Система смазки авиационных двигателей. (СС)

 

1. Технические требования СС. При проектировании СС, помимо общих требований, таких как обеспечение малой массы, надежности, унификации агрегатов и деталей, СС предъявляются следующие требования

1) Обеспечить на всех режимах работы двигателя, высотах и скоростях полета, включая различные маневры, требуемую прокачку масла, с температурой масла на входе не более предельной, величина которой задана технической документацией.

2) Не допускать перегрева в подаче масла к предусмотренным местам смазки.

3) Обеспечить высотность масляной системы не менее практического потолка летательного аппарата.

4) Расход масла, теряемого с выходящим воздухом при суфлировании масляных полостей, с учетом потерь через уплотнения, должен быть минимальным, не превышающим установленной для данного двигателя нормы.

В соответствии с этими требованиями к конструкции двигателя предъявляются следующие требования:

1) В масляных полостях следует избегать контактов малоподвижных объемов масла с сильно нагретыми поверхностям деталей во избежание коксования масла.

2) Не допускается попадание масла или его паров в систему отбора аоздуха для нужд летательного аппарата на всех режимах работы двигателя, включая переменные режимы.

3) Конструкция, технология изготовления сборки и испытания узлов и деталей, входящих в масляную систему двигателя должны обеспечивать чистоту масла, регламентированную ГОСТом.

4) В системах трубопроводов не должно быть сифонных колец и застойных карманов. Слив масла должен быть пачным, магистрали должны иметь минимальное число соединений в доступных местах.

5) Необходимо создать возможность удобных подходов для быстрой заправки СС под давлением, слива масла, контроля уровня масла для определения его количества в баке, так же для замены отдельных агрегатов и их регулировки.

6) При проектировании необходимо предусмотреть конструктивные мероприятия для увеличения перепада температуры масла, входящего в двигатель и выходящего из него.

7) Необходимо обеспечить контролепригодность масляной системы, которая заключается в возможности оценки ее работоспособности перед полетом и в полете.

В зависимости от назначения двигателя применяют 2 принципа СС:

1) Циркуляционная – система, в которой все масляные полости являются замкнутыми и масло используется многократно для смазывания и охлаждения деталей, вновь возвращаясь к ним после откачки, отделения воздуха, очистки и охлаждения.

2) Разомкнутая нециркуляционная система, в которой масло используется однократно и после смазывания и охлаждения деталей выбрасывается в атмосферу через сопло.

В большинстве двигателей СС выполняется по циркуляционной схеме, которая обеспечивает меньший расход масла и большую продолжительность работы, в ГТД одноразового применения и в подъемных двигателях с укороченным циклом работы, применяется разомкнутая схема. Эта схема отличается простотой, т.к. ряд агрегатов отсутствует, меньшей массой, он большим расходом масла, поэтому масло подается порционно. Очень часто вместо масла используется керосин. Охлаждение масла в большинстве двигателей, изготовленных по замкнутой циркуляционной схеме, осуществляющихся в топливомасляных радиаторах, которые бывают двух типов: низкого и высокого давления. В радиаторах НД топливо для охлаждения отбирается из топливной магистрали. Радиатор ВД допускает возможность более высокого подогрева топлива и отличается компактностью, но ввиду высокого давления топлива, радиаторы должны обладать высокой прочностью и надежностью. Масляная система может выполняться короткозамкнутой циркуляционной. Она отличается от СС других двигателе тем, что только немного масла (около 15%) пройдя радиатор, поступает в масляный бак. Основная часть масла подается на вход в нагнетающий насос. Уменьшение количества циркуляционного масла ускоряет процесс прогревания масла при запуске двигателя в условиях низких температур и увеличивает высотность систем. В целях строгой дозировки прокачки масла, его подвод к места трения выполняют через комбинированные струйные форсунки. При проектировании масляных систем необходимо широко использовать принципы модульной конструкции. С этой целью необходимо объединить водном агрегате масляный блок. Нагнетающий и откачивающий насосы, топливомасляный радиатор НД и фильтры. Это приведет к расположению всей СС в небольшом количестве агрегатов, сокращению числа и длины трубопроводов и количеству наружных стыков. Надежность работы масляно системы требует систематической проверки объема масла в баке и его пополнении. Осмотра состояния фильтров, поэтому при проектировании необходимо мерные и заправочные устройства, а так же фильтры тонкой очистки располагать в доступных местах для подхода, легкой замены и промывки фильтрующих элементов, т.к. состояние масляных фильтров позволяет по виду количеству продуктов износа судить о работоспособности двигателя и позволяет предотвратить возможную неисправность двигателя. Замена масла производится во время технического обслуживания в установленные сроки. Техническое состояние СС в условиях полета автоматически контролируется, поэтому ряд факторов позволяет судить об исправности СС. Этими факторами являются:

1. Давление нагнетающегося масла.

