МАСЛОСИСТЕМА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ СО СВОБОДНОЙ ТУРБИНОЙ Российский патент 2006 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к устройствам маслосистемы газотурбинного двигателя со свободной турбиной.

Известна маслосистема газотурбинного двигателя со свободной турбиной, содержащая устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей опор ротора турбокомпрессора к свободной турбины (А.Ф.Хурумова и др. "Смазочные масла для приводов и нагнетателей газоперекачивающих агрегатов", М., 1996 г., стр.70, рис.18).

В известном устройстве отвод масла из опор турбокомпрессора и свободной турбины производится откачивающими насосами, смонтированными на коробке приводных агрегатов турбокомпрессора.

Недостатком известной маслосистемы является то, что она не обеспечивает надежную циркуляцию смазки в подшипниковых опорах свободной турбины на нестационарных (переходных) режимах работы двигателя (запуск, останов).

В значительной степени этот недостаток объясняется тем, что поскольку ротор свободной турбины не имеет механической связи с ротором турбокомпрессора, на переходных режимах работы двигателя имеет место большое относительное скольжение роторов, приводящее к нарушению баланса подачи и откачки масла в подшипниковых опорах свободной турбины. Становится возможным переполнение опор смазкой, перетекание части смазки через лабиринтные уплотнения опор в проточную часть турбины, вызывающее последующее возгорание смазки с выбросом продуктов сгорания в окружающую среду, что резко снижает экологические показатели двигателя и увеличивает его эксплуатационные расходы.

Действительно, при запуске турбокомпрессор раскручивается быстрее, чем свободная турбина, которая состыкована с тяжелым приводным агрегатом (например, электрогенератором), а при останове двигателя турбокомпрессор останавливается быстрее, чем свободная турбина, которая продолжает вращаться под действием инерции приводимого ею во вращение массивного агрегата. Поэтому система подачи и откачки масла свободной турбины на переходных режимах работы двигателя должна работать иначе, чем на стационарном режиме, когда относительное скольжение роторов турбокомпрессора и свободной турбины отсутствует, и они вращаются с постоянной частотой.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности откачки масла из масляных полостей подшипниковых опор свободной турбины газотурбинного двигателя за счет обеспечения возможной корректировки баланса подачи и откачки масла силовой турбины на нестационарных (переходных) режимах работы двигателя.

Задача решается тем, что в маслосистеме газотурбинного двигателя со свободной турбиной, содержащей устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей опор турбокомпрессора и свободной турбины, устройство для откачки масла из полостей опор свободной турбины выполнено в виде системы из двух насосов, один из которых имеет привод от ротора турбокомпрессора, а другой снабжен электроприводом, при этом всасывающие магистрали насосов гидравлически связаны между собой через дренажную емкость, сообщенную с магистралью суфлирования, и подключены параллельно к масляным полостям опор свободной турбины.

Кроме того, в магистрали суфлирования дренажной емкости может быть установлен нормально открытый запорный клапан, сообщенный своей полостью управления с выходом устройства подачи масла в масляные полости опор свободной турбины.

Выполнение устройства для откачки масла из полостей опор свободной турбины в виде системы из двух насосов с приводом от ротора турбокомпрессора и электропривода, всасывающие магистрали которых гидравлически связаны между собой через дренажную емкость, сообщенную с магистралью суфлирования, и подключены параллельно к масляным полостям опор свободной турбины, позволяет корректировать баланс подачи и откачки масла силовой турбины на нестационарных (переходных) режимах работы двигателя.

При запуске двигателя, поскольку свободная турбина раскручивается с опозданием относительно турбокомпрессора, а производительность нагнетающего насоса свободной турбины не зависит от частоты ее вращения, и масла в полости опор свободной турбины подается больше, чем требуется, в работу наряду с откачивающим насосом с приводом от турбокомпрессора включается второй откачивающий насос с электроприводом. С помощью дренажной емкости происходит перераспределение объемов откачиваемого масла между двумя насосами, что исключает переполнение смазкой масляной полости опор свободной турбины.

При останове двигателя для исключения переполнения смазкой опор свободной турбины, поскольку выбег свободной турбины больше выбега турбокомпрессора, также наряду с откачивающим насосом с приводом от турбокомпрессора в работу включается второй откачивающий насос с электроприводом. С помощью дренажной емкости опять будет происходить перераспределение объемов откачиваемого масла между двумя насосами системы откачки, причем насос с электроприводом будет работать до полного останова свободной турбины.

Установка в магистрали суфлирования дренажной емкости нормально открытого запорного клапана повысит всасывающую способность системы откачивающих насосов силовой турбины в работе и обеспечит надежную эвакуацию масла при останове двигателя за счет полного слива масла из опор.

На чертеже представлена принципиальная схема маслосистемы газотурбинного двигателя со свободной турбиной.

