/
Author: Сурнов Д.Н. Бич М.М. Вейнберг Е.В.
Tags: авиация и космонавтика летательные аппараты ракетная техника космическая техника воздушный транспорт авиация и воздушные соединения воздушные линии и аэропорты механика двигатели авиатехника авиастроение авиационные двигатели издательство машиностроение
Year: 1979
Text
М.М.Бич
Е. В. Вейнберг
Д.Н.Сурнов
СМАЗКА
АВИАЦИОННЫХ
ГАЗО-
ТУРБИННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
KioKdeKaM
2015
ЭЛЕКТРОННАЯ
РЕСТА ВРИРОВАННАЯ
КНИГА
Благодарю Валитову З.Р. за предоставленный
экземпряр книги
Книга представляет интерес н будет полезна широ-
кому кругу читателей от рабочих п контролеров ме-
хано-сборочных, сборочных н испытательных цехов
до студентов н преподавателей авиационных н энер-
гетических отделений ВУЗов, работников КБ
В книге достаточно полно н доступно изложены
вопросы устройства н работы маслоснстем ГТД, нх
составных частей н агрегатов, особенностей работы
маслоснстем различных типов в эксплуатации
Без права размещения в файловом архиве форума
Ассоциации Экспериментальной Авиации (АЭА)
{- rcaa.ni -}
М. М. БИЧ, Е. В. ВЕЙНБЕРГ, Д. Н. СУРНОВ
СМАЗКА
авиационных
газотурбинных
двигателей
Под редакцией заслуженного деятеля науки
и техники РСФСР, доктора технических наук:
Г. С. СКУБАЧЕВСКОГО
Москва, Машиностроение, 1979
ЙБК 39.55
Б 59
УДК 629.7.036.3
Рецензент Б. М. Митин
Бич М. М. и др.
Б59 Смазка авиационных газотурбинных двигателей/
М. М. Бич, Е. В. Вейнберг, Д. Н. Сурнов. — М.: Машино-
строение, 1979 — 176 с, ил.
65 к.
В инке рассмотрены вопросы проектдроваяяя систем смаакв самолетных
ГТД. Приведены осшввые сведения о' трнаи И смазочных материалах, опи-
сана работа различных схем систем смазки. Рассмотрены особенности прове-
дения Испытаний систем смазки. Книга преднажачева для инженеров, ра-
ботающих в области проектдрованяя и Испытания авиационных силовых уста
новой. Она может быть полезна студентом авиационных вузов и лицам, заня-
тым мсплуатаплеЛ ГТД.
31808—344
Б —— 344—79 3806030000
038(01)—79
ББК 39.55
8Т5.1
ИБ 1869
Михаил Моисеевич Бич,
Евгений Викторович Вейнберг,
Дмитрий Николаевич Сурнов
СМАЗКА АВИАЦИОННЫХ
ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Редактор В. И. Сцхейли
Технический редактор Я. Я. Тимофееико
Корректор Л. Е. Блохина
Обложка художника Л. С. Вендрвва
Сдано в набор 27.12.78. Подписано в печать 02.08.79.
Т-01177, Формат ООХЭО'Ав. Бумага тиисфрафлкая Mi 2.
Гарнитура литературная. Печать высокая,
Усл. печ. л. 11,0, Уч.-над. л. 12,75. > Тираж 1280 экз.
Заказ 1673. Цена 65 к.
Издательство «Машиностроение», 107885, Мооква, -ГСП-6,
1-й Басманный пер.. 3 .
Московская типография № 8 Союзполиграфлроиа
при Государственвом комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Хохловский пер., 7.
@ Издад^вктвр «Машиностроение», 197& т.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитие авиационных газотурбинных дви-
гателей повлекло за собой появление сложных
и разнообразных систем смазки, от степени
совершенства которых " зависит общий срок
службы двигателя и безотказность его работы.
В настоящей книге авторы попытались осве-
тить комплекс проблем, с которыми сталкива-
ются специалисты при проектировании и до-
водке систем смазки самолетных ГТД.
НекоторыеМщеизвестные материалы даны
без выводов, поэтому от читателя требуется
знание основ гидравлики, теплопередачи, ме-
ханики.
Разделы 1.1- 1.4, 4.1, 4.3, 4.5, 5-3 написал
Д. Н. Сурнов; разделы 2.1—2.6, 3.2, 4.2, 4.4,
4.6, 6.3, 7,6, 8.1, 8.2 — Е. В. Вейнберг; разделы
3.1, 5.1, 5.2, 5.4, 5.5, 6.1, 6.2, 7.1—7.5, 7.7, 9.1,
9.2 —М. М. Бич.
Авторы выражают благодарность д-ру техн,
наук, пр оф. Б. М. Митину, сделавшему ряд
ценных замечаний при рецензировании книги,
а также своим товарищам по работе, оказав-
шим авторам помощь' при подготовке рукопи-
си к изданию.
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТРЕНИИ
И ИЗНОСЕ
1,1. Виды трения
Под трением понимают сопротивление относительному перемещению по по-
верхности касания двух тел, прижимаемых друг к другу.
В зависимости от кинематических признаков относительного движения тру-
щихся тел различают следующие виды Трения:
— трение скольжения, возникающее при движении соприкасающихся поверх-
ностей вдоль них или ио касательной к ним в точках контакта;
— трениб качения, возникающее при перекатывании одного тела по другом^
когда мгновенный центр' (ось) вращения одного тела относительно другого пр»
ходит через общую точку (ось) касания;
— трение верчения, возникающее при контакте одного тела, вращающегося
вокруг некоторой оси с другим телом. При этом точки -вращающегося
•тела описывают Концентрические окружности с центрам, лежащим на осн
вращения.
В зависимости от состояния поверхностей трущихся тел различают:
— чистое трение, когда на трущихся поверхностях отсутствуют отсорбирда
вавшиеся пленки или химические соединения, т. е. при наличии металлического
контакта трущихся поверхностей. Чистое трение возможно только в искусствен-
ных условиях (в глубоком вакууме и при высокой температуре) и со-
провождается схватыванием поверхностей и образованием мостиков холодней
сварки,
— сухое трение, когда иа поверхностях трения отсутствуют смазка и за,,
грязнения;
—"граничное треиие, когда поверхности трения разделены слоем смазки на-:
.столько малой толщины (менее Й,1 мкм), что свойства этого слоя отличаются
.объемных свойств,смазки, а сила, трения зависит только от природы и состояний
трущихся поверхностей. Пленка смазки при граничном трении характеризуется:
Наличием адсорбированного слоя молекул с ориентированной*структурой, пред-
ставляющего собой как бы ворс на поверхностях трения, легко изгибающийся в
процессе относительного сдвига поверхностей. При этом виде трения в резуль-i
тате химической реакции смазки с трущимися поверхностями образуются пленки:
окислов и активных элементов различных присадок к смазкам, снижающие тре-
ние и износ, предотвращающие заедание поверхностей, а также повышающие
липкость смазочного материала; ' .
— жидкостное трение, когда поверхности трения разделены слоем смазы-
вающей жидкости, толщина которого в самом узком месте превышает сумму мак-
симальных высот неровностей обеих поверхностей и зависят от объемных свойств
смазывающей жидкости (от вязкости и способности прилипать к поверхностям),
а также от гидростатического или гидродинамического эффекта. Жидкостное тре-
иие имеет место также при перемещении тел в жидкой среде или течении жидко-
стей в каналах. Износ поверхностей при этом виде трения может происходить
только под действием давления, передаваемого через слой смазки (усталостное
накрашивание или пластическая микродеформация мягких металлов).
В реальных условиях одновременно действуют различные механизмы трения.
: При одновременном действии граничного и сухого трения, с преобладанием по-
следнего имеет место полусухое трение, а когда основная часть нагруз-
ки воспринимается слоем смазки, но все же происходит нерегулярный контакт
между трущимися поверхностями по вершинам неровностей — трение полу-
жидкостное (здесь совмещаются жидкостное и- граничное трение).
. В режиме полужидкостного трения работают едва ли не большинство тру-
щихся пар. Даже узлы, рассчитанные на работу при чисто жидкостном трении,
в периоды пуска и приработки работают в режиме полужидкостного трения, со-
провождающегося повышенным механическим износом поверхностей. В процессе
приработки уменьшается трение. Объясняется это не только простым сглажива-
нием неровностей поверхностей, ко и образованием (вследствие пластического
течения материалов) клиновидного’ профиля зазора между поверхностями, кото-
рый-обусловливает градиент давления в слое жидкой смазки и этим сообщает
приработанным поверхностям высокую естественную гидродинамическую грузо-
подъемность.
1.2, Трение скольжения
Сухое трение. Основным законом сухого трения является закон Гнльо-
ма Амонтона. Согласно этому закону сила трения покоя Т пропорциональна си-
ле N, действующей перпендикулярно поверхности трения: T=fN, где f — коэф-
фициент трения. Другими словами, силой трения покоя называют такую силу,
которую необходимо преодолеть, чтобы сдвинуть с места тело, находящееся в
состоянии покоя.
Коэффициент трения покоя f не зависит от нагрузки, формы и размеров со-
прикасающихся поверхностей, а определяется только их природой и состоянием
(шероховатостью, наличием адсорбировавшихся пленок). Для каждой пары тру-
щихся поверхностей f— величина постоянная.
Шарль Кулон обнаружил, что сила трения покоя увеличивается При увели-
чении: продолжительности контакта. Он предложил более общую формулу для
определения силы трения покоя T=[N+A, где А коэффициент, учитывающий
продолжительность контакта. Однако причину увеличения силы трения при уве-
личении продолжительности контакта он не объяснил.
В дальнейшем рядом исследователей было показано, что сила трения покоя
возникает не только из-за зацепления трущихся поверхностей вершинами неров-
ностей, но и из-за молекулярного взаимодействия трущихся тел в точках контак-
та. Было установлено, что как бы ни были гладки поверхности, касание их про-
исходит лишь в некоторых точках. В зависимости от силы, действующей перпен-
дикулярно поверхности трения, механических свойств материалов и от шерохо-
ватости поверхностей фактическая площадь контакта может меняться от 1/100000
до 1/10 поминальной площади, ограниченной контуром соприкосновения трущих-
ся тел. Поэтому па фактических площадках контакта возникают чрезвычайно
высокие удельные давленая, вызывающие упругопластнческую деформацию пло-
щадок контакта. В результате этого происходит взаимное внедрение материала
на этих площадках контакта. При относительном скольжении трущихся тел обра-
зуются царапины, а внедрившийся материал отрывается и перекатывается или
скользит, являясь «микрорезцом». При незначительном внедрении возможно упру-
гое оттеснение материала. В результате происходит интенсивный износ (разру-
шение) и разогрев тонкого поверхностного слоя.
Вместе с тем на границе контакта между двумя поверхностями, расположен-
ными на расстоянии порядка постоянной молекулярной решетки, возникают мо-
лекулярные связи. Вследствие сложной конфигурации выступов силы молекуляр-
ного притяжения, направленные перпендикулярно к их поверхности, дают состав-
ляющие, направленные вдоль общей плоскости касания. Эти составляющие пред-
ставляют собой результат молекулярного взаимодействия трущихся тел в точках
контакта.
При достаточном сближении и при наличии металлического контакта могут
происходить диффузионные процессы, которые приводят к холодному , сварива-
нию сближенных выступов и в дальнейшем к механическому разрушению тру-
щихся поверхностей. С учетом этих явлений Б, В. Дерягин (15] предложил закон
трения покоя '
где No — равнодействующая сила молекулярного притяжения между трущимися
поверхностями; [m —- истинный коэффициент трения, постоянный для данной па-
ры трения. Равнодействующая сил молекулярного притяжения ^ = $фро, где
Хф площадь действительного контакта (фактическая площадь); ро —сила мо-
5
лекулярного притяжения, действующая на единицу площади действительного =$рн-
тйкта. •
В законе Б. В. Дерягина первый член в скобках определяется механическим
зацеплением неровностей трущихся поверхностей, а второй — молекулярным-сцеп-
лением. Так как соотношение сил. N и Ne меняется в зависимости от условий ..воз-
никновения трения, то в общем случае коэффициент трения, пользуясь закона'мй
Амонтона и Дерягина, определяют по формуле f=7'/N=fm(14-No/N).' Из этой
формулы видно, что коэффициент трения покоя переменный. При больших на-
грузках А'г. становится ничтожно малым по сравнению с N и коэффициент тре-
ния практически будет постоянным.
Тщательная полировка поверхностей трения приводит к росту фактггаеской
площади контакта и к увеличению сил молекулярного притяжения. Поэтому при
граничном или полусухом трений полировка поверхностей приводят к возраста-
нию трения покоя. Если две поверхности трения некоторое время были непо-
движны одна относительно другой, то.сила трения увеличивается и будет тем
больше, чем более продолжительным был неподвижный контакт.
Если вдоль поверхности трения приложить силу, то по. мере ее возрастания
сначала наметится невидимое глазом смещение поверхностей (от 0,1 до несколь-
ких микрометров)., и, когда сила достигнет определенного значения, начнется
скольжение, т. е. относительное движение трущихся поверхностей по касательной
к ним,
Коэффициент трения скольжения зависит от природы трущихся тел и давле-
ния на поверхности, а также от скорости скольжения. При средних удельных дав-
лениях коэффициент трений скольжения сначала возрастает с увеличением ско-
рости и, а затем падает. Максимум определяется удельным давлением: при ма-
лом удельном давлении имеется только возрастающая' ветвь кривой, при боль-
шом— только падающая. Для конкретных условий и пар трения эти зависимости
определяют экспериментально. На рис. 1.1 приведена качественная зависимость
коэффициента трения от скорости скольжения при различных удельных давле-
ниях.
Жидкостное трение. Ойо возникает При взаимодействии твердых тел
через слой, жидкости, разделяющей трущиеся поверхности и характеризуется
сдвигом слоев жидкости относительно друг друга. Касательная сила Т, возникав
тощая при относительном скольжении слоев жидкости (сила жидкостного тре-
нйя), была открыта Исааком Ньютоном опытным путем. Им было предложено
уравнение
7 = и —— S,
где -ц — динамическая вязкость, характеризующая сопротивляемость жидкости
dvr
относительному сдвигу ее слоев; ~ градиент скорости сдвига о по нормали
у к направлению х патока жидкости.
Это уравнение справедливо не только при относительном движении двух твер-
дых поверхностей, разделенных сплошным слоем смазки, но и при свободном
течений жидкостей в каналах. Течение смазки между двумя поверхностями опре-
деляется кинематикой движения и геометрией поверхностей и может происходить
при наличии перепада давлений или вследствие относительного движения поверх-
ностей, увлекающих вязкую жидкость.
В зоне контакта трущихся поверхностей происходит сложение двух видов
течения смазки: возбуждаемого движением поверхности Д (рис. 1.2. а) относи-
тельно неподвижной поверхности Н без перепада давления (течение . Куэтта.
в этом случае профиль изменения скоростей смазки от слоя к слою будет ли-
нейным); и под действием перепада давления (piCpt, рис. 1.2, б), которое раз-
вивается в слое смазки (течение Пуазейля). В последнем случае профиль изме-
нения скоростей слоев смазки относительно стенок будет параболическим. Про-
филь изменения скоростей слоев смазкн при течении смазки под действием отно-
сительного движения поверхностей Д к п и под действием' перепада давления
(смешанное течение) показан на рис. 1.2, в.
’ Для разделения движущихся с различными скоростями поверхностей и сни-
жения трения применяют различные подшипники. Элементарные геометрические
6
формыподшипников скольжения и длительный опыт их применения позволили
разработать для них теорию смазки ранее, чем для других видов трущихся пар.
Основы теории смазки были заложены Н. П, Петровым и затем развиты
Н. Е. Жуковским и С. П. Чаплыгиным. В соответствии с этой теорией несущая
сповобность слоя смазки возрастает с уменьшением его толщины. Это справед-
ливо не только для плоской поверхности контакта, но и всегда при жидкостной
смазИе трущихся поверхностей любой формы.
А//////А/Д (ЩЦШ!
. у
><Р, Pi
J }W777'p)77h
fl
y_ __
77777777777hP^T^^^H
a S
Рис, L.l. Зависимость коэффи-
циента трения от скорости
скольжения:
I—при Мйлом удельном давления;
1, 3—тврл среднем удельной давле-
ния; 4—«фи элаййтельном удельном
давлении
Рис. 1.2. Профили изменения скоростей в
слоях смазки между параллельными по-
верхностями:
я—тсченва Куэтта; б—течение Пуазейля; в—сме-
шанное течение
В цилиндрическом подшипнике диаметр шипа вала меньше диаметра от-
верстия, в которое входит шип. Зазор между шипом и подшипником заполнен
смазкой. Под действием силы тяжести шип проседает и при отсутствии враще-
ний; будет касаться подшипника. Между шипом и подшипником образуются
клановые полости.
При вращении вала смазка будет увлекаться во вращение его шипом из-за
вязйоети и прилипаемости смазки к поверхности шипа; при этом скорость слоя
Рис. 1.3. Типичное распределение избыточ-
ного гидродинамического давления в слое
смазки цилиндрического подшипника сколь-
^кения:
f—радиус шипа; fl—-радиус подшипника; h—ради-
альный зазор между шипом и нодшипииком; е—
эксцентриситет; ш—угловая скорость вращения
шипа; т—угол, г$>и которой устанавливается ми-
нимальный радиальный зазор Лш1п между ши-
лом « подапяшиком
смазки у поверхности шипа равна скорости вала, а у поверхности подшипни-
ка — равна нулю. '_____.
На входе’ в клиповую полость будет создаваться повышенное давление смаз-
ки, а на выходе из нее, наоборот, — пониженное давление.
На рис. 1.3 показано типичное распределение избыточного гидродинамиче-
ского давления в слое смазки цилиндрического подшипника скольжения.
Для характеристики режима трения скольжения Герси и Штрибек предложи-
ли эмпирическую зависимость коэффициента трения f от параметра тщ/^ул, где
йуд — удельная нагрузка. Удельная нагрузка kn~Pjld, где Р — грузоподъем-
ность слоя смазки; I и d— соответственно длина и диаметр шипа. Типичная кри-
вая Герси — Штрибека показана на рис. 1. 4.
7
Положение минимума на кривой определяется параметром ip/Aya. Однако
значение этого параметра, соответствующее минимуму, не. является постоянным,
а меняется в зависимости от изменения вязкости или нагрузки.
Различные присадки к смазкам для снижения трения и износа не влияют
на условия работы в области жидкостного трения, мало влияют в области полу-
Рис. 1. 4.'Кривая Герси-Штри-
бека:
/—область жидаахтпого треяиа; II—
область полужиЛкостиого трения;
///—область полусухого трения
жидкостного трения и существенно улучшают условия работы в области, подчи-
няющейся законам полусухого и граничного трений, при которых решающим яв-
ляется не объемные вязкостные свойства, а маслянистость тонких слоев смазк»
(поверхностные свойства смазки).
Коэффициент трения скольжения зависит от вида трения:
Вид трения: Жидкостное Полужидкостное Граничное
Коэффициент 0,002—0,01 0,01—0,2 0,05-—0,4
трения
Вид трения: Сухое Чистое
Коэффициент 0,2—0,8 0,8 и выше
тревия
1.3, Трение качения
В авиационных ГТД ряд контактирующих деталей работает при трении кача-
ния. Такой вид взаимодействия наблюдается в подшипниках качения (шарико-
вых и роликовых), а также в зубчатых передачах.
В подшипниках качения трение возникает между телами качения и
кольцами. Собственно трением качения называется сопротивление перекатыванию
(без скольжения) тел качения по контактирующим поверхностям. Это сопротив-
ление возникает вследствие несовершенства формы поверхностей качения, которые
имеют микронеровности' после механической обработки. Вместе .с трением качф
ния в шариковых и роликовых подшипниках возникает трение скольжения, а прд
действии осевой нагрузки между телами качения и кольцами возникает ?ще в
трение верчения.
Подшипники качения работают в условиях контакта, тел качения и колец:
в шарикоподшипниках — точечного, в роликовых.— линейного. При этом.контакт-
ные напряжения могут достигать весьма значительных величин, доходя до
2900 ... 4900 кПа в шариковых и до 1900... 2900 кПа в роликовых подшипниках.
Под действием этих нагрузок в точках контакта тел качения с кольцами возни-
кают упругие деформации в поверхностных слоях, несмотря на высокую твер-
дость материалов, из которых изготовлены подшипники. Поэтому теоретический
точечный или .линейный контакт, характеризующий идеально твердое тело, пре-
вращается в контакт по площадке, различные точки которой будут расположены
на разных расстояниях от центров вращения контактирующих тел. В большинстве?
этих точек будет наблюдаться скольжение с различными скоростями [43].
На рис. 1.5 показаны скорости проскальзывания шариков относительно внут-
реннего и наружного колец подшипника в зоне контакта. На всей дуге контакта
а; Ъ; с н d; е; f шариков с кольцами подшипника (рис. 1.5,а) имеет место сколь-
жение тел качения с различными скоростями (см. рис. 1.5, б, в,г), который оп-
ределяют в основном силы трения в подшипниках качения. В точках т, т' и и,
п' наблюдается равенство скоростей шарика и колец, т. е. скольжение отсутст-
8
вует. На рис. 1.5, д показан план скорости шарика и колец подшипника в точ-
ках #», «' (аналогичная картина будет и в точках п, л').
При вращении подшипника катящееся тело деформирует образовавшийся
перёд йим бортик. Периодическая деформация поверхностных слоев вызывает
усталостный износ, появление микротрещин, из-за которых происходит точечное
выкрашивание материала (это явление получило название питтинг). Питтинг
наблюдается также на рабочих поверхностях зубьев тяжело нагруженных шесте-
рен.
Рис. I. 5. Скорости проскальзыва-
ния шарика в зонах контакта с
внутренним и наружным кольцами
подшипника (вращается внутрен-
нее кольцо, наружное кольцо не-
подвижно) :
v vb'' Че'—окружные скорости внут-
реннего кольца в точках контакта о, Ь
и С; ияш, н6ш, — окружные скоро-
сти шарика в точках контакта a, b в с;
г,. t>m'~сируящые скорости точек о
(центр шарика) и т‘ при перекатыва-
нии шарйкэя без ароскальз.ывання; ft —
К? а ди ус пефекатывашия шариков без
проскальзывания. по внутреннему а
наружному кольцам подшипника ’ в
точках го, т' и п. п'\ — расстоян те
центра шарика о от оси вращения
подшипника
Кроме того, имеет место скольжение между телами качения и гнездами се-
паратора. Усилия, прижимающие шарики или ролики к стенкам гнезд сепаратора
обычно невелики, но в некоторых случаях (например, при эволюциях.самолета)
могут возникнуть значительные центробежные силы. В этих случаях между се-
паратором и телами качения возникают значительные силы трения.
Скольжение в подшипниках качения может возникнуть между сепаратором и
кольцом, которым ок центрируется. В этом случае сепаратор и центрирующее его
наружное или внутреннее кольцо (в радиальных подшипниках) представляют со-
бой пару трения, которую можно рассматривать как подшипник скольженйя.
Силы трения в такой паре в обычных условиях практически отсутствуют. Одна-
ко в случае неуравновешенности деталей подшипника, в частности сепаратора,
могут возникнуть большие центробежные силы (особенно в быстроходных, под-
шипниках), опасные для подшипника.
В шариковых подшипниках при действии осевой нагрузки между телами ка-
чения и кольцами возникает трение верчения. Реальные конструкции подшипни-
ков качения, несмотря -на их название, работают при наличии трения скольже-
ния, которое при высоких нагрузках и отсутствии смазки сопровождается недо-
пустимым износом.
При смазке подшипников качения возникает граничная масляная пленка, иг-
рающая существенную роль в обеспечений их долговечности. Граничная масля-
ная пленка, снижает усталостный износ, она уменьшает контактные напряжения
И деформацию металла. При проскальзывании тел качения относительно поверх-
Фости колец граничная масляная плеика снижает коэффициент трения сколь-
жения.
Граничная масляная пленка образуется в зоне контакта тел качения с сепа-
раторами и бортиками беговых дорожек (в высокооборотных подшипниках ка-
чения на этих участках возникает гидродинамический смазочный слой).
Граничная масляная пленка (толщиной порядка 0,1 мкм) эффективна только
при кратковременных и не очень высоких нагрузках. Длительные нагрузки на
одних и тех же участках или очень большие, даже непродолжительные, нагруз-
9
ки способны вызвать сильный разогрев слоя смазки и его разрушение. Необхо-
димо отметить явление проскальзывания тел качения относительно колец, кото-
рое наблюдается в быстроходных подшипниках ГТД, особенно роликовых.
Тела качения в подшипниках ГТД размещаются в сепараторе, который обыч-
но центрируется по наружному кольцу. При чистом качении роликов (шариков)
между кольцами подшипников окружная скорость сепаратора была бы равна по-
ловине скорости вращения внутреннего кольца. Однако при сравнительно не-
большой радиальной нагрузке и при достижении скорости внутреннего кольца
15... 20 м/с появляется проскальзывание—частота вращения сепаратора стано-
вится меньше теоретической. При этом заметно повышается износ беговой дорож-
ки внутреннего кольца (появляются задиры) в результате возникновения полу-
сухого и даже сухого трения между внутренним кольцом и скользящими по не-
му телами качения. По мнению ряда исследователей, проскальзывание может быть
объяснено гидродинамической теорией смазки. Между телами качения и коль-
цами при быстром вращении в нагруженной части подшипника образуются сжа-
тые масляные прослойки (клинья) с большим удельным давлением жидкости,
как следствие сопротивления выдавливанию масляной пленки. Возникающие при
этом силы, действующие на тела качения, стремятся повернуть их в направлении
противоположном рабочему, что и вызывает снижение частоты вращения сепара-
тора и проскальзывание. Проскальзывание усиливается с увеличением радиаль-
ного зазора между телами качения и кольцами подшипника, а также увеличени-
ем прокачки масла через подшипник.
Обычно при работе подшипников ГТД имеет место трения качения и сколь-
жения (величины радиальной нагрузки и радиального зазора лишь изменяют
соотношение между ними).
Для определения силы трения качения цилиндра по плоскости Кулон пред-
ложил формулу
где k — коэффициент трения качения, равный по значению полухорде зоны кон-
такта и имеющий линейную размерность; К — радиус цилиндра, Р — сила, с ко-
торой цилиндр давит на опорную поверхность.
Сила трения качения существенно зависит от упругих свойств материала и
от радиуса цилиндра. То же относится и к шариковым подшипникам. Условный'
приведенный к валу коэффициент трения качения для радиальных шарикопод-
шипников колеблется от 0,0012 до 0,0030; для упорных шарикоподшипников —
от 0,0010 до 0,0025; для роликоподшипников — от 0,0015 до 0,0045.
Коэффициент трения при качении значительно ниже, чем при скольжении'
и мало изменяется в широком диапазоне нагрузок и скоростей. Статический мо-
мент трения в подшипниках качения лишь на 30...50% превышает момент тре-
ния при неустановившемся режиме работы, в то время как в подшипниках сколь-
жения, рассчитанных на жидкостную смазку при установившемся режиме, он мо-
жет в 15 и более раз превышать момент трения при том же режиме работы.
В процессе разгона вала подшипники скольжения неизбежно проходят стадию
граничного трения. Подшипники качения гораздо менее чувствительны к случай,
ным кратковременным перебоям в подаче смазки, чем подшипники скольжения.'
В зубчатых передачах возникает трение в месте контакта зубьев
На рис. 1.6 показана схема эвольвентного зубчатого зацепления. Зацепляющиеся
зубья соприкасаются в точках контакта Аг и k3, которые при вращении зубчатых
колес скользят вдоль линии зацепления kikt от основания ведущего зуба к его
вершине и соответственно от вершины ведомого зуба к его основанию. Скорость
скольжения ус„ переменная, она уменьшается в пределах рабочего профиля зу-
ба по направлению от крайних точек головки' и ножки зуба к полюсу зацепле-
ния Р. В полюсе зацепления уск—0 и наблюдается чистое качение профилей
зубьев ведущей и ведомых шестерен. Во всех остальных положениях точки кон-
такта сочетаются скольжение и качение, причем у вершины зуба скорость сколь-
жения наибольшая и может достигать у некорригнрованных колес половины
окружной скорости шестерни.
Так же как и скорость скольжения сила трения на профилях зубьев (ее на-
правление и значение) не будет постоянной. При прохождении точки контакта
10
пппюс зацепления скорость и сила трения меняют свой знак на противо-
через полюс зацепл £вке веду1Цего зуба силы трения направлены в раз-
ные° Тторонь” отточки контакта зубьев, на ведомом зубе - к точке контакта
(РИСн1 образование несущего масляного слоя, а следовательно,
коэффициент удельного скольжения <f=vcv[vK, где и,« — скорость качения
в данной точке контакта зубьев. С увеличением коэффициента удельного сколь,
женин возрастает температура в зоне контакта.
Рис. 1.6. Схема эвольвентного зацеп-
ления:
fc’i, ^4—лин-ия зацеплений; k-2, /<-—точки кон-
такта зубьев; Р—«полюс зацепления
Ведомое колесо
Ведущее колесо
Рис. 1.7. Направление
сил трения на зубьях ко-
лес, Находящихся в за-
цеплении
Удельное давление (нормальное контактное напряжение) в различных точ-
ках рабочих профилей неодинаково: оно увеличивается от минимального значе-
ния вблизи полюса зацепления по направлению к вершине и основанию зуба.
Зубчатые колеса в ГТД (и особенно в ТВД) работают при неблагоприятных
условиях. Удельные давления на зубьях сильно нагруженных зубчатых колес до-
ходят до 1900 кПа, окружные скорости — до 50 м/с, а температура в месте кон-
такта зубьев может превышать 200е С.
В условиях эксплуатации зубчатых колес могут встретиться три вида тре-
ния: граничное, полужидкостное и жидкостное. Наиболее распространенный —
полуж'идкостный вид трения. В процессе разгона вала неизбежно граничное
трение.
Жидкостный вид трения встречается преимущественно в быстроходных,
Сравнительно малонагруженных зубчатых передачах, отличающихся высокой
точностью изготовления. Геометрия обычных эвольвентпых зубчатых колес с
внешним зацеплением мало благоприятствует образованию несущего масляного
•слоя между рабочими поверхностями, что связано с выпуклой формой обоих
фубьсв, находящихся в зацеплении. В этом отношении зубчатые колеса с внутрен-
ним зацеплением имеют преимущество.
1.4. Износ поверхностей трения
и тепловыделение
Процесс трения сопровождается износом трущихся поверхностей и выделе-
нием теплоты. Существует три основных вида износа: механический, молекуляр-
но-механический и коррозионно-механический.
К_механическому износу относятся абразивный износ (обуслов-
ленный режущим или царапающим действием посторонних твердых частиц), из-
нос в результате зацепления вершин неровностей и усталостный износ поверх-
ностей, г
К молекулярн о-м еханическому износу относятся все виды изно-
са, происходящего в результате процесса притяжения поверхностных частиц —
11
схватывания или сцепления. Этот вид износа проявляется в виде легкого перено-
са металла с поверхности одного тела на сопряженную с ним поверхность друго-
го тела, или в виде наволакивания металла в области трения, или, наконец, в виде
образования задиров со значительным разрушением поверхностей.
Коррозионно-механический износ — это особый вид разрушения
трущихся поверхностей, происходящего в результате одновременного воздейст-
вия на поверхности трения химически активных сред или электрохимических про-
цессов и механических сил. Чисто коррозионные процессы без механического воз-
действия не относятся к рассматриваемому виду износа.
При химических и электрохимических процессах образуются тонкие пленки
окислов, имеющие пониженную прочность и легко разрушающиеся при трении.
В этом случае наблюдается отслаивание пленок и выкрашивание металла. На
основании анализа результатов экспериментальных исследований и опыта эксплу-
атации все процессы трения и износа можно разделить на допустимые и недо-
пустимые [35].
К допустимым относятся процессы, связанные с образованием на поверхно-
стях трения тончайших пленок защитных.вторичных структур. Простой и наибо-
лее распространенной разновидностью допустимого износа является окислитель-
ный износ (при наличии в составе газовых и жидких смазочных сред активных
компонентов, под влиянием которых могут образовываться вторичные защитные
структуры некислородного происхождения),
К недопустимым процессам относятся: схватывание I и И рода (холодный
и горячий задиры), абразивный износ с повреждением поверхности контакта
царапанием и снятием микростружки, фреттинг-процесс и т. д. Переход от нор-
мального механохимического изнашивания к недопустимому происходит при на-
рушении динамического равновесия процессов образования и разрушения вторич-
ных структур.
Значения критических нагрузок, скоростей и температур, вызывающих нару-
шение динамического равновесия, существенно зависят от структуры, механиче-
ских и химических свойств материалов изделий, от состава и свойств смазочных
сред. Заметно влияет на силу трения присутствие в зонах контакта абразивных
частиц.
Износостойкость поверхностей повышают, увеличивая твердость сталей пу-
тем закалки, цементации или азотирования. Иногда применяют специальные твер-
досмазочные покрытия поверхностей трения. Снижение износа достигается также
путем введения в смазку специальных присадок, предотвращающих заедание по-
верхностей трения.
Одним из главных явлений, сопровождающих процесс трения и износа, яв-
ляется образование теплоты. Работа сил трения превращается в теплоту и энер-
гию структурных изменений в зоне контакта. Теплота трения ускоряет полезные
процессы, обусловливающие явление структурной приспособляемости материалов,
происходящее в тонких слоях вторичных структур. Структурная приспособляе-
мость связана с рассеиванием потока энергии и вещества внешней среды в си-
стеме трения и поддерживается стационарным механическим воздействием. Тем-
пература поверхностей трения, ничтожная при малых скоростях скольжения,
может достигать десятков и даже сотен градусов при высоких скоростях, силь-
но влияя на процессы, происходящие при трении. Повышение температуры силь-
но влияет на смазку (падает вязкость и химическая стабильность смазки). Также
существенно влияние температуры на свойства материалов трущихся пар. Даже
наиболее устойчивые к повышению температуры металлы изменяют свои свой-
ства — происходит отпуск закаленных сталей, снимается наклеп и вместе с этим
снижаются их прочностные характеристики.
Все это приводит к еще большему износу трущихся пар и даже к их раз-
рушению.
Различают подшипники качения, которые могут работать в легких и тяже-
лых условиях. К первой категории относятся подшипники, температура которых
в течение длительной эксплуатации не поднимается выше 70—80° С. Ко второй —1
относятся подшипники, работающие при более высоких температурах.
В ГТД частота вращения подшипников ротора достигает 1900 с-1
(18000 об/мин) и более, радиальная нагрузка превышает 1400 даН, осевая на-
грузка на радиально-упорном подшипнике средней опоры — более 2000 даН, а па-
12
раметр dn— выше 0,15-106 мм-с~‘ (1,5 • 10е мм об/мин). При этом рабочая тем-
пература подшипников в условиях граничного трения достигает 150° С на под-
шипнике передней опоры компрессора, 200° С на подшипнике средней опоры, а на
подшипнике турбины с учетом его подогрева от горячих деталей двигателя
300° С,
В зубчатых зацеплениях температура в зоне контакта зубьев сильно влияе!
на работоспособность зубчатых колес, особенно в тяжело нагруженных редукто-
рах ТВД. Контактная температура представляет собой сумму средней темпе-
ратуры смазки /си (которая при установившемся режиме приблизительно равна
средней температуре зубчатого колеса) и температуры (sc «тепловой вспышки»,
т. е. кратковременного повышения температуры поверхности трения в момент про-
хождения по ней зоны контакта зацепляющихся зубьев. Температура /см и сред-
няя температура зубчатого колеса зависят от потерь мощности на трение в зуб-
чатой передаче, а также от условий отвода теплоты; обычно /см=50 ... 70° С.
Наибольшие значения температур iB0 тепловой вспышки могут доходить до
320. ..330° С (при цементированных и закаленных зубьях).
Температура 1К еще не характеризует теплового режима, работы смазки, так
как количество смазки в зоне контакта ничтожно мало по сравнению с количе-
ством смазки в' зоне, окружающей трущиеся поверхности. При оценке окисляе-
мости смазки под воздействием температуры следует исходить из средней темпе-
ратуры смазки во всем объеме.
2. СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Система смазки составляет неотъемлемый элемент конструкции
авиационного двигателя. Смазочные материалы предназначены
для уменьшения износа трущихся деталей двигателя и снижения
потерь мощности в узлах трения. Подбор смазочных материалов
выполняется наряду с выбором конструкционных материалов, поса-
док, твердости и чистоты поверхности трущихся пар. К смазочным
материалам относятся смазочные масла, пластичные смазки,, твер-
дые смазочные покрытия и антифрикционные материалы.
2.1. Виды смазочных материалов в ГТД
Смазочные масла. Кроме основного назначения для всех
смазочных материалов масла отводят теплоту узлов, нагретых от
трения и соседних деталей. Охлаждение узлов трения имеет це-
лью сохранение механических свойств выбранных конструкцион-
ных материалов трущихся пар в пределах допустимых температур.
Масла применяют для смазки опор роторов ГТД, редукторов ТВД
и приводов агрегатов. Смазочные масла в авиационных двигате-
лях можно применять в качестве жидкости гидроприводов механиз-
мов компрессора, турбины, сопла, измерителей крутящего момента,
приводов электрогенераторов постоянной частоты вращения и для
охлаждения последних.
Малые масса и габаритные размеры баков для хранения масла
на двигателе обеспечивают быструю оборачиваемость масла. Мас-
ло мало времени находится в баке. Все масло успевает обычно
проходить через двигатель от одного раза за 2 минуты до четырех
раз за минуту. В двухконтурных системах в бак направляется
только 10 ... 20% масла, остальное масло непрерывно циркули-
рует.
В двигателе под давлением 250 ... 500 кПа масло разбрызги-
вается при попадании струй от форсунок на быстроходные детали
и образует аэрозоль с горячим воздухом или газом, проникающи-
ми через уплотнения масляных полостей. Окислению масла в дви-.
гателе способствуют не только нагретые детали пар трения, но и
каталитическое действие материалов горячих стенок масляных?
полостей, нагретых до температуры 100 ... 300° С, на которые масла
попадает в виде тонкой пленки. Давление воздуха в полостях
смазки двигателя падает по мере набора высоты до нескольких
кПа, что способствует испарению масла из горячего аэрозоля. На-
сыщенное воздухом горячее масло сливается в отстойники и отка-
14
чивается из двигателя; из масла отделяется воздух. Простота
конструкции и малая масса воздухоотделительных устройств воз-
можны только потому, что масло не образует с воздухом стойкой
пены. Продукты окисления масла не должны засорять фильтры,
теплообменники и форсунки системы смазки. Для подготовки к
следующему циклу циркуляции масло фильтруется и охлаждается
в теплообменниках.
При длительных стоянках масло может подвергаться частично-
му обводнению, так как на открытой стоянке двигатель при точке
росы покрывается влагой, а его масляные полости не герметичны.
В этих условиях масло должно обладать консервационными свой-
ствами, предохраняя детали масляных полостей от коррозии. Кро-
ме того, при последующей работе двигателя, из масла должна лег-
ко испаряться вода, не образуя стойких водомасляных эмуль-
сий.
И наконец, масло должно прокачиваться через систему в при-
нятом диапазоне давлений при низкотемпературном запуске и ра-
зогреве двигателя. В этом случае нельзя допускать перегрева пар
трения из-за недостаточной подачи вязкого, . малоподвижного
масла.
Пластичные смазки. Пластичные смазки применяют при
отсутствии внешнего подвода тепла в узлах с большими нагруз-
ками и малой частотой вращения или с малыми нагрузками и пе-
риодически-кратковремеиной средней частотой вращения (10...
... 15 ст1), а также в узлах периодического возвратно-поступатель-
ного или качательного движения. Пластичные смазки обычно при-
меняют в отдельных тихоходных и маломощных приводах агрега-
тов двигателя, механизмах реверса тяги или поворота сопел, при-
водах управления двигателем, герметизированных подшипниках
качения и в резьбовых соединениях как средство от их схваты-
вания.
Конструктивным преимуществом применения пластичных сма*
зок является упрощенная герметизация узлов трения и возмож-
ность свободного расположения этих узлов в пространственных ки-
нематических схемах.
К недостаткам пластичных смазок следует отнести их высокое
внутреннее трение и чувствительность к температурным изменени-
ям, из-sa которой они чрезмерно загустевают или разжижаются.
Твердые смазочные покрытия. Твердые смазочные
покрытия используют, когда применение пластичных смазок невоз-
можно из-за конструкции узлов трения или по температурным ус-
ловиям, Твердые смазочные покрытия применяют во вспомогатель-
ных механизмах компрессоров и турбин (в цапфах поворотных
лопаток, кранах и заслонках отбора и перепуска воздуха). Твердые
смазочные покрытия можно применять для улучшения условий
работы манжетных уплотнений, карданных шарниров, гибких вали-
ков и т. п. иногда совместно с пластичными смазками.
Антифрикционные материалы, Эти материалы при-
меняют главным образом Для контактных уплотнений масляных
15
полостей двигателя в виде профильных, колец или секторов. Такие
кольца или сектора прижимаются пружинами и давлением возду-
ха к металлическим буртам (контртелам) вращающихся валов.
Они работают при скоростях до 100 м/с и выше и давлениях 500—
800 кПа, обладают низким коэффициентом трения, достаточной
механической прочностью и теплопроводностью, обеспечивающей
допустимые температуры в зоне контакта при условии отвода
теплоты циркулирующим маслом.
2.2. Смазочные масла
Минеральные и синтетические масла
Минеральные масла. В поршневых авиационных двига-
телях обычно применяют минеральные масла, получаемые очисткой
остатков перегонки нефти — мазутов. По способу очистки в про-
цессе изготовления различают масла двух сортов: МС — масло се-
лективной очистки с различными в зависимости от примесей рас-
творителями и мк — масло кислотно-контактной очистки, основан-
ной на поглощении серной кислотой, отбеливающими глинами и
ремлями вредных для масла остатков. В настоящее время для
поршневых двигателей выпускают сорта масел МС-14, МС-20 и
МК-22. Числа в обозначении сорта масла являются показателем
его кинематической вязкости, выраженной в сантистоксах, при тем-
пературе 100° С.
С появлением авиационных ГТД к маслам стали предъявлять
повышенные требования: смазки быстроходных подшипников кале-
ния при малой вспениваемости и при хорошем низкотемператур-
ном запуске. Появились дистиллятные масла со значительно мень-
шей вязкостью, являющиеся продуктами прямой перегонки нефти.
В ТВД для тяжелонагруженных редукторов стали применять сме-
си дистиллятных и остаточных масел для получения требуемрй
вязкости. Показатель вязкости в прошлом считался основной ха-
рактеристикой нагрузочной способности масла, т. е. способности
сохранять пленку под нагрузкой и предохранять трущиеся пары от
сухого трения. С развитием авиационных ГТД росли быстроход-
ность и напрузка подшипников роторов, температуры в газодина-
мическом тракте и опорах двигателя, повышалась мощность прц)
водов агрегатов, высотность, требования к низкотемпературному
запуску. Минеральные масла перестали удовлетворять возросшим
требованиям. На основе новых представлений науки о трении й
поверхностной прочности материалов нефтехимическая промышлен-
ность разработала как комплекс различных присадок к нефтяныц
маслам, значительно улучшающих их эксплуатационные качества)
так и синтезировала новые масла. Появилось понятие о базовом
{основном по количеству) масле и комплексе присадок.
Среди множества присадок для авиационных масел к основ-
ным можно отнести следующие:
16
— антиокислительные, предотвращающие или замедляющие по
времени наработки окисление масла;. .
. — моющие, способствующие растворению продуктов окисления
масла, которые, в виде недопустимых отложений осаждаются на де-
талях двигателя;
— диспергирующие, удерживающие в масле продукты окисле-
ния в виде мелких частиц, способных проходить через фильтры и
форсунки, не засоряя их;
— ; противозадирные, предотвращающие задир и схватывание
трущихся деталей в наиболее нагруженных'зонах;
— противоизносные, уменьшающие износ пар трения;
— антипенные, предотвращающие или уменьшающие образова-
ние стойкой пены в полостях смазки и баке двигателя;
— антикоррозионные, устраняющие или понижающие коррози-
онное действие базового масла на один или несколько конструкци-
онных материалов при рабочих условиях;
• — консервационные, обеспечивающие защиту от коррозии кон-
струкционных материалов в полостях смазки двигателя при рабо-
те или длительной стоянке;
• — вязкостные, увеличивающие вязкость базового масла;
— депрессорные, уменьшающие вязкость базового масла.
Некоторые присадки обладают комплексным действием, напри-
мер противозадирным и противоизносным.
Синтетические масла. Базовую основу этих масел мож-
но изготавливать из углеводородов, сложных эфиров жирных кис-
лот и многоатомных спиртов с добавлением комплекса присадок.
Синтез масла ведут направленно для получения требуемой вязко-
сти и ее малой зависимости от температуры, малой вспениваемо-
сти и некоторых других свойств. Недостающие качества масла по-
лучают благодаря присадкам.
Синтетические масла позволили значительно продвинуться по
пути увеличения скорости и высоты полета.
Однако многие из синтетических масел обладают небольшой
токсичностью в фазе пара или в жидкой фазе, коррозионной агрес-
сивностью при повышенных температурах по отношению к некото-
рым конструкционным материалам, покрытиям, резинам, электро-
изоляции и т. д. Некоторые синтетические масла склонны к повы-
шенной гигроскопичности, к частичному разложению или выпада-
нию присадок при рабочих условиях. Как и минеральные масла
они поражаются грибками и бактериями при стоянках двигателя.
При выборе сорта масла необходимо учитывать стоимость его
изготовления, которая может более чем на порядок превосходить
стоимость минеральных масел.
Некоторые сорта масел для авиационных ГТД
Авиационные масла классифицируют по применению на масла
для поршневых- двигателей, ТРД, ТВД и вертолетов. Такая клас-
сификация носит несколько условный характер. Если масла для
поршневых двигателей нельзя применять для других летательных
17
аппаратов, то масла для ТВД и вертолетов могут быть взаимоза-
меняемы. Эти же масла могут быть применены для ТРД с неко-
торыми ограничениями при запуске зимой. Цикл всесторонней
проверки сорта масла на двигателе достаточно трудоемок и длите-
лен, поэтому обычно ограничиваются применением 2 ... 3 сортов
масла для каждого двигателя.
Масла для ТРД. МК-8— минеральное дистиллятное масло
кислотно-контактной очистки. Свежее масло МК-8 имеет вязкость
8- 10“° м2/с при 50° С, однако в результате испарения легкокипя-
щих фракций вязкость его в работе значительно возрастает, что в
некоторых случаях определяет ресурс работы этого масла в двига-
теле. Это масло термостабильно до 120° С, однако следует иметь в
виду, что при этой температуре ухудшаются его смазочные качест-
ва. Масло МК-8 не обладает коррозионной агрессивностью, имеет
склонность к ценообразованию и большую стойкость пены при отри-
цательной температуре. При температуре —40° С свежее вспенен-
ное масло МК-8 не теряет прокачиваемости, но по внешнему виду
похоже на поролон.
Масло МК-8П получается добавкой к маслу МК-8 антиокисли-
тельной присадки ионола, которая позволяет поднять термоста-
бильность этого масла при работе до температуры 140° С. При вы-
сокой температуре смазывающие качества этого масла, как и мас-
ла МК-8, низкие. Добавка ионола возможна только в условиях
нефтехимического производства, так как товарные партии масла
МК-8 имеют различную совместимость с ионолом.
Масло МС-8П, аналогичное маслу МК-8П, вырабатывают из
сернистых нефтей. Оно имеет преимущество перед МК-8 по тер-
моокислительной стабильности (ТОС), низкотемпературной вяз-
кости, испаряемости и смазочным качествам.
ВНИИНП 50-1-4ф — синтетическое масло на основе диэфира
карбоновой кислоты с комплексом присадок. Имеет пологую вяз-
костную характеристику, обеспечивающую отличные пусковые
свойства. Оно обладает удовлетворительной испаряемостью и хоро-
шими смазочными качествами, термостабильно до 175аС, однако
при высоких температурах имеет повышенную коррозионную агрес-
сивность к свинцу, резине некоторых марок и электроизоляции.
Это масло гигроскопично и при некоторых условиях в нем разви-
ваются грибки и бактерии. Масло обладает раздражающим дей-
ствием при попадании на слизистые оболочки. При попадании мас-
ла на кожу рук следует отмывать их теплой водой с мылом.
Масло 36/1 синтетическое на основе сложных эфиров низкомо-
лекулярных карбоновых кислот и многоатомных спиртов с анти-
окислительной присадкой. Оно обладает малой испаряемостью,
пологой вязкостной характеристикой по температуре и не совсем
удовлетворительными смазочными качествами. Масле термоста-
бильно до 200° С, однако при высоких температурах имеет повы-
шенную коррозионную агрессивность к свинцу, кадмию, магнию,
серебру, резине некоторых сортов и лако-красочным покрытиям,
электроизоляции. Несколько менее агрессивно масло к меди и ее
18
сплавам. Это масло не образует пены в любых эксплуатационных
условиях, стойко к грибкам и бактериям, обладает слабым токсич-
ным (угарным) действием в паровой фазе.
Масло типа 36/1К аналогично по составу маслу 36/1 с добавле-
нием присадки комплексного действия — противозадирного и про-
тивоизносного. Отличается оно от масла 36/1 высокими смазоч-
ными качествами (РКр в 2 раза выше, чем у масла МК-8).
Масла для ТВД. Маслосмеси из дистиллятных и остаточных
минеральных масел наиболее широко применяют в двух соотно-
шениях.
Смесь 75% МС-20 и 25%' МК-8 обладает хорошими смазочными
качествами при невысоких температурах. Но на вязкость этой сме-
си сильно влияет температура, поэтому ее можно применять толь-
ко до —10° С. Она термостабильна до 150° С, однако при этой
температуре обладает низкими смазочными качествами. Смесь
склонна к образованию пены, которая имеет большую стойкость
при низких температурах.
Смесь 25% МС-20 и 75% МК-8 обладает несколько более низ-
кими смазочными качествами при невысоких температурах, но за-
то имеет более пологую вязкостную характеристику, позволяющую
эксплуатировать ее до —20 ... —25° С. Термостабильность и сма-
зочные качества при высоких температурах у смесей масел при-
мерно одинаковы.
Масло МН-7,5 — на нефтяной основе с вязкостной противоизнос-
ной и антиокислительной присадками. Оно обладает более поло-
гой, чем смеси вязкостной характеристикой, позволяющей эксплу-
атировать его до температуры —35° С. Масло термостабильно до
температуры 150° С и сохраняет хорошие смазочные качества во
всем диапазоне температур (Ркр на 30% выше, чем у масла МК-8).
В процессе эксплуатации происходит деструкция вязкостной при-
садки и вязкость масла может несколько понизиться, а затем по
времени наработки повыситься из-за окисления основы и испа-
рения.
Масло ВНИИНП-7 синтетическое на диэфирной основе с вяз-
костной, противоизносноЙ и антиокислительной присадками. Мас-
ло обладает относительно пологой вязкостной характеристикой, по-
зволяющей эксплуатировать его до температуры —30 . .. —-35° С.
Термостабильность и смазочные качества масел ВНИИНП-7 и
МН-7,5 примерно равноценны. Масло ВНИИНП-7 агрессивно к
резине некоторых марок и обладает определенной токсичностью.
Как и у масла МН-7,5, его вязкость в процессе эксплуатации мо-
жет меняться.
Масло-Б-ЗВ принято считать вертолетным, но его можно приме-
нять для ТВД. Это масло изготовляют на основе сложных эфи-
ров низкомолекулярных карбоновых кислот с добавлением анти-
'окислительной присадки и присадки комплексного действия — про-
тивозадирного и протнвоизносного. Оно обладает достаточно поло-
гой вязкостной характеристикой, примерно такой, какую имеет
масло ВНИИНП-7. Масло Б-ЗВ термостабильно до температуры
19
200° С и сохраняет при этом уникально-высокие смазочные качест-
ва. Как и масло 36/IK, оно обладает коррозионной агрессивностью
при высоких температурах к некоторым конструкционным материа-
лам, При некоторых .условиях в нем частично выпадает окислен-
ная присадка комплексного действия,
2.3. Показатели масла и основы методов
их определения
Технические требования на масло, .отражены в его паспорте.
Некоторые требования со сложными методами определения не вхо-
дят в паспорт, ими руководствуются при синтезе масла и контроле
качества его изготовления.
Цвет. Цвет масла обычно строго не регламентируется и явля-
ется технологическим показателем при изготовлении. Его опреде-
ляют визуально в пределах от светло-желтого до темно-коричне-
вого. В рабочих условиях масло темнеет вплоть до черного .цвета
от накопления в нем продуктов окисления и износа деталей.
