Масляная система газотурбинного двигателя

Изобретение относится к устройствам, используемым для подачи масла к подшипникам роторов газотурбинных приводов энергетических установок. Характерной особенностью газотурбинной установки со свободной турбиной, осуществляющей привод электрогенератора, является продолжительное (20...30 мин) вращение ротора указанной турбины после выключения газогенератора двигателя. Для обеспечения смазки подшипников ротора свободной турбины в процессе выбега в заявленную масляную систему включен гидроаккумулятор. Данный гидроаккумулятор подсоединен параллельно линии подачи масла от нагнетающего насоса, приводимого от ротора газогенератора, к форсункам подшипников свободной турбины. Заполнение маслом полости агрегата производится из нагнетающей магистрали масляной системы. При этом на рабочих режимах подача масла к подшипникам осуществляется помимо гидроаккумулятора. Подвод дозированного количества масла к подшипникам турбины после выключения двигателя производится при помощи гидростатического напора. С этой целью устройство размещено выше по уровню относительно масляной полости свободной турбины, а в канале, соединяющем его с форсунками данной турбины, установлен жиклер, ограничивающий подачу масла. Указанный принцип включения гидроаккумулятора в масляную систему газотурбинного двигателя позволяет обеспечить смазку подшипников данной турбины в процессе длительного выбега ее ротора при компактной конструкции устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к области разработки конструкций газотурбинных двигателей, используемых в качестве приводов энергетических установок, в частности к устройствам, обеспечивающим подачу масла к подшипникам их роторов.

Характерной особенностью газотурбинной установки со свободной турбиной, осуществляющей привод электрогенератора, является продолжительное вращение ротора указанной турбины (25...30 мин) после выключения двигателя. Уменьшение исходной величины кинетической энергии вращения происходит за счет потерь на трение в подшипниковых опорах ротора свободной турбины и электрогенератора, а также за счет вентиляционных потерь в этих узлах. Поскольку эти потери относительно невелики, то процесс останова указанного ротора имеет затяжной характер. Очевидно, что в том случае, если нагнетающий масляный насос приводится во вращение от ротора газогенератора, то после выключения последнего подача масла к подшипникам свободной турбины на выбеге (за исключением некоторого начального момента) осуществляться не будет. В связи с этим возникает необходимость в разработке функционирующей после остановки нагнетающего масляного насоса системы подачи масла для смазки подшипников качения ротора свободной турбины.

При этом следует отметить, что у аналогичных по конструкции конвертированных газотурбинных двигателей, используемых в качестве приводов газоперекачивающих агрегатов, нет такой проблемы. Это связано с тем, что после выключения такого двигателя частота вращения свободной турбины практически сразу же падает до нуля из-за резкого торможения ротора нагнетателя газа. Так что описанная выше специфическая особенность длительного вращения ротора свободной турбины после выключения двигателя присуща только газотурбинным приводам электрогенераторов.

Известна масляная система, предназначенная для смазки подшипниковых опор электрогенератора (названного турбогенератором) Т-32-2В3 мощностью 25 МВт, производства ОАО «Привод-электромеханик», г. Лысьва Пермской области. В ее состав включен демпферный бак (см. «Турбогенератор Т-32-2В3». Техническое описание и инструкция по эксплуатации, ИБЖК. 651121.010 ТО, 1995 г. Соответствующий текст приведен на стр.22, 23, схема смазки подшипников приведена на чертеже ОВЖ.399.030). В этой масляной системе подача масла электронасосным агрегатом к опорам осуществляется через так называемый демпферный бак объемом ≈0,4 м³. Этот бак, установленный выше оси генератора на 2 м, в процессе работы постоянно заполнен маслом. Он служит для компенсации временного падения давления в случае выхода из строя электронасосного агрегата до момента подключения резервного дублирующего насоса, а также для обеспечения смазки подшипников при полном обесточивании сети электропитания насосов. В противном случае подшипники скольжения, установленные в генераторе, при отсутствии подачи масла могут быстро перегреться и выйти из строя. При этом характерной особенностью такой масляной системы является то, что масло из демпферного бака поступает к подшипникам и в процессе работы генератора и на выбеге его ротора по одним и тем же каналам.

Следует особо отметить длительное время выбега ротора генератора после выключения привода (до 30 мин), в течение которого требуется обеспечивать подачу масла на его подшипники.

Недостатком данной системы, используемой также в качестве резервной, является необходимость введения в конструкцию демпферного бака, имеющего большую массу и требующего дополнительного значительного объема масла для его заполнения, поскольку в магистраль подачи масла к подшипникам ротора он включен последовательно и вынужден пропускать через себя всю прокачку циркулирующего в системе масла. Кроме того, под генератором должна быть предусмотрена емкость для приема масла, вытекающего из демпферного бака.

