RU2416033C1

RU2416033C1 - Oil system of gas-turbine engine

Info

Publication number: RU2416033C1
Application number: RU2009136271/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Голубов (RU); Александр Николаевич Голубов; Вадим Георгиевич Семенов (RU); Вадим Георгиевич Семенов; Вячеслав Николаевич Фомин (RU); Вячеслав Николаевич Фомин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: oil system of gas-turbine engine (GTE) refers to aircraft engine building industry, and namely to oil system of high-temperature GTE of aircraft. Feature of oil system is use at the bleeder inlet of mixing header with two inlet channels for removal of heterogeneous flows (as to their physical parametres) of bleed air-oil mixture from oil cavities of support bearings of rotor of fan, compressor and turbine.

EFFECT: due to rotational arrangement of removal of bleed air-oil mixture flows from oil cavities and due to their interaction before bleeder inlet, it is possible not only to reduce oil flow in engine, but to prevent locking of bleeder at overpressures in main bleeding lines, which appear during leakage of hot gas and air to oil cavity of support bearing of turbine rotor in increased operating modes of engine.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к маслосистеме высокотемпературного газотурбинного двигателя (ГТД) летательного аппарата.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, in particular to an oil system of a high-temperature gas turbine engine (GTE) of an aircraft.

Известна маслосистема ГТД, содержащая масляные полости опорных подшипников роторов вентилятора, компрессора и турбины, сообщенные через систему суфлирующих магистралей и суфлер с атмосферой (патент РФ №2328609 класса F02C 7/06, опубл. в 2008 г.).Known oil system of a gas turbine engine containing oil cavities of the thrust bearings of a fan rotor, compressor and turbine, communicated through a system of venting lines and a breather with atmosphere (RF patent No. 2238609 class F02C 7/06, published in 2008).

В этой маслосистеме все масляные полости опорных подшипников ротора двигателя сообщаются между собой через общую суфлирующую магистраль, которая через осевой приводной суфлер сообщается с окружающей атмосферой.In this oil system, all the oil cavities of the thrust bearings of the engine rotor communicate with each other through a common vent line, which communicates with the surrounding atmosphere through an axial drive prompter.

Известная маслосистема в случае ее применения в высокотемпературном ГТД будет иметь чрезмерный расход смазки не только за счет ее большого испарения в масляной полости опорного подшипника ротора турбины, расположенной в выхлопном устройстве двигателя (внутри конуса-обтекателя), но и из-за испарения масла в общей суфлирующей магистрали, куда попадают частицы масла вместе с суфлируемым воздухом из более холодных масляных полостей опорных подшипников ротора вентилятора и компрессора.A well-known oil system, if used in a high-temperature gas turbine engine, will have an excessive lubricant consumption not only due to its large evaporation in the oil cavity of the support bearing of the turbine rotor located in the exhaust device of the engine (inside the cowling cone), but also due to the evaporation of oil in the common venting line, where oil particles get together with vented air from cooler oil cavities of the supporting bearings of the fan rotor and compressor.

Объясняется это обстоятельство тем, что температура воздуха и газов, попадающих в общую суфлирующую магистраль из масляной полости опорного подшипника ротора турбины, может значительно превышать температуру 200°С, которая является предельной для авиационного масла ИПМ-10, наиболее массового масла для теплонапряженных ГТД.This circumstance is explained by the fact that the temperature of the air and gases entering the common venting line from the oil cavity of the turbine rotor support bearing can significantly exceed the temperature of 200 ° C, which is the limit for IPM-10 aviation oil, the most massive oil for heat-stressed gas turbine engines.

Другим недостатком известной маслосистемы является «запирание» суфлера, возникающее при избыточном давлении воздушно-масляной смеси в общей суфлирующей магистрали из-за прорыва горячего воздуха через масляные уплотнения масляной полости опорного подшипника ротора турбины на повышенных режимах работы двигателя. «Запирание» суфлера приводит к резкому снижению расхода воздуха через него и резкому увеличению расхода масла через двигатель (выброс масла в окружающую атмосферу).Another disadvantage of the known oil system is the “closure” of the breather, which occurs when the air-oil mixture is overpressured in the common venting line due to breakthrough of hot air through the oil seals of the oil cavity of the turbine rotor support bearing at high engine operating conditions. “Locking” the breather leads to a sharp decrease in air flow through it and a sharp increase in oil flow through the engine (oil emission into the surrounding atmosphere).

Задачей изобретения является снижение расхода смазки в ГТД за счет рациональной организации отвода суфлируемых потоков воздушно-масляной смеси из масляных полостей опорных подшипников роторов вентилятора, компрессора и турбины и взаимодействия суфлируемых потоков перед вводом их в суфлер.The objective of the invention is to reduce the consumption of lubricant in the gas turbine engine due to the rational organization of the removal of the vented flows of the air-oil mixture from the oil cavities of the supporting bearings of the rotors of the fan, compressor and turbine and the interaction of the vented flows before entering them into the prompter.

Указанная задача решается тем, что в маслосистеме газотурбинного двигателя, содержащей масляные полости опорных подшипников роторов вентилятора, компрессора и турбины, сообщенные через систему суфлирующих магистралей и суфлер с атмосферой, согласно изобретению на входе в суфлер установлен смесительный коллектор, снабженный двумя входными каналами для подвода воздушно-масляной смеси, один из которых сообщен с масляной полостью опорного подшипника ротора турбины, а другой - с масляными полостями опорных подшипников ротора вентилятора и компрессора.This problem is solved by the fact that in the oil system of a gas turbine engine containing oil cavities of the thrust bearings of the fan, compressor and turbine rotors communicated through a system of venting lines and a breather with atmosphere, according to the invention, a mixing manifold is provided at the inlet of the breather with two input channels for supplying air -oil mixture, one of which is in communication with the oil cavity of the support bearing of the turbine rotor, and the other with the oil cavities of the support bearings of the rotor of the fan and compressor.

Входные каналы коллектора могут быть размещены напротив друг друга.The collector input channels can be placed opposite each other.

Смесительный коллектор может быть выполнен в виде цилиндра, ось которого параллельна оси входного канала в суфлер, причем входной канал подвода воздушно-масляной смеси из масляной полости опорного подшипника ротора турбины размещен тангенциально к боковой поверхности цилиндра, а входной канал подвода воздушно-масляной смеси из масляных полостей опорных подшипников ротора вентилятора и компрессора - в торце цилиндра.The mixing manifold can be made in the form of a cylinder, the axis of which is parallel to the axis of the input channel to the breather, the input channel for supplying the air-oil mixture from the oil cavity of the support bearing of the turbine rotor placed tangentially to the side surface of the cylinder, and the input channel for supplying the air-oil mixture from oil cavities of the supporting bearings of the rotor of the fan and compressor - at the end of the cylinder.

Снабдив маслосистему смесительным коллектором с двумя каналами ввода суфлируемой воздушно-масляной смеси, мы получим возможность свести к минимуму контакт горячей воздушно-масляной смеси из масляной полости опорного подшипника ротора турбины с воздушно-масляной смесью из более холодных масляных полостей опорных подшипников ротора вентилятора и компрессора, что уменьшит испарение содержащейся в смеси смазки и сократит ее