СПОСОБ НАДДУВА ОПОР ДВУХРОТОРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD TO PRESSURISE TWO-ROTOR GAS TURBINE ENGINE BEARINGS

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к способам наддува опор газотурбинных двигателей.
Известен способ наддува опор двухроторного газотурбинного двигателя, заключающийся в подаче воздуха от одной из ступеней компрессора в предмасляную полость задней опоры компрессора низкого давления и через сообщенные с ней воздуховоды в предмасляные полости остальных опор компрессора и опор турбины, причем на режиме запуска двигателя с момента начала запуска до частоты вращения роторов двигателя, близкой к частоте их вращения на режиме «малый газ», и режиме останова двигателя от частоты вращения его роторов, близкой к частоте вращения на режиме «малый газ», до полного останова двигателя подачу воздуха осуществляют от компрессора высокого давления, а на остальных режимах работы двигателя переводят клапан переключения наддува на подачу воздуха от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления (Патент РФ №2188331, F02C 7,06, 2001 г.).
Известный способ обеспечивает централизованный наддув опор всего двигателя от одного питающего воздуховода через клапан переключения наддува с последовательным распределением подаваемого воздуха на все опоры, начиная с компрессора, и снижает возможность попадания масла из маслосистемы в газовоздушный тракт двигателя на режимах запуска и останова двигателя за счет создания избыточного давления в предмасляных полостях по отношению к давлению в газовоздушном тракте в районе опор путем подачи воздуха от одной из ступеней компрессора высокого давления.
Тем не менее, выброс масла в предмасляные полости опор на данных режимах не исключен из-за наличия в газовоздушном тракте двигателя зон с пониженным уровнем давления. Так, за компрессором низкого давления на режимах, близких к «малому газу», перед входом в компрессор высокого давления может создаваться разрежение, а на выходе из турбины низкого давления давление в тракте незначительно превышает окружающее давление, что и может привести к выбросу масла из масляных полостей.
Кроме того, в обеспечение экологических требований к двигателю, не допускающих попадание масла на стояночную и взлетно-посадочную полосы, для локализации и утилизации остатков масла из предмасляных полостей, просочившихся из масляных полостей на режимах запуска и останова, на двигателях предусмотрена дренажная система и сливной бачок, который не всегда возможно разместить в заданных размерах, отведенных в мотогондоле под двигатель.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности и ресурса двигателя, а также обеспечение его соответствия экологическим требованиям за счет обеспечения герметичности опор двигателя на режимах взлета и посадки при одновременном обеспечении утилизации остатков масла из воздушных полостей опор без использования дополнительных агрегатов, таких как трубопроводы и сливной бачок дренажной системы.
Задача решается тем, что в способе наддува опор двухроторного газотурбинного двигателя, заключающемся в подаче воздуха от одной из ступеней компрессора в предмасляную полость задней опоры компрессора низкого давления и через сообщенные с ней воздуховоды в предмасляные полости остальных опор компрессора и опор турбины, причем на режиме запуска двигателя с момента начала запуска до частоты вращения роторов двигателя, близкой к частоте их вращения на режиме «малый газ», и режиме останова двигателя от частоты вращения его роторов, близкой к частоте вращения на режиме «малый газ», до полного его останова подачу воздуха осуществляют от компрессора высокого давления, а на остальных режимах работы двигателя переводят клапан переключения наддува на подачу воздуха от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления, во время подачи воздуха от компрессора высокого давления клапаны суфлирования компрессора и турбины, сообщенные соответственно с предмасляными полостями опор компрессора и турбины, закрывают, а после перевода клапана переключения наддува на подачу воздуха от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления клапаны суфлирования компрессора и турбины открывают, причем закрытие этих клапанов при останове двигателя производят до перевода клапана переключения на отбор воздуха от компрессора высокого давления.
Кроме того, перевод клапана переключения наддува от подачи воздуха от компрессора высокого давления на подачу воздуха от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления производят при более низких значениях температуры отбираемого воздуха, чем температура самовоспламенения масла.
Закрытие клапанов суфлирования компрессора и турбины, сообщенных, соответственно, с предмасляными полостями опор компрессора и турбины, при подаче воздуха от компрессора высокого давления обеспечивает, с одной стороны, герметичность опор, а с другой стороны, перевод остатков масла в масляный пар (за счет высокой температуры) в предмасляных полостях, то есть в тракте суфлирования двигателя.
Открытие клапанов суфлирования компрессора и турбины после перевода клапана переключения наддува на подачу воздуха от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления обеспечивает очищение предмасляных полостей от остатков масла за счет эвакуации их паров по магистрали суфлирования воздухом системы наддува в атмосферу, что позволяет отказаться от дренажной системы и сливного бачка.
Перевод клапана переключения наддува от подачи воздуха от компрессора высокого давления на подачу воздуха от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления при более низких значениях температуры отбираемого воздуха, чем температура самовоспламенения масла, позволяет снизить температуру подаваемого воздуха. «Холодный воздух», отбираемый от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления, исключает самовоспламенение масла.
Осуществление закрытия клапанов суфлирования компрессора и турбины при останове двигателя до перевода клапана переключения на отбор воздуха от компрессора высокого давления исключает выход масла в любом агрегатном состоянии в атмосферу и обеспечивает герметичность опор после установки клапана переключения наддува на отбор воздуха от компрессора высокого давления.
Представленное изобретение поясняется чертежом, на котором представлен продольный размер двигателя.
