Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам работы газотурбинных двигателей, предназначенных для эксплуатации на сверхзвуковых самолетах, летающих при высоких скоростях (M>2,3).

Известен способ работы авиационного газотурбинного двигателя, включающего маслосистему, содержащую нагнетающий насос с магистралями всасывания и нагнетания масла, перепускной клапан, подключенный к системе параллельно насосу, и топливомасляный теплообменник, установленный в магистрали нагнетания (патент RU №2328609, F02C 7/06, 2008 г.).

Недостатком известного двигателя является недостаточно высокая стабильность его работы и возможность перегрева масла в экстремальных условиях работы двигателя с разложением части масла, возможность образования хлопьев от пригара при перегреве выше критической температуры (≈200°С), что может привести к выходу из строя маслосистемы и двигателя в целом и ограничивает надежность и сроки его работы без профилактики и ремонта.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы газотурбинного двигателя в сложных условиях эксплуатации на летательном аппарате и в стационарных условиях в качестве силового привода газоперекачивающих установок.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе работы газотурбинного двигателя, согласно изобретению, двигатель выполнен двухконтурным, содержащим турбокомпрессорную группу, включающую установленный в подшипниках ротор, в котором соосно установлены с возможностью передачи крутящего момента попарно соединенные валами турбины и компрессоры низкого и высокого давления; основную и вариантно форсажную камеры сгорания, реактивное сопло, систему автоматического управления, а также подчиненные ей системы подачи воздуха и охлаждения двигателя и снабженные насосными группами топливную и масляную гидравлические системы, в том числе в составе последней, по меньшей мере, один нагнетающий насос и блок откачивающих насосов, которые соединены с блоком приводных агрегатов и турбокомпрессорной группой магистралями всасывания и нагнетания масла, к последней из которых подключены перепускной клапан, установленный параллельно нагнетающему насосу, и топливомасляный теплообменник, закоммутированный с магистралью так, что выход из него параллельно подсоединен к входу в перепускной клапан, а выход из последнего подключен к полости всасывания нагнетающего насоса параллельно магистрали всасывания масла, кроме того, подшипники и блок приводных агрегатов снабжены масляными полостями, сообщенными с магистралью нагнетания масла, а масляная система снабжена воздухоотделительными устройствами и маслобаком, сообщенным с магистралью всасывания через маслозаборник, при этом при запуске двигателя одновременно включают в работу топливную систему, одну или обе камеры сгорания, задействуют систему подачи воздуха и охлаждения двигателя и осуществляют нагнетание масла в систему через нагнетающий насос, последовательно пропуская поток через топливомасляный теплообменник, после которого поток разделяют на две части, предпочтительно, большую из которых направляют к масляным полостям подшипников и блока приводных агрегатов, после которых возвращают в маслобак посредством блока откачивающих насосов и магистрали всасывания, очищая при этом от примеси воздуха упомянутыми воздухоотделительными устройствами, а другую часть потока, охлажденную топливом в упомянутом теплообменнике, через перепускной клапан направляют к полости всасывания нагнетающего насоса, минуя всасывающую магистраль.

При этом масляную систему могут наделять стояночным клапаном, который устанавливают на магистрали нагнетания после нагнетающего насоса по ходу движения масляного потока.

Масляную систему могут наделять, по меньшей мере, одним масляным фильтром, который устанавливают на магистрали нагнетания перед топливомасляным теплообменником.

Воздухоотделительные устройства могут включать разделитель воздуха, установленный в верхней части масляного бака.

Воздухоотделительные устройства масляной системы могут включать суфлер для отвода воздуха, установленный на магистрали всасывания и сообщенный с масляной полостью блока приводных агрегатов.

Подачу масла в масляные полости подшипников и блока приводных агрегатов могут осуществлять через форсунки, установленные на концах участков каналов, сообщающих указанные полости с магистралью нагнетания масла.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в повышении надежности и стабильности работы двигателя за счет более стабильной работы масляной системы во всем диапазоне допустимых температур, что достигается понижением рабочей температуры масла в топливомасляном теплообменнике при одновременном подогреве топлива, что повышает КПД двигателя.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где изображена принципиальная схема газотурбинного двигателя с масляной системой.

