Сорта масел для турбовинтовых двигателей

Нефтяные масла. В связи с особенностями работы турбовинтового двигателя и для обеспечения надежной его работы в качестве смазочного материала используются смеси из маловязких дистиллятных масел МК-8, МС-8, или трансформаторное ТК с высоковязкими остаточными авиационными маслами МС-20 или МК-22.

На ТВД мощностью около 3000 кВт используются маловязкие смеси, состоящие из 75% МК-8 (МС-8) и 25% МС-20 (МК-22). Они имеют обозначение СМ-4,5. На ТВД большей мощности используются высоковязкие смеси, состоящие из 75% МС-20 (МК-22) и 25% МК-8 (МС-8). Они имеют обозначение СМ-11,5.

Перед заправкой летательных аппаратов маслосмесь СМ-11,5 должна иметь температуру не ниже +15°С, а маслосмесь СМ-4,5 - не ниже -5°С.

Синтетические масла. На самолетных ТВД может применяться синтетическое масло ВНИИ НП-7.

Это масло имеет пологую вязкостно-температурную характеристику и обеспечивает запуск двигателя без подогрева до - 30° С. Вязкостная присадка при длительной работе масла «размалывается» и вязкость масла несколько снижается.

6.3. СХЕМЫ МАСЛОСИСТЕМ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК

Масляные системы ГТД подразделяются на разомкнутые и замкнутые (циркуляционные). В разомкнутых системах масло после смазки трущихся поверхностей обычно теряет смазывающие свойства и удаляется из двигателя. Эти системы конструктивно менее сложны, чем замкнутые, так как у них отсутствуют элементы (агрегаты), обеспечивающие подготовку масла к последующему циклу (откачивающие насосы, воздухоотделители, радиаторы). Разомкнутые системы чаще всего находят применение в тепло напряженных двигателях одноразового или кратковременного действия, для которых создание замкнутых систем смазки затруднительно или экономически нецелесообразно.

В циркуляционных системах отработавшее масло после очистки, отделения от него воздуха и охлаждения возвращается в бак или на вход в нагнетающий насос двигателя. В этих системах все высоконагруженные подвижные поверхности узлов и агрегатов (подшипники, зубчатые и шлицевые соединения, втулки и т. п.) смазываются маслом, подводимым под давлением, а малонагруженные поверхности - за счет разбрызгивания (барботажа) масла.

При использовании последнего способа смазки масло вращающимися деталями двигателя раздробляется на мельчайшие капельки. Образующийся масляный туман, проникая в зазоры между трущимися поверхностями, предохраняет детали от заеданий. Кроме того, масло, обладающее достаточной липкостью, покрывает внутренние поверхности масляных полостей пленкой, защищая их от коррозии.

В зависимости от схемы движения масла по магистралям, циркуляционные системы подразделяют на одноконтурные, двухконтурные и короткозамкнутые.

В одноконтурных системах (рис.6.1.) масло циркулирует по схеме: бак –двигатель – радиатор - бак. Эта система имеет три характерных участка. Первый - от масляного бака 2 до нагнетающего насоса 4 - носит название всасывающей магистрали. Для уменьшения потерь давления на этом участке, что благоприятно сказывается на работе насоса в высотных условиях, желательно, чтобы он был по возможности прямым, коротким и с трубопроводами большого диаметра, при этом условия работы нагнетающего насоса улучшаются при установке бака выше насоса.

Рис. 6.1 Схема одноконтурной масляной системы: 1, 14-краны слива масла; 2- бак; 3-заливная горловина; 4 - нагнетающий насос; 5- указатель уровня масла в баке; 6 - редукционный клапан; 7-датчик температуры; 8- фильтр; 9-центробежный суфлер; 10 датчик давления; 11 - обратный клапан; 12-двигатель; 13 - откачивающие насосы; 15 - воздухоотделитель; 16 - радиатор.

На этом участке следует избегать, несмотря на целесообразность с точки зрения защиты системы от пыли и других механических частиц, попадающих в бак, установку фильтров, так как во всасывающей магистрали они увеличивают потери давления и тем самым понижают высотность масляной системы.

Второй участок - от нагнетающего насоса 4 до откачивающих насосов 13 - нагнетающая магистраль двигателя. Величина давления, создаваемого нагнетающим насосом, зависит от вязкости масла, частоты вращения шестерен насоса, гидравлических потерь давления в системе и выбирается из условия обеспечения необходимой прокачки масла через двигатель на всех режимах работы и высотах полета самолета.