Масляная система включает в себя масляные полости 1 и 2 турбокомпрессора и свободной турбины, соответственно, откачивающий маслонасос 3 турбокомпрессора и первый откачивающий насос 4 свободной турбины, нагнетающий маслонасос 5 турбокомпрессора, нагнетающий маслонасос 6 свободной турбины и второй откачивающий маслонасос 7 свободной турбины. Маслонасосы 6 и 7 оборудованы электроприводом. Всасывающие магистрали 8 и 9 маслонасоса 4 и всасывающая магистраль 10 маслонасоса 7 гидравлически связаны с дренажной емкостью 11 посредством магистралей 12 и 13. Дренажная емкость 11 через суфлируемую магистраль 14, снабженную жиклером 15, сообщена с входом нормально открытого запорного клапана 16, выход из которого выведен в атмосферу, а полость управления 17 сообщена с магистралью 18 и выходом маслонасоса 6. Всасывающие магистрали 19 и 20 нагнетающих маслонасосов 5 и 6 выведены в маслобак 21.

При запуске двигателя первым раскручивается турбокомпрессор. Когда подхватывается и свободная турбина, включаются в работу маслонасосы 6 и 7, оборудованные электроприводами. Масло через всасывающие магистрали 19 и 20 из маслобака 21 поступает на вход нагнетающих маслонасосов 5 и 6, которые переправляют смазку под давлением к форсуночным коллекторам масляных полостей 1 и 2 и к полости управления 17 запорного клапана 16, который отсекает суфлируемую магистраль 14 дренажной емкости 11 от атмосферы.

Откачка отработанной смазки из масляных полостей 1 турбокомпрессора производится откачивающим маслонасосом 3, который переправляет ее в маслобак 21.

Откачка отработанной смазки из масляных полостей 2 свободной турбины при запуске производится одновременно двумя откачивающими маслонасосами 4 и 7, которые перераспределяют между собой объемы откачиваемого масла таким образом, что избыточный для маслонасоса 4 объем масла перетекает в дренажную емкость 11 по магистралям 12 и 13 и попадает на вход откачивающего маслонасоса 7, который переправляет его в маслобак 21. Основная же часть откачиваемой смазки по всасывающим магистралям 8 и 9 поступает в маслонасос 4 и переправляется им далее также в маслобак 21. Когда свободная турбина переходит на стационарный режим работы, маслонасос 7 выключается из работы и откачка масла из масляных полостей 2 свободной турбины производится только одним откачивающим маслонасосом 4, имеющим привод от турбокомпрессора.

При останове двигателя вновь включается в работу откачивающий маслонасос 7 и откачка отработанной смазки из масляных полостей 2 свободной турбины опять будет производиться двумя откачивающими маслонасосами 4 и 7.

При выбеге двигателя первым останавливается турбокомпрессор и маслонасос 4 прекращает свою работу, а нагнетающий маслонасос 6 и откачивающий маслонасос 7 продолжают свою работу, пока не остановится и свободная турбина. В этот момент выключается сначала нагнетающий маслонасос 6, при этом стравливается давление масла в управляющей полости 17 клапана 16 и он сообщает суфлируемую магистраль 14 с атмосферой, затем выключается из работы и откачивающий маслонасос 7. Смазка из масляных полостей 2 опор свободной турбины попадает в дренажную емкость 11, вытесняя из нее воздух через жиклер 15 и суфлируемую магистраль 14 в атмосферу. Картеры масляной полости 2 становятся сухими, что исключает коксование смазки после останова двигателя из-за повышения температуры стенок масляных полостей вследствие перераспределения тепловых потоков, аккумулированных в дисках свободной турбины.

Изобретение позволяет повысить надежность откачки масла из масляных полостей подшипниковых опор свободной турбины на нестационарных режимах работы двигателя за счет корректировки баланса подачи и откачки масла.

Маслосистема предназначена для газотурбинного двигателя со свободной турбиной и содержит устройство для подачи и откачки масла из масляных полостей опор турбокомпрессора и свободной турбины. Устройство для откачки масла из полостей опор свободной турбины выполнено в виде системы из двух насосов, один из которых имеет привод от ротора турбокомпрессора, а другой снабжен электроприводом, при этом всасывающие магистрали насосов гидравлически связаны между собой через дренажную емкость и подключены параллельно к масляным полостям опор свободной турбины. Дренажная емкость сообщена с суфлирующей магистралью, в которой установлен нормально открытый запорный клапан, сообщенный своей полостью управления с выходом нагнетающего маслонасоса, осуществляющего подачу масла в масляные полости опор свободной турбины. Изобретение позволяет повысить надежность откачки масла из масляных полостей подшипниковых опор свободной турбины за счет обеспечения возможной корректировки баланса подачи и откачки масла силовой турбины на нестационарных режимах работы двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Маслосистема газотурбинного двигателя со свободной турбиной, содержащая устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей опор турбокомпрессора и свободной турбины, отличающаяся тем, что устройство для откачки масла из полостей опор свободной турбины выполнено в виде системы из двух насосов, один из которых имеет привод от ротора турбокомпрессора, а другой снабжен электроприводом, при этом всасывающие магистрали насосов гидравлически связаны между собой через дренажную емкость, сообщенную с магистралью суфлирования, и подключены параллельно к масляным полостям опор свободной турбины.2. Маслосистема по п.1, отличающаяся тем, что в магистрали суфлирования дренажной емкости установлен нормально открытый запорный клапан, сообщенный своей полостью управления с выходом устройства подачи масла в масляные полости опор свободной турбины.