Устройство для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя

Авторы патента:

F02C7/06 - размещение опор (подшипники как таковые F16C); смазка (двигателей вообще F01M)

Владельцы патента RU 2288368:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") (RU)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и, в частности, к конструкции элементов маслобака турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД), а именно к устройствам для суфлирования маслобака турбореактивного двухконтурного двигателя, устанавливаемого на сверхзвуковые самолеты. Изобретение может применяться также в масляных системах двигателей для других областей народного хозяйства. Устройство для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя содержит систему дренажных магистралей, закрепленных между передней и задней стенками маслобака и соединяющих элементов: накладок, опоры и кольца. Система дренажных магистралей выполнена в виде 3-х соосно установленных один в другом с радиальными зазорами между ними полых цилиндров и цилиндра (трубы) с заборным отверстием. Ось цилиндра (трубы) не совпадает с осью соосно установленных полых цилиндров. При этом маслобак соединен с центробежным суфлером через магистраль суфлирования, а через центробежный суфлер с атмосферой. Часть соединяющих элементов выполнена в виде, по меньшей мере, двух групп накладок, при этом для устройства выполняются соотношения:

где S₂ - площадь поперечного сечения соединяемых группой накладок цилиндров, образованная между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров; S₁ - площадь поперечного сечения, образованная внутренней поверхностью меньшего из двух соединяемых группой накладок цилиндров; S_пр - суммарная площадь поперечного сечения накладок одной группы; Σl_пр - суммарная длина всех накладок одной группы; L_ср.ц. - средняя длина соединяемых указанной группой накладок полых цилиндров, причем образованные между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров и разделенные накладками одной группы площади поперечного сечения отличаются друг от друга не более чем на 20%. Техническим результатом данного изобретения является оптимизация работы устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Известно устройство для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя, являющееся наиболее близким к предлагаемому изобретению, содержащее систему дренажных магистралей, закрепленных между стенками маслобака, и соединяющих их элементов (RU 10426, F 02 K 11/00, опубл. 16.07.1999 г.).

Данное устройство не позволяет избежать опасных вибраций дренажных коммуникаций из-за наличия больших радиальных зазоров на открытых концах цилиндров. Объясняется это технологическими трудностями в обеспечении соосной установки цилиндров при наличии коротких установочных баз, а также перекосами тонкостенных цилиндров, возникающими при сварке элементов сочленения устройства. Вибрации дренажных магистралей приводят к их поломке и, как следствие этого, к выбросу масла из маслобака при эволюциях самолета.

Задачей изобретения является оптимизация работы устройства для суфлирования маслобака путем уменьшения влияния радиальных зазоров на открытых концах цилиндров, и следовательно, уменьшение вероятности появления опасных вибраций при одновременном уменьшении сопротивления между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров.

Указанная задача достигается тем, что устройство для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя содержит систему дренажных магистралей, закрепленных между стенками маслобака, и соединяющих их элементов, при этом система магистралей выполнена в виде 3-х соосно установленных один в другом с радиальными зазорами между ними полых цилиндров и цилиндра с заборным отверстием, ось которого не совпадает с осью соосно установленных полых цилиндров, при этом маслобак соединен с центробежным суфлером через магистраль суфлирования, а через центробежный суфлер с атмосферой, причем часть соединяющих элементов выполнена в виде, по меньшей мере, двух групп накладок, при этом для устройства выполняются соотношения:

S₁ - площадь поперечного сечения, образованная внутренней поверхностью меньшего из двух соединяемых группой накладок цилиндров;

S_пр - суммарная площадь поперечного сечения накладок одной группы;

Σl_пр - суммарная длина всех накладок одной группы;

L_ср.ц. - средняя длина соединяемых указанной группой накладок полых цилиндров,

причем образованные между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров и разделенные накладками одной группы площади поперечного сечения отличаются друг от друга не более чем на 20%.

При этом накладки могут быть выполнены П-образной и Z-образной формы, а устройство для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя может содержать не менее трех накладок для одной группы.

