СИСТЕМА ОТДЕЛЕНИЯ МАСЛА ИЗ СМЕСИ ВОЗДУХ/МАСЛО ГЕРМЕТИЗАЦИИ УПЛОТНЕНИЙ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2021 года по МПК F01D25/18 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системе отделения масла из смеси воздух/масло, предназначенной для герметизации уплотнительных устройств или герметизированных полостей газотурбинного двигателя, таких как карбоновые кольца, щеточные прокладки, лабиринтные прокладки и т.д.

2. Предшествующий уровень техники

Газотурбинные двигатели представляют собой системы, содержащие определенное число вращающихся узлов (турбины, компрессор и т.д.), которые необходимо оснащать уплотнительными устройствами. Эти уплотнительные устройства выполнены, например, в виде лабиринтов со сжатым воздухом, расположенных вблизи вращающихся узлов, или в виде щеточных прокладок или в виде карбоновых колец. Для этого воздух отбирают непосредственно в воздушном тракте газотурбинного двигателя. Затем этот воздух проходит в газотурбинном двигателе через предусмотренные для этого различные уплотнения, затем удаляется наружу газотурбинного двигателя, чтобы ограничивать повышение давления в других зонах газотурбинного двигателя, в частности, в редукторе, коробке приводов агрегатов и т.д. Однако после прохождения через различные зоны газотурбинного двигателя этот воздух содержит масло, используемое для охлаждения и смазки опорных подшипников и шестерен вращающихся узлов. Чтобы избежать выброса содержащего масло воздуха, ослабить влияние газотурбинных двигателей на экологию, сократить расход масла и ограничить операции заполнения масляных емкостей, необходимо предусмотреть системы отделения масла из герметизирующей смеси воздух/масло, чтобы, с одной стороны, рекуперировать масло и, с другой стороны, удалить очищенный от масла воздух наружу газотурбинного двигателя.

Как известно, такая система отделения масла из смеси воздух/масло, предназначенной для герметизации уплотнительных устройств или герметизированных полостей газотурбинного двигателя, содержит:

- по меньшей мере один дегазатор, содержащий камеру разделения смеси, расположенную вокруг приводного вала, вход смеси в упомянутую камеру, выход очищенного от масла воздуха и выход масла, отделенного из упомянутой смеси,

- по меньшей мере один механический блок газотурбинного двигателя, содержащий множество механических деталей, по меньшей мере одна из которых механически соединена с упомянутым приводным валом упомянутого дегазатора для его приведения во вращение, при этом упомянутый блок выполнен с возможностью содержать масляный туман для смазки упомянутых механических деталей.

Известно также, что дегазатор расположен непосредственно в механическом блоке для обеспечения своего приведения во вращение. Этот механический блок содержит множество механических деталей, по меньшей мере одна из которых, например, шестерня, механически соединена напрямую или опосредованно с валом дегазатора для обеспечения приведения во вращение дегазатора. Этот механический блок обычно является коробкой приводов агрегатов или редуктором газотурбинного двигателя.

Узел механического блока и дегазатора образует систему отделения масла из герметизирующей смеси воздух/масло уплотнительных устройств или герметизированных полостей.

В известной системе маслоотделения смесь воздух/масло поступает в механический блок для обработки дегазатором, который расположен непосредственно в механическом блоке. Таким образом, герметизирующая смесь воздух/масло смешивается с масляным туманом, присутствующим в механическом блоке, и дегазатор обрабатывает в разделительной камере совокупно герметизирующую смесь воздух/масло и масляный туман.

Авторы изобретения поставили перед собой задачу повышения эффективности известных систем маслоотделения.

В частности, авторы изобретения предложили систему маслоотделения, которая позволяет максимально ограничить количество выбрасываемого наружу масла. В частности, одной из основных задач является сокращение расхода масла газотурбинными двигателями. Это позволит оптимизировать количество масла на борту и, следовательно, уменьшить массу газотурбинного двигателя. Это позволит также увеличить продолжительность полетов. Это должно также привести к сокращению операций обслуживания на газотурбинных двигателях. Наконец, это позволит улучшить влияние газотурбинных двигателей на экологию.

