Осуществление подачи масла в узлы двигателя.

У ГТД первых трёх поколений, так же, как и у большинства современных двигателей, находящихся в серийном производстве, использована система подачи масла в двигатель с регулируемым давлением. Такая система характеризуется практически постоянной величиной подачи масла в узлы двигателя в широком диапазоне частот вращения его ротора. Это обеспечивается за счёт постановки на выходе из нагнетающего насоса редукционного клапана, ограничивающего вели­чину избыточного давления масла на входе в двигатель на определённом уровне (например, у двигателей «НК» при 0,4 МПа). Открытие клапана происходит на режимах выше «малого газа»

Один из вариантов конструкции редукционного клапана тарельчатого типа показан на рис. 16. Как видно из представленного рисунка, для открытия клапана сила от давления масла на тарелку 1 должна преодолеть усилие пружины 3, прижимающей тарелку к седлу. Для обеспечения стабильности функционирования клапанов у серийных двигателей необходимо, чтобы разброс характеристик пружины был минимальным. Кроме того, конструктивно должна быть обеспечена возможность самоустанавливания тарелки клапана при случайных перекосах пружины. Так, например, в приведённой конструкции клапана, у прижима 2 предусмотрен полусферический подпятник, а в верхней части тарелки 1 в месте её сопряжения с подпятником имеется соответствующая выборка скруглённой формы.

Масло из редукционного клапана может быть отведено либо на вход нагнетающего насоса, либо в маслобак.

При такой схеме подачи масла в двигатель нагнетающий насос должен иметь определённый запас по производительности. Обычно он составляет 30…60% от потребной прокачки масла через двигатель.

В последние годы более широкое распространение получил другой способ подачи масла в двигатель, отличающийся тем, что прокачка масла осуществляется пропорционально частоте вращения ротора ГТД (от которого произведен отбор мощности для привода нагнетающего насоса). При такой схеме подачи масла в двигатель отпадает необходимость в редукционном клапане, и величина давления масла на входе в двигатель будет переменной.

Рис. 16. Редукционный клапан

1-тарелка; 2-прижим; 3-пружина: 4-стакан; 5-корпус;

6-регулировочный винт; 7-предохранительный колпачок

Очевидно, что производительность нагнетающего насоса на максимальном режиме в данном случае должна быть равна расчётной величине прокачки масла через двигатель на указанном режиме (с учётом заданного допуска на неё). Поэтому в технической документации на изготовление нагнетающего насоса должно содержаться требование о том, чтобы его производительность находилась в диапазоне установленной величины прокачки масла, заявленной в основных технических данных двигателя.

Графическое сопоставление двух описанных способов подачи масла в ГТД приведено на рис.17. Линия 1 показывает ограничение количества масла, поступающего в двигатель в схеме с использованием редукционного клапана, а линия 2 описывает линейное изменение количества подаваемого масла пропорционально оборотам ротора (при отсутствии клапана). Символом ΔW обозначено количество масла, перепускаемого через редукционный клапан вследствие избыточной производительности нагнетающего насоса.

Как видно, в обоих рассматриваемых случаях на максимальном режиме в двигатель поступает одинаковое количество масла, но на более низких режимах при регулируемом давлении будет иметь место излишняя подача масла в узлы двигателя. Это обстоятельство приводит к усложнению условий откачки масла из узлов двигателя, особенно на пониженных режимах работы. Кроме того, эатрудняется решение вопроса о предотвращении утечек масла через уплотнения валов при низком перепаде давления воздуха на них в указанных условиях. Именно этим объясняется тот факт, что в настоящее время разработчики ГТД начинают отдавать предпочтение способу подачи масла в двигатель с нерегулируемым давлением (получившим условное название «объёмной подачи масла»).

Редукционные клапаны могут входить в состав конструкции не только у нагнетающих насосов, но и у подкачивающих. Их настраивают на открытие при определенном перепаде давления масла между выходом и входом в насос. При этом обычно на выходе из подкачивающих насосов поддерживают давление на уровне ~ 0,05МПа, а за нагнетающими насосами 0,3 - 0,5МПа. Указанные величины давлений масла за этими насосами после открытия редукционных клапанов весьма незначительно возрастают при дальнейшем повышении оборотов ротора двигателя.

Рис.17. Варианты осуществления подачи масла в двигатель

1. Регулируемая подача с использованием редукционного клапана;

2. Линейная подача масла (пропорционально оборотам ротора)

Следует отметить, что даже в случае использования объёмной подачи масла в двигатель за нагнетающим насосом должен быть установлен предохранительный клапан, который будет перепускать масло на вход в насос (или в маслобак) при достижении давления в линии нагнетания масла более 0,8 МПа. Необходимость этого связана с тем, что при низкотемпературных запусках двигателя вследствие высокой кинематической вязкости масла (которая может на три порядка превышать её уровень при рабочих температурах) нагнетающий насос способен создавать давление величиной в несколько МПа. Поэтому предохранительный клапан здесь необходим для ограничения предельно допустимого уровня давления в магистрали подачи масла в двигатель при низкотемпературных запусках (с целью предотвращения возможных прочностных разрушений конструктивных элементов).

Рассматривая систему подачи масла в двигатель, следует также упомянуть

о необходимости принятия конструктивных мер для исключения возможности перетекания масла из маслобака в неработающий двигатель (на стоянке). C этой целью обычно в линии подачи масла в двигатель на выходе из нагнетающего насоса устанавливают запорный клапан, по конструкции подобный редукционному клапану, но с более мягкой пружиной. Пружина создаёт усилие, достаточное для открытия клапана при достижении давления за насосом ~ 0,03 МПа (т.е. превышающее величину давления гидростатического столба масла, находящегося в баке). В случае использования короткозамкнутой схемы масляной системы запорный клапан устанавливают за подкачивающим насосом.

В [7] приведены возможные варианты конструктивного решения данной проблемы без использования запорного клапана. Для этого могут быть предусмотрены антисифонные устройства, предотвращающие возможность перетекания масла из маслобака в двигатель после его останова. Например, трубопроводу подачи масла в двигатель можно придать форму петли, поднятой выше уровня масла в баке, а в верхнюю точку этой петли через жиклёр Ǿ 2-3 мм соединить каналом с воздушной зоной маслобака (для разрыва струи масла при выключении двигателя).