Также часть соединяющих элементов крепления в устройстве для суфлирования маслобака может быть выполнена в виде опоры и кольца.

Новым здесь является то, что система магистралей выполнена в виде 3-х соосно установленных один в другом с радиальными зазорами между ними полых цилиндров и цилиндра с заборным отверстием, ось которого не совпадает с осью соосно установленных полых цилиндров, при этом маслобак соединен с центробежным суфлером через магистраль суфлирования, а через центробежный суфлер с атмосферой, причем часть соединяющих элементов выполнена в виде, по меньшей мере, двух групп накладок, при этом для устройства выполняются соотношения:

S_пр - суммарная площадь поперечного сечения накладок одной группы;

Σl_пр - суммарная длина всех накладок одной группы;

L_ср.ц. - средняя длина соединяемых указанной группой накладок полых цилиндров.

Причем образованные между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров и разделенные накладками одной группы площади поперечного сечения отличаются друг от друга не более чем на 20%, при этом накладки могут быть выполнены П-образной и Z-образной формы, а устройство для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя может содержать не менее трех накладок для одной группы.

Для оптимизации работы устройства накладки различной формы (П-образной, Z-образной и др. формы) должны быть ориентированы своей длиной L по оси цилиндра, что при вышеуказанном заданном соотношении обеспечивает наименьшее сопротивление между вешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров.

Также часть соединяющих элементов крепления в узле суфлирования может быть выполнена в виде опоры и кольца.

Такое крепление цилиндров (с помощью накладок определенного размера, опоры и кольца) позволяет замкнуть силовую схему устройства, что увеличивает жесткость системы дренажных коммуникаций, уменьшает вероятность появления вибраций и, как следствие этого, уменьшает вероятность поломки. В итоге оптимизируется работа устройства, в том числе и за счет устранения выброса масла из маслобака при эволюциях самолета. Устранение выбросов масла в свою очередь улучшит экологические характеристики самолета и снизит расход смазки на двигателе.

На Фиг.1 изображен продольный разрез устройства для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя.

На Фиг.2 изображено сечение по А-А устройства.

На Фиг.3 изображено сечение по Б-Б устройства.

Устройство для суфлирования маслобака 1 турбореактивного двигателя содержит систему дренажных магистралей, закрепленных между передней и задней стенками 2 и 3 маслобака 1, и соединяющих элементов: накладок (4, 21), опоры 5 и кольца 6. Система магистралей выполнена в виде 3-х соосно установленных один в другом с радиальными зазорами между ними полых цилиндров 7, 8, 9 и цилиндра (трубы) 10 с заборным отверстием 11. Ось цилиндра (трубы) 10 не совпадает с осью соосно установленных полых цилиндров 7, 8, 9. При этом маслобак 1 соединен с центробежным суфлером 12 через магистраль суфлирования 13, а через центробежный суфлер 12 с атмосферой.

Для части соединяющих элементов, выполненных в виде накладок (4, 21), соединяющих между собой попарно посредством, например, сварки цилиндры 7, 8 и 9 (7 с 8, 8 с 9), должны выполняться следующие соотношения:

S_пр - площадь поперечного сечения накладок одной группы;

Σl_пр - суммарная длина всех накладок одной группы;

L_ср.ц. - средняя длина соединяемых указанной группой накладок полых цилиндров.

Причем образованные между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров и разделенные накладками одной группы площади поперечного сечения отличаются друг от друга не более чем на 20%, при этом накладки (4, 21) могут быть выполнены П-образной, Z-образной, Т-образной, Н-образной, C-образной формы и другой формы.

Форма, размеры и количество вышеуказанных накладок выбираются в зависимости от расстояния между цилиндрами и размеров самих цилиндров, а также от условий работы самого устройства для суфлирования маслобака.

Устройство для суфлирования может содержать, например, не менее трех накладок (4, 21) для одной группы, при этом часть соединяющих элементов крепления выполняется в виде опоры 5 и кольца 6.

