СПОСОБ СУФЛИРОВАНИЯ МАСЛЯНОЙ ПОЛОСТИ ОПОРЫ РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И МАСЛОКОЛЬЦЕВОЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F04C7/00 F02C7/06 

Изобретение предназначено для суфлирования масляных полостей опор ротора с циркуляционной системой смазки, и может быть использовано в газотурбинных двигателях (ГТД) различного назначения.

Известен способ суфлирования масляных полостей опор ротора ГТД, имеющего откачивающий масляный насос шестеренного типа, заключающийся в отводе по суфлирующим магистралям воздуха, попадающего в масляные полости из проточной части через уплотнения, очистку его от масла в центробежном суфлере, удаление очищенного воздуха в атмосферу под действием избыточного давления смеси масловоздушной смеси и возврат отсепарированного масла в маслобак (С.А. Вьюнов и др., "Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей", М., Машиностроение, 1989 г., стр. 524-527).

При выполнении летательным аппаратом, имеющим газотурбинный двигатель, в котором использован такой способ суфлирования, эволюций с переменной ориентацией его в гравитационном поле и высокими перегрузками вследствие линейных и угловых ускорений, возможен выброс масла из опор двигателя, что связано с потерей производительности откачивающих шестеренных насосов при отсутствии масла на входе в них и перекрытием маслом каналов суфлирования масляных полостей. Это не позволяет обеспечить стабильную и надежную работу маслосистемы газотурбинного двигателя, базирующейся на способе откачки масла шестеренными насосами из маслоотстойников масляных полостей опор с повышенным давлением и их суфлировании в атмосферу под действием избыточного давления смеси масловоздушной смеси.

Наиболее близким предлагаемому способу является способ суфлирования масляной полости опоры ротора газотурбинного двигателя с системой циркуляционной смазки путем подачи под избыточным давлением масловоздушной смеси откачивающим насосом в центробежный суфлер на сепарацию с последующим удалением из суфлера отсепарированного воздуха в атмосферу, а масла - в маслобак. Из маслобака масло подают к каждому подшипнику ротора (патент РФ №2256810, МПК F02C 7/06, опубл. 20.07.2005 г.)

Недостатком данного способа суфлирования масляной полости опоры ротора является невозможность обеспечения надежной работы маслосистемы газотурбинного двигателя из-за прекращения откачки масла откачивающим маслонасосом ввиду его отсутствия на входе при выполнении летательным аппаратом эволюций с переменной ориентацией его в гравитационном поле и высокими перегрузками вследствие линейных и угловых ускорений, а также возможность выброса масла из опоры из-за перекрытия маслом канала суфлирования масляной полости и выброса из откачивающего насоса масловоздушной смеси.

Известны и применяются в промышленности жидкостнокольцевые вакуумные насосы. Общеприняты названия вакуумных насосов этого типа по названию применяемой рабочей жидкости: водокольцевой, маслокольцевой и т.п.

Наиболее близким предлагаемому насосу является жидкостнокольцевой вакуумный насос (ЖКВН), который содержит цилиндрический корпус с торцевыми крышками, оснащенными окнами всасывания жидкостно-воздушной смеси и ее нагнетания, внутри которого эксцентрично установлено лопаточное рабочее колесо.

Перед началом работы цилиндрический корпус частично заполняют рабочей жидкостью. Во время работы ЖКВН приводится во вращение лопаточное колесо, лопатки рабочего колеса захватывают жидкость и отбрасывают ее к внутренней поверхности цилиндрического корпуса. В результате этого внутри корпуса образуется вращающееся кольцо жидкости. Между ступицей рабочего колеса и кольцом жидкости возникает серпообразное пространство, являющееся рабочей полостью насоса. Это пространство разделяется лопатками рабочего колеса на отдельные ячейки переменного объема. При увеличении объема ячейки происходит процесс всасывания, а при уменьшении - процесс сжатия и нагнетания через соответствующие окна всасывания и нагнетания в торцевых крышках. Рабочая жидкость подается в окно всасывания и удаляется вместе со сжатым воздухом через окно нагнетания (Фролов Е.С., "Механические вакуумные насосы", Машиностроение, Москва, 1989 г., стр. 165, 166).