Фактическое состояние масла в двигателе можно оценивать по
его цвету в проходящем свете колориметрами, методом сравнения
с цветом исходного масла или эталонного светофильтра.
Однородность. Однородность масла проверяют визуально,
обычно с выдержкой при отрицательных температурах. В этих ус-
ловиях масло не должно мутнеть и расслаиваться.
Плотность. Плотность масла определяют при температуре
20° С денсиметром.
Для снижения объема маслобака и уменьшения прокачки мас-
ла как теплоносителя в двигателе применяют масло повышенной
плотности, которая мало зависит от температуры. Однако следуй!
учитывать, что в процессе работы плотность масла возрастает от
окисления и испарения и может превысить плотность воды. В этом
случае невозможен слив конденсата из нижней точки масляных
полостей двигателя.. По снижению плотности масла в процессе pat
боты определяют попадание в него топлива или гидрожидаости^
Вязкость. Вязкость дистйллятных минеральных масел опре-
деляют вискозиметром в водяной бане при температуре 50° С. Вяз-
кость остальных масел определяют в глицериновой бане при тем-
пературе 100° С. Время перетекания дозированного количества мас{
ла из верхней колбы в нижнюю через капилляр под собственно^'
массой переводят по градуировочной постоянной прибора в кине-
матическую вязкость, выраженную в сантистоксах. Вязкость при
отрицательных температурах определяют аналогичным образом-,
в керосиновой или спиртовой бане, охлаждаемой сухим льдом, нб
увеличив диаметр катгддяра.
Вязкость масла «Является одним из главных показателей, опре^.
деляющих его проникновение в зазоры трущихся пар. От влияний
температуры на вязкость зависят пусковые качества масла, ей)'
прокачиваемость и прдача в требуемых количествах к узлам тре-i.
ния при отрицательной температуре. Пределом для прокачки мас-
20
ла можно считать вязкость (12 ... 16) 10s сСт при достаточно боль-
ших по диаметру и коротких масляных магистралях. Однако и при
такой вязкости необходимо проводить испытания двигателя в зим-
них условиях, подтверждающие правильность выбора сорта масла.
Указанные пределы вязкости относятся к концу ресурса работы
масла, так как в результате окисления и испарения вязкость мас-
Рис. 2.1. Зависимость кинематической вязкости масел от
температуры:
I—МС-20; 2-75% МС-20 и 25% МК-8; 3—МН-7,5; 4—ВНИИНП-7; 5-
Б-ЗВ;(&-25% МС-20 и 75% МК-8; 7—типе 36/IK; в—ВНИИНП-КМ-4ф;
9—ММ или МК-8П;. 70-МС-8П
ла при отрицательных температурах может значительно возра-
стать.
Подбор сортов масла и сравнение их по кинематической вяз-
кости удобно вести по графику, отражающему эмпирическую за-
висимость Вальтера: lglg(10~6v+0,6)=Xj— BJg(f-4-273) [35],.
He v — кинематическая вязкость, м2/с; t — температура масла, °C;
И1 и Bi — эмпирические константы.
На рис. 2, 1 представлены графики зависимости вязкости от
температуры для некоторых сортов масел для Л1 = 175 и В! = 60.
Наклон графиков зависит от химической природы масел.
21
Температура застывания. Этот показатель определя-
ют по потере подвижности свободной поверхности при наклоне
пробирки с маслом.
Температура вспышки. Ее определяют поднесением от-
крытого огня к парам над тиглем с навеской масла. Эта темпера-
тура является технологическим показателем при изготовлении
масла. По снижению температуры вспышки определяют, что в мас-
ло попало топливо или гидрожидкость. При окислении масла, ра-
ботающего в двигателе, температура вспышки возрастает.
Кислотное число. Кислотное число масла определяют
титрованием со щелочью до нейтральной реакции в присутствии
дветового индикатора. Оно выражается в мг КОН на грамм мас-
ла. Кислотное число обычно ограничивают по верхнему пределу,
так как кислотность характеризует коррозионную агрессивность
масла к конструкционным материалам и покрытиям. По мере окис-
ления масла в процессе работы кислотное число обычно возра-
стает.
Однако в некоторых сортах масла кислой реакцией обладают
присадки. В этих случаях ограничивают кислотное число базового
масла при его изготовлении, а количество кислой присадки кон-
тролируют по кислотному числу товарного масла. Кислотное чис-
ло такого масла в процессе работы может сначала снижаться от
срабатывания присадки, а затем повышаться от окисления базово-
го масла.
Зольность. Зольность масла определяют полным сжиганием
навески и вычислением доли негорючего остатка в' процентах.
Зольность является показателем наличия механических примесей
для масел без золообразующих присадок. Для свежего масла ог-
раничивают верхний предел зольности.
Термоокислительная стабильность (TOC). ТОС
определяют при длительной выдержке навески масла в колбе, тер-
мостатируемой при максимально допустимой температуре для дайч
него сорта масла, в присутствии пластинок из конструкционных*
материалов в качестве катализатора окисления и при пропускании-
через масло дозированного количества воздуха. После испытания
взвешивают количество продуктов окисления, рыпавших в осадо^
при действии, на них бензола или изооктана, и выражают это коли-,
честно в процентах к исходной навеске масла. Термостабиль<
ность — один из важнейших показателей, так как характеризует
процессы окисления масла в близких к рабочим условиям.
Как известно, при окислении масло в двигателе по степени его1,
разложения проходит последовательно стадии лака, смолы и кою-
'са. В свою очередь кокс, можно несколько условно подразделит^
на гладкий, пузырчатый и чешуйчатый. Если выпадение лака нд
деталях двигателя еще допустимо, то смолистые продукты окисле*
ния, а тем более чешуйчатый кокс, попадая в масло, могут вос4.
препятствовать его- нормальной циркуляции, засоряя фильтры щ
форсунки двигателя.
22
Окислению масла в двигателе обычно сопутствует увеличение
плотности, вязкости, кислотного числа и температуры вспышки,
являющиеся косвенным показателем степени окисления.
Окисленное масло, как правило, имеет более высокие смазоч-
ные качества и температуру застывания.
Смазочные качества. Эти качества масла проверяют
на четырехшариковой машине трения (рис. 2.2). Шары обычно —
Рис, 2.2. Схема четырехшариковой машины тре-
ния:
чашка; 2—«ижний шэдр; 3—-гайка; ^—верхний. шар,
5—-гайка вала: б—шпиндель; 7—термопара; 8—термостат:
9—штифт; тагрелжа; //-^уяориые подшипники; 12—
я одет анка; 13—трос
Рис. 2.3. Зависимость диа-
метра пятна износа от на-
грузки для масла МК-8:
J—оаежего при 100* С; ?—свеже-
го при 20° С; З—отработавшего
при, 100° С; 1—отработавшего-
при 20° С
тела качения шарикоподшипника. Три шара 2 неподвижно закреп-
лены на дне чашки, под слоем исследуемого масла, а четвертый
4 закреплен во вращающемся с постоянной частотой вертикальном
шпинделе 6, образуя пирамиду.
Температура масла поддерживается термостатом 8, в котором
находится чашка 1. На вращающийся шпиндель подают ступенча-
то возрастающую осевую нагрузку, и после выдержки на каждой
ступени замеряют диаметр пятна износа на нижних шарах при
помощи микроскопа. Шары поворачивают для образования пятна
износа на новом месте для каждой нагрузки. На рис. 2. 3 в лога-
рифмическом -масштабе показана линия типичной зависимости
Диаметра d пятна износа от нагрузки Р. Нагрузка в точке перело-
ма Ркр называется критической, так как в этой точке из-за высо-
23
ких удельных давлений начинается полусухое трение с прогресси-
рующим износом и микро1сваркой в контакте.
Противозадирные качества масла. Противозадир-
ные качества определяются величиной критической нагрузки.
Обобщенный показатель износа (ОПИ). ОПИ в се-
рии измерений Диаметра пятна износа нижних шаров при после-
довательном возрастании нагрузки вплоть до критической опреде-
ляют как среднеарифметическое отношение величин осевых нагру-
зок к относительному износу шаров. Относительный износ шара
определяют в свою очередь как отношение среднего диаметра пят- .
на износа к величине площадки упругой деформации, подсчитан-
ной по методу Герца.
Мех а н и ч е .с к и е примеси. Эти примеси в виде пыли, нбр-
са, песка и пр. попадают в масло как при его изготовлении и хра-
нений, так и при работе в двигателе. Масло из двигателя, кроме
того, содержит продукты износа и кокс. Для определения механи-
ческих примесей навеску масла разбавляют бензином и прошу-'
екают через бумажный фильтр. Для ускорения фильтраций колбу
под фильтром вакуумируют. Осадок на фильтре отмывают бензи-
ном от смолистых веществ, а фильтр до и после фильтрации (с от-
мытым осадком) доводят в термостате до’ постоянной массы, кото-
рую определяют периодическим взвешиванием на аналитических
весах. Разницу масс фильтра относят к исходной навеске масДап
выражают в процентах. Если подсчитанная величина меньше
'.0,005%, то считается, что в масле механических примесей нет.
Отсутствие воды. Отсутствие воды наиболее просто про-
веряется нагреванием масла в пробирке до температуры 'выше
100° С. Если при этом не наблюдается характерное потрескивание,
вода в масле отсутствует.
В с п е и и в а е м о с т ь. Вспениваемость масел определяют в
стеклянной трубке с нанесенной вертикальной шкалой. В нижнем
конце трубки на уровне начала шкалы установлена диспергирую-
щая насадка в виде пористого фильтра из фарфора или металли-
ческой ленты с номинальным размером пор 5 мкм. Определенным
количеством масла заполняют трубку, а через насадку снизу под-
водят воздух или азот из баллона через редуктор и кран. Коли-
чество воздуха контролируют микропьезометром. По высоте стол:
ба пены судят о вопениваемости, а по времени оседания пены
после отключения подачи газа — о стойкости пены.
Условия испытания масла в зубчатых коле-,
сах на 'стендах с замкнутым силовым контуром
(рис. 2.4) [34]. Их максимально приближают к условиям работы в
двигателе. Для этого устанавливают ту же температуру масла ц.
деталей, ту же циркуляцию масла, ту же степень его насыщения
воздухом и при создании стенда используют те же материалы, что
и в двигателе. По одной из методик через каждые 10 ч зубчатые
колеса, работающие под расчетной максимальной нагрузкой с по-
стоянкой рабочей частотой вращения, осматривают, измеряют
фиксируют состояние поверхности трения зубьев.
24
По. другой методике определяют нагрузку заедания ступенча-
тым нагружением зубчатых колес'через гидравлическую (а не ры-
чажную, как на рис, 2.4) муфту с выдержкой по 30 мин на каждой
ступени при постоянной частоте вращения, В этом случае зубча-
тые колеса выполняют с удлиненной высотой зуба, чтобы заеда-
ние происходило раньше, чем поломка. О заедании узнают по воз-
растанию крутящего момента, росту объемной температуры й по
износу профиля зуба.
Объемную температуру измеряют термопарами, расположенны-
ми на торцах зубьев, используя токо-
съемник. При такой методике испыта-
ния масел, носящей сравнительный ха-
рактер, нужно иметь данные испыта-
ния хорошо известного масла.
Температура самовоспла-
менения масла. Ее определяют
введением дозы масла в нагретую до
температуры испытания колбу и наб-
людением в течение 5 мин за наличием
возгорания масла в паровой фазе.
Температура самовоспламенения —
важный эксплуатационный показа-
тель, определяющий надежность и без-
опасность работы системы смазки при
контакте паров масла с горячими стен-
ками масляных полостей двигателя.
Наличие примеси топлива
или г и д р о ж и д ко с т и. Наличие
этйх примесей в масле определяют ио снижению плотности, вязко-
сти, температуры вспышки. Для этого в масло добавляют дозиро-
ванную примесь, измеряют перечисленные величины и строят тари-
ровочные графики.
Наличие примесей минерального масла. Наличие
этих примесей в синтетическом масле можно определять по тари-
ровочным графикам дозированных примесей. Тарировочные .гра-
фик^ получают при использовании характерной реакции одного из
масел, например омыления.
Стойкость масла к грибкам и бактериям. Ее оп-
ределяют, заражая навеску масла в колбе характерными штамма-
ми. Крлбу с маслом длительное" время те.рмостатируют в темноте
при оптимальной температуре для развития штаммов. По объем-
ному количеству мицелий грибков и продуктов жизнедеятельности
бактерий на поверхности масла судят о стойкости масла, ’условно
разделяя ее на баллы.
Теплофизические свойства масла. Их обычно при-
водят в обобщенном виде как зависимость функций числа Прандт-
ля от температуры (рис. 2. 5). Предварительно определяют тепло-
емкость и теплопроводность в различного рода калориметрах.
.Теплофизические свойства масел важно учитывать в тех случа-
25
Рис; 2.4. Схема стенда с замк-
нутым силовым контуром:
/—столяр; •?, б, 8—валы: 3/ 4—испы-
туемые зубчатые колеса; 5, 7—зуб-
чатые колеса стенда; 9, /О-—загру-
зочные устройства с муфтами
ях, когда теплопередача лимитируется тепловым сопротивлением
•между маслом и стенкой, например при прохождении маслопрово-
дов через газовый тракт двигателя или в топливомасляных тепло-
обменниках высокого давления Топлива. В последнем случае ко-
Рис. 2.5. Зависимость функции
числа Праидтля от температу-
ры масла:
7-МС-8П; г-ВНИИНП-7: 3-
МН-7,5; 4-Б-ЭВ; 5—вниинп-ии-
4ф; б-гтапа 36/1К
эффициент теплоотдачи от поперечного потока масла к пучкам топ-
ливных трубок определяют из эмпирической зависимости [26Jc ;
>-и 4) 0,Зб/Ргму>,«5
vo,6 Ги Ы ’
ам~
где Хм—коэффициент теплопроводности масла; vM — кинематиче-
ская вязкость масла; Рг — число Праидтля, индекс «м» относится
к величинам, характеризующим ядро потока масла; «с» — к вели-
чинам, характеризующим пристеночный слой масла. •
В геометрически подобных топливомасляных теплообменниках
при одинаковых скоростях масла в интервале температур 140*0
для ядра потока и 80° С для пристеночного слоя, если принять у
МС-8П «4=100%, то у ВНИИНП-7 ам будет равно: 89%,
у МН-7,5—82,2%, у Б-ЗВ—106,8%, у НП 50-1 -4ф — 104,8%,
у 36/IK—Ш,8%. ..
Теплофизические свойства разных сортов масла иногда могут
значительно влиять на теплопередачу.
2.4. Пластичные смазки
Пластичные смазки состоят из дисперсной системы: загустите-
ля, образующего структурный каркас, и дисперсионной среды
[38J. Характерным для пластичных смазок является переход от
покоя к течению под воздействием нагрузки и к обратному пере*
ходу при снятии нагрузки. В качестве загустителя применяют ча-
стицы некоторых веществ размером 0,1 ... 10 мкм. Между отдель-
ными частицами загустителя действуют ионные и межмолекуляр-
ные силы, под действием которых образуются жгуты волокон иди
кристаллиты структурного каркаса, охватывающие весь объем
смазки н заполненные дисперсионной средой. Внешний вид (тек-
стура) смазок в зависимости от размеров частиц делится на зёр-
26
нистыЙ и гладкий. Пластичные смазки классифицируют по природе
загустителя, от которого зависят ее основные объемно-механические
свойства. В качестве дисперсионной среды используют минераль-
ные й синтетические масла, а также кремнийорганические жидкос-
ти. Если загуститель не образует структурный каркас и составляет
со средой механическую смесь, то смазка называется пастой.
Мыльные, смазки. Мыльные смазки принято называть по
солигакирных кислот (мыла), являющихся их загустителями. В ка-
чсств'е загустителя применяют главным образом натриевые, литие-
вые и кальциевые соли. Применение натриевых смазок ограничено
их низкой термостабильностью и высокой гигроскопичностью. Тем-
пература плавления литиевых смазок близка к 200° С, однако
вследствие низкой термостабильности их применяют до 120’С.
Комплексные кальциевые смазки по термостабильности могут со-
хранять работоспособность до 200° С, однако они поглощают влагу
.из воздуха и. твердеют, что является их недостатком.
Неорганические смазки. В качестве загустителя в не-
органических смазках можно использовать слоистые материалы,
имеющие сравнительно слабые связи по. плоскостям сдвига чешуек.
К ним относятся графит, дисульфид молибдена, нитрид бора. За-
густители из слоистых материалов снижают коэффициент трения,
однако при обычном приготовлении коллоидных порошков они не
способны образовывать структурный каркас и их добавляют в
смазки в качестве антифрикционных присадок. Новая технология
получения слоистых порошков без доступа кислорода позволяет
надеяться на создание пластичных смазок на основе загустителей
из слоистых материалов. К неорганическим смазкам относятся
смазки с загустителями из сажи, различных солей и окислов.
Орг а ни чес к и е с м а з к и. Загустители этих смазок, пиг-
менты, кроме структурного каркаса, дают им термостабильность и
цвет. Например, индантрен окрашивает краску в синий цвет, фтало-
цианин меди — в голубой и т. д.
Углеводородные смазки. В качестве загустителя в этих
смазках используют природный воск, парафин, церезин и другие
твердые углеводородные соединения. Вследствие низкой температу-
ры плавления их применяют главным образом для консервации
наружных деталей авиационных двигателей и для обеспечения тре-
буемого положения деталей (тел качения подшипников, уплотни-
тельных колец и пр.) при сборке.
Для улучшения свойств в пластичные смазки вводят присад-
ки — антиокислительные, противозадирные, противоизносные, анти-
коррозионные и др.
Основные свойства смазок и основы методов
их оценки. Предел прочности смазки или способность удержи-
ваться в узлах трения без вытекания зависит главным образом от
структуры каркаса. Предел прочности снижается при разогреве или
от повышения скорости деформации. Предел прочности определяют
пластомером — прибором, в котором смазку продавливают через
27
металлический капилляр с внутренней, нарезкой и который измеря-
ет давление продавливания. о
Вязкость смазки влияет на ее пусковые качества. В пластичных
смазках вязкость снижается с увеличением скорости деформации.
Вязкость смазки определяют на автоматических капиллярных вис-
козиметрах, продавливая смазку через капилляр с нормированной
переменной нагрузкой от пружины. Скорость продавливания вмаз-
ки фиксируется на барабане самописца и переводится в единицы
динамической вязкости.
Механическая стабильность — это способность сохранять вяз-
кость после механического воздействия.
Термоупрочнение — появление в структуре смазки дополнитель-
ных связей — спаек под воздействием температуры и времени. Оно
-ухудшает пусковые качества смазки. Оценивают термрупрочнение,
измеряя предел прочности смазки до и после выдержки её под воз-
действием температуры.
Испаряемость смазки происходит за счет дисперсионной среды
под воздействием температуры и времени.
Значительная испаряемость ухудшает пусковые качества смаз-
ки, сокращая срок ее службы. Ее определяют измерением потери
массы при нормированных условиях (при определенной темпера-
туре и в течение определенного времени).
Коллоидная стабильность (синерезис) — стойкость смазки к
выделению дисперсионной среды. Ее определяют механическим от-
жатием масла из смазки на бумажные фильтры.
Химическая стабильность — стойкость против окисления кисло-
родом воздуха при рабочей температуре. Стабильность уменьша-
ется в тонком слое зоны трения при контакте с металлами и спла-
вами, так как они являются катализаторами окисления. В’зоне
покоя химическая стабильность зависит от природы смазки, а в зо-
не трения примерно одинакова для всех' смазок. Химическую ста-
бильность определяют измерением кислотного числа навески смаз-
ки, окисляемой на медной пластинке при нормированных условиях
(при определенной температуре и в течение определенного вре-
мени)., .5 '
Водостойкость смазки определяется ее стойкостью к поглоще-
нию влаги (гигроскопичностью) и водопроницаемостью. Гигроско-
пичность определяют по увеличению массы в замкнутом объеме в
присутствии открытой поверхности воды при определенной (темпе-
ратуре и в течение определенного времени. Проницаемость опреде-
ляют под слоем воды или в среде водяного пара по изменению
внешнего вида смазки.
Пенетрация — обобщенный показатель устойчивости смазочной
пленки. Ее определяют погружением в смазку стандартного кону-
са под действием собственной массы 150 г и выражают в десятых
долях миллиметра глубины погружения.
Смазочные качества смазок определяют так же, как смазочные
качества масла на четырехшариковой машине трения.
28
Особенности применения пластичных смазок.
В тяже^рнагруженных узлах трения, работающих при повышенных
температурах, свойства пластичных смазок могут значительно
ухудшаться.
В процессе работы смазки могут изменяться предел прочности,
термоуйрочнение, испаряемость, синерезис, химическая стабиль-
ность, вязкость, пусковые свойства. Смазку необходимо подбирать
таким образом, чтобы изменение ее свойств в процессе эксплуата-
ции в течение всего ресурса не было бы значительным. Если это
условие обеспечить невозможно, то вводят регламент на обновле-
ние смазки путем внесения в узел трения минимально возможной
первоначальной дозы и добавления небольших порций свежей смаз-
ки в процессе эксплуатации. В узле должны быть заглушки, пресс-
масленки или ротапринтные устройства, подающие смазку непо-
средственно в зону трения. В конструкции узла должны быть пре-
дусмотрены также зоны накопления осушенной и окисленной
смазки.
В узлы трения с малыми нагрузками и невысокими темпера-
турами смазку обычно закладывают на весь ресурс, заполняя от
трети до двух третей свободного объема узла.
Некоторые сорта пластичных смазок для авиа-
ционных ГТД. Смазка ЦИАТИМ-201 состоит из дистиллятного
вазелинового масла, загущенного литиевым мылом с добавлением
антиокислительной присадки. Цвет ее меняется от светло-желтого
до коричневого. Применяется в легких редукторах, в интервале
температур —60 ... 90° С.
Смазка ЦИАТИМ-221 состоит из кремнийорганической-.жидко-
сти загущенной комплексным кальциевым мылом. Она светло-се-
рого цвета. Применяют ее для смазки трущихся пар «металл —
металл» и «металл—резина» в интервале температур —60...
-.. 150° С. Смазка водостойкая, но во влажной среде несколько
уплотняется.
Смазка ВНИИНП-246 получается загущением кремнийоргани-
ческой'жидкости пигментом. Ее применяют для смазки подшипни-
ков качения и шестерен в интервале температур —60 ... 250° С. Эта
смазка может работать в вакууме.
2.5. Твердые смазочные покрытия
До .Нанесения на металлическую поверхность покрытия представляют собой
суспензии, а после нанесения и отвердения — пленки по .внешнему виду напоми-
нающие лакокрасочные [22].
Твердые смазочные покрытия состоят из смазочного компонента и связую-
щепь В качестве-смазочного компонента используют главным образом слоистые
мат&уалы — графит, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, нитрид бора,,
некоторые соли, окисли металлов и их смеси. Смазочный компонент обеспечива-
ет антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства покрытия,
связующий повышает прилипание частиц твердой смазки к металлическим поверх-
коствм и связывает отдельные частицы твердой смазки в сплошную пленку. В ка-
честву связующих компонентов для высокотемпературных покрытий используют
термдареактивные лаки или смолы, которые необходимо нагревать после нанесения
до температуры полимеризации и получения пленки с высокой адгезией.
29
Смазочные покрытия с полимерными смолами в качестве связующих компо-
нентов применяют чаще, чем любой другой вид твердых смазок.
Для нанесения суспензий краскораспылителем, кистью или погружением не-
обходимо вводить легколетучий растворитель для получения требуемой милой-
вязкости состава и заданной толщины покрытия, В качестве растворителей при-
меняют углеводороды, спирты, сложные эфиры с низкими температурами кипе-
ния и высокой летучестью. Количество растворителя зависит от способа нанесе-
ния. Применяют и другие способы нанесения— электролизом или плазменным
напылением. Твердые смазочные покрытия обычно имеют небольшую толщину,
однако допускается нанесение нескольких слоев с сушкой каждого на воздухе
или в печи.
По эксплуатационным качествам твердые смазочные покрытия с полимерны-
ми связующими компонентами существенно отличаются от других смазочных ма-
териалов. В первый период работы узла трения наблюдается быстрый цанос по-
крытия, но скорость износа постепенно уменьшается. Высокая начальная скорость
износа объясняется потерей частиц покрытия с плохой адгезией. В этот период
поверхность покрытия приобретает блестящий полированный вид. Эксплуатаци-
онные характеристики смазочного покрытия после приработки весьма высоки,,
а его гладкая поверхность обеспечивает низкий коэффициент трения.
На работоспособность твердых смазочных покрытий оказывают влияние усло-
вия и способ их нанесения, шероховатость и твердость поверхности детали и
внешние воздействия в эксплуатации.
Основные свойства твердых смазочных покрытий,
методы их оценки и некоторые сорта покрытий. Смазочные
свойства твердых смазочных покрытий определяют на различных машинах трения
со ступенчатым нагружением при нормированных температуре, скорости скольже-
ния и времени. При испытаниях определяют коэффициент сухого трения, который
для большинства покрытий проходит через минимум при нарастании нагрузки,
температуры и скорости скольжения. Коэффициент трения увеличивается из-за
потери стойкости связующего компонента, а затем и смазочного компонента.
Долговечность или срок службы покрытия определяется при рабочих усло-
виях. Главными факторами, определяющими долговечность, являются соотноше-
ние компонентов и их химическая природа.
Относительная твердость характеризует механическую прочность, которая с
увеличением температуры понижается от размягчения каркаса смазки, а затем
повышается от деструкции связующего компонента. Относительная твердость оп-
ределяется на маятниковом приборе по времени затухания колебаний маятника,
основание которого опирается на покрытие.
Прочность на изгиб характеризует стойкость покрытия к растрескиванию в
отслаиванию. Она определяется по минимальному диаметру стержня, выражен-
ному в мм, вокруг которого изгибается тонкая пластинка с покрытием без рас-
трескивания.
Прочность при ударе выражается энергией удара свободно падающего шари-
ка при нор!мализированных условиях. При этом на покрытии не должно наблю-
даться смятия, растрескивания или отслаивания.
Адгезия — прочность сцепления покрытия с металлом зависит от химической
природы металла, покрытия и от шероховатости металла. Обычно поверхность ме-
талла под покрытие травят или производят ее пескоструйную обработку. Наибо-
лее простым способом определения адгезии является метод параллельных надре-
зов, при котором на покрытии делают не менее пяти параллельных надрезов на
расстоянии 1 мм друг от друга. Полоску липкой полиэтиленовой ленты наклеи-
вают поперек надрезов, оставляя конец ленты свободным. При быстром отрыве
ленты сохранность полосок покрытия оценивают по трехбалльной шкале.
Некоторые сорта твердых- смазочных покрытий. ВНИИ
НП-212— дисульфидмолибденовое покрытие с карбамидоформальдегидным свя-
зующим компонентом работоспособно в-интервале температур — 70... 150°С.
ВНИИ НП-213— дисульфидмолибденовое покрытие с кремнийорганическям
связующим компонентом отличается повышенной термостойкостью до 350° С.
При этой температуре за 4 ч испаряется не более 7% массы покрытия.
ВНИИ НП-230 — дисульфидмолибденовое покрытие с эпоксидным связующим
компонентом работоспособно в интервале температур —60... 250° С. Обладает
радиационной стойкостью. '
30
2.6. Антифрикционные материалы
К антифрикционным материалам относятся главным образом углеграфиты
и углеситаллы [9].
Углеграфиты получают- по технологии, схожей с технологией изготов-
ления электродов. Порошок коллоидного графита пропитывают каменноугольным
пеком с последующей карбонизирующей термообработкой в пресс-формах. В ма-
териал до его термообработки или в процессе ее для улучшения антифрикцион-
ных качеств и снижения пористости вводят добавки металлов или их соединений
и делают пропитку различными смолами.
При больших скоростях скольжения коэффициент трения и механическая
прочность углеграфитов сильно зависят от температуры в зоне контакта. Вслед-
ствие низкой теплопроводности углеграфитов и увеличения коэффициента трения
с ростом температуры в зоне контакта может происходить разогрев и износ по-
верхностей трения.
Углеситаллы получают по технологии, схожей с технологией изготовле-
ния стекло-кристаллических материалов — ситаллов. Углеситаллы обладают мел-
козернистой конденсационно-кристаллической структурой, они имеют матовый
блеск и изотропные механические свойства. По сравнению с углеграфитами они
имеют значительно меньшую газопроницаемость, более низкие.коэффициенты тре-
ния и износа, значительно большую термостойкость. Это делает углеситаллы
перспективными для применения в авиационных ГТД.
Некоторые сорта антифрикционных материалов;
АГ-1500Ш — углеграфитный материал повышенной плотности (1,9...
... 1,95 г/см3) с тройной пропиткой каменноугольным пеком, которая снижает его
газопроницаемость. Предел прочности на сжатие 88... 118 МПа, на изгиб 20...
... 58 МПа, на растяжение 13 МПа, Допустимая рабочая температура в зоне
контакта 400... 450° С. Теплопроводность 93. Вт/(м-К). Коэффициент сухого тре-
ния равен 0,2 при скоростях скольжения 1...4 м/с и нагрузке 100 кПа. Интен-
сивность износа в этих условиях 1 мкм/км,
ВАР-253У —• углеграфитный материал с характеристиками, близкими к харак-
теристикам АГ-1500Ш при несколько большей интенсивности износа в условиях
сухого трения.
Нигран В — углеграфитный материал с нитридом бора. По механическим
свойствам превосходит материал АГ-1500Ш, однако уступает ему по теплопро-
водности при коэффициенте сухого трения 0,1 и скорости скольжения до 62 м/с.
УСБ-15 — углеситалл. По механическим качествам, износу и термостойкости
значительно превосходит углеграфиты, в частности коэффициент трения у этого
материала в 3... 5 раз меньше, чем у углеграфитов в одинаковых условиях.
3. МАСЛЯНЫЕ СИСТЕМЫ
3.1. Схемы масляных систем
и предъявляемые к ним требования
Масляная система ГТД представляет собой совокупность
устройств и агрегатов, обеспечивающих подачу масла в узлы тре-
ния двигателя для снижения потерь мощности в них, уменьшения
износа деталей, отвода теплоты, выделяющейся при трении, защи-
ты трущихся поверхностей от наклепа и коррозии, удаления твер-
дых включений из зоны трения и, наконец, для использования мас-
ла в качестве рабочего тела в гидравлических системах регулиро-
вания двигателя и его агрегатов. Иногда масло используется и для
обогрева отдельных элементов двигателя.
От степени совершенства масляной системы зависит не только
общий срок службы двигателя, но и безотказность его работы,
а следовательно, и безопасность полета. На всех режимах работы
двигателя й при любых условиях эксплуатации, на которое рас-
считан самолет, масляная система должна обеспечивать надежную
подачу в двигатель масла с заданными параметрами. Различного
рода нарушения подачи масла, даже кратковременные, могут вы-
звать повышенный износ, перегрев и заедание трущихся пар. Мас-
ляное «голодание» может явиться причиной отказов и в системах
регулирования, например в системе управления шагом воздушного
винта ТВД. Серьезные неисправности в маслосистемах могут при-
вести к разрушению в двигателях и пожарам со всеми вытекаю-
щими из этого последствиями.
Каждый ГТД на самолёте оснащается автономной .маслосисте-
мой достаточной емкости, обеспечивающей на протяжении всего
полета подачу в двигатель качественного масла. Время нахожде-
ния масла в двигателе должно быть по возможности минималь-
ным, так как в противном случае значительно увеличивается насы-
щение масла газами, возрастает нагрев и ускоряется процесс его
окисления. Поэтому система должна не только обеспечивать пода-
чу масла в двигатель, но и своевременно удалять отработавшее
масло.
В зависимости от условий работы, назначения и типа газотур-
бинных двигателей в настоящее время применяют различные ехе-
мы масляных систем.
Наиболее простой схемой обладают масляные системы с одно-
кратной подачей масла, находящие применение, как правило,
в форсированных по температуре двигателях с кратковременным
циклом работы. В таких системах после смазки трущихся поверх-
ностей масло обычно теряет смазочные свойства и удаляется из,
двигателя. В качестве примера можно привести масляную систему
32
одного из подъемных ТРД, снабженного вытеснительной системой
подачи масла. Масло выдавливается в двигатель порциями из ци-
линдра, поршень которого приводится в движение давлением топ-
лива; отработавшее масло отводится в сопло двигателя. Преиму-
ществом систем с однократной подачей масла является их просто-
та и малая масса, недостатком — большой расход масла. Иногда в
качестве смазывающей и охлаждающей жидкости в некоторых дви-
гателях применяют рабочее топливо.
Циркуляционные системы — это системы, в которых масло дви-
жется по замкнутому контуру и многократно используется для
смазки и охлаждения узлов трения двигателя. В связи с тем, что
масло в ГТД изолировано от зоны горения топливовоздушной сме-
си, расход его незначителен и определяется в основном потерями
через суфлирующие устройства. В силу этого емкость масляных сис-
тем самолетов с ГТД сравнительно невелика и для обеспечения нор-
мальной смазки и охлаждения, возникает необходимость в высо-
кой кратности циркуляции масла через двигатель. Подготовка мас-
ла к очередному циклу смазки сводится к его охлаждению, очист-
ке от механических примесей, образовавшихся во время работы в
двигателе, и отделению воздуха. Циркуляционные системы успешно
применяют в ГТД, так как температура их подшипников не на-
столько велика, чтобы вызвать интенсивное испарение и значитель-
ное окисление масла.
Характерные для циркуляционных систем (рис. 3. 1) масляные
магистрали можно разделить на две группы. В первую из них бу-
дут входить так называемые внутренние магистрали (магистраль
нагнетания от насоса 6 до форсунок /2; магистраль сбора и отво-
да масла, прошедшего цикл смазки, от форсунок 12 до насосов 16;
магистраль суфлирования масляных полостей двигателя). Во вто-
рую группу "входят внешние магистрали (магистраль всасывания
от маслобака 1 до нагнетающего насоса 6; магистраль откачки от
откачивающих насосов 16; магистраль суфлирования и дренажа
маслобака). В зависимости от схемы движения масла по внешним
магистралям циркуляционные системы подразделяются на одно-
контурные, в которых циркуляция происходит по схеме «бак —
двигатель— бак», и двухконтурные, в (которых бак в той или иной
степени исключается из схемы циркуляции масла.
Любая из этих систем будет считаться открытой, если ее мас-
лобак сообщается с атмосферой, либо непосредственно, либо через
систему суфлирования двигателя, подсоединение к которой надмас-
ляной полости бака обусловливается желанием уменьшить расход
масла ликвидацией возможности его выброса из бака в атмосферу
как в жИДкой, так и в паровой фазе. В открытых системах давле-
ние масла на входе в нагнетающий насос уменьшается с увеличе-
нием высоты полета и поэтому их высотность относительно
мала.
В закрытых системах в маслобаках создается избыточное дав-
ление благодаря поступлению в них воздуха как из воздухоотде-
лителя, так и с откачиваемым маслом; это давление поддержи-
2 1673 33
£§ m з । g &
A g"“gg®и &
.. ч &« Ё S I § s'
и Я J3 3 Я V-'O s 1»
г
g.££;Й f
1у-₽&ЗзД
“T -4 "- »*i
S Bj
4s®i-
„ S aS
S
, Я e ug-E
iHrf!
о® 25®
-HE g g-g я
a.O u S. X S sn
а я s <ч
ggS*
g-^SSg
&S3:.-lsg
3 |r-
У WH
г
к
и
Z
tc
3
x
3
ж
x
о
X
,fc««x e • я 2
§ОФяадр§*’«3
о S ® « s ? «
к'Л^&2ь®
” W ш
gf?.
Я
Л и » Д
g
52
X
±
CK s
CL, 2
X «
й£51*а:У 5
3 >=t » я « ® 3
5 x 5 e о л <ё
3 •sif
2 .-S«5 £&
* я ,»F к я
IIs Sg
йIB§Sc
gg..
3ft
вается более или менее постоянным благодаря установке в баке
или в системе суфлирования двигателя специального клапана. За-
крытые системы обладают большей высотностью и обеспечивают
ускоренный прогрев масла при запуске двигателя.
Во всех двигателях с циркуляционными масляными системами
внутренние магистрали принципиально одинаковы и их вид
не зависит от схемы движения масла по внешним магистралям.
При работе двигателя масло поступает к нагнетающему насосу 6
и подается им в магистраль нагнетания. Непосредственно за насо-
сом установлены фильтр 9 высокого давления и обратный клапан
8, не допускающий перетекания масла из бака в двигатель при
длительной стоянке самолета. ЭтхтГ клапан открывается при дав-
лении, превышающем статический напор столба масла перед на-
сосом.
Подача нагнетающего насоса й 1,5... 2,5 раза превышает вели-
чину потребной прокачки масла через двигатель. Этот избыток по-
дачи необходим для обеспечения достаточного поступления масла
в двигатель при работе на пониженных режимах, когда вследствие
уменьшения частоты вращения снижается нодача насоса, и при
уменьшении давления на входе в насос, которое может происхо-
дить с увеличением высоты полета и так же. приводит к уменьше-
нию подачи. Избыточное количество масла, проходящего через на-
сос 6,. перепускается клапаном 7 на вход в насос. Этим же пере-
пускным клапаном устанавливается и поддерживается определен-
ное давление в линии нагнетания.
Перепускной клапан 7 обычно устанавливают непосредственно
за насосом; подключение его за фильтром 9 (см. рис. 3. 1,а) по-
зволяет устранить -влияние изменения гидравлического сопротив-
ления фильтра, например, при его засорении, на подачу масла в
двигатель. Для обеспечения прохода масла мимо фильтрующих
элементов при их существенном засорении в фильтре устанавли-
вают предохранительный клапан, открывающийся при определен-
ном перепаде давления.
Пройдя очистку в фильтре 9, установленном непосредственно
за насосом 6, масло пр соответствующим каналам через предохра-
нительные, фильтры 11 поступает ко всем узлам трения двигателя.
Количество масла, подводимого к тому или иному узлу, определя-
ется сечениями жиклеров, установленных в магистралях нагнета-
ния. Отработавшее, нагретое и насыщенное воздухом масло сли-
вается в отстойники и откачивается оттуда .насосами 16 в магист-
раль откачки. Для обеспечения надежной откачки масла число на-
сосов должно соответствовать числу точек откачки.
Суммарная подача откачивающих насосов IFH. отк превышает
подачу нагнетающих насосов 1Fя, яагт так как первые откачивают
масловоздушную эмульсию. Обычно принимают 1FH. отк= (2,5... 3)
Wн. наг- При недостаточной откачке масла откачивающим насосом
возможно переполнение маслом полостей подшипников; слишком
большая откачка -может увеличить насыщение масла воздухом н
2* 35
привести к увеличению количества воздуха, выводимого в магист-
раль откачки.
Минимальное и постоянное отношение подач откачивающих и
нагнетающего насоса наблюдается только при малой частоте вра-
щения ротора двигателя, т. е. до открывания перепускного клапа-
на 7.
После начала перепуска через клапан 7 величина прокачки
масла через двигатель не будет зависеть от режима его работы
и. практически остается постоянной при дальнейшем росте частоты
вращения. Подача же откачивающих насосов увеличивается про-
порционально увеличению частоты вращения. Поэтому, начиная с
частоты вращения, при которой открывается клапан 7, отношение
1^н. отк/^н. наг будет расти с увеличением частоты вращения.
Фильтры 15 защищают насосы 16 от попадания в них механи-
ческих частиц. В этих фильтрах часто устанавливают сигнализато-
ры металлических частиц 18. Фильтры тонкой очистки .масда об-
ладают высоким гидравлическим сопротивлением, поэтому их не
устанавливают перед насосом,' хотя они защитили бы последний
от повреждений механическими включениями, так как это может
привести к уменьшению статического напора, на входе в насос и к
снижению высотности системы. '
Фильтры тонкой очистки, например фильтр 9, устанавливают
в магистрали за насосом. Для защиты насосов от попадания круп-
ных частиц перед ними устанавливают фильтры 5, 15 более гру-
бой очистки.
Для повышения качества очистки циркулирующего в системе
масла в откачивающей магистрали могут быть установлены цен-
тробежные очистители 32 (см-, рис. 3. 1,6), способные удалять из
масла инородные частицы по размерам меньше тех, которые могут
задерживать основные фильтры 9, устанавливаемые в линии на-
гнетания.
Отвод из масляных полостей воздуха, попавшего в них через
уплотнения, производится системой суфлирования. Поскольку в от-
водимом воздухе содержится большое, количество масла в паровой
фазе или в виде взвешенных частиц, в.канале, выводящем воздух
в атмосферу, устанавливают суфлеры 13, отделяющие масло от
воздуха.
Схему с одноконтурной циркуляцией масла, используют, Как
правило, в системах с маслобаками небольшой емкости. На «ы-
согных самолетах применяют закрытые одноконтурные системы,
так как требуется создать тем или иным способом избыточное
давление в маслобаке.
’ В системе, схема которой приведена на рис. 3. 1, а, б, избыточ-
ное давление в надмасляной полости бака поддерживается баро-
статическим клапаном 14,' установленным в линии выхода возду-
ха из центробежного суфлера 13. Это избыточное давление увели-
чивает статический напор на входе в нагнетающий насос и умень-
шает степень влияния высоты полета на его подачу. Создавая из-
3$
•быточное давление в системе суфлирования, клапан 14 повышает
высотность откачивающих насосов.
Подготовка масла к очередному циклу смазки производится в
.магистрали откачки. Приводной центробежный воздухоотделитель
17 установлен перед теплообменником 20, потому что в горячем
.масле процесс воздухоотделения происходит значительно легче,
чем в холодном. Очищенное от воздуха масло вызывает меньшие
потери давления в теплообменнике. Воздухоотделитель 17 создает
напор, достаточный для преодоления гидравлического сопротивле-
ния теплообменника. Очищенное от воздуха масло из воздухоотде-
лителя направляется в теплообменник, а воздух — в маслобак.
До поступления в маслобак охлажденное в теплообменнике
масло дополнительно очищается от воздуха в неприводном (стати-
ческом) центробежном воздухоотделителе 2, К каналу, подводяще-
му масло в теплообменник, подключена магистраль с перепускным
клапаном 19, который при повышении гидравлического сопротив-
ления масляного тракта теплообменника направляет поступающий
от двигателя поток масла мимо теплообменных матриц непосред-
ственно в маслобак.
Малая' вспениваемость, которой обладают некоторые синтети-
ческие масла, позволяет отказаться от приводного центробежного
воздухоотделителя и использовать только один статический возду-
хоотделитель в баке.
В этом случае теплообменник можно устанавливать в магист-
рали нагнетания за фильтром высокого давления, а в маслобак
.’подавать горячее масло из линии откачки. Высокая температура
. масла в баке приводит к значительному уменьшению его вязкости
и увеличению скорости воздухоотделения. Системы с теплообмен-
ником в линии нагнетания иногда называют системами с «горя-
чим» баком. Установка теплообменника в линии высокого давле-
ния позволяет допускать в нем достаточно высокое гидравлическое
сопротивление по маслу и тем самым интенсифицировать теплооб-
мен. Однако тот факт, что масло в подобных системах вынуждено
«отдухать» в баке при высоких температурах, может ускорить
процесс его окисления.
Схема масляной системы с теплообменником в линии нагнета-
ния приведена на рис. 3.1, б [49]. Как видно из схемы, масло из
бака поступает к нагнетающему насосу 6, под давлением проходит
через фильтр 9 и топливомасляный теплообменник 20 и затем под-
водится ко всем узлам трения двигателя; возвращение масла в бак
осуществляется через раздельную откачивающую систему. Пере-
пускной клапан 7 нагнетающего насоса управляется командным
давлением, забираемым за теплообменником 20; это позволяет
устранить влияние гидравлического сопротивления последнего на
величину подачи масла в двигатель и улучшает работу системы
при запуске, устраняя излишний перепуск масла.
Использование одноконтурных систем на самолетах с большой
продолжительностью полета, оснащенных мощными ТРД и ТВД,
.становится затруднительным, так как при этом приходится органи-
37
зовывать прокачку значительного количества масла через большие
по объему маслобаки (для средних ТВД мощностью 3000...
.,.3700 кВт потребная прокачка масла составляет 130...
...140 л/мин, а для двигателей мощностью 9000 кВт-—170...
...190 л/мин). В этих случаях целесообразным становится приме-
нение двухконтурных систем (см. рис. 3. 1, в), основная циркуля-
ция масла в которых осуществляется по схеме «двигатель — тепло-
обменник— двигатель», и только небольшая часть (10... 20%)
масла, забираемого за теплообменником 20, через дроссель 21 на-
правляется в маслобак. Из бака это масло насосом подпитки под-
водится в первый циркуляционный контур. Поскольку насос под-
питки 24 благодаря своему перепускному клапану 7 будет постоян-
но поддерживать повышенное давление (60... 80 кПа) перед на-
гнетающим насосом 6, установленным в основном контуре цирку-
ляции, то при применении данной системы появляется возмож-
ность получения большей высотности, чем в случае использования
одноконтурной системы. Практически относительное улучшение
высотных характеристик двухконтурных систем обусловлено при-
менением бустерного насоса, функцию которого выполняет насос
подпитки. Исключение маслобака из основной циркуляции может
позволить осуществить его непосредственную связь с атмосферой
без усложнений, вызываемых применением закрытых систем. Ко-
личество масла, поступающего в основной циркуляционный контур
из дополнительного, колеблется в зависимости от изменения усло-
вий работы откачивающих насосов, высоты полета, действующих
перегрузок. Подача насоса подпитки обычно составляет 70... 80%
от подачи основного нагнетающего насоса.
Разновидностью двухконтурной системы является так называе-
мая короткозамкнутая система (см. рис. 3. 1,г), получившая в на-
стоящее время широкое распространение на самолетах с ТВД. Эта
система отличается, во-первых, тем, что забор масла во второй
циркуляционный контур производится не за теплообменником,
а после нагнетающего насоса 6 через систему флюгирования, и, во-
вторых, прокачкой масла через бак, которая составляет всего лишь,
около 2% от прокачки масла через двигатель. Циркуляция масла
во втором контуре предотвращает застывание масла в системе
флюгирования, производит прогрев масла в баке и благодаря^ на-
личию насоса подпитки обеспечивает необходимую высотность
системы.
Преимущества и недостатки двухконтурной системы и ее разно-
видности— короткозамкнутой системы — обусловливаются их' осо-
бенностями: циркуляцией масла по короткому контуру без захода,
в маслобак и наличием насоса подпитки. Сокращение пути и.вре-
мени циркуляции ускоряет процесс прогрева масла в системе и»
следовательно, облегчает запуск двигателя, особенно при низких
температурах окружающего воздуха. Наличие насоса подпитки
’обеспечивает возможность создания подпора на входе в нагнета-
ющий насос, благодаря чему повышается высотность системы по-
дачи масла. Повышению высотности способствует также умень-
38
шение гидравлического сопротивления из-за сокращения пути цир-
куляции масла. Недостаток этих систем — незначительная цирку-
ляция масла через бак, которая исключает его использование в
качестве дополнительного воздухоотделителя, поэтому при двух-
контурных системах предъявляют более жесткие требования к при-
водным центробежным воздухоотделителям, чем при одноконтур-
ных. Кроме того, повышенная оборачиваемость масла способству-
ет его более интенсивному окислению.
В двигателях, установленных на самолетах, летающих с боль-
шими сверхзвуковыми скоростями, иногда применяют комбиниро-
ванные масляные системы, состоящие из циркуляционной системы
для смазки большинства узлов трения и из системы однократной
Хюдачи масла (с удалением в атмосферу) для смазки наиболее
горячих опор ротора, температура которых., де лает масло непри-
годным для повторного использования.
Как известно, при использовании ГТД на вертолетах возможны два способа
привода несущего винта: трансмиссионный и реактивный. При трансмиссионном
приводе на легких вертолетах применяют одновальные или двухкаскадные ГТД,
системы смазки которых практически не отличаются от тех же систем' самолет-
ных ГТД, на средних и тяжелых вертолетах применяют ГТД со свободной (си-
ловой) турбиной. Если при применении первых ГТД силовые установки вертоле-
тов имеют две автономные системы смазки (одна для двигателя, другая для
главного редуктора и трансмиссии), то при использовании ГТД со свободной тур-
биной смазкадщор последней, главного редуктора и трансмиссии осуществляется
от общей масляной системы.
На рис. 3. 2 приведена принципиальна^ схема системы смазк'н силовой уста-
новки вертолета с ГТД, имеющим свободную турбину. Эта масляная система
состоит из двух не связанных между собой систем, одна из которых, имея свой
маслобак 1, обслуживает турбокомпрессорную часть двигателя, а вторая —' глав-
ный редуктор, трансмиссии и узел свободной турбины. Масляная система турбо-
компрессора представляет собой уже рассмотренную выше циркуляционную од-
ноконтурную открытую систему с теплообменником в линии откачки. Узлы трения
в главном редукторе, подшипники вала ротора свободной турбины и соединитель-
ного вала трансмиссии, роликовые муфты трансмиссии и муфта свободного хода
смазываются маслом, подаваемым насосным агрегатом главного редуктора. Пи-
тание свободной турбины и трансмиссии маслом от системы главного редуктора
позволяет их надежно смазывать и при выключенном двигателе, т. е. когда по
каким-либо причинам необходимо совершать одномоторный полет,
В нижней части главного редуктора находится масляный отстойник, кото-
рый одновременно выполняет и функцию маслобака, Из холодного (нижнего) от-
сека этого отстойника масло нагнетающим насосом 16 редуктора подается к уз-
лам трения редуктора и муфты свободного хода. Насос 17 подкачивает масло к
нагнетающему насосу 23, который под, необходимым давлением подает масло в
узел свободной турбины и трансмиссию. Отработавшее масло в горячий (верхний)
отсек маслоотстойника откачивается от подшипников свободной турбины насо-
сами 14, из трансмиссии — откачивающим насосом 15, установленным на редук-
торе, Насосы 14 имеют привод от вала свободной турбины, В этот же отсек
самотеком сливается масло, прошедшее цикл смазки в узлах трения главного ре-
дуктора.-Из горячего .отсека двумя параллельно работающими насосами 18 мас-
ло через воздушно-масляныи теплообменник 20 откачивается в холодный отсек
отстойника. Теплообменник защищен от повышенного давления перепускным кла-
паном 9. Теплообменник 20 редуктора так же, как и теплообменник 12 турбо-
компрессора, обдувается воздухом, подаваемым вентиляторной установкой, име-
ющей привод от главного редуктора. Полости смазки подшипников свободной
турбины и трансмиссии суфлируются через бачок 24, который предназначен для
улавливания выброшенного через суфлеры масла и слива его в картер редукто-
ра. Сам редуктор суфлируется через бачок 22. Масло от вредных включений,
образовавшихся в процессе работы, очищается двумя фильтрами 19, установ-
30
40
ленными в магистралях нагнетания, и фильтром-сигнализатором 21, включенным
в магистраль откачки масла из узла свободной турбины.
Для реактивного привода несущего винта вертолета иногда используют газо-
турбинные двигатели (ТРДЛ), установленные на концах лопастей винта. Работа
двигателей в поле центробежных сил приводит к появлению на их подшипниках
дополнительных нагрузок как от действия центробежных сил, так и от гироско-
шсческих моментов, поэтому узлы опор ТРДЛ имеют много подшипников, теп-
лоотдача в масло у таких двигателей выше, чем у обычных ГТД и их подшип-
ники требуют более интенсивной смазки. Во избежание нарушения балансировки
► направление движения масла
Рис. 3.3. Схемы систем смазки ТРДЛ:
а—с центральным баком; б—автономной; а—
с подпит-коЙ; /—насос; 2—ТРДЛ; 3—трубка
суфлирования: 4—дросселирующее устройство;
5—центральный бак; 6™-теплообменник; 7—
подпитывающий бачок; 8—уравнительный
клапан
несущего винта количество масла в картере и агрегатах системы смазки ТРДЛ,
установленных на диаметрально противоположных концах лопастей винта, долж-
но быть одинаковым. Поэтому применяют специальные меры, направленные на
обеспечение точной дозировки подачи масла и предотвращение его утечки из
двигателя.
По тем же причинам, что и в самолетных ГТД, в ТРДЛ не находят приме-
нения системы смазки с однократной иодачей масла (системы с выбросом отра-
ботавшего масла). На рис. 3.3 приведены схемы циркуляционных систем смазки,
которые можно применять для ТРДЛ [24].
