СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE ENGINE ROTOR RPM MEASUREMENT SYSTEM

Система измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя относится к газотурбостроению и авиадвигателестроению, более конкретно - к системам измерения частоты вращения ротора газотурбинных двигателей, имеющих циркуляционную систему смазки подшипниковых опор, включающую системы подачи масла и суфлирования, в частности - к системам измерения частоты вращения ротора свободных турбин газотурбинных двигателей наземного использования.
Известна система измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя, имеющего циркуляционную систему смазки подшипниковых опор, включающую системы подачи масла и суфлирования, каналы смазки которых выполнены в ребрах опоры газотурбинного двигателя, в том числе в ребрах опоры свободной турбины газотурбинного привода, включающая механическую, посредством зубчатых колес и валов, систему передачи сигнала к датчику частоты вращения, закрепленного на деталях статора газотурбинного двигателя (Р.О.Юсипов, А.Н.Маркушин, В.В.Беляев. Линейка газотурбинных двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ, НК-16-20СТ для ГПА. Газотурбинные технологии, №3, 2008. С.26-27).
Недостатком системы является то, что механические, посредством зубчатых колес и валов, системы передачи сигнала к датчику частоты вращения, в условиях вибрации деталей ротора и статора газотурбинного двигателя, обладают недостаточной надежностью, усложняют конструкцию валов и опор газотурбинного двигателя. В случае возникновения дефекта в механической системе передачи сигнала ремонт ее возможен только в заводских условиях.
Известна также система измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя или паровой турбины, содержащая бесконтактный датчик частоты вращения, например индукционного типа, содержащая индуктор, выполненный, например, в виде зубчатого колеса, установленного на роторе газотурбинного двигателя под датчиком частоты вращения, с осью, совпадающей с осью вращения ротора газотурбинного двигателя, систему обработки сигнала, электрические линии, связывающие датчик частоты вращения с системой обработки сигнала (А.с. СССР №1257246, 22.10.1984. Многоканальная система защиты агрегата).
Недостатком системы является то, что расположение датчика частоты вращения рядом с деталями турбины, имеющими высокую температуру, приводит к снижению надежности системы и точности замера сигнала.
Наиболее близким к заявляемому техническим решением-прототипом является система измерения частоты вращения ротора свободной турбины газотурбинных двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ, НК-36СТ, НК-37СТ, НК-38СТ, имеющих циркуляционную систему смазки подшипниковых опор, включающую системы подачи масла и суфлирования, каналы смазки которых выполнены в ребрах опоры газотурбинного двигателя, содержащая бесконтактный датчик частоты вращения, например индукционного типа, закрепленный на деталях статора газотурбинного двигателя, содержащая индуктор, выполненный, в виде зубчатого колеса, установленного на роторе газотурбинного двигателя под датчиком частоты вращения, с осью, совпадающей с осью вращения ротора газотурбинного двигателя, систему обработки сигнала, электрические линии, связывающие датчик частоты вращения с системой обработки сигнала (Патент RU 2270426 С2, 08.01.2004. Устройство для замера оборотов свободной турбины).
Недостатками известной системы является то, что расположение датчика частоты вращения рядом с деталями турбины, имеющими высокую температуру, приводит к снижению надежности системы и точности замера сигнала, а в ряде случаев требует и охлаждения электрических линий, проложенных в корпусных элементах турбины, также имеющих высокую температуру, например воздухом из системы его отбора.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции системы измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя, повышение надежности ее работы, улучшение ремонтопригодности.
Решаемая техническая задача в системе измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя, имеющего циркуляционную систему смазки подшипниковых опор, включающую системы подачи масла и суфлирования, каналы смазки которых выполнены, например, в ребрах опоры газотурбинного двигателя, содержащей бесконтактный датчик частоты вращения, например индукционного типа, закрепленный на деталях статора газотурбинного двигателя, содержащей индуктор, выполненный, например, в виде зубчатого колеса, установленного на роторе газотурбинного двигателя под датчиком частоты вращения, с осью, совпадающей с осью вращения ротора газотурбинного двигателя, систему обработки сигнала, электрические линии, связывающие датчик частоты вращения с системой обработки сигнала, достигается тем, что индуктор конструктивно выполнен под входом в канал смазки системы суфлирования, датчик частоты вращения закреплен на корпусных элементах газотурбинного двигателя в зоне входа в канал смазки системы суфлирования, а электрические линии, связывающие датчик частоты вращения с системой обработки сигнала, расположены в каналах смазки масляной полости системы суфлирования.