Использование известного жидкостно-кольцевого вакуумного насоса для суфлирования масляной полости опоры ротора газотурбинного двигателя с системой циркуляционной смазки не исключает необходимость установки приводного центробежного суфлера для сепарации масловоздушной смеси с последующим удалением из суфлера отсепарированного воздуха в атмосферу, а масла - в маслобак, что снижает надежность работы маслосистемы газотурбинного двигателя.

Изобретение направлено на решение задачи по повышению надежности работы маслосистемы газотурбинного двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в способе суфлирования масляной полости опоры ротора газотурбинного двигателя с циркуляционной системой смазки масловоздушную смесь из масляной полости опоры откачивают и сепарируют с помощью маслокольцевого вакуумного насоса, в цилиндрическом корпусе которого эксцентрично установлено лопаточное рабочее колесо, причем отвод из насоса отсепарированного масла в систему циркуляционной смазки осуществляют в зоне минимального радиального зазора между лопатками рабочего колеса и корпусом насоса.

Маслокольцевой вакуумный насос содержит цилиндрический корпус с торцевыми крышками, оснащенными окнами всасывания масловоздушной смеси и нагнетания очищенного воздуха, внутри которого эксцентрично установлено лопаточное рабочее колесо, при этом в корпусе выполнено окно для отвода отсепарированного масла, расположенное в зоне минимального радиального зазора между лопатками рабочего колеса и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.

Откачивание и сепарирование масловоздушной смеси из масляной полости опоры с помощью маслокольцевого вакуумного насоса, из которого отвод отсепарированного масла в систему циркуляционной смазки осуществляют из окна, расположенного в зоне минимального радиального зазора между лопатками рабочего колеса и корпусом насоса, позволяет отказаться от использования приводных маслооткачивающих насосов, центробежного суфлера, и присущих им недостатков, и тем самым обеспечить повышение надежности работы маслосистемы газотурбинного двигателя.

Предлагаемое изобретение позволяет также обеспечить возможность значительного уменьшения объема масляной полости опоры, так как исключается потребность в маслосборнике, и, соответственно, происходит снижение потока тепла в масло вследствие уменьшения суммарной площади поверхности теплоподвода, что также повышает надежность работы маслосистемы газотурбинного двигателя.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема суфлирования; на фиг. 2 - маслокольцевой вакуумный насос в разрезе; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3 (сечение маслокольцевого вакуумного насоса по окнам всасывания масловоздушной смеси и нагнетания очищенного воздуха).

Суфлирование масляной полости опоры газотурбинного двигателя осуществляют следующим образом.

Маслосистема газотурбинного двигателя содержит маслокольцевой вакуумный насос 1, соединенный с масляными полостями опоры 2 и коробки приводов агрегатов 3 коммуникациями 4. Маслокольцевой вакуумный насос 1 имеет выходы, подключенные к коммуникациям: воздушной 5 и масляной 6, сообщающейся с маслобаком 7.

Маслокольцевой вакуумный насос 1 содержит цилиндрический корпус 8 с торцевыми крышками 9 и 10. Торцевая крышка 9 имеет профилированные окна: всасывания масловоздушной смеси 11 и нагнетания очищенного воздуха 12. Ротор маслокольцевого вакуумного насоса установлен в подшипниках 13, имеет вал 14 и рабочее колесо в виде диска 15 с радиальными лопатками 16. Он установлен в подшипники 13 торцевой крышки 9 таким образом, что его рабочее колесо расположено в цилиндрическом корпусе 8 с эксцентриситетом Е их осей и переменным радиальным зазором δ между радиальными лопатками 16 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 8. В корпусе 8 выполнено профилированное окно 17 для отвода масла, которое расположено в зоне минимального радиального зазора δmin между лопатками 16 и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 8.