Между открытым концом цилиндра 8 и опорой 5 образована кольцевая щель 14. В опоре 5, соединяющей жестко цилиндры 7 и 9, выполнено отверстие 15, которое является заборным. Кольцо 6 жестко соединяет цилиндры 8 и 9. В боковой стенке цилиндра 9 выполнено отверстие 16 для отвода воздуха из цилиндра 8. Левый конец цилиндра 9 соединен с корпусом 17, соединенным с цилиндром (трубой) 10. Цилиндр (труба) 10 со стороны задней стенки 3 имеет заборное отверстие 11, расположенное в нижней части маслобака 1. В полости корпуса 17 размещен клапан, состоящий из седла 18, закрепленного на цилиндре 9, и шарика 19. Корпус 17 соединен с центробежным суфлером 12 через магистраль суфлирования 13. Центробежный суфлер 12 соединен с маслобаком 1 через напорную магистраль 20.

При работе устройства открытые концы цилиндров 7 и 8, жестко соединенные посредством сварки накладками (4, 21) соответственно с цилиндрами 8 и 9, функционируют как единое целое таким образом, что во время работы устройства уменьшается возможность появления вибраций открытых концов цилиндров 7 и 8. Левый конец цилиндра 9 через кольцо 6 и цилиндр 8 неподвижно закреплен относительно передней стенки 2 маслобака 1. Правый конец цилиндра 9 через опору 5 и цилиндр 7 соединен с задней стенкой 3 маслобака 1.

При наборе высоты самолетом отвод воздуха из маслобака 1 осуществляется через щель между цилиндрами 7 и 8 со стороны передней стенки 2 маслобака 1, затем через щель 14, отверстия 16, седло 18, мимо шарика 19 и далее через магистраль суфлирования 13 в центробежный суфлер 12. Масло из центробежного суфлера 12 по напорной магистрали 20 возвращается в маслобак 1, а чистый воздух направляется в атмосферу.

При пикировании самолета отвод воздуха из маслобака 1 осуществляется через отверстие 15, проходит через цилиндр 9, седло 18, мимо шарика 19 в центробежный суфлер 12 через магистраль суфлирования 13.

При перевернутом полете самолета или в случае воздействия на него отрицательных перегрузок масло перемещается в верхнюю часть маслобака 1 и заборное отверстие 11 обнажается. Шарик 19 садится на седло 18 и перекрывает попадание масла в магистраль суфлирования 13, а отвод воздуха в этом случае будет осуществляться через заборное отверстие 11, цилиндр (трубу) 10, корпус 17 и далее через магистраль суфлирования 13 в центробежный суфлер 12.

При горизонтальном полете самолета воздух из маслобака 1 будет отводиться одновременно двумя потоками: через отверстие 15 со стороны задней стенки 3 маслобака 1 и через щель, образованную между цилиндрами 7 и 8, со стороны передней стенки 2 маслобака 1.

Как указано в материалах заявки, техническим результатом, на который направлено заявляемое изобретение, является оптимизация работы устройства для суфлирования маслобака путем уменьшения влияния радиальных зазоров на открытых концах цилиндров и, следовательно, уменьшение вероятности появления опасных вибраций при одновременном уменьшении сопротивления между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров.

Как известно, роторные частоты являются сильными источниками возбуждения колебаний.

Для турбореактивных двигателей первые собственные частоты колебаний труб дренажных магистралей должны быть выше роторных частот ротора низкого давления (РНД) и ротора высокого давления (РВД), которые при числе оборотов ротора низкого давления n1=10200 об/мин и числе оборотов ротора высокого давления n2=13200 об/мин составляют соответственно 170 и 220 Гц.

В процессе работы устройства для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя собственные частоты труб дренажных магистралей не должны быть ниже роторных частот ротора высокого давления, т.е. не ниже 220 Гц, т.к. в данном диапазоне от 0 до 220 Гц уровень вибрации труб дренажных магистралей достигает таких значений, которые могут привести к появлению трещин.

Приведем примеры конкретного выполнения устройства для суфлирования маслобака турбореактивного двигателя, у которого материал труб дренажных магистралей - 12Х18Н10Т, температура в маслобаке 150°С, наружный диаметр средней трубы ⊘29, а толщина средней трубы 0,3 мм.

