Система смазки газотурбинного двигателя
Система смазки газотурбинного двигателя (ГТД) содержит нагнетающий насос для подачи жидкого масла из бака в масляные полости к подшипникам, расположенным в опорах с уплотнениями на валу двигателя, откачивающие электронасосы с блоком управления частотой вращения электродвигателя для откачивания из указанных полостей масловоздушной смеси, насос системы суфлирования для утилизации на срез сопла ГТД воздуха из указанных полостей и бака. Система смазки дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик перепада давлений, установленный, по крайней мере, на одном из уплотнений одной из опор, пневматический вход которого соединен с воздушным трактом наддува опоры, а выход - с масляной полостью, и электронный регулятор, который связан входом с электрическим выходом датчика перепада давлений, а выходом - с блоком управления частотой вращения электродвигателя откачивающих насосов, и регулирует частоту вращения электродвигателя по отклонению перепада давлений от значения, требуемого штатным законом управления системы смазки. Технический результат заключается в улучшении экологических характеристик ГТД за счет снижения выбросов масла из системы смазки в газовоздушный тракт двигателя путем использования датчиков перепада давлений на уплотнениях опор роторов и применения регулируемого электропривода для вращения откачивающих насосов системы смазки.
Полезная модель относится к двигателестроению, а более точно касается системы смазки газотурбинного двигателя (ГТД).
В известных системах смазки газотурбинного двигателя, содержащих нагнетающий маслонасос, насосы откачки из опор роторов масловоздушной смеси и насос системы суфлирования, вращаемых от коробки приводов агрегатов ГТД, удержание масла в полостях подшипников опор и предотвращение его выброса в газовоздушный тракт двигателя обеспечивается путем установки уплотнений различного типа (лабиринтных, щеточных и др.) и наддува опор воздухом (см., например, Авиационный двигатель ПС-90А. А.А. Иноземцев, Е.А. Конев, В.В. Медведев и др. М.: Либра-К, 2007, стр.154.). Положительный перепад давлений на уплотнениях, при котором давление воздуха на входе в уплотнение выше давления масловоздушной смеси в опоре, обеспечивается выбором характеристик насосов систем суфлирования и откачки. Однако частота вращения этих насосов не регулируется, т.к. она жестко связана с частотой вращения ротора ГТД, и не исключается возможность реализации отрицательного (обратного) перепада давлений на уплотнениях с выбросом масла в тракт двигателя на переходных режимах его работы, при износе уплотнений опор роторов и др.
Более близкими к заявленному изобретению являются системы смазки (US 8281563 В2, патент РФ, RU 2323358 C1), в которых электропривод используется для вращения резервного откачивающего насоса системы смазки. Это повышает ее надежность, но отсутствие в системе средств диагностики возникновения обратного перепада давлений на уплотнениях не исключает возможность выброса масла в тракт ГТД, что ухудшает экологические характеристики ГТД.
Технический результат, достигаемый в заявленной полезной модели, заключается в улучшении экологических характеристик ГТД за счет снижения выбросов масла из системы смазки в газовоздушный тракт двигателя путем использования датчиков перепада давлений на уплотнениях опор роторов и применения регулируемого электропривода для вращения откачивающих насосов системы смазки.
Указанный результат достигается тем, что система смазки газотурбинного двигателя (ГТД), содержащая нагнетающий насос для подачи жидкого масла из бака в масляные полости к подшипникам, расположенным в опорах с уплотнениями на валу двигателя, откачивающие электронасосы с блоком управления частотой вращения электродвигателя для откачивания из указанных полостей масловоздушной смеси, насос системы суфлирования для утилизации на срез сопла ГТД воздуха из указанных полостей и бака, дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик перепада давлений, установленный, по крайней мере, на одном из уплотнений одной из опор, пневматический вход которого соединен с воздушным трактом наддува опоры, а выход - с масляной полостью, и электронный регулятор, который связан входом с электрическим выходом датчика перепада давлений, а выходом - с блоком управления частотой вращения электродвигателя откачивающих насосов, и регулирует частоту вращения электродвигателя по отклонению перепада давлений от значения, требуемого штатным законом управления системы смазки.
Система смазки ГТД может содержать на опоре два датчика, каждый из которых установлен на отдельном уплотнении опоры и соединен с электронным регулятором собственным входом.
Целесообразно, если один датчик установлен на наиболее критичном уплотнении, а другой датчик служит резервным.
На рис.1 приведена схема системы смазки ГТД согласно полезной модели.
Система смазки содержит нагнетающий насос 1 для подачи жидкого масла из бака 3 к подшипникам 7 в масляные полости 8 расположенные с уплотнениями 6 в опорах 4 роторов двигателя 5, откачивающие насосы 17 для откачки из полостей 8 в бак 3 масловоздушной смеси и насос 2 системы суфлирования, который утилизирует на срез сопла ГТД воздух из полостей 8 и бака 3 (вся система коммуникаций утилизации воздуха на рисунке не показана).