Задачей предлагаемого изобретения является создание компактной и надежной масляной системы многовального газотурбинного двигателя, в котором масляные насосы приводятся от ротора газогенератора, а ротор свободной турбины кинематически связан с турбогенератором. Эта система должна обеспечивать достаточную смазку и охлаждение узлов трения двигателя не только на рабочих режимах, но также осуществлять подачу масла к подшипникам качения ротора свободной турбины после выключения двигателя в процессе длительного останова высокоинерционного турбогенератора.

Сущность нашего предложения поясняется с помощью чертежа, где показана принципиальная схема масляной системы многовального газотурбинного двигателя, состоящего из газогенератора и свободной турбины, используемой для привода электрогенератора, включающая нагнетающий и откачивающие насосы (с приводом от ротора газогенератора), агрегаты и трубопроводы, обеспечивающие циркуляцию масла, и гидравлическую сеть масляных форсунок. Отличительной особенностью схемы является то, что дополнительная подача масла к подшипникам опоры свободной турбины обеспечена в результате параллельного подключения к основному каналу гидроаккумулятора, расположенного по уровню выше данной турбины, при этом верхняя точка его полости и соединена каналом с нагнетающим насосом, а нижняя через жиклер - с масляными форсунками подшипников опоры свободной турбины.

Входное устройство нагнетающего насоса 1 магистралью 2 соединено с маслобаком 3, а выход из этого насоса через магистраль 4, в которой установлен фильтр 5 и маслоохладитель 6, соединен с форсунками 7 масляных полостей 8 газогенератора и с верхней зоной гидроаккумулятора 9. Масляные форсунки 10 свободной турбины соединены с гидроаккумулятором 9 двумя каналами: с его верхней зоной магистралью 15, а с нижней точкой магистралью 11, в которой установлен жиклер 12, ограничивающий ее проходное сечение.

Масляные полости опор газогенератора и свободной турбины соединены с маслобаком 3 магистралями, включающими откачивающие насосы 13.

Работа предлагаемой системы осуществляется следующим образом. На рабочих режимах нагнетающий насос 1 непрерывно подает масло к форсункам 7 масляных полостей 8 газогенератора, а также к гидроаккумулятору 9, из которого масло поступает к форсункам 10 свободной турбины. Заполнение маслом гидроаккумулятора происходит в процессе запуска двигателя, когда оно начинает поступать из нагнетающего насоса. При этом воздух из гидроаккумулятора вытесняется в масляную полость 14 свободной турбины по магистрали 15.

При работе двигателя гидроаккумулятор заполнен маслом, причем через него оно постоянно прокачивается к форсункам 10 свободной турбины (по магистралям 15 и 11). После выключения двигателя давление масла за нагнетающим насосом, приводимым от ротора газогенератора, за короткое время падает до нуля. Под действием гидростатического напора, обусловленного уровнем масла в гидроаккумуляторе (относительно положения отверстий форсунок 10), происходит его опорожнение - масло по магистрали 11, в которой установлен жиклер 12, поступает к форсункам 10 свободной турбины. При этом из форсунок 7 газогенератора по магистрали 16 в гидроаккумулятор 9 поступает воздух для замещения вытекающего из его полости масла.

Таким образом, после останова двигателя масло из гидроаккумулятора самотеком в течение продолжительного времени будет поступать к подшипникам качения ротора свободной турбины, осуществляя их смазку. Следует отметить, что в рассматриваемый период времени (от выключения двигателя до полного останова ротора электрогенератора) подшипники свободной турбины работают с незначительной нагрузкой, поэтому дозируемой с помощью жиклера 12 подачи масла на подшипники оказывается достаточно для создания на них смазывающей пленки.

Масло, вытекающее из гидроаккумулятора, скапливается в масляной полости 14 свободной турбины, а при очередном запуске двигателя оно будет откачано еще до начала вращения ротора свободной турбины, так как откачивающий насос 13 приводится от ротора газогенератора.

Таким образом, из анализа представленной схемы масляной системы газотурбинного двигателя видно, что с использованием на два порядка меньшей емкости гидроаккумулятора по сравнению с прототипом предлагаемая система способна обеспечить смазку подшипников качения при длительном выбеге ротора свободной турбины.

При изучении соответствующей литературы технических решений, аналогичных предложенному, обнаружено не было.

Масляная система многовального газотурбинного двигателя, состоящего из газогенератора и свободной турбины, используемой для привода электрогенератора, включающая нагнетающий и откачивающий насосы с приводом от ротора газогенератора двигателя, трубопроводы, обеспечивающие циркуляцию масла и гидравлическую сеть масляных форсунок, отличающаяся тем, что дополнительная подача масла к подшипникам опоры свободной турбины обеспечена в результате параллельного подключения к основному каналу гидроаккумулятора, расположенного по уровню выше данной турбины, при этом верхняя точка его полости соединена каналом с нагнетающим насосом, а нижняя - через жиклер с масляными форсунками подшипников опоры свободной турбины.