Основные параметры масляной системы

По определению масляная система предназначена для осуществления бесперебойной подачи масла к узлам трения двигателя в процессе его работы. При этом уровень температуры и количество прокачиваемого масла должны быть выбраны, исходя из необходимости обеспечения надежности двигателя в течение установленного ресурса и с учетом требования высокого конструктивного совершенства масляной системы, минимизации массы и габаритных размеров ее агрегатов, их элементов крепления и обвязки трубопроводами.

Очевидно, что величина потребной прокачки масла будет зависеть от типа ГТД, его конструктивно-силовой схемы и размерности двигателя. При проектировании ГТД расчетным путем определяют ожидаемую величину теплоотвода в масло от узлов трения (подшипников, зубчатых зацеплений и контактных уплотнений валов), от стенок масляных полостей опор, от нагретого воздуха, проникающего через уплотнения масляных полостей опор, и от потерь мощности, затрачиваемой на привод агрегатов масляной системы. Суммарная величина этих составляющих теплоподвода получила название «теплоотдача в масло».

Определив ожидаемый уровень теплоотдачи в масло на максимальном режиме назначают в первом приближении потребную величину прокачки масла через двигатель

                                     (6.1)

 где  – величина теплоотдачи в масло на максимальном режиме

 (при Н=0, V=0, САУ);

 – удельная теплоемкость масла (в первом приближении её величину следует принять при температуре масла 100°С), ;

 – подогрев масла в двигателе (задают от 40 до 50°С).

Во втором приближении с учётом результатов проведенного анализа по выбору рациональной схемы охлаждения масла, исходя из располагаемого хладоресурса топлива (или воздуха) и приемлемой термостабильности намеченных к использованию сортов масла, уточняют потребную величину прокачки масла. При этом, назначив максимально допустимую величину температуры масла на входе в двигатель (), в формуле (6.1) в окончательном расчёте удельную теплоемкость масла принимают для средней температуры масла, равной:

.

В отраслевом стандарте [13] оговорены предельные отклонения относительно заданной нормы прокачек масла. Они представлены в табл.6.1.

Вышеназванные параметры масляной системы являются исходными для проектирования и разработки конструкции ее агрегатов, осуществляющих циркуляцию и непрерывное кондиционирование масла. А после выбора геометрических размеров гидравлической системы распределения масла по узлам опор двигателя определяют потребный уровень давления масла на входе в двигатель. По статистике он находится в диапазоне от 0,3 до 0,6 МПа. При этом следует отметить, что на распределение масла по узлам двигателя оказывают влияния уровни давлений в масляных полостях опор (они могут отличаться в пределах 0,2 МПа), гидравлическое сопротивление соответствующих коммуникаций и пропускная способность масляных форсунок.

Кроме вышеперечисленных параметров масляной системы, есть еще один параметр, который без преувеличения можно назвать важнейшим с точки зрения схемно-конструктивного совершенства данной системы. Этот параметр, представляющий установленную норму безвозвратных потерь масла в ГТД, получил название «часовой расход масла».

Таблица 6.1

Установленная норма величины прокачки масла через двигатель, л /мин	Предельное отклонение, л /мин
10 - 20	+4
20 - 30	+5
30 - 40	+7
40 - 50	+9
50 - 60	+11
60 - 70	+12
70 - 80	+13
80 - 90	+14
90 - 100	+15

 

Одной из важных задач, требующих решения в процессе создания двигателя, является обеспечение заявленной величины часового расхода масла. При этом данная задача относится к разряду весьма сложных, так как величина часового расхода масла зависит от очень многих факторов.

Прежде всего, на уровне часового расхода сказываются возможные утечки масла из элементов, входящих в состав циркуляционного контура масляной системы. Причём, эти утечки могут быть внешними (относительно узлов двигателя) или внутренними. К разряду внешних утечек относят:

- негерметичность в соединениях трубопроводов, связывающих агрегаты масляной системы между собой или с соответствующими узлами двигателя;

- негерметичность уплотнительных элементов в корпусных деталях агрегатов (прокладок, резиновых колец и т.п.);

- выброс масла через предохранительный клапан маслобака (в случае нерасчётного повышения давления в нём).

 Такого рода утечки легко можно обнаружить по замасливанию поверхности двигателя при осмотре его состояния.

