производительности различных типов насосов от высотных условий (при =25 м/с):1 – насос с боковым входом масла; 2- насос с торцевым входом (с лопаточным устройством); 3 – насос с шнеколопаточным входным устройством

Рис.23.6 Лопаточное устройство, прикрепленное к шестерне

Рис.23.7 Шестерня с шнеколопаточным устройством на входе

Рис.23.8 Конструкция насоса с шнеколопаточным входным устройством

Рис.23.9 Редукционный клапан

Рис.23.10 Варианты осуществления подачи масла в двигатель: 1 – регулируемая подача с использованием редукционного клапана; 2 – линейная подача масла (пропорционально оборотам ротора)

Рис.23.11 Откачивающий насос передней опоры

Рис.23.12 Насос с торцевым входом и прямыми лопатками

Рис.23.13 Чертеж крышки насоса

Рис.23.14 Шестерня с лопаточным устройством

Рис.23.15 Схема трёхшестерённого насоса

Рис.23.16 Блок насосов

Фильтры

Центрифуги

Теплообменники

Трубопроводы

контроль параметров масляной системы и состояния масла

Сведения о маслах, используемых в авиационных ГТД

Дата добавления: 2014-01-04