УСТРОЙСТВО СЛИВА ТЕКУЧИХ СРЕД ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
FLUID-DRAINING DEVICE FOR AIRCRAFT ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству слива текучих сред для авиационного двигателя, к авиационному двигателю, содержащему такое устройство, а также к способу контроля этого двигателя.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В двигателях летательных аппаратов, таких как вертолет, часто возникает необходимость в удалении самых разных текучих сред, таких как топливо или масло, чтобы эти текучие среды не скапливались и не мешали работе этих двигателей. Например, некоторые двигатели требуют осуществления операций продувки, которые приводят к потерям текучих сред (топлива, масла и т.д.), которые необходимо собирать и обрабатывать.
В современной технике для сбора этих текучих сред предусмотрен контур возврата в бак для сбора этих текучих сред, то есть предусмотрен по меньшей мере один трубопровод для доставки текучих сред в топливный бак летательного аппарата. Однако такая технология имеет ряд недостатков. Действительно, она вынуждает эксплуатанта предусматривать этот контур возврата в бак, который служит для сбора различных текучих сред, сливаемых из двигателя. Необходимость соблюдения этого технического условия обусловлена еще и тем, что эти текучие среды могут иметь высокие расход и температуру. Могут возникать утечки, являющиеся следствием так называемых «спящих» неисправностей. Кроме того, собираемое масло загрязняет находящееся в баке топливо. Учет этих потенциальных утечек затрудняет работу эксплуатанта и не способствует установке двигателя на летательные аппараты, не содержащие контура возврата в бак.
Кроме того, утечки масла или топлива могут происходить в двигателе вследствие недостаточного уплотнения некоторых деталей, хотя это и не сказывается на работе этих деталей. В современной технике осуществляют операцию обслуживания сразу при обнаружении таких утечек, хотя они и не имеют серьезных последствий для двигателя, что приводит к увеличению частотности этих операций и к повышению расходов на обслуживание авиационного двигателя. В частности, это относится к гидромеханическим системам типа HMU, в которых динамические уплотнение может потенциально создавать внешние утечки. Утечки топлива на уровне слива устройства отбора мощности являются основной причиной демонтажа блоков насос/HMU, хотя эти утечки не имеют существенного влияния на работу двигателя. Поэтому желательно иметь возможность продолжать использовать гидромеханическую систему HMU, герметичность которой не является идеальной.
Известны разные решения для удаления текучих сред, сливаемых из авиационного двигателя, однако ни одно из этих решений не отвечает полностью и эффективно вышеупомянутым задачам и потребностям. Например, одним из решений является удаление сливаемых текучих сред в лоток в нижней стенке моторного отсека. Это решение не является удовлетворительным, так как приводит к выбросу текучих сред в атмосферу или на полосу, что все больше становится недопустимым. Другое решение состоит в оснащении двигателя устройством обработки слива текучих сред, причем это устройство содержит коллектор, выполненный с возможностью сбора текучих сред, сливаемых из двигателя. Этот коллектор может быть соединен через трубопровод с выпускным соплом двигателя, чтобы откачивать сливаемые текучие среды и доставлять их в выпускное сопло, где они должны сгорать. В этом случае на выходе сопла может появляться пламя и дым, что нежелательно с эстетической точки зрения особенно при запуске двигателя.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известного уровня техники проблему и удовлетворение вышеупомянутых требований.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству слива текучих сред для авиационного двигателя, содержащему коллектор, выполненный с возможностью сбора текучих сред, сливаемых из двигателя.
Согласно изобретению, это устройство слива отличается тем, что содержит средства откачки текучих сред, содержащихся в коллекторе, и удаления этих текучих сред и средства контроля, выполненные с возможностью оповещения о ненормальном сборе текучих сред коллектором, причем эти средства контроля выполнены с возможностью активации, когда расход собираемых текучих сред превышает пропускную способность средств откачки.