2. Температура входного и выходного масла.

3. Количество масла в масляном баке (особенно проверять в самолетах с большой дальностью полета).

4. Металлическая стружка в масле, т.к. известно, что наличие стружки фиксируется специальными датчиками и фильтрами, что позволяет судить о состоянии подшипников на зубчатых передачах, деталях уплотняющие масляные полости.

2. Выбор параметров при проектировании СС. Припроектирование СС авиационных двигателе, помимо принципиальной схемы, необходимо обеспечить исходные данные, зависящие от конструкции двигателя, его рабочего процесса и условий эксплуатации. К числу таких определяемых данных относится потребная прокачка масла через двигатель, которая обеспечивает постоянство заданных пределов в подшипниках и других трущихся деталях. Прокачкой называется масса масла, прокаченная в единицу времени через двигатель. Прокачка определяется по количеству тепла, которое передается в масло в единицу времени нагретых деталей, узлов трения двигателя, сжатого воздуха и газов. Это количество тепла должно сниматься радиатором. Расчет теплоотдачи масла затруднен из-за ее зависимости от большого числа факторов, поэтому при проектировании нового двигателя с достаточным приближением теплоотдачи к фактическим показателям, используют статистические данные по двигателям, аналогичного назначения и конструкции. Затем данные фактической теплоотдачи и потребной прокачки масла уточняются экспериментально, путем измерения температуры входящего и выходящего из двигателя масла. По результатам испытаний прокачка масла может быть скорректирована изменением сечения жиклеров в масляных форсунках. С целью уменьшения прокачки масла можно увеличить перепад температур масла, выходящего из двигателя входящего в него. При проектировании температуру входного масла принимают 50 ⁰С. Или более. Необходимо, чтобы при этой температуре сохранялась удовлетворительная вязкость. Максимальная температура выходящего масла 120 – 200 ⁰С. Эта температура определяется максимальной температурой, которая допускается в работе подшипников и сортом применяемого масла. Наиболее нагретыми подшипниками качения являются роликовые подшипники турбин и шариковые радиально-упорные подшипники роторов, которые выполняются из специальных жаропрочных сталей и сплавов. При выборе сорта масла необходимо предусмотреть, чтобы оно обладало приемлемой вязкостью при низких температурах, ориентировочно -35⁰С, для облегчения запуска двигателя. При выборе сорта масла необходимо учитывать его агрессивность по отношению к конструкционным материалам, а также влияние на органы зрения обслуживающего персонала. При расчете требуемого объема масляного бака необходимо знать, что циркуляционные системы смазки двигателя расходуют масло примерно 0,1 литра в час на каждые 10 кН тяги. В целом объем масла во всех масляных полостях системы определяется конструкцией двигателя. Условия эксплуатации показывают, что средний удельный объем масляных баков ТРД 1 – 4 литра на 10 кН номинальной тяги, а для ТВД 18 – 21 литра на 1000 кВт номинальной мощности. У двигателей малой размерности масляный бак иногда отсутствует, а его функции выполняет маслосборник. Производительность масляных насосов по отношению к требуемой прокачки масла всегда бреется с запасом, например: производительность нагнетающего насоса в 1,5 – 2,5 раза должна превышать величину потребной прокачки.

Тем самым обеспечивается достаточное поступления масла в двигатель при работе на пониженных режимах, при низком давлении на входе в масляный насос при подъеме на высоту. Производительность откачивающего масляного насоса должна превосходить производительность нагнетающего в 2 – 3 раза, т.к. объем масла повышается в результате вспенивания и необходимо предотвратить переполнение внутренних масляных полостей.