Кроме того, канал смазки системы суфлирования может быть выполнен в виде трубки с возможностью ее демонтажа в условиях эксплуатации, с элементами крепления трубки к корпусу опоры на уровне наружного корпуса рабочего тракта двигателя с одной стороны, например фланцевым креплением, и со скользящими уплотнениями с другой стороны, в зоне входа в канал суфлирования.
Технический эффект в части выполнения системы измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя с индуктором, конструктивно выполненным под входом в канал смазки системы суфлирования, датчиком частоты вращения, закрепленным на корпусных элементах газотурбинного двигателя в зоне входа в канал смазки системы суфлирования, с расположением электрических линий, связывающих датчик частоты вращения с системой обработки сигнала, в каналах смазки масляной полости системы суфлирования, заключается в упрощении конструкции и повышении надежности работы системы.
Технический эффект в части выполнения системы измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя с каналом смазки, выполненным в виде трубки с возможностью ее демонтажа в условиях эксплуатации, с элементами крепления трубки к корпусу опоры на уровне наружного корпуса рабочего тракта двигателя с одной стороны, например фланцевым креплением, и со скользящими уплотнениями с другой стороны, в зоне входа в канал суфлирования, заключается в реализации возможности замены датчика в условиях эксплуатации, при необходимости, и в улучшении ремонтопригодности двигателя.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема системы измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя НК-16СТ с механической, посредством зубчатых колес и валов, системой передачи сигнала к датчику частоты вращения; на фиг.2 дан в увеличенном масштабе вид А фиг.1 - схема расположения конструктивных элементов в опоре свободной турбины газотурбинного двигателя НК-16СТ; на фиг.3 представлен разрез опоры свободной турбины газотурбинного двигателя НК-16СТ с установленным датчиком частоты вращения индукционного типа; на фиг.4 дан в увеличенном масштабе вид Б фиг.3 - схема установки датчика частоты вращения на входе в канал смазки системы суфлирования; на фиг.5 дан в увеличенном масштабе вид В фиг.3 - схема крепления канала смазки системы суфлирования, выполненного в виде трубки, в корпусе турбины.
Система измерения частоты вращения ротора газотурбинного двигателя НК-16СТ (фиг.1), состоящего из свободной турбины 1 и газогенератора 2, конвертированного из авиационного газотурбинного двигателя, в состоянии серийной поставки имеет механические, посредством зубчатых колес 3 и валов 4, системы передачи сигнала к датчикам частоты вращения. Механическая часть системы измерения частоты вращения ротора свободной турбины, включающего диск 5 с рабочими лопатками и вал 6, расположена в опоре 7 свободной турбины 1 (фиг.2). Аналогичная система передачи сигнала к датчикам частоты вращения расположена и в средней опоре 8 газогенератора 2. Опора 7 свободной турбины 1 содержит опорный подшипник 9, циркуляционно охлаждаемый и смазываемый маслом через подающие линии смазки 10 и форсунки 11, с отводом масла через линии смазки системы суфлирования, отводящий канал которой выполнен в виде трубки 12. Опора 7 содержит полые ребра 13, в одном из которых, в линии смазки системы суфлирования, выполненной в виде трубки 12, проходит вал 4 механической части системы передачи сигнала к датчику частоты вращения. Конструкция не позволяет демонтировать трубку 12 в условиях эксплуатации.
В примере выполнения системы измерения частоты вращения ротора свободной турбины 1 газотурбинного двигателя НК-16СТ в соответствии с формулой настоящего изобретения под входом 14 в отводящий канал 12 системы суфлирования установлен индуктор 15, выполненный в виде зубчатого колеса, установленного на вал 6 ротора свободной турбины 1, соосно с ним. В отводящем канале 12 системы суфлирования, выполненном в виде трубки, расположены электрические линии 16, идущие от чувствительного элемента датчика частоты вращения 17. Направление отвода масла на входе в систему суфлирования показано стрелкой 18. В серийном исполнении двигателя НК-16СТ на валу 6 ротора свободной турбины 1 имеется зубчатое колесо, задействованное в системе механической передачи сигнала, которое могло бы быть использовано в качестве индуктора, однако оно сдвинуто от оси отводящего канала 12 системы суфлирования, выполненного в виде трубки, что может привести к затруднениям при монтаже индукционного датчика из-за искривления электрических линий 16 и нарушения стабильных условий их работы. Поэтому индуктор выполнен и установлен на вал 6 ротора свободной турбины 1 в качестве отдельного элемента 15, представляющего собой зубчатое колесо, однако конструктивно может быть выполнен и за одно с валом 6. Чувствительный элемент датчика частоты вращения 17 закреплен в зоне входа в канал смазки системы суфлирования по оси отводящего канала 12 над индуктором 15. Канал смазки 12 системы суфлирования выполнен в виде трубки с возможностью ее демонтажа в условиях эксплуатации, с элементами крепления 19 трубки к корпусу опоры на уровне наружного корпуса рабочего тракта двигателя с одной стороны, например фланцевым креплением 20, и со скользящими уплотнениями 21 с другой стороны, в зоне входа 14 в канал суфлирования 12. Направление отвода масла на выходе из канала смазки 12 системы суфлирования показано стрелкой 22.
