Маслосистема редуктора вертолета с устройством длительного резервирования

Авторы патента:

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть использована при разработке или модернизации систем привода несущих винтов (трансмиссий) вертолетов и маслосистем редукторов повышенной надежности.

Предлагаемая полезная модель решает задачу резервирования и увеличения времени работы маслосистем редукторов и, соответственно, систем привода несущих винтов вертолетов с целью повышения безопасности при возникновении сложных или аварийных ситуаций в полете.

Поставленная задача решена благодаря тому, что в маслосистеме редуктора вертолета с устройством длительного резервирования, содержащей полость редуктора с форсунками и донной частью, основной и дополнительный маслобаки, маслоагрегат, два запорных клапана с управляющими и исполнительными полостями, жиклер, магистраль нагнетания, соединенную с форсунками и с управляющей полостью первого запорного клапана, магистраль откачивания, соединенную с донной частью полости редуктора и циркулятор масла, маслоагрегат выполнен двухступенчатым, маслосистема снабжена дополнительными магистралями нагнетания, дополнительными магистралями откачивания, магистралью управления, резервной магистралью, сливным маслоканалом, редукционным клапаном, входной, выходной магистралями и устройством охлаждения масла, например, воздушно-масляным теплообменником, донная часть полости редуктора выполнена в виде основного маслобака, дополнительный маслобак расположен под основным маслобаком и соединен сливным маслоканалом с полостью редуктора, циркулятор масла выполнен в виде двухступенчатой маслопомпы, аналогичной маслоагрегату, первая и вторая ступени которой соединены дополнительной магистралью откачивания с дополнительным маслобаком,

первый запорный клапан выполнен в виде золотникового распределителя с золотником, одной управляющей и двумя исполнительными полостями, управляющая полость расположена со стороны правого торца золотника, сообщена с первой ступенью маслоагрегата магистралью управления с жиклером, а со стороны противоположного торца золотника установлена пружина, первая исполнительная полость сообщена дополнительной магистралью нагнетания с первой ступенью двухступенчатой маслопомпы, сообщена с основным маслобаком сливной магистралью, имеет возможность сообщения через резервную магистраль с магистралью нагнетания первой ступени маслоагрегата, сообщенной с форсунками, вторая исполнительная полость сообщена дополнительной магистралью нагнетания со второй ступенью двухступенчатой маслопомпы, сообщена с основным маслобаком сливной магистралью, первая ступень маслоагрегата магистралью откачивания, а вторая ступень маслоагрегата дополнительной магистралью откачивания сообщены с основным маслобаком, причем дополнительная магистраль откачивания первой ступени маслоагрегата соединена с резервной магистралью через редукционный клапан.

Известны двухконтурные маслосистемы редукторов вертолетов, где по одному контуру (контуру смазки) подается масло на смазку элементов редуктора по схеме бак-редуктор, а по второму контуру (внешнему контуру охлаждения) идет охлаждение масла по схеме бак-редуктор-бак. В этой схеме баком служит поддон, разделенный на две части: одна (нижняя) - для холодного масла, поступающего из радиатора, вторая (верхняя) - для горячего масла, подаваемого в радиатор.

Подобным техническим решением является конструкция маслосистемы редуктора ВР-8 вертолета Ми-8 («Механические передачи вертолетов», под ред. В.Н.Кестельмана, Москва, Машиностроение, 1983 г. стр.58, стр.59, рис.2.71, стр.83)

Маслосистема редуктора вертолета содержит устройство охлаждения масла, поддон редуктора с нижним отсеком, соединенным магистралью с устройством охлаждения масла и верхним отсеком горячего масла, двухступенчатый маслонасос с редукционным клапаном, соединеный магистралью нагнетания одной ступени маслонасоса с устройством охлаждения масла, соединенный магистралью нагнетания другой ступени маслонасоса с форсунками редуктора и соединенный магистралями откачивания с верхним и нижним отсеками поддона редуктора.