Двухроторный газотурбинный двигатель содержит компрессор низкого давления 1 с передней 2 и задней 3 опорами, компрессор высокого давления 4 с передней опорой 5 и турбину 6 с опорами 7. Система наддува опор содержит полости наддува 8 и 9 опор 2 и 3 компрессора низкого давления 1, полость наддува 10 передней опоры 5 компрессора высокого давления 4 и полости наддува 11 опор 7 турбины 6. Полости наддува 8. 9, 10, 11 сообщены друг с другом воздуховодами 12, 13, 14 и через воздуховод 15, выполненный в стойках промежуточного корпуса компрессора, клапан переключения наддува 16 и питающий воздуховод 17 сообщены с одной из последних ступеней компрессора 4. Система наддува опор содержит также предмасляные полости 18, 19 опор 2, 3 компрессора низкого давления 1, предмасляную полость 20 передней опоры 5 компрессора высокого давления 4 и предмасляную полость 21 опор 7 турбин 6. Опоры 2, 3, 4, 5 оснащены клапанами суфлирования 22, 23 с воздуховодами 24, 25. Предмасляные полости 18, 19, 20, 21 через подвижные уплотнения сообщены с маслосистемой двигателя, а полости наддува 8, 9, 10, 11 сообщены с его газовоздушным трактом.
Работа системы наддува опор двухроторного газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.
В процессе запуска двигателя клапаны суфлирования 22 и 23 компрессора и турбины закрыты. Воздух через клапан переключения наддува 16 подают от одной из ступеней компрессора высокого давления 4, в результате чего в полости наддува 8, 9, 10, 11 опор 2, 3, 5, 7 двигателя поступает воздух относительно высокого давления, создавая избыточное давление в них относительно газовоздушного тракта. Подачей воздуха от компрессора высокого давления 4, имеющего достаточно высокую температуру, обеспечивается перевод остатков масла в масляный пар в предмасляных полостях 18, 19, 20, 21, то есть в тракте суфлирования. Переключение клапана 16 на наддув из наружного контура, т.е. отбор воздуха от одной из последних ступеней компрессора низкого давления 1 или из газовоздушного тракта за ним, производят, когда температура воздуха наддува от ступени компрессора высокого давления 4 ниже температуры самовоспламенения масла. Более «холодный» воздух от компрессора низкого давления 1 исключает самовоспламенение масла. Далее повышают частоту вращения ротора, производят открытие клапанов суфлирования 22 и 23 компрессора и турбины и эвакуируют пары остатков масла в атмосферу воздухом системы наддува.
На рабочих режимах двигателя воздуховод 15 через вход клапана переключения наддува 16 сообщается с газовоздушным трактом за компрессором низкого давления 1.
При подходе к режиму малого газа вначале закрывают клапаны суфлирования 22 и 23 компрессора и турбины, чем исключают выход масла в любом агрегатном состоянии в атмосферу, далее с целью обеспечения герметичности опор и выхода масла в предмасляные полости клапан переключения 16 переключают на отбор воздуха от одной из ступеней компрессора высокого давления 4 и выходят на режим малого газа. Поступающий от компрессора 4 высокого давления через воздуховод 15 в полость наддува 9 воздух направляется в предмасляную полость 19 опоры 3 компрессора 1 и по воздуховодам 12, 13 и 14 в предмасляную полость 18 опоры 2 компрессора 1, предмасляную полость 20 опоры 5 компрессора 4 и предмасляную полость 21 опор 6 турбины 7. Таким образом, на выбеге ротора обеспечивается перепад давления на подвижных уплотнениях, разделяющих предмасляные полости 18, 19, 20, 21 от маслосистемы. На режиме малого газа уровень температуры воздуха от клапана переключения наддува 16 значительно ниже температуры коксообразования масла, что сводит на нет режим парообразования масла. В процессе выбега роторов двигателя возможен выход масла из масляных полостей в предмасляные полости. Но так как клапаны суфлирования 22 и 23 компрессора и турбины закрыты, выхода масла в окружающую среду не происходит. Остатки масла в предмасляных полостях 18, 19, 20, 21 оставляют до следующего запуска.
Таким образом, способ наддува опор осуществляется следующим образом.
На режиме запуска двигателя с момента начала запуска до частоты вращения роторов двигателя, близкой к частоте их вращения на режиме «малый газ», и режиме останова двигателя от частоты вращения его роторов, близкой к частоте вращения на режиме «малый газ», до полного его останова осуществляют подачу воздуха от компрессора высокого давления в предмасляную полость задней опоры компрессора низкого давления и через сообщенные с ней воздуховоды в предмасляные полости остальных опор компрессора и опор турбины, причем во время подачи воздуха от компрессора высокого давления клапаны суфлирования компрессора и турбины, сообщенные соответственно с предмасляными полостями опор компрессора и турбины, закрывают. Перевод клапана переключения наддува от подачи воздуха от компрессора высокого давления на подачу воздуха от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления производят при более низких значениях температуры отбираемого воздуха, чем температура самовоспламенения масла.
На остальных (рабочих) режимах работы двигателя переводят клапан переключения наддува на подачу воздуха от компрессора низкого давления или из газовоздушного тракта за компрессором низкого давления, причем после этого перевода клапаны суфлирования компрессора и турбины открывают.
На режиме останова двигателя закрытие клапанов суфлирования компрессора и турбины производят до перевода клапана переключения наддува на отбор воздуха от компрессора высокого давления.
Предлагаемый способ позволяет произвести удаление остатков масла из воздушных полостей опор двигателя на запуске и останове, воспользовавшись магистралями суфлирования, и, тем самым, отказаться от дренажных систем и, в частности, от трубопроводов, сливного бачка и т.д.
Данный способ обеспечивает герметичность опор, повышает ресурс и надежность двигателя, а также позволяет обеспечить экологические требования к двигателю, а именно избежать капельных течей на покрытие аэродрома при стоянке самолета.