Внутренние утечки масла происходят в случае нарушения работоспособности подвижных уплотнений валов в масляных полостях опор ротора. Следует подчеркнуть, что такие утечки вообще недопустимы, так как они могут вызвать опасные последствия: при попадании масла в воздушный тракт компрессора будет происходить загрязнение воздуха, отбираемого в систему кондиционирования летательного аппарата, а при попадании масла в газовый тракт турбины неизбежно его загорание, что может привести к разрушению данного узла. Такого рода утечки квалифицируют как дефект в работе двигателя. И без его устранения двигатель в соответствии с требованиями [16] не может быть сертифицирован.

Как показывает практика, основной расход масла происходит по системе суфлирования масляных полостей ГТД. При этом следует отметить два принципиальных момента. Во-первых, часовой расход масла зависит от выбора схемы системы суфлирования масляных полостей двигателя, от конструктивного совершенства центробежного суфлёра (прежде всего от сепарирующей способности его рабочего колеса), от расхода воздуха, поступающего в систему суфлирования, и от концентрации масла, распылённого в этом воздухе. А во- вторых, следует иметь в виду, что через суфлёр свободно уходят пары масла, которые могут образовываться в масляной полости турбины при контакте масла с наиболее нагретыми её элементами (с корпусными деталями опоры, с трубами суфлирования при неэффективной их тепловой защите и т.п.).

Следует также отметить, что часовой расход масла может на порядок превысить его заявленную величину в случае, если произойдёт загорание масла внутри масляной полости опоры турбины, и далее этот процесс будет иметь устойчивый характер. Поэтому при проектировании масляной полости опоры турбины должны быть предусмотрены конструктивные меры, исключающие возможность самовоспламенения масла и стабилизации процесса его горения.

Таким образом, очевидно, что при проектировании ГТД необходимо уделять особое внимание обеспечению минимально возможной величины часового расхода масла. Отраслевым стандартом [13] предусмотрено дифференцированное ограничение максимально допустимой величины часового расхода масла в двигателе в зависимости от его размерности и назначения (см. табл.6.2).

 

Допустимые величины расхода масла в ГТД                                     

Таблица 6.2

Тип двигателя	Расход масла кг/ч, (не более)
Малоразмерные двигатели	0,2
Двигатели, предназначенные для дозвуковых и кратковременных сверхзвуковых скоростей полета	0,6
Двигатели для длительного полета при Мп более 1	0,8
Двигатели с тягой более 200 кН и мощностью более 14,7 кВт	1,0

 

При стендовых испытаниях ГТД время его непрерывной работы на максимальном режиме ограничивают продолжительностью от 1 до 3 минут. В связи с этим на данном режиме проконтролировать уровень вышеперечисленных параметров масляной системы не представляется возможным. Поэтому в основных данных двигателя указывают величину прокачки масла и теплоотдачи в масло для номинального режима, на котором при более продолжительной работе (не менее 5 минут) параметры масляной системы стабилизируются, что позволяет произвести достоверное измерение контролируемых параметров

Следует отметить, что измерение величины безвозвратных потерь масла (кг/ч) производят с учётом израсходованного из маслобака количества масла за фиксированное время работы двигателя. Погрешность.такой оценки зависит в основном от точности измерения объёма масла в маслобаке.

Для измерения величины прокачки масла в конструкции двигателя предусматривают специальные переходники, позволяющие при проведении испытаний перед поступлением масла в двигатель направлять его поток по байпасному каналу в стендовую систему, содержащую стандартный расходомер с соответствующим диапазоном измерения.

Ниже в качестве примера приведены основные технические данные масляной системы двигателя НК-86:

- температура масла на входе в двигатель, не более                             100 ^оС;

- давление масла на входе в двигатель:

на максимальном режиме                                             0,4-0,05 МПа;

на режиме «малый газ»,                                      не менее 0,23 МПа;

- расход масла, не более                                                                            1 кг/ч;

- прокачка масла через двигатель                                          от 0,9 до 1,2 кг/с;

- теплоотдача в масло, не более                                                               70 кВт;

В процессе доводки ГТД (и даже в его серийном производстве) иногда возникает необходимость внесения корректив в величины вышеперечисленных параметров, характеризующих функционирование масляной системы.