При утечке масла из внешнего контура охлаждения, последующем

понижении уровня масла в верхней части поддона и падении давления масла до срабатывания аварийной сигнализации, в поддоне редуктора остается аварийный запас масла, позволяющий редуктору работать в течение некоторого времени (15-30 минут), но не решающий задачу длительного резервирования маслосистемы при отказе контура охлаждения, а при отказе маслонасоса маслосистема полностью теряет работоспособность.

Для оценки минимального уровня безопасности и резервирования бортовых систем вертолета должны быть выполнены необходимые испытания каждой системы при имитации аварийной ситуации.

Например, в соответствии с Нормами летной годности АП-29 требуется показать путем испытаний, что любой отказ, приводящий к утечке масла в любой обычно применяемой масляной системе, не будет препятствовать безопасной работе редуктора в течение 15-30 минут после обнаружения отказа в масляной системе или утечки масла и возможности экипажа выполнить аварийное снижение и посадку. Методикой этого испытания предусмотрено создание искусственной утечки во внешнем устройстве маслопровода (в контуре устройства охлаждения) с последующим падением давления масла до обнаружения отказа экипажем - т.е. до срабатывания аварийной сигнализации. (Межгосударственный Авиационный комитет. Авиационные Правила, Часть 29, «Нормы летной годности винтокрылых аппаратов транспортной категории», Издательство Летно-исследовательского института им. М.М.Громова, 1995 г., п.29.927(с) «Отказ системы смазки»).

Наиболее близким техническим решением является, принятая в качестве прототипа маслосистема газотурбинного двигателя (ГТД) с устройством длительного резервирования, описанная в патенте Российской Федерации №2244141, С2, MПK⁶ F02С 7/06, 2004 г., и рекомендованная для использования преимущественно в масляных системах вертолетов, в

которой частично устранены вышеуказанные недостатки.

Маслосистема ГТД с устройством длительного резервирования содержит полость одной опоры ротора и полость редуктора, совмещенные с образованием общей полости, имеющей донную и центральную части, основные и дополнительные форсунки, основной и дополнительный маслобаки, сообщенные через жиклер, магистрали нагнетания и откачивания, нагнетающую и две откачивающие ступени маслоагрегата, циркулятор масла для сообщения донной части общей полости с дополнительными форсунками, два идентичных по конструкции запорных клапана с управляющими полостями, сообщенными магистралью нагнетания с основным маслобаком, и исполнительными полостями, одна из которых имеет возможность сообщения с дополнительным маслобаком и с центральной частью общей полости, а другая исполнительная полость сообщена с донной частью общей полости и магистралью откачивания и имеет возможность сообщения с центральной частью обшей полости.

При нормальной работе маслосистемы масло подается нагнетающей ступенью маслоагрегата из основного маслобака к основным форсункам, заполняет через жиклер дополнительный маслобак и создает давление в управляющих полостях запорных клапанов, перекрывая при этом сообщение их исполнительных полостей с дополнительным маслобаком и с центральной частью общей полости, а перекачка масла из донной части полости редуктора обратно в основной маслобак производится откачивающей ступенью маслоагрегата. При этом циркулятор масла работает на холостых оборотах без подачи масла к дополнительным форсункам.

При отказе маслоагрегата и последующем падении давления в его нагнетающей ступени и, соответственно, в управляющих полостях запорных клапанов, циркуляция масла через маслобак прекращается, масло из дополнительного маслобака стекает в донную часть полости

редуктора и подается к дополнительным форсункам циркулятором, при этом маслосистема продолжает работать только на ограниченном объеме масла, стекающем в донную часть, что дает возможность вертолету продолжить полет до посадочной площадки.

При повреждении основной маслосистемы с потерей масла и падением давления в управляющих полостях запорных клапанов, смазка зубчатых колес и подшипников редуктора также обеспечивается через дополнительные форсунки от циркулятора масла, затем масло возвращается (стекает) в донную часть (поддон) полости редуктора.

В целом продолжительность работы такой маслосистемы редуктора вертолета также ограничена и определяется только теплоемкостью (объемом) резервируемого масла в донной части полости редуктора. Кроме того, в маслосистеме отсутствуют (или не показаны) магистрали контура охлаждения масла с устройством типа воздушно-масляного теплообменника и возможность предотвращения потери (утечки) масла из маслобака при повреждении контура охлаждения.