В автономной системе смазки (рис. 3. 3, б) масло циркулирует по схеме дви-
гатель — теплообменник — бак — двигатель. Потребная прокачка через двигатель
обеспечивается насосом Г, который получает отработанное масло из отстойной
полости картера двигателя, прокачивает его через теплообменник-бак 6 и пода-
ет в узлы трения двигателя. Различный расход масла через системы суфлирова-
ния. симметрично расположенных двигателей может вызвать дисбаланс несущего
винта, поэтому при применении автономной системы должны быть значительно
ужесточены требования к суфлированию и герметичности уплотнений полостей
смазки. Кроме того, особенностью автономной системы является малый возмож-
ный запас масла в ней,
В системе с "центральным баком, установленным во втулке несущего винта
рис. 3-3,а), масло в двигатель подается центробежными силами, возникающи-
ми в баке 5 и трубопроводе при вращении винта. При окружной скорости винта
200 м/с давление масла у входа в двигатель равно примерно 1,8 МПа. Такое
давление в десятки раз превышает потребное, поэтому в магистрали подачи
установлено дросселирующее устройство 4. Масло из двигателя возвращается
в бак высоконапорным откачивающим насосом 1, развивающим напор, способ-
ный преодолеть давление, создаваемое центробежными силами в трубопроводе
откачкц. Масло охлаждается в центральном баке.
Промежуточным вариантом между автономной системой и системой с цент-
ральным баком является система, схема которой приведена на рис. 3.3, в. По-
4!
скольку неизбежный расход масла через систему суфлирования приводит к умень-
шению его количества в циркуляционном контуре, то подпитка последит из
бачка 7, установленного во втулке несущего винта, позволяет устранять основ-
ной недостаток автономной системы. Автоматическое регулирование подяпткп
производится уравнительным клапаном 8.
Масляные системы всех типов ГТД должны отвечать ряду тре-
бований, основными из которых являются:
— обеспечение потребной прокачки масла (с допустимыми тем-
пературами и давлениями) через узлы трения в двигателе при
любых возможных во время эксплуатации данного самолета атмо-
сферных условиях как на земле, так и в полете (на всех режимах
работы двигателя и полета);
— обеспечение сохранности запаса масла, необходимого дня
работы двигателя в процессе всего полета до полной выработки
топлива. Количество масла в системе должно обеспечить нормаль-
ную работу двигателя при всех допустимых для данного самолета
полетных перегрузках. Система должна работать с минимальным
расходом масла и без выброса его из системы;
— охлаждение' масла с минимальной затратой мощности на
работу охлаждающих устройств. В случае применения воздушнс-
масляных теплообменников должно быть обеспечено ручное и ав-
томатическое регулирование интенсивности охлаждения;
. — отделение воздуха и газов от масла перед-поступлениём ’его
в зоны смазки. Должна быть исключена возможность образования
в системе воздушных пробок, способных вызвать нарушение-рабо
ты двигателя, как на^земле при заполнении системы маслом, так
•и в полете, при кратковременных отливах масла от заборников и
Насосов; .
— очистка масла от механических примесей, появлявшихся в
процессе работы двигателя или попавших в систему из Внешней
среды. Тонкость очистки должна соответствовать техническим ус-
ловиям. Фильтры должны иметь достаточную грязеемкость и обес-
.печивать поступление к узлам трения необходимого количества
масла при их засорении;
— обеспечение быстрого прогрева масла при запуске двигате-
ля. Выполнение этого требования уменьшает время работы двига-
теля на пониженных режимах и сокращает время подгрг ыш са-
молета к полету. Система должна обеспечивать надежный запуск
без подогрева и с подогревом масла при температурах окружаю-
щего воздуха, оговоренных в технических условиях. Время, .-необ-
ходимое для прогрева масла, не должно превышать времени про-
грева двигателя до Ьыхода его на максимальный режим;
— безопасность в пожарном отношении. ГТД пассажирских са-
молетов должны быть оснащены системами сигнализации н подав-
ления пожара в масляных полостях двигателя;
— возможность контроля основных параметров работы систе-
мы на земле и в воздухе по кабинным указателям и системами
автоматизированного контроля. Должна быть предусмотрена сиг-
нализация аварийного изменения параметров;
42
— чистота заправки системы, маслом. Кроме заливных горловин
в системе-должны быть устройства, позволяющие проводить закры-
тую заправку системы под давлением;
— возможность полного слива масла и отстоя из системы че-
рез тегкодоступные сливные точки при техническом обслужива-
—исключение возможности перетекания масла из бака в не-
работающий двигатель;
— достаточная прочность и вибростойкость элементов системы,
герметичность их соединений;
— эксплуатационная технологичность. Должен быть обеспечен
свободный подход к агрегатам системы и точкам регулировки, воз-
можность быстрой заправки и замера количества масла.
3.2. Определение потребной прокачки
масла через двигатель
и его количества в системе
Прокачка масла через ГТД в л/мин
UZ =6-104 ——
До
где ?ди— теплоотдача двигателя или тепловой поток от него в мас-
ло, кВт; См — удельная теплоемкость масла при среднеарифмети-
ческой температуре входа и выхода, кДж/(кг-К); qm — плотность
масла, кг/м3; Д/м — разность температур масла на
де, К. '' .
При увеличении температуры масла на входе
уменьшается разность температур между маслом
входе и ВЫХО-
в двигателй
и нагретым»
узлами трения, что приводит к снижению теплоотдачи и авторегу-
лнрованню системы «двигатель — теплообменник». Таким образом,
задача-определения потребной прокачки масла сводится к опреде-
лению теплового потока в масло при допустимом уровне темпе-
При рациональных способах подвода масла и хорошей тепло-
изоляции узлов трения температура тяжелонагруженных и быст-
: роходных подшипников качения превышает температуру входяще-
го масла на 20... 30° С, для тяжелонагруженных шестерен это пре-
вышенпё4может составлять 50° С и более. Допустимую температуру
масла на,входе в двигатель выбирают, исходя из термостойкости
конструкционных материалов узлов трения. Температуру выходя-
щего’из двигателя масла выбирают, исходя из термоокислитёль-
нон ста бильности масла при длительной работе.
Решение задачи по определению теплового потока, выделивше-
гося в узлах трения, затруднено из-за влияния факторов конст-
рукции и нёстационарности процесса теплоотдачи. Время выхода
двигателя на установившийся тепловой режим может быть соиз-
меримо с временем полета на этом режиме. Теплоотдачу двигате-
ля в масло можно определить приближенно, на основании анализа
теплового баланса.
43
Теплоотдача двигателя в масло складывается из теплового по
тока, выделяющегося при трении 7-Р, теплового потока от нагре
тых стенок /?ст и теплового потока qT от газа, проникающего в“по
лости смазки через уплотнения. В свою очередь основным источ
ником теплового потока в составляющей qr является дополнитель
ная циркуляция масляного аэрозоля вблизи нагретых стенок (теп
лосодержание самого газа обычнр невелико). В тепловом балансе
доля каждой из перечисленных составляющих зависит от удален
кости узлов трения от газовоздушного тракта, наличия экранов
теплоизоляции, способа подачи и откачки масла и т. п., но в основ
ном от конструкции уплотнений полостей смазки.
В табл. 3. 1 приведены среднестатистические данные ио со
ставляющим теплового баланса в зависимости от типа уплотнений
Таблица 3. 1
Тип уплотнения ?г, %
Контактное 35 60 15
Бесконтактное 25 ‘40 35
Из всех составляющих теплового баланса расчетным путем мож
но определить только тепловой поток от трения; остальные состав
ляющие оценивают по тепловому балансу.
Для расчета теплового потока, выделяемого трущимися тяжело,
нагруженными быстроходными подшипниками качения при интен
сивной струйной смазке, используют эмпирические зависимости
А. И. Ерошкина (Биргер И. А., и др. Расчет на прочность деталей
машин. М., 1966, 616 с.). Тепловой поток от трения q^v слагается
из тепловых потоков от шариковых подшипников дш, от роликовых
подшипников qv и от зубчатых колес £?а. к-
Для радиально-упорных шариковых подшипников значенние теп
левого тока в киловаттах
4^ — 4,167 А", [(2,2+ 1,51F) 10~2
где А, — коэффициент, зависящий от вязкости рабочего масла при
+ 50° С; W — прокачка масла через подшипник, л/мин; е — осно
вание натуральных логарифмов; лш— параметр, зависящий от Jnpo
качки и равный 10’+1,93—0,058 IE); d — диаметр отверстия под
шипиика, мм; п — частота вращения, мин""1; —слагаемое от
радиальной нагрузки А; Мш — слагаемое от осевой нагрузку
Если v>8,3- 10-6 м2/е, тоК, = й/ v»-3 ’
v<8,3-10_fi м2/с, то А',—-------------
TKzO.OlS (8,3/»-1) 0,015/8,3
Г \ v
— 11, а если
I
44
. Слагаемое от радиальной нагрузки Д^п = 10~3 7?#ш— сш, где ,
показатель, равный 0,61 + 1,2 • 10~7 dn-, сш — тепловыделение под-
шипника при радиальной нагрузке 1000 кг, равное 0,03+1,2х
X Ю~7 dn. Слагаемое от осевой нагрузки , где h и ф —}
параметры, зависящие от прокачки и скоростного фактора dn.
Параметр Л=3,2-10~12е045 w (dn)1-4, а параметр
0,763-0,5-10~7 г/га —0,27- 10“ W-3.
Для роликовых подшипников значение теплового потока в ку ;
ловаттах
^р=4,.167К,(0,031Гй’58+е^л + 10-3/?S- 10“7rfra-0,04),
где — параметр, зависящий от прокачки и равный (1,96--
0,0431^) 10-6; i)r— показатель, зависящий от скоростного фактора
dn и равный 0,61 +10~7 dn.
Тепловой поток от тяжелонагруженных быстроходных подшип-
ников качения может быть определен с точностью ±20% по экспе-
риментальным зависимостям В. М. Демидовича, полученным в кри-
териальной форме (14]. Тепловой поток пары зубчатого зацепле-
ния (в киловаттах) вследствие потери мощности на трение можно
определить ио экспериментальной зависимости А. И. Петрусе-,
вина
• *7з.К А7
Я|+/ ZJ_ + _1_\
К cos 3 \ г’к ~~ /
где N — мощность, передаваемая зубчатым зацеплением, кВт; es:-+
коэффициент перекрытия в торцевом сечении; f—коэффициент
трения; К — экспериментальный коэффициент; р — угол наклона
зубьев к оси вращения начального цилиндра (для косозубых и шев-
ронных шестерен); гк и — число зубьев колеса и шестерни.
В паре зубчатого зацепления шестерней принято считать зубчатое
колесо с меньшим количеством зубьев. Для внешнего зацеплений
в круглых скобках берется сумма, для внутреннего — разность.
Отношение f/K можно принимать в пределах 0,015... 0,045; верх-
ний предел относится к коническим зубчатым колесам.
Объем масла vs, циркулирующего в системе,
где Рзапр — объем масла в баке (определяется, исходя из сообра-
жений, изложенных в разделе 5. 6); одв — объем масла, которое
уходит при первой прокрутке на заполнение магистралей, фильт-
ров, отстойников и теплообменников; 2%^—объем масла, кото-
рое уходит на дополнительное заполнение полостей смазки дви-
гателя.
Для снижения массы двигателя в заправленном состоянии^.;,
должен быть минимально-возможным.
277пеп накапливается в результате перемещения свободной
поверхности масла в отстойниках с отклонением от места распо-
ложения входных участков трубопроводов откачки при длительном
действии полетных перегрузок. На рис. 3- 4 приведены основные
Рис. 3. 4. Положение свободной поверхности масла:
а—при горизонтальном полете с разгоном и при торможении; б—;пр-и наборе высоты
с разгоном н яра снижении с торможением; и—при наборе высоты с торможением н
При снижение с разгоном; г—-при левом и правом крене со скольжением яа крыло
случая эксплуатационных перегрузок и вызванные ими положения
свободной поверхности масла, которые определяются углом % меж-
И перпендикуляром к поверхности масла и вектором силы тяже*-
Й1Ь. Продольное ускорение пх и боковое ускорение лг выражают в
далях ускорения свободного падения g.
4. ВНУТРЕННИЕ МАГИСТРАЛИ
МАСЛЯНЫХ СИСТЕМ
4.1. Насосные агрегаты
' В системах смазки ГТД насосы используют для подачи масла
в зоны смазки. На рис. 4. 1 показаны схемы насосов, применяе-
мых в системах смазки ГТД. Наиболее распространенными явля-
ются объемные насосы: шестеренные (рис. 4.1, а) и, реже, рота-
ционные лопастные (пластинчатые) (рис. 4. 1,6). В объемных на-
сосах подача масла осуществляется элементарными рабочими
объемами, каждый из которых за один оборот ротора вытесняет
строго определенный, постоянный для данного насоса объем жид-
кости, поступающей в систему. Это имеет особое значение в систе-
мах омазки двигателя, так как изменение сопротивления системы
(вызывающее увеличение давления за насосом) будет незначитель-
но влиять на изменение подачи смазки.
. В лопастных центробежных насосах объем жидкости, переме-
щаемой за один оборот ротора, зависит от ее вязкости и плотности,
меняющихся с изменением температуры, а также от сопротивления
системы и поэтому может быть для данного насоса различным в
зависимости от сочетания этих факторов. Изменение сопротивле-
ния системы будет вызывать значительное изменение расхода через
нее при сравнительно небольшом изменении давления (напора).
Такой характер зависимости напора в лопастном центробежном на-
сосе от расхода не позволяет использовать его в масляных систе-
мах ГТД, особенно при изменении частоты вращения двигателя на
различных режимах работы.
Шестеренные насосы-самые простые из объемных насосов. Они
состоят из пары цилиндрических зубчатых колес, находящихся в
зацеплении и расположенных в расточках корпуса.
Ротационные лопастные (пластинчатые) насосы конструктив-
но сложнее шестеренных и состоят из ротора с пластинами, рас-
положенного эксцентрично в неподвижном стакане, и корпуса,
Пластины такого насоса, особенно составные, работают в тяже-
лых условиях; ’находясь под действием перепада давления, они со-
вершают радиальные возвратно-поступательные движения в пазах
ротора. В точках контакта пластин с ротором возникают большие
контактные напряжения.
Объемные насосы создают неравномерный (пульсирующий) по-
ток. Величина пульсаций зависит от числа элементарных рабочих
объемов и от типа насоса. В ротационном лопастном насосе число
элементарных рабочих объемов (число пластин) обычно равно двум
47
или четырем. Неравномерность подачи у них будет больше, чем
у шестеренных насосов. Вместе с тем, эти насосы обладают не-
сколько повышенной подсасывающей способностью по сравнению
с шестеренными.
Для откачки масла из полости между двумя концентрически
расположенными вращающимися валами, когда, отвод масла от
внутренней опоры вала затруднен, можно применять черпаковые
насосы (рис. 4. 1,е), представляющие собой обращенное сегаерово
Рис. 4.1. Схемы насосов,
применяемых в системах
смазки двигателя:
л—шастер«йшимх>; б—черпа-
кового; в~-фО?ЯЦЖ»1КОГО ло*
настяаго (tiflacranwarwro);
г—сируйяого
колесо. При вращении ротора масло захватывается диаметрально
расположенными черпаками, и направляется к оси вращения, а от-
туда отводится в откачивающую магистраль двигателя.
В качестве откачивающих насосов можно применять струйные
насосы (рис, 4.1,а), которые имеют два концентрично располо-
женных сопла. К внутреннему ссшлу подается сжатый воздух Дли
масло, а наружное сопло сообщается с полостью, из которой масло
откачивается. Струйный насос не имеет вращающихся деталей,
для его работы необходим'сжатый воздух или масло под давлени-
ем подачи. Работа струйных насосов на сжатом воздухе приводит
к эмульсированию масла. Поэтому их можно применять р ГТД
кратковременного действия (например, в газотурбинных старте-
рах).
Шестеренные насосы
В системах смазки ГТД шестеренные насосы в настоящее вре-
мя получили наибольшее применение. Этот насос состоит ИЗ,двух
шестерен обычно с одинаковым числом зубьев, находящихся в за-
цеплении (рис. 4.1, а) и установленных с возможно меньшими
зазорами в специальных расточках корпуса. Масло поступает в
полость всасывания А, заполняет впадины шестерен и переносится
ими в полость нагнетания 5, где оно вытесняется зубьями одной
48
шестерни из впадин другой. Попадая в полость А, зубья выходят
Из впадин сопряженной шестерни и освобождаемый объем снова
заполняется маслом. Шестеренные насосы отличаются простотой
устройства, небольшим числом вращающихся и трущихся деталей,
малыми габаритными размерами. Конструкция таких насосов до-
пускает сочетание различного числа секций (параллельно работа-
ющих насосов) в одном блоке (см. рис. 4. 51).
Недостатком шестеренных насосов является постепенное увели- .
пение зазоров в процессе эксплуатации вследствие износа деталей
и уменьшения подачи насоса. :
Подача секции насоса. Шестеренный’насос за каждый
оборот ротора подает в систему объем масла, равный рабочему
объему всех впадин шестерен.
Считая, что объем впадин равен объему зубьев, и учитывая, что
часть впадин, объем которых определяется разностью высот но-
жек и головок зубьев, не участвует в перекачке масла, идеальную
подачу двухшестеренного насоса внешнего зацепления с иекорри-.
тированными зубьями можно записать так:
(4.1)
где с?вд.ч, т, Ь — соответственно диаметр начальной окружности,
модуль и ширина шестерен, мм: п — частота вращения.
Значение №'н,ид, определенное по формуле (4.1), является при-
ближенным, так как объем впадин Ивп в действительности больше
объема зубьев Узуб шестерен; Увп= (0,56 . . 0,6) (УВл + Узуб). Соот-
ношение объема впадин и объема зубьев зависит от числа зубьев
аш, угла зацепления у и способа образования зуба.
Формулой (4. 1) можно пользоваться для практических расче-
тов, так как она дает совпадение расчетных и экспериментальных
данных в пределах 2....5%, т. е. в пределах точности экспери-
мента,,.
Действительная подача насоса (1УВ) меньше идеальной на объ-
емные потери (утечки через зазоры, недозаполнекие впадин);
®Ун=1УИд1дТ)и- У обычных шестеренных насосов коэффициент по-
дачи г]у находится в пределах 0,75 ... 0,85 в зависимости от пере-
пада давления и степени уплотнения качающего узла.
Для. корригированных шестерен в формулу (4. 1) подставляют
соответствующее значение rfHa4.
Для увеличения подачи насоса и уменьшения его. габаритов,
насели делают с возможно меньшим числом зубьев.
Додача -насоса зависит от величины торцового и радиального
эазфЬв между шестернями и корпусом и от плотности контакта
входящих в зацепление зубьев. Через указанные зазоры масло
будет перетекать из полости нагнетания в полость всасывания.
Утечки через торцевой зазор составляют 0,75 ... 0,85 суммарных
внутренних утечек.
Давление в слое масла по радиусу
Р = Ро + у (г2 - Л) «>2 = Ра + у О2 — т»в„),
49
где р0 — давление масла на донышках впадин шестерен; г — теку-
щий радиус; гвп — радиус впадин; со — угловая скорость вращения;
v, vaa — скорости соответственно на текущем радиусе и радиусе
впадин.
. Давление ра является минимальным и должно быть больше
давления, при котором еще можно пренебречь выделением из мас-
ла растворенных в нем воздуха и газов. Интенсивное выделение
растворенных в масле воздуха и газов начинается при Рошп=
= 30 ...40 кПа *. Заполнение рабочих полостей шестеренного на-
соса маслом в полости всасывания происходит обычно по направ-
лению от периферии к центру. Поэтому давление в полости вса-
сывания рвс должно быть не менее давления во впадине на внеш-
ней окружности шестерен, т. е.
—Гвп)<1>2 = РопНп4-'7Г (4.2)
где гг — радиус головок; пг — скорость шестерен на окружности
головок.
Для обычной схемы насоса скорость ит берут не более
8... 10 м/с. При этом увеличение давления в масле из-за центро-
бежных сил будет незначительным. При увеличении скорости цен-
тробежные силы быстро увеличиваются. В связи с большими часто-
тами вращения роторов ГТД приводы к масляным насосам при-
ходится выполнять с большим передаточным числом, чтобы обес-
печить допустимую скорость vr. Недозаполнение впадин шестерен
маслом не только уменьшает подачу насоса и ведет к эмульсиро-
ванию масла, но так же ухудшает режим работы насоса $ уско-
ряет износ его деталей.
Большой интерес представляют такие шестеренные насосы.,
в которых действие центробежных сил удается использовать. На
рис. 4.2, а приведена схема одного из таких насосов, в котором
масло подводится к торцам шестерен по каналу в крышке , кор-
пуса, причем отверстие канала (показано жирной линией) распо-
лагается в зоне ножек зубьев шестерен. Для увеличения сечения
входного отверстия (снижения скорости всасывания) тело шесте-
рен между зубьями с торцевой стороны подрезается как показано
на рис. 4. 2, б. Это позволяет приблизить отверстие подводящего
канала к оси шестерен и, таким образом, дает возможность 'при
заполнении впадин использовать центробежные силы.
Чтобы повысить r|v шестеренного насоса, можно устанавливать
крыльчатки,, увеличивающие давление масла во впадинах шесте-
рен. Подобные насосы устойчиво работают при ог До 30. м/с. (см.
рис. 4.11).
Особо нужно отметить возможность применения комбинирован-
ных центробежно-шестеренных насосов, представляющих комбцна-
* Давление паров рп авиационных нефтяных масел приближенно при t—
— 20° С равно 3 кПа и при /=120° С равно 5 кПа, а для синтетических масел
оно меньше и поэтому для масляных систем не является определяющим пара-
метром.
50
цию лопастного центробежного насоса с шестеренными (см. рис.
4.12), Такие насосы могут работать с высокими скоростями. Мак-
симально допустимая скорость vT в них достигает 30... 35 м/с при
значении т]У=0,85 ... 0,92 [44].
Рис. 4.2. Шестеренный
насос с боковым подво-
дом масла:
асхема; б—шестерня насо-
са с допояянтельиыми фре-
зероаками между зубьев
Характеристики насосов. Зависимость подачи насоса
от частоты вращения показана на рис. 4.3. Эта характеристика в
зоне рабочей частоты вращения прямолинейна. При отсутствии
перепада давления на насосе (Арно) характеристика проходит че-
рез начало координат. При наличии перепада давления характе-
Рис. 4.4. Зависимость
перепада давления от
pv насоса при различной
величине зазоров s в на-
сосе (/t=consf, сопротив-
ление в системе меняет-
ся)
Рис. 4.3. Зависимость по-
дачи шестеренного насоса
от частоты вращения
при перепаде давления
Драо = 0 и при текущих
перепадах давления ДрН1
и Дрва * (в рабочем диа-
пазоне частот вращения)
Лп п
ристик'а смещается вправо, так как увеличение перепада давления
приводит к увеличению внутренних утечек. При постоянной часто-
те вращения насоса эти утечки приводят к уменьшению его пода-
чи. Для поддержания подачи на прежнем уровне необходимо уве-
личивать частоту вращения насоса.
Зависимость рт(Дрн) показана на рис. 4.4. Эту характеристику
снимают при n=const.
Если предположить, что зазоры в насосе отсутствуют, то давле-
ние за насосом будет целиком определяться сопротивлением систе-
мы за насосом. Если сопротивление системы растет, то давление
будет беспредельно расти' (см. пунктирную линию). Наличие за-
51
зоров и утечки масла через них снижает подачу и тем больше, чем
больше зазоры.
Уменьшение сопротивления системы приводит к увеличению
расхода масла через систему и снижению давления нагнетания.
При очень большом расходе через систему насос не сможет под-
держивать в системе необходимое давление. При очень малом рас-
ходе масла через систему, не имеющую перепускного клапана, вся
избыточная подача насоса должна быть поглощена утечками че-
рез зазоры в насосе, в связи с чем давление должно резко увели-
Рис. 4. 5. Типичные высотные характеристики шестеренного на-
соса:
а—зависимость относительной подачи от высоты; б—зависимость отно-
сительно подачи от давления на входе (для открытых систем); 1—при
отсутствии воздуха в масле; 1—при 10% воздуха в масле; 3—при 20%
воздуха в масле; 4-чфи 30% воздуха в масле
читься. Поэтому нагнетающие и подкачивающие маслонасосы вы-
полняют с клапанами, перепускающими масло обратно на вход в
насос и поддерживающими за насосом определенное примерно
постоянное давление, предохраняя нагнетающую систему от раз-
рушения. __
Характеристика 1Уи(рвс) получила название высотной. Высот-
ную характеристику насоса снимают при постоянной частоте вра-
щения и постоянной температуре масла.
При отсутствии воздуха в масле начальный участок высотной
характеристики масляного насоса представляет собой почти гори-
зонтальную прямую. При снижении давления на всасывании оно
становится недостаточным для преодоления гидравлических сопро-
тивлений на входе в насос и ие может преодолеть центробежные
силы при заполнении впадин между зубьями в насосе. В связи с
этим уже при давлении рвс^30 кПа подача насоса начинает па-
дать, пока, наконец, при ряс=7... 14 кПа не станет равной нулю
(наступит «полный срыв подачи» насоса, см. рис. 4.5, б).
52
Практически масло, поступающее к насосам (особенно к отка-
чивающим) всегда бывает насыщено растворенными в нем возду-
хом и газами. Поэтому, даже при отсутствии свободного воздуха
перед насосом на подачу влияет воздух, выделяющийся при сни-
жении давления в полости всасывания, причем, чем меньше дав-
ление прй всасывании, тем больше объем, занимаемый воздухом.
Выделение воздуха из масла может происходить не только во вход-
Рис. 4.6. Высотные характеристики
масляных насосов:
Рис. 4.7. Типичные высотные харак-
теристики масляного насоса (100%
IFh принято при (ма=б5°С):
Г-л|ря гм-1(ХУС; 2—при #Я“1Ж°С
1~~с пожадам масла по .радиусу от пери-
ферии к центру; 2—с торцевым подводом
масла
ной магистрали при значительном падении давления перед насо-
сом, вызванном сопротивлением на линии всасывания, но и во впа-
динах быстро вращающихся шестерен. Когда давление падает до
70 ... 80 кПа, изменяется окраска масла и выделяются видимые
пузырьки воздуха. Из-за выделения воздуха из масла начальный
участок высотной характеристики располагается ниже и имеет не-
большой наклон, оставаясь почти прямолинейным. Заметное паде-
ние подачи наступает при давлении 40 ... 55 кПа (см. рис. 4.5, б).
Меняя затяжку пружины перепускного клапана и имея сетку вы-
сотных характеристик маслонасоса, можно построить зависимость
давления за насосом от давления на входе в насос рн(Рвс). В связи
с выделением воздуха из масла при падении давления рвс и сни-
жением из-за этого подачи нужно стремиться к тому, чтобы отка-
чивающие насосы работали под заливкой, т. е. чтобы уровень мас-
ла в баке (или сборнике) был выше входной полости насоса *.
Для улучшения работы нагнетающего насоса в системе на его
входе вспомогательные насосы подкачки создают повышенное дав-
ление масла.
Применение насосов, в которых масло подводится с торцов и
используются центробежные силы для заполнений впадин, сущест-
венно улучшает высотную характеристику. На рис. 4.6 показаны
* Для нормальной работы откачивающих масленасосов в масляных поло-
стях двигателя суфлером поддерживается давление, превышающее атмосферйое
на 10 ... 30 кПа (см. разд. 4. 5).
Да
для сравнения высотные характеристики обычного масляного насо-
са (кривая /) и насоса с торцевым подводом масла (кривая 2).
На рис. 4. 7 показаны типичные высотные характеристики ше-
стеренного насоса, снятые при различной температуре масла. Сни-
жение температуры масла приводит к увеличению его вязкости,
а следовательно, к увеличению гидравлического .сопротивления
входного участка масляного насоса и снижению его подачи.
При увеличении температуры масла снижается его вязкость и
увеличивается выделение газов и воздуха, растворенных в нем,
что приводит к снижению подачи насоса. Вместе с тем, при уве-
личении температуры масла увеличиваются зазоры между шестер-
нями насоса и его корпусом (алюминиевые сплавы, из которых
выполняют корпуса, имеют больший температурный коэффициент
линейного расширения, чем стальные шестерни), что приводит к
увеличению утечек и снижению действительной подачи насоса.
Увеличение зазоров сильнее влияет на подачу насоса, чем увели-
чение вязкости масла. .
Мощность, потребляемая насосом. Мощность в
ваттах можно найти по формуле:
•jV=3,63. Ю-3^^2-,
Тн
где Арн-^ перепад давления на насосе, кгс/см2; ид — прокачка
масла, л/мин; — механический КПД насоса, равный 0,89 .. . 0,95;
,т]н — полный КПД насоса, равный 0,7 ... 0,8.
Полный КПД насоса
11и = * 1УмТ1И'
Крутящий момент на валу насоса в ньютонах, умноженных на
метр,
Af —15,6—а—-ид .
л»1и
Равномерность подачи насоса. По приведенным
формулам можно вычислить средние значения мощности и крутя-
щего момента для насоса. Вследствие пульсации подачи Мгновен-
ные ее значения могут значительно отличаться от средних. Мгно-
венная подача W насоса зависит от угла поворота шестерен «.
Объем, вытесняемый зубом одной шестерни из впадины другой,
изменяется при повороте шестерни по параболическому ' закону
(рис. 4. 8). Равномерность подачи насоса зависит от числа зубьев
шестерен и угла зацепления. Пульсации подачи повторяются при
повороте шестерен на угол, соответствующий основному шагу f0
(т. е. на угол- --I.
/
Чем больше число зубьев, у шестерен, тем меньше неравномер-
ность подачи. Однако при увеличении числа зубьев увеличивается
частота пульсаций и уменьшается подача насоса при тех же габа-
ритных размерах.
54
Шестеренные насосы работают с коэффициентом зацепления
большим единицы. Зацепление любой пары зубьев начинается в
точке пересечения окружности выступов ведомой шестерни с лини-
ей зацепления и кончается в точке пересечения с линией зацеп-
Зацепление 8 полюсе (х=О)
С У*"\ Х*У X \ У * Н'маг
Рис. 4. 8. Зависимость мгновен-
ной подачи от угла поворота
шестерни насоса:
х—смивдние точки контакта от ио-
люса зацепления; I—длина линии
зацепления; ^—основной шаг
36РГ'
^Ulto
-I k^-—t---Е------Е----^mlrr
^Конец зацепления (x=l[Z)
вступление В зацепление еле—
\ дующей поры зудьед
~ ^Начало зацепления (х^-1/z)
*-
СК
ления окружности выступов ведущей шестерни. В момент, когда
зацепление рассматриваемой пары зубьев приходит в точку на рас-
стоянии основного шага to от начала зацепления, в зацепление
вступает следующая пара зубьев, что приводит к запиранию неко-
торого объема жидкости между зубьями. Этот запертый объем при
дальнейшем повороте шестерен снача-
ла уменьшается (в полюсе зацепле-
ния он становится минимальным), и
при этом создается повышенное давле-
ние, а затем увеличивается (рис. 4.9).
На рис. 4. 10 показана схема обра-
зования запертого объема во впадинах
шестерен. При уменьшении запертого
между зубьями объема происходит
сжатие масла. В этом случае, давление
масла очень повышается, часто во мно-
го раз превышает давление нагнетания.
Сжатие масла приводит к дополни-
тельным значительным пульсирующим
нагрузкам на подшипники, к потребле-
нию насосом излишней мощности и до-
Рис. 4.9. Изменение запертого
объема о3 ап во впадинах Ш6*
стерен
полнительному нагреву масла. Безза-
зорное зацепление приводит не только
к сжатию масла во впади-
не, то также к созданию во впадине вслед за сжатием разрежения
(при выходе зубьев из зацепления). Разрежение во впадине меша-
ет заполнению.ее в полости всасывания, так как ведет к эмульсиро-
ванию масла, и к уменьшению подачи насоса.
Устранение запирания масла во впадинах достигается различ-
ными способами дренирования впадин. Неравномерность подачи
масла насосам в системе с постоянным объемом приводит к пуль-
сации давления в нагнетающей магистрали, пропорциональной
55
f
квадрату величины подачи, и к переменным нагрузкам на детали
насоса и привода.
В действительности неравномерность подачи и давления в систе-
ме сглаживается небольшой вполне определенной сжимаемостью
масла, занимающего значительный объем, а также деформациями
деталей системы. При наличии перепускных клапанов пульсации в
системе почти исчезают, если не возникают автоколебания.самих
клапанов, . -
Выбор основных параметров. При выборе парамет-
ров насоса надо учитывать, что максимальную подачу при мини-
мальных размерах и массе можно получить при максимально до-
Рис. 4.10. Схема образова-
ния запертого объема во
впадинах шестерен при без-
зазорном зацеплении зубьев;
а-—максимальный объем (в мо-
мент запирания); б—минималь-
ный объем
пустимой окружной скорости, при которой еще обеспечивается за-
полнение маслом впадин шестерен. Наименьшими массой и габа-
ритными размерами будет обладать насос, шестерни которого име-
ют минимальное число зубьев минимального модуля, а ширина
шестерен определяется при заданной скорости, требующейся по-
дачей. '
Выбор основных параметров шестеренного насоса обычной схе-
мы может быть произведен следующим образом.
Определяем идеальную подачу 1Гн.Ид по заданной прокачке
масла через двигатель 1ГДВ:
Ц7 1,5...2,5^
V
Задаемся модулем т=1,5...6 мм и числом зубьев гш=
=7... 17 (предпочтительно, чтобы было простым числом) и
допустимой и-... 10 м/с. Находим частоту вращения лрбекти-.
руемого насоса
60-104
лт (<и + 25 + 2)
где g — коэффициент корригирования.
Вычисляем ширину шестерен
2ztm%zn
В конструкциях &№=0,6 ... 2,0, где dr — диаметр шестерни по
вершинам головок зубьев.
Увеличение b без изменения зазоров в насосе повышает его
подачу, уменьшает утечки и- увеличивает коэффициент подачи цг.
56
При определенной величине перепада давления в насосе утеч-
ки через торцовый зазор не зависят от толщины шестерен. Утеч-
ки же через радиальный зазор прямо пропорциональны ширине
шгстерен. Таким образом, при увеличении ширины шестерен сум-
марные утечки растут значительно медленнее подачи насоса. При
Рис. 4.12. Конструктивная схе-
ма центробежно-шестеренного
насоса:
Рис. 4.11. Главный масляный насос двига-
теля АИ-20:
/“тказдал под&ода масла из насоса подпитки: 2—
ведомая шестерня откачивающей секции насоса:
3—крылычщ’тка: 4—стеногасящая сетка; 5—полость
подвода масла из лобового чартера; 5—ведущая
шестерня откачивающей, секция; 7—ведущая ше-
стерня нагнетающей секции; 8—ведомая тестер-*
ня нагнетающей секции
/—шестерня; 2—центробежное ко-
лесо
значительном увеличении и незначительном увеличении ТГут
коэффициент г|У возрастает. Если значение b не удовлетворяет
условию то производим перерасчет, задавшись други-
ми значениями т и гш.
На рис. 4. 11 показан главный масляный насос двигателя АИ-20.
На рис. 4. 12 показана схема центробежно-шестеренного насоса.
Здесь масло поступает на крыльчатки центробежной ступени в осе-
вом направлении, .проходит крыльчатку и дальше через проточки
в донышках впадин заполняет впадины шестеренной ступени.
В центробежно-шестеренном насосе центробежные силы способ-
ствуют лучшему заполнению впадин насоса и повышают т|у.
Частоты вращения в таких насосах могут быть значительно выше,
чем в обычных насосах.
Перепускные клапаны *
В системе с объемным насосом,, работающим с постоянной ча-
стотой вращения, давление за насосом будет изменяться с измене-
. * ОСТам утвержден термин «редукционный клапан». Однако мы применя-
ем термин «перепускной клапан», так как такие клапаны работают в системе
параллельно насосу, перепуская избыток масла на вход в насос.
57
нием сопротивления системы при незначительном изменении рас-.’
хода (рис. 4. 13, 6), в то время как в лопастном центробежном на-
сосе изменение сопротивления системы будет вызывать изменение
его подачи при сравнительно небольшом изменении давления (на-
пора) (см. рис. 4. 13,а}.
Подача объемного .насоса почти пропорциональна частоте его
вращения и уменьшается с увеличением высоты полета. Потребная
же подача масла изменяется по другому закону и не зависит от
Рис. 4. 13. Характеристики сов-
местной работы насоса и си-
стемы:
а—лопастного центробежного иасб-
са; б-™за®иси«ос(ть давления ра, со-
здаваемого объемным насосом,
его подави; ---— хара-ктеристи<
ка насоса: — — ----характеристик#
системы при различных совротнО-
л.вниях; Л 2, 3—точки со»мвстной
работы -насоса и системы при раз-
личных соцротивлеякях последней
условий работы насоса. Чтобы обеспечить достаточное питание
системы маслом при . малой частоте вращения и на большой вы-
соте, . насос проектируют с избыточной подачей на номинальном
режиме работы у земли. При этом номинальном режиме у земли в
системе может создаться слишком высокое давление.
С другой стороны, расчет проходного сечения системы на мак-
симальный режим работы привел бы к снижению давления на про-
межуточных режимах, к уменьшению скорости истечения масла
через форсунки, значительному ухудшению смазки и охлаждению
трущихся деталей двигателя. Изготовление деталей системы в пре-
делах обычных допусков привело бы к тому, что даже на одних
-и тех же режимах в маслосистемах различных двигателей одной и
той же конструкции устанавливались бы различные давления или
расходы.
Корректирование подачи и давления масла в пределах, необ-
ходимых для нормальной работы двигателя, может осуществлять-
.ся для данной системы соответствующим подбором дозирующих и
дросселирующих устройств (жиклеров, форсунок). Для поддержа-
ния постоянного давления масла в системе, а также для предохра--
нения системы от перегрузки, применяют перепускные клапаны.
Они включаются в систему параллельно насосу (рис. 4. 14) и под-'
держивают заданное давление перед собой (т. е. в системе-за на-,
сосом).
Принцип действия перепускного клапана основан на уравнове-1
шивании усилия пружины давлением масла на клапан. Пружина,
прижимает клапан к седлу и препятствует выходу масла из систе-
мы. Если давление масла в системе вследствие увеличения подачи
возрастает выше заданной величины, то давление масла преодо-
леет усилие пружины, клапан поднимется и откроет дополнитель-
ный проход для выхода масла из системы. Так как общее проход-
58
даое селение для выхода масла увеличится, то, несмотря на увели-
чение подачи масла в систему, давление в ней практически сохра-
нится прежним и полезный расход через систему с нерегулируемым
проходим*! сечением почти не изменится. Без перепускного клапа-
на поддержать постоянное давление в системе в широком диапазо-
не режимов работы двигателя было бы невозможно.
Одним из важных требований к перепускным клапанам явля-
ется обеспечение постоянного давления в системе с минимальным
отклонением от заданной величины; Однако при обычных пружин-
Рие. 4.14. Схема подключе-
ния перепускного клапана:
У—насос; 2—клапа-н
Рис. 4.15. Характеристики плоского пере-
пускного клапана при различных коэффи-
циентах жесткости А пружины
ных перепускных клапанах изменение давления в системе по ме-
ре подъёма клапана неизбежно. Характер изменения давления в
системе по мере1 увеличения расхода через плоский клапан пока-
зан на рис. 4. 15 в предположении, что подъем клапана пропор-
ционален .расходу через него (что будет наблюдаться, если и пока
пропорционально подъему клапана будет изменяться открываемое
им проходное сечение, а коэффициент расхода будет оставаться
постоянным).
Как видно из графика в момент открывания клапана давление
рс в системе падает с рОтк до ротК и по мере его дальнейшего
подъема давление в системе будет расти пропорционально расхо-
ду через клапан WK. При уменьшении расхода через клапан дав^
ление в системе будет изменяться в обратном порядке. При дав-
лении р^~р'п.х клапан закрывается.
Если в системе давление ротк, на которое отрегулирован кла-
пан, . достигается при отсутствии избыточной подачи масла, воз-
можны непрерывные подъемы и посадки перепускного клапана,
сопровождающиеся ударами клапана о седло и нецелесообразны-
ми-утечками масла. Недопустимость такого режима очевидна, и для
предотвращения его система всегда должна работать с заведомо
избыточной подачей масла. Тогда перепуск избыточного количе-
ства^масла через клапан будет держать его постоянно открытым
и изменение режима работы будет приводить лишь к изменению
высоты подъема клапана.
Для выявления зависимости параметров маслосистемы при.на-
в ней перепускного клапана от частоты вращения и высоты
5»
полета рассмотрим график (рис. 4. 16). При работе на земле (см
рис. 4. 16, а) с увеличением частоты вращения ротора двигателя
(и кинематически связанного с ним маслонасоса) подача насоса
в систему будет расти пропорционально частоте вращения [см.
уравнение (4. 1)], давление в системе рс растет быстрее, чем по-
дача насоса. При частоте вращения давление в системе дости-
гает Ротк, клапан начинает подниматься с седла и давление в си-
стеме скачкообразно уменьшаться до р'огк ; затем по мере увели-
чения частоты вращения и подачи насека растет JFK и несколько
Рис. 4.16. Характеристика открытой маслосистемы с перепускным
клапаном:
а—гф.и работе на земле; б—отдай Л“лном=ч>опз1; -------насос с первона-
ч-ашыной поуц^чей;-- — с увеличевмпай подачей
повышается давление в системе, вследствие чего соответственна
увеличивается и ^дв.
При достижении номинальной частоты вращения пном устанав-
ливается определенный режим работы системы: 1ГН, рс и 1ГдВ. Если
при сохранении постоянной частоты вращения насоса станет уве-
личиваться высота, на которой работает двигатель, то характери-
стика маслосистемы будет иметь вид, изображенный на рис.
4. 16,6. Подача насоса с увеличением высоты полета будет падать
(см. высотную характеристику .насоса). Вместе с этим будет
уменьшаться й7,, и рс будет несколько снижаться (см. рис. 4. 15).
На расчетной высоте Нр подача насоса становится равной Жди
давление в системе достигнет значения рзак, при котором клапан
закрывается и перепуск масла прекращается. При дальнейшем
увеличении высоты насос подает масло в систему меньше потреб-
ного количества, вследствие чего давление в системе резко падает.
Поэтому нормальный полет на высотах H>HV невозможен. Если
же требуется летать на высотах Нр, то первоначально выбранный
насос надо заменить насосом с большей подачей, что увеличит вы-
сотность маслосистемы (см. пунктирные кривые на рис. 4.16).
Сказанное выше относится к маслосистемам, в которых давле-
ние перед нагнетающим насосом непосредственно зависит от атмо-
сферного (открытые системы). В настоящее время применяют си-
стемы, в которых давление перед насосами поддерживается при-
60
йдцзительно постоянным независимо от атмосферного давления и
высоты полета. Это позволяет улучшить высотную характеристику
насоса и вместе с этим повысить высотность маслосистемы.
Постоянное повышенное давление перед откачивающими насо-
сами поддерживается системой суфлирования, а перед основным
нагнетающим насосом — специальными насосами подкачки (под-
питки). Создание подпора масла перед насосами во многих слу-
чаях более целесообразно, чем увеличение подачи насоса, но тре-
бует установки дополнительных агрегатов и увеличения массы си-
стемы. Поэтому там, где это возможно, обходятся несколько пере-
размеренными насосами. Улучшить работу насоса можно путем
установки перед ним воздухоотделителя.
Кай указано выше, на характеристику маслосистемы влияет из-
менение, вязкости масла при изменении его температуры в про-
цессе работы двигателя. С увеличением температуры снижается
вязкость масла и при данном перепаде давления увеличивается его
прокачка через систему, вследствие чего уменьшается перепуск мас-
ла - через „клапан и несколько снижается давление в системе. На-
оборот, при снижении температуры увеличивается вязкость масла,
снижается прокачка его через систему, перепуск чер'ез клапан уве-
личивается и давление в системе несколько возрастает. Линейная
зависимость давления в системе от расхода масла через перепуск-
ной клапан (см. рис. 4.15) наблюдается при высоте подъема кла-
пана прямо пропорциональной расходу через' него и усилию пру-
жины, когда клапан, нагруженный цилиндрической пружиной, от-
крывает-(щель, площадь которой изменяется прямо пропорциональ-
но высоте его подъема (например, прямоугольную щель, располо-
женную на боковой поверхности цилиндра), а перепад давления
Арк на клапане и коэффициент расхода рк через клапан не изме-
няется; •
Изменение перепада давления на клапане в процессе его подъе-
ма, а также непропорциональность высоты подъема клапана и от-
крываемого им проходного сечения делают характеристику нели-
нейной; отклонения могут оказаться неуправляемыми. По харак-
теристике системы с перепускным клапаном можно выяснить как
изменяется отношение W'h. Отк/^дв (подачи откачивающего, насоса
к прокачке масла через двигатель) при изменении частоты враще-.
яия нагнетающего и откачивающего насосов. <
Если бы в системе не было перепускного клапана, то отноше-
ние подач откачивающего и нагнетающего насосов (при одинако-
вой частоте вращения или при постоянном отношении частот вра-
щения) равнялось бы отношению подачи откачивающего насоса к
прокачке масла через двигатель; последнее отношение, если бы' не
изменялись внутренние потери в нагнетающем насосе при измене-
Ши давления в системе, сохранило бы постоянное значение
(рйс/4. 1,7, а).
При наличии в системе перепускного клапана картина принци-
пиально меняется. Отношение подач откачивающего и нагнетаю-
щего насосов до открывания перепускного клапана остается по-,
61
стоянным. Как только клапан откроется (при частоте вращения «J
и начнется перепуск масла, прокачка его через систему будет оста-
ваться почти постоянной, в то время как подача откачивающего
насоса будет увеличиваться пропорционально увеличению частоты
вращения. Поэтому 1FH. от«Ждв будет расти с ростом частоты вра-
щения (см. рис. 4. 17, б).
Рис. 4.17. Запас подачи откачивающего насоса $ циркуляционной
масляной системе с перепускным клапаном
Необходимость иметь некоторый запас подачи откачивающего
насоса (т. е. подачу примерно в 1,5 раза большую, чем 1ТДЕ) при
минимальной частоте вращения ротора двигателя (на малом га-
зе) приводит к значительно большему запасу на рабочем, и осо-
бенно на номинальном режиме работы двигателя. Благодаря по-
следнему обстоятельству, даже в том случае, когда подачи нагне-
тающего и откачивающего насосов будут одинаковы, подача
последнего, начиная с частоты вращения яь все больше будет
превышать фактическую прокачку масла через двигатель и при
достижении номинальной частоты вращения отношение*
Рис. 4.18. Тарельчатый
перепускной клапан
1Т'н. отк/П7ДВ может иметь значительную ве-
личину (рис. 4..17, в). ..
Например, у двигателя ВК-1 подачи на-
гнетающего и откачивающего маслонасосов
одинаковы и на номинальном режиме у
земли равны 20 л/мин. Подается же в мас-
лосистему двигателя на этом режиме лишь.
4 л/мин, а остальное масло перепускается
через клапан. Таким образом, здесь
П.отк/^и.наг" 5. При «%* .отк /^к.иаг недо-
пустима длительная работа двигателя
при частоте вращения меньшей, равной или
незначительно большей частоты пь так как
откачивающий насос на этих режимах не
будет откачивать весь масляный аэрозоль.
В качестве перепускных клапанов в мас-
лосистемах двигателя применяют в основ-
ном плоские клапаны, чаще — тарельчатые
(рис. 4.18) как наиболее надежные в работе.
62
Как уже указывалось, неравномерность подачи масла насосом
вызывает пульсацию давления в системе и колебание клапана око-
ло некоторого среднего 'положения. Особенно опасно совпадение
частоты вынужденных колебаний (частоты пульсаций давления) с
частотой собственных колебаний системы «пружина — клапан —
присоединенная масса масла». Резонансные колебания могут при-
вести к разрушению клапана и седла, а также к усталостному раз-
рушению пружин. Поэтому клапаны целесообразно демпфировать,
для чего могут быть использованы каналы, сообщающие полость
за клапаном с полостью слива. Размеры этих каналов нужно под-
бирать так, чтобы в них создавалось достаточное гидравлическое
сопротивление. Возможны и другие способы демпфирования.
Для повышения чувствительности клапанов требуется тщателщ
ное изготовление и подторцовка пружин, чтобы не было перекоса
клапана, а также применение самоустанавливающихся опорных та-
релей для передачи усилия от пружины к клапану.
4.2. Подача масла к узлам трения
. И €*ГО ОТШОД
Подача масла к узлам треиия
Для поступления масла из бака 1 в нагнетающий насос 2 дви-
гателя необходимо, чтобы уровень масла в баке находился выше
входа в насос. Однако при таком расположений нагнетающего
насоса масло через зазоры в нем может проходить после останов-
ки двигателя в магистраль подачи и вытекать в поддон и отстой-
ники через форсунки, расположенные ниже уровня масла в баке.
Для предотвращения перетекания масла на стоянке после нагне-
тающего насоса обычно устанавливают обратный клапан 5
(рис. 4, 19).
Для обеспечения герметичности пружину клапана затягивают
так, чтобы он открывался при-давлении 20 . . . 50 кПа. Но это при-
водит к тому, что при попадании воздушных пробок во всасываю-
щую магистраль (например, при первой заправке масла в бак)
перетекание воздуха через зазоры насоса может препятствовать
созданию напора, требуемого для преодоления силы затяжки пру-
жины обратного клапана, и поступлению масла в магистраль по-
дачи.
Для стравливания воздушных пробок в магистрали подачи мас-
ла предусматривают штуцер-клапан 3 нажимного действия или до
обратного клапана отводят масло через магистраль 4 стравлива-
ния с форсункой, расположенной выше уровня масла в баке, как
это показано на схеме рис. 4. 19.
Обратный клапан должен быть герметичен на стоянке при лю-
бых условиях. Так как это требование не всегда выполнимо, вме-
сто обратного клапана иногда используют сифонные затворы. На
рис. 4. 20, а показана схема установки сифонного затвора в маги-
страли всасывания насоса подачи масла с автоматическим клапа-
ном стравливания. После остановки двигателя этот клапан откры-
63
вается и воздух из бака через магистраль возврата масла в бак
попадает в верхнюю часть сифона. Масло сливается из колена, си-
фона через нагнетающий насос, магистраль подачи и низко распол
ложенные форсунки. Масло во втором колене сифона сообщено с
маслом е баке. При последующем запуске двигателя клапан страв-
ливания закрывается и масло проходит через сифон в нагнетающий
насос.
На рис. 4.20,6 показан сифонный затвор, установленный-в ма-
гистрали подачи со стравливанием через жиклер в магистраль воз-
врата масла в бак. В этом случае из-за отсутствия клапана страв-
ливания создается постоянная паразитная циркуляция масла через
нагнетающий насос в бак.
Ряс. 4. 19. Схема установки
устройства для предотвращения
перетекания масла на стоянке:
/^маслобак; 2—нагнетающий на-
сос; 3—штуцер -клал ан; 4-магист-
раль сг.равлн«аяия с форсункой; 5—
обратный клапан
Рис. 4. 20. Схема установки сифонного
затвора:
а—-в магисгграли -всасывания; б—в магистрали
подачи; 1—бак; всасывания; 3—
магистраль подач»; магистраль. возврата;
б—клапан стравливаяня; 6—жиклер стравлю
вания
Подача масла к узлам трения двигателя осуществляется струй-
ным и аэрозольным способом. Струйную подачу масла форсунками
применяют для смазки и охлаждения тяжелонагруженных зубча-
тых колес и подшипников. Аэрозольную подачу масла осуществля-
ют воздушно-масляными распылителями, центробежными форсун-
ками или быстроходными вращающимися деталями. Аэрозольную
подачу применяют для смазки быстроходных подшипников и мало-
нагруженных зубчатых колес, приводов агрегатов при наличии до-
статочных объемов для свободной циркуляции аэрозоля в корпу-
сах вблизи узлов трения. Для снижения объема и массы корпусов
применяют струйную подачу масла, ценою усложнения конструк-
ции корпусов (увеличивая число каналов с форсунками). Наилуч-
шие результаты смазки приводов агрегатов дает комбинация обо-
их способов подачи.
Подача масла форсунками. Наиболее распростране-
ны форсунки струйного типа, так как они обеспечивают прицель-
ную дальнобойность и снижают прокачку вязкого масла меньше,
чем центробежные в условиях зимнего запуска. На рис. 4.21 при-
ведены наиболее часто встречающиеся форсунки. Прокачка масла,
как известно, определяются из зависимости ^7=;А/-' И2^/тг,где ц —
коэффициент расхода; F — площадь сечения сопла форсунки; g —
ускорение свободного падения; И — напор, выраженный в высоте
пьезометрического столба.