Как и в известных решениях, коллектор собирает различные сливаемые из двигателя текучие среды (масло, топливо и т.д.). Средства откачки и удаления позволяют откачивать текучие среды из коллектора с целью их удаления. Наконец, средства контроля позволяют отслеживать расход собираемых текучих сред и обнаруживать, когда этот расход становится ненормальным. Этот расход текучих сред является ненормальным, если он превышает пропускную способность средств откачки. Следовательно, расход откачки предпочтительно регулируют по пороговому значению (например, порядка несколько литров в час), соответствующему нормальной работе двигателя, то есть работе, при которой возможные потери и утечки текучих сред не сказываются на работе двигателя (то есть, за исключением случаев неисправности двигателя). Иначе говоря, при нормальной работе средства откачки удаляют все текучие среды, собираемые в коллекторе, когда эти средства откачки активированы. С другой стороны, в случае нарушений в работе и серьезных утечек текучих сред, то есть в случае неисправности двигателя пропускная способность средств откачки становится недостаточной для удаления собираемых текучих сред в коллектор. При этом средства контроля выполнены с возможностью активации и обнаружения этой ненормальной ситуации. В этом случае может потребоваться операция обслуживания двигателя. Средства контроля заявленного устройства позволяют таким образом ограничить операции обслуживания только случаями обнаружения серьезных утечек сливаемых текучих сред, что является преимуществом, в частности, с точки зрения стоимости обслуживания двигателя. Таким образом, средства контроля позволяют избегать преждевременного снятия двигателя и минимизировать периодические осмотры по сравнению с известными решениями.
Заявленное устройство слива позволяет минимизировать обмен данными с эксплуатантом и исключить контур возврата в бак. Предпочтительно устройство слива не имеет контура возврата в бак.
Согласно частному варианту выполнения изобретения, средства откачки содержат электрический, механический или пневматический насос.
В варианте средства откачки могут содержать эжектор типа реактивного патрубка. Этот эжектор может содержать первый канал для прохождения удаляемых текучих сред, один конец которого образует вход текучих сред, содержащихся в коллекторе, и другой конец которого образует выход для удаления текучих сред, и второй канал для нагнетания газа под давлением, который расположен вокруг или внутри первого канала и выполнен таким образом, чтобы нагнетаемый газ, выходящий из этого второго канала, способствовал принудительному удалению текучих сред через выход первого канала.
Первый канал может быть соединен с затвором, например, клапанным затвором. В варианте выполнения этот затвор управляется электрическим или механическим приводом. В варианте он может управляться текучей средой под давлением, при этом затвор закрыт, когда давление текучей среды ниже определенного порога, и открыт, когда это давление превышает этот порог. Таким образом, затвор позволяет управлять циркуляцией сливаемых текучих сред в первом канале. Это позволяет точно контролировать момент удаления сливаемых текучих сред, например, чтобы это удаление не происходило в момент зажигания двигателя.
Второй канал эжектора может содержать вход газа, который соединен со средствами отбора газа под давлением, например, из компрессора двигателя. Вход газа второго канала эжектора может быть соединен со средствами отбора через клапан, например, клапанный затвор, или через сужение проходного сечения. Этот клапан может быть электрическим, механическим или пневматическим (управляемым текучей средой под давлением). Клапан может управляться отбираемым газом под давлением. В этом случае, как было указано выше, он может быть закрыт, когда давление газов ниже определенного порога, и открыт, когда это давление превышает этот порог. Это представляет особый интерес, так как клапанный затвор работает в этом случае автономно, поскольку газы под давлением поступают во второй канал эжектора, когда их давление является достаточным, чтобы открыть клапанный затвор. Клапанный затвор может быть выполнен с возможностью открываться, когда летательный аппарат совершает полет и когда двигатель работает, например, в режиме полета на крейсерской скорости.
Согласно варианту выполнения, средства откачки интегрированы в коллектор. Иначе говоря, средства откачки установлены на коллекторе или внутри него, что позволяет уменьшить габариты устройства. В случае, когда средства откачки содержат эжектор вышеупомянутого типа, второй канал этого эжектора может быть установлен в коллекторе на уровне выхода удаляемых из него текучих сред, который в этом случае образует первый канал эжектора. В варианте средства откачки расположены на расстоянии от коллектора и соединены с его выходом текучих сред при помощи трубопровода.