выполнен двухступенчатым, маслосистема снабжена дополнительными магистралями нагнетания, дополнительными магистралями откачивания, магистралью управления, резервной магистралью, сливным маслоканалом, редукционным клапаном, входной, выходной магистралями и устройством охлаждения масла, например, воздушно-масляным теплообменником, донная часть полости редуктора выполнена в виде основного маслобака, дополнительный маслобак расположен под основным маслобаком и соединен сливным маслоканалом с полостью редуктора, циркулятор масла выполнен в виде двухступенчатой маслопомпы, аналогичной маслоагрегату, первая и вторая ступени которой соединены дополнительной магистралью откачивания с дополнительным маслобаком, первый запорный клапан выполнен в виде золотникового распределителя с золотником, одной управляющей и двумя исполнительными полостями, управляющая полость расположена со стороны правого (по чертежу) торца золотника, сообщена с первой ступенью двухступенчатого маслоагрегата магистралью управления с жиклером, а со стороны противоположного торца золотника установлена пружина, первая исполнительная полость сообщена дополнительной магистралью нагнетания с первой ступенью циркулятора масла, выполненного в виде двухступенчатой маслопомпы, сообщена с основным маслобаком сливной магистралью, вторая исполнительная полость сообщена дополнительной магистралью нагнетания со второй ступенью двухступенчатой маслопомпы и сообщена с основным маслобаком сливной магистралью, первая ступень маслоагрегата магистралью откачивания, а вторая ступень маслоагрегата дополнительной магистралью откачивания сообщены с основным маслобаком, причем дополнительная магистраль откачивания первой ступени маслоагрегата соединена с резервной магистралью через редукционный клапан.

Маслосистема редуктора вертолета с устройством длительного резервирования снабжена дополнительными сливными магистралями и магистралью перепуска, дополнительная магистраль нагнетания второй ступени маслоагрегата сообщена входной магистралью с устройством охлаждения масла через второй запорный клапан, выполненный в виде золотникового распределителя с золотником, двумя управляющими и двумя исполнительными полостями, первая управляющая полость расположена со стороны левого (по чертежу) торца золотника, снабжена пружиной и сообщена магистралью перепуска с первым запорным клапаном, а вторая управляющая полость расположена со стороны противоположного торца золотника и сообщена с выходной магистралью устройства охлаждения масла, первая исполнительная полость сообщена дополнительной магистралью нагнетания со второй ступенью маслоагрегата и сообщена входной магистралью с устройством охлаждения масла, вторая исполнительная полость сообщена выходной магистралью с устройством охлаждения масла и сообщена сливной магистралью с основным маслобаком.

На фиг.1 показана схема предлагаемой маслосистемы

Маслосистема редуктора вертолета с устройством длительного резервирования содержит полость редуктора 1 с форсунками 2 и донной частью, выполненной в виде основного маслобака 3, дополнительный маслобак 4, расположенный под основным маслобаком 3, маслоагрегат 5, выполненный двухступенчатым, жиклер 6, магистраль нагнетания 7, соединенную с форсунками 2, магистраль откачивания 8, соединенную с основным маслобаком 3, циркулятор масла, выполненный в виде двухступенчатой маслопомпы 9, дополнительные магистрали нагнетания 10, 11, 12, дополнительные магистрали откачивания 13, 14, магистраль управления 15, магистраль перепуска 16, резервную магистраль 17, сливные магистрали 18, 19, 20, сливной маслоканал 21,

редукционный клапан 22, входную 23, выходную 24 магистрали и устройство охлаждения масла 25, например, воздушно-масляный теплообменник, дополнительный маслобак 4 соединен сливным маслоканалом 21 с полостью редуктора 1, первая 26 и вторая 27 ступени двухступенчатой маслопомпы 9 соединены дополнительной магистралью откачивания 13 с дополнительным маслобаком 4, золотниковый распределитель 28 с золотником 29, одной управляющей 30 и двумя исполнительными полостями 31, 32, управляющая полость 30 расположена со стороны правого (по чертежу) торца золотника 29, сообщена с первой ступенью 33 маслоагрегата 5 магистралью управления 15 с жиклером 6, а со стороны противоположного торца золотника 29 установлена пружина 34, первая исполнительная полость 31 сообщена дополнительной магистралью нагнетания 10 с первой ступенью 26 двухступенчатой маслопомпы 9, сообщена с основным маслобаком 3 сливной магистралью 18, вторая исполнительная полость 32 сообщена дополнительной магистралью нагнетания 11 со второй ступенью 27 двухступенчатой маслопомпы 9 и сообщена с основным маслобаком 3 сливной магистралью 18, первая 33 и вторая 35 ступени маслоагрегата 5 сообщены магистралью откачивания 8 и дополнительной магистралью откачивания 14 с основным маслобаком 3, причем магистраль откачивания 8 первой ступени 33 маслоагрегата 5 соединена с резервной магистралью 17 через редукционный клапан 22, золотниковый распределитель 36 с золотником 37, двумя управляющими 38, 39 и двумя исполнительными 40, 41 полостями, первая управляющая полость 38 расположена со стороны левого (по чертежу) торца золотника 37, снабжена пружиной 42 и сообщена с магистралью перепуска 16, а вторая управляющая полость 41 расположена со стороны противоположного торца золотника 37 и сообщена с выходной магистралью 24 устройства охлаждения масла 25, первая исполнительная

полость 40 сообщена дополнительной магистралью нагнетания 12 со второй ступенью 35 маслоагрегата 5 и сообщена входной магистралью 23 с устройством охлаждения масла 25, вторая исполнительная полость 41 сообщена выходной магистралью 24 с устройством охлаждения масла 25 и сообщена сливной магистралью 19 с основным маслобаком 3.

Маслосистема работает следующим образом

Перед запуском маслоагрегата 5 и маслопомпы 9 золотники 29 и 37 под действием пружин 34 и 42 находятся в крайнем правом (по чертежу) положении, при этом дополнительная магистраль нагнетания 12 второй ступени 35 маслоагрегата 5 перекрыта золотником 37.

При запуске маслоагрегата 5 масло из основного маслобака 3 подается первой ступенью 33 маслоагрегата 5 через магистраль нагнетания 7 к форсункам 2 и через магистраль управления 15 с жиклером 6 в управляющую полость 30 золотникового распределителя 28.

Одновременно, при запуске маслопомпы 9 масло из дополнительного маслобака 4 подается первой ступенью 26 маслопомпы 9 через дополнительную магистраль нагнетания 10, исполнительную полость 31 золотникового распределителя 28, резервную магистраль 17 и магистраль нагнетания 7 к форсункам 2, при этом давление масла в магистрали нагнетания 7 регулируется редукционным клапаном 22.

Масло из дополнительного маслобака 4 подается второй ступенью 27 маслопомпы 9 через исполнительную полость 32 золотникового распределителя 28, магистраль перепуска 16 и исполнительную полость 41 второго золотникового распределителя 36, входную магистраль 23, устройство охлаждения масла 25, выходную магистраль 24, исполнительную полость 41 и сливную магистраль 19 в основной маслобак 3. При этом давление масла в управляющей полости 39, соединенной с выходной магистралью 24 устройства

охлаждения масла 25, начинает увеличиваться, золотник 37, преодолевая усилие пружины 42 смещается влево, сообщая дополнительную магистраль нагнетания 12 второй ступени 35 маслоагрегата 5 через исполнительную полость 40 с входной магистралью 23 устройства охлаждения масла 25 и одновременно перекрывая магистраль перепуска 16.

Давление масла в управляющей полости 30 золотникового распределителя 28 увеличивается с запаздыванием по отношению к росту давления масла в управляющей полости 39 золотникового распределителя 36, поскольку связана с нагнетающей ступенью 33 маслоагрегата 5 магистралью управления 15 с жиклером 6.

При достижении в управляющей полости 30 давления масла, равного давлению в магистрали нагнетания 7, создаваемого первой ступенью 33 маслоагрегата 5, золотник 29 смещается в крайнее левое (по чертежу) положение, перекрывая сообщение исполнительной полости 32 с магистралью перепуска 16 и одновременно перекрывая сообщение исполнительной полости 31 с резервной магистралью 17.

При нормальной работе маслосистемы масло из основного маслобака 3 подается первой ступенью 33 маслоагрегата 5 по дополнительной магистрали откачивания 14 и магистрали нагнетания 7 к форсункам 2 на смазку зубчатых колес и подшипников редуктора (не показаны), после чего горячее масло из полости редуктора 1 через сливной маслоканал 21 поступает в дополнительный маслобак 4.

Второй ступенью 35 маслоагрегата 5 масло из основного маслобака 3 подается на охлаждение по магистрали откачивания 8, дополнительной магистрали нагнетания 12, через исполнительную полость 40 золотникового распределителя 36, входную магистраль 23, устройство охлаждения масла 25, выходную магистраль 24, исполнительную полость 41 и сливную магистраль 19 обратно в основной маслобак 3

Первая 26 и вторая 27 ступени маслопомпы 9 перекачивают масло из дополнительного маслобака 4 в основной маслобак 3 через дополнительную магистраль откачивания 13, дополнительные магистрали нагнетания 10, 11, исполнительные полости 31, 32 золотникового распределителя 28 и сливную магистраль 18.

При отказе маслоагрегата 5 (например, срезе приводной рессоры) давление в магистрали нагнетания 7, в дополнительной магистрали нагнетания 12, в магистрали управления 15 и в управляющей полости 30 золотникового распределителя 28 падает, золотник 29 под действием пружины 34 смещается в крайнее правое (по чертежу) положение, перекрывая сливную магистраль 18 и открывая подачу масла первой ступенью 26 маслопомпы 9 через дополнительную магистраль нагнетания 10, исполнительную полость 31, резервную магистраль 17 и магистраль нагнетания 7 к форсункам 2, одновременно открывая подачу масла на охлаждение второй ступенью 28 маслопомпы 9 через дополнительную магистраль нагнетания 11, исполнительную полость 32, магистраль перепуска 16 к управляющей полости 38 золотникового распределителя 36, перемещая золотник 37 в крайнее правое (по чертежу) положение и соединяя магистраль перепуска 16 с входной магистралью 23, устройством охлаждения масла 25, выходной магистралью 24, исполнительной полостью 39 и сливной магистралью 20 с дополнительным маслобаком 4. При этом давление масла в резервной магистрали 17 и в магистрали нагнетания 7 продолжает регулироваться редукционным клапаном 22.

Таким образом, при отказе маслоагрегата 5 маслопомпа 9 переключается с режима перекачки масла из дополнительного маслобака 4 в основной маслобак 3 на режим подачи охлажденного масла к форсункам 2 и горячего масла к устройству охлаждения масла 25 с циркуляцией смешанного масла через дополнительный маслобак 4,

значительно увеличивая тем самым резервное время полета вертолета.

При этом теплоотдача в масло с трущихся деталей редуктора не прекращается, а незначительно снижается, так как возрастает температура масла, поступающего к форсункам 2 из-за частичного смешивания охлажденного и горячего масла в дополнительном маслобаке 4.

При отказе (повреждении) контура охлаждения с частичной потерей масла (разгерметизация магистралей 23, 24 или устройства охлаждения масла 25), но при сохранении работоспособности маслоагрегата 5, давление масла в выходной магистрали 24 и, соответственно, в управляющей полости 39 золотникового распределителя 36 падает, золотник 37 смещается в крайнее правое (по чертежу) положение, перекрывая сообщение дополнительной магистрали нагнетания 12 второй ступени 35 маслоагрегата 5 с входной магистралью 23 устройства охлаждения масла 25, одновременно перекрывая сливную магистраль 19.

Поскольку давление в управляющей полости 30 золотникового распределителя 28 продолжает поддерживаться работающей первой ступенью 33 маслоагрегата 5 через магистраль управления 15, золотник 29 находится в крайнем левом (по чертежу) положении, маслопомпа 9 продолжает работать на перекачку масла из дополнительного маслобака 4 в основной маслобак 3, а горячее масло продолжает сливается через сливной маслоканал 21 в дополнительный маслобак 4.

Таким образом, при повреждении контура охлаждения исключается возможность потери (утечки) из него масла и первая ступень 33 маслоагрегата 5, подающая масло к форсункам 2 на смазку зубчатых колес и подшипников редуктора продолжает работать по замкнутому циклу.

Продолжительность работы маслосистемы редуктора при таком отказе определяется теплоемкостью суммарной массы масла в основном маслобаке 3 и дополнительном маслобаке 4, а не только массой резервного запаса масла в поддоне или в донной части полости редуктора,

как это выполнено в конструкции рассмотренных маслосистем редукторов. Работоспособность маслосистемы редуктора вертолета с устройством длительного резервирования, выполненной в соответствии с п.1 формулы полезной модели, проверена при испытаниях главного редуктора ВР-60А в составе опытных вертолетов Ка-60 и Ка-62.

1. Маслосистема редуктора вертолета с устройством длительного резервирования, содержащая полость редуктора с форсунками и донной частью, основной и дополнительный маслобаки, маслоагрегат, два запорных клапана с управляющими и исполнительными полостями, жиклер, магистраль нагнетания, соединенную с форсунками и с управляющей полостью первого запорного клапана, магистраль откачивания, соединенную с донной частью полости редуктора и циркулятор масла, отличающаяся тем, что маслоагрегат выполнен двухступенчатым, маслосистема снабжена дополнительными магистралями нагнетания, дополнительными магистралями откачивания, магистралью управления, резервной магистралью, сливным маслоканалом, редукционным клапаном, входной, выходной магистралями и устройством охлаждения масла, например воздушно-масляным теплообменником, донная часть полости редуктора выполнена в виде основного маслобака, дополнительный маслобак расположен под основным маслобаком и соединен сливным маслоканалом с полостью редуктора, циркулятор масла выполнен в виде двухступенчатой маслопомпы, аналогичной маслоагрегату, первая и вторая ступени которой соединены дополнительной магистралью откачивания с дополнительным маслобаком, первый запорный клапан выполнен в виде золотникового распределителя с золотником, одной управляющей и двумя исполнительными полостями, управляющая полость расположена со стороны правого торца золотника, сообщена с первой ступенью маслоагрегата магистралью управления с жиклером, а со стороны противоположного торца золотника установлена пружина, первая исполнительная полость сообщена дополнительной магистралью нагнетания с первой ступенью двухступенчатой маслопомпы, сообщена с основным маслобаком сливной магистралью, имеет возможность сообщения через резервную магистраль с магистралью нагнетания первой ступени маслоагрегата, сообщенной с форсунками, вторая исполнительная полость сообщена дополнительной магистралью нагнетания со второй ступенью двухступенчатой маслопомпы, сообщена с основным маслобаком сливной магистралью, первая ступень маслоагрегата магистралью откачивания, а вторая ступень маслоагрегата дополнительной магистралью откачивания сообщены с основным маслобаком, причем дополнительная магистраль откачивания первой ступени маслоагрегата соединена с резервной магистралью через редукционный клапан.

2. Маслосистема редуктора вертолета с устройством длительного резервирования по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными сливными магистралями и магистралью перепуска, дополнительная магистраль нагнетания второй ступени маслоагрегата сообщена с входной магистралью устройства охлаждения масла через второй запорный клапан, выполненный в виде золотникового распределителя с золотником, двумя управляющими и двумя исполнительными полостями, первая управляющая полость расположена со стороны левого торца золотника, снабжена пружиной и сообщена магистралью перепуска с первым запорным клапаном, а вторая управляющая полость расположена со стороны противоположного торца золотника и сообщена выходной магистралью с устройством охлаждения масла, первая исполнительная полость сообщена дополнительной магистралью нагнетания со второй ступенью маслоагрегата и сообщена входной магистралью с устройством охлаждения масла, вторая исполнительная полость сообщена выходной магистралью с устройством охлаждения масла и сообщена сливной магистралью с основным маслобаком.

Полезная модель относится к области компрессоростроения и к области мембранных газоразделительных систем, а именно - к системам охлаждения масла в контурах принудительного маслоснабжения и обогрева газоразделительных блоков