64
Величина коэффициента расхода в общем случае зависит от
числа Рейнольдса и степени шероховатости сопла. Однако для
малодаяэких авиационных масел и шероховатости сопел не ниже
5-го класса без ущерба для точности результата могут быть при-
няты следующие значения коэффициента расхода: ц=0,8 для фор-
сунки, показанной на рис. 4. 21, а, и ц=0,64— на рис. 4. 21, б и в.
Стабильность коэффициента расхода зависит от соотношения l/d
сопла (см. рис. 4.21,6), шероховатости и остроты кромок на вхо-
де и выходе из сопла. Соотношение l/d выбирают в пределах
2,5...4, исходя из обеспечения прицельной дальнобойности струи
на расстоянии от сопла до точки смазки. Увеличение l/d свыше 4
может привести к недопустимому сниже-
нию прокачки вязкого масла при низко-
температурном запуске и прогреве дви-
гателя. На практике применяют нормали-
зованный ряд форсунок с диаметрами
сопла от 0,8 мм и интервалами в 0,1 мм.
Применение форсунок с соплами, диа-
метр которых меньше 0,8 мм, может при-
вести к засорению сопел продуктами
окисления масла.
Предохранительные фильтры на входе
в форсунки предотвращают засорение
сопел. Размер ячейки защитной сетки
должен быть меньше диаметра сопла.
Рис. 4. 21. Струйные фор-
сунки
Давление подачи масла в двигатель выбирается в пределах
250... 500 кПа. Нижний предел давлений ограничен дальнобой-
ностью форсунок, верхний — минимальной прокачкой масла через
форсунку.
Если требуется дозировать количество масла меньше, чем про-
пускает сопло с минимально допустимым диаметром при заданном
давлении подачи, то применяют сеть форсунок с дросселирующим
жиклером на входе в нее.
Приближенный расчет сети форсунок. В схеме
.сети форсунок (рис. 4.22) из магистрали подачи 1 с площадью се-
чения Fn и напором Яп масло проходит через дросселирующий
жиклер 2 с площадью сечения Едр и попадает в коллектор 3 с на-
пором 7/к, откуда подводится к форсункам 4 с суммарной площа-
дью сечения сопел 2гф.
При расчете влияние вязкости не учитывают, так как при ра-
бочих температурах вязкость масла достаточно, мала, а коэффи-
циент расхода дросселирующего жиклера и всех форсунок при-
нимают равными.
Приравнивая прокачку через жиклер 2 к прокачке через все
форсунки, получим
> + (2Ж)2/
(4.3)
3 1673
Суммарная прокачка масла через сеть форсунок в этом случае
.где.цс — средний для сети коэффициент расхо-
да; Гаки — эквивалентная площадь сечения сети.
Эквивалентная площадь сечения
(4.4)
сети
Рис. 4.22. Номограмма для расчета
форсунок:
/-"Магистраль лодачн; 3—дросселирующий жиклер;
3—.коллектор; 4—ф<урсувка
р________" Ф_______
экв“ У1 + (2^₽)2 ’ '
Для сохранения неразрывности течения в коллекторе должно
быть выдержано условие SFC<FH. При расчете сети форсунок
принимают значения 2 Дф и предварительное значение F№, по ко-
торым определяют Лэкв, используя зависимость (4. 4). Затем по
номограмме (см., рис.
4. 22) определяют Fw и
ее подставляют в зависи-
мость (4.4), повторяя
расчет методом последо-
вательных приближений.
После получения сходи-
мости по выбранному и
полученному значению.
Гдр определяют прокачку
U7 через сеть, заменяя
площадь сечения сети эк-
вивалентной .площадью
сечения Гэкв, и напор в
коллекторе форсунок по
зависимости (4. 3).
Особенности по-
дачи масла в по-
ле центробежных
сил. При подаче масла
внутрь вращающегося полого вала через фальшопору скольже-
ния необходимо столь высокое давление, что потеря масла через
зазоры делает такой метод не всегда рациональным? Правильнее
.подводить масло в торец вала. Объем напорной магистрали внут-
ри вала должен быть минимально возможным, чтобы не было от-
тока масла от точек смазки при действии полетных перегрузок на
пониженной частоте вращения двигателя.
Подачу масла, с использованием действия центробежных сил
можно применять для вертолетных ТРДЛ, установленных на ло-
пастях несущего винта, с одним центральным маслобаком во втул-
ке винта [24]. В этом случае масло из центрального бака через
ограничительный клапан подается в двигатель и откачивается из
него высоконапорным насосом в бак.
Подача масла к подшипникам качения. Наибо-
лее распространена струйная подача масла от форсунки на торец
подшипника через зазор между сепаратором и внутренним коль-
вб
цом. Для большей равномерности распределения масла в подшип-
нике диаметр сопла форсунки не должен превышать ширины этого
зазора, а направление струи должно составлять с осью вращения
угол 15... 20°. Масло выходит из подшипника по обе его стороны
через зазор между сепаратором и наружным кольцом.
Рис. 4.23. Распределитель масла по ширине подшипника:
I—Jiip’H' - Ю”*6 м2Д; ?--vM=27 * м2/с
Равномерность распределения масла по ширине подшипника за-
висит от способа подачи масла и скоростного фактора dn, где d —
диаметр отверстия подшипника, мм, а п — частота враще-
ния, мияч
По приведенной на рис. 4. 23 экспериментальной зависимости
видно, что при й!п>0,5>10в
для равномерного охлажде-
ния по ширине подшипника
становится рациональным
подвод масла с обоих тор-
цов. Для обеспечения одина-
ковой температуры колец по
окружности подшипника це-
лесообразно подавать масло
несколькими струями со
сдвигом угла .подачи на про-
тивоположных торцах.
Примером выполнения
двухстороннего подвода мас-
ла к подшипникам является , пл „
Рис. 4. 24.. Средняя опора двигателя РД-ЗМ
средняя опора двигателя н и
РД-ЗМ (рис. 4. 24).
Подача масла на радиальный подшипник может быть опреде-
лена по эмпирической зависимости А. И. Ерошкина.
— аД-1,9-10 ^dn,
67
3*
где а — изменяется от 1 до 2,5 л/мин при увеличении нагрузки от
О до 1500 кг с интервалами 0,5 л/мин и 500 кг соответственно. Из
зависимости, приведенной на рис. 4. 23, следует, что при dn>
Рис. 4. 25. Опора двигателя JT-8D.
>1,5-106 подвод масла через торец подшипника становится неце-
лесообразным, так как значительная доля масла разбрызгивается
и не отводит теплоты. Целесообразнее радиальный подвод масла
центробежными силами через митчели в разрезном внутреннем
кольце подшипника, как в опоре
Рис. 4.26. Подвод масла к зубчатым
колесам
применяют струйные форсунки
двигателя JT-8D фирмы «Пратт-
Уитни» (рис. 4. 25) [49].
Подача масла на зуб-
чатые колеса. Чаще всего
масло подается струей на место
1 входа зубьев в зацепление
(рис. 4.26). Менее рационален
подвод масла на место 2 выхода
зубьев из зацепления,* так как
масло отражается от них. Для
охлаждения более эффективна
подача масла на диафрагму ци-
линдрического 3 и конического 4
зубчатых колес. Для широких тя-
желонагруженных зубчатых колес
с несколькими соплами для охва-.
та струями масла всей ширины зуба.
Отвод масла от узлов трения и сбор его
Из узлов 'трения масло стекает или отводится под действием
центробежных сил. Отстойники для сбора масла должны иметь
достаточный объем, так как на их стенках осаждаются жидкие
частицы аэрозоля. Для осаждения жидких частиц аэрозоля мож-
но применять успокоительные перегородки в отстойниках, которые
не должны препятствовать сливу масла.
Уровень масла в отстойниках должен быть ниже венцов зуб-
чатых колес, наружных обойм подшипников и уплотнений. Высо-
«8
та h слоя масла при движении его по горизонтальному лотку,
так же как и при движении воды по водосливу может быть опре-
делена из зависимости:
3
. (4.5)
где IV'— прокачка масла; р—'Коэффициент расхода; b — ширина
горизонтального лотка для слива в самом узком месте.
На рис. 4. 27 приведена экспериментальная зависимость коэф-
фициентов расхода от числа Рейнольдса при течении масла по
горизонтальному лотку без сужения, а также с симметричным и
Рис. 4.27. Зависимость коэффициента
расхода от числа Рейнольдса:
I—три течении масла по горизонтальному
лотку без сужения: 2—с симметричным: 3—
несимметричным сужением
Рис. 4.28. Режимы течения в ма-
гистралях откачки
с несимметричным сужениями. Из графиков, приведенных на
рис. 4.27 и зависимости (4,5), следует, что местные сужения на
пути масла в поддонах (в виде бобышек или труб) значительно
повышают уровень масла.
Наибольшее распространение нашел способ отвода масла по
принципу «сухого картера», когда запас подачи откачивающего
насоса больше объема масла, подаваемого в узел трения в еди-
ницу времени (прокачки). Для невысотных двигателей, а также
при соединении функций отстойника и маслобака масло само сте-
кает из узлов трения.
При отводе масла по принципу «сухого картера» встречаются
два режима течения двухфазной среды воздух — масло в трубах:
аэрозольный и снарядный. Если магистраль откачки расположе-
на в нижней части отстойника, то создается аэрозольный режим
течения (рис. 4.28, а). В таких магистралях масло дробится на
относительно мелкие частицы, что ускоряет процесс его окисле-
ния при откачке из горячих мест и затрудняет отделение из него
воздуха. Если магистраль откачки выведена в верхней части от-
стойника, то откачка масла происходит только в момент пере-
крытия им всасывающего отверстия. В таких магистралях созда-
ется снарядный режим течения с пульсациями давления (рис.
4.28, б). При снарядном режиме уменьшается окисление масла,
69
облегчается отделение из него воздуха и может несколько интен-
сифицироваться теплопередача от масла в теплообменнике. Наря-
ду с этим, при остановке двигателя масло частично сливается об-
ратно в отстойник, а наличие дополнительного столба подсоса
высотой h, кроме того, несколько
ухудшает высотную характеристи-
ку насоса.
Существуют . различные схемы
откачки масла из отстойников
(рис. 4.29). Размещение откачива-
ющего насоса в нижней части от-
стойника по схеме рис. 4.29, а
уменьшает диаметр откачивающей
магистрали, однако требует индиви-
дуального привода и делает невоз-
можным замену насоса без разборки
двигателя. По схеме, приведенной
на рис. 4. 29, б, масло откачивается
при наличии на двигателе холодного
отстойника большого объема, в ко-
тором из масла может выделяться
воздух.. Откачка масла параллельными магистралями по схеме,
приведенной на рис. 4. 29, в, применяется редко, так как увеличи-
вает число трубопроводов и затрудняет отделение воздуха из мас-
ла. Наибольшее распространение получила схема параллельной от-
качки в одну магистраль (рис. 4. 29, г), позволяющая удобно ком-
поновать откачивающие насосы в один блок.
4.3. Устройства для удаления
из масла вредных включений
Надежность и долговечность агрегатов системы смазки двига-
телей, как и самих двигателей, зависит от качества фильтрации
масла. Загрязняющие вещества, содержащиеся в масле, попада-
ют в зазоры между рабочими поверхностями деталей двигателя и
агрегатов и заклинивают их, оказывают абразивное действие,
а также вызывают закупоривание различных жиклеров и-дрос-
сельных каналов. Кроме того, механические частицы, попадая э
маслосистему, способствуют разрыву масляной пленки, ухудша-
ют режим смазки и вызывают повышенное окисление масла.
ГОСТ 17216—71 на промышленную чистоту жидкостей регла-
ментирует классы чистоты в зависимости от количества и размеров
частиц загрязнения в 100±0,5 см3 рабочей жидкости. Под части-
цами загрязнения понимают все посторонние частицы, включая
песчинки, продукты окисления и износа, колонии бактерий и про-
дукты их жизнедеятельности.
Размер частиц загрязнений, кроме волокон, определяется по
наибольшему результату измерения. Волокнами считают частицы
толщиной не более 30 мкм при отношении длины к толщине н&
70
менее 10. ГОСТ предусматривает классы чистоты рабочих жидко-
стей: 00, 0, 1, 2 и т. д. до 17. Масла авиационных двигателей обыч-
но имеют 8 . . . 13-й класс чистоты. Частицы загрязнений размером
более 200 мкм, не считая волокон, в маслах не допускаются. Ча-
стицы же размером до 5 мкм не оказывают существенного влияния
на износ узлов трения. 8-й класс чистоты обычно имеет масло при
контрольной промывке нового двигателя, а 13-й класс — перед за-
меной в эксплуатации по установленному для каждого двигателя
регламенту.
Особое внимание следует обратить на волокна, которые могут
проходить через сетки фильтров и совместно с продуктами окис-
ления масла способствовать засорению сопел форсунок.
Волокна, появляющиеся в масле, — это ворс от синтетических,
(особенно' капроновых), обтирочных материалов. Капроновое во-
локно, в отличие от ацетатного, лавсанового и штапельного имеет
плотность, близкую к плотности масел, и его не могут отделить
даже центробежные очистители. Эффективность применения обти-
рочных материалов из тканей на основе синтетических волокон
вообще сомнительна, так как гигроскопичность их значительно
меньше, а нормы расхода больше, чем тканей на основе хлопко-
вых волокон, плотность которых в 1,5... 1,8 раза больше, чем
у масла. Чтобы обеспечить указанные классы чистоты, необходи-
мо не только изготавливатки собирать двигатели со строгим со-
блюдением промышленной гигиены, но и контролировать чистоту
масла От момента его изготовления до заправки в маслобаки дви-
гателей.
Вредные для работы двигателя включения удаляются из масла
при пропускании его либо через пористые и ячеистые материалы
(такой способ называется фильтрацией, а агрегаты, которыми она
осуществляется, — фильтрами), либо через различные силовые по-
ля (такой способ называется очисткой, а агрегаты, используемые
для ее осуществления, — очистителями).
Фильтры могут удалять из масла частицы любого происхож-
дения, если их размеры больше размеров ячеек (пор) фильтру-
ющего материала. Очистители же удаляют только такие частицы,
которые способны взаимодействовать с силовым полем данного
очистителя. Очистители не создают в системе значительного сопро-
тивления даже тогда, когда они удал'яют из масла мельчайшие ча-
стицы. В очистителях используют поля: гравитационное, центро-
бежное и магнитное.
Часто возможно сочетание в системе фильтров и очистителей.
Фильтры
. В масляных системах газотурбинных двигателей в качестве
фильтрующих элементов применяют в основном металлические сет-
ки из проволоки круглого сечения квадратного переплетения (рис.
4.30, а). Размер сторон ячейки (квадрата) в свету соответствует
номеру сетки по ГОСТ 6613—53 и определяет размер площади
71
проходного («живого») сечения сетки, приходящегося на единицу
ее поверхности.
Коэффициент проходного («живого») сечения фильтра
f — =( а V
F U + rfJ ’
где Fg — площадь проходного сечения одной ячейки сетки; F —
площадь поверхности сетки, отнесенная к площади одной ячейки;,
а — размер стороны ячейки в свету; dcp — средний диаметр • про-
волок в основе и утке.
Выбор материала сетки определяется свойствами среды и ее
допустимой рабочей температурой. Обычно применяют металлИ-
Рис. 4. 30. Металлические проволочные сетки:
с—квадратного; б—саржевого переплетения
ческие сетки из латуни или более прочной фосфористой бронзы.
Когда необходимо иметь повышенные антикоррозионные свойства
сеток, для их изготовления применяют нержавеющую сталь, ни-
кель, монельчметалл и т. п.
Уменьшение размера ячейки сетки в свету увеличивает тонкость
очистки, но уменьшает коэффициент проходного сечения и, сле-
довательно, увеличивает гидравлическое сопротивление сетки.
Иногда для уменьшения размеров ячеек в свету сетку прокатыва-
ют, попутно достигая при этом фиксации проволок основы и утка
относительно друг друга. Тонкость очистки плющеными сетками-
достигает 15 мкм, однако такие сетки имеют значительное гидрав-
лическое сопротивление. Кроме того', у таких сеток замечена об-
литерация, т. е. залепление проходного сечения слоем поляризован-
ных молекул, что резко уменьшает проходимость фильтра.
Кроме сеток квадратного переплетения, в фильтрах применя-
ются также сетки саржевого переплетения (рис. 4.30,6). При та-
ком переплетении сетка получается более плотной и более эротич-
ной. Тонкость очистки, достигнутая при применении таких сеток,
находится в пределах 10 ... 20 мкм. Вместе с этим они имеют еще
более высокое гидравлическое сопротивление.
Важнейшими параметрами фильтров являются: тонкость и сте-
пень очистки масла от включений, пропускная способность, созда-
ваемое сопротивление, срок службы и прочность.
72
Тонкость очистки определяется размерами частиц, задерживае-
мых фильтрующим элементом. В зависимости от размера задер-
живаемых частиц существует разделение фильтров:
Тонкой
очистки
Нормальной
очистки
от 0.01 до 0,1
Грубой
очистки
Фильтры
Размер
частиц, мм
Тонкость очистки зависит от ра.змеров ячейки
элемента. Однако замечено, что фильтр задерживает некоторое
количество таких частиц, размеры которых меньше размеров ячей-
ки, и пропускает некоторое количество частиц
ко большими, чем номинальный размер
ячейки. Это можно объяснить, в частности,
естественными отклонениями размеров яче-
ек от их номинальной величины.
Степень очистки оценивается коэффици
ентом отфильтровывания
Ф = (Л1 — п^пх,
(поры) фильтро-
размерами несколь-
где П] и пг — число частиц данного разме-
ра, содержащихся в пробе жидкости до и
после фильтрования.
Величина ф зависит от режима фильтро-
вания (перепада давления, вязкости жидко-
сти, расхода и т. д,). С увеличением перепа-
да давления на фильтре коэффициент от-
фильтровывания частиц данного размера
уменьшается. Уменьшение вязкости фильт-
руемой жидкости и увеличение расхода
жидкости через фильтр также уменьша-
ют ф.
Значение ф определяется путем анализа
сти. до и поуле фильтрации под микроскопом (рис. 4.31).
Пропускной способностью фильтра РИф называется объем жид-
кости е динамической вязкостью гр которая может пройти в 1 мин
через Гем2 поверхности фильтрующего материала при перепаде
.давления на фильтре Дрф. Пропускная способность фильтра
^Ф =
Диаметр часттрмкм
Рис. 4.31. Кривая от-
фильтровывания для
плющеной сетки 15 X
X 15 мкм
проб осадков жидко-
(4.6)
где k —- коэффициент, представляющий собой удельную пропуск-
ную способность фильтра, т. е. пропускную способность единицы
площади поверхности сетки при перепаде давления Др$=
=100 кПа и динамической вязкости жидкости ц =0,1 Па-с.
Коэффициент1 k определяется экспериментально при чистом
масле. Опыт показывает, что k сохраняет постоянное значение в
широком диапазоне расхода масла и перепада давлений.
На рис. 4. 32 показана зависимость k от размера ячейки в све-
ту для проволочных сеток квадратного переплетения. При фильт-
73
ровании жидкости с течением времени Изменяется как удельная
пропускная способность фильтрующего материала, так и коэффи-
циент отфильтровывания. Значение k зайисит от номера сетки
проволочного квадратного переплетения:
Номер сетки 0,1 009 0071 006 0040
k 11,24 9,91, 6,83 6,06: 5,20
.Зная И'ф, можно определить объемный расход жидкости через
фильтр
где Рф — общая площадь фильтрующей поверхности.
Размер ячейки, в свету, мкм
Рис, 4.32. Зависимость удельной пропускной способности проволочных сеток
квадратного переплетения от размера ячейки в свету
Рис. 4,33. Гидравлические характеристики проволочных сеток при динамической
вязкости масла ц = 15,7 *10-3 Па • с:
/—при размере ячеек в свету 20 мкм; 1—43 м-км; 3~63 мкм; 4 73 мкм; 5 ЙЗ м«м; й—100 мкм.
Гидравлическое сопротивление, создаваемое фильтром, измеря-
ется перепадом, давления Д.рф на нем. Как видно из формулы (4. 6)
с увеличением расхода масла через фильтр и с увеличением его
вязкости растет перепад давления, создаваемый фильтром:
Зависимость перепада давления от пропускной способности сет-
ки фильтра называется гидравлической, характеристикой фильтра
(рис. 4. 33).
Перепад давления из-за обтекания маслом решеток в фильтре
может быть вычислен также по известной формуле
где — коэффициент местных гидравлических потерь выбирается
74
в зависимости от типа фильтрующего элемента и определяется ко-
эффициентом проходного сечения фильтра /ф; v — средняя ско-
рость масла, отнесенная к полной поверхности фильтроэлемента;
,ум — плотность масла.
Перепад давления в реальных фильтрах определяется потерями
на обтекание решеток и на повороты потока внутри фильтра.
Срок службы фильтра — это продолжительность эксплуатации,
в течение которой фильтр засоряется настолько, что поддержание
расхода масла на заданном уровне приводит к возрастанию пере-
пада давления на фильтре до предельного значения. Максималь-
но допустимый перепад давления на фильтре Арф max задают в
каждом конкретном случае, исходя из характеристики системы
смазки (располагаемого перепада давления, необходимого давле-
ния на выходе, потерь по тракту и т. д.) и прочности фильтра.
Прочность фильтра определяется прочностью фильтро-
элемента и корпуса. Фильтроэлемент воспринимает перепад дав-
ления, создаваемый им самим. Корпус воспринимает полное рабо-
чее давление жидкости. При расчете необходимо учитывать мак-
симальное давление и .максимальный перепад давления. Кроме
того, фильтр должен выдерживать 15-кратную перегрузку и обла-
дать достаточной вибростойкостью при воздействии механических
колебаний и пульсаций потока жидкости. Сетчатые фильтроэле-
менты обычно работают с перепадом давления Дрф=25... 50 кПа.
Прочность корпусов значительно выше, чем прочность фильтроэле-
ментов.
Расчет фильтра. Для проектирования фильтра должны
быть заданы: свойства масла, в частности динамическая вязкость
т); первоначальная загрязненность масла частицами, подлежащими
отфильтровыванию (определяется по статистическим данным ана-
логичных систем); требуемая тонкость очистки, при..которой через
фильтр проходят частицы с эквивалентным диаметром d^ в мкм;
объемный расход масла через фильтр Й7Ф в л/мин; продолжи-
тельность работы фильтра без очистки т в ч; максимально допу-
стимый перепад давления на фильтре.
Исходя из требуемой тонкости очистки, находят по справочни-
кам (или определяют экспериментально) удельную площадь по-
верхности fw см2/л, представляющую собой такую поверхность
выбранного .фильтроэлемента, которая после прохождения через
нее 1 д масла, загрязненного частицами с d9, обладает еще про-
пускной способностью 1ГФ= л/см2 при перепаде давления
А.’ф-= 100 кПа.
Далее.,вычисляют общий объем в литрах масла, которое долж-
но пройти через фильтр 1/=601Гфт и необходимую поверхность
фильтроэлемента в квадратных сантиметрах F$=f,J (&p$maxV).
Полученное значение F$ должно быть таким, чтобы отношение
равнялось значению йд., для которого выбиралось fm (при
несовпадении делают перерасчет).
* В. основном частицы имеют неправильную форму. В расчете их принима-
ют сферами, диаметр которых Д,. . -
’15
После этого находится начальный перепад давления на
фильтре
“Т’ф.кач— №ф £ ’
где_коэффи,циент k находится экспериментально.
Фильтры можно подбирать по каталогу, учитывая потребную
тонкость очистки и допустимую прокачку масла.
Рис. 4. 34. Сетчатый секционный масляный фильтр:
а—общий эид; б—фильтрующая секция; /—-болт-съеммик; 2—крышка; 5—фильтрующ в я
секция; 4—полый сердечник; 5—обратный хлапа»; 6“-чч>едохра.йителыный КЛяЛаи; 7, 10—
обоймы; S—фильтрующая сетка; Р—опорная сетка; /./—ка£«ас
Обычно в масляных фильтрах двигателя размер ячейки сетки
в свету составляет 90... 71 мкм. Однако требование увеличения
ресурса и надежности двигателя заставляет переходить на сетки
с размером ячеек 45 мкм и менее. Соответственно приходится уве-
личивать фильтрующую поверхность фильтра, т. е. увеличивать
число фильтроэлемеитов и соответственно размеры фильтра.
Некоторые особенности конструкции фильт-
ров. Увеличение срока службы фильтра достигается увеличени-
ем фильтрующей поверхности. Обычно число фильтроэлемеитов
(секций) в фильтре не превышает 12 ... 14. Скорость течения >tac-
ла через сетчатый фильтроэлемент должна составлять лишь не-
сколько сантиметров в секунду. Чтобы при этом не увеличивать
76
габаритные размеры и массу фильтра, фильтроэлемент набирают
из отдельных секций, образуя при этом как бы гофры в попереч-
ном направлении (рис. 4.34). Масло подводится к внешней сто-
роне фильтроэле-мента, поэтому секции легко очищаются от грязи
при промывке фильтра. •
Для уменьшения непроизводительных потерь в фильтре ради-
альное расстояние между фильтрующими секциями и входным от-
верстием должно быть не менее 0,5. ..1 диаметра этого отверстия.
Проходные сечания в любом месте фильтра должны быть не ме-
нее проходного сечения входного отверстия. Во избежание скопле-
ния в фильтре воздушных пузырей и вытеснения их затем в систе-
,му рекомендуется подводить жидкость к фильтру снизу и отво-
дить сверху. . . .
Чтобы масло поступало в систему при существенном засорении
и при низких температурах-запуска; фильтр снабжается'клапаном,
перепускающим масло в. систему в обход фильтроэлементов; кла-
пан настраивается на максимально допустимый перепад давления
и работает как. предохранительный. Перепускной клапан . может
быть расположен внутри фильтра или вне его. За клапаном обыч-
но расположен фильтр грубой очистки, не создающий большого
сопротивления'и предохраняющий систему от особо опасных круп-
ных включений. Желательно иметь сигнализацию об открытии
перепускного клапана.
Конструкция^. фильтра и место установки его на двигателе или
в агрегате должны обеспечивать доступ к фильтроэлементу без
'снятия црего фильтра и тем более других агрегатов, а также без
применения специального инструмента. Кроме того, фильтр или
система должны быть снабжены устройствам,-отключающим систе-
му от фильтра при вскрытии последнего и дающим возможность
снимать фильтроэлсмснт без слива масла из системы.
На рис. 4.34 показан типичный сетчатый маслофильтр, состоя-
щий из набора фильтрующих секций 3. Секции состоят из. наруж-
ных сеток 8, опирающихся на крупную опорную сетку 9, поддер-
живаемую Гофрированным каркасом 11. Сетки совместно с гофри-
рованным каркасом собраны в фильтрующую секцию и завальцо-
вываются по внешнему и внутреннему диаметрам обоймами 7^10.
Секции фильтра набирают на сердечник 4. При работе двига-
теля масло входит в фильтр через боковой канал и далее проходит
через боковые поверхности секций во внутреннюю полость сердеч-
ника и далее на выход из фильтра.
Очистители
Отстойники. Это очистители, принцип работы которых ос-
нован на использовании гравитационного поля. Осаждение частиц
в отстойниках происходит медленно и при недостаточном времени
пребывания в них масла может не завершиться. Частицы, движу-
щиеся в масле, испытывают сопротивление, находятся под воздей-
ствием силы тяжести.
77
Сила тяжести, осаживающая частицу шаровой формы, равна
„ я<*з
О = — (бч Qm)^ 5
о
где Qq и qm — плотности частицы и масла; g — ускорение свобод-
ного падения.
Без учета, сил инерции сила сопротивления Рс при безотрывном
.обтекании шаровой частицы маслом по Стоксу равна
Pc=3rti]cZ4'U4, (4.7)
Принимая во внимание, что ре = г/.[ич/тм, и i> —v,,py, где d4 — диаметр ча-
стицы; vM — кинематическая вязкость масла, можно записать Pa=C*fytF4vJI%>
где Сх — безразмерный коэффициент сопротивления, зависящий от формы часта*
цы и числа Re; F4 — площадь диаметрального сечения шаровой частицы. Для
шаровой частицы Cx = 24/Re.
С учетом сил инерции Озен получил для шаровой частицы формулу
24 / 3 \
*Cjc“ Re V+ 14 Л
а Гольдштейн предложил для С* шаровой частицы выражение:
24 Г 3 „ 19 71 „ , \
Сх = __ + — Re „ — Re 2+ — Re 8„,.
Для практических расчетов при определении силы сопротивления движению
твердых частиц реальных загрязняющих примесей в вязкой среде П. Н. Беляивн
предлагает пользоваться эмпирической зависимостью [10] Ро=6пт]г1,Оч. Эквива-
лентный диаметр частиц </э— г 6Оч/лрч^.Поскольку для реальных частиц час-
то неизвестны размеры и плотность, а значит и сила тяжести частиц G4, то при
расчете следует считать частицы шаровыми. После этого, зная природу загряз-
няющих частиц, можно подсчитать ожидаемую эффективность центробежной
очистки, которую следует проверить опытным путем.
Вначале под действием силы тяжести частицы осаждаются с
некоторым ускорением. При движении в масле частица испыты-
вает силу сопротивления. Когда силы тяжести и сопротивления
уравновешиваются (G = Pc), скорость движения частиц становит-
ся постоянной.
Из этого условия можно найти постоянную скорость установив-’
шегося движения’частиц
1 л ,л яу
18 Ч . . .
гдеД0=0ч—0М.
Время, необходимое для полного осаждения частиц диаметра
da из жидкости, находящейся в отстойнике, равно
Тчтах==77/,ОЧ,
где Н — максимальный уровень жидкости в отстойнике.
При применении проточных отстойников (pi^. 4. 35) необходи-
мый путь осаждения частицы практически равен высоте входного
или выходного отверстия h (большему из. этих размеров). По-
скольку d обычно невелико, тчтах также невелико. Для круглых
та
отверстий Л=</. Турбулизация потока может ухудшить работу
проточного отстойника, однако если поперечное сечение отстой-
ника велико по сравнению с поперечным сечением проходного
отверстия, то течение масла должно быть спокойным. При этом
считается, что в направлении потока масла частицы движутся со
скоростью масла, не испытывая сопротивления с его стороны.
Время, необходимое для осаждения частиц диаметра в про-
точном отстойнике, тч—Л/с*ч. а время пребывания масла в от-
стойнике rK=l/v„, где I — наименьшая длина пути масла в от-
стойнике; рм— скорость масла.
Рис. 4.35. Схемы проточных отстойников при различ-
ном расположении входного и выходного отверстий-
Скорость масла ом— W/F, где IF — расход масла через' отстой-
ник; F -- площадь проходного сечения отстойника, нормального к
направлению потока масла.
Для полной очистки масла от частиц данного размера необхо-
димо, чтобы Тм^Тч. На работающем двигателе этого добиться
невозможно, так как осаждение мелких твердых частиц, даже при
небольшой высоте h, продолжается длительно. Поэтому отстойни-
ки в качестве основных очистителей не обеспечивают нормальной
работы системы смазки двигателя в целом. Отстойники можно:
применять дополнительно, наряду с другими типами очистителей
и фильтрами.
Центробежные очистители (центрифуги). Ско-
рость осаждения частиц можно увеличить до желаемых пределов
при воздействии на масло поля центробежных сил. При прочих
равных условиях центробежное поле в RaFIg раз интенсивнее гра-
витационного поля, где R—расстояние частицы от оси вращения;
ю — угловая скорость частицы.
Загрязненное масло пропускается через вращающийся ци-
линдр — центробежный очиститель (рис. 4.36), ц котором ему,
кроме поступательного движения, сообщается и вращательное,
в результате чего в нем возникают центробежные силы. Частицы
совершают сложное движение: вдоль оси цилиндра вместе с маслом
со скоростью и0 -и по радиусу под действием центробежных сил со
скоростью оч. Движение частиц вместе с маслом в окружном на-
правлении со скоростью не влияет на скорость их осаждения и
поэтому не рассматривается. Можно считать, что в осевом направ-
лении частица движется с той же скоростью, что и масло, и поэтому
7ft-
не встречает сопротивления последнего. При движении в радиаль-
ном направлении частица будет испытывать сопротивление масла.
Силой тяжести, ввиду ее малости по сравнению с центробежной''
силой, пренебрегаем. В этом случае на частицу действуют:. •
— центробежная сила Рц==/п/?<о2==-~-,Лр/?(<ршр)2, где т—мас-
са частицы; Др — разность плотностей частицы и масла; сор — уг-
ловая скорость ротора; ф— коэффициент, учитывающий отстава-
ние угловой скорости частицы от угловой скорости ротора;
— сила сопротивления масла по Стоксу [см. уравнение (4. 7)].
Ряс. 4. 36. Схема центробежного очи-
стителя и силы, действующие в нем
на частицу:
/?1 и /?8--®иу1тренний и .внешний радиус ро-
тора'; AJ?—путь осаждаемой частицы;
Рис. 4.37. Схемы центробежных очн-
стителей:
а—с радиальными лопарками в роторе; б—
с концентричными труйками в роторе; .в—
с завихрителем на входе; Гц, r2f—«иутрем-
ний и внешний радиусы г-й полости меж*
ду соседними трубками
В центробежном очистителе на частицу кроме центробежной
силы будет действовать еще массовая сила Кориолиса:
^кор = 2/7?’7,ч.ради>,
где Уч. рад — радиальная составляющая абсолютной скорости дви-
жения частицы, массой т.
Силы Кориолиса в роторе очистителя приводят к отклонению
траектории движения частиц в сторону, противоположную вра-
щению. При наличии в роторе очистителя радиальных перегоро-
док (рис> 4. 37) силы Кориолиса будут способствовать осаждению
частиц на этих перегородках. ; '
С увеличением центробежной силы возрастает скорость движе-
ния частицы, а с нею и сопротивление среды. Считаем, что при
установившемся режиме частица движется в поле центробежных
сил с постоянной скоростью, при которой Рц=Рс. Отсюда
4дд/?(фшр)2
а среднюю скорость осаждения частицы диаметрам d3, находящей-
ся на среднем радиусе, равном 0,5(R% + £i) (см. рис. 4.36), опре-
деляем по формуле
^др0,5(/г2ч- /?!) (ф«р)2
80
Время, необходимое для осаждения на ложе наиболее удален-
ных от него частиц диаметром d8, .равно
Т — ~ <|g 5122-51
Г'ч.ср v4,ср /?2 + 7?i (ф“р)2
Чтобы ускорить осаждение частиц, необходимо увеличивать уг-
ловую скорость ротора; максимально сближать угловую скорость
частиц и ротора, т. е. увеличить коэффициент ф, приближая его к
единице; уменьшать путь Л/? осаждения частиц. Для этого, в част-
ности, кроме полых роторов центробежного очистителя, применяют
роторы с разделителями в виде радиальных лопаток (перегоро-
док) (рис. 4. 37, а) и с концентричными трубками (рис. 4.37,6).
Первый способ увеличивает коэффициент ф, второй — уменьша-
ет А/?.
Оба способа мало изменяют проходное сечение ротора и ско-
рость течения масла. Возможно применение обоих способов одно-
временно. Кроме того, можно на входе в ротор устанавливать за-
вихритель (шнек), что приводит к более быстрому сообщению
маслу, а с ним и частицам, угловой скорости ротора (ом. рис.
4. 37, в). .
Фактически полное осаждение частиц диаметра da произойдет,
если время пребывания масла в роторе тм^тчтах. Поскольку Vo^
= l^p/^p, где Гр — расход масла через ротор очистителя; Fp— пло-
щадь проходного сечения ротора очистителя, то
' ... _ _ LF? _
Тм т; Гр Г(.
где L — длина ротора центробежного очистителя; р —: коэффици-
ент, учитывающий загромождение поперечного сечения ротора ло-
патками и трубками.
Так как должно быть Тм^Тчта¥, то угловая скорость ротора,
необходимая для полного осаждения части диаметра da,
> 6 1> /~ грт|
V («W) ’
Минимальный диаметр частиц, которые могут быть полностью
осаждены центробежными очистителями,
d ___________6
эга1п фчор (/г2/го И (яддср)
Чтобы, предохранить систему от опасных для нее частиц с дан-
ными. da и До. нужно принять эти значения за минимальные и для
них рассчитывать центробежный очиститель; тогда частицы с боль-
шими размерами и большей плотностью заведомо окажутся осаж-
денными. Важным свойством центробежного, очистителя является,
то, что, прежде всего (и значит ближе ко входу) в нем из частиц
одинаковой плотности осаждаются более крупные и из частиц оди-
наковых размеров более плотные. Таким образом, центробежный
81
очиститель прежде всего защищает систему от наиболее опасных
частйц.
Учитывая, что масло приобретает конечную угловую скорость'
не сразу'при входе в ротор, можно принимать в зависимости от
конструкции центробежного очистителя ip=0,9 ... 0,8.
Уменьшить необходимую величину ор можно, увеличивая /?р=
=Дл.(/?2г — и, как уже указывалось, уменьшая AJ? уставов-
Рис. 4. 38. Изменение тм/тм. асх и
Тч/Тч. исх при изменении
сх50 MM = const и
Ri= 10 мм = const)
Рис. 4.39. Изменение тч/тч.исх и
Тм/тм. исх при изменении
кой в роторе концентрично расположенных трубок. Чтобы части-
цы с одинаковым da одновременно осаждались в каждой из этих
трубок, шаг трубок должен уменьшаться По мере приближения их
к оси вращения. Увеличение внешнего радиуса ротора /?2 увели-
чивает путь осаждения частиц, но одновременно и в еще большей
степени увеличивает, проходное сечение и уменьшает осевую ско-
рость масла; при этом соотношение тм/тч становится более благо-
приятным для полного осаждения частиц. На рис. 4. 38 показано
изменение отношений тч/тч. нет и тн/тм. исх, где тч. ИСх и тм. иск — соот-
ветственно время пребывания загрязняющих частиц и частиц мае-,
ла в роторе центробежного очистителя с исходным радиусом RtaCK
в зависимости от отношения/?2/J?2hcx-
При наслаивании отложений на ложе центробежного очисти-
теля постепенно уменьшается площадь его проходного сечения и
время пребывания в нем масла, а соотношение тм/т., становится
все менее благоприятным. На рис. 4.39 показано изменение от-
ношений Тч/тч. йсх и т„/тм. исх в зависимости от отношения
б//?2 — Rt, где 6 — толщина слоя частиц, осевших на ложе очи-
стителя.
Значение площади проходного сечения ротора (в первую оче-
редь Rz) нужно выбирать с учетом длительности работы очистите-
ля без очистки. Во избежание вымывания из ротора центробежно-
го очистителя уже осажденных им частиц осевая скорость масла
82
не должна превышать 0,1 м/с. Привод центробежного очистителя
может быть механическим или гидрореактивным.
Центробежным очистителем можно очищать масло от более
мелких частиц, чем сетчатыми фильтрами. Если, например, метал-
лические сетчатые фильтры задерживают частицы, размер кото-
рых превышает 30... 40 мкм, то в центробежных очистителях мо-
гут осаждаться и удерживаться частицы, размер которых равен
5 мкм.
Рис. 4.40. Центробежный, очиститель масла:
/—канал подвода масла; 2—-полый вал; 3—гряаеулавливаю-
щнй цилиндр; 4—перфорированный стекам; <5—полость выхо-
да масла ж откачивающему насосу; б—нойШИ'ПНИкн; Л—зави*
снмость относительной эффективности i от размера частиц
для сетчатого фильтра; В—-то же для центробежного очисти-
теля
Снижение размера задерживаемых частиц уменьшает износ
беговых дорожек подшипников, уменьшает задиры на головках
зубьев зубчатых колес (в зоне наибольших скоростей скольжения)
и, тарим образом, способствует увеличению ресурса двигателя.
Поэтому центробежные очистители обычно применяют на двигате-
лях с большим ресурсом. К недостаткам центробежных очистите-
лей относится.затрата значительной мощности на их привод, а так-
же снижение эффективности их работы при увеличении вязкости
масла. Кроме того, центробежные очистители неэффективны прц
удалении из масла частиц, плотность которых мало отличается от
плотности масла.
На рис. 4. 40 показана конструкция центробежного очистителя
и приведены графики относительной эффективности сетчатого
фильтра и центробежного очистителя. Заштрихованная площадь
между кривыми А и Б показывает, что центробежный очиститель
задерживает более мелкие частицы, которые пропускает сетчатый
83
фильтр. Поэтому выгодно сочетать центробежный очиститель с ос-
новным сетчатым фильтром, который не в состоянии задержать
очень мелкие, но нежелательные инородные частицы.
Магнитные очистители. Эти очистители могут удалять
из масла частицы любого размера, если они взаимодействуют с
магнитным полем. Однако большинство конструкционных‘материа-
лов — медь и ее сплавы, алюминий, магний, аустенитные стали,
пластмассы и т. д. — этими свойствами не обладают. Поэтому об-,
ласть применения магнитных очистителей ограничена. Вместе с
тем, в совокупности с другими очистителями и фильтрами магнит-
ные очистители могут способствовать увеличению надежности си-
стемы смазки и ресурса двигателя.
Эффективность магнитного очистителя зависит от его положе-
ния в маслосиствме, от формы и массы магнита, а также от ско-
рости потока масла. Очистители надо устанавливать в угловых
участках откачивающих магистралей и в днищах коробки приводов
так, чтобы они не создавали дополнительного гидравлического со-
противления.
Конструкции магнитных очистителей разнообразны. Наиболь-
шее распространение получили пробковые очистители с постоян-
ными магнитами. Магнит массой 70 г может удержать до 400 г ме-
таллической пыли и стружки.
При одинаковых габаритных размерах и массе очистители с
постоянными магнитами более эффективны, чем ^.электромагни-
тами. Материалом для магнита предпочтительнее выбирать маг-
иико.
4.4. Основные типы уплотнений
полостей смазки
Уплотнительные устройства предотвращает утечку масла через
зазоры в газовоздушный, тракт или наружу двигателя. Утечки мас-
ла недопустимы на стоянке и при работе двигателя, так как в за-
висимости от степени их интенсивности могут вызывать накопление
токсичных продуктов в кабине самолета, дымление при вентиляции
мотоотсека или на выхлопе, масляное голодание и заклинивание
зубчатых колес и подшипников, пожар двигателя.
Для повышения надежности системы смазки большинство ти-
пов уплотнений нормализовано по размерам, материалам, покры-
тиям, твердости, шероховатости поверхности и некоторым техноло- '
гическим приемам изготовления. В системах смазки двигателя
встречаются как уплотнения неподвижных стыков, так и уплотне-
ния вращающихся валов.
Уплотнение неподвижных стыков
Уплотнение разъемов корпусов большей частью осуществляет-
ся контактирующими фланцевыми соединениями с прокладками и
шагом болтов или шпилек, равным 5... 7 диаметрам болта или
шпильки. Для сохранения герметичности фланцы выполняют до-
84
Рис. 4.41. Уплотнения О-об-
разными кольцами
етаточно жесткими, а болты — податливыми. В этом случае обес-
печивается необходимое контактное давление на прокладку при
действии внешних нагрузок и температурных деформаций. Наибо-
лее часто в качестве прокладочного материала применяют паро-
иит, у которого минимально допустимое давление сжатия равно
100 МПа. Реже применяют фольгу из мягкого алюминиевого спла-
ва, для которой давление сжатия должно быть выше. Для повы-
шения герметичности и термостойкости стыка применяют двухсто-
роннее графитирование паронита или на-
косят на стыковочные поверхности флан-
цев герметик, чаще всего на кремнийор-
ганической основе. В последнем случае
требуется соблюдение режимов нанесения
и сушки герметика для предотвращения
его выдавливания из стыков в полости
смазки. Во фланцах выполняют резьбо-
вые отверстия и торцовки для установки
съемников при разборке.
Наиболее распространенные в систе-
мах смазки уплотнения О-образными ре-
зиновыми кольцами нормализованы и
приведены на рис. 4. 41.
Размеры кольца и канавки под него
подбирают по характерным для каждого
типа уплотнения размерам, исходя из ус-
ловия надежной герметичности и дбпустимой деформации резины:
для -ввертных штуцеров — по диаметру проходного сечения dy (рис.
4. 41, а); для торцевых фланцевых уплотнений — по наружному
диаметру канадки D (-рис. 4. 41,6); для радиальных (телескопиче-
ских) уплотнений с канавкой в цилиндре или штоке — по диамет-
ру цилиндра Dn (рис. 4. 41, в и г).
Резины на основе нитрильных каучуков применяют для мине-
ральных масел, на основе фторокаучуков — для синтетических
масел. При сборке резиновые кольца смазывают тонким слоем ра-
бочего масла или пластичной смазки, совместимой с рабочим мас-
лом. Для температур выше предельной температуры стойкости
резины в уплотнениях, приведенных на рис. 4.41,6, применяют
полые металлические кольца О-образного сечения. Кольца, выпол-
няют из тонкостенной трубки, изготовленной из жаропрочного
сплава, и сваривают встык электронно-лучевой сваркой. Такие
кольца могут быть двух типов: с отверстиями, соединяющими
'внутреннюю полость кольца с полостью давления, или газополные
с внутренним давлением большим, чем давление в полости смаз-
ки. Оба типа колец обладают упругостью, потребной для созда-
ния герметичности.
Уплотнение вращающихся валов
Уплотнения вращающихся валов могут быть как бесконтакт-
ными, так и контактными.
85
Лабиринтные уплотнения. Это наиболее простой и
распространенный тип бесконтактного уплотнения. Величину утеч-
ки через лабиринтное уплотнение определяют по известной форму-
ле Стодолы ,
где р — коэффициент расхода через уплотнение; F — площадь
кольцевой щели между вершинами гребешков и корпусом; g — ус-
корение свободного падения; z — число участвующих в уплотнении
гребешков; R — газовая постоянная; pj и Ту— давление и темпе-
ратура воздуха или газа перед уплотнением; р2 — давление в по-
лости смазки.
Рис. 4.42. Лабиринтные уплотнения
Величины F и г принимаются в расчет с учетом горячего со-
стояния деталей уплотнения. Если на последнем со стороны мас-
ляной полости гребешка уплотнения устанавливается дакритиче-
ский перепад давления, то в знаменателе первого радикала фор-
мулы Стодолы вместо г принимается z + 1,5. Так как число грё-
бешков z находится в знаменателе радикала, то увеличение z>6
малоэффективно.
Нормализованы три разновидности профилей гребешков уплот^
нений:
— наиболее распространенный симметричный профиль, при,
котором ц=4,27 (рис. 4. 42, а);
. несимметричный сложный по исполнению профиль, при ко-;
тором ц= 1,15 (рис. 4. 42, б);
—/несимметричный простой по исполнению профиль, у которо-
го 1,-27>ц>1,15 (рис. 4.44, в).
Для уменьшения зазора нормализована технология нанесения
покрытий в виде термостойкого лака с тальком или графитом в
качестве наполнителя. Покрытие наносится на корпус fc. спираль-
ными или цилиндрическими канавками для увеличения адгезии.
Допускается врезание гребешков в покрытие в процессе прира-
ботки уплотнения, если приняты меры против попадания продук-
тов износа покрытия в полости смазки.
86
Им неядерной бесконтактное уплотнение. Это
уплотнение (рис' 443) представляет собой диск 3 с радиальными
лопатками 2 вращающийся у неподвижной стенки корпуса /.Меж-
ду лопатками и стенками должен быть зазор $==£1 мм. При- уве-
личении этого зазора уплотнение перестает-ДЗыть герметичным.
Давление р2 на периферии диска может быть определено из зави-
симости —п)> где Pi —давление на входе в
потери напора и опре-
скорость; рм — плот-
Симости рг=А(гш2 -у — и). гДе Pi —
диск; 6^0,8 — коэффициент, учитывающий
делаемый экспериментально; w — угловая
г*ис. 4.44. Манжетное кон-
тактное уплотнение
Рис. 4.4о. Контактное уплотне-
ние упругими металлическими
кольцами:
я—продольный разрез уплотнения;
б—-«виды стыков колец
ность масла; г2,— радиус диска на периферии; rt — внутренний ра-
диус столба жидкости в диске.
Глубина канала b должна быть больше зазора s. Для эффек-
тивной работы уплотнения должно быть выдержано условие ri>ro,
где Го — внутренний радиус канала диска.
При снижении режима работы уплотнения уменьшаются А и
«, что приводит к быстрому уменьшению п, а при ri=r0 уплот-
нение становится не герметичным. Если увеличить г2 для сохранен
ния герметичности на пониженных режимах, то уплотнение теря-
ет герметичность на периферии при рабочем режиме. Отсюда сле-
дует, что импеллерное уплотнение может быть герметично в уз-
ком диапазоне режимов и применяется внутри полостей смазки,
как вспомогательное, например для защиты подшипников качении
от излишней смазки.
Манжетное .контактное уплотнение. Применение
этого уплотнения для масла или масловоздушной смеси возмож-
но при окружных скоростях до 10 м/с и ограничено тепловыде-
лением уплотняющей кромки, которая при больших скоростях
твердеет и растрескивается.
Резиновые армированные манжетные уплотнения (рис. 4.44)
нормализованы в зависимости от диаметра вала d». Упругая уп-
87
лотняющая кромка манжетного уплотнения прижимается к валу
под. давлением масла и, кроме того, браслетной пружиной 3, со-
здающей.натяг на валу, для обеспечения герметичности на стоянке.
Натяг манжетного уплотнения при посадке в корпус 6 стабилизи-
рован металлическим каркасом жесткости 4. Обычно долевая фик-
сация манжетного уплотнения осуществляется съемными центриру-
ющими буртами или кольцами 2 и 8. Для малой разности уплот-
няемых давлений долевая фиксация осуществляется кольцевой ка-
навкой 5 в корпусе, куда заплывает резина наружной поверхно-
сти манжетного уплотнения.
Чтобы под действием давления и температуры уплотняющая
кромка не потеряла форму, применяется._£порный конус 7. Вал 9
под уплотняющей кромкой должен б/пь поверхностно упрочнен
или хромирован и иметь шероховатость не ниже 8-го класса. Из-
вестны случаи создания направленного мйкрорельефа в пределах
заданной шероховатости поверхностнее виде спиральных масло-
сгонных рисок. Для снижения трени^/покоя в полость манжетного
уплотнения иногда закладывают пл/стичную смазку, совместимую
с рабочим маслом. А
Материалами для манжетного уплотнения служат резиновые
смеси, аналогичные смесям для ^лотнительных О-образных ко-
лец, с добавлением наполнителей в виде коллоидных порошков для
снижения трения (графита) и улучшения теплоотвода от уплотня-
ющей кромки (бронзы).
Контактное уплотнение металлическими коль-
цами. Металлические кольца нормализованы по размерам, мате-
риалам и упругости в зависимости от диаметра втулки D3~2R3
(рис. 4.45). Контактное уплотнение металлическими кольцами
применяется при малой разности давлений на каждое кольцо
Др=20...30 кПа и скоростях скольжения до 100 м/с. Число по-
следовательно установленных колец не превышает трех из-за
трудности равномерного распределения давлений между ними.
Эти трудности усугубляются наличием отверстий в боковой по-
верхности первого, а иногда и второго кольца с выходом в торце-
вые лунки (митчели) на рабочем торце для смазки и снижения
коэффициента трения.
Для того чтобы кольцо 2 не вращалось в кольцедержателе 1,
необходимо, чтобы момент трения от упругих сил кольца, дейст-
вующий на втулку <3, был больше примерно на 30%. момента
трения газовых сил, действующего на боковую поверхность коль-
цедержателя. Исходя из этого условия, определяют сосредоточен-
ную силу Р упругости кольца. Если принять равными коэффици-
енты, трения на боковой и цилиндрической поверхностях, то Р =
=2рЬНз, где р — удельное давление кольца на втулку; b — цитри-
на кольца.
Удельное давление кольца на втулку
(1 - .
1 ( я? а
«8
где рь и рм —давления на кольца воздуха и масла; —внутрен-
ний диаметр кольца; Т?2 — наружный диаметр кольцедержателя.
Кольца выполняют из хромистого чугуна. При D3^50 мм рабо-
чий торец хромируют. Проверяют прилегание наружной поверхно-
сти кольца ко втулке, коробление и зазор в стыке. Стыки колец
выполняют прямыми, косыми, ступенчатыми. Последние имеют
наименьшие утечки, однако наиболее сложены в изготовлении. Ко-
сой стык по утечкам занимает промежуточное положение между
прямым и ступенчатым. Рабочие поверхности кольцедержателя
упрочняют до твердости 58.