Предпочтительно средства контроля содержат систему визуальной и/или электрической тревожной сигнализации, которая выполнена с возможностью ее отслеживания оператором, контролирующим коллектор, или с возможностью подачи сигнала в кабину экипажа летательного аппарата. Тревожная сигнализация срабатывает, когда расход заполнения коллектора превышает пропускную способность средств откачки. Она позволяет известить о любой ненормальной утечке двигателя, как было указано выше. В варианте средства контроля могут содержать смотровое отверстие или окно, выполненное в коллекторе. Таким образом, оператор может проверять уровень или объем текучих сред в коллекторе и принимать или не принимать решение о необходимости операции обслуживания. Можно также отслеживать несколько порогов расхода, чтобы наблюдать развитие неисправности и запланировать ремонт.
Предпочтительно средства контроля коллектора содержат сливной патрубок, выполненный с возможностью слива текучих сред из коллектора, когда расход собираемых текучих сред превышает пропускную способность средств откачки. Это позволяет избежать наружных потоков масла или топлива при отсутствии неисправности. В случае, когда такой поток появляется, оператор может легко установить, например, по следам подтеков на уровне сливного патрубка, что коллектор заполнен слишком большим количеством текучих сред. В этом случае он может принять решение о необходимости операции обслуживания.
Изобретение относится также к авиационному двигателю, содержащему сопло выпуска газообразных продуктов сгорания. Двигатель отличается тем, что содержит по меньшей мере одно заявленное устройство слива, при этом выход средств откачки выходит напрямую или через трубопровод внутрь сопла.
Таким образом, сливаемые текучие среды, удаляемые из коллектора, поступают в выпускное сопло двигателя, где они сгорают. Как было указано выше, момент, когда необходимо удалить сливаемые текучие среды, можно определить заранее, например, при помощи клапанного затвора, соединенного с первым или с вторым каналом эжектора типа реактивного патрубка, образующего средства откачки. Таким образом, сливаемые текучие среды можно удалять в сопло, только когда летательный аппарат находится в полете, чтобы минимизировать последствия выбросов.
Предпочтительно средства откачки соединены со средствами отбора газов из компрессора или из системы удаления газов из двигателя.
Объектом изобретения является также летательный аппарат, оснащенный заявленным устройством слива.
Объектом изобретения является также способ контроля двигателя, при этом способ содержит этап обслуживания двигателя после активации средств контроля устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Изобретение и его другие детали, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает  схематичный вид сбоку авиационного двигателя, содержащего заявленное устройство слива.
Фиг. 2 - схематичный вид сбоку первого варианта выполнения заявленного устройства слива.
Фиг. 3-10 - схематичный вид сбоку версий выполнения заявленного устройства слива.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Как показано на фиг. 1, двигатель 1 летательного аппарата (в данном случае вертолета) содержит (показанные прозрачно) газогенератор 2, состоящий из компрессора 3, камеры 4 сгорания и турбины 5, связанной со свободной турбиной 6. Свободная турбина 6 вращает основной ротор (не показан) при помощи силового вала 7 через трансмиссионную коробку (не показана). Газообразные продукты сгорания выходят в выпускное сопло 9.
Чтобы поддерживать двигатель чистым, двигатель 1 оснащен устройством 10 слива, предназначенным для сбора поступающих из двигателя остаточных текучих сред (топлива, масла, водяных конденсатов, загрязнений и т.д.).
Классически, устройство 30 слива содержит коллектор 11 и каналы 12 слива текучих сред, поступающих из различных частей двигателя, при этом выходы каналов выходят в коллектор 11.
Заявленное устройство слива текучих сред дополнительно содержит средства откачки текучих сред, содержащихся в коллекторе 11, и удаления этих текучих сред, а также средства контроля, выполненные с возможностью оповещения о ненормальном сборе текучих сред коллектором 11.