Для большинства типов двигателей давление масла на пониженных режимах составляет (200…300) кПа, а на основных – (400… 600) кПа. Дальнейшее повышение давления нецелесообразно, так как приводит к увеличению турбулентности струи, поступающей на смазку подшипников, сокращению длины сплошной части струи, насыщению масла воздухом. Распыленная смазка плохо проникает в подшипники, вследствие чего ухудшается их охлаждение. Кроме того, создание больших давлений требует дополнительных затрат мощности на привод масляных насосов, возникают затруднения в обеспечении герметичности уплотнений, увеличиваются нагрузки на трубопроводы нагнетающей магистрали системы.

На участке внутренней магистрали масло после очистки в фильтрах обеспечивает смазку и охлаждение подшипников ротора двигателя, различных приводов и часто используется как рабочая жидкость в автоматических устройствах.

Кроме очистки в фильтрах, установленных за нагнетающим насосом, масло дополнительно очищается и фильтрами, установленными перед форсунками подачи масла к подшипникам, в автоматических регуляторах и других агрегатах. В ряде случаев на выходе масла из двигателя устанавливают сетчатые фильтры, предохраняющие откачивающие насосы от попадания в них механических частиц. Появление металлической стружки на поверхности этих фильтров является первым признаком, свидетельствующим об отклонениях в работе двигателя.

Для предотвращения протекания масла из бака через зазоры нагнетающего насоса в неработающий двигатель за насосом 8 установлен обратный клапан 11, открывающийся при давлении, превышающем статический напор масла перед насосом. Это исключает накопление масла в маслосборных полостях двигателя как при неработающем двигателе, так и на выбеге при его отключении.

При недостаточной высотности системы в нагнетающей магистрали, как правило, устанавливается дополнительный насос, расположенный после обратного клапана 11, при этом насос 4 выполняет функцию подкачивающего насоса.

На участке внутренней магистрали находятся датчики температуры и давления масла.

Третий участок - от откачивающих насосов 13 до масляного бака 2 - называют откачивающей магистралью. Для надежного отсоса масла при различных положениях двигателя в полете количество насосов обычно совпадает с числом точек откачки. Поданное масло к точкам смазки интенсивно разбрызгивается и перемешивается с воздухом (газами). Получившаяся масловоздушная эмульсия значительно превосходит объем поданного масла, поэтому объемная производительность откачивающего насоса должна быть больше подачи. На участке откачивающей магистрали расположены центробежный воздухоотделитель 15, радиатор 16 и другие устройства, обеспечивающие подготовку масла к повторному циклу работы.

Воздухоотделитель целесообразно устанавливать до радиатора, так как в горячем масле облегчается процесс отделения воздуха, а также улучшается теплоотдача радиатора при протекании через него масла, очищенного от воздушных включений. Кроме того, центрифуга создает напор, достаточный для компенсации потерь давления в радиаторе и других агрегатах, установленных на участке откачивающей магистрали.

По указанной выше схеме обеспечивается циркуляция масла в системах силовых установок большинства современных самолетов с ТРД.

Основные магистрали двухконтурной масляной системы (рис. 6.2) аналогичны одноконтурной и отличаются тем, что в двухконтурной системе имеются подкачивающий насос (насос подпитки) и два контура течения масла (основной и дополнительный). По основному контуру на участке нагнетающий насос - двигатель - откачивающие насосы - воздухоотделитель - радиатор прокачивается потребное для надежной работы двигателя количество масла (в дальнейшем будем называть его потребной прокачкой Q). Так как в откачивающей магистрали за радиатором 18 установлен жиклер19 и имеется трубопровод а-б, именуемый иногда короткозамкнутым участком, значительная часть масла (около 90% от потребной прокачки), минуя бак, поступает на вход нагнетающего насоса 9, а небольшая часть (около 10%) -по дополнительному контуру проходит в бак для подогрева находящегося там масла. Из бака масло насосом подкачки 5 подается в контур на вход в нагнетающий насос. Вследствие того, что по основному контуру циркулирует только масло, находящееся в двигателе, трубопроводах и агрегатах, ускоряется его прогрев, уменьшается расход ресурса двигателя, сокращается время подготовки самолета к полету. Вторым преимуществом двухконтурной системы является возможность получения большей высотности, чем при одноконтурной масляной системе. Это достигается установкой во всасывающей магистрали подкачивающего насоса, поддерживающего перед нагнетающим насосом определенное избыточное давление, благодаря чему исключается возможность образования на входе в насос воздушных пробок.

Двухконтурные масляные системы применены в силовых установках самолетов Ту-114, Ил-62.