3. Задачи изобретения

Изобретение призвано предложить систему маслоотделения, в которой устранены по меньшей мере некоторые из недостатков известных систем.

В частности, изобретение призвано предложить, по меньшей мере в варианте выполнения, систему маслоотделения, которая позволяет оптимизировать производительность дегазаторов.

4. Раскрытие изобретения

В связи с вышеизложенным, объектом изобретения является система отделения масла из смеси воздух/масло, предназначенной для герметизации герметизированных полостей газотурбинного двигателя, при этом упомянутая система содержит:

- по меньшей мере один центробежный дегазатор, содержащий камеру разделения смеси, расположенную вокруг приводного вала, вход смеси в упомянутую камеру, выход очищенного от масла воздуха и выход масла, отделенного из упомянутой смеси,

- по меньшей мере один механический блок газотурбинного двигателя, содержащий множество механических деталей, по меньшей мере одна из которых механически соединена с упомянутым приводным валом упомянутого дегазатора для его приведения во вращение, при этом упомянутый блок выполнен с возможностью содержать масляный туман для смазки упомянутых механических деталей.

Заявленная система маслоотделения отличается тем, что содержит средства изолирования упомянутой смеси воздух/масло от упомянутого масляного тумана упомянутого механического блока, чтобы упомянутый масляный туман упомянутого механического блока не мог обогащать маслом упомянутую смесь, разделяемую упомянутым дегазатором, и тем, что содержит двойной дегазатор, выполненный с возможностью обрабатывать в первой камере воздух из герметизированных полостей и во второй камере воздух из механического блока.

Иначе говоря, изобретение обеспечивает физическое разделение смеси воздух/масло, прошедшей через герметизированные полости газотурбинного двигателя и механический блок, участвующий в приведении во вращение дегазатора. В частности, смесь воздух/масло, разделяемая дегазатором системы маслоотделения, оказывается изолированной от масляного тумана, присутствующего в механическом блоке. Это изолирование препятствует обогащению смеси воздух/масло, выходящей из герметизированных полостей газотурбинного двигателя, маслом из масляного тумана механического блока.

Кроме того, заявленная система позволяет понизить температуру механического блока за счет ограничения теплообменов между смесью воздух/масло, которая поступает из герметизированных полостей газотурбинного двигателя и является горячей смесью, и масляным туманом механического блока. Таким образом, заявленная система маслоотделения позволяет сократить потребности в охлаждении механического блока.

В зависимости от выбираемой архитектуры герметизированные полости газотурбинного двигателя могут быть образованы карбоновыми кольцами, щеточными прокладками, лабиринтными прокладками или любыми эквивалентными устройствами. Предпочтительно и согласно изобретению, упомянутые средства изолирования упомянутой смеси содержат трубопровод, напрямую соединяющий выход упомянутых герметизированных полостей с упомянутым входом упомянутой смеси в упомянутую камеру упомянутого дегазатора таким образом, чтобы упомянутая смесь из упомянутых герметизированных полостей питала напрямую упомянутый дегазатор без взаимодействия с упомянутым масляным туманом механического блока.

Согласно этому варианту, система маслоотделения содержит трубопровод, соединяющий выход герметизированных полостей газотурбинного двигателя с входом смеси дегазатора. Таким образом, этот трубопровод изолирует циркуляцию смеси между герметизированными полостями и дегазатором от масляного тумана, присутствующего в механическом блоке. Этот трубопровод препятствует обогащению смеси воздух/масло, выходящей из герметизированных полостей, маслом смазки механического блока.

Предпочтительно и согласно этому варианту, дегазатор расположен в упомянутом механическом блоке, и упомянутый трубопровод проходит через упомянутый механический блок.

Этот предпочтительный вариант позволяет сохранить архитектуру, близкую к архитектуре известных систем, то есть сохранить дегазатор в механическом блоке, но изолировать смесь от тумана за счет прокладки трубопровода между входом дегазатора и герметизированными полостями. Для этого трубопровод проходит через механический блок.

Предпочтительно и согласно этому варианту, упомянутый приводной вал упомянутого дегазатора является полым и образует по меньшей мере участок упомянутого трубопровода, соединяющего упомянутые герметизированные полости газотурбинного двигателя с входом дегазатора.