На фиг. 2 представлен первый вариант выполнения заявленного устройства 10 слива, в котором средства откачки и удаления и средства контроля обозначены соответственно позициями 13 и 14.
В представленном примере средства 13 откачки и удаления содержат вход 15, соединенный через трубопровод 16 с выходом 17 текучих сред коллектора 11, и выход 18, выходящий в выпускное сопло 9 двигателя 1. Сливаемые текучие среды поступают из каналов 12 (схематично показаны стрелками) в коллектор 11, который предпочтительно оборудован вентиляционным отверстием 12ʹ для установления сообщения между внутренней полостью коллектора, в которую поступают текучие среды, и наружным пространством.
В данном случае средства 13 откачки и удаления содержат эжектор 19 типа реактивного патрубка, оснащенный первым каналом 20 для прохождения сливаемых текучих сред, один (входной) конец которого образует вышеупомянутый вход 15 и другой (выходной) конец которого образует вышеупомянутый выход 18. Как схематично показано на фиг. 1, этот выход 18 может содержать сужение проходного сечения, что позволяет получить на выходе диффузор.
Средства 13 откачки и удаления содержат также второй канал 21 нагнетания газов под давлением, который в данном случае расположен внутри первого канала 20 и выполнен таким образом, чтобы выходящий из этого второго канала 21 газ под давлением способствовал принудительному удалению текучих сред, циркулирующих в канале 20, в сторону выхода 18 и в сопло 9. Этот газ под давлением расширяется в вышеупомянутом диффузоре, что приводит к созданию разрежения и к принудительному прохождению текучих сред в сопло 9.
Таким образом, второй канал 21 содержит выход 22 газа под давлением, находящийся вблизи выхода 18 первого канала 20. Вход 23 второго канала соединен трубопроводом 24 со средствами отбора газов под давлением в двигателе 1 (на чертеже не показаны). Отбор газа под давлением может происходить в компрессоре 3 двигателя, например, на уровне плоскости Р25 или Р3 (при этом плоскость Р25 находится между двумя компрессорными колесами, и плоскость Р3 находится на выходе этих колес).
Чтобы контролировать активацию откачки и момент удаления текучих сред в сопло 9, трубопровод 24 оснащен клапанным затвором 25, который открывается и пропускает газ под давлением, отбираемый в трубопроводе, в эжектор 19, когда давление этого газа превышает или равно заранее определенному пороговому значению. В данном случае клапанный затвор 25 представлен в виде подвижного шарика, прижимаемого пружиной сжатия к седлу, окружающему выход газа средств отбора. Таким образом, клапанный затвор 25 приводится в действие газом под давлением. Вышеупомянутое пороговое значение, которое зависит в частности от жесткости пружины в представленном примере, предпочтительно определяют таким образом, чтобы точно контролировать момент удаления сливаемых текучих сред, в частности, чтобы оно не происходило при зажигании двигателя.
В данном случае средства 14 контроля коллектора 11 представляют собой простой сливной патрубок 34. Согласно изобретению, эти средства 14 контроля выполнены с возможностью активации, когда расход текучих сред, поступающих в коллектор 11, превышает пропускную способность средств 13 откачки (эжектора 19). Таким образом, средство 14 контроля позволяют обнаружить ненормальный сбор текучих сред коллектором 11, в частности, слишком большое количество по сравнению с обычным количеством текучих сред, сливаемых при нормальной работе двигателя.
Когда расход собираемых текучих сред превышает пропускную способность средств 13 откачки, средства 14 контроля могут выдавать сигнал, который может быть визуальным и/или электрическим тревожным сигналом.
При установке расхода откачки в пороговом значении, соответствующем нормальной работе двигателя, то есть работе, при которой возможные потери и утечки текучих сред не влияют на работу двигателя, средства 13 откачки перестают удалять собираемые текучие среды, как только расход собираемых текучих сред превышает расход откачки. В случае, когда это позволяет коллектор, уровень текучих сред в коллекторе 11 при неисправности двигателя повышается.