лотнение
Рис. 4. 47. Торцевое контактное уп-
Бесконтактное уплотнение плавающи м,и м е-
та л ли чес ким и кольцами. Эти уплотнения по конструкции
представляют собой контактные кольца с кольцедержателем в кор-
пусе и радиальным зазором по валу, гарантирующими отсутствие
касания. Для того чтобы свести этот зазор к минимуму кроме
сплошных колец иногда применяют разрезные, упруго облегчающие
вал, со ступенчатым стыком. Зазор в стыке уменьшается на режи-
ме приработки уплотнения в связи с износом внутреннего диамет-
ра кольца и становится минимальным после приработки. Разрез-
нос кольцо выполняют из антифрикционного чугуна. В режиме
приработки оно подкручивается и прецессирует. Этот тип уплот-
нения по величине утечек приближается к лабиринтному.
Радиальное, контактное уплотнение. Оно состоит
из трех сегментных наборных колец из антифрикционных материа-
лов (см. разд. 2) с перекрытием ступенчатых стыков для уменьше-
'ния утечек (рис. 4.46). К торцевой поверхности корпуса 2 неболь-
шой неуравновешенной силой разности давлений прижимается сег-
ментное наборное кольцо 4 кольцевым буртиком высотой С — В.
Стыки сегментов кольца 4 перекрываются в радиальном направ-
лении сегментами кольца 3, а в осевом — сегментами кольца 6.
.Браслетные пружины 5 удерживают все три кольца в собранном
состоянии. Кроме торцевого буртика кольцо 4 имеет радиальный
буртик шириной £, прижимающийся к валу. Через разгрузочные
канавки (высотой А и D) в кольцах имеют место утечки из-под
89
буртиков. Размер В между корпусом и валом выбирается из ус-
ловия отсутствия касания о вал.
Высота буртика С — В должна перекрывать разгрузочную ка-
навку высотой D, с учетом износа радиального буртика шириной
Е. Ширину Е радиального буртика выбирают минимально возмож-
ной, исходя из механических свойств антифрикционного материа-
ла, в том числе интенсивности износа.
При высоких скоростях скольжения большое значение приоб.-
рстает теплоотвод от втулки под радиальным буртиком. Сама
втулка выполняется из теплопроводной стали, часто в виде консо-
ли, под которую подается масло из форсунки 1 для интенсивного
охлаждения.
Торцовые контактные уплотнения. Эти уплотнения
нормализованы для двух разновидностей: уплотнения вала в непсн
движном корпусе и уплотнения между вращающимися валами
(рис. 4.47). Эти уплотнения применяют для скоростей скольжения
до 75 м/с и разности давлений до.400 кПа.
В зависимости от диаметра вала или резьбы на нем нормализо-
ваны все размеры деталей, материалы, покрытия, поверхностная
твердость и требования к допустимым отклонениям от геометри-
ческой формы, а также технологические рекомендации. Торцевое
уплотнение осуществляется между вращающейся втулкой 2 и при-
жимающимися к ней пружинами 5 на штифтах 4 кольцом 3 из уг-
леграфита. Втулка 2 охлаждается потоком масла из форсунки I.
Кольцо и пружины укреплены во втулке 8, имеющей возможность’
перемещаться в долевом,- направлении в корпусе 6 под действием,
давления воздуха или газа, преодолевая трение во вторичном уп-
лотнении от колец 7, выполненных из резины или чугуна.
Чтобы избежать чрезмерного прижатия углеграфита, высоту
буртика 0,5(di~-du) уплотняющего торца выбирают в пределах
2,2...4 мм, соблюдая при этом условия: di^d3 и di^jdz. При та-
ком выборе размеров уплотнения и отсутствии разности давлений
на стоянке или малых режимах двигателя прижимающее давление
от пружин должно быть минимально допустимым из условий гер-
метичности. При наличии во вторичном уплотнении О-образных
резиновых колец 7 это давление находится в пределах 10 ..
...30 кПа.
Втулку 2 выполняют из теплопроводного сплава с высокой по-
верхностной твердостью или с хромированным рабочем торцом.
Жесткие требования предъявляют к биению рабочего торца втул-
ки и неплоскостности рабочих торцов втулки и кольца, которую
выдерживают в пределах 0,3 ... 0,6 мкм при помощи безабразив-
ной притирки и проверяют стеклянными измерительными пласти-
нами.
Требование к уплотнениям. Из приведенных основных типов уп-
лотнений для вращающихся валов по степени уменьшения утечек можно соста-
вить следующий ряд: лабиринтное, импеллерное, с плавающими кольцами, метал-
лическими кольцами, радиальное, торцевое и манжетное. Из перечисленных уплот-
нений герметичными могут быть только манжетные и торцевые уплотнения при
малых перепадах давления и окружных скоростях.
90
Негерметичные уплотнения должны обеспечивать устойчивый ток воздуха или
газа в полости смазки на всех режимах работы двигателя, что приводит к не-
обходимости суфлирования этцх полостей, Герметичности можно добиться двумя
последовательно расположенными уплотнениями (например уплотнением упру-
гими металлическими кольцами и лабиринтным уплотнением) с промежуточным
подводом уплотняющего воздуха. Количество газа (или воздуха), проникающе-
го через уплотнения в полости смазки, следует по возможности снижать, так как
ок повышает циркуляцию масляного аэрозоля вблизи горячих стенок, что уве-
личивает теплоотдачу в масло и его окисление.
4.5. Суфлированиё
Корпуса подшипников, полости кожухов трансмиссий, картеры
редукторов и приводов агрегатов представляют собой масляные
полости двигателя. При работе двигателя в эти полости через
уплотнительные устройства поступает воздух и газы из проточной
части двигателя (когда давление воздуха или' газа выше давления
в масляных полостях); масло также может попадать из масляных
полостей в воздушно-газовый тракт двигателя, когда давление в
нем ниже давления в масляных полостях и на переменных режи-
мах работы двигателя. В последнем случае будет наблюдаться об-
масливание лопаток и попадание продуктов разложения масла в
кабину самолета при наддуве ее воздухом.
Для защиты воздушно-газового тракта двигателя от масла в
лабиринтные уплотнения опор двигателя подается от компрессора
сжатый воздух, который, выгоняя масло из уплотнений обратно в
масляные полости, сам частично проходит в эти полости. В связи
с тем, что температура выходящего из двигателя масла 100...
...200°С (в зоне трения она значительно выше), масло испаря-
ется, а по мере охлаждения его пары конденсируются, образуя
мельчайшие капельки. При прорыве сжатого воздуха в., масляные
цодо£1И.л. них повышается давление. Вместе с этим происходит до-
полнительный подогрев масла и егд'испарение.
Одновременно с испарением масло интенсивно перемешивается
с воздухом в подшипниках и в многочисленных передачах, что при-
водит к образованию аэрозоля. Повышенное давление в масляных
полостях может привёстиДгд.ополнительным’утёчкам'масла’с"воз-
духом в атмосферу через неплотности во фланцах и разъемах.
Переполнение же масляных полостей маслом приведет к перегреву
подшипников и нарушению работы маслосйстемы и' двигателя "8
целом.'С увеличением тяги двигателей и увеличением числа опор
ротора поступление в масляные полости воздуха, прорвавшегося че-
рез,, уплотнения, увеличивается. Для предотвращения указанных
явлений необходимо отводить в атмосферу воздух из масляных
полостей через систему суфлирования. Вместе с воздухом в атмо-
сферу выбрасывается большое количество масла, находящегося в
нем в виде паров и мельчайших взвешенных капель. Для умень-
шения выброса масла в атмосферу на' пути выходящего воздуха
устанавливают специальные агрегаты — суфлеры, которые отделя-
ют масло от воздуха и возвращают в двигатель.
91
Основной расход масла в двигателе происходит через систему
суфлирования. Применение дорогих синтетических масел в систе-
мах смазки двигателей требует решения задачи по снижению вы-
броса масла через суфлер. Основное назначение суфлеров — это
очистка воздуха от масла для сведения к минимуму выброса мас-
ла и поддержания определенного избыточного давления в масля-
ных полостях по сравнению с атмосферой.
Масла
Рис. 4.48. Радиальный центробежный суфлер
Суфлирование производится различными способами. В одних
двигателях'все масляные полости сообщаются между собой в еди-
ную систему, которая через суфлер сообщается с атмосферой [16].
в других используется раздельное суфлирование [50]. Выбор си-
стемы суфлирования зависит от схемы двигателя и системы уп-
лотнения масляных полостей.
Известны суфлеры статические и приводные ' центробежные
Принцип действия их основан на осаждении частиц масла в инер-
ционном поле. ;
Все разнообразие приводных центробежных суфлеров (ПЦС)
можно свести к двум основным типам: осевым, в которых отделе-
ние масла от воздуха происходит при движении воздушно-масля-
ной смеси в осевом направлении, и .радиальным, в которых масло
отделяется от воздуха в потоке воздушно-масляной смеси, движу-
щейся в радиальном направлении. В основном в авиационных ГТД
используют осевые ПЦС. За рубежом широкое применение нации
радиальные ПЦС [50]. Они более простые в конструктивном от-
ношении, имеют меньше массу и позволяет работать на больших
перепадах давления, чем осевые суфлеры.
На рис. 4. 48 показан радиальный ПЦС. Крыльчатка 1 закры-
того типа расположена в суфлируемой полости. Под действием
перепада давления аэрозоль поступает на лопатки, на которых
92
осаждаются частицы масла. Под действием центробежных сил мас-
ло отбрасывается обратно в картер суфлируемой полости. Воздух
через четыре отверстия 2 проходит внутрь втулки ротора и через
штуцер 3 отводится в атмосферу.
Геометрические размеры суфлеров зависят от расхода воздуха
через систему суфлирования и для каждого двигателя их подби-
рают экспериментально или на основании статистических данных.
В современных ПЦС расход воздуха_бв=2... 90 г/с, площадь вхо-
да'на крыльчатку Квх = 7,4... 41 см2, <5в = <звД\1х = 0,13... 2 г/(с-см2),
наружный диаметр крыльчатки D=44 ... 90 мм, внутренний d=
= 24 ... 50 мм, длина лопаток крыльчатки Б=16 ... 72 мм, L;D=
—0,355... 1.18, число лопаток 8...10, частота вращения ро-
тора п=9?50... 14000, окружная скорость на диаметре D равна
35 ... 65 м/с, расход масла через суфлер равен 0,3 ... 2 л/Re.
Большой разброс параметров суфлеров объясняется сложно-
стью процессов испарения и конденсации масла, а также движе-
ния, осаждения, дробления и коагуляции частиц масла, не позво-
ляющей расрчитать происходящие явления.
При анализе работы ПЦС обычно ограничиваются лишь рас-
смотрением процессов отделения от воздуха масла в капельно-
жидкой фазе. Сепарация 2-фазных сред используется и при очи-
стке масла от твердых включений (см. разд. 4.3). Для жидких
деформирующихся частиц закон Стокса справедлив лишь при
очень малых числах Рейнольдса (Red). Кроме того, при сепара-
ции жидких частиц от воздуха сила сопротивления не может быть
определена по закону Стокса из-за деформации самих частиц.
Условно силу сопротивления жидких капель масла при движе-
нии в воздухе можно определять по формуле: P=%FqvVo-^ /2, где
X — коэффициент сопротивления, являющийся функцией многих
параметров (в первую очередь Re), от правильного выбора кото-
рых зависит правомерность решения; F— площадь миделевого
сечения частицы масла; — плотность воздуха; ротн — относи-
тельная скорость движения частиц масла и воздуха. Для различ-
ных значений Re ряд авторов дают различные значения коэффици-
ента х [47].
Сопротивление передвижению частицы масла в воздухе зависит
и от ее ускорения. Частицы масла различных размеров будут иметь
различные скорости и траектории движения в канале суфлера при
одних и тех же параметрах потока. При прохождении по каналу
ПЦС капли масла большого'размера осаждаются ближе к вход-
ной кромке (рис. 4.49). Канди масла диаметром dK свыше 10 мкм
осаждаются примерно на 1/4 длины ротора, капли 5^dK<
<10 мкм— примерно на 1/2 длины ротора, а капли dK<4 мкм
вообще не осаждаются и уносятся потоком воздуха в атмосферу.
Увеличение числа лопаток увеличивает количество мелких капель,
осаждающихся в канале.
На процесс сепарации влияют частота вращения и осевая ско-
рость смеси. Чем меньше частота вращения, тем дальше по потоку
93
уносятся капли масла (снижение с «=100% до п=40% увелич-
вает длину пути осаждения капли в четыре раза). С увеличение'
осевой скорости v0 смеси траектория движения капель масла в по.
токе воздуха отклоняется вниз по потоку и длина пути осаждения
частиц масла в суфлере увеличивается (при увеличении по с 8 да
16 м/с длина пути осаждения капель масла увеличивается в два
раза).
На процесс сепарации существенное влияние оказывает режим
течения тонкого слоя отсепарированного' масла по неподвижным и
вращающимся поверхностям суфлера. Скорости течения жидкой
фазы (пленки) и воздуха различны по значению и направлению.
Скорость течения пленки осаж-
денного жидкого масла -значив
тельио меньше скорости потока
смеси и остается примерно посто-
янной.
На течение масляной пленки
влияет шероховатость обработки
поверхностей лопаток, которая не
должна быть ниже 3-гб класса по
ГОСТ 2789—73. Улучшать состоя-
ние поверхностей экономически
не выгодно; более грубая обра-
ботка приводит к более раннему
разрушению пленки и ухудше;
нию сепарации масла.
Рис. 4.49. Зависимость относи-
тельной длины пути осаждения
капель масла в ПЦС от их диа-
метра
С увеличением частоты вращения толщина пленки масла ста-
новится соизмеримой с высотой микронеровностей на поверхности
лопаток. На свободной поверхности пленки возникают гравитаци-
онно-капиллярные волны различного типа, режим течения кото-
рых влияет на расход масла в пленке. -Волны оказывают переме-
шивающее воздействие по поперечному сечению потока. Скорость
волны на поверхности пленки значительно (в 8 . .. 10 раз) превы-
шает скорость движения масла в пленке. Пленка представляет соч
бой как бы движущуюся шероховатость, что приводит к существен-
ному изменению скорости газовой среды . в . поперечном сечёниг
ПЦС (особенно окружной ее составляющей) и турбулизаций поч
тока. ' ‘
При описанной картине течения уменьшается устойчивость пле-
ночного течения, ускоряется разрушение пленки на капли и уве-
личивается выброс масла в атмосферу.
На расход масла через суфлер влияет давление воздушно-мае’-
ляной смеси на входе. При избыточном давлении может возник-
нуть явление «запирания» суфлера, при котором резко снижается1
расход воздуха через суфлер и увеличивается расход масла, Это
явление может быть вызвано неправильно организованным отво4’
дом масла из суфлера, когда оно поступает в масляную полост®'
вблизи входа в суфлер. При повышенном давлении на входе смее’.
может подхватывать отсепарированиое масло и подавать его опять
вход в-суфлер. Это приводит к постепенной закупорке входного
мнения суфлера маслом и сопровождается быстрым увеличением
давления в суфлируемых полостях и.большим выбросом масла че-
рез суфлер и в газовоздушный тракт двигателя через-уплотнения,
т. В правильно спроектированной системе суфлирования макси-
мальный часовой расход жидкой фазы масла не должен превы-
шать 0,6 л/ч. Для повышения степени отделения масла от воздуха
иногда применяют различные завихрители, устанавливаемые на
входе в суфлер. Завихритель увеличивает окружную скорость сме-
Рис. 4.50. ПЦС с баростатическим клапаном двойного действия:
J—крыльчагткд.; 2‘-чп0ре,пукжной тарвльча-тый клапан иэбыггочнаго давления; 3—силь-
фом; 4—баростагпичеосйй выооткый клапан
ей, приближая ее к окружной скорости ротора, что способствует
повышению эффективности суфлера.
Вращающаяся крыльчатка ПЦС имеет определенное гидравли-
ческое сопротивление, благодаря чему в суфлируемых полостях
Создается необходимое избыточное над атмосферным давление,
обеспечивающее нормальную работу откачивающих маслонасосов
И. системы'масляиых уплотнений. -При полетах на больших высо-
тах перепад давления на крыльчатке становится недостаточным и
для создания необходимого избыточного давления устанавливают
баростатические клапаны двойного действия [30].
На рис. 4. 50 показан ПЦС с баростатическим клапаном двой-
ного действия. До высот ниже 12 км баростатический клапан от-
крыт и суфлер работает как обычный, без клапана. При пониже-
нии избыточного давления ниже 20 кПа клапан закрывается и изо-
дарует масляную систему от атмосферы. В случае увеличения дав-
ления в системе сверх допустимого при закрытом клапане 4 от-
95
крывается перепускной тарельчатый клапан (избыточного давле-
ния) 2, через который воздух из суфлера перепускается в атмо-
сферу.
4.6. Размещение агрегатов системы
смазки на двигателе
Требования к размещению агрегатов системы смазки вытека-
ют из особенностей циркуляции в двигателе вязкой жидкости, ка-
кой является .масло, из условий удобства эксплуатации ненадежно-
сти работы системы при минимальной массе и габаритных разме-
рах. Насос подачи масла обычно располагают как можно ниже
уровня масла в баке, что создает благоприятные условия для ра-
боты на высоте, а также при попадании воздушных пробок в ма-
гистраль всасывания.
На маслопроводах не должно быть сифонных колен и застой-
ных карманов во избежание замерзания и неполного слива масл£
в этих местах, кроме оговоренных в разд. 4. 2 для стравливания
воздушных пробок в магистралях подачи. Из системы смазки дви-
гателя должен быть обеспечен возможно более полный слив мас-
ла из минимального числа точек слива. Это требование особенно
важно при замене масла по регламенту или в случае попадания
в масло посторонних примесей.
На самолете должно быть обеспечено удобство подходов к точ-
кам обслуживания системы смазки для заправки и слива масле;
регулировки клапанов, осмотра фильтров. При снятии масляних
фильтров с двигателя для их осмотра из системы должно выте-
кать минимальное количество масла, не попадая при этом на де-
тали двигателя и самолета. Магистрали- системы смазки должны
иметь минимальное число соединений, при этом по возможности
должен быть обеспечен подход к стыкам для устранения подтека-
ний дополнительной затяжкой резьбовых соединений или заменой
уплотнительных колец или прокладок.
Исходя из перечисленных требований, в системах смазки дви-
гателей обычно соединяют в модули функционально связанные аг-
регаты и отдельные узлы. Как правило, узлы клапанов объедине-
ны с агрегатами в общих кррпусах и связаны внутренними кана-
лами. Широко распространено объединение в один агрегат таких
узлов как насос подачи и перепускной клапан, фильтр и предохра-
нительный клапан, масляный бак, топливомасляный теплообмен-
ник низкого давления топлива -й топливный фильтр с перепускны-
ми и предохранительными клапанами.
Развитие модульности приводит к сосредоточению всей систе-
мы смазки в небольшом числе агрегатов, снижению их габаритных
размеров и массы, сокращению трубопроводов и наружных стыков.
Примером конструктивного выполнения модуля системы смазки
может служить масляный агрегат, приведенный на рис. 4.5).
В корпусе 1 агрегата с легкосъемным креплением выполнена
сквозная расточка, в которой размещены четырехсекционный блок)
насосов и фильтр /2. Насос подачи снабжен обратным 15 и пере-'
96
пускным И клапанами, а фильтр — нажимным 13 и предохрани-
тельным 14 клапанами. Все каналы 10 подвода и отвода масла
Рис. 4.51 Масляный вгрегат;
/-Корпус; ведущий валик с шестерней 3-й секции; 3—'ведущая шестерня; 4—шпанка; 5—
корпус насоса; 6~^крышка корпуса; 7—«ставка фильтра; 8—®рмшка фильтра; 9—угольник
выхода масла; 10—-канал подвода и отвода масла; //“^церегауслдоо'й клапан; 12—секционный
фильтр»; 13—нажимной -клапан; 14 лредоязранитсльяый лсла’пан; J5—обратный клапан; 16--
уппоти и тельное кольцо; 17—ось ведомых шестерен; 75—ведомая шестерня; 19—манжетное
уппопнение
выполнены в литье корпуса агрегата и соединяются с приводом
перепускными втулками. Угольник 9 выводит масло в магистраль
подачи.
5. ВНЕШНИЕ МАГИСТРАЛИ
МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ
5.1. Магистрали всасывания
Магистраль всасывания циркуляционной одноконтурной (см.
рис. 3. 1) масляной системы —это участок от заборного штуцера в
маслобаке до нагнетающего насоса. Конструктивное выполнение
магистрали и ее параметры оказывают существенное влияние на
работу нагнетающего насоса, особенно в высотных условиях. Как
известно, давление масла на входе в насос определяется величиной
давления на свободную поверхность масла в баке, высотой его
уровня и гидравлическим сопротивлением всасывающей магистра-
ли. Чтобы сопротивление линии всасывания было минимальным,
ее трубопровод должен быть как можно более прямым, коротким
и иметь постоянное по длине проходное сечение.
К выбору внутреннего диаметра всасывающего трубопровода
следует относиться особенно внимательно, так как он оказывает
существенное влияние на величину гидравлического сопротивле-
ния.
В авиационных системах обычно стремятся повысить скорость
течения жидкости в магистралях, что дает возможность получить
малую площадь поперечного сечения канала, а следовательно
и небольшую массу трубопроводов, их соединений и агрегатов,Во
всасывающих магистралях масляных систем для получения прием-
лемых диаметров трубопроводов я небольших гидравлических, со-
противлений скорость движения масла в зависимости от длины
трубопровода выбирают в пределах 0,7 ... 1,7 м/с. Выбор скорости
в указанных пределах объясняется тем, что в трубопроводах, от-
водящих жидкость из резервуаров с нулевым или малым избыточ-
ным давлением, гидравлические потери соизмеримы с давлением
в трубопроводе; более высокие скорости можно допускать только
в достаточно высоконапорных магистралях, где потери пренебре-
жимо малы по сравнению с давлением. '
По известной максимальной прокачке масла (1ГДВ, л/мин) через
двигатель, задавшись средней скоростью масла (о, см/с), ориенти-
ровочно определяют внутренний диаметр всасывающего трубопро-
вода в см
Определив dBCae> выбирают ближайший больший стандартный диа-
метр и уточняют значение средней скорости масла; окончательный
выбор диаметра производится после гидравлического расчета ма-
гистрали и оценки высотности системы. Если двигатели обладают
98
одинаковой 1Гдв, трубопровод от бака до насоса подпитки в двух-
контурных и короткозамкнутых системах имеет ту же площадь
проходного сечения, что и всасывающий трубопровод одноконтур-
ной системы.
Гидравлическое сопротивление магистрали всасывания зависит
не только от ее протяженности I и площади проходного сечения, но
йот вязкости масла, повышающейся с уменьшением температуры.
Несмотря на то, что .при нормальном эксплуатационном режиме со-
противление всасывающей магистрали сравнительно невелико
( , . . 75 ом масляного столба), при низкой температуре на режи-
ме запуска оно может увеличиться так значительно, что вызовет
разрыв масляного потока. При определении площади проходного
сечения линии всасывания это явление можно учесть, подсчитав
пропускную способность 1F линии на режиме холодного запуска
по формуле [31]'
w=Vh^/s,
где //всас — располагаемый напор в трубопроводе; S — сопротив-
ление трубопровода при ламинарном режиме течения.
Сопротивление трубопровода
5=--8л//(^л2г/5),
где 7.— коэффициент гидравлического сопротивления, / — длина
трубопровода.
На режиме запуска Нвсяс определяется всасывающей способ-
ностью нагнетающего насоса и уровнем масла в баке над насосом.
При достаточно совершенной конструкций насос при 1Р'к= 0 может
создавать разрежение на всасывание около 10 м масляного стол-
ба. В расчет следует вводить разрежение 6 ... 7 м.
Увеличение,, вязкости масла наиболее заметно сказывается на
силе гидрайлн^еского сопротивления всасывающей магистрали
при наличии в’йей различного рода колен и поворотных угольни-
ков, применение которых поэтому является нежелательным. По
этой же причине трубопроводы магистрали нельзя прокладывать
в зоне обдува холодным воздухом, или, если это требование не
удается выполнить, трубопроводы должны иметь надежную тепло-
изоляцию.
Желание снизить сопротивление, магистрали и повысить тем са-
мым высотность системы часто заставляет . избегать установки
фильтров в линии всасывания. Вероятность поступления в магист-
раль пыли и других механических частиц, попавших в маслобак
при заправке или через систему дренажа, мож,ет быть снижена
специальным отстойником в нижней части бака и заборным штуце-
ром над этим отстойником. Кроме того, заливные горловины баков
всегда оснащают защитными сетками. Все повышающиеся требо-
вания к чистоте масла в системе не могут быть удовлетворены
только упомянутыми мероприятиями. Поэтому в настоящее время
всё большее распространение получают системы «закрытой» за-,
правки маслобака под давлением (см. разд. 5. 5).
4*
99
Задачей гидравлического расчета магистрали всасывания яв-
ляется проверка высотности масляной системы, т. е. высоты поле-
та, до которой нагнетающий насос может поддерживать заданное
давление на входе в двигатель, и, следовательнр, обеспечивать
необходимую прокачку масла, В процессе расчета проверяются и
уточняются выбранные размеры трубопровода, оцениваются
устройства, создающие подпор перед нагнетающим насосом, и сам
насос, схема и компоновка масляной системы.
Нагнетающий шестеренный насос работает устойчиво и подает
потребное количество масла в двигатель, если обеспечивается нор-
мальное заполнение маслом межзубового пространства. Заполняя
.межзубовые впадины, масло, поступающее из бака под давлени-
ем, которое определяется высотой уровня масла в баке и давле-
нием в его надмасляной полости, преодолевает сопротивление вса-
сывающей магистрали и центробежную силу, возникающую при
вращении масла в^насосе.
Таким образом, для заполнения маслом насоса и сохранения
его подачи необходимо, чтобы имело место соотношение
Ря+Авб+СиЗЧ* 1ту + /л/гх)>А+РлИН+Ар
где рн — атмосферное давление, рИЗб — избыточное давление в
надмасляной полости маслобака; h — уровень масла в баке над
входным штуцером нагнетающего насоса; пх, пу — коэффициенты
перегрузок; 1Х—проекция длины всасывающего трубопровода на
горизонтальную ось; рг и Рдин — потери давления на преодоление
гидравлических сопротивлений и на создание скоростного, напора
в трубопроводе; рц — давление, необходимое для преодоления
центробежных сил, возникающих .при вращении масла в насосе.
Оставив в левой части вышеприведенного неравенства только
атмосферное давление и выразив остальные давления через высоту
столба масла, получим формулу, по которой можно определить
высотность масляной системы,
Рн ~ [^Г ^ДИН + Ац Йнзй ( + fitly + IХЦХ)]
Атмосферное давление рн берут,из таблицы стандартной атмо-
сферы для высот, соответствующих границе высотности двигателя
и практическому потолку самолета, т. е. высот, являющихся рас-
четными при оценке высотности масляной системы. В первом слу-
чае при расчете учитывают инерционные перегрузки, во втором -
рассматривают только горизонтальный полет с постоянной ско-
ростью.
Потери на преодоление гидравлических сопротивлений hr скла-
дываются из линейных потерь на трение /зтр и местных йи потерь
Сравнительно большой удельный вес hTp в общем гидравличе-
ском сопротивлении магистрали объясняется тем, что коэффициент
гидравлического сопротивления X при имеющих место на прак-
тике числах Рейнольдса достаточно велик.
300
Рис. 5. 1. Изменение коэффициентов а
и k при ламинарном режиме:
£—длина всасывающего трубопровода
При расчете потерь на трение необходимо учитывать, что уста-
новление (стабилизация) гидродинамической структуры потока,
характерной для того или иного режима течения жидкости, проис-
ходит в трубопроводе на сравнительно большом расстоянии от за-
борного патрубка маслобака на так называемом начальном участ-
ке течения, длина которого может быть определена с достаточной
Точностью для ламинарного режима по формуле /Пач==
±b0,029rft;cacRe [27] и для турбулентного режима по формуле
/Нач—'2,45<ZBCacV°>5 [31]. На начальном участке трубопровода ли-
нейные потери получаются
большими, чем на последую-
щем, поэтому для трубопрово-
да, у которого Z^/иач, ОНИ
должны определяться по из-
вестной формуле Дарси —
Вейсбаха, но с поправочным
коэффициентом k> 1
hcp = k\ -- — . (5. 2)
^веас 2 g
..Для ламинарного режима
течения этот коэффициент мож-
но- представить как функцию
безразмерного параметра
(//*?е^ыеас) Ю3 (рис, 5.1). Для
получения минимальных линейных потерь длину трубопровода вса-
сывающей магистрали делают по возможности малой, поэтому она
глибо укладывается в длину начального участка, либо незначитель-
но превышает ее. Выразив в формуле ('5.2) А и v соответственно
(через кинематическую вязкость масла vM в квадратных сантимет
фах- в секунду и прокачку масла через двигатель й''дп в литрах в
минуту, получим для /й£/нач при ламинарном режиме потери на
трение в сантиметрах
ATP=7,6№tcvBU7„103. ' (5.3)
Д При Z—/Пач коэффициент k— 1,09. Это означает, что потери на
^анальном участке превышают на 9% потери на равновеликом уча-
стке стабилизированного течения. Поэтому, если 1>/иач> то линей-
ные потери следует подсчитывать по формуле г 1
йтр = 7,6^Гдв(/ун + 5,5Гдв).. Т : (5.4)
При расчете потерь на трение учитывают их возможное увели-
чение вследствие повышения вязкости околостеночного слоя масла
'из-за теплоотдачи в стенки трубопровода. При ламинарном течении
масла в металлическом трубопроводе, проходящем через необогре-
ваемые отсеки, прирост потерь составляет 30%, обычно трубопро-
воды масляной системы прокладывают в отсеке двигателя и в этом
Случае прирост потерь (так же, как и в шлангах, независимо от
места их установки) составляет 10%. Формулы (5.3) и (5.4) со-
10t
ставлены с учетом этого прироста потерь. Вязкость масла прини-
мают равной вязкости при максимально допустимой температуре
масла на входе в двигатель (этой температуре отвечает максималь-
ное значение 1^дв).
Из приведенных выше зависимостей видно, что при заданной
прокачке в случае ламинарного режима течения потери на трение
обратно пропорциональны четвертой степени диаметра трубопро-
вода, поэтому к выбору последнего следует подходить особенно
осторожно.
В случае турбулентного режима течения масла длина началь-
ного участка мала и прирост в нем линейных потерь незначителен,
поэтому расчет ведется по формуле (5.2) при А=1. Для опреде-
ления коэффициента гидравлического сопротивления наиболее ча-
сто пользуются формулой Блаузиса X=0,3164 Re-®’2®, дающей на-
дежные результаты при Re, характеризующих поток во всасываю-
щих магистралях. Эта формула справедлива для так называемых
технически гладких труб, шероховатость которых столь мала, что
практически не влияет на потери. К таким трубам относятся и
авиационные маслопроводы, поэтому их можно считать техниче-
ски гладкими и при расчете пользоваться приведенной формулой.
Подставляя зна!чен,ия К в формулу (5. 2) и выражая о через
нетрудно убедиться, что потери на трение при турбулентном режи-
ме будут пропорциональны /vM26lF^75iZ“4,75. Следовательно,
для турбулентного потока влияние длины трубопровода на потери
будет таким же, как и для ламинарного; влияние же диаметра
становится более ощутимым. Потери напора при этом режиме*ма-
ло зависят от вязкости: если вязкость увеличивается вГдва’ раза,
то потери возрастают только на 20%. В расчете потерь при турбу-
лентном режиме охлаждение околостеночного слоя масла из-за*геп-’
лообмена с трубопроводом не учитывают.
Применение в настоящее время высокоэффективных средств
воздухоотделения делает настолько незначительным рост гидрав-
лического сопротивления в магистрали всасывания из-за наличия
в масляном потоке частиц воздуха, что увеличение потерь при
этом можно не учитывать.
Местные потери (йм), возникающие при прохождении масла чё*
рез различные элементы магистрали вследствие изменения направ*
ления потока и скорости, принято определять по формуле Вейс-
баха
. __
“к „ •
Постоянство проходного сечения всасывающей магистрали и от*
сутсъвие в ней каких-либо агрегатов значительно уменьшает число
местных сопротивлений. Как правило, местные сопротивления —
это повороты трубопровода.
Коэффициенты местных .сопротивлений могут существенно из-
меняться в зависимости от режима течения масла, поэтому для
102
точного определения их значений следует пользоваться приводимы-
ми в справочной литературе зависимостями (Re),
.Потери (Адин) на создание скоростного напора во всасывающем
трубопроводе подсчитывают по формуле
. _ t>2
“лнн~ а jg- ’
где а—безразмерный коэффициент Кориолиса, учитывающий не-
равномерность распределения скоростей по сечению. При ламинар-
ном течении и достаточно большой длине всасывающей магистра-
ли (^4,ач) коэффициент а=2; при (<(нач значения а следует
определять но графику, приведенному на рис. 5. 1; при турбулент-
ном течении а= 1+2,6511 [31].
Напор (Лц), необходимый для преодоления центробежных сил,
возникающих при вращении масла в нагнетающем насосе, может
быть определен при известных геометрических размерах насоса и
его частоте вращения по формуле йц™рвс/рм£, где рвс находится,
но формуле (4.2). Учет при определении высотности масляной
системы необходим для обеспечения условия наиболее полного за-
полнения маслом межзубовых впадин насоса.
Статический напор, образующийся из-за избыточного давления
в маслобаке (/!изб), в начале расчета принимается равным нулю.
Уровень масла h в баке над входным штуцерам нагнетающего
насоса определяется для минимально допустимого количества мас-
ла в баке при наименее выгодном положении самолета, т. е. при
.пикировании, если маслобак расположен впереди насоса (по поле-
ту); и при наборе высоты, если маслобак расположен за насосом.
В зависимости от назначения самолета углы набора высоты при-
нимаются в пределах 45...80°, пикирования "(планирования)—
45... 90°.
Коэффициенты перегрузок (пу> пх) берут из норм прочности и
учитывают только в том случае, если действие перегрузок уменьша-
ет давление на входе в. насос. Перегрузки будут уменьшать распо-.
.латаемый напор перед насосом, если вызвавшие их ускорения по
своему направлению совпадают с направлением течения масла в
трубопроводе. Так как маслобак всегда устанавливают выше на-
гнетающего насоса, то действие больших положительных перегру-
зок на виражах и при выходе из пикирования может только повы-
сить напор перед насосом. Наиболее опасными режимами полета,
с точки зрения влияния перегрузок на работу масляной системы,
считаются ввод в пикирование и разгон. Последний режим, оче-
видно, не будет опасным для систем, в которых маслобак располо-
жен перед насосом.
При оценке достаточности высотности масляной системы на
практическом потолке самолета расчет производят для горизон-
тального полета с постоянной скоростью (nv=l, пх=0). Для вы-
соты, соответствующей границе высотности двигателя, расчет ведут
с учетом наименее выгодного расположения бака относительно на-
соса и неблагоприятного действия перегрузок,
103
После нахождения значений всех членов, входящих в правую
часть неравенства (5. 1), определяют их сумму, значение которой,
умноженное на gMg, будет соответствовать атмосферному,давлению
на допустимой высоте полета. Если найденная путем расчета допу-
стимая высота окажется меньше потребной, т. е. меньше высоты,
соответствующей значению рн, то намечаются и проверяются рас*
четом во втором и последующих приближениях следующие меро-
приятия:
— снижение гидравлического сопротивления всасывающей ма-
гистрали уменьшением длины и увеличением внутреннего диамет-
ра трубопровода, а также максимальным уменьшением местных
потерь.'Чем больше высота полета,, тем больше степень влияния
гидравлического сопротивления на высотность масляной системы.
Так, например,' уменьшение сопротивления, приводящее к росту
напора масла перед насосом на 20 см масляного столба, вызывает
увеличение высотности системы на 1 км при исходной высотности
15 км и на 0,3 км при 10 км;
— увеличение высоты установки бака над насосом. Как прави-
ло, высота расположения бака ограничивается условиями компо-
новки. Уменьшение разности уровней масла в баке и в насосе на
100 мм приводит к снижению высотности системы примерно на
300 м на больших высотах полета. В результате изменения поло-
жения самолета может измениться и разность высот установки ба-
ка и’насоса, поэтому, чтобы уменьшить влияние положения само-
лета на высотность масляной системы, целесообразно располагать
маслобак по оси двигателя как можно ближе к насосу и как мож-
но выше над ним;
— уменьшение процентного содержания воздуха в масле, выхо-
дящем -из бака, снижением противодавления в магистрали откач-
ки и применением дополнительных средств воздухоотделения в
баке;
— уменьшение центробежных сил инерции. Как правило, воз-
можность снижения гидравлического сопротивления и повышения
уровня масла в баке ограничены, поэтому следует рассмотреть и
вопрос уменьшения частоты вращения шестерен насоса при сохра-
нении его .подачи. Это можно сделать при заданных диаметре ше-
стерен насоса и модуле зубчатого зацепления, применяя насос с
увеличенной шириной шестерен;
— создание избыточного давления в маслобаке. Если в процес-
се расчета выяснится, что открытая система (маслобак сообщен
непосредственно с атмосферой) не может обеспечить требуемой
высотности, то можно повысить давление на входе в насос созда-
нием избыточного давления на свободной поверхности масла в ба-
ке установкой в суфлирующей магистрали клапана постоянного':
давления или постоянного перепада давлений, а также соединением-
надмасляной полости бака с воздухоотделителем и суфлирующими-
ся полостями двигателя;
— уменьшение потребной прокачки масла через двигатель бо-
лее рациональным подводом масла к узлам трения.
НИ
5.2. Магистраль откачки
Внешняя магистраль откачки (см, рис. 3.1), в которой проис-
ходит подготовка масла к следующему циклу смазки, цредстав-
ляет собой участок масленой, системы, заключенный между отка-
чивающими насосами и маслобаком. Таким образом, но внешнюю
магистраль откачки входят воздухоотделители и агрегаты, поддер-
живающие заданную температуру масла, гидравлическое сопротив-
ление последних и определяет в основном противодавление масла
на выходе из двигателя. Чаще всего в рассматриваемой магистра-
ли отсутствуют фильтрующие устройства, но в некоторых системах
устанавливают фильтры и за откачивающими насосами.
, В линии откачки одноконтурных систем при входе в маслобак
устанавливают неприводные центробежные воздухоотделительные
или прбтивопенные устройства.
В двухконтурных системах (см. рис. 3. 1, б) разделение масла
по контурам производится в откачивающей магистрали за тепло-
обменником. Потребный циркуляционный расход масла через бак
определяется экспериментально и обычно составляет 0,1...
,.. 0,15 №да. Количество масла, поступающего во второй циркуля-
ционный контур, определяется проходным сечением установленной
в неМ дроссельной шайбы. При определении площади исходного
проходного сечения шайбы, обеспечивающей требуемую циркуля-
цию .масла через бак, используют известную зависимость расхода
через шайбу от перейада давлений на ней [27]. При этом следует
учитывать, что перепад давления на дросселе будет определяться
с одной стороны, величиной столба масла в баке (ризб=0, так как
в таких системах надмасляная полость бака обычно соединена не-
посредственно с атмосферой), а с другой стороны, противодавле-
нием 60. ..100 кПа масла на выходе из насоса подпитки, которое
поддерживается его перепускным клапаном.
Сопротивление трубопроводов линий внешней откачки влияет
на работу маслосистемы в меньшей степени, чем в магистрали
всасывания. Но в связи с тем, что уменьшение сопротивления
всегда улучшает работу системы, уменьшает перемешивание масла
с воздухом и замедляет процесс растворения воздуха в маслег
проходящем через магистраль откачки, при проектировании послед-
ней следует принимать те же меры, направленные на уменьшение
гидравлического сопротивления, что и для магистрали всасывания.
Понижение температуры масла вызывает резкое увеличение
гидравлического сопротивления теплообменника, поэтому в отка-
чивающих магистралях всегда предусматривают устройства, обес-
печивающие при необходимости перепуск масла мимо теплообмен-
ных элементов. Скорость масла в откачивающей магистрали при-
нимают такую же, что и во всасывающей (иногда допускают и не-
которое ее увеличение), поэтому диаметр трубопровода линии
откачки может быть определен через диаметр всасывающего- тру-
бопровода: cfOTK=i(0,9.... l,0)dBcac.
105
5.3. Воздухоотделители
При смазке подшипников двигателя, а также многочисленных
приводов агрегатов и передач масло раздробляется и интенсивно
перемешивается с воздухом и другими газами, в результате чего
образуется масловоздушная эмульсия. В эмульсии воздух нахо-
дится в виде пузырьков различных размеров, начиная с пузырьков,
соизмеримых с молекулами, и кончая пузырями диаметром
10... 20 мм и более. Мелкие пузырьки образуются в основном при
выделении из масла растворенного воздуха.
В откачивающих насосах имеющиеся в
масле пузыри воздуха еще более раздроб-
ляются. После откачивающего насоса дав-
ление масла из-за гидравлических сопро-
тивлений за насосом повышается. При этом
часть свободного воздуха дополнительно
растворяется в масле. Общее количество
растворенных в масле воздуха и газов при
стандартных атмосферных условиях может
составлять до 7 ... 10% .по объему.
Наличие растворенного в масле воздуха
Рис. 5.2. Пеногасители: безвредно для двигателя, если потери напо-
в системе невелики. При снижении дав-
л—перфорированные и сетчатые^ г
педегсфодии; заборныхления из масла начинают выделяться pact-
даятекь-лотк03Ь1Й воздухоот'воренные в нем воздух и газы. Увеличение
объема свободного воздуха приводит к
уменьшению объемной подачи насосов и снижению их высот-
ности. При увеличении высоты полета давление в баке и перед
откачивающим насосом уменьшается, увеличивается объем сво-
бодного воздуха в масле, а количество масла, перекачиваемого
насосом, соответственно уменьшается. Чем больше откачивается
из двигателя с .маслом воздуха, тем больше его будет и на входе
в нагнетающий насос. Вспененное масло хуже смазывает и охлаж-
дает детали двигателя из-за местных разрывов масляной пленки.
Поэтому важной задачей является непрерывное удаление воздуха
из масла в маслосистеме двигателя.
Для предварительного удаления воздуха из масла применяют
пеногасители, выполненные в виде перфорированных или сетчатых
перегородок, устанавливаемых в маслосборниках двигателя (рис.
5.2, а) и перфорированных или сетчатых наконечников заборных
трубок (рис. 5.2,6). При прохождении масловоздушной эмульсии
через узкие щели и ячейки сеток воздушные пузыри лопаются и
масло в значительной степени освобождается от воздуха. Иногда
используют лотковые воздухоотделители (рис. 5. 2, е). Вспененное
масло, попадая на плоский лоток, стекает оттуда в маслосборник
тонкой пленкой, в которой лопается значительная часть воздушных
пузырьков. Лотковые воздухоотделители устанавливают и в масло-
баках.
Маслосборники и маслобак также способствуют.освобождению
масла от воздуха. При достаточном их объеме и свободной поверх-
106
ности масла пена всплывает наверх, освобождая масло от' возду-
ха. Маслосборники частично являются и отстойниками и распола-
гаются в местах, удаленных от вращающихся деталей.
Некоторое увеличение размеров маслосборников и их массы с
избытком окупается уменьшением потребного количества масла в
баках, соответственно уменьшением габаритных размеров и массы
всей маслосистемы, а также улучшением ее работы.
При попадании масловоздушной эмульсии в маслосборник или
маслобак пузырьки воздуха отделяются от масла и всплывают на
поверхность. Скорость всплывания ов t изолированного воздушного
пузыря диаметром d в масле, имеющем ди-
намическую вязкость т), может быть опре-
делена по формуле Стокса
1 18 ij
где и Qb — соответственно плотности
масла .и воздуха.
Время всплывания пузырьков воздуха
зависит от уровня масла в маслосборнике
(баке), а также от скорости опускания это-
го уровня. Чтобы пузырьки воздуха данно-
го диаметра успели выделиться на поверх-
ности масла, необходимо, чтобы скорость
Ов t всплывания пузырьков воздуха была
больше или равна скорости им 4 опускания
уровня масла. Из этого условия можно
найти минимальный диаметр воздушных
Рис. 5.3. Время, потребное
для выделения пузырьков
воздуха из масла МК-8 в за-
висимости от их диаметра:
пузырьков, которые достигнут поверхности
и выделятся из масла.
В баках масляных систем ГТД ~
«3 ... 5 мм/с. Зная это и учитывая сред-
ний уровень масла, можно определить время, потребное для выде-
ления из масла пузырьков воздуха данного диаметра. На рис. 5.3
показано время выделения из масла МК-8 пузырьков воздуха -в за-
висимости от их диаметра при постоянном уровне масла в баке.
Как видно из графиков, время, потребное для всплывания пузырь-
ков воздуха, будет тем меньше, чем больше диаметр пузырьков и
/--при температуре 'масла 50° С;
Й—лпрй 100” С
выш'е температура масла.
Процесс выделения воздуха из масла сопровождается укруп-
нением газовых частиц в двухфазной среде. Крупные частицы (пу-
зырьки воздуха),.являясь центрами коагуляции, притягивают к се-
бе мелкие и при этом еще более .укрупняются, а их способность
притяжения мелких пузырей все более увеличивается. Процесс
приобретает автокаталитический характер. При коагуляции диа-
метр пузырьков воздуха, а следовательно, и скорость их всплыва-
ния увеличиваются. Однако не все пузырьки воздуха успевают
выделиться из масла. Мелкие пузырьки остаются и вместе с мас-
лом поступают во всасывающую магистраль двигателя.
107
Эффективно удаляют воздух из масла приводные цетробежные
воздухоотделители ПЦВ, устаиавливаемые за откачивающими на-
сосами. В ПЦВ используется поле центробежных сил как и в цен-
тробежных очистителях (см. разд. 4.3). Более тяжелое масло от-
брасывается центробежными силами к периферии, откуда отводит-
ся в маслосистему, а более легкий воздух собирается в центре и
отводится в бак или в суфлируемую полость двигателя. Ротор. ПЦВ
представляет собой пустотелый стакан с радиальными лопатками
и приводится во вращение от ротора двигателя.
Рис. 5. 4. ПЦВ двигателя АИ-20:
1—полость- .г-крыльчатка; 3—шайба; 4—
полость; 5—атнлпель для отвода . воздуха;
патрубок для отвода масла
Рис. 5, 5. ПЦВ:
/—ротор; 2—центробежный клапан
Рассмотрим работу и конструкцию ПЦВ, изображенного на рис.
5. 4. Масловоздушная эмульсия поступает в полость 1, откуда по-
падает в проточную часть крыльчатки 2 закрытого типа с. ради-
альными лопатками. Масло, отброшенное на периферию крыль-
чатки, проходит в щель между ободом крыльчатки и шайбой 3,
поступает в полость 4 и отводится через патрубок. 6. Воздух оттес-
няется к оси ротора и через отверстия в ступице крыльчатки и в
валике проходит внутрь валика и отводится оттуда через, нип-
пель 5.
Валик с крыльчаткой вращается на шариковых подшипниках.
Ротор уплотнен упругими металлическими кольцами.
В современных ПЦВ длина ротора L=45... 70 мм, внутрен-
ний диаметр проточной части £>=25. . .40 мм, наружный — О—
=70... 120 м.м, L/Dz—0,45 ... 0,8, частота вращения ротора равна
5300 ... 6800 мин-1, окружная скорость ротора равна 20 ... 45 м/с,
осевая скорость течения эмульсии в роторе 0,1 ... 1,15 м/с, время
пребывания эмульсии в роторе 0,06 ... 0,45 с.
Геометрические размеры ПЦВ зависят от циркуляционного рас-
хода масла в системе. Обычно их уточняют в процессе доводки
двигателя.
108
Эффективность работы воздухоотделителя зависит от частоты
вра‘ЩРния его ротора и от вязкости масла. С увеличением вязко-
сти масла отделение воздуха становится менее эффективным.
При запуске двигателя это может привести к переполнению
маслом отстойников (в системах с отводом масловоздушной
эмульсии в двигатель). Для устранения этого недостатка в возду-
хоотделителе или в магистрали отвода эмульсии устанавливают
специальные (эмульсионные) клапаны.
На пониженных частотах вращения ПЦВ работает неэффек-
тивно, вследствие чего масло вместе с воздухом может перетекать
^ суфлируемую полость, куда обычно отводится воздух. Для пре-
дотвращения этого на некоторых ПЦВ (рис. 5. 5) устанавливают
Центробежный клапан, через который воздух отводится в систему
суфлирования лишь при достижении ротором частоты вращения
не менее 0,35... 0,5 лтах.
ПЦВ не -может полностью очистить масло от воздуха, так как
отбрасывая масло к периферии ротора и повышая тем самым дав-
ление в нем, он одновременно повышает и количество воздуха, рас-
творенного в масле. Поэтому после воздухоотделителя в масле
остается часть воздуха. При правильно выбранных параметрах
воздухоотделителя содержание воздуха в масле уменьшается до
4 ... 5% и даже-до 1 %. -
5.4. Магистраль суфлирования
и дренажа
В зависимости от выбранной схемы маслопитания внешняя ма-
гистраль суфлирования может связывать маслобак или с системой
суфлирования двигателя или непосредственно с атмосферой (в по-
следнем случае она будет называться дренажной). Кроме того,
в рассматриваемую магистраль можно включить и линию отвода
воздуха из ПЦВ в бак.
При больших прокачках масла через бак, в случае каких-либо
отклонений от нормальной работы насосов, увеличивается вероят-
ность выброса масла в атмосферу. Поэтому в одноконтурных си-
стемах (см. рис. 3. 1,«), где через бак прокачивается все цирку-
лирующее масло, получила широкое распространение система суф-
лйроваиия бака, при которой надмасляная часть бака подключа-
емся к системе суфлирования внутренних маслополостей двигате-
ле и имеет связь с атмосферой через ПЦС двигателя. Такой спо-
соб суфлирования маслобака не только устраняет потери масла
из-за выброса в атмосферу, но и резко снижает опасность попада-
ния в бак пыли и влаги, из воздуха. При суфлировании через дви-
гатель в маслобаке создается некоторое избыточное давление. Эго
давление поддерживается в баке в связи с поступлением в него
воздуха из ПЦВ и выделением воздуха непосредственно в масло-
баке из масла, поступившего туда по линии откачки. Повышение
давления в баке примерно на 80... 90 ом масляного столба наблю-
дается до высоты полета около 15 ... 16 км, что, несомненно, спо-
109
Рис. 5.6. Схема под-
ключения дренажного
бачка к маслобаку
собствует улумшению высотной характеристики системы смазки.
Большее избыточное давление (до 400 см масляного столба) мож-
но получить с помощью специального клапана, установка которо-
го возможна в баке или в системе суфлирования двигателя. На
больших высотах вышеуказанными способами не удается добиться
желаемого эффекта, так как резко снижается количество содержа-
щегося в масле воздуха.
Незначительная циркуляция масла через бак, которая имеет
место в двухконтурных и короткозамкнутых системах, позволяет
осуществлять связь надмасляной полости бака непосредственно с
атмосферой. Масляные системы с такой схемой дренажа (см. рйс.
3.1, в) называются открытыми. Как прави-
ло, дренажный ’трубопровод удается прове-
сти выше, чем расположен бак, и тем -самым
исключить вытекание .масла через дренаж-
ные трубопроводы при эволюциях самолета.
На высокоманевренных самолетах заборный
патрубок дренажной магистрали часто ус-
танавливают внутри бака и"1 кинематически
. соединяют с инерционным маслозаборником
1 (ем. разд. 5.5).
При некоторых неустановившихся режи-
мах работы двигателя возможен выброс
масла из бака через рассматриваемую ма-
гистраль даже пр.и хорошо отработанной и
доведенной масляной системе. Поэтому вывод дренажных магист-
ралей в подкапотное пространство не допускается. При выборе йе-
ста вывода дренажных трубопроводов за" борт необходимо устра-
нить возможность попадания выброшенного масла внутрь отсеков
через заборники системы охлаждения, жалюзи,щели. Замерзание
масла или конденсата в дренажном трубопроводе может привести
к его закупорке и разрыву бака при запуске двигателя, поэтому в
трубопроводе совершенно недопустимы сифонные колена и сам
трубопровод должен быть проложен с возможно большим укло-
ном. Вывод дренажного трубопровода целесообразно производить
в какие-либо утепленные места, например в выходную часть тун-
неля воздушнонмасляного теплообменника. Если -все-таки опасносгь
замерзания или засорения дренажной магистрали устранить не
удается, на дренажной трубке внутри подкапотного пространства
устанавливают предохранительный клапан.