Система измерения частоты вращения ротора работает следующим образом: в процессе работы газотурбинного привода вместе с валом 6 ротора вращается индуктор 15, выполненный в данном случае в форме зубчатого колеса. Из-за наличия выступов и впадин на зубчатом колесе происходит изменение потока магнитной индукции в чувствительном элементе 17 системы измерения частоты вращения ротора, преобразующим данные изменения в электрический сигнал переменного тока с частотой, соответствующей частоте вращения ротора, умноженной на число выступов на зубчатом колесе индуктора. Сигнал от чувствительного элемента 17 системы измерения частоты вращения ротора передается по электрическим линиям 16, связывающим датчик частоты вращения с системой обработки сигнала, при этом электрические линии проходят внутри трубки 12 системы суфлирования, по которой происходит отвод масла 18, 22, смазывающего и охлаждающего опорный подшипник 9 свободной турбины 1, чем обеспечивается стабильный температурный режим работы системы измерения частоты вращения ротора. При необходимости замены датчика частоты вращения, в том числе в условиях эксплуатации, может быть выполнен демонтаж трубки 12 вместе со всеми элементами датчика частоты вращения 16, 17 и последующий монтаж трубки с другим датчиком частоты вращения, для чего в конструкции использованы элементы крепления 19 фланцевого соединения 20 и скользящие уплотнения 21 в зоне входа 14 в канал суфлирования 12.
Упрощение конструкции системы измерения частоты вращения ротора позволяют, при решении технической задачи изобретения, уменьшить затраты на техническое обслуживание системы, повысить надежность ее работы с обеспечением необходимой точности замера, обеспечить ремонтопригодность системы в условиях эксплуатации.
Промышленная применимость: техническое решение использовано в конкретной системе измерения частоты вращения ротора свободной турбины газотурбинного двигателя НК-16СТ, изготавливаемого ОАО «КМПО» (см. Р.О.Юсипов, А.Н.Маркушин, В.В.Беляев. Линейка газотурбинных двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ, НК-16-20СТ для ГПА. Газотурбинные технологии, №3, 2008. С.26-27), в варианте серийной поставки имеющего и в свободной турбине 1 и в газогенераторе 2 механические, посредством зубчатых колес 3 и валов 4, системы передачи сигнала к датчикам частоты вращения. Все составляющие электрической части системы измерения частоты вращения ротора в варианте серийной поставки двигателя вынесены за пределы наружных корпусов газотурбинного привода. В варианте, соответствующем формуле настоящего изобретения, в качестве чувствительного элемента системы измерения частоты вращения ротора использован серийно выпускаемый преобразователь частоты вращения «ОГ 018» разработки НИИ физических измерений, г.Пенза, выпускаемый с маслозащищенным электрическим кабелем. В качестве чувствительного элемента системы измерения частоты вращения ротора могут быть использованы и другие, серийно выпускаемые преобразователи частоты вращения, например ДЧВ-2500 «Саратовского электроагрегатного ПО», или датчики не серийной разработки. Индуктор выполнен и установлен на вал 6 ротора свободной турбины 1 в качестве отдельного элемента 15, представляющего собой зубчатое колесо с числом зубьев Z=39. Стабильность работы системы обеспечивается монтажным зазором Н=1,5…5,0 мм между чувствительным элементом преобразователя частоты вращения «ОГ 018» и выступами зубчатого колеса индуктора 15. Замена датчика частоты вращения в эксплуатации, при необходимости, выполняется путем демонтажа трубки 12 вместе со всеми элементами датчика частоты вращения 16, 17. Для обеспечения демонтажа-монтажа трубки 12 в конструкции предусмотрены элементы крепления 19 фланцевого соединения 20, закрепленного на наружном конце трубки 12 канала суфлирования, и кольца уплотнения 21 из резины ИРП-1287 в зоне входа 14 в канал суфлирования 12.
Решение поставленной технической задачи изобретения позволяет упростить конструкцию системы измерения частоты вращения ротора, обеспечить стабильный температурный режим работы при обеспечении требуемых параметров точности измерений, повысить ремонтопригодность системы.