Пример 1

Допустим, что L₁=232 мм - длина первого цилиндра;

L₂=246 мм - длина второго цилиндра;

L₃=264 мм - длина третьего цилиндра.

Тогда средняя длина соединяемых прокладками полых цилиндров L₁ и L₂ будет: L_ср.ц.=(L₁+L₂)/2=(232+246)/2=239 мм,

а средняя длина соединяемых прокладками полых цилиндров L₂ и L₃ будет: L_cp.ц.=(L₂+L₃/2=(246+264)/2=255 мм.

Допустим, что П-образными накладками соединяют 2 цилиндра L₁ и L₂:

⊘9,4 - внутренний диаметр меньшего их двух соединяемых цилиндров;

⊘10 - наружный диаметр меньшего из двух соединяемых цилиндров;

⊘29 - внутренний диаметр большего из двух соединяемых цилиндров;

⊘29,6 - наружный диаметр большего из двух соединяемых цилиндров.

S₁(⊘9,4)=69,36 мм² - площадь поперечного сечения, образованная внутренней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров.

S(⊘10)=78,5 мм²- площадь поперечного сечения, образованная внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров.

S(⊘29)=660,2 мм² - площадь поперечного сечения, образованная внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров.

S₂=S(⊘29)-S(⊘10)=660,2-78,5=581,7 мм² - площадь поперечного сечения соединяемых группой накладок цилиндров, образованная между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров.

Допустим, что S-образными накладками соединяют 2 цилиндра L₁ и L₃:

⊘29 - внутренний диаметр меньшего их двух соединяемых цилиндров;

⊘29,6 - наружный диаметр меньшего из двух соединяемых цилиндров;

⊘42 - внутренний диаметр большего из двух соединяемых цилиндров;

⊘42,6 - наружный диаметр большего из двух соединяемых цилиндров.

S₁(⊘29)=660,2 мм² - площадь поперечного сечения, образованная внутренней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров.

S(⊘29,6)=687,78 мм² - площадь поперечного сечения, образованная внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров.

S(⊘42)=1384,74 мм² - площадь поперечного сечения, образованная внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров.

S₂=S(⊘42)-S(⊘29,6)=1384,74-687,78=696,96 мм² - площадь поперечного сечения соединяемых группой накладок цилиндров, образованная между внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров и внутренней поверхностью большего из двух соединяемых цилиндров.

а). Допустим, что 1-я группа содержит 6 накладок, установленных между цилиндрами L₁ и L₂, каждая из которых выполнена П-образной формы и имеет площадь поперечного сечения, равную 64 мм².

Тогда, S_пр=64 мм²·6=384 мм² - суммарная площадь поперечного сечения накладок одной группы.

- данное значение входит в вышеуказанный диапазон.

1,0≤1,28≤1,5.

б). Допустим, что 2-я группа содержит 3 накладки, установленные между цилиндрами L₂ и L₃, каждая из которых выполнена S-образной формы и имеет площадь поперечного сечения, равную 11 мм².

Тогда, S_пр=11 мм²·3=33 мм² - суммарная площадь поперечного сечения накладок одной группы.

- данное значение входит в вышеуказанный диапазон.

1,0≤1,01≤1,5.

в). Допустим, что для 1-й группы накладок l_пр1=20 мм - длина одной накладки. Группа содержит 6 накладок, выполненных П-образной формы.

Тогда, Σl_пр=20 мм·6=120 мм - суммарная длина накладок данной группы.

- средняя длина соединяемых указанной группой накладок полых цилиндров L₁ и L₂.

- данное значение входит в вышеуказанный диапазон.

0,04≤0,5≤1,0.

г). Допустим, что для 2-й группы накладок l_пр1=15 мм - длина одной накладки. Группа содержит 3 накладки, выполненные S-образной формы.

Тогда, Σl_пр=15 мм·3=45 мм - суммарная длина накладок данной группы.

- средняя длина соединяемых указанной группой накладок полых цилиндров L₂ и L₃.