Иногда дренаж маслобака в открытых системах осуществляют
через дренажный (расширительный, маслоуловительный) бачок,,
схема включения которого в дренажную магистраль приведена на
рис. 5. 6. Попавшее в дренажную систему масло через специаль-
ную воронку в бачке сливается в*маслобак, а воздух по дренажно-
му трубопроводу отводится за борт самолета в зону статического
давления. Дренажный бачок, объем которого, как правило,,
в 8 ... 9 раз меньше геометрического объема маслобака, выполня-
ет также роль воздушного колпака при внезапном переполнении:
ПО
бака маслом. При этом наличие расширительного бачка снизит и
замедлит увеличение давления в баке. Бачки обязательно нужно
устанавливать «ад масляными баками. Если учесть, что из сооб-
ражения повышения высотности системы маслобаки также пыта-
ются установить возможно выше нагнетающих насосов, то. стано-
вится ясным, что установка дренажного бачка, кроме усложнения
системы и увеличения ее массы, вызывает дополнительные труд-
ности в компоновке. Поэтому устанавливать дренажные бачки сле-
дует лишь при исправлении дефектных маслосистем, в которых
наблюдаются выбросы масла в атмосферу или резкие приливы его
в бак.
Частью рассматриваемой магистрали является линия отвода
воздуха и аэрозоля из центробежного воздухоотделителя. Трубо-
провод этой линии обязательно должен быть подведет в верхнюю
часть бака или, что лучше, в дренажный бачок (при наличии по-
следнего), так как в противном случае не удастся избежать допол-
нительного насыщения масла воздухом. Из этих же соображений
струя-выходящего воздуха не должна быть направлена на свобод-
ную поверхность масла. Длина трубопровода должна быть по воз-
можности минимальной, так как сопротивление этой линии сказы-
вается на качестве воздухоотделения в пцв.
Выбор внутренних диаметров трубопроводов дренажной и суф-
лирующей магистралей'зависит от количества поступающего в бак
воздуха (с маслом и от ПЦВ), которое, в свою очередь, зависит от
разности подач откачивающих и нагнетающих насосов. Поэтому
диаметр трубопровода в сантиметрах можно определить по фор-
муле [30]
d№ = 4,6
где удр —скорость воздуха в магистрали, м/с (при отсут-
ствии противодавления на выходе).
Проходное сечение трубопровода для отвода воздуха от цент-
робежного суфлера выбирают в зависимости от расхода воздуха
через уплотнения опор ротора двигателя.
5.5. Агрегаты и элементы
внешних магистралей"'
Маслобаки. Незначительные расходы масла в циркуляцион-
ных системах смазки ГТД делают возможным применение сравни-
тельно небольших маслобаков. Анализ статистических данных по-
казывает, что средний удельный объем маслобаков для ТРД со-
ставляет 1...4 л на 10 кН номинальной тяги, а для ТВД
18 ... 22 л — на 103 кВт номинальной .мощности.
Для исключения утечки масла через дренажную магистраль и
для обеспечения нормального воздухоотделения и терморасшире-
ния масла полный объем маслобака должен быть на 20... 30%
больше объема, потребного для размещения масла. Этот объем для
* Агрегаты системы охлаждения приведены в разд. 6, воздухоотделители —
lit
любого ГТД с циркуляционной системой смазки определяется объ-
емам масла, расходуемого за полет (Грас), и минимально допусти-
мым нерасходуемым объемом масла (Ущш), т. е. необходимым цир-
куляционным запасом. В маслоблоках ТВД, кроме того, должен
быть выделен объем ГфД для размещения масла, используемого
при флюгеровании воздушного винта. Поэтому объем маслобака
Ум.в= (1,2 ... 1,3) (Грас + Vmin+Гфл) ='( 1,2 ... 1,3) Уэаир- Из усло-
вия максимальной продолжительности полета
где <?м — максимально возможный часовой расход масла; Уг и —
соответственно, полный запас топлива на самолете и часовой его
расход на крейсерском .режиме; i — количество двигателей. При
определении Урас для многомоторных самолетов следует учиты-
вать возможность выключения в воздухе одного или двух двигате-
лей и при этом возможное увеличение продолжительности полета.
Безвозвратные потери масла в процессе работы двигателя (рас-
ход масла) складываются из потерь, связанных с утечками масла
через уплотнения опор ротора двигателя и с отводом паров масла
через систему суфлирования. К последней труппе относятся также
потери, вызванные отводом насыщенного маслам воздуха из ПЦВ
в маслобак открытых систем. Удельные часовые расходы масла
сравнительно невелики и приблизительно равны 0,1 л/ч на каждые
10 кН тяги. При определении объема расходуемого масла иногда
учитывают его возможный выброс в атмосферу. В хорошо отра-
ботанных масляных системах опасности такого выброса нет, но
если она все-таки имеет место, то необходима установка дренаж-
ных (маслоуловительных) бачков, которые возвращают в масло-
бак все выброшенное масло.
Объем Г,.,1п — это количество масла, при котором еще обеспе-
чивается нормальная работа системы смазки на всех режимах по-'
лета. Этот объем находят для каждого типа двигателя эксперимен-
тально; для систем с ПЦВ его можно ориентировочно определить,
исходя из величины минутной прокачки масла через двигатель:
1ГДВ. Когда при объеме масла, полученном по этой фор-
муле, оголяется всасывающий заборник в баке, Уи1а выбирают из
условия обеспечения забора масла при всех возможных эволюци-
ях самолета и действующих при этом перегрузках.
Объем ГфЛ должен обеспечить ввод винта во флюгерное поло-
жение и вывод из него. Это количество масла определяют исходя
из данных цилиндровой группы винта. Объем' трубопроводов под-
вода и отвода масла из флюгерного насоса не учитывается при оп-
ределении УфЛ, так как они всегдд заполнены находящимся в си-
стеме маслом.
Максимальное количество масла, заливаемого в бак данного
объема, окончательно определяют в процессе летных испытаний
масляной системы из условия отсутствия выброса масла при набо-
112
ре ры-соты. я в горизонтальном полете на средних и больших вы-
сотах. Проверка ведется для всех режимов работы двигателя.
Малые по объему маслобаки ТРД самолетов сравнительно не-
большой продолжительности полета входят в состав двигателя и
часто компонуются в единый маслоагрегат вместе с.насосами, теп-
лообменниками и фильтрами. Для ТВД и мощных ТРД, устанав-
ливаемых на тяжелых самолетах, характерным является вынос
масляного бака в' самолетную часть системы. Для максимального
сокрушения длины внешних магистралей; маслобак обычно уста-
навливают в отсеке двигателя. Наличие ПЦВ значительно снижает
роль маслобака в процессе воздухоотделения и поэтому форма ба-
ка,: т. е. соотношение его вертикальных и горизонтальных разме-
ре^ будет в основном определяться компоновкой отсека и местом
уейшовки в нем маслобака. Однако, как правило, преимущество
ртдЙ^тся бакам с относительно большей высотой. Преобладание
вертикальных размеров над горизонтальными позволяет увеличить
высоту столба масла над расходным штуцером и, тем самым, уве-
личить статический напор перед насосом. Кроме того, нри такой
форме бака уменьшается опасность оголения заборника при эволю-
циях самолета.
Для изготовления маслобаков обычно применяют листы хоро-
шо свариваемого алюминиево-марганцовистого ейлава (типа АМц)
толщиной 1 ... 2 мм. Последнее время для изготовления баков все
шире используют сталь и сплавы титана. В больших по объему
баках необходимая жест кость, достигается за счет установки внут-
ренних диафрагм в плоек ост» стяжных "лент, которыми баки при-
крепляются к ложементам. Ленточное прикрепление баков находит
широкое применение, так как не приводит к появлению сосредо-
точенных нагрузок. Металлические, стяжные ленты оклеивают
войлоком, фетром, резиной на основе фторокаучука, обшивают
парусиной. Они имеют тендеры для затяжки. На опорные поверх-
ности ложементов приклеивают резиновые прокладки. Дододод».
шения передачи вибраций на бак в узлы подвески лент вставлк-•'
ют амортизационные втулки.
Баки большой емкости иногда выиолняют мягкими, со'Стенка-
ми из маслостойкой резины и капроновой ткани. Мягкий бак в
контейнере устанавливают так же, как и бак топливной системы.
В жестких металлических баках арматурные фланцы вваривают в
стенки бака; арматуру резиновых маслобаков выполняют так же,
как и арматуру топливных баков. .
В масляном баке независимо от принятой схемы должны быть
предусмотрены: заливная горловина, штуцер закрытой заправки,
патрубки забора и подвода масла, дренажные Штуцеры, приспо-
собления для контроля количества масла на стоянке (а ддя>
ТВД —и в воздухе), устройства для питания двигателя масло»;^
суфлирования маслобака при всех возможных положениях само^ер
та и перегрузках, сливные краны. В маслобаках ТВД, кроме, тот,
должны быть установлены устройства для забора масла в систему,
флюгирования воздушных винтов.
5' 167& Hi
А—А
Рис. 5.7. Маслобак ТРД
маневренного самолета:
/—инерционный заборам»; 2—
трубки ньпфияодцого цент-
робежного воздухоотдели-
теля; 3—сетчатый фильтр:
4—суфлирующая трубка; 5™
заливная горловина
Для того чтобы исключить возможность перезаливки маслоба-
ка, заливные горловины желательно устанавливать на высоте мак-
симально допустимого уровня масла в баке. Горловины герметич-
но закрываются легкосъемной крышкой. Чтобы в бак не попадали
посторонние предметы и грязь, в заправочной горловине устанав-
ливают сетку.
Роль защитной сетки может выполнять и фильтр низкого дав-
ления, который иногда устанавливают на входе в маслобак ^рис.
5.7). Фильтр может быть использова| и
как средство дополнительного непривоДИого
центробежного воздухоотделения. С Атой
целью поступающее в бак масло, при помо-
щи трубок 2 с сопловыми наконечниками
выбрасывается по касательной к <£етке
фильтра, закрутка потока вдоль сетки спо-
собствует более интенсивному разрушению
пузырьков воздуха. Фильтр играет роль и
разрядника статического электричества.
Дело в том, что масло обладает весьма низ-
кой электропроводностью и при интенсив-
ной циркуляции приобретает электрический
заряд. Масло, поступающее в бак из маги-
страли откачки и из заправщика, надежно
разряжается при. проходе через латунную
сетку фильтра при условии хорошей метал-
лизации последнего.
Небрежная заправка .маслобака может
привести к попаданию масла в отсек двига-
теля, поэтому вокруг заливной горловины
иногда устанавливают маслосборник с вы-
веденной за борт самолета сливной труб-
кой; Сливная трубка, защищающая бак от перезаполнеиия, может
'^йт'ь;: «ставлена и непосредственно в бак на уровне максимальной
заправки.
При наличии системы закрытой заправки под давлением в мас-
лобаке должен' быть установлен специальный заправочный штуцер,
обеспечивающий подсоединение к баку маслозаправщика. Если
установка бака на двигателе не обеспечивает нормального подхода
к такому штуцеру, то его устанавливают на борту самолета и сое-
диняют трубопроводом с маслобаком.
На рис. 5. 8 приведена схема системы централизованной за-
правки маслом под давлением многомоторного самолета Ту-154.
Эта система обеспечивает проведение одновременной заправки ба-
ков трех основных двигателей и одного двигателя вспомогатель-
ной силрвой установки (ВСУ). Заправка производится под давле-
нием' через бортовой заправочный штуцер 1, клапан 2 которого от-
KpMip’aefc^’npH нажатии на'него штоком наконечника шланга мас-
лозаправпщка (н нерабочем положении клапан прижимается пру-
.жинбй' к краям внутренней .поверхности корпуса штуцера и пре-
114
•ддаслдаует вытеканию масла из системы). При заправке масло
фильтруется, проходя через фцльтр в заправочном штуцере. От
заправочного штуцера 1 масло’ по трубопроводам поступает в че-
тдере маслобака, на входе в которые установлены отсечные клапа-
ны. Задачей этих клапанов .поплавкового типа является своевре-
менное прекращение поступления в бак масла от заправщика, т. е.
перекрытие линии заправки при заполнении баков до максималь-
ного уровня. На случай отказа отсечных клапанов в каждом баке
Рис. 5. 8. Система централизованной закрытой заправки маслобака:
«правочный штуцер-, 2—клапан; 3—‘маслобак двигателя; 4—маслобак ВСУ
предусмотрены штуцеры, через которые при перезаправке масло
будет сливаться за борт.
Выходное отверстие патрубка входа масла следует располагать
выше максимального уровня масла и таким образом, чтобы выхо-
дящая струя была направлена на стенку и4й специальный, лоток;.
.при этом увеличивается длительность пребывания масла в баке;.»
обеспечивается спокойный, без ценообразования, вход масла.
. От выбора места установки патрубка забора масла и формы ба-
ка в этом месте во многом зависит нормальная работа маслосисте-
мы. В ТРД забор масла производится из нижней части бака, при-
чем край заборного патрубка расположен всегда выше донышка
бака. Благодаря этому исключается возможность поступления вме-
сте с маслом загрязненного «отстоя». Высота установки заборного
патрубка в баках ТВД (рис. 5. 9) должна обеспечить сохранение в
маслобаке количества масла, предназначенного для ввода винта
во флюгерное положение и вывода из него..Ввод расходного па-
трубка внутрь бака требует установки в нижней его части сливного
крана, обеспечивающего слив масла, находящегося ниже обреза
патрубка.
Конструкция бака должна обеспечивать бесперебойное поступ-
ление масла во всасывающую магистраль при всех возможных
5*
115
положениях самолета и действующих на него перегрузках. По су-
ществующим для пассажирских самолетов нормам при действии
отрицательных перегрузок в течение 5 с не должна нарушаться
подача масла в двигатель, у высокоманевренных самолетов масло-
система должна нормально .работать и в перевернутом полете.
Устранение возможности оголения заборного патрубка может
осуществляться различными способами. На рис. 5.9 изображена
Рис. 5.9. Маслобак турбовинтового двигателя:
7—заливная горловина; 2—верная линейка; 3—датчик
поплавкового масломцра; 4—дренажная труОка; 5—шту-
цер дренажа; «—труба отсека отрицательных перегрузок;
7—.край сляаа отстоя; Я—фа.тьтр-зайорннк системы флю-
гароваиия-, У—патрубок забора масла в двигатель; ДО—
перегородка; И—труба ввода аэрозоля из ИЦВ; У,—на-
валиваемый объем; V}—вырабатываемый oow#; Vs—ми-
нимально допустимый «ива* масла; Vj—объем масла
для флюгерования;. V;—обьоа(; отстойника ,
Рис. 5.10. Маслцмёр:
J—BHbtqsbh лента; 2—«апргиипющая;Г—поплавок; 4, 5-~
постоянные мата^п*; б—<пакааываюцша устройство; 7~
вфяырач-чая ярынька . —
с.х,ема маслобака турбовинтового самолета Ил-18. Бак имеет го-
ризонтадьную перегородку ‘ 10, которая расположена над патруб-
ком забора масла 9, и поэтому заборный штуцер должен нахо-
диться в .масле даже при отрицательных перегрузках. К перего-
родке .приварена труба, 6, которая предназначена для заполнения
.маслом нижней части бака и для быстрого возвращения масла пос-
ле прекращения действия отрицательных перегрузок. К перегород-
ке приварена также и дренажная трубка 4, обеспечивающая дре-
наж нижней части бака при уровне масла ниже перегородки.
Такая схема бака применима только при кратковременном дейст-
вии отрицательных перегрузок, так как она не устраняет возмож-
ность утечки масла через дренажную магистраль. Установка до-
полнительной дренажной трубки и обратного клапана в дренажной
.^гист.рали мб,гла .бы устранить нежелательный уход масла, но,
,Н6
очевидно, понизила бы надежность системы. Поэтому при кратко-
временном действии отрицательных перегрузок иногда сознатель-
но допускают утечки масла из бака. Если эти утечки получаются
значительными и приводят к большой потере масла, то могут быть
установлены дренажные бачки (см.-рис. 5.6).
В маслобаках самолетов, испытывающих длительное время
Действие больших и знакопеременных нагрузок, широко исполь-
зуют инерционные заборники. Вращающийся инерционный забор-
ник 1 (см. рис. 5.7), центр тяжести которого находится ниже оси
вращения, при действии перегрузок всегда следует за маслом к
обеспечивает его непрерывную подачу в двигатель. Вместе с за-
борником вращается и суфлирующая трубка 4, установленная под
углом 180° по отношению к заборнику. Такая установка трубки
устраняет возможность ухода масла в двигатель через систему
суфлирования.
Забор масла для системы флюгирования воздушного винта
производится из бака ТВД через отдельный "’фильтр-заборник 8
(см. рис. 5.9). Фильтр необходим для устранения попадания грязи
во флюгерный -насос и далее в систему флюгирования. С этой же
целью в нижней части бака под этим фильтром создается отстой-
ник. Установка во входном отверстии заборного штуцера какой-
либо защитной сетки или фильтра нежелательна при любой схеме
забора масла, так как подобные защитные устройства в случае их
засорения или при низких температурах масла могут нарушить
нормальную подачу масла к насосам.
Штуцер дренажа должен располагаться возможно выше макси-
мального уровня масла в баке. В тех случаях, когда для обеспече-
ния достаточной высотности одноконтурной системы требуется
создавать в баке сравнительно высокое избыточное давление, в ме-
сте подсоединения дренажной проводки может быть установлен
пружинный клапан двойного действия, в котором клапан задан-
ного перепада давления рассчитан обычно на риз5=30...40 кПа,
а вакуумклалан — на разрежение 5... 8 кПа. Для повышения
надежности клапана его следует устанавливать в теплом месте-—
внутри бака.
Маслобаки всех типов двигателей оснащаются устройствами,
позволяющими вести контроль за уровнем масла при стоянке са-
молета. Простейшими устройствами такого рода являются градуи-
рованная линейка и масломерные стекла. Для устранения возмож-
ности попадания в бак грязи при снятой линейке, последнюю мож-
но вставлять в перфорированную трубку, оканчивающуюся метал-
лической сеткой.
Наряду с мерными линейками применяют и другие типы указа-
телей. На рис. 5. 10 показан масломер, применяющийся на самоле-
те Ту-134. Этот масломер обеспечивает определение количества
масла в баке без проведения/каких-либо дополнительных, опера-
ций, подобных снятию мерной линейки.
Шкала такого масломера находится вне бака и видна через
окошко в обшивке отсека двигателя. При изменении уровня масла
1Л7
поплавок, перемещаясь вдоль направляющей, .привадит во враще-
ние проходящую через него винтовую ленту. На нижнем конце
ленты установлен подковообразный постоянный магнит; ответный
магнит, находящийся вне бака, связан с барабанной шкалой; по-
казывающаяся стрелка нанесена на прозрачной крышке. При от-
сутствии нормального подхода для визуального контроля в. баках
устанавливают датчики дистанционных указателей количества мас-
ла, аналогичные тем, которые применяют для контроля уровня
масла в баке во время полета (см. разд. 7. 5).
Рис. 5.11. Дренажные бачки:
/—штуцер слива масла в бая; 2—-штуцер подвода выброшенного из ба«а
масла; 3—штуцер подвода аэрозоля из ПЦВ; 4-чцпуцер дренажа: 5—амор-
тизатор крепления *
.Дренажные бачки. Бачки устанавливают в открытых
маслосистемах для предотвращения выброса масла из бака на
переходных режимах работы двигателя и при действии отрица-
тельных перепрузок. Схема подключения бачка к маслобаку бы-
ла показана на рис. 5.6. Дренажные бачки (рис. 5.11) изготов-
ляют из того же материала и теми же технологическими мето-
дами, что и маслобаки. Одна из труб, соединяющих бачок с масло-
баком, выводится в верхнюю часть бачка, другая, используемая
для слива масла, — в нижнюю. Если насыщенный маслом воздух
из центробежного воздухоотделителя двигателя отводится в дре-
нажный бачок, то выходное отверстие соответствующего штуцера
3 должно быть удалено от штуцера 4 дренажа и расположено так,
чтобы выходящая струя попадала на стенку бачка. Такая установ-
ка патрубка продиктована желанием уменьшить потери масла че-
рез дренажную магистраль.
Объем дренажного бачка зависит рт величины и скорости воз-
можных приливов масла в бак и длительности действия отрица-
тельных перегрузок. Как правило, объем бачка составляет 10 ...
...20% от полного объема маслобака. Дренажные бачки, так же
как и маслобаки, можно прикреплять стяжными лентами, но мень-
шая масса позволяет делать их крепеж точечным (см. рис. 5. 11);
118
в этих случаях в местах крепления нужно устанавливать аморти-
заторы 5.
Сливные краны. Для обеспечения при техническом обслу-
живании слива масла из. отдельных полостей двигателя и емко-
стей в системе смазки должно быть несколько сливных точек. Вы-
>бор места их расположения производится из условий обеспечения
возможности полного удаления .масла при минимальном количестве
сливных кранов. Как правило, краны устанавливают в маслоба-
ках, отстойниках, теплообменниках, на патрубках подвода масла к
насосам подпитки.' Иногда удается ограничиться установкой двух-
трех кранов. Конструкция кранов нормализована.
Маслопроводы, В трубопроводах масляной системы по-
стоянно возбуждаются напряжения из-за давления жидкости, виб-
раций, передающихся от двигателя и возникающих от пульсации
потока масла, температурных нагрузок и монтажных неточностей.
Во внешних магистралях системы устанавливают металлические
трубопроводы й .гибкие шланги. Если в процессе эксплуатации име-
ют место относительные перемещения соединенных маслопроводом
агрегатов (из-за различных частот и амплитуд колебаний), то при-
менение жесткого трубопровода становится невозможным. В этом
случае устанавливают гибкие шланги, основным недостатком ко-
торых, однако, является то, что их погонная масса в 2,5... 3 раза
превышает погонную массу алюминиевой трубы того же проход-
ного сечения. Из жестких труб наибольшее распространение полу-
чили холоднотянутые трубы из алюминиевых сплавов. На участ-
ках, особенно ответственных с точки зрения живучести самолета,
используется стальной трубопровод. Мрвимально допустимые ра-
диусы изгиба жестких труб независимо от их материала состав-
ляют 2D для труб с внешним диаметром £><20 мм и 3£> для D>
>20 мм. Проложенные в отсеке двигателя гибкие шланги обши-
вают теплоизоляционным материалом.. Допустимые.радиусы изгиба
шлангов малого диаметра J?= (20 ... 25)£> и большого (£>^50 мм)
/?=(10 ... 15)£). Основные типы соединений составного трубопро-
вода приведены на рис. 5.12.
Короткие трубки подсоединяются к: арматуре агрегатов и не
имеют промежуточных точек крепления,' Длинные трубки для пре-
дотвращения их разрушения тэт действия вйбрации и потери гер-
метичности в соединениях должны име;гь' йрбйежуточные крепле-
ния. Из возможных резонансных^ кодеЬанй'й трубопроводов, соот-
ветствующих различным формам, собственных колебаний, особенно
опасной с точки зрения значительного увеличения амплитуд напря-
жений в стенках труб и возникновения усталостных разрушений
является первая форма основных изгибных колебаний межопорных
участков трубопровода.
К первой форме изгибных колебаний -относятся такие колеба-
ния трубопровода, при которых узлы колебания (точки, не откло-
няющиеся от положения равновесия) находятся только на участках
опор. Собственные частоты колебаний межопорных участков жест-
ких масляных, трубопроводов находятся в пределах 80... 200’Гц.
119
Такая частота для трубопроводов, проложенных по элементам-
планера, является вполне приемлемой, так как частота колебаний
панелей планера обычно не превышает нескольких десятков герц.
При установке труб на двигателе они могут попасть в резонанс,,
так как частоты вибраций двигателя и пульсирующего потока мас-
ла находятся как раз в этом диапазоне. Поэтому в данном случае
необходимо производить частотную отстройку трубопроводов, ко-
торая включает в себя определение частот собственных колебаний,
межопорных участков трубопровода по первой форме изгибных
Рис. 5.12, Соединения мяслопрозода:
а; <?—£10 наружному «конусу; б, в, г—до ^анутренлеаду; е—дюритовое
колебаний, сравнение этих частот с частотами вынужденных коле-
баний и проведение мероприятий по изменению соотношения меж-
ду упомянутыми частотами. При широком спектре частот возбуж-
дения, который имеет место на двигателях; наиболее надежным
способом будет «отстройка вверх», т. е. отстройка, при которой
минимальные собственные частоты (fcontain) по первой форме из-
гибных колебаний становятся выше максимальных частот возбуж-
дения (/возб.тах)- С этой целью длину участка трубопроводов меж-
ду точками крепления выбирают - из условия [37]: fcoG.mia^
При проектировании линий прокладки, трубопроводов, задав-
шись межопориым расстоянием, можно определить собственную
частоту fcoe. ж первой формы изгибных колебаний трубы при жест-
ком креплении [39]:
/сО6.ж = 9>8-^1/'-——- ,
1г Г т-тр + «м
где k — коэффициент; I — длина межопорного участка трубопрово-
да; Е — модуль упругости материала, трубы; I — момент инерции
сечения трубы; ттг и тм — массы единицы длины пролета трубо-
провода и заключенного в нем масла.
!20
Коэффициент k учитывает скорость о и давление р масла,
а также проходное сечение трубопровода F;
I/ 1 _ 3-—ЛХ-
Г
При шарнирном креплении трубопровода собственная частота
колебаний снижается: /сов, ш=,(0,4 ... 0,5)|Сов. ж- Аналитически оп-
ределение частот можно производить для прямолинейных участ-
ков трубопровода; для криволинейных в настоящее время не су-
Рис. 5.13. Промежуточные крепления маслопроводов:
Д 2—ленточные хомуты; 3—скоба; ^—тнакладка; цельнометал-
лический зажим с у пру ^демпфирующей прокладкой
ществует сравнительно простых методов расчета собственных';
частот, й их, как правило, определяют экспериментально.
Если установка промежуточных опор по конструктивным сооб-
ражениям невозможна или они подвержены значительным вибра-
циям, применяют такое эффективное средство частотной отстройки
как гибкие вставки (компенсаторы), выполненные в виде тонко-
стенной металлической или фторопластовой оболочки с проволоч-
ной оплеткой ее наружной поверхности. Гибкая вставка позволяет,
ликвидировать монтажные напряжения в трубопроводе и компен-
сировать термические удлинения. Частота собственных .колебаний
трубопровода с гибкой вставкой, расположенной между двумя рав-
невеликими жесткими трубами
f _ 1 ./'зёГ
7сов 2л V 1$т ’
где I, Е, I — соответственно длина, модуль упругости и момент
инерции трубы; т—-сумма приведенной массы консоли трубы и
1/3 массы гибкой вставки.
В качестве промежуточных креплений труб широко применяют
ленточные хомуты, накладки, зажимы с резиновыми прокладками
121
и без них. Наиболее типичные крепления показаны .на рис. 5. 13.
Для снижения напряжений, вызванных вынужденными поперечны-
ми колебаниями, иногда применяют упругодемпфирующие опоры
(зажимы) трубопроводов, которые могут поглощать энергию коле-
бания труб. Упруг оде мпфирующий элемент опоры изготавливают
из пружинной проволоки диаметром 0,15 мм методом прессования
хаотически уложенной спирали в заготовительную форму. Такие
опоры, обладая малой массой и достаточной прочностью, изно-
соустойчивы, обеспечивают металлизацию, уменьшают монтаж-
ные и температурные напряжения.
6. ОХЛАЖДЕНИЕ МАСЛА
6.1. Основные сведения о системах охлаждения
Одной из основных функций системы смазки является обеспе-
чение отвода теплоты, .выделяющейся при трении или передающей-
ся от нагретых узлов. Происходящее при этом теплосъеме увели-
чение температуры масла Д/„ в двигателе ограничивается предель-
но допустимой температурой, при которой еще сохраняется термо-
стабильность масла. При этом ограничении обеспечить требуемый
теплосъем можно за счет введения ограничения и на температуру,
масла на входе в двигатель. Поддержание этой температуры в за-
данном диапазоне (70... 90° С) диктуется, прежде всего, опасно-
стью перегрева двигателя. Обеспечение потребной температуры на
входе в двигатель в циркуляционных системах смазки производит-
ся непрерывным охлаждением масла при проходе его, как прави-
ло, по магистрали откачки. Выбор того или иного способа охлаж-
дения зависит от теплонапряженности двигателя, скорости и высо-
ты полета.
Небольшая теплоотдача в масло у двигателей с тягой до 20 кН
позволяет охлаждать масло обдувам наружным воздухом масло-
бака, отстойника или специальных проставок в картере, через ко-
торые пропускается нагретое в двигателе масло. Часто, даже при
применении специальных средств охлаждения, горячее масло про-
пускается через каналы в стенках или ребрах воздухозаборника,
при этом, кроме охлаждения масла, преследуется и другая цель —
предохранение воздухозаборника от обледенения.
Рост теплоотдачи в масло, который всегда сопутствует увели-
чению мощности или тяги двигателя, вызывает необходимость при-
менения в системах смазки средних и больших ГТД специальных
теплообменников. По виду хладоагента они подразделяются, .на
топливо-масляные (ТМТ) и воздушно-масляные (ВМТ). В ТМТ,
.находящих широкое применение в системах ТРД и ТРДД, исполь-
зуют в качестве хладоагента рабочее топливо, расход которого,
а следовательно, и прокачка через теплообменник будет зависеть
от режима работы двигателя. Поскольку повышение режима при-
водит к росту тепловыделения в масло и увеличению расхода топ-
лива, то заданная температура на выходе из теплообменника бу-
дет поддерживаться, как правило, только изменением расхода топ-
лива без применения каких-либо специальных регулирующих
устройств. В некоторых теплонапряженных двигателях не удается
обойтись без регулирования. Это бывает, когда в теплообменнике
температура топлива поднимается выше допустимой. В этих случа-
ях требуется увеличить расход топлива через теплообменник (сде-
123
лать его больше, чем расход через-двигатель), организовав отвод
части топлива в самолетный топливный бак.
Применение ТМТ, имеющих сравнительно малые массу я габа-
ритные размеры, не приводит к увеличению внешнего и внутрен-
него лобового сопротивления силовой установки. Определенным
преимуществом такого теплообменника является и то, что отдавае-
мая маслом теплота не рассеивается в окружающем пространст-
ве, а уносится топливом в двигатель. Иногда при недостаточном
хладоресурсе топлива применяют устройства для его охлаждения^,
которые вместе с ТМТ составляют комбинированные системы- ох-
лаждения масла (ом..разд. 6. 3).
Подогрев топлива в ТМТ увеличивается с увеличением потреб-
ного теплоотвода я уменьшается при увеличении расхода топлива.
Эта зависимость затрудняет' применение ТМТ в системах смазки
ТВД и вертолетных ГТД, у которых теплоотдача в масло выше,
чем у ТРД из-за тепловыделения в редукторе, а абсолютный рас-
ход топлива меньше. Поэтому для ТВД применяют ВМТ, которые
ненамного отличаются от теплообменников, используемых на само-
летах, с поршневыми двигателями. Интенсивность охлаждения мас-
ла в ВМТ зависит от режима полета в большей степени, чем в
ТМТ, поэтому их всегда оснащают системами регулирования рас-
хода охлаждающего воздуха.
Оба типа теплообменников должны обеспечить требуемый теп-
лоотвод от масла- на всех режимах работы двигателя и при всех
условиях полета. Поэтому в процессе расчета охлаждающих
устройств их охлаждающую способность проверяют для наиболее
тяжелого режима полета. Для систем с воздушным охлаждением
таковым будет, очевидно, режим набора высоты, а для топливного
охлаждения — планирование с большой высоты при работе дви-
гателя на малом газе.
Как в ВМТ, так и в ТМТ, теплоносители разделены теллопро-
ницаемой стенкой, площадь поверхности которой — основной гео-
метрический параметр теплообменника. Основной и поверочный"
расчеты теплообменников производятся при помощи совместного-
решения уравнений теплового баланса и теплопередачи.
Уравнение теплового баланса дает связь между теплосъемом
q и изменением температур масла Д/м и хладоагецта Мх в тепло-
обменнике: .
(6. 1>
где см, сх, ^дв, ук и Gx соответственно удельные теплоемкости и
массовые расходы масла и хладоагента.
В тепловых расчетах часто применяют так называемый водя-
ной эквивалент теплоносителя, т. е. полную теплоемкость массо-
вого расхода теплоносителя в единицу времени. Например, водя-
ной эквивалент масла Fm = cm’1^40'Vm- Вводя в уравнение (6. 1) во-
дяные эквиваленты, получим
(6.2)
где — водяной эквивалент хладагента.
124
Уравнение теплопередачи имеет вид
— (6,3)
где k — коэффициент теплопередачи, характеризующий интенсив-
ность процесса передачи теплоты через стенку; я — площадь по-
верхности теплообмена; 0ср — средний температурный напор.
0tp=/M.ep Zt.j.p=0,5 (/м -]- /м) 0,3 (tx ]- tx).
Здесь и в дальнейшем обозначение ' соответствует данной вели-
чине на входе в теплообменник, "— чиа выходе.
Уравнение. (6. 3) составлено для установившегося режима теп-
лообмена (тепловой поток постоянен), одинакового коэффициента
теплопередачи по всей поверхности теплообмена и для линейного
и незначительного [(^ — —- txX 2] изменения температуры
вдоль поверхности теплообмена. Для интересующих нас оценочных
расчетов можно принять эти допущения справедливыми примени-
тельно к теплообменникам, используемым в масляных системах.
.Полагая, 'что вся теплота, полученная маслом в двигателе,
должна быть отдана в теплообменнике, запишем см^дВумА^—
=Ая0ср. Вводя в это уравнение водяной эквивалент масла, полу-
чим уравнение теплопередачи в виде
Гм=Ая-^-. (6.4)
Совместное решение уравнений (6. 2) и (6. 3) позволяет полу-
чить выражение
ks 21Г,,; ,2WX
Подстановка вычисленного по формуле (6. 5) значения q в
уравнение (6.2) дает возможность находить, конечные темпера-
туры теплоносителей на выходе из теплообменников.
Поскольку теплоотдача от масла к холодному теплоносителю
происходит через стенку, то на k будут влиять частные коэффици-
енты теплоотдачи между стенкой и теплоносителями ам и ах. Для
стенки, имеющей цилиндрическую форму, а именно такой формой
чаще всего обладают теплопередающие поверхности в применяе-
мых конструкциях масляных трубчатых теплообменников, соотно-
шение между интересующими нас коэффициентами имеет вид
, (6.6)
\ ^х 2Х-сТ dx )
где dM и dx — внешний и внутренний диаметры трубки, поверхно-
сти которой омываются соответственно маслом и хладоагентом.
Для трубок с малой толщиной стенки и высокой теплопроводно-
стью Кот, которые применяют в масляных теплообменниках, мож-
125
но считать -r-^-In —— 0. С этим допущением, практически яё
^^•Ст
влияющим на точность расчета, уравнение (6,6) принимает вид
k=J-l—|——Г1. (6.7)
, \ «и )
6.2. Воздушно-масляные теплообменники
На самолетах с ТВД применяют, воздушно-масляные теплооб--
менники, устанавливаемые в специальных туннелях-с регулируе-
мым расходом воздуха. Причины конструктивного характера за-
трудняют осуществление в этих теплообменниках наиболее выгод-
ной противоточной схемы охлаждения, поэтому в них применяют
несколько менее эффективное охлаждение перекрестным потоком.
Рис. .6.1. Сотовый ВМТ:
/, 2—л а трубки входа и выхода масла;
5—р&сча-шка; 4-^перетородка: 5—сливная
кровка; 6—секция: 7—бандаж; 3—окна
для прохода масла
Рис. 6.2. Геометрические параметры со-
тового ВМТ:
я—трубчатый пакет; б—-схема ВМТ: В—рас-
стояние между перегсфодками; Ь—высота вы-
реза в перегородке: Ht L-~-высота н длина со-
тового набора; -rf, «внутреийяй и наружный
диаметры трубки; 6—толщина стеаия: fr-—меж-
тдеубный зазор; I и Г—джна трубки н ее раз-
вальцованной части
Конструкция и основные геометрические па-
раметры. Сотовые теплообменники (рис. 6. 1) представляют со-
бой набор упакованных в корпус круглых охлаждающих трубок
из медного сплава, плотно прилегающих друг к другу развальцо-
ванными под шестигранник концами. Зазоры между трубками слу-
жат проходами для масла, охлаждающий воздух протекает внутри
трубок. Поступившее в теплообменник масло, пройдя все межтруб-
ное пространство, направляется в коллектор и далее в патрубок 2
для выхода масла.
Для обеспечения потребной скорости прохода масла и равно-
мерного омывания им поверхностей трубок сотовый набор разде-
лен на секции перегородками 4. Наличие перегородок удлиняет
129
путь масла и одновременно увеличивает его скорость. Число пере-
городок ограничивается максимально допустимой скоростью про-
текания масла, Во избежание значительного повышения гидравли-
ческого сопротивления масляного тракта теплообменника скорость
масла не должна .превышать 0,35 ... 0,45 м/с. При выборе скорости
следует учитывать, что коэффициент теплоотдачи от текущего в
межтрубном пространстве масла пропорционален скорости потока
в степени 0,6, а гидравлическое сопротивление пропорционально
квадрату скорости. Из этого следует, что чем выше допускаемое
гидравлическое сопротивление, тем более высокого значения ко-
эффициента теплоотдачи можно достичь. Интенсификация тепло-
передачи в ВМТ производится теми же способами, что и в ТМТ
(см. разд. 6. 3).
Площадь живого сечения для прохода масла при заданной его
скорости определяется по формуле м Число необхо-
димых протоков для масла, т. е. межтрубных зазоров в сечении
потока п=Рж.н/Н(1 — 21'), здесь и далее обозначения "Геометриче-
ских параметров трубок и теплообменника в целом см. на рис. 6. 2.
Число перегородок и расстояние между ними, соответственно
(п + 1) (cfH -f- h)
И
Приведенный путь масла в теплообменнике может быть опре-
делен по формуле I
(6.8)
При выборе Ь для каждой перегородки должно быть соблюде-
но условие где FBH(1 — площадь выреза в перегород-
ке. Обычно теплообменникам придают подковообразную форму,
наиболее выгодную с точки зрения аэродинамики. Коэффициент
живого сечения. /в теплообменника с круглыми трубками, т. е. от-
ношение площади сечения, свободного для прохода воздуха, к об-
щей фронтовой площади Fp подсчитывают по формуле
/в—0,9{--------- \ . Увеличение коэффициента живого сечения,
\ rf + я 4- 28 /
ведет к уменьшению гидравлического сопротивления теплообмен-
ника по воздуху, но увеличивает сопротивление по маслу, так как
при этом уменьшаются межтрубные зазоры и возрастает скорость
масла. Исходя из этого, /в обычно выбирают в пределах 0,45... 0,5.
Условную скорость масла в теплообменнике (при заданных его
геометрических параметрах) можно определить через коэффици-
ент fB: ®м= Тдя (z-(-1)/[Fr (1—fB)J, а объем межтрубного прост-
ранства по формуле
V=F₽ (!-/„)(/-2/'). (6.9)
127
Площадь охлаждающей поверхности $, т. е. обдуваемая возду-
хом суммарная Площадь поверхностей трубок, связана геометри-
ческим соотношением с фронтовой площадью:
(6.10)
Обычно s=i( 100 . . . 130)Fp, а относительная глубина
... 65. Удельная масса сухих теплообменников с латунными круг-
лыми трубками, т. е. отношение массы к. площади охлаждающей
поверхности, составляет 2,5 ... 3,5 кг/м2.
Основной и поверочный расчет. Определение по
заданному теплоотводу основных геометрических параметров теп-
лообменника (s и Fp) .и потребной скорости воздуха перед его
«фронтом производится при помощи так называемого основного
расчета. Задачи по теплообмену между маслом и воздухом реша-
ют с учетом факторов, определяющих целесообразность выбора
тех или иных параметров, главным из которых является затрата
мощности двигателя на охлаждение.
Если заранее известны типоразмер теплообменника и зависи-
мость его коэффициентов теплопередачи и гидравлического сопро-
тивления от массовой скорости обдувающего воздуха, проводят
йоверочный расчет, которым должна быть подтверждена возмож-
ность необходимого теплоотвода.
Известно, что коэффициент теплопередачи k изменяется с вы-
сотой пропорционально изменению относительной плотности воз-
духа в степени 0,75... 0,8. Поскольку с увеличением высоты поь
лета плотность воздуха рн уменьшается, то для сохранения тре-
буемого значения &, а следовательно, и потребного теплоотвода,
необходимо увеличивать скорость обдува. Максимальная ско-
рость обдува требуется на Атах, е- на высоте минимальной
плотности окружающего воздуха, поэтому расчетным режимом
является полет с максимальной скоростью на границе высотности
двигателя. Проверка проводится для режима наивыгоднейшего
набора высоты. .
.При заданной площади поверхности охлаждения определение
потребного расхода воздуха и скорости обдува представляет со-
бой однозначно решаемую задачу, так как на расчетной , высоте
потребный съем теплоты с заданной площади поверхности охлаж-
дения 5 и при конкретном температурном напоре может быть обес-
печен только при определенной скорости обдува. Когда площадь
теплоотдающей поверхности не задана и ее нахождение является
одной из основных задач расчета, появляется возможность реали-
зации одного и того же эффекта теплосъема при различных пло-
щадях и соответствующих им скоростях обдува. В этом случае
тепловой расчет ведут для нескольких значений фронтовой площа-
ди (в квадратных дециметрах) теплообменника, выбранных но ста-
тическим данным, Fp= (0,08 ... 0,12) 1ГДВ.
Для каждого взятого значения Fp определяют потребные коэф-
-фициенты теплопередачи йпот|) и соответствующие им скорости
128
воздуха t’p перед фронтом теплообменника. После определения
по этим данным затрат мощности на охлаждение выбираю.т опти-
мальные размеры ВМТ.
Решая уравнение (6.4) относительно k и-заменяя площадь по-
верхности охлаждения фронтовой площадью (6. 10), получим фор-
мулу, позволяющую определить потребный коэффициент теплопере-
дачи от масла к воздуху, fen0TP — .
Поскольку изменение температуры воздуха /в по длине трубки
сравнительно невелико, можно считать, что
6^=0,5(4 —4) — ts=tK.cp~-in и при этом получить
ь _
™ПОТр F I * .
^р/я ~ (^м.ср —<в)
В системе смазки двигателя теплота от масла отводится не
только теплообменным аппаратом, но и другими элементами мас-
ляного контура. Эту часть отводимой теплоты при определении
'^потр не учитывают, поэтому в результате расчета теплообменники
получают некоторый запас по теплоотводу.
Сохранив достаточную для практики точность, можно принять,
что теплоемкость масла не зависит от его температуры. Тогда во-
дяной эквивалент масла lFK.==const. Температуру воздуха // перед
входом в теплообменник берут равной iff, определяемой для рас-
четной высоты по графику стандартной атмосферы с поправкой на
летние условия #в=/я+15®С.
Обычно у ВМТ £=400 .. . 700 кДж/(м2•ч град), меньшие" зна-
чения k соответствуют меньшим скоростям продува.
При известном fenoTp из уравнения (6. 7) можно определить не-
обходимую величину коэффициента теплоотдачи от стенки трубки
к воздуху
авпотР=----------• (6.11)
^потр (1м
Для определения коэффициента теплоотдачи от масла к стенке
воспользуемся . известной зависимостью aM=NuXM/dr, где Nu—
число Нуссельта, характеризующее условия теплообмена на гра-
нице между стенкой и маслом; Хм — коэффициент теплопроводно-
сти масла; dT — гидравлический диаметр струйки масла.
Число Nu определяют по эмпирическим критериальным урав-
нениям, вид которых зависит.от режима течения масла в межтруб-
ном пространстве. Скорость-для определения числа Re при попе-
речном обтекании труб можно вычислить по площади сечения f—
= Vh/Lj,p(dB+h), где Lnp и V подсчитывают соответственно по
формулам (6.8) и (6.9).
В поперечном потоке, обтекающем пучки труб, ламинарный ре-
жим сохраняется лишь при Re<40, поэтому в теплообменниках
рассматриваемой схемы мы всегда имеем дело с турбулентным по-
129
током масла, для которого при имеющих на практике место чис-
лах Re можно для .приближенного расчета [3] определить число
Nu по формуле ; .
Nu=0,25 Re°’6Pr°'3. (6.12)
Число Прандтля Рг, являющееся характеристикой физически^
свойств жидкости, может быть подсчитано для средней темпера-
туры масла в теплообменнике или взято из оправочньрс таблиц.
Формула (6. 12) справедлива для чисто перпендикулярного ‘на-
правления движения масла по отношению к пучкам трубок. В ре-
альньЕх конструкциях направ-
ление потока во многих мес-
тах отличается от перпендику-
лярного, поэтому действитель-
ный коэффициент теплоотдачи
будет ниже расчетного. Удов-
летворительные результаты да-
ет введение поправочного ко-
эффициента е<1, (N'u=®Nu).
Величина поправки зависит от
угла обтекания: при изменении
. угла от 70 до 40° коэффициент
8 изменяется от 0,98 до 0,78.
При определении по фор-
муле (6.11) потребного (для
принятой фронтовой площади)
коэффициента теплоотдачи от
стенки к воздуху следует учи-
тывать возможное в эксплуата-
ции загрязнение внутренней по-
и вызванное этим увеличение
Рис. 6.3. Зависимость NuB=f(Re,)
для сотового ВМТ с круглыми труб-
ками
верхяости трубок теплообменника
термосоврстивлейия. Поэтому ав.потр принимают на 10% больше
рассчитанного по формуле (6.11).
. Для определения потребной скорости воздуха перед фронтом
теплообменника воспользуемся существующей зависимостью меж-
ду массовой, скоростью воздуха в трубках (рвов) и числом Рей-
нольдса. Последнее, связанное функционально с числам Нуссель-
та, может быть определено из графика NuB~f(ReB), приведенного
на рис. 6.3. Число NuB=aB. ПОтрЖв. Поскольку ReB=</vBQH/pB.
потребная скорость воздуха в трубках может быть выражена ов=
= pBReH/(tigB), где цв — динамическая вязкость. Соответственно
потребная скорость воздуха перед фронтом теплообменника опре-
делится по формуле
Ур = /Л-
Отношение скорости воздуха перед фронтом теплообменника к
скорости полета принято называть коэффициентом расхода возду-
ха а==Ур/ин, отсюда
Увеличивая коэффициент расхода, можно повысить коэффици-
130
•еит теплопередачи, что позволит уменьшить габаритные размеры и
массу теплообменника. Целесообразность увеличения или, что то
же, правильность выбора оптимальной скорости обдува выясня-
ется при анализе затрат мощности двигателя на преодоление ло-
бового сопротивления охлаждающей установки при максимальной
скорости полета. Обеспечить потребный теплоотвод при минималь-
ных затратах мощности на охлаждение можно только при условии
создания достаточно аэродинамически совершенного туннеля, т. е.
туннеля, обладающего вместе с теплообменником минимально воз-
можным лобовым сопротивлением, которое складывается из внеш-
него сопротивления, обусловленного ухудшением обводов гондолы
из-за введения туннеля, и внутреннего, вызванного наличием потерь
по воздушному тракту. Оба вида сопротивления учитываются че-
рез соответствующие коэффициенты СА| и Схвн-
Приведенные к винту затраты мощности двигателя на преодо-
ление лобового сопротивления охлаждающейустановки могут быть
подсчитаны для режима максимальной скорости по формуле
дАГ = ^Х F {СлЛС (6. 13)
где — плотность воздуха, набегающего на винт; Т]винт — КПД
винта. Затраты мощности на несение массы установки весьма не-
значительны и в приведенном уравнении .не учтены.
Входящий в уравнение коэффициент внешнего лобового сопро-
тивления Сх„ мало зависит от расхода воздуха. Для каждого кон-
кретного вида туннельной установки его принимают величиной
постоянной. Наименьшим коэффициентом внешнего лобового со-
противления {Сх„ —0,02 ... 0,04) обладают установки, вход возду-
ха в которые осуществляется в зоне максимального давления (но-
сок гондолы), а выход — в зоне разрежения (хвостовая часть гон-
долы). Такие установки, являясь наиболее совершенными с аэро-
динамической точки зрения, трудно осуществимы на практике, так
как требуют сложных подводящих и отводящих воздухопроводов,
'вызывающих большие трудности при компоновке гондолы. Доста-
точно аэродинамически совершенна (С^ =0,05 ... ОД) установка,
при применении которой заборная часть туннеля располагается
на лобовой части гондолы, а выходная заслонка выступает за ее
обводы.
Коэффициент внутреннего лобового сопротивления Сх , входя-
щий в формулу (6. 13), и геометрию туннеля определяют методами
внутренней аэродинамики [30],
Большое влияние на С_гвн оказывает коэффициент расхода а.
Увеличение коэффициента расхода при увеличении ор приводит к
уменьшению потребной фронтовой площади теплообменника Fp, но
вызывает одновременно увеличение @хвн и, как следствие, рост
затрат мощности двигателя на преодоление внутреннего лобового
сопротивления. Наиболее выгодные значения а обычно лежат в
131
пределах 0,13... 0,18 для режима максимальной скорости и
0,3 ... 0,45 для режима набора высоты.
Используя формулу (6. 13), можно;, построить кривую &N—
=f(Fp) для принятых в начале расчета значений фронтовой пло-
щади теплообменника, а следовательно, и для различных значе-
ний скорости обдува (рис. 6.4). Экстремум кривой соответствует
оптимальной фронтовой площади Ар. опт- Окончательно выбирают
обычно площадь Fv, при которой затраты мощности превышают
минимальные примерно на 5%. Практически данное отклонение от-
оптимальных условий не сказывается на
скорости полета самолета, однако, позво-
ляет на 10 ... 12% и более уменьшить
фронтовую площадь теплообменника,
т. е. снизить массу и габаритные разме-
ры охлаждающей установки.
Аналитическая проверка охлаждаю-
щей способности на режиме набора вы-
соты сводится к определению максималь-
ных температур масла на выходе из теп-
лообменника на различных высотах при
заданной ' скороподъемности самолета;
Такая проверка .производится и при под-
Рис. 6.4. Зависимость ЛЛ'=
=№)
боре теплообменника из ряда существую-
щих (поверочный расчет). При проверке охлаждающей способно-
сти задаются рядом расчетных высот Ну Нъ ..Нп, для которых
известно соответствующее им время набора высоты ti, Тг, . -тп-
Температура масла на выходе из теплообменника будет равна
разности между температурой масла на входе и температурным
перепадом, который может быть обеспечен теплообменником:
At— — Д/м.
(6. 14)
Перепад температур определяется по формуле
(6.15)
где q — теплосъем в теплообменнике Q находят по формуле (б. 5)
при tx'=ts'. Температуру входящего воздуха tsr для каждой рас-
четной высоты берут по таблице стандартной атмосферы с плюсо-
вой поправкой на реальные условия эксплуатации (до 30° С).. Ко-
эффициент теплопередачи &=f(yHoB) определяют расчетным путем
для каждой высоты или берут из паспортных данных теплообмен-
ника. Водяной эквивалент масла не зависит от высоты полета; со-
ответствующий эквивалент воздуха, должен быть рассчитан для.
всех высот Жв=ув0р/в.
Для того чтобы найти температуру масла на выходе из теплооб-
менника, необходимо, располагая постоянными s и WM и перемен-
ными при наборе высоты значениями И7В и tB', знать для каждой
расчетной высоты температуру масла на входе в теплообменник
t„'. Эта температура будет зависеть от времени набора высоты
и теплоемкости системы охлаждения D=cvmp+ 1Р'Н, где <у, и —
132
соответственно удельная теплоемкость и масса теплообменника.
Для латунных теплообменников ср—0,38 кДж/-(кг град).
Температуру масла на входе в теплообменник определяют по
формуле
Безразмерный параметр А=ес, где е — основание натурального ло-
гарифма; С — показатель, характеризующий скорость нарастания
температуры масла в системе. Показатель с—Величина
является временной характеристикой теплообменника и для каж-
дой высоты может быть найдена по формуле
fptZ't=O. Входящая в формулу (6. 16)
Определение показателя С для расчетных высот может быть,
произведено методом графического интегрирования:
Г> Рл + ₽п—t/- r ilf
-----£---(Ля тя-11 т Ьл-1*
Очевидно, для первой расчетной высоты /7--0 показатель С=0,.
так как при т=0 интеграл
начальная температура /м.вач является допустимой температурой
масла на входе в двигатель в начале набора высоты, т. е. при
Н=® (обычно /м.нач=90о С).
Прирост температуры ЛТ масла в системе охлаждения за вре-
мя т
ДГ=р^+9дв/О)А/г,
где </да— теплота, отдаваемая двигателем маслу.
Отношение qKa/D постоянно и не зависит от высоты. Обозначив
(Is'$+<?xbID)A через Ф, получим интеграл ДГ =JФ^т, решением
которого для высоты Нп будет являться
(Т„-Т„_1)+
Для Я=0, т. е. для первой расчетной высоты ЛТ=0.