Перед началом работы цилиндрический корпус 8 частично заполнен маслом. При работе двигателя в масляную полость его опоры 2 поступает под давлением масло из форсунки (не показана) для смазки подшипника и прорывается воздух из предмасляной полости (не показана), что ведет к образованию в ней масловоздушной смеси. Масловоздушная смесь образуется также и в масляной полости коробки приводов агрегатов 3.

Ротор, установленный в подшипники 13, приводится во вращение с помощью вала 14. Лопатки 16 рабочего колеса, вращаясь с диском 15, захватывают масло и отбрасывают его к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 8. В результате этого внутри корпуса образуется вращающееся кольцо масла. Между ступицей рабочего колеса и кольцом масла возникает серпообразное пространство, являющееся рабочей полостью насоса. Это пространство разделяется лопатками 16 рабочего колеса на отдельные ячейки переменного объема. При увеличении объема ячейки происходит процесс всасывания, а при уменьшении - процесс сжатия и нагнетания. В процессе работы маслокольцевого вакуумного насоса 1 через окно всасывания масловоздушной смеси 11, расположенного в торцевой крышке 9, образующаяся масловоздушная смесь по коммуникациям 4 удаляется из масляной полости опоры 2, масляной полости коробки приводов агрегатов 3 и из маслобака 7. В масляных полостях опоры 2, коробки приводов агрегатов 3 и в маслобаке 7 создается пониженное давление. В маслокольцевом вакуумном насосе 1 под действием вращающихся лопаток 16 из масловоздушной смеси сепарируется масло, которое под повышенным давлением через окно 17 в корпусе 8 по коммуникации 6 отводится в маслобак 7. Очищенный от масла воздух под повышенным давлением через окно нагнетания 12 в торцевой крышке 9 по коммуникации 5 отводится в атмосферу.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность маслосистемы газотурбинного двигателя за счет исключения из нее избыточных приводных маслооткачивающих насосов и центробежного суфлера.

Изобретение предназначено для суфлирования масляных полостей опор ротора с циркуляционной системой смазки, и может быть использовано в газотурбинных двигателях (ГТД) различного назначения. Задача по повышению надежности работы маслосистемы газотурбинного двигателя решается способом суфлирования масляной полости опоры ротора газотурбинного двигателя с циркуляционной системой смазки и маслокольцевым вакуумным насосом 1 для осуществления данного способа. В процессе работы маслокольцевого вакуумного насоса 1 через окно всасывания масловоздушной смеси, расположенного в торцевой крышке, образующаяся масловоздушная смесь по коммуникациям 4 удаляется из масляной полости опоры 2, масляной полости коробки приводов агрегатов 3 и из маслобака 7. В маслокольцевом вакуумном насосе 1 под действием вращающихся лопаток из масловоздушной смеси сепарируется масло, которое под повышенным давлением через окно, расположенное в зоне минимального радиального зазора между лопатками рабочего колеса и корпусом насоса, по коммуникации 6 отводится в маслобак 7. Очищенный от масла воздух под повышенным давлением через окно нагнетания в торцевой крышке по коммуникации 5 отводится в атмосферу. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ суфлирования масляной полости опоры ротора газотурбинного двигателя с циркуляционной системой смазки, характеризующийся тем, что масловоздушную смесь из масляной полости опоры откачивают и сепарируют с помощью маслокольцевого вакуумного насоса, в цилиндрическом корпусе которого эксцентрично установлено лопаточное рабочее колесо, причем отвод из насоса отсепарированного масла в систему циркуляционной смазки осуществляют в зоне минимального радиального зазора между лопатками рабочего колеса и корпусом насоса.

2. Маслокольцевой вакуумный насос для осуществления способа по п. 1, содержащий цилиндрический корпус с торцевыми крышками, оснащенными окнами всасывания масловоздушной смеси и нагнетания очищенного воздуха, внутри которого эксцентрично установлено лопаточное рабочее колесо, отличающийся тем, что в корпусе выполнено окно для отвода отсепарированного масла, расположенное в зоне минимального радиального зазора между лопатками рабочего колеса и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.