Устройство маслосистем

    Маслосистема ГТД объединяет в себе системы смазки и суфлирования. В некоторых двигателях в ее состав входят также гидравлические устройства, использующие масло, как рабочую жидкость.

                                    Типы маслосистем

    По способу использования масла различают циркуляционные маслосистемы с однократной подачей масла к потребителям (разомкнутые).

В разомкнутой системе масло после прокачки через потребителя удаляют из двигателя, выводя в камеру сгорания или выходное устройство. Вместо насосной подачи масла в них часто используют вытеснительную. Такие системы весьма просты, имеют минимально возможное число элементов и малый вес, однако отличаются большим расходом масла. Поэтому их главным образом применяют в ГТД однократного действия.

   В циркуляционных системах масло используют многократно. После прокачки через двигатель и восстановления свойств (охлаждения, очистки) его вновь подводят к потребителям. Системы смазки такого типа имеют малый расход масла, в связи с чем получили основное применение в ГТД. По характеру циркуляции масла относительно двигателя и маслобака эти системы подразделяют на замкнутые и короткозамкнутые. В замкнутых системах, (которые иногда называют нормально замкнутыми), циркуляция масла происходит через бак, после прокачки через потребителей оно поступает в бак с последующим возвратом в двигатель. В короткозамкнутых системах основное количество масло циркулирует через двигатель, минуя бак, из которого происходит восполнение циркулирующего контура с помощью специального подкачивающего маслонасоса (насоса подпитки), подводящего масло к нагнетательному насосу с повышенным давлением и обеспечивающего, вследствие этого, увеличение высотности системы. 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 (свойственных обычно для ТВД). 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 воздушная полость маслобака, объединенные системой суфлирования сообщают с атмосферой, а в закрытых системах указанные полости наддувают, поддерживая в них постоянное избыточное давление небольшой величины с целью увеличения высотности системы, достигаемой снижением интенсивности кавитации масла на входе в нагнетающий и откачивающий насосы.

Структура циркуляционных маслосистем

     Данные системы независимо от их разновидностей имеют три характерных магистрали – подпитки, нагнетания и откачки (образующие циркуляционную систему смазки двигателя) – и дополнены системой суфлирования.

     Магистраль подпитки служит для подвода необходимого количества масла из бака к нагнетательному насосу. Чтобы высотность системы смазки была по возможности наибольшей, давление масла на входе в нагнетающий насос при его работе не должно быть чрезмерно низким (ниже 0,04…0,06Мпа), когда из масла происходит выделение пузырьков воздуха, т.е. возникает кавитация. Для создания необходимого статического давления перед нагнетающим насосом бак располагают возможно выше относительно насоса, а в закрытых маслосистемах его воздушную полость надувают. 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 и существенно увеличивает высотность.

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 маслосистемы. При давлении больше 0,5 МПА возможно существенное увеличение гидродинамического нагрева потребителей от высокоскоростной струи масла из форсунок.

В состав магистрали нагнетания входят следующие элементы:

1. Нагнетающий насос с редукционным клапаном, автоматически поддер-живающим заданное давление масла в магистрали. Производительность насоса в расчетных условиях (на земле) принимают в 1,5-2,5 раза выше 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 возрастании вследствие этого перепада давления на нем, перепускает масло в двигатель, минуя фильтрующий элемент. 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, установленные перед масляными форсунками и предохраняющие их от засорения 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. Диаметры трубопроводов подбирают из условия, чтобы скорость движения в них не превышала 3,0 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. Данная магистраль содержит следующие элементы:

1. Маслосборники, в которые стекает масло от потребителей. Их размещают в нижних полостях корпусов опор, переходных корпусов ТРДД, лобовых картеров ТВД, на нижних коробках приводов агрегатов и т.п. В маслосборниках часто устанавливают пеногасящие и фильтрующие сетки;

2. Откачивающие маслонасосы, выводящие масло из малосборников. 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 быть в 2-3 раза выше, чем производительность нагнетающего насоса, чтобы они могли поддерживать маслосборники сухими при увеличенном объеме отработанного масла в результате его нагрева, вспенивания и насыщения воздухом. Принцип «сухого маслосборника» должен быть реализован при любых эволюциях воздушного судна и высоты полета. Выполнение вышеотмеченных требований обеспечивает возможность непрерывной прокачки свежего масла через потребители маслосистемы и их надежного охлаждения при всех условиях эксплуатации;

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 из 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, т.к. 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;

4. Фильтр, очищающий масло от продуктов износа деталей двигателя и других механических примесей. На этом фильтре часто устанавливают перепускной клапан, обеспечивающий перепуск масла помимо фильтрующих элементов при их засорении, сигнализатор перепада давления или стружкосигнализатор;

5. Радиатор, необходимый для охлаждения масла. В ТРД и ТРДД обычно применяют топливомасляные радиаторы (ТМР), а в ТВД – воздушно-масляные радиаторы (ВМР). На радиаторах устанавливают перепускные клапаны, которые при увеличении давления масла перед ними до предельно допустимого значения (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 ТМР 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.

   Система суфлирования служит для поддержаний в масляных полостях двигателя и воздушной полости бака определенного избыточного давления путем удаления воздуха, а также для обеспечения заданных перепадов давлений между надуваемыми воздухом предмасляными полостями уплотнений и масляными полостями опор. Суфлирование указанных полостей следует понимать как сообщение их с атмосферой каким-либо способом, за счет чего достигаются отмеченные цели.

    При работе двигателя в масляных полостях опор, коробок приводов агрегатов, редуктора и других, возможно повышение давления за счет постоянного проникновения воздуха через надуваемые маслоуплотнения опор или понижении давления из-за отсасывания воздуха откачивающими насосами, имеющие большие запасы производительности. Чрезмерно высокое давление в масляных полостях двигателя может стать причиной выброса масла через маслоуплотнения опор 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 или наружным контуром ТРДД, что позволяет создать оптимальный избыток давления в них над атмосферным ( в открытых маслосистемах р_изб =0, а в закрытых – 0,02-0,04 МПа). Воздушную полость маслобака, в которой тоже нужно стабилизировать давление, обычно соединяют с суфлируемыми полостями двигателя или сообщают с атмосферой отдельным суфлером.

   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 (обычно через выходное устройство двигателя) 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 его почти полного возврата в циркуляционный контур маслосисиемы.

     В предмасляные полости опор двигателя обычно подводят воздух от компрессора для наддува уплотнений масляных полостей подшипников. Эффективность наддува зависит от перепадов давления воздуха между предмасляными и масляными полостями. При малых перепадах давления или их отсутствии будет происходить выброс масла через уплотнение опор, а при чрезмерно больших возможен сдув масла с подшипников потоком воздуха, проникающего в масляные полости. Регулирование рассматриваемых перепадов давления осуществляют путем суфлирования предмасляных полостей опор, сообщая их с атмосферой специальными трубопроводоми, через которые происходит частичный сброс воздуха, подведенного на наддув уплотнений, и выброс утечек масла, чтобы они не попадали в тракт двигателя. Количество сбрасываемого воздуха определяют подбором сечения жиклеров, устанавливаемых в трубопроводы суфлирования.

   Таким образом систему суфлирования можно разделить на две функциональные группы, одна из которых предназначена для суфлирования масляных полостей двигателя и воздушной полости бака, а вторая обеспечивает суфлирование предмасляных полостей опор.