Найденные для всех высот значения ДТ позволяют определить
температуру масла на входе в теплообменник для каждой расчет-
ной высоты по формуле (6.16), а затем последовательно по фор-
мулам (6.5), (6.15) и (6.14)—количество теплоты, отдаваемой
маслом в теплообменнике, падение температуры масла в нем и,
наконец, располагаемые температуры t„" на выходе из теплобмен-
133
ника для всех расчетных высот. Если эти температуры не превы-
шают допустимых температур на входе в двигатель, то данный
теплообменник считается подобранным правильно.
Во время работы двигателя на земле иногда не удается обеспе-
чить требуемого температурного режима пр^и заданных размерах
и принятой компоновке теплообменной установки (особенно при
высоких температурах окружающего воздуха). В этом случае, как
крайнюю меру, применяют системы эжекции, работающие на воз-
духе, отбираемом от компрессора двигатели.
Воздушно-масляные теплообменники к гондоле или капоту при-
соединяют стяжными лентами. Применение подобных лент не вы-
зывает появления сосредоточенных нагрузок в корпусе теплооб-
менника, позволяет произвести надежную фиксацию в ложементах.
Необходимая эластичность крепления обычно достигается фетро-
выми или резиновыми прокладками на ложементах и резиновыми
амортизационными втулками, которые устанавливают в местах
подсоединения стяжных лент к ложементам. Благодаря этому мо-
жет быть уменьшено воздействие вибраций и ударов на теплооб-
менник и обеспечено свободное терморасширение. Ложементы мож-
но присоединять непосредственно к шпангоутам гондолы или рас-
косами. При расчете узлов крепления на прочность, кроме массы
теплообменника, следует учитывать и силу его лобового сопротив-
ления.
При полете на итак и, особенно на режиме планирования с за-
крытой заслонкой в туннеле развивается избыточное давление до
30 кПа. Поэтому стенки туннеля и заслонка должны быть доста-
точно жесткими и прочными. Серьезное внимание должно быть
уделено вопросам герметизации туннеля. Неплотности в местах
соединения отдельных элементов туннеля могут привести к увели-
чению расхода воздуха, и, как следствие, к резкому увеличению со-
противления. Хотя во входной части туннеля избыточное давление-
всегда больше, чем на участке выхода, надежная герметизация по-
следнего — более сложная задача. Дело в том, что на этом участке
необходимо обеспечить достаточно плотное примыкание бокови-
нок заслонки к стенкам канала, произвести герметизацию щели
между заслонкой и днищем туннеля, а в верхней обшивке выход-
ного туннеля следует герметизировать отверстие для тяги управ-
ления заслонкой. Требуемую герметизацию обеспечивают теми же
способами, что и герметизацию других воздухопроводов силовой
установки.
Суммарная нагрузка на закрытую заслонку определяется дав-
лением р=(0,9 ... 6j)y„ на ее внутреннюю поверхность, р—
=—(0,2 ... 0,4)<?н на внешнюю, где qH— скоростной напор. При
открытой заслонке положительное давление воспринимается внеш-
ней поверхностью, а отрицательное — внутренней.
Как уже указано ранее, регулирование температуры масла в
воздушно-масляных радиаторах обеспечивается изменением интен-
сивности обдува радиатора при изменении расхода воздуха через
туннель. Расход увеличивается или уменьшается изменением вы-
134
ходного сечения туннеля при отклонении заслонки. Потери напора
в канале, а следовательно, и затраты мощности на охлаждение при
таком способе регулирования, остаются более или менее постоян-
ными и практически не зависят от скорости полета.
Заслонки на современных самолетах отклоняются электромеха-
низмами или .гидроприводами, которыми управляет экипаж или
специальные автоматические системы регулирования температуры
масла (см. разд. 7. 3). Применение сервоприводов позволяет отка-
заться от установки кинематически и конструктивно сложных ме-
ханизмов, уменьшающих момент, передаваемый от заслонки на ор-
ганы управления.
6.3. Топливомасляные теплообменники
Топливомасляные теплообменники (ТМТ) находят широкое
применение для охлаждения масла в ТРД и ТРДД. В основном
хладоресурс потребляемого двигателем топлива обеспечивает тре-
буемый теплосъем с нагретого в двигателе масла. Иногда, наряду
с охлаждением масла, ТМТ выполняют вспомогательную роль по-
догревателя топлива на входе в.двигатель, уничтожая кристаллы
Рис. 6. 5. Схема размеще-
ния ТМТ в системе пита-
ния двигателей топли-
вом:
/""пэдсн^еватель топливе; 2—
бустерный насос двигателя:
3—ТМТ на низком давлении
топлива; -^—основной или
форсажный насос; 5—регуля-
тор; ТМТ на высоком Дав-
лении основного или фор-
сажного топлива; 7—распре-
делитель; 8—испарительный
ТМТ; 9—коллектор форсунок
льда, появляющиеся в топливе при низких температурах, или гото-
вя топливо к фазовому переходу в испарительных форсунках.
В зависимости от назначения ТМТ могут быть включены в раз-
личные участки системы питания двигателя топливам. На участ-
ках 1 и 8 (рис. 6.5) ТМТ могут-устанавливать как подогреватели
топлива. Для охлаждения масла топливом низкого давления ТМТ
устанавливают на участок 3, а на участках 6 через теплообменни-
ки проходит топливо высокого давления.
На участке низкого давления топлива жесткие требования
предъявляют к гидравлическому сопротивлению топливной полости
теплообменника, через которую, проходит все потребляемое двига-
телем топливо. Из-за низкой температуры топлива иа этом участке
увеличен располагаемый температурный напор между входящим в
теплообменник топливом и маслом, что приводит к более глубоко-
му охлаждению масла. Однако значительный подогрев топлива
перед топливорегулирующей аппаратурой нежелателен, так как он
снижает точность регулирования и требует введения термокомпен-
саторов в дозирующие элементы системы топливного питания.
135
ТМТ в линии высокого давления должен быть довольно проч-
ным, в то же время он может отказаться и легким из-за интенси-
фикации в нем теплообмена и уменьшения потребной поверхности
охлаждения. Однако в этом случае снижается располагаемый тем-
пературный напор и масло на выходе из теплообменника будет
иметь более высокую температуру из-за подогрева топлива в ос-
новных насосах двигателя.
Конструкция. Для охлаждения масла наиболее\асто при-
меняют кожухотрубчатые ТМТ (рис. 6.6). В этих теплообменни-
Рнс. 6. 6. Схема кожухотрубчатого ТМТ
ках топливо пропускается через трубки, масло проходит через меж-
трубное пространство. Кожухотрубчатый ТМТ состоит из кожуха
5 с крышками 1. В кожух вставлена теплообменная. матрица, со-
стоящая из трубных досок 2, пучков трубок 3, перегородок для
топлива 4 и масла 6. Перегородки для топлива 9 в крышках 1 яв-
ляются продолжением перегородок 4.
Расположение перегородок для топлива и масла в матрице и
крышках определяется схемой организации потоков, образующих
смешанные варианты течений: противотока, прямотока и попереч-
ного тока.
В .ТМТ предусмотрены перепускные клапаны 7 для топлива и
8 для масла, предназначенные уменьшать гидравлическое сопро-
тивление при отрицательной температуре либо поддерживать по-
стоянную температуру одной из жидкостей (обычно топлива) на
выходе из ТМТ.
В первом случае применяют тарельчатые подпружиненные
клапаны, во втором случае дополнительно к ним применяют тер-
мостатические клапаны 10. Принцип действия термостатических
клапанов может быть основан на объемном расширении спе-
циальной термомассы, заключенной в герметичный чувствитель-
ный элемент анероидного или сильфонного типа, либо на термиче-
ской деформации чувствительного элемента в виде пружины из би-
металла.
136
Некоторые способы интенсификации тепло-
передачи. Для снижения .массы и объема ТМТ интенсификация
теплопередачи может проводиться в двух направлениях:
— увеличением плотности теплового потока, или количества
теплоты, проходящей в единицу времени через поверхность тепло-
обмена. Об одном из таких способов упоминалось выше — это
установка ТМТ в линии высокого давления топлива, при которой
появляется возможность увеличения скорости топлива в трубках
при увеличении допустимого гидравлического сопротивления. Дру-
гим способом является принудительная турбулизация топлива в
трубках для срыва и перемешивания пограничного слоя, в котором,
как известно, происходит процесс теплоотдачи. Принудительная
турбулизация осуществляется
закруткой потока пластинками
с винтовой поверхностью, труб-
ками с кольцевыми пережата-
ями или трубками с точечными _
пережатиями;
—увеличением компакт-
ности теплообменника, или по- _ _ _ „ , ,
, ’ Рис. 6,7. Схема теплообменной матри-
верхности теплообмена, прихо- цЫ ка носких трубках
дящейся'на единицу объема по-
лостей для масла и топлива.
Увеличить компактность можно выбрав оптимальную для теплопе-
редачи схему организации потоков >в матрице кожухотрубчатых
ТМТ или заменив эту матрицу на пластинчато-ребристую на плос-
ких трубках (рис. 6.7). Поверхность теплообмена такой матрицы
хорошо развита, а объемы теплоносителей снижены. Кроме такой
матрицы с перекрестным током известны подобные матрицы яа
противотоке.
ТМТ регулируют в следующих случаях:
— для снижения гидравлического сопротивления по топливно-
му и масляному тракту перепускными клапанами пружину топ-
ливного клапана затягивают так, чтобы обеспечить требуемое для
теплосъема количество топлива, а избыток перепустить через кла-
пан. Пружину масляного клапана затягивают так, чтобы все го-
фячее масло прошло через ТМТ. В обоих случаях пружины долж-
ны обеспечивать полное открывание перепускных клапанов на
’допустимых перепадах давлений при отрицательных температурах
и преодолевать гидравлическое сопротивление самих клапанов;
для ограничения предельной температуры топлива на выхо-
де из ТМТ термостатическими клапанами. При достижении пре-
дельной температуры топливо минует теплообменник. Полный
перепуск топлива при таком регулировании возможен только во
вспомогательном ТМТ для подогрева топлива на участке 1 (см.
рис. 6. 5);
— для прокачки через топливную полость ТМТ большего ко-
личества топлива путем дозированного и управляемого перепуска
топлива за теплообменником в топливный бак самолета (48}.
137
В приведенной на рис. 6. 8 схеме регулирования топливо дози-
руется жиклером 6 и при открытом кране 7 направляется в рас-
ходный бак самолета.
При наличии перепуска в топливный бак направляется избы-
точный тепловой поток
-------------- >
О-г-Лв + ит,иер
где q — теплосъем в теплообменнике; GT. дв— массовый расход
топлива через двигатель; GT. пер — расход топлива в линии пере-
пуска.
Рис. 6.8. Схема и характери-
стики регулирования перепус-
ка топлива в расходный бак:
1—подвод топлива из баков само-
лета; 2—расходный бак; 3—пэдка-
чива-ющий насос бака; 4—подкачи-
вающнй насос двигателя: 5—ТМТ;
6—жиклер; 7—кран; S—кривая ра-
зогрева топлива при Чхъб i расход*
ного ба;ка малого объема; 9—то же
при <7ИЗЙ г>?изб р ?о“70 же пр”
</из6 । расходного бака большого
объема; //--то же при ^язб
>?КЗб 1 расходного бака большо-
го объема
Баланс теплосъема для топлива в расходном баке характери-
зуется уравнением CTmdf=^ (CTGT. дв?0+^и3<5 — СтСт.дв/т)</г, где
Ст — теплоемкость топлива; т — масса топлива в расходном
баке, величина постоянная; #0 и tr—начальная и текущая темпе-
ратура топлива в расходном баке; т— время перепуска.
Решение этого уравнения при допущении, что CT=const дает
зависимость температуры топлива в расходном баке от времени
перепуска/т==/0-(----—(1 —е-от.дв'/“), где е — основание нату-
рального логарифма. Максимально возможная для этого случая
температура топлива в расходном баке определится nq формуле
^т.тпах=^о+^изб/(СтСт,дв). Процесс нарастания температуры топлива
в расходном баке происходит быстрее для малого расходного бака
или большого количества поступающей в бак теплоты.
Такой способ регулирования накладывает жесткие условия на
время перепуска, при увеличении которого регулирование становит-
ся нецелесообразным. Управляемый перепуск топлива в расходный
бак может быть осуществлен только при кратковременном дефи-
ците хладоресурса топлива, например на режиме планирования
самолета с высоты. В этом случае расход топлива через двигатель
резко сокращается, а теплоотдача двигателя в масло еще высока
вследствие тепловой инерции. Если перепуск топлива осуществля-
ется в крыльевой или фюзеляжный бак без пополнения его холод-
138
ным топливом, то баланс теплоты характеризуется уравнением:
СТ(т—GT. двт)<Н=дизбт, где т — начальная масса топлива в ба-
ке. Решение этого уравнения при Ст —const дает зависимость
; = /0 _- in ——- .
Если дефицит хладоресурса топлива носит длительный харак-
тер, то применяют комбинированные системы охлаждения масла,
Рис.. 6.9. Характеристики ТМТ
при во:
а-~ва®в£имость теплосъема <70 и коэф-
фициента теплопередачи k от расхода
масла Ом; б—зависимость <?о и k от
.расхода топлива <?т; в—зависимость
гидравлических сопротивлений масла
Арм и топлива Дрт от расходов мас-
ла <тм и топлива <?т; зависимость
коэффициента гидравлического сопро-
тивления масла и топлива от
числа Рейнольдса для масла ReK и
топлива
включающие в себя, кроме ТМТ, ТВТ топливовоздушные, теплооб-
менники-реакторы (ТВТр) и турбохолодильники для охлажде-
ния воздуха [8].
В ТВТр реализуется эффект эндотермических реакций топлива
в жидкой или газообразной фазах. Эффект каталитического разло-
жения топлива в ТВТр создает значительную долю хладоресурса.
В хладоресурс, кроме теплоты каталитического разложения, вхо-
дит теплота топлива, нагретого до температуры кипения, теплота
испарения топлива, теплота паров топлива, нагретых до темпера-
туры реакции.
Выбор ТМТ. Для выбора ТМТ должны быть известны теп-
лоотдача двигателя в масло qw и паспортные данные теплообмен-
ника.
В паспорт теплообменника входят его тепловые и гидравличе-
ские характеристики для одного температурного напора 0О (рис.
6.9). Кроме того, в паспорт входят геометрические параметры для
топливной и масляной полостей: площадь поверхности теплооб-
мена s, число трубок z, наружный и внутренний диаметр трубки d„
и d и площади проходных сечений FM и FT.
Если характеристики теплообменника выражены в абсолютных
величинах, то по заданным расходам топлива и масла из графика
на рис. 6. 9 определяется паспортный теплосъем и гидравлическое
139
сопротивление. Затем приводят найденный теплосъем, используя
свойство прямой пропорциональности между теплосъемом и тем-
пературным напором:
?!ip“9o“7--> (6Л7)
/ — i »о
где 0 — температурный напор для расчетных условий или разность
температур масла tw' и топлива i/ на входе в теплообменник;
0о — температурный напор для паспортных условий или разность
температур масла 4г„ и топлива fT<t на входе в теплообменник.
Если характеристики теплообменника выражены в критериаль-
ной форме, то перевод их в абсолютные величины производится в
следующем порядке:
— для заданных расходов топлива 1ГТ и масла определя-
ют скорость течения топлива пги масла пм в. матрице:
в,=ГЛи«и=№.
. — определяют число Рейнольдса для вязкостей топлива vT и.
масла vM1-соответствующих паспортному напору, при/Мо и
ReT=^- и ReM=-^;
v.f
— по ReT и ReM (см. рис. 6.9) определяют коэффициенты теп-
лопередачи k и гидравлического сопротивления;
— по требуемым, расходам масла и топлива определяют по
графикам коэффициент теплопередачи k;
— по формуле (6.5), приняв h'=tT' определяют потребный
л с®2
теплосъем q и гидравлическое сопротивление >Q — плот-
ность масла или топлива.
Если в паспорте нет площадей проходных сечений топливных и
масляных полостей, но известны геометрические размеры и орга-
низация потоков в матрице кожухотрубчатого ТМТ с числом тру-
бок Z, >по которым топливо .проходит за один ход, то
^=4Гт/(гл^2). у
Площадь проходного сечения для масла в этом случае можно
приближенно определить по зависимостям. Хоблера [23]
где — объем масляной полости матрицы; £э«в — эквивалентная
длина средней линии потока, проходящего по центрам тяжести
окон в перегородках; t — шаг между трубками.
Выражение 1 —— характеризует загромождение проходного
сечения трубками. Для сегментных перегородок (рис. 6. 10)
£экв—£~-h /£ЭН —5" Ь.
Л \ . о / о
140
Для концентрических перегородок
— h Н—~~ / ----— d —j
Л \ 2 3 2 j
Если полученный приведенный теплосъем на 10... 20 % мень-
ше, чем теплоотдача двигателя в масло q^ и известна зависимость
^ДВ=?(^ м. вх) > где Вх температура масла на входе в двига-
тель, то прежде чем подбирать более тяжелый теплообменник це-
Рис. 6. 10. Схемы организации
течения масла в кожухотруб-
чатом ТМТ и его параметры:
диаметр кожуха; L—дайна
матрацы; ft—длина хода; Ь—высо-
та одна или концентрической щели;
Ц-лпамсяр центрального отверстая
-лесообразно определить режим совместной работы теплообменни-
ка с двигателем #Пр=<7дВ и оценить приемлемость работы двига-
теля при повышенной температуре масла на входе. В этом случае
методом последовательных приближений назначают /м.вх и опре-
деляют температуру масла на входе в теплообменник
/ __ Чкв I f
Гм—„ -Ггм.вх-
Теплоемкость масла См берут для среднеарифметического зна-
чения температур иа входе в двигатель и выходе из него. Далее, по
формуле (6.5) определяют qSi, и при необходимости расчет пов-
торяют до получения режима совместной работы.
7. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ МАСЛЯНОЙ
СИСТЕМЫ И УПРАВЛЕНИЕ ЕЮ
7.1. Контролируемые параметры
При выбранной схеме смазки, принятой конструкции элемен-
тов системы и заданном сорте масла качество смазки узлов трения
ГТД определяется прокачкой, количеством и температурой цир-
кулирующего в системе масла. При отклонении этих величин от
нормы могут произойти и существенные отклонения от оптималь-
ного режима работы системы смазки и двигателя в целом.
Известно, что прокачка масла через двигатель и давление в
линии нагнетания взаимосвязаны и определяют друг друга. Поэто-
му контроль за подачей масла в двигатель ведут, замеряя давле-
ние масла за нагнетающим насосом. Количество масла в системе
можно контролировать, по уровню масла в баке. Контролировать
работу и состояние отдельных участков или элементов масляной
системы также можно измеряя температуру, давления и их пере-
пады в различных местах масляного контура.
Масляная система как объект контроля имеет ряд особенно-
стей. Первой из них является цикличность работы системы смаз-
ки, обусловленная установкой агрегатов в замкнутый масляный
контур, и влиянием работы одного агрегата на' работу другого
независимо от места их включения в схему. Следующая особен-
ность заключается в том, что масло, циркулирующее в системе,
является носителем информации о состоянии трущихся пар двига-
теля и тепловой напряженности некоторых его узлов. Эту инфор-
мацию дают температура и изменение состава масла (наличие в
нем металла, продуктов окисления). Специфической особенностью
системы является и то, что ее функционирование связано с рабо-
той двигателя, поэтому объективные данные о состоянии системы
нельзя получить, ограничиваясь только проверкой' и осмотром эле-
ментов системы в наземных условиях.
Для повышения эффективности и снижения трудоемкости конт-
рольных операций созданы автоматизированные системы контроля
(АСК). В настоящее время применяют бортовые, наземно-борто-
вые и наземные АСК. Независимо от принятой для данного само-
лета АСК аппаратура, контролирующая работу масляной систе-
мы, должна обеспечить ведение оперативного визуального контро-
ля по кабинным приборам и иметь выводы в АСК для автомати-
зированного контроля в процессе всего полета и на различных эта-
пах технического обслуживания.
Первый вид контроля позволяет экипажу вести наблюдение за
работой системы и при изменении ее контролируемых параметров
принимать решение о необходимости изменения режима работы
142
двигателя вплоть до его выключения. Второй вид контроля позво-
ляет избавить экипаж от анализа информации путем выдачи обоб-
щенных сведений на устройства централизованного оповещения и
обеспечивает получение данных о динамике изменений, происхо-
дящих в системе и отдельных узлах двигателя.
Число параметров, подлежащих оперативному и автоматизиро-
ванному контролю, определяют в процессе проектирования и до-
водки системы смазки и оценки влияния различных ее элементов
па. надежность системы в целом. Часть сигналов подается в АСК
от' датчиков, обеспечивающих и оперативный контроль, а часть от
специально установленных датчиков, работающих только в режи-
ме автоматизированного контроля.
Выбор оптимального числа контролируемых параметров возмо-
жен только при знании причинно-следственных связей в системе
и‘степени влияния различных ее элементов на выходные данные.
На давление масла в линии нагнетания, определяющее про-
качку, влияет работа откачивающих насосов и воздухоотделителя,
гидравлические потери в теплообменнике, уровень масла в баке и
давление в его надмасляной полости, состояние насосов подпитки
и нагнетания, их перепускных клапанов и, наконец, загрязненность
фильтра. Степень влияния этих факторов различна, но оно всегда
имеет место. Контроль за этими факторами через давление за
фильтром линии нагнетания позволяет оценить работоспособность
системы смазки и обязательно ведется по кабинным указателям.
Для того чтобы дифференцировать информацию, т. е. получить
данные о состоянии каждого агрегата в отдельности, в системе
могут быть установлены дополнительные датчики, подключенные
к АСК.
Очистка циркулирующего в двигателе масла от образовавших-
ся .в процессе смазки вредных включений производится в фильтрах,
работающих нормально при перепадах давления 25... 50 кПа.
Увеличение этого перепада — сигнал о засорении фильтра.
Давление масла на входе в нагнетающий насос двухконтурных
систем зависит от состояния насоса подпитки, перепада давления
на теплообменнике и особенно от состояния, откачивающих насо-
сов. В одноконтурных системах давление масла на входе в нагне-
тающий насос зависит от высоты уровня масла в баке и избыточ-
ного давления в нем, которое в закрытых системах определяется,
в свою очередь, работой воздухоотделителя и центробежного суф-
лера. Таким образом, измерение давления на входе в насос позво-
ляет контролировать работу еще ряда агрегатов.
Контроль за работой откачивающих насосов может быть осу-
ществлен по давлению за ними и по уровню масла в баке, так как
уменьшение их подачи вызывает уход масла из бака. Понижение
уровня масла в баке может явиться сигналом и о разрушении
уплотнений в масляных полостях двигателя, так как при этом бу-
дет наблюдаться повышенный расход масла через систему суфли-
рования. Этот дефект можно зафиксировать и по изменению пере-
пада'давления на уплотнениях. Повышение уровня масла в баке
143
может говорить о разрушениях трубок в ТМТ и попадании топли-
ва в масло.
Замер температуры масла на входе в двигатель позволяет вес-
ти контроль за работой системы охлаждения. При наличии в сис-
теме охлаждения' регулятора температуры за контролируемый па-
раметр можно принять положение регулирующего органа (заслон-
ку туннеля теплообменника на самолетах с ТВД). Косвенно о
температуре масла можно судить и по перепаду давления на теп-
лообменнике, увеличение которого происходит при повышении вяз-
кости масла. Своевременно обнаружить неисправности, вызываю-
щие масляное голодание двигателя, можно ведя контроль за тем-
пературой масла на выходе из двигателя. В некоторых системах
датчики температуры установлены в месте выхода масла из горя-
чих опор ротора и из редуктора ТВД.
Одним из наиболее действенных видов контроля является конт-
роль качества масла и наличия частяц металла (см. разд. 7.6).
Сигнализаторы наличия металлических частиц позволяют обнару-
жить неисправности на ранней стадии развития.
Схема причинно-следственных связей (рис. 7. 1) позволяет выя-
вить номенклатуру параметров, контроль за которыми дал бы воз-
можность объективно судить о состоянии системы смазки. Пара-
метры, несущие в себе информацию о работе большого числа аг-
регатов выводятся на кабинные индикаторы и одновременно в
АСК. При выборе этих параметров руководствуются следующим:
на приборные доски должна быть выведена информация о пара-
метрах, на которые экипаж может воздействовать путем измене-
ния режимов работы двигателя и полета, или выход которых за
предельно допустимые значения может привести к опасным отк-
лонениям в работе двигателя. К этим параметрам относятся: дав-
ление за фильтром линии нагнетания; температура масла на вхо-
де, а иногда и на выходе из двигателя; положение заслонки
туннеля теплообменника,' уровень масла в баке. Кроме того, на
приборные доски выводят информацию о появлении в масле ме-
таллических частиц.
Вывод остальных параметров (давления перед нагнетающим
насосом, перепадов давлений на фильтрах, теплообменнике и в
масляных уплотнениях; избыточного давления в баке, температу-
ры масла на выходе из отдельных узлов трения) на приборные
доски приведет к переизбытку информации, которая своевременно
не может быть усвоена экипажем. Поэтому эта информация вводит-
ся только в АСК, где накапливается и затем расшифровывается.
7.2. Контроль температуры масла
Данные, необходимые для контроля за температурой масла,
двигателя и работой системы охлаждения можно получить, изме-
ряя температуру масла на входе двигателя и выходе из него. На
практике часто ограничиваются измерением текущего значения
температуры входящего масла, так как в ней также заключена
144
'htcmoma
масла
"Регулятор},
температуры ~
Давление за
филылром линии
нагнетания
Фильтр
линии ял-
нетания
СердиТ
привоЗ
нагнетаю
щий насос
Теплообмен-
,. ник
Температура
масла на входе
в двигатель
Положение
заслонки
На кабинные
индикаторы
Насос .'
подпитки
Опары
ротора
Уровень масла
в баке-
Температура,
масла на выходе
из двигателя
Маслобак
Металлические
частицы в мас-
ле
Давление перед
нагнетающим
насосом
Фильтр
линии 1
откачки (
Насос J-
откачки
Перепад дав-
леная на филь-
тре
Давление
откачки
центров^
суфлер
Давление
в ване
Перепад давле-
ния в теплооб-
мен нине
Перепад давле-
ния в уплотнени-
\ах.___—________
- ....... ~ сигнал в текущем значении
‘ сигнал о предельно допустимом значении.
Рис. 7. I. Схема причинно-следственных связей и подачи сигналов
б 1673
информация и о тепловой нагрузке системы и об эффективности
работы теплообменных устройств. На одноместных самолетах с
ТРД, не имеющих систем регулирования температуры масла, иног-
да отказываются и от замера температуры входящего в двигатель
масла. Некоторые высокотемпературные по маслосистеме двига-
тели (при отсутствии контроля 4г. вх) могут быть оснащены сис-
темой сигнализации предельно допустимой температуры масла на
выходе из двигателя.
Контроль за температурой масла производится при помощи
электрических термометров сопротивления, принцип работы кото-
Рис. 7.2. Датчик термометра масла:
й—-устройстао датчика; б—схема установки датчик» в кама-
ле; I—термочувствительный элемент; 2-нкожух; 3—-теплспро-
водящне пластины
рых основан на использовании свойства термочувствительного
элемента (терморезистора) изменять свое омическое сопротивле-
ние при изменении температуры омывающего потока масла. Тер-
морезисторы изготовляют из никелевого или платинового провода.
Недостатком никеля является зависимость его температурного
коэффициента сопротивления а? от примесей, поэтому для обеспе»,
чения взаимозаменяемости датчиков последовательно никелевому
термочувствительному элементу включают добавочное сопротив-
ление из материала с ат=0 (константан, манганин), приводящее
<хт терморезцстора к стандартному значению. '
На рис, 7.2 показана конструкция широко применяемого дат-
чика термометра масла П-1. Датчики температуры входящего
масла устанавливают за насосом нагнетания, выходящего —. за
откачивающими насосами. В системах с «горячим» баком датчик
может быть установлен Непосредственно в маслобаке.
Величина инструментальной погрешности термометра не за-
висит от условий, при которых измеряется температура, и для
конкретного типа термометра является, величиной, заданной. Иначе
обстоит- дело с методической погрешностью, которая обусловли-
вается несовершенством теплообмена между масляным потоком
146
и термометрическим, телом датчика. Дело в том, что. собственная
температура термочувствительного элемента, определяющая ре-
зультат измерения, всегда отличается от температуры масла; их
разность и будет являться методической погрешностью. Мини-
мального значения этой погрешности можно достичь не только
подбором размеров, формы и материала термочувствительного
элемента, но и соответствующей установкой датчика. Наилучшие
условия теплообмена между маслом и термометрическим телом
датчика наблюдаются при установке датчика в канале, изогнутом
под углом 90° (см. рис. 7.2), так как именно в этом случае удает-
ся получить достаточно большую глубину погружения и сравни-
тельно малые завихрения. При размещении датчика в прямом тру-
бопроводе целесообразно его устанавливать под углом 60° к оси
трубы навстречу потоку. Тепловые потери из-за отвода теплоты
через датчик при установке его в масляном канале за насосом
нагнетания незначительны, так как разность между температура-
ми масла и среды достаточно мала. Для того чтобы эта разность
не увеличивалась, необходимо избегать такой установки датчика,
при которой его корпус находился бы в потоке охлаждающего
воздуха. С целью уменьшения лучеиспускания применяют блестя-
щее покрытие чувствительных элементов, т. е. повышают их от-
ражательную способность.
При неустановившемся тепловом режиме системы смазки, на-
пример при форсировании режима работы двигателя, датчик тем-
пературы не успевает следить за. изменением температуры масла,
что приводит к появлению динамических погрешностей. Запазды-
вание, зависящее от тепловой инерционности датчика, характери-
зуется постоянной времени т (у применяемых датчиков т=3 ... 5 с).
При сравнительно небольших скоростях изменения температуры
масла (приблизительно 0,5 град/с) такая инерционность датчика
практически не сказывается на качестве температурного контроля.
В качестве измерительной схемы термометра применяют мосто-
вую схему, обладающую достаточно высокой чувствительностью и
точностью. Указателем является логометр с подвижным магнитом.
Малые габаритные размеры такого логометра позволяют объеди-
нить два, три и более указателей. f
Примером этого является двухстрелочный указатель темпера-
туры масла (один на два двигателя). В широкоизвестном инди-
каторе УКЗ-З объединены указатели температуры масла и давле-
ния масла и топлива. Указатели температуры масла относятся к
приборам, показывающим параметр, изменение которого может
вызывать существенное нарушение работы двигателя, поэтому их
располагают в группе наиболее важных приборов, как правило,
в центре приборной доски.
7.3. Регулирование температуры масла
Регулирование температуры масла в системах охлаждения
авиационных ГТД возможно только посредством изменения количе-
ства теплоты, рассеиваемой в теплообменнике. Это можно осуще-
ствить, изменяя массовый расход хладоагента через теплообмен-
ник, Температура масла в воздушных теплообменниках регули-
руется изменением площади сечения выходного отверстия туннеля
путем отклонения заслонки по сигналам экипажа или автоматиче-
ского регулятора температуры, датчик которого установлен в по-
токе масла, выходящего из теплообменника. В существующих в
настоящее время системах топливного охлаждения регулирование
температуры масла не производится.
Наличие автоматического регулятора освобождает экипаж са-
молета от непрерывного наблюдения за температурой масла и не-
обходимости вмешиваться в работу системы охлаждения, управ-
ляя заслонкой. Кроме того, оно позволяет повысить надежность
работы двигателя и обеспечить более экономичное и эффективное
его использование.
Температура масла зависит от режима работы двигателя, Но
ее изменение практически не сказывается на рабочем процессе в
двигателе. Следовательно, влияние двигателя и его систем.; регу-
лирования на работу системы охлаждения носит односторонней ха-
рактер, что позволяет считать ее автономной и значительно, ^про-
щает . анализ динамики автоматического регулирования темпера-
туры. Особенностью системы охлаждения является и то, что пере-
ходные процессы в ней при смене тепловых режимов протекают
медленно и с малым затуханием. Это объясняется большой теп-
ловой инерционностью системы, постоянная времени которой изме-
ряется несколькими минутами. Поскольку в системах охлажде-
ния вполне допустимой является неточность регулирования по-
рядка ±5 ... 7'’С, оказывается возможным, несмотря на медленное
затухание переходных процессов, применение регуляторов на базе
простых н достаточно надежных самобалансирующихся схем без
сложных стабилизирующих устройств.
Поскольку регулирующим органом в системах воздушного ох-
лаждения является заслонка туннеля теплообменника, требующая
для своего перемещения достаточно больших усилий, для регули-
рования температуры масла используют регуляторы непрямого
действия с электрическими или гидравлическими сервоприводами.
В качестве чувствительных элементов применяют биметалличе-
ские датчики или тер,морезвсторы. Биметаллические датчики спо-
собны развивать значительное перестановочное усилие при изме-
нении' температуры, но их недостатком, кроме большой постоян-
ной времени ft я? 20 е), является наличие скользящих контактов и
прерывистость работы следящей системы. Чувствительные элемен-
ты, выполненные на базе терморезисторов, обладают меньшей по-'
стоянной времени (т—3... 5 с), более просты по устройству и ли-
шены подвижны? контактов.
Устойчивое регулирование температуры масла с требуемой точ-
ностью возможно'только при определенной скорости перемещения
регулирующего, органа — заслонки; Потребная скорость изменения
положения заслонки зависит от многих переменных параметров,
учет, влияния'Которых производится по дифференциальным уравне-
ниям движения как системы охлаждения в целом, так и регулято-
ра с его отдельными звеньями — термочувствительным элементом
и сервоприводом. Решение этих уравнений относительно скорости
Движения штока сервопривода позволяет определить ее максималь-
ное значение, при котором будет выполняться условие устойчивого
регулирования [21],.
За расчетные условия принимают максимальный режим рабо-
ты двигателя при полете у земли с максимальной скоростью при
В теплообменник
Рис. 7.3. Схема АРТМ:
/—указатель положения заслонки.: 2—сер-
воприаод; 3—рале давления; #—блок управ-
ления; запорный клапан; б—термочувст-
вительный элемент: 7, 8—-полости выхода
и ©хода-; б—предохранительный клапан:
/0—тер м <грегу л ятор
различных типов и как. следст-
низких температурах воздуха.
Температура масла при этом
должна соответствовать мак-
симальной температуре наст-
ройки регулятора. С увеличе-
нием высоты полета запас ус-
тойчивости регулятора повы-
шается. К этому же приводит
уменьшение скорости полета,
переход двигателя на пони-
женные режимы, уменьшение
температурного напора в теп-
лообменнике и уменьшение
скорости движения заслонки.
На многомоторных самоле-
тах, двигатели которых уста-
новлены на крыле, внутренние
й внешние гондолы могут су-
щественно отличаться друг от
друга как обводами, так я
компоновкой. Это иногда вы-
зывает применение на одном
самолете туннельных установок
вне. создание различных условий входа и выхода охлаждающего
воздуха. Если при проектировании и доводке охлаждающих уста-
новок нельзя получить одинаковые оптимальные условия для их
работы, то температурные (по маслу) режимы двигателей одного
и того же самолета будут отличаться друг.от друга, и в этом слу-
чае системы регулирования температуры масла для внутренних и
внешних двигателей приходится настраивать по различным пара-
метрам. .
Работу-Системы регулирования температуры масла рассмотрим
на примера системы АРТМ, применяемой на многих отечественных
турбовинтовых самолетах и вертолетах.
В корпусе терморегулятора 10 (рис. 7.3), в полостях входа 8
й выхода’/ масла, установлены два клапана: предохранительный
9 и запорный 5. В момент запуска двигателя, когда масло недо-
статочно вгрогрето, в полости 8 могут возникать повышенные дав-
ления. При достижении предельно допустимого давления на входе'
клапан 9 перекрывает отверстие входа масла в теплообменник я
сообщает полость 8 с полостью .7; в результате все масло, минуя
149
теплообменник, направляется к выходу и омывает термочувстви-
тельный элемент 6. Запорный клапан 5 .прижимается к своему сед-
лу и защищает масляную полость теплообменника о?т повышенных
давлений. Перед началом срабатывания клапана 9 включается ре-
ле давления 3 и производит в блоке управления 4 разбаланс мо-
ста на закрывание заслонки туннеля. Приток теплоты от двига-
теля вызывает повышение температуры масла и уменьшение его
вязкости. Давление на входе в теплообменник понижается, кла-
пан 9 прекращает перепуск масла и все масло начинает проходить
через теплообменник. В течение всего периода разогрева масла
реле давления 3 держит сервопривод 2 включенным на закрыва-
ние заслонки. После понижения давления вместо постоянного со---
противления, которое было йключено с помощью реле давления,
в цепь моста подключается термочувствительный элемент 6.
При дальнейшем нагреве масла заслонка остается закрытой до
тех пор, пока температура масла не превысит верхний предел 'зо-
ны нечувствительности регулятора. В этот момент на диагонали
моста появляется сигнал на открывание заслонки.
Сигналы на открывание и закрывание заслонки в виде импуль-
сов постоянного тока подаются блоком управления 4 на сервопри-
вод 2 в зависимости от температуры масла, омывающего, термо-
чувствительный элемент 6, -конструкция которого принципиально
не отличается от конструкции датчика термометра масла. Термо-
чувствительный элемент включен в одно из плеч моста блока-
управления и его сопротивление зависит от температуры масла..
При температуре масла, соответствующей заданной, в измеритель-
ной диагонали моста сигнал отсутствует; при отклонении темпера-
туры от заданного значения появляется сигнал разбаланса. Для
стабилизации процесса регулирования система работает в импульс-
ном режиме, что позволяет уменьшить среднюю скорость переме-
щения штока сервопривода.
Контроль за положением заслонки туннеля ведется по кабинно-
му указателю lt который, как правило, устанавливают на пульте
левого пилота или бортинженера. Системы регулирования темпе-
ратуры могут работать как в автоматическом режиме, так и в ре-
жиме ручного управления.
7.4. Контроль давления масла
Контроль давления масла производится при помощи маномет-
ров, позволяющих получать информацию о текущих значениях
давления, и сигнализаторов, сообщающих о достижении давлени-
ем минимально допустимого значения. Датчики манометров и сиг-
нализаторов давления масла на входе в двигатель подключаются
к системе в одном месте.
Нормально величина давления масла на всех режимах работы
двигателя остается более или менее постоянной для всех ГТД и
снижается только на режиме малого газа. Минимально допусти-
мое давление на этом режиме (рм.г), как правило, на 100...
150
-.. 150 кПа ниже давления на номинальном режиме. Аварийное
падение давления, т. е. падение давления ниже рм.г при работе
двигателя на режимах выше малого газа, вызывая масляное голо-
дание и перегрев двигателя, может привести к серьезным неполад-
кам в его работе. Этим объясняется необходимость в сигнализа-
ции а1варийного падения давления масла.
Для измерения давления масла в настоящее время использу-
ются электромеханические манометры, состоящие из датчиков,
подключенных к напорной магистрали напнетающего насоса после
фильтра высокого давления, и указателей, установленных в каби-
не экипажа.
В качестве датчиков манометров применяют мембранные
устройства, оснащенные либо реостатами (омическими), либо ин-
дуктивными преобразователями. Основным недостатком реостатно-
го датчика, кроме наличия в нем достаточно сложного передаточ-
но-мноиснтельного рычажного механизма, является скользящий
контакт между Щеткой и обмоткой потенциометра, который снижа-
ет точность и, главное, надежность контроля. Этим объясняется
то, что выпускаемые отечественной промышленностью реостатные
манометры типа ЭДМУ последнее время почти полностью вытес-
нены индуктивными манометрами типа ДИМ.
В масляных системах ГТД, где давление не превышает
600 кПа, применяют датчики ИДТ-8 (рис. 7.4). Цифра в обозначе-
нии датчика говорит о верхнем пределе замеряемого давления.
Пульсация давления, наблюдающаяся при работе шестеренных
насосов, оказывает вредное влияние на электромеханический ма-
нометр, поэтому, если амплитуда колебаний давления превышает
3% от предельного значения шкалы указателя, датчики необходи-
мо защищать демпфирующими устройствами. В этом случае в мае-,
ляный штуцер датчика встраивают капиллярные гасители колеба-
ний. При отсутствии в датчике таких гасителей в линии подвода
давления могут быть установлены пластинчатые демпферы. Демп-
фер может устанавливаться как около датчика, так и в месте за-
бора давления. В последнем случае он будет защищать от пуль-
сации не только датчик манометра, но и сигнализатора падения
давления, который подключается к масляной магистрали в той же
точке, что и датчик манометра. Применяемые датчики работоспо-
собны при пульсации давления масла до 700 Гц; погрешность по-
казания при нормальной температуре не превышает ±4% от пре-
дела измерения.
Для сигнализации аварийного падения давления масла исполь-
зуют сигнализаторы (рис. 7.5) (реле давления), представляющие
собой контактное устройство, один из контактов которого связан с
чувствительным элементом, другой — с неподвижным основанием.
Во внешней цепи сигнализатора установлена сигнальная лампа.
В масляных системах ГТД применяют сигнализаторы с размыка-
ющими контактами, т. е. сигнализаторы, замыкающие электриче-
скую цепь при Снижении-рабочего давления в системе. В некоторых
сигнализаторах надмембраниая (статическая) полость сообщается
151
с атмосферой через специальный штуцер, в других — такой штуцер
отсутствует.
Для сокращения длины подводящих магистралей датчики ма-
нометров, и сигнализаторы следует устанавливать как можно б л И*
же к месту забора давления. Достаточная виброустойчивость дат-
чиков позволяет устанавливать их без применения амортизаторов
непосредственно на двигателе, подкосах его крепления, капотах.
Рис. 7.4. Датчик индуктивного
манометра:
/«-мембра-аа: 2—шток; -3—якорь; 4—ка-
тудкйа; 5—громка логометра; ^—сопро-
тивление
Рис. 7.5. Сигнализатор паденкяг
давления
Статические полости датчиков давления и сигнализаторов соеди-
няются с атмосферой. Из соображений противопожарной безопас-
ности (в случае разрушения мембраны может произойти выброс
масла через датчик) трубка от статического штуцера должна вы-
водиться за обводы отсека двигателя. К выбору места располо-
жения вывода следует подходить осторожно, так как наличие ско-
ростного напора или значительного разрежения в зоне вывода мо-
жет повлиять на показания манометра или на срабатывание сиг-
нализатора.
Поскольку давление масла является одним из основных пока-
зателей работы масляной системы, указатели манометров и табло*
сигнализации аварийного падения давления всегда размещают к
центре приборной доски.
7.5. Дистанционный контроль количества
масла в баке
На самолетах большой продолжительности полета, двигатели
которых имеют масляную систему большой емкости, в воздухе.не-
152
Обходимо вести контроль за количеством находящегося в баке мас-
ла. Непосредственное измерение объема масла в баке невозможно,
поэтому при дистанционном контроле применяют косвенный метод
^измерения, .при котором вместо объема масла V замеряют его
Уровень в баке.
I Контроль за объемом масла в баке может производиться при
Помощи электромеханических масломеров. В таких масломерах
реэлектрическая величина (уровень масла) в электрическую (оми-
ческое' сопротивление /?) преобразуется потенциометрическим дат-
чиком рычажно-поплавкового типа. Указателем масломера служит
магнитоэлектрический логометр. При изменении уровня масла в ба-
ке поплавок, находящийся на поверхности масла следует за уров-
нем и через рычажную систему перемещает ползунок потенциомет-
ра, расположенного в корпусе датчика. Каждому уровню масла
•будет соответствовать определенное угловое положение ползунка.
Обобщенная характеристика маслобака и' поплавково-рычаж-
ного масломера R=f'(V) имеет нелинейный характер и в ряде слу-.
>чаев может оказаться достаточно сложной, так как будет опре-
деляться не только характеристикой рычажной системы датчика,
но и в основном конфигурацией маслобака. Форма бака обычно
диктуется формой отведенного ему пространства в отсеке двигате-
ля и поэтому /?=/()/) для каждого конкретного, типа самолета
или двигателя носит индивидуальный характер.
Для получения линейной зависимости между омическим сопро-
тивлением потенциометрического устройства и объемом масла,
а следовательно, и для равномерной градуировки шкалы указате-
ля каркас потенциометра профилируют по высоте. Характеристика
R-j-(V) определяется экспериментально путем мерного слива мас-
ла из бака с установленным в нем датчиком масломера. Бак яри
этом должен находиться в положении, соответствующем горизон-
тальному полету.
Как правило,- маслобаки устанавливают в непосредственной
близости к двигателю или на самом двигателе, поэтому потенцио-
метрическая часть масломера разогревается не только из-за теп-
лоотдачи от масла, нои из-за теплоты, излучаемой двигателем. Для
уменьшения дополнительной температурной погрешности (у поп-
лавковых масломеров она составляет 0,6% от максимального зна-
чения шкалы на каждые 10° С температуры окружающей среды)
-выступающая из бака часть корпуса масломера должна находиться
=в хорошо продуваемой зоне отсека двигателя. Иногда для подачи
за датчики масломеров охлаждающего воздуха устанавливают да-
же дополнительные воздухозаборники.
Поплавково-рычажные масломеры трудно устанавливать в
сложных по конфигурации баках, особенно при -наличии в них пере-
городок, Сложность кинематической схемы такого масломера,
наличие подвижных деталей и скользящих контактов,- непостоян-
ный момент на рычаге поплавка снижают точность и надежность
контроля (погрешность поплавково-рычажного масломера состав-
ляет ±2,5% на нулевой отметке и ±5% по всей шкале).
153
В последние годы на тяжелых транспортных и пассажирских ,
самолетах стали находить применение масломеры с конденсатор-
ными датчиками, в основу работы которых положен тот же прин-
цип, что и у емкостных толливомеров. При использовании конден-
саторных масломеров следует учитывать, что для многих двигате-
лей допускается применение как минеральных, так и синтетических
масел, диэлектрические постоянные которых существенно отлича-
ются друг от друга. Конкретная же система измерения объема
масла с электроемкостными датчиками может работать только с
каким-либо одним видом масла.
«Верхний» замеряемый масломером объем масла в баке должен
соответствовать уровню максимально допустимой заправки масло-
бака, «нижний» незамеряемый объем — объему масла, находяще-
гося ниже заборного патрубка маслобака; для баков ТВД этот
объем равен объему масла, предназначенного для флюгирования
воздушного .винта.
Часто в .схему масломеров включают сигнализаторы минималь-
ного остатка масла. Этими сигнализаторами являются микровы-
ключатели, связанные с рычажно-поплавковой системой. Срабаты-
вание микровыключателя приводит к загоранию сигнальной лампы
в кабине. Настройка срабатывания сигнализатора производится по
уровню минимально допустимого запаса масла в баке.
Показания масломеров в пределах установленной погрешности
верны только при горизонтальном полете. При эволюциях и возни-
кающих при этом перегрузках изменяется положение поверхности’
масла, что приводит к существенным изменениям показаний мас-
ломера. Учитывая это, измерения по указателю масломера в этих.;
случаях не производят. При заправке масла контроль ведут по мас-
ломерному устройству бака или по шкале, имеющейся на потенцио-
метрической головке датчика (в случае применения поплавково-
рычажного масломера). Градуировка этой шкалы производится для
стояночногр положения самолета.
При наличии на многомоторных самолетах систем централизо-
ванной одновременной заправки нескольких маслобаков контроль
за заправкой ведут по указателям, установленным в кабине экипа-
жа. В-этом случае в системе измерения количества масла преду-
сматриваются устройства, сигнализирующие об избытке масла, т. е.
превышении уровня максимально допустимой заправки.
Как правило, положение оси самолета при стоянке не на много'
отличается от ее положения при горизонтальном полете, поэтому
по кабинным указателям с достаточной точностью можно контро-
лировать объем масла в баке на земле как при заправке, так и при
работающем двигателе. Последний контроль необходим, так как
для многих двигателей оговариваются допустимые уходы масла из
бака в систему при запуске.
Указатели объема масла, как правило, устанавливают либо на
пульте бортинженера, либо на пульте левого пилота; лампу сиг-
нализации минимального остатка масла — в центре приборной
доски.
154
7.6. Способы и устройства раннего
обнаружения дефектов
В ^процессе эксплуатации двигателя при появлении дефектов в
системе смазки автоматически выдается информация о выходе за
пределы норм давлений, температур, и о появлении металлических
частит в масле. Индикация такого рода отклонений может осу-
щесталяться -световыми табло на приборных досках самолета и сиг-
налами блока речевых команд. Результаты спектрального анализа
проб масла, систематически отбираемых из определенного участка
системы смазки (чаще всего из маслобака), являются важным по-
казателем состояния узлов трения.
Сигнализаторы давления. Это дифференциальные или
простые реле давления (см. рис. 7.5), которые устанавливают в
магистрали подачи масла .в двигатель, или в полости смазки для
контроля за снижением давления подачи масла и работой уплот-
нений.
В .цепь сигнализатора подачи масла иногда включают блок за-
держки. [7] для предотвращения выдачи ложных сигналов при
кратковременном эволютивном снижении давления масла. Если в
системе смазки маслобак суфлируется раздельно с двигателем, то
можно применить дифференциальный сигнализатор, в динамиче-
скую полость которого нужно подавать давление масла, а в ста-
тическую— давление в полостях смазки. В этом "случае на сигна-
лизатор будет подаваться истинный перепад давлений на масляных
форсунках, а выдача сипнала будет происходить как при снижении
давления подачи масла, так и при повышении давления в полостях
смазки, когда нарушается работа уплотнений.
Сигнализаторы температуры масла. Такие сигна-
лизаторы устанавливают в магистрали откачки- масла из опор
трансмиссии двигателя. Они выдают сигнал в случае нарушения
работы подшипников, и связанного с ним перегрева масла. Сигна-
лизаторы перегрева масла выполняют в виде термометров сопро-
тивления, включенных во вторичную мостовую электросхему. При
разбалансировке моста, соответствующей предельно допустимой
температуре масла, происходит замыкание цепи индикации. Тако-
го рода сигнализаторы, как указано ранее, обладают повышенной
тепловой инерцией и погрешностями.
Из-вестны случаи [2] применения сигнализаторов перегрева мас-
ла с малой тепловой инерцией, выполненных (рис. 7. 6) в виде кап-
сулы 1 из диэлектрика с разомкнутыми контактами 2. В верхней
части капсулы помещена вставка из легкоплавкого металла 3, 'ко-
торая вместе с капсулой омывается маслом магистрали откачки.
При достижении температуры плавления вставки металл перемеща-
ется в нижнюю часть капсулы и замыкает контакты.
Сигнализаторы металлических частиц в масле.
Сигнализаторы металлических частиц в масле должны обеспечи-
вать выдачу сигнала при начале разрушения трущихся деталей
двигателя. Задача затруднена наличием в масле металлических та-
155
стиц нормального износа деталей и в этой связи необходимостью
разделения по размерам частиц нормального и прогрессирующего
износа. Для пороговой индикации частиц по размерам применяют
сигнализаторы двух основных типов: дискретные и накопительные;
Индуктивные сигнализаторы дискретного типа основаны на спо-
собе порогового изменения добротности высокочастотного колеба-
тельного контура при прохождении крупной металлической части-
цы по магистрали внутри контура. Вторичный электронный блок в
этом случае выдает сигнал в цепь индикации.
Рис. 7,7. Магнитная пробка:
I—рукоятка; 2—державка магнита; 5—илтофт; 4—корпуса
5> Я-дружины; 6—уплотнительное кольцо; 7—о£ь; кла«
пан; /0—маннит
Рис. 7.6. Схема сигиализа'
тора перегрева масла
Щелевые сигнализаторы накопительного типа выполняют в ви-
де щелевого фильтра, металлические диски которого собраны на;
каркасе из диэлектрика. К крайним дискам подведена электричек
ская цепь, которая замыкается застрявшими междудисками метал-
лическими частицами.
Магнитные сигнализаторы относятся к накопительному типу.
Регулярный осмотр магнитных пробок (рис. 7. 7), так же как спект-
ральный анализ масла, является важным показателем технического
состояния узлов трения двигателей. Индикация магнитных сигнали-
заторов может выдаваться при замыкании цепи металлическими
частицами в зазорах между магнитами 4 (рис. 7. 8).