- данное значение входит в вышеуказанный диапазон.

0,04≤0,176≤1,0.

Пример 2

Допустим, что L₁=232 мм - длина первого цилиндра;

L₂=246 мм - длина второго цилиндра;

L₃=264 мм - длина третьего цилиндра;

Тогда средняя длина соединяемых прокладками полых цилиндров L₁ и L₂ будет: L_cp.ц=(L₁+L₂)/2=(232+246)/2=239 мм,

а средняя длина соединяемых прокладками полых цилиндров L₂ и L₃ будет: L_cp.ц=(L₂+L₃/2=(246+264)/2=255 мм.

Допустим, что П-образными накладками соединяют 2 цилиндра L₁ и L₂:

⊘9,4 - внутренний диаметр меньшего их двух соединяемых цилиндров;

⊘10 - наружный диаметр меньшего из двух соединяемых цилиндров;

⊘29 - внутренний диаметр большего из двух соединяемых цилиндров;

⊘29,6 - наружный диаметр большего из двух соединяемых цилиндров.

S₁(⊘9,4)=69,36 мм - площадь поперечного сечения, образованная внутренней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров.

S(⊘10)=78,5 мм² - площадь поперечного сечения, образованная внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров.

Допустим, что S-образными накладками соединяют 2 цилиндра L₂ и L₃:

⊘29 - внутренний диаметр меньшего их двух соединяемых цилиндров;

⊘29,6 - наружный диаметр меньшего из двух соединяемых цилиндров;

⊘42 - внутренний диаметр большего из двух соединяемых цилиндров;

⊘42,6 - наружный диаметр большего из двух соединяемых цилиндров.

S(⊘29,6)=687,78 мм - площадь поперечного сечения, образованная внешней поверхностью меньшего из двух соединяемых цилиндров.

а) Допустим, что 1-я группа содержит 6 накладок, установленных между цилиндрами L₁ и L₂, каждая из которых выполнена П-образной формы и имеет площадь поперечного сечения, равную 64 мм².

Тогда, S_пр=64 мм²·6=384 мм² - суммарная площадь поперечного сечения накладок одной группы.

- данное значение входит в вышеуказанный диапазон.

1,0≤1,28≤1,5.

б) Допустим, что 2-я группа содержит 3 накладки, установленные между цилиндрами L₂и L₃, каждая из которых выполнена S-образной формы и имеет площадь поперечного сечения, равную 44 мм².

Тогда, S_пр=44 мм²·3=132 мм² - суммарная площадь поперечного сечения накладок одной группы.

- данное значение не входит в вышеуказанный диапазон.

1,0≤0,8≤1,5.

в) Допустим, что для 1-й группы накладок l_пр1=20 мм - длина одной накладки. Группа содержит 6 накладок, выполненных П-образной формы.

Тогда, Σl_пр=20 мм·6=120 мм - суммарная длина накладок данной группы.

- средняя длина соединяемых указанной группой накладок полых цилиндров L₁ и L₂.

- данное значение входит в вышеуказанный диапазон.

0,04≤0,5≤1,0.

г) Допустим, что для 2-й группы накладок l_пр1=15 мм - длина одной накладки. Группа содержит 3 накладки, выполненные S-образной формы.

Тогда, Σl_пр=15 мм·3=45 мм - суммарная длина накладок данной группы.

- средняя длина соединяемых указанной группой накладок полых цилиндров L₂ и L₃.

- данное значение входит в вышеуказанный диапазон.

0,04≤0,176≤1,0.

Пример 3

Допустим, что L₁=800 мм - длина первого цилиндра;

L₂=900 мм - длина второго цилиндра;

L₃=1200 мм - длина третьего цилиндра.

Тогда средняя длина соединяемых прокладками полых цилиндров L₁ и L₂ будет: L_cp.ц=(L₁+L₂)/2=(800+900)/2=850 мм,

а средняя длина соединяемых прокладками полых цилиндров L₂ и L₃ будет: L_ср.ц=(L₂+L₃/2=(900+1200)/2=1050 мм.