Насосы 1 и 2 вращаются от коробки приводов агрегатов двигателя (не показана), а насосы 17 - электродвигателя 16, который снабжен блоком управления 15 с возможностью управления частотой вращения электродвигателя. Каждая опора 4 имеет уплотнения 6, через которые воздух из внутренних полостей ГТД поступает в масляные полости 8.
Согласно полезной модели для исключения выбросов масла из системы смазки в газовоздушный тракт двигателя, по крайней мере, на одном из уплотнений 6 одной из опор 4 установлен, по меньшей мере, один датчик перепада давлений между масляной полостью 8 и газовоздушным трактом двигателя. На рис.1 показан один датчик 9 и другой датчик 10. Один датчик, например, датчик 9, устанавливают на наиболее критичном уплотнении, другой датчик 10 служит резервным.
Система смазки содержит электронный регулятор 11. Выход 12 регулятора 11 связан с входом блока управления 15 электродвигателя 16, а входы связаны с выходами датчиков 9 и 10.
Система смазки с регулируемым электроприводом откачивающих насосов функционирует следующим образом.
Масло из бака 3 нагнетающим насосом 1 подается к подшипникам 7 опор 4. Для его удержания у подшипника в полостях 8 производится непрерывный наддув опор 4 воздухом через уплотнения 6. На наиболее критичном уплотнении (с точки зрения возникновения на нем обратного течения масловоздушной среды, например, из-за поломки сепаратора подшипника) установлен датчик перепада давлений 9, сигнал с которого поступает на вход 13 электронного регулятора 11 системы смазки. Перепад давлений на уплотнении положительный (больше минимального значения, определенным штатным законом управления системы смазки), когда давление воздуха на его входе выше давления смеси в полостях 8, и воздух поступает в полости 8.
При уменьшении перепада ниже минимального значения, когда возможно возникновение обратного течения смеси через уплотнение в тракт ГТД, регулятор 11, по сравнению со значением перепада давлений, требуемого штатным законом управления системы смазки, формирует сигнал на увеличение частоты вращения ротора электродвигателя 16.
Этот сигнал с выхода 12 регулятора 11 поступает на вход блока управления 15 электродвигателя 16, который увеличивает частоту вращения откачивающих насосов 17. В результате этого производительность откачивающих насосов 17 увеличивается, давление в полостях 8 будет уменьшаться, и, следовательно, перепад давления на уплотнениях 6 будет увеличиваться. После восстановления допустимого заданного значения перепада давлений на уплотнении 6 регулятор 11 системы смазки переходит на реализацию штатных законов управления производительностью откачивающих насосов. Изменение частоты вращения насосов производится в диапазоне, при котором не ухудшается смазка подшипников.
В данной системе смазки в качестве резервного датчика перепада давления используется датчик 10 на другом уплотнении опоры 4. Электрический сигнал с датчика 10 поступает на вход 14 регулятора 11 системы смазки, с выхода которого сигнал поступает на вход блока управления частотой вращения электродвигателя откачивающих насосов и используется как резервный.
Таким образом, в заявленной системе смазки производится прямое измерение перепада давлений на уплотнениях полостей опор роторов ГТД и при недопустимом его уменьшении начинается управление частотой вращения откачивающих насосов, обеспечивающее увеличение перепада давлений на уплотнениях. При таком построении системы смазки ГТД вероятность выбросов масла в газовоздушный тракт двигателя снижается, что улучшает его экологические характеристики.
Полезная модель может быть использована в системах смазки авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей стационарных газотурбинных установках и др.
1. Система смазки газотурбинного двигателя (ГТД), содержащая нагнетающий насос для подачи жидкого масла из бака в масляные полости к подшипникам, расположенным в опорах с уплотнениями на валу двигателя, откачивающие электронасосы с блоком управления частотой вращения электродвигателя для откачивания из указанных полостей масловоздушной смеси, насос системы суфлирования для утилизации на срез сопла ГТД воздуха из указанных полостей и бака, дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик перепада давлений, установленный, по крайней мере, на одном из уплотнений одной из опор, пневматический вход которого соединен с воздушным трактом наддува опоры, а выход - с масляной полостью, и электронный регулятор, который связан входом с электрическим выходом датчика перепада давлений, а выходом - с блоком управления частотой вращения электродвигателя откачивающих насосов и регулирует частоту вращения электродвигателя по отклонению перепада давлений от значения, требуемого штатным законом управления системы смазки.
2. Система смазки ГТД по п.1, отличающаяся тем, что содержит на опоре два датчика, каждый из которых установлен на отдельном уплотнении опоры и соединен с электронным регулятором собственным входом.
3. Система смазки ГТД по п.2, отличающаяся тем, что один датчик установлен на наиболее критичном уплотнении, а другой датчик служит резервным.