В случае, когда коллектор 11 содержит лючок, через который оператор может наблюдать уровень текучих сред в коллекторе, средства 14 контроля включают в себя этот лючок, который предназначен таким образом для оповещения оператора (визуальная тревожная сигнализация).
В варианте или дополнительно коллектор 11 может содержать сливной патрубок 34, предназначенный для слива текучих сред из коллектора 11, в частности, когда объем собираемых текучих сред превышает емкость коллектора 11. Дополнительно к средствам тревожной сигнализации оператор может наблюдать следы подтеков вследствие перелива через уровень сливного патрубка 34 в случае неисправности двигателя, и, таким образом, сливной патрубок 34 представляет собой другой тип визуальной тревожной сигнализации. Сливной патрубок 34 может быть соединен трубкой с лотком в нижней части моторного отсека или с дополнительным резервуаром сбора.
В качестве электрической и визуальной тревожной сигнализации средства 14 контроля могут содержать датчик, предназначенный для обнаружения уровня текучих сред в коллекторе 11 и для подачи сигнала в кабину экипажа летательного аппарата, который может наблюдать пилот, например, при помощи сигнальной лампочки.
Таким образом, средства 14 контроля позволяют обнаруживать серьезную и ненормальную утечку текучих сред достаточно быстро, чтобы оповестить оператора или пилота летательного аппарата. Активация тревожного сигнала указывает на неисправность двигателя и на необходимость операции обслуживания.
Хотя это и не входит в рамки изобретения, двигатель, частично показанный на фиг. 2, содержит другие средства 26 слива, которые в данном случае предназначены для сбора топлива, не сгоревшего в камере 4 сгорания, и для его удаления в сопло 9 при помощи трубопровода 27, выход которого сообщается с соплом. Заявленное устройство 10 слива выполнено отдельно от этих средств 26 слива, которые не оборудованы ни средствами откачки, ни средствами контроля.
На фиг. 3-10 представлены версии выполнения изобретения, в которых уже описанные выше элементы обозначены теми же позициями.
В версии, показанной на фиг. 3, средства 13 откачки (эжектор 19) интегрированы в коллектор 11. Первый канал 20 установлен непосредственно на выходе 17 текучих сред коллектора 11 и соединен с одним концом трубопровода 16, другой конец которого выходит в сопло 9. Второй канал 21 эжектора 19 проходит внутри первого канала 20, и его вход 23 соединен через трубопровод 24, который может быть оснащен клапанным затвором 25, со средствами отбора газа под давлением в двигателе 1.
Показанное на фиг. 3 устройство слива содержит также средства 14 контроля вышеупомянутого типа.
Это устройство работает аналогично устройству, показанному на фиг. 2.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 4, средства 13 откачки содержат эжектор 19, первый канал 20 которого установлен внутри второго канала 21, образуя форсунку. Вход первого канала 20 соединен через трубопровод 16 с выходом 17 текучих сред из коллектора 11. Вход второго канала 21 соединен трубопроводом 24 со средствам отбора газа, а его выход расположен вокруг выхода первого канала 20 и выходит в сопло 9.
В данном случае эжектор 19 работает наподобие форсунки покрасочного пистолета, выталкивая газ под давлением вокруг выхода 18 первого канала 20, чтобы засасывать в сопло 9 поступающие из коллектора 11 текучие среды.
Кроме того, трубопровод 24, соединяющий второй канал 21 эжектора со средствами отбора, имеет сужение 28 проходного сечения (вместо клапанного затвора 25, показанного на фиг. 2). Это сужение 28 позволяет задержать удаление текучих сред, чтобы оно не произошло в момент запуска двигателя. Таким образом, при запуске давление во втором канале 21 эжектора слегка повышается, и удаление текучих сред в сопло 9 происходит при превышении заранее определенного порога давления.
Устройство слива содержит также средства 14 контроля вышеупомянутого типа.