Сепарационные сигнализаторы — это сигнализаторы накопи-
тельного типа с предварительной сепарацией металлических частиц
в поле центробежных сил. В сигнализаторе (рис. 7,9) использован
приводной центробежный воздухоотделитель 5. Металлические ча-
стицы из воздухоотделителей вместе с небольшим количеством м,ас--
ла попадают в полость сетчатого фильтра 1, a t прошедшее. через
фильтр масло поступает через дозирующий жиклер 6 на выход из
воздухоотделителя. Фильтр 1 выполнен в узле поршня со штоком 3
и удерживается в исходном положении пружиной 4. По мере засоре-
ния фильтра 1 на нем возрастает разность давлений, заставляя
поршень выдвигать шток 3 и преодолевать сопротивление пружи-
ны 4. Шток нажимает на контакт микровыключателя 5 с механи-
ческим самоподхватом 2 и замыкает цепь индикации. Недостатком
156
сигнализатора такой конструкции является ложное срабатывание
при любом засорении неметаллического происхождения.
Спектральный анализ масла. Этот анализ дает воз-
можность прогнозировать техническое состояние узлов трения дви-
гателя по присутствию и концентрации химических элементов, вхо-
дящих в продукты износа конструктивных материалов, накаплива-
ющихся в масле. По соотношению и концентрации характерных хи-
мических элементов иногда удается локализовать узел с повышен-
ным износом деталей без разборки двигателя.
Рис. 7.9. Сепарационный сигнализатор металли-
ческих частиц
Рис. 7. 8. Схема магнитного сигнализатора:
1—сигнальная ламла; источник питания: 5—диэлектри-
ческая гфдставка; машнт
Своевременная замена такого узла позволяет намного повысить
надежность работы двигателя. Спектральный эмиссионный анализ
основан иа свойстве [пропорциональности между интенсивностью
спектральной линии и концентрацией химического элемента в мас-
ле. Зависимость'между интенсивностью / спектральной линии и кон-
центрацией химического элемента выражается, эмпирическим соот-
ношением Ломакина —• Щайбе 1 = аСд, где а и В — постоянные,
зависящие от свойств спектральных, линий и источника света.
Для экспресс-анализа масла применяют фотоэлектрические
установки (рис. 7. 10), измеряющие интенсивность спектральных
линий и автоматически регистрирующие концентрацию химических
элементов иа основе эталонных спектров [17].
Установка состоит из штатива 2, полихроматора 5 и блоков
электронной регистрирующей аппаратуры 14. Штатив 2 предназна-
чен для сжигания паров пробы масла из ванночки. 9 в разряде
электрической дуги, образующейся между стержневым электродом
1 и дисковым электродом 8, частично погруженным в пробу масла.
На электроды подается напряжение от генератора дуги 6. Электро-
двигатель с редуктором 7 приводит во вращение дисковый элек-
трод 8 с такой частотой, чтобы испарение пробы масла заканчива-
лось к моменту переноса пробы из ванночки 9 в дуговой разряда
Световое излучение от дугового разряда происходит через растро-
157
вый конденсор 3, укрепленный на штативе. Диспергирующим эле-
ментом излучения является полихроматор 5, с дифракционной ре-
шеткой, по фокальной (поверхности которого расположены входная
щель 4 и ряд выходных щелей для
монохроматического излучения.
Каждое из монохроматических из-
Рис. 7.10. Функциональная схема
фотоэлектрической установки
лучений фокусируется сферическим
зеркалом 10 на входной канал фото-
электронного умножителя 11, анод-
ная цепь которого содержит инте-
грирующий конденсатор 12, накап-
ливающий заряд за время экспози-
ции. Конденсаторы 12 .заряжаются
анодным током, пропорциональным
интенсивности излучения, и играют
роль запоминающих устройств. Пос-
ле сжигания пробы масла опраши-
ваются каналы излучения при помо-
щи ручного переключателя 13, и ре-
гистрирующей аппаратуры 14. Оц-
новременно могут быть определены
до 10 химических элементов.в одной
пробе .масла.
Для тарировки установки используют эталонные пробы масла
со взвешенными в них химически чистыми частицами окислов или
солей металлов и с рассчитанной концентрацией. Концентрацию из-
меряют в граммах вещества на тонну масла.
7.7. Системы подавления и сигнализации
пожара в масляных полостях двигателя
Применение в современных ГТД маловязких масел с низкой
температурой самовоспламенения повышает опасность возникнове-
ния пожара в масляных полостях двигателя. Наиболее пожароопас-
ными принято считать масляные полости опор ротора. В этцх теп-
лонапряженных местах в результате интенсивного перемешивания
масла с воздухом и прорыва воздуха через уплотнения часть масла
испаряется, часть находится в состоянии мелкодисперсного распы-
ла. Все это приводит к образованию масловоздушной смеси с'ко-
эффициентом избытка воздуха, достаточным для устойчивого го-
рения. '
Для тушения пожара в масляных полостях двигателя все ГТД
пассажирских самолетов оснащены специальными противопожар-
ными системами, -включающими в себя системы обнаружения по-
жара, его регистрации (сигнализации) и подачи огяегасящего ве-
щества (ингибитора). Эти системы должны быть^втономными, не
связанными с другими противопожарными системами самолета.
Известно, что добавление в горючую смесь нейтральных, не уча-
ствующих в горении, веществ уменьшает скорость распространения
.158
пламени и- при определенных условиях может совсем прекратить
горение. Одновременно с уменьшением скорости распространения
пламени, нейтральные вещества сужают концентрационные грани-
цы области воспламенения. Нейтральные вещества непосредствен-
но не участвуют в процессе химической реакции горения и их дей-
ствие сводится в основном к чисто физическому воздействию, кото-
рое выражается, кроме изменения концентрации кислорода в сме-
си, в поглощении тепловой энергии.
В качестве нейтральных веществ ранее использовали азот, ге-
лий, аргон и углекислоту, получившую наибольшее распростране-
ние. Огнегасительная концентрация этих ингибиторов весьма высо-
ка, -поэтому уже давно были предприняты поиски новых огнегася-
щих составов. Эти поиски привели к внедрению в системы пожа-
ротушения активных ингибиторов, созданных на основе гаплоидных
соединений, т. е. соединений -брома, хлора, фтора и йода. Сильное
действие этих ингибиторов объясняется не только физическим их
воздействием на процесс горения. Они оказывают сильное воздей-
ствие на .сам ход химических реакций горения. Это воздействие
вы-ражается в обрыве цепной реакции горения или в возникнове-
нии дополнительных реакций с продуктами горения, сопровождаю-
щихся значительным потреблением теплоты.
В качестве ингибиторов на отечественных самолетах применя-
ются составы «3,5» и хладон 1 14Вг, последний в настоящее время
находит все более широкое применение. Плотность хладона почти
в два раза больше, чем состава «3,5» и, следовательно, хладон мо-
жет быть размещен в баллоне меньшей емкостью. Кроме того,
больший секундный массовый расход огнегасящего вещества лег-
че получить при применении хладона, так как у него меньше со-
держание газовой компоненты, чем у состава «3,5». Хладон прак-
тически неагрессивен по отношению к той гамме материалов, кото-
рая используется в конструкции двигателя, чего нельзя сказать о
составе «3,5». При случайном срабатывании системы и -попадании
хладона в двигатель, не требуется сразу же производить трудоем-
кую и дорогостоящую обработку двигателя; достаточно только не
позднее чем через 120 ч после попадания хладона .в двигатель про-,
извести одноразовую замену масла.
Выбор места подачи огнегасящего состава в двигатель зависит
от вероятности возникновения пожара в той или иной полости.
Обычно этими местами являются полости подшипников турбины и
компрессора, полость картера редуктора ТВД. Желателен подвод
состава и в смежные с ними воздушные полости двигателя.
Состав в масляные полости двигателя из огнетушителей подает-
ся по специально предназначенному для этого трубопроводу. Иног-.
да на некоторых участках системы для подвода состава может быть
использован трубопровод системы суфлирования. Примером этого
является система, принципиальная схема которой показана на рис.
7. 11. Состав по самолетному трубопроводу подается к штуцеру 2
на лобовом картере двигателя. Часть состава через этот штуцер
подводится к отсечному клапану 3, установленному в трубопроводе
159
суфлирования задних опор. Золотник отсечного клапана под дейст-
вием давления состава поднимается вверх и .пропускает состав в
трубопровод суфлирования. В верхнем положении золотник на-
правляет состав в полость задних опор, перекрыв ему путь к цен-
тробежному суфлеру 1.
Для исключения возможности попадания масла в трубопроводы
системы пожаротушения штуцеры ввода состава внутрь двигателя
закрываются мембранами 5 из алюминиевой фольги, которые раз-
рываются под действием давления состава, или перед форсунками
Рис. 7. I ]. Система подачи огпегасяшего
состава в масляные полости двигателя
АИ-20:
/“центробежный суфлер; 2, ^-’-штуцеры вво-
да состава; 5—отсечный клалзк; 5~^мембра«а;
б—огнетушитель; 7~-сигнализатор саморазряд-
ки; S— обратный кладам; 5—фильтр
устанавливаются обратные клапаны. Огнетушители представляют
собой металлическую емкость, в которой под давлением
(8 ... 10) 103 кПа хранится огнегасящий состав. Наибольшее рас-
пространение получили двухлитровые огнетушители ОС-2ИЛ и
УБ.Ш-2 с затворной пироголовкой. Время выброса состава из этих
огнетушителей не превышает одной секунды. -
В зависимости от места установки двигателей на самолете си-
стемы подачи огнегасящего состава .могут быть централизованны-
ми (огнетушители вместе с распределительными кранами компону-
ются .в единую пожарную станцию) или автономными (каждый
двигатель оснащен своими огнетушителями). Первый вид установ-
ки огнетушителей возможен на самолетах с близко расположенны-
ми двигателями, примером такой установки являются системы ту-
шения пожара внутри двигателя на самолетах Ту-134 и Ту-154.
При .разнесенных двигателях (например, когда они установле-
ны на крыле) в случае применения пожарных станций длина тру-
бопроводов от огнетушителей до места ввода состава становится
недопустимо большой. При внутреннем диаметре трубопровода
14 мм его характерный гидравлический параметр (/</='1500 ...
., . 2000, и гидравлические потери весьма существенно влияют на
эффективность противопожарной системы. В этом случае двигате-
ли оснащают автономными системами, применение в которых рас-
пределительных кранов становится ненужным, что, несомненно, по-
вышает надежность системы в целом. -
Независимо от типа система должна обеспечивать подачу со-
става внутрь двигателя в две очереди. Огнетушители первой оче-
160
реди срабатывают автоматически по сигналу от датчиков системы
обнаружения пожара, второй — ло команде экипажа. При сраба-
тывании пирозатвора огнетушителей второй очереди огнетушитель
первой очереди будет уже находиться в разряженном состоянии,
поэтому в трубопроводе разрядки установлен обратный клапан 8
(см. рис. 7.11), недопускающий поступления состава в разряжен-
ный огнетушитель при работе второй очереди пожаротушения.
Система обнаружения пожара в маслополостях двигателя состо-
ит из датчиков и исполнительного блока, который, принимая сиг-
налы от датчиков, подает напряжение на сигнальные устройства в
кабине, распределительные краны, если они имеются, в пиропатро-
ны огнетушителей первой очереди.
Принцип работы датчиков системы обнаружения пожара осно-
ван на возникновении контактного потенциала между двуэГя разно-
родными проводниками, зоны контакта которых .имеют различные
температуры. Чувствительным элементом такого термоэлектриче-
ского датчика является термобатарея, собранная из последователь-
но соединенных термопар, горячие спаи которых находятся внутри
двигателя, холодные — снаружи. При охвате горячих спаев датчи-
ка пламенем или при достижении предельного .значения темпера-
туры возникающая в термобатарее ТЭДС становится достаточной
для срабатывания поляризованных реле исполнительного блока.
Датчики сигнализации пожара выдают сигнал при достижении тем-
пературы в полости двигателя 300 ... 150° С; запаздывание сигнала
при медленном повышении температуры не превышает 2 с, .при ох-
вате датчика пламенем — 3 ... 4 с.
Индикация сигнала о пожаре внутри двигателя производится
сигнальными табло красного или ярко-оранжевого цвета. Табло
устанавливают на центральных приборных досках, иногда на пуль-
те бортинженера. Часто световой сигнал дублируется сиреной.
8. ИСПЫТАНИЯ АГРЕГАТОВ
СИСТЕМЫ СМАЗКИ
Агрегаты системы смазки содержат подшипники скольжения,
качающие узлы с малыми зазорами, уплотнения разных типов,
клапаны с пружинами или сильфонами. До установки агрегатов на
двигатель требуется испытать качество их сборки.
Сдатотаоуконтрольные испытания вновь собранного или отре-
монтированного агрегата, состоят из обкатки'или приработки по
времени при сгупенчато-повышающихся частоте вращения и давле-
нии подачи вплоть до максимальных, контроля чистоты внутренних
полостей по состоянию контрольных фильтров или чистоты масла в
установке, регулировки и проверки производительности по часто-
те вращения и давлению на одной или двух контрольных точках.
' Если агрегат собран из комплекта уже работавших деталей, то
обкатку не производят, 'а чистоту контролируют в конце испы-
таний.
Экспериментальные испытания охватывают широкий круг про-
верок агрегатов по гидравлическим характеристикам, прочности,
потребляемой мощности, пусковому моменту, диапазону и устой-
чивости регулировок, в том'числе при экстремальных внешних воз-
действиях, на всех возможных рабочих средах. К этому виду испы-
таний иногда относят предварительные ресурсные испытания агре-
гата на лабораторном стенде по полной или эквивалентной про-
грамме.
Комплексные испытания агрегатов системы .смазки проводят на
работающем макете или двигателе на .стенде для проверки систе-
мы в целом в высотно-скоростных условиях.
8.1. Схемы испытаний
и некоторые виды оборудования
В этом разделе рассмотрен порядок испытания агрегатов систе-
мы смазки на двух различных установках.
Установка для комплексного испытания масляных агрегатов
(рис. 8. 1) включает в себя устройства для снятия гидравлических
характеристик насосов, фильтров, клапанов и воздухоотделителей,
а также устройство для тарировки расходомеров. Масло из рас-
ходного бака 18 с подогревателем 17 и мерным стеклом 19 посту-
пает на вход в насос додачи масляного агрегата и по отдельной
магистрали через гребенку расходомеров.22 с поворотными затво-
рами, вентильный кран 21 и через фильтры 4 установки на входы
162
во все секции насосов 6 масляного агрегата. Кран 21 служит для
регулировки давления на входе в каждую секцию при замере по-
дачи. Это давление контролируется мановакуумметрами 5.
Пройдя насос подачи, масло проходит через фильтр 11 с пре-
дохранительным клапаном 10. Избыток масла через перепускной
клапан 12 возвращается на вход в насос. Из насоса подачи масло
через двухходовой кран может поступать либо через сечение 14 в
бак-поддон 1, либо через фильтр 13 установки и вентильный кран
Рис. 8. 1. Схема установки для комплексного испытания масляных аг-
регатов
75 >в расходный бак. Расход через сечение 14 эквивалентен расходу
масла через двигатель. По пути в бак масло проходит через двух-
ходовой кран 16 и может быть отведено в весовое устройство 20
для тарировки расходомеров, откуда оно сливается в бак-поддон.
Кран 15 служит для регулировки давления на выходе из насоса
подачи в случае, если редукционный клапан заглушен. Масло вы-
ходит из агрегата через устройство 8 для контроля содержания
воздуха и направляется в расходный бак через вентильный кран
9, который служит для регулировки давления на выходе.
Выброс масла в воздушный канал воздухоотделителя 7 контро-
лируется по мерному бачку 2, снабженному двумя реле' уровня,
которые включают и выключают электросекундомер 23. Для заме-
ра подачи любой секции насоса электросекундомер переключает
163
соответствующий двухходовой кран 3 на гребенку расходомеров-
Расход определяется по числу импульсов, выдаваемых расходоме-
ром за определенное время.
Для тарировки расходомера производятся аналогичные дейст-
вия с дополнительным переключением двухходового крана /6 на
весовое устройство тем же электросекундомером.
Установка для высотных испытаний масляных агрегатов (рис-
s. 2) включает в себя барокамеру и контур подогрева масла. Схе-
Рис. 8. 2. Схема установки для высотного испытания масляных агрегатов
мы отдельных устройств установки содержат элементы предыду-
щей схемы: насос подачи 10 с фильтром 12 и предохранительным
клапаном 11, перепускной клапан 14, секции откачивающего насо-
са 7 и воздухоотделитель 9, двухходовые 8 и вентильные краны,
устройство 5 для контроля содержания воздуха в масле, сечение 21
и бак-поддон 1, бачок 6 замера объема масла, выбрасываемого в
воздушный канал воздухоотделителя 6. Схема установки отлича-
ется контуром подогрева масла и системой замера подачи на-
сосов.
Масло в расходном баке 17 подогревается внешним циркуля-
ционным контуром, состоящим из насоса 27, подогревателя 24 с
промежуточным теплоносителем в баке 25, который в свою очередь
подогревается электрогрелками 26. Предохранительный клапан 23
и вытяжное устройство 22 удаляют пары при чрезмерном подогре-
ве теплоносителя. При возврате в расходный бак масло проходит
через узел уплотнения привода масляного агрегата 20 и вентиль-
164
ный край 75. Края 19 поддерживает в масляном агрегате 20 тре-
буемое давление.
Из расходного бака .масло через вентильный кран 18 поступает
в мерный бак 16, откуда стекает в бак 15 постоянного уровня с по-
плавковым клапанам. Система измерения подачи всех секций насо-
сов состоит из трёх баков 17, 16 и 15. Расход измеряют по мерному
стеклу бака 16 -при закрытом кране 18 и при постоянном давлении
на входе во все секции насосов, которое определяется высотой
столба масла в мерном стекле бака 15. Вентильные краны 4 и 28
служат соответственно для регулировки давления на выходе из аг-
регата и давления подачи. Кран 2 закрывается на время замера
выброса. Через смотровое стекло 3 ведется наблюдение за уровнем
в мерном' бачке. 6 и показаниями всех -приборов, расположенных
внутри барокамеры.
Электропривод, реверсивный обычно, имеет взрывобезопасное исполнение и
снабжен измерителем крутящего момента. Он должен обладать глубоким и плав-
ным регулированием частоты вращения и ее поддержанием при переменной на-
грузке. Переменная нагрузка может быть вызвана подачей масла коловратны-
ми насосами, пульсацией давления в клапанах, снарядным режимом течения в--
магистралях откачки и т. и. . .
Требования к электроприводу могут выполняться частично в случае исполь-
зования электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением или
переменного тока со сдвигом щеточного узла. Наиболее полно этин требованиям
отвечает электропривод с тиристорным преобразователем и электронным регу-
лированием.
Подогреватели масла прямого электрического или воздушного подогрева не
могут полностью исключить перегрев и окисление масла, несмотря на сложные
системы регулирования температуры. Простым и надежным способом подогрева
масла является использование теплоты конденсации ларов промежуточного теп-
лоносителя. Температура конденсации пара теплоносителя должна быть выше
максимальной температуры масла, но не вызывать его перегрев. Можно приме-
нять различные теплоносители: как влажный водяной пар в подогревателе 17 (см.
рис. 8.1), так и органические теплоносители в баке’25, подогреваемом электро-
грелкой 26 (см. рис. 8.2).
Для определения момента страгивания масло и агрегаты охлаждают. Для?
снижения расхода хладоагента вход и выход агрегатов кольцуют. Гидравличе-
ские характеристики агрегатов на холодном масле снимают при комнатной тем-
пературе на масле повышенной вязкости, например на МС-20 (см. рис. 2.1). Для
поддержания постоянной температуры в схему циркуляции масла включают во-
домасляяый теплообменник. . '
Поддержание постоянных давлений на входе в насосы значительно увеличи-
вает точность измерения подачи разных по геометрическим параметрам насосов
при постоянных сечениях магистралей, кранов и фильтров установки. Постоян-
ство давления на входе в насосы разной подачи при различной частоте враще-
ния можно обеспечить дросселированием вентильным краном 21 и контролиро-
вать мановакуумметрами 5 (см. рис. 8.1) или баком 15 постоянного уровня (см.
рис. 8. 2).
Краны и затворы можно свести к трем основным группам: вентильные кра-
ны с механическим управлением для регулирования расхода; двухходовые кра-
ны, изменяющие направление движения масла с пневмо- или гидроуправлением;
поворотные затворы нормализованной конструкции, обеспечивающие герметичное
перекрытие или полное открывание магистрали (в схеме на рис. 8, 1 такие затворы’:
установлены на гребенке расходомеров 22).
Электропривод для кранов и затворов применяют редко из-за сложности:
установки и взрывобезопасного исполнения.
165
8.2. Способы измерения некоторых величин
и комплексные испытания системы смазки
на двигателе
Способы измерения
Измерение расхода. Измерение расхода по мерному
стеклу при помощи механического секундомера (см. рис. 8. 2) мо-
жет обеспечить точность измерения в пределах 5%. Для более точ-
ного измерения применяют турбинные датчики расхода совместно
с измерителями частоты и электросекувдомерами (см. рис. 8. 1).
При систематических тарировках датчиков расхода весовым или
•объемным методами точность измерения расхода может быть на
порядок повышена. •
Измерение температуры масла. Температуру масла
можно измерять термометрами, сопротивления, которые имеют теп-
ловую инерцию в пределах до нескольких минут. Наиболее безы-
нерционными являются хромель-копелевые термопары с открыты-
ми-спаями. Показания термопар выводят на электронные автома-
тические самопишущие потенциометры. Для увеличения точности
измерения при тепловых испытаниях систем смазки применяют
дифференциальные термопары, которые выдают разность темпера-
тур масла на -входе и выходе двигателя в виде разности ТЭДС,
исключая индивидуальные погрешности каждой из термопар.
Измерении давлений. Давление® лабораторных и
стендовых условиях измеряют главным образом механическими
манометрами с трубчатыми пружинами, в том числе электрокок-
тактного типа. Этот последний тип механического манометра может
быть легко преобразован в реле Давления.
Применение мембранно-реостатных электрических датчиков дав-
ления позволяет выводить запись давлений в системе смазки на
один групповой регистрирующий прибор, так как диапазон изме-.
ряемых давлений невелик. При исследовании быстропеременных
давлений, например в узлах уплотнений, можно записывать дав-
ления шлейфовым осциллографом.
Измерение вакуума механическими пружинными вакуумметра-
ми не обеспечивает требуемой точности при работе в барокамере.
В этом случае можно применять U-образный жидкостный мано-
метр 3 с вакуумной жидкостью (рис. 8. 3). Одно колено манометра
соединено с полостью барокамеры 4, а другое — с лабораторным
насосом 1 глубокого вакуума, который контролируется по элек-
тронному измерителю вакуума 2. При достаточно глубоком вакуу-
ме в этом колене столб жидкости в манометре будет отражать ис-
тинное давление в барокамере.
Измерение уровня масла. Уровень масла можно из-
мерять при помощи реле, которое применяют для косвенного изме-
рения расхода по времени наполнения .мерного- бачка 1 (см. рис.
8; 1). Наиболее распространены реле уровня, основанные на поро-
говом изменении ультразвуковой проницаемости среды.
166
Измерение содержания воздуха в масле. Нали-
чие воздуха <в потоке масла определяется при прохождении его в
свете на прозрачном участке магистрали (см. рис. 8.1 и 8. 2)..
Определение .количества воздуха в масле осуществляется при-
борами, основанными на изменении свойств двухфазной среды. Ча-
Рис. 8.3. Схема номере- Рис, 8.4. Схема измерения содержания воздух»
ния вакуума в барока- в масле
мере
ще всего 6 количестве воздуха в масле судят по изменению элек-
тролитической емкости конденсатора прибора. Если в измеряемом?
потоке можно поставить дроссель, то количество воздуха в масле
определить можно по его расширению в дроссельном устройстве
[6]. В этом случае в сечениях 1—1 (рис. 8, 4) до дросселя и 2—2 за
ним измеряют полные Яп и статические Нст напоры, а относитель-
ное содержание воздуха определяется из следующего соотношения-
д (б^п2 — ИП1)
(^с»1^сй).
Измерение жесткости в сильфонных бароста-
тических клапанах. Это измерение можно производить в
устройстве, состоящем из барокамеры, через люк которой бароста-
тический клапан устанавливают на
станину; ход клапана измеряют ин-
дикатором. На станине укреплен ме-
ханизм подачи сварочного электрода
с дистанционным управлением. Кон-
троль давления осуществляется по
вакуумметру. Требуемый ход баро-
статического клапана при заданном
давлении обеспечивается заваркой
сильфона под предварительно выяв-
ленным давлением, компенсирую-
щим разброс жесткости сильфонов.
Измерение остаточно й
деформации масляных ба-
ков. Его можно проводить по схе-
Рис. 8.5. Схема и графики изме-
рения деформации Ди маслобаков
167
ме, приведенной на рис. 8.5, в заполненном водой баке 6 с расши-
рительным бачком 4 и мерным стеклом 5.
В масляный бак 7, размещенный внутри бака б, подается воз-
дух от промышленной магистрали I через вентильный кран 2 при
контроле давления по манометру <3. Давление р воздуха повыша-
ется дискретно и снижается в паузах. При этом вода в расшири-
тельном бачке должна занимать исходный уровень при упругой
деформации (кривая 8) и прибавляться от исходного уровня в
паузах без давления в случае остаточной деформации (кривая 9).
Для доводки бака по прочности такой метод измерения, дефор-
маций неприемлем и в этом случае приходится измерять деформа-
цию многих элементов бака.
Комплексные тепловые испытания
системы смазки
Комплексные испытания систем смазки на двигателе проводят
в высотно-скоростных условиях. О работе системы смазки судят по
поддержанию в пределах норм давлений, температур, расхода мас-
ла, наличию положительных перепадов давлений на уплотнениях
полостей смазки, отсутствию
Рис. 8.6. Схема комплексных тепловых
испытаний системы смазки на двигателе
и графики стандартной атмосферы
дымления и выброса масла как
наружу, так и в газовоздушный
тракт двигателя.
В ряде случаев тепловые ис-
пытания агрегатов системы
смазки на двигателе в высотно-
скоростных условиях можно
имитировать при работе двига-
теля на обычном стенде в зем-
ных условиях [4].
Для имитации условий на
входе в двигатель стандартные
условия по барометрическому
давлению Вв и То можно пере-
вести в высотно-скоростные по
графику стандартной атмосфе-
ры (рис. 8. 6) для некоторых высот и чисел М. Подобие давления
торможения до Во (кривая 8) не совпадает на графике с подобием
температур торможения до То (ломаная 7). Однако ломаную 7
можно рассматривать как возможное отклонение (дисперсию) в
пределах доверительного интервала.
Подобие по расходам топлива обеспечивается линией 9 допол-
нительного подвода или отвода топлива в топливные коллекторы 6
двигателя стендовым насосом 10 через фильтр 11, обратный клапан
13 или кран 12. При этом топливный регулятор 5 двигателя будет
поддерживать заданный режим по частоте вращения, а по .линии 1
через расходомер 2, топливомасляный теплообменник 3 и насос 4
будет проходить топливо, расход которого соответствует высотно-
скоростному режиму.
9. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СИСТЕМ СМАЗКИ
9.1. Влияние эксплуатационных режимов
На работу системы смазки существенное влияние оказывают
такие факторы, ка,к условия полета и режимы работы двигателя.
Высота полета. До расчетной высоты полета нагнетающий
насос благодаря соответствующей регулировке перепускного клапа-
на поддерживает потребное давление® линии нагнетания и обеспе-
чивает тем самым поступление масла к узлам трения в количест-
ве, достаточном для качественной смазки и эффективного охлажде-
ния. На //>ЯР располагаемая подача насоса становится меньше
потребной и давление в магистрали нагнетания резко снижается,
что приводит к уменьшению количества масла, поступающего в дви-
гатель. На этих высотах ухудшается работа и откачивающих насо-
сов, вынужденных работать на вспененном масле; их подача (по
маслу) уменьшается с высотой быстрее, чем у нагнетающего насо-
са. Поэтому уменьшение подачи масла в зоны смазки сопровожда-
ется накапливанием масла в отстойниках и интенсивным расходом
его через уплотнения. Вызванное этим исключение ча^ти масла из
циркуляции приводит к понижению уровня масла в баке, в резуль-
тате которого заборный патрубок может начать подсасывать из ба-
ка .воздух, что вызовет еще более резкое падение давления на вхо-
де в двигатель, и, как следствие, масляное голодание двигателя.
При падении давления масла в условиях высотного полета во
избежание работы трущихся пар в неблагоприятных условиях и
расходования масла через уплотнения необходимо снижать высоту
до восстановления нормального давления.
При подготовке двигателя к высотному полету перепускной
клапан нагнетающего насоса следует регулировать по -верхнему
; пределу давления. Эта регулировка должна проводиться, на лрогре-
том двигателе, так как -на холодном масле замеренные давления
могут оказаться завышенными, а после прогрева масла до рабочей
-температуры и снижения его вязкости клапан станет поддерживать
более низкое давление, которое к тому же будет еще и снижаться
с набором высоты. У двигателей -с двухконтурными масляными си-
стемами не всегда можно добиться требуемого давления на Н=Н9
только регулировкой перепускного клапана нагнетающего насоса.
В этом случае производят подрегулировку клапаном насоса под-
питки.
Режим работы двигателя. На пониженных режимах
работы двигателя запас подачи откачивающих насосов по отноше-
нию к подаче нагнетающего насоса становится минимальным, и это
может привести к переполнению внутренней системы маслом. На
169
повышенных режимах запас подачи откачивающих насосов значи-
тельно увеличивается, что может вызвать излишнее па-сыщение мас-
ла воздухом в полостях и каналах, из которых и по которым ведет-
ся отсос масла. При правильно выбранном соотношении подач
откачивающих и нагнетающего насосов нежелательные для масло-
системы области как пониженных, так и повышенных частот вра-
щения ротора двигателя лежат в пределах того диапазона режи-
мов, на которых двигатель имеет ограничения по времени непре-
рывной работы.
Переменные режимы (сбросы и наборы частоты вращения)
уменьшают надежность уплотнений полостей смазки и увеличива-
ют расход .масла. При работе на этих режимах в лабиринтных уп-
лотнениях может наблюдаться значительное колебание давления,
приводящее к существенному (пусть и временному) уменьшению
перепада давлений до значений, при которых масляная пленка мо-
жет проникать через уплотнения и попадать в газовоздушный
тракт. Поэтому при длительной работе на переменных режимах
(например, при полете строем) следует ожидать значительного
расхода масла.
При техническом обслуживании двигателя нужно тщательно
следить, чтобы давление в полостях лабиринтов находилось в пре-
делах, регламентированных руководством по эксплуатации. Эти
давления нужно замерять на прогретом двигателе, т. е. в условиях,
когда в уплотнениях устанавливаются -рабочие зазоры.
Перегрузки. При кратковременном действии полетных пере-
грузок находящееся в баке и отстойниках двигателя масло встря-
хивается, в заборники всасывающей и откачивающей магистра-
лей попадает воздух, который может вызвать временное падение
давления масла на входе в двигатель. На время действия пере-
грузок часть масла изымается из общей циркуляции, так как в ба-
ке и отстойниках оно занимает положение, отличное от положения
при полете без перегрузок (см. рис. 3.4), и часть его не может по-
ступать к заборникам. В результате .при длительном действии пере-
грузок может наблюдаться .перегрев масла в системе. Особенно
тяжелым для системы смазки -является длительный полет с нулевы-
ми -перегрузками, когда масло в -отстойниках двигателя и баке
«повисает» (находится в состоянии невесомости) -
В двухконтурных системах при неблагоприятном действии пере-
грузок не происходит уменьшения количества поступающего в дви-
гатель масла, так как уменьшение откачки будет компенсировать-
ся поступлением масла из второго циркуляционного контура. Но
при этом происходит переполнение двигателя маслом, которое пос-
ле прекращения действия -перегрузок может быть -выброшено из
системы.
Температура воздуха. Низкая температура наружного
воздуха оказывает влияние на работу системы смазки только на
режимах запуска и -прогрева. Длительная стоянка самолета в усло-
виях низких температур приводит к значительному повышению вяз-
кости масла и к изменению на двигателе зазоров в узлах трения
170
и в уплотнениях. В результате при запуске на холодном масле уве-
личивается гидравлическое 'сопротивление всасывающей магист-
рали, что приводит к уменьшению подачи нагнетающего насоса, и
возрастает мощность трения, т. е. увеличивается расход энергии на
запуск и снижается надежность последнего. Опасность масляного
«голодания» при низкотемпературном запуске увеличивается еще
и потому, что в результате повышения вязкости противодавление
масла во внутренних магистралях двигателя возрастает и перепуск-
ной клапан нагнетающего насоса может начать открываться на пу-
сковой частоте вращения.
Перед запуском при отрицательных температурах для обеспече-
ния его надежности рекомендуется подогревать масляную систему
горячим воздухом (/Е^100° С). Подогреваются маслобаки, трубо-
проводы, теплообменники, коробки приводов агрегатов, отстойники
и т. >п. Температуры, ниже которых необходим подогрев, зависят
от типа ГТД (у ТВД они значительно выше, чем .у ТРД), сорта
масла и оговариваются в руководстве по эксплуатации каждого ти-
па двигателя. Продолжительность подогрева зависит от температу-
ры окружающего и подаваемого горячего воздуха, производитель-
ности прогревателя и способа подсоединения его рукавов к отсеку
двигателя.
После запуска и вывода двигателя на режим малого газа обыч-
но проверяют устойчивость его работы на малом' газе. В это время
масло получает возможность проникнуть во все, даже наиболее уда-
ленные, узлы трения. На последующем режиме прогрева темпера-
тура деталей двигателя выравнивается, устанавливаются рабочие
зазоры и натяги, система смазки приходит в рабочее состояние.
При высоких температурах окружающего воздуха в системах с
ВМТ на режиме земного малого газа может наблюдаться повыше-
ние температуры масла. Это повышение объясняется низким тем^
пературны.м напором в теплообменнике и малой на этом режиме
прокачкой масла через двигатель. В этом случае, если температу-
ра масла превысит допустимую, следует увеличить прокачку масла,
увеличив частоту вращения ротора двигателя.
9,2. Техническое обслуживание
и характерные неисправности
Техническое обслуживание
Надежность работы системы смазки во многом зависит от качества масла
(соответствия паспортным данным) и правильности его заправки, которая долж-
на производиться в объемах, оговоренных в Руководстве по эксплуатации. Не-
большие часовые расходы .масла позволяют не учитывать при заправке продол-
жительность полета и независимо от нее производить полную заправку. Недо-
статочная заправка может привести к падению давления и перегреву масла в по-
лете, перезаливка — к выбросу масла из системы, причем объем выброшенного в
этом случае масла может превышать объем заправленного сверх нормы.
Заправка и дозаправка системы производится через маслобак открытым или
закрытым способом (см, разд. 5.5). Заправка производится после замены дви-
гателя или слива масла из системы. После заливки маслобака производится за-
пуск и опробование двигателя, необходимые для заполнения маслом всех агрега-
171
тов и полостей системы смазки. После останова двигателя и проверки уровня,
масла в баке производится дозаливка масла.
Чтобы после длительной стоянки самолета исключить перезаливку системы
фри дозаправке, ее нужно проводить после предварительного опробования дви-
гателя (через 10...20 мин после его останова). Это делают для возвращения в
бак масла, которое могло перетечь в двигатель через негерметичный обратный
клапан.
При заправке системы необходимо соблюдать меры, направленные на умень-
шение вероятности загрязнения масла и попадания влаги в систему. Кроме то-
го, должны быть приняты определенные меры по технике безопасности. При за-
правке самолет и заправочный пистолет заземляют.
При температуре окружающего воздуха ниже —40° С и при стоянке продол-
жительностью более 2 ... 3 ч желательно полностью сливать масло сразу же после
остановки двигателя, пока масло горячее и маловязкое. Свежее масло, подогре-
тое до 75... 85° С, заливают в систему перед запуском двигателя, при этом ре-
комендуется сливные краны держать открытыми до появления из них масла.
Последнее обеспечивает хороший прогрев и сплошное заполнение системы маслом.
Особое внимание при техническом обслуживании должно быть уделено за-
щите системы смазки от попадания воздуха, которое может произойти при за-
правке, во время осмотров фильтров или из-за подсасывания воздуха из бака
при полной выработке масла. Попадание воздушных пробок в элементы систем
регулирования, где в качестве рабочей жидкости используется масла, может
привести к неустойчивой работе двигателя. Для удаления воздуха из системы
производят ее проливку и холодные прокрутки двигателя.
Для обнаружения дефектов смазываемых узлов и оценки состояния системы
смазки регулярно проверяют фильтры системы. Сетки фильтроэлементов тщатель-
но осматривают и, затем, промывают бензином. Промывочный бензин профильт-
ровывают через белую ткань для осмотра частиц, задержанных сеткой. Более
объективные методы опенки состояния системы смазки по включениям в масле
см. в разд. 7. 6.
Фильтры промывают бензином Б-70, разбавителем РДВ или каменноуголь-
ным креолином. Последний обладает высокой моющей способностью, но вызы-
вает разрушение резиновых деталей. Фильтроэлементы саржевого плетения про-
мывают в ультразвуковых ваннах из жидкости АМГ-10 с добавками поверхност-
но-активных веществ типа ОП-7 или ОП-Ю.
Если при проверке фильтров обнаружены металлические частицы, то после
тщательного осмотра двигателя и промывки фильтров заменяют масло в систе-
ме, проводят опробование двигателя и затем вновь проверяют фильтры. Повтор-
ное обнаружение механических частиц является показанием к замене двигателя
или его агрегатов.
В техническое обслуживание входит и осмотр внешнего- состояния баков,
трубопроводов и их соединений, теплообменников, элементов крепления, гермети-
зации. При низких температурах большое внимание следует уделять дренажной
магистрали, засорение и замерзание которой могут привести к ее закупорке и,
как следствие, к разрушению маслобака.
Неисправности
Повышенный расход масла может быть вызван:,
— - нарушением герметичности системы (трещинами и разрушениями трубо-
проводов, ослаблениями их соединений, неплотным закрыванием заливной горло-
вины, крышек фильтров, сливных кранов). Утечки масла через потерявший герме-
тичность элемент .сопровождаются постепенным падением давления и ростом тем-
пературы масла;
— ухудшением работы или разрушением уплотнений. При этой неисправно-
сти может наблюдаться выброс масла через маслобак или центробежный суф-
лер. Одним из первых и основных признаков нарушения работы уплотнений
является дымление двигателя на переменных режимах из-за попадания масла
в газовоздушный тракт двигателя;
— отказом воздухоотделителя. В этом случае выброс масла будет происхо-
дить через магистраль отвода воздуха от ПЦВ;
• — потерями масла через центробежный суфлер при его неисправности.
172
Нарушение циркуляции масла может произойти из-за:
— отказа нагнетающего насоса, который сопровождается резким (др. нуля)
падением давления масла;
— отказа откачивающих насосов, приводящего к переполнению полостей
смазки и выбросу масла из системы;
— закупорки форсунок, подающих масло к узлам трення. Эта неисправ-
ность, как правило, не сопровождается изменением давления и ведет к перегре-
ву и разрушению узлов, к которым значительно уменьшился подвод масла. При
этом наблюдается повышение температуры масла.
Причиной падения давления масла, кроме перечисленных выше, может быть;
— нарушение регулировки и отказ перепускных клапанов нагнетающего и
подпитывающего насосов (ослабление пружины затяжки клапана, поломка пру-
жин, попадание под клапан твердых частиц и заклинивание его в открытом по-
ложении):
— недозаправка системы во время технического обслуживания;
— загрязнение фильтров низкого давления;
— перегрев масла.
Повышение давления масла происходит при нарушении регулировки пере-
пускного клапана нагнетающего насоса и заклинивании его в закрытом поло-
жении.
Повышение температуры масла, кроме причин, перечисленных выше, может
Сыть вызвано:
— отказами в работе терморегулятора;
— попаданием горячих газов в масляные полости в результате ухудшения
работы уплотнений;
— .загрязнением охлаждающей поверхности в теплообменнике, в этом случае
повышение температуры происходит постепенно по мере увеличения наработки
двигателя.
Понижение температуры масла вызывается неисправностью терморегулятора
или негерметичностью теплообменника, которая приводит к попаданию топлива о
масляную полость и сопровождается повышением уровня масла в баке, сниже-
нием плотности и температуры вспышки масла.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аксенов А. В, Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные
жидкости,—М., Транспорт, 1970, 255 с.
2. Александров В, Г., Майоров А. В., Потюков Н. П, Авиационный техниче-
ский справочник. М., Транспорт, 1976, — 432 с.
3. Андреев В. А, Теплообменные аппараты для вязких жидкостей — Л., Энер-
гия, 4971,—151 с.
4. А, с. 357360 {СССР]. Способ испытания топлпвомасляных агрегатов газо-
турбинного двигателя/ А. А. Агладзе, Е. В. Вейнберг, А. В. Ермолов, —- Заявл.
191269, № 1387084/24—6; Опубл, в БИ, 1972, № 33, MHKF02C 7/32 УДК
621.438—55/088—8).
5, А. с, 204060 [СССР], Устройство для обнаружения стружки в масле/
Л. К- Басс и Н. Д. Долматова. — Заявл. 12.06.65, К° 1013941/40—23; Опубл, в
Б. И. 1967, № 21, MHKF02K УДК 629.1.018 : 621.45.004.62(088.8).
6. А. с. 181323 [СССР], Способ измерения объема газа, содержащегося в дви-
жущейся смеси жидкости и газа/ А. М. Линец — Заявл. 18.02.65, № 943688/26—
10; Опубл, в Б. И., 1966, № 9, МПК GOlf УДК 681.121,84(088.8),
7. А. с. 277329 [СССР]. Устройство для контроля падения давления масла./
Н. С. Наумов, В. И. Ямпольский, Э. В. Клыгуль — Заявл. 07.10.68,
№ 1276231/18—10; Опубл, в Б. И„ 1970. № 24. МПК GOH 19/12
УДК 531.787.91 : 621.438—5227(088.8).
8. Баранов Ю. Ф., Митин Б. М. Пластинчатые теплообменники системы реге-
нерации тепла в ТРДД. — В кн.: Теплообменные аппараты ГТД, Труды ЦЙАМ
№ 750. Выл. № 2, 1977. .
9. Белогорский В. Д., Христианова Л. Б., Телегин В. Д. Свойства и примене-
ние углеродных и графитофторопластовых антифрикционных материалов. — В кн.:
Сзойства « применение антифрикционных самосмазывающихся материалов. М.,
1970, с. 29-33. .
173
10. Белянин П. Н. Центробежная очистка рабочих жидкостей авиационных-,
гидросистем. — М.: Машиностроение, 1976, — 328 с.
II. Белянин П. Н„ Черненко Ж. С. Авиационные фильтры и очистители гид-
равлических систем. — М.: Машиностроение, 1964. — 295 с.
12. Вейнберг Е. В, Эксплуатация систем смазки ТРД. — Вестник воздушного-
флота, I960, № 7, 75—78 с.
13. Голубев Г. И. Торцевые уплотнения вращающихся валов.—М.: Маши-
ностроение, 1974,-212 с.
14. Демидович В. М., Клюшкин А. П. Экспериментальное исследование теп-
лового режима высокооборотных подшипников. В кн.: Прикладная механика.
Труды КАИ, Казань, 1971, № 136, с. 50—58.
15. Дерягин Б. В. Что такое трение? — М.: изд-во АН СССР, 1963 — 230 с.
16. Доматенко Н. Т., Кравец А. С. Масляные системы газотурбинных дви-
гателей.—М.: Транспорт, 1972 — 96 с.
17. Зайдель А. Н. Основы спектрального анализа. — М.; Наука, 1965 — 322 с.
18. Зрелое В. Н„ Пискунов В. А. Реактивные двигатели и топливо. — М.г
Машиностроение, 1968. — 311 с.
19. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. — М.: Энер-
гия, 1975.— 486 с.
20. Конструкция авиационных газотурбинных двигателей. —/[Штода А. В.,.
Алещенко С. П., Иванов А. Я. и др. — М.: Воениздат, 1961.—41,2 с.
2L Кринецкий И. И. Основы авиационной автоматики. — М.: Машинострое-
ние, 1969. — 404 с.
22. Майорова Л. А. Твердые неорганические вещества в качестве высокотем-
пературных смазок. —М.: Наука, 1971.—95 с.
23. Маньковский О. Н., Толчинский А. Р., Александров М. В. Теплообменная-
аппаратура химических производств. — Л.: Химия, 1976.— 367 с.
24. Масленников М. М., Бехли JO. Г., Шальман Ю. И. Газотурбинные двига-
тели для вертолетов. — М.: Машиностроение. 1969. — 380 с.
25. Митин Б. М., Баранов Ю. Ф. Компактные пластинчатые теплообменники
системы кондиционирования хладоагевта. -В кн.: Теплообменные аппараты
Д'ТД. Труды ЦИАМ № 646. Вып. № 1, 1975, с. 5—52.
26. Михеев М, А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.—М.: Энергия..
1973. — 320 с.
27. Некрасов Б. Б. Гидравлика и ее применение на летательных аппара-
тах.-~М.: Машиностроение, 1967.— 368 с,
28. Папок К. К., Рагозин Н, А. Словарь по топливам, маслам, смазкам и спе~.
циальным жидкостям. — М.: Химия, 1975. — 392 с,
29. Поверхностная прочность материалов при трении./ СКостецкий Б. И.,
Носовский И. Г., Караулов А. К. и др.]. — Киев: Техника, 1976.— 296 с.
30 Поликовский В. И. Самолетные силовые установки. — М.: Оборонгиз,
1952. —600 с.
31. Примеры расчетов по гидравлике. (Альтшуль А. Д„ Калидун В. И., Май-
рановский Ф. Г., Пальгунов П. П.). —М.: Стройиздат, 1976. — 255 с.
32. Раздолии М. В. Уплотнения авиационных гидравлических агрегатов.— Мд
Машиностроение, 1965.— 194 с.
33. Раздолнн М. В., Сурков Д. Н. Агрегаты воздушно-реактивных двигате-
лей.—М.: Машиностроение. 1973.—352 с.
34. Рещиков В. Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. — М.: Ма-
шиностроение, 1975, — 232 с.
35. Розенберг Ю. А. Влияние смазочных масел на .надежность и долговеч-
ность.— М.: Машиностроение, 1970.— 315 с.
36. Рыбаков К, В., Коваленко В. П. Фильтрация авиационных масел и спе-
циальных жидкостей. — М.: Транспорт, 1977.— 192 с.
37. Сапожников В. М., Лагосюк Г. С. Прочность и испытания трубопроводов
гидросистем самолетов и вертолетов. — М.: Машиностроение, 1973.— 247 с.
38 Синицын В. В. Подбор и применение пластических смазок. — М.: Химия,
1974 —416 с.
39. Скубачевский Г. С. Авиационные газотурбинные двигатели, конструкция и
расчет деталей. — М.: Машиностроение, 1974. — 520 с.
174
+0. Скубачевский Л. С. Испытание воздушно-реактивных двигателей.—М.:
Машиностроение, 1972.— 228 с.
41. Солохин Э. Л. Испытание авиационных воздушно-реактивных двигате-
лей.— М.: Машиностроение, 1975. — 356 с.
42. Таршенберг Э. Л., Пирсон В. Кольцевые контактные уплотнения. — В кн.:
Уплотнения. — М.: 1'964, 114—122 с.
43. .Филонов И. П. Исследование проскальзывания в зонах контакта ради-
ального’шарикоподшипника. — В кн.: Машиностроение и приборостроение.—
Минск, 1976, выл. 8, <?. 74—78.
44. Шерлыгин В. А., Шахвердов В. Г. Конструкция и эксплуатация авиацион-
ных газотурбинных двигателей, — М.: Машиностроение, 1969.—371 с.
45. Юдин Е. М. Шестеренные насосы. Основные параметры и их расчет. —
М.: Машиностроение, 1964. — 236 с.
46. Яковлев Л. Г. Приборы контроля работы силовых установок — М.: Ма-
шиностроение, 1969. — 300 с.
47. Kurten Н. Beschlenigung eines kugel formigeti Feststoffteilchens im Std-
mungsteld const Gesch. — Chem. J. Tech., 1966, N 9, p. 117—124.
48. R В 199 Powerplant. — Aircraft Engineering, 1974, N 5, p. 8—16.
49. Reynolds H, W., Moore R. E. Evolution of the Pratt and Whitney Aircraft
JT8D Engine Oil system. — Tech. Air., 1968, v. 25, N 10, p. 5—8.
50. Treager J. E. Aicraft gas turbine engines technology. — New — York,
1970. — 782 p.
OCTI 00969-80 Системы масляные авиационных газотурбинных
двигателей. Общие технические требования.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие................................................
I. Основные введения о трении и износе.........,
1. 1. Виды трения.............................
1.2. Трение скольжения.....................
1.3. Трение качения..................
1.4. Износ поверхностей трения и тепловыделение . . . .
2. Смазочные материалы . . . . . , ................
2. 1. Виды смазочных материалов в ГТД.................
2. 2. Смазочные масла.................................
2. 3. Показатели масла и основы методов их определения
2.4. Пластичные смазки .............
2.5. Твердые смазочные покрытия . .................. .
2.6. Антифрикционные материалы......................
3. Масляные системы........................................
3.1. Схемы масляных систем и предъявляемые к ним требования
3. 2. Определение потребной прокачки масла через двигатель и его
количества в системе .................................
•4. Внутренние магистрали масляных систем . . .
4. 1.
4.2.
4. 3.
4.4.
4.5.
4.6.
7.
9.
Насосные агрегаты ............................. .
Подача масла к узлам трения и его отвод
Устройства для удаления из масла вредных включений .
Основные типы уплотнений полостей смазки ....
Суфлирование................................
Размещение агрегатов системы смазки на двигателе .
5. Внешние магистрали масляной системы ........
5.1. Магистрали всасывания....................... . .
5; 2. Магистраль откачки....................... . ,
5.3. Воздухоотделители.............
5.4. Магистраль суфлирования и дренажа ......
5.5. Агрегаты и элементы внешних магистралей ....
В. Охлаждение масла ......................
6. 1. Основные сведения о системах охлаждения ....
6.2. Воздушно-масляные теплообменники.............. .
6. 3. Топливомасляные теплообменники..................
Контроль работы масляной системы и управление ею . . .
7.1. Контролируемые параметру.....................
7. 2. Контроль температуры масла......................
7. 3. Регулирование температуры масла...................
7. 4. Контроль давления масла...........................
7. 5.. Дистанционный контроль количества масла в баке .
7.6. Способы и устройства раннего обнаружения дефектов .
7.7. Системы подавления и сигнализации пожара в масляны:
стях двигателя ....................................
Испытания агрегатов системы смазки....................
8. 1. Схемы испытаний и некоторые виды оборудования .
8. 2. Способы измерения некоторых величин и комплексные
ния системы смазки на двигателе....................
Особенности эксплуатации систем смазки................
9. 1. Влияние эксплуатационных режимов.............
9.2. Техническое обслуживание и характерные неисправности
Список литературы . . . . ..........................
176
Стр.
3
4
4
5
8
14
14
16
20
26
29
31
32
32
43
47
47
63
70
84
91
9(6
98
98
105
106
109
111
123
123
126
135
142
142
144
147
150
152
162
162
166
169
169
171
173
X поло
8.
испита
чистота заправки системы маслом. Кроме заливных горловин
ме:должны быть устройства, позволяющие проводить закры-
правку системы под давлением;
возможность полного слива масла и отстоя из системы че-
кодоступные сливные точки при техническом обслужива-
-"'i*
.и^лючение возможности перетекания масла из бака в не-
ий двигатель;
Йётаточная прочность и вибростойкость элементов системы,
ть их соединений; /
Йилуатационная технологичность. Должен быть обеспечен
1<й подход к агрегатам системы и точкам регулировки, воз-
быстрой заправки и замера количества масла.
HE
РЕМОНТИРУЙТЕ
книги
СКОТЧЕМ
ь
л
(•
Я,
е-
е-
и рациональных способах подвода масла и хорошей тепло- /
дни узлов трения температура тяжелонагруженных и быст-
ных подшипников качения превышает температуру входяще-
рла на 20 ... 30° С, для тяжелонагруженных шестерен это пре-
ние .может составлять 50° С и более. Допустимую температуру
на входе в двигатель выбирают, исходя из термостойкости i
рукционных материалов узлов трения. Температуру выходя- )
Из двигателя масла выбирают, исходя из термоокислитель- )
стабильности масла при длительной работе. '
Решение задачи по определению теплового потока, выделивше-
в узлах трения, затруднено из-за влияния факторов конст-
и и нестационарное™ процесса теплоотдачи. Время выхода
ателя на установившийся тепловой режим может быть соиз-
о с временем полета на этом режиме. Теплоотдачу двигате-
:масло можно определить приближенно, на основании анализа
ого баланса.
43