Например, согласно предпочтительному варианту изобретения, упомянутый приводной вал упомянутого дегазатора является полым и обеспечивает всасывание смеси в полости между механическим блоком и картером воздушного входа компрессора газотурбинного двигателя.

Этот вариант позволяет использовать приводной вал дегазатора, чтобы он, кроме своей роли приведения в движение дегазатора, играл также роль транспортировки разделяемой смеси и средств изолирования смеси от масляного тумана, присутствующего в механическом блоке.

Предпочтительно и согласно другому варианту изобретения, упомянутый дегазатор расположен снаружи упомянутого механического блока, при этом упомянутый механический блок образует упомянутые средства изолирования упомянутой смеси от масляного тумана.

Согласно этому варианту, дегазатор расположен снаружи упомянутого механического блока, при этом картер механического блока образует средства изолирования упомянутой смеси от масляного тумана.

Например, согласно предпочтительному варианту изобретения, дегазатор расположен между механическим блоком и картером воздушного входа компрессора газотурбинного двигателя.

Предпочтительно и согласно изобретению, упомянутый механический блок является коробкой редуктора или коробкой приводов агрегатов газотурбинного двигателя.

Предпочтительно и согласно изобретению, масляный выход упомянутого дегазатора выходит в упомянутый механический блок.

Согласно этому варианту, масло, отделяемое дегазатором, может служить для смазки механических деталей механического блока.

Объектом изобретения является также газотурбинный двигатель, содержащий заявленную систему маслоотделения.

Газотурбинный двигатель в соответствии с изобретением, оснащенный заявленной системой маслоотделения, расходует меньше масла, чем известный газотурбинный двигатель, за счет улучшенной рекуперации масла. Заявленный газотурбинный двигатель имеет меньший вес, чем известный газотурбинный двигатель. Время полета вертолета, оборудованного заявленными газотурбинными двигателями, является более продолжительным. Кроме того, операции обслуживания являются менее частыми. Наконец, влияние заявленного газотурбинного двигателя на экологию проявляется меньше, чем в случае известных газотурбинных двигателей.

Объектами изобретения являются также дегазатор и газотурбинный двигатель, характеризующиеся в комбинации всеми или частью вышеупомянутых или описанных ниже отличительных признаков.

5. Список фигур

Другие задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает схематичный функциональный вид известной системы отделения масла из смеси воздух/масло герметизации уплотнительных устройств газотурбинного двигателя.

Фиг. 2 - схематичный функциональный вид заявленной системы отделения масла из смеси воздух/масло герметизации уплотнительных устройств газотурбинного двигателя.

Фиг. 3 - схематичный вид дегазатора системы маслоотделения согласно варианту выполнения изобретения.

6. Подробное описание варианта выполнения изобретения

В целях иллюстрации и ясности масштабы и пропорции на фигурах строго не соблюдены.

На различных фигурах для различных элементов системы маслоотделения, имеющих одинаковые функции или состав, использованы одинаковые обозначения.

На фиг. 1 показан вал 10 газотурбинного двигателя, оснащенного известной системой маслоотделения. Этот вал 10 является, например, линией валов газогенератора и свободной турбины газотурбинного двигателя вертолета. Сжатый воздух, показанный штриховыми стрелками 11, нагнетается в уплотнительные устройства для обеспечения герметичности герметизированных полостей 13 газотурбинного двигателя. Во время своего прохождения в герметизированных полостях 13 этот воздух смешивается с маслом. На фиг. 1 показана смесь воздуха и масла, проходящая вдоль вала 10 газотурбинного двигателя. Штриховыми линиями 11 показан воздух, а пунктирными линиями 12 показано масло смеси.

Согласно известному решению, система отделения масла из смеси воздух/масло уплотнительных устройств 13 содержит центробежный дегазатор 20, который расположен в коробке 30 приводов агрегатов. Такая коробка 30 приводов агрегатов содержит множество шестерен 21, 22, расположенных относительно друг друга и механически связанных таким образом, чтобы отбирать механическую мощность на валу 10 газотурбинного двигателя и подавать эту механическую мощность на различные агрегаты, необходимые для работы газотурбинного двигателя, и, в частности, на центробежный дегазатор 20 для обеспечения его приведения во вращение.