Версия выполнения на фиг. 5 отличается от варианта выполнения, показанного на фиг. 2, в основном тем, что трубопровод 24 не оснащен клапанным затвором и не имеет сужения. Вместо этого на трубопроводе 16, который соединяет выход 17 коллектора 11 с входом первого канала 20 эжектора 19, установлен клапан, например, золотниковый клапан 29.
Клапан 29 содержит вход, соединенный участком трубопровода 16 с выходом 17 коллектора 11, и выход, соединенный другим участком трубопровода 16 с входом первого канала 20 эжектора 19. Клапан 29 дополнительно содержит внутренний орган 30, перемещающийся между положением закрывания вышеупомянутых выхода и/или входа клапана 29 и положением, в котором вход и выход клапана 29 гидравлически между собой сообщаются. Орган 30 удерживается пружиной в положении закрывания клапана 29. Перемещение того органа 30 управляется газом под давлением, который в данном случае является частью газа под давлением, отбираемого из двигателя вышеупомянутыми средствами отбора. Для этого трубопровод 24, соединяющий средства отбора с эжектором 19, может содержать отвод 31, соединенный с полостью клапана 29, в которой подвижно установлен орган. Клапан 29 должен открываться, когда давление отбираемого газа превышает или равно заранее определенному пороговому значению, которое, в частности, зависит от жесткости пружины в представленном примере и которое предпочтительно определяют таким образом, чтобы точно контролировать момент удаления сливаемых текучих сред, в частности, чтобы оно не происходило при зажигании двигателя.
В версии, как показано пунктирной линией на фиг. 5, трубопровод 31 может быть соединен своим концом, противоположным клапану, со средствами отбора воздуха в компрессоре двигателя.
Версия выполнения, показанная на фиг. 6, отличается от варианта выполнения на фиг. 2 в основном тем, что трубопровод 24 соединен со средствами отбора газа под давлением не в компрессоре двигателя, а в системе удаления газов (не показана) из двигателя. Таким образом, удаление текучих сред в сопло 9 происходит при помощи системы удаления газов из двигателя.
Версия выполнения, показанная на фиг. 7, отличается от варианта выполнения на фиг. 3 в основном тем, что трубопровод 24, соединяющий второй канал 21 эжектора со средствами отбора, имеет сужение 28 проходного сечения (вместо клапанного затвора, показанного на фиг. 3). Это сужение 28 выполняет такую же функцию, что и сужение, описанное со ссылками на фиг. 4.
Версия выполнения, показанная на фиг. 8, отличается от варианта выполнения на фиг. 2 в основном тем, что трубопровод 24, соединяющий второй канал 21 эжектора со средствами отбора, имеет сужение 28 проходного сечения (вместо клапанного затвора, показанного на фиг. 2). Это сужение 28 выполняет такую же функцию, что и сужение, описанное со ссылками на фиг. 4.
Версия выполнения, показанная на фиг. 9, отличается от варианта выполнения на фиг. 3 в основном тем, что трубопровод 24, соединяющий второй канал 21 эжектора со средствами отбора, оборудован клапаном 32 с электрическим приводом (вместо клапанного затвора 25, показанного на фиг. 3). Этот клапан 32 открывается, чтобы пропускать отбираемый газ под давлением, когда его активируют по команде, поступающей, например, из вычислительного устройства двигателя.
В версии выполнения, показанной на фиг. 10, средства 13 откачки устройства слива содержат электрический или механический насос 33, установленный на трубопроводе 16, один конец которого соединен с выходом 17 коллектора 11, а противоположный конец выходит в сопло 9. При активации этот насос 33 направляет текучие среды из коллектора 11 в сопло 9. Пропускную способность этого насоса калибруют таким образом, чтобы установить порог расхода, сверх которого устройство контроля подает сигнал о ненормальной работе двигателя. Эта версия не требует наличия затвора, сужения или отбора воздуха. Устройство слива содержит также средства 14 контроля вышеупомянутого типа.