СПОСОБ СУФЛИРОВАНИЯ МАСЛЯНОЙ ПОЛОСТИ ОПОРЫ РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И МАСЛОКОЛЬЦЕВОЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF BREATHING GAS TURBINE ENGINE ROTOR SUPPORT OIL CAVITY AND OIL RING VACUUM PUMP FOR IMPLEMENTATION THEREOF

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.