Рис. 6.2 схема двухконтурной масляной системы: 1-указатель уровня масла в баке; 2, 16-краны слива масла; 3-бак; 4-заливная горловина; 5-насос подкачки; 6,11-редукционные клапаны; 7-обратный клапан; 8-датчик температуры; 9-нагнетающий насос; 10-центробежный суфлер; 12-фильтр; 13- датчик давления; 14-двигатель; 15-откачивающие насосы; 17-воздухоотделитель; 18- радиатор; 19 - жиклер

Разновидностью двухконтурной масляной системы является короткозамкнутая (рис. 6.2а). В этой системе масло, минуя бак, циркулирует по контуру: двигатель - радиатор - двигатель. По такой схеме выполнены масляные системы самолетов Ил-18, Ан-10, Ан-24.

Первоначальное заполнение двухконтурных и короткозамкнутых систем маслом, а также пополнение израсходованного двигателем масла производится из бака насосом 2. Нагнетающий насос подпитки 2через фильтр подает масло в двигатель.

Отработавшее масло при помощи откачивающих насосов 15 поступает в воздухоотделитель 17. Освобожденное от воздуха масло направляется в радиатор 18, откуда после охлаждения попадает на вход в нагнетающий масляный насос 9. Центробежный воздухоотделитель создает подпор масла на входе в на гнетающий насос и противодавление на выходе масла из подкачивающего насоса 5. При давлении масла на входе в нагнетающий насос выше 80 кПа обратный клапан 7 перекрывает подачу масла из бака 3. Оставшееся масло во внутреннем контуре обеспечивает охлаждение и смазку всех элементов двигателя. В процессе работы часть масла «уходит» из контура (угар, потери через лабиринтные уплотнения), что приводит к снижению давления за обратным клапаном 7. В силу этого подкачивающий насос 5 подает дополнительную порцию масла в контур, вызывая в нем повышение давления, и процесс восстанавливается.

Откачка масла из маслосборных полостей двигателя производится отдельными насосами 15. Их производительность должна быть выше, чем расход подаваемого к маслосборникам масла с тем, чтобы подшипниковые опоры ротора двигателя работали с «сухим» картером. Поэтому откачиваемое масло представляет масловоздушную эмульсию – смесь масла и газов. Воздух, выделенный из масла в центрифуге, направляется в бак 1. Заборный патрубок всасывающей магистрали в двухконтурных и короткозамкнутых масляных системах самолетов с ТВД расположен несколько выше днища маслобака, вследствие чего обеспечивается резервный объем масла для флюгирования воздушного винта.

В зависимости от способа и качества воздухоотделения масляный бак может сообщаться через дренажную магистраль с атмосферой или с системой суфлирования двигателя. Суфлирование бака через центробежный суфлер, предусмотренный на двигателе, получило наибольшее распространение, так как при этом устраняется выброс масла из системы в атмосферу и уменьшается попадание в масляный тракт пыли и влаги.

Существуют маслосистемы, где дренаж масляного бака выводят к специальным маслоуловительным (дренажным) бачкам, откуда воздух по дренажным трубкам отводится в атмосферу, а масло сливается в отстойник двигателя или в бак. Однако из-за увеличения веса и усложнения масляной системы применение их ограничено.

Выводить дренажные трубки масляных баков необходимо в утепленное место (например, в туннель радиатора), чтобы устранить опасность их обмерзания или в зону горячих газов на выходе из сопла.

Независимо от схемы масляной системы в ней предусматривают элементы, обеспечивающие заправку, слив и контроль количества масла.

Для слива масла трубопроводы системы выполняются с достаточным уклоном к сливному крану. Особое внимание уделяют сливу масла из отстойников двигателя, бака и радиатора.

В короткозамкнутых масляных системах силовых установок с ТВД предусмотрена циркуляция небольшого количества масла в маслобак, что обеспечивает прогрев масла в баке, а следовательно, и постоянную готовность к работе системы флюгирования при отрицательных температурах окружающего воздуха.

На некоторых типах двигателей агрегаты масляной системы, включая бак и радиатор, размещены непосредственно на корпусе двигателя. В этом случае уменьшается длина трубопроводов, их масса и гидравлические потери давления, упрощается монтаж, повышается надежность работы двигателя.

Для обеспечения хороших условий работы нагнетающего насоса необходимо сообщение воздушной полости бака с атмосферой. В зависимости от способов сообщения масляные системы разделяют на открытые и закрытые. В открытых системах масляный бак сообщается с атмосферой через дренажный трубопровод непосредственно, в закрытых - через предохранительные клапаны или магистраль суфлирования двигателя. Иногда в открытых системах к дренажному трубопроводу подключают маслоуловительный (дренажный) бачок, откуда воздух по дренажным трубкам отводится в атмосферу, а масло сливается в отстойник двигателя или в бак. Дренажный бачок предотвращает выброс масла через дренаж при действии на ВС отрицательных перегрузок, однако из-за увеличения массы системы и ее усложнения - применение бачков ограничено. Системы с суфлированием бака через двигатель получили более широкое применение.