Коробка 30 приводов агрегатов дополнительно содержит жиклер 32, предназначенный для нагнетания масла 33 для смазки различных механических деталей, расположенных в коробке 30 приводов агрегатов, в частности, таких как шестерни 21, 22. Этот жиклер 32 получает питание маслом из масляной емкости 35, расположенной снаружи коробки 30 приводов агрегатов.

Согласно известному решению, смесь воздух/масло, необходимая для уплотнительных устройств герметизированных полостей 13, нагнетается напрямую в коробку 30 приводов агрегатов таким образом, чтобы дегазатор обрабатывал совокупно смесь воздух/масло герметизированных полостей 13 и масляный туман 39, присутствующий в коробке приводов агрегатов и образованный маслом 33, нагнетаемым жиклером 32 для смазки механических деталей.

На фиг. 2 очень схематично показана конфигурация системы маслоотделения согласно варианту выполнения изобретения. Согласно изобретению, смесь воздух/масло герметизированных полостей 13 газотурбинного двигателя больше не нагнетается непосредственно в коробку 30 приводов агрегатов, а напрямую направляется к входу 27 дегазатора через трубопровод 40, который соединяет герметизированные полости 13 с входом 27 дегазатора. Таким образом, этот трубопровод 40 позволяет изолировать смесь воздух/масло, выходящую из герметизированных полостей 13, от масляного тумана 39, присутствующего в коробке 30 приводов агрегатов.

Выполнение этого трубопровода 40 между выходом герметизированных полостей 13 и входом 27 дегазатора не позволяет масляному туману коробки 30 обогащать маслом разделяемую дегазатором 20 смесь воздух/масло герметизированных полостей 13.

Дегазатор 20 содержит также выход 28 для отделяемого из смеси масла, и выход 29 для очищенного от масла воздуха.

Согласно варианту выполнения изобретения, масляный выход 28 напрямую сообщается с внутренним пространством коробки 30 приводов агрегатов для обеспечения смазки механических деталей коробки.

Согласно другому варианту, не показанному на фигурах, масло, отделяемое из смеси, нагнетается в масляную емкость 35.

Например, этот трубопровод может проходить через коробку 30 приводов агрегатов таким образом, чтобы дегазатор 20 оставался расположенным в коробке приводов агрегатов.

Согласно другому варианту, не показанному на фигурах, дегазатор расположен снаружи коробки приводов агрегатов, и его приведение во вращение обеспечивает вал, который проходит через коробку 30 приводов агрегатов. Питание смесью может происходить либо через трубопровод, описанный в связи с вариантом выполнения, показанным на фиг. 2, либо путем прямой подачи смеси на вход дегазатора.

Согласно другому варианту, представленному на фиг. 3, питание дегазатора 20 смесью воздух/масло происходит через приводной вал 52 дегазатора. Этот приводной вал 52 является полым, и предназначенная для обработки смесь может заходить через один конец 53 вала, а удаление из смеси очищенного от масла воздуха происходит через противоположный конец 54 вала. В полому валу 52 выполнена перегородка 70, которая позволяет также отделить вход 53 от выхода 54 и заставляет смесь воздух/масло проходить в камеры 58а, 58b дегазатора. Циркуляция смеси, поступающей из турбины, то есть от вала 10 на вход 53 дегазатора, схематично показана на фиг. 3 стрелками 59.

Согласно этому варианту выполнения, дегазатор приводится также во вращение через шестерню 60, неподвижно установленную на полому валу 52 и приводимую во вращение валом 10.

На фиг. 3 видно также, что дегазатор содержит две камеры дегазации, расположенные на его приводному валу, а именно камеру 58а, предназначенную для обработки смеси воздух/масло, поступающей из уплотнительных устройств и отбираемой в картере воздушного входа, как было указано выше, и камеру 58b, предназначенную для обработки масляного тумана, присутствующего внутри коробки приводов агрегатов. Согласно другому варианту, дегазатор может содержать только одну камеру дегазации.

Объектом изобретения является система отделения масла из смеси воздух/масло (11,12), предназначенной для герметизации герметизированных полостей (13) газотурбинного двигателя. При этом упомянутая система содержит по меньшей мере один центробежный дегазатор (20), по меньшей мере один механический блок (30) газотурбинного двигателя, содержащий множество механических деталей (21,22), по меньшей мере одна из которых механически соединена с приводным валом упомянутого дегазатора (20) для его приведения во вращение, при этом упомянутый блок (30) выполнен с возможностью содержать масляный туман (39) для смазки упомянутых механических деталей (21,22). Согласно изобретению упомянутая система маслоотделения дополнительно содержит средства (40) изолирования упомянутой смеси воздух/масло (11,12) от упомянутого масляного тумана (39) упомянутого механического блока (30), чтобы упомянутый масляный туман (39) упомянутого механического блока (30) не мог обогащать маслом упомянутую смесь, разделяемую упомянутым дегазатором. Изобретение позволяет оптимизировать производительность дегазаторов, а также сократить потребности в охлаждении механического блока. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система отделения масла из смеси воздух/масло (11,12), предназначенной для герметизации герметизированных полостей (13) газотурбинного двигателя, при этом упомянутая система содержит

по меньшей мере один центробежный дегазатор (20), содержащий камеру разделения упомянутой смеси, расположенную вокруг приводного вала (52), вход (27,53) смеси в упомянутую камеру, выход (29,54) очищенного от масла воздуха и выход (28) масла, отделенного из упомянутой смеси,

по меньшей мере один механический блок (30) газотурбинного двигателя, содержащий множество механических деталей (21,22), по меньшей мере одна из которых механически соединена с упомянутым приводным валом упомянутого дегазатора (20) для его приведения во вращение, при этом упомянутый блок (30) выполнен с возможностью содержать масляный туман (39) для смазки упомянутых механических деталей (21,22),

отличающаяся тем, что упомянутая система маслоотделения дополнительно содержит средства (40) изолирования упомянутой смеси воздух/масло (11,12) от упомянутого масляного тумана (39) упомянутого механического блока (30), чтобы упомянутый масляный туман (39) упомянутого механического блока (30) не мог обогащать маслом упомянутую смесь, разделяемую упомянутым дегазатором, причем система содержит двойной дегазатор (20), выполненный с возможностью обрабатывать в первой камере (58а) воздух из герметизированных полостей (13) и во второй камере (58b) воздух из механического блока (30).

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые средства изолирования упомянутой смеси содержат трубопровод (40), напрямую соединяющий выход упомянутых герметизированных полостей (13) с упомянутым входом (27,53) упомянутой смеси в упомянутую камеру упомянутого дегазатора (20) таким образом, чтобы упомянутая смесь упомянутых герметизированных полостей питала напрямую упомянутый дегазатор без взаимодействия с упомянутым масляным туманом (39) механического блока.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что упомянутый дегазатор (20) расположен в упомянутом механическом блоке (30), причем упомянутый трубопровод (40) проходит через упомянутый механический блок (30).

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что упомянутый приводной вал (52) упомянутого дегазатора является полым и образует по меньшей мере участок упомянутого трубопровода (40), соединяющего упомянутые герметизированные полости газотурбинного двигателя с входом дегазатора.

5. Система по п. 2, отличающаяся тем, что упомянутый дегазатор (20) расположен между механическим блоком (30) и картером воздушного входа компрессора газотурбинного двигателя.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый дегазатор (20) расположен снаружи упомянутого механического блока (30), причем упомянутый приводной вал (52) упомянутого дегазатора проходит через упомянутый механический блок (30), при этом упомянутый механический блок (30) образует упомянутые средства изолирования упомянутой смеси от масляного тумана механического блока (30).

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый дегазатор (20) расположен между механическим блоком (30) и картером воздушного входа компрессора газотурбинного двигателя.

8. Система по одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что упомянутый механический блок (30) является коробкой редуктора или коробкой приводов агрегатов газотурбинного двигателя.

9. Система по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что упомянутый выход удаления масла из упомянутого дегазатора выходит в упомянутый механический блок (30).

10. Система по одному из пп. 1-9, отличающаяся тем, что упомянутый выход удаления масла из упомянутого дегазатора выходит в масляную емкость (35).

11. Газотурбинный двигатель, содержащий систему маслоотделения по одному из пп. 1-10.