В способе работы газотурбинного двигателя предложенный двигатель 1 выполнен двухконтурным и содержит турбокомпрессорную группу, включающую установленный в подшипниках 2 ротор, в котором соосно установлены с возможностью передачи крутящего момента попарно соединенные валами турбины 3 и компрессоры 4 низкого и высокого давления (условно показана одна пара турбина-компрессор). Газотурбинный двигатель содержит также камеру 5 сгорания, реактивное сопло 6, систему автоматического управления, а также подчиненные ей системы подачи воздуха и охлаждения двигателя 1 и снабженные насосными группами топливную и масляную гидравлические системы. Масляная система содержит, по меньшей мере, один нагнетающий насос 7 и блок 8 откачивающих насосов, которые соединены с блоком приводных агрегатов и турбокомпрессорной группой магистралями 9 и 10 соответственно всасывания и нагнетания масла. К магистрали нагнетания масла подключены перепускной клапан 11, установленный параллельно нагнетающему насосу 7, и топливомасляный теплообменник 12, закоммутированный с магистралью 10 нагнетания так, что выход из него параллельно подсоединен к входу в перепускной клапан 11, а выход из последнего подключен к полости 13 всасывания нагнетающего насоса 7 параллельно магистрали 9 всасывания масла. Подшипники 2 и блок приводных агрегатов снабжены масляными полостями 14, 15, 16 и 17 соответственно, сообщенными с магистралью 10 нагнетания масла. Масляная система снабжена воздухоотделительными устройствами, маслобаком 18, сообщенным с магистралью 9 всасывания через маслозаборник 19.

При запуске двигателя 1 одновременно включают в работу топливную систему, одну или обе камеры 5 сгорания, задействуют систему подачи воздуха и охлаждения двигателя и осуществляют нагнетание масла в систему через нагнетающий насос 7, последовательно пропуская поток через топливомасляный теплообменник 12. После теплообменника 12 поток разделяют на две части. Предпочтительно, большую часть потока направляют к масляным полостям 14, 15, 16 и 17 подшипников 2 и блока приводных агрегатов, после которых возвращают в маслобак 18 посредством блока 8 откачивающих насосов и магистрали 9 всасывания, очищая при этом от примеси воздуха упомянутыми воздухоотделительными устройствами. Другую часть потока, охлажденную топливом в упомянутом теплообменнике 12, через перепускной клапан 11 направляют к полости 13 всасывания нагнетающего насоса 7, минуя магистраль 9 всасывания.

Масляная система снабжена стояночным клапаном 20, который устанавливают на магистрали 10 нагнетания после нагнетающего насоса 7 по ходу движения масляного потока и, по меньшей мере, одним масляным фильтром 21, который устанавливают на магистрали 10 нагнетания перед топливомасляным теплообменником 12.

Воздухоотделительные устройства включают разделитель 22 воздуха, установленный в верхней части масляного бака 18.

Воздухоотделительные устройства масляной системы включают суфлер 23 для отвода воздуха, установленный на магистрали 9 всасывания и сообщенный с масляной полостью 17 блока приводных агрегатов.

Подачу масла в масляные полости 14, 15, 16 и 17 подшипников и блока приводных агрегатов осуществляют через форсунки, установленные на концах участков каналов, сообщающих указанные полости с магистралью 10 нагнетания масла.

Работает двигатель следующим образом.

При запуске двигателя 1 одновременно включают в работу топливную систему, камеру 5 сгорания, задействуют систему подачи воздуха и охлаждения двигателя и осуществляют нагнетание масла в систему через нагнетающий насос 7.

При работе двигателя масло из масляного бака 18 через маслозаборник 19 поступает на вход нагнетающего насоса 7 по магистрали 9 всасывания и подается им в магистраль 10 нагнетания. Под действием давления масла, создаваемого нагнетающим насосом 7, открывается стояночный клапан 20, и масло через фильтр 21 проходит на вход топливомасляного теплообменника 12. На выходе из теплообменника 12 поток масла раздваивается и до 85% масла по магистрали 10 нагнетания подается к форсункам в масляные полости 14, 15, 16 и 17, а ≈15÷25% охлажденного масла через магистраль 24 подводится к входу перепускного клапана 11.

Из перепускного клапана 11 масло по магистрали 25, минуя магистраль 9 всасывания, сразу же попадает во всасывающую полость 13 нагнетающего насоса 7, поскольку давление масла на выходе из клапана значительно выше давления масла в магистрали 9 всасывания (оно может быть ниже атмосферного). Горячий воздух, попадающий в масляный бак 18 через разделитель 22 воздуха, и воздух, проникающий через уплотнения в проточной части двигателя в масляные полости 14, 15, 16 и 17, будет удален в атмосферу через суфлер 23.

Таким образом, за счет более стабильной работы масляной системы во всем диапазоне допустимых температур, достигаемой понижением рабочей температуры масла в топливомасляном теплообменнике при одновременном подогреве топлива, повышается КПД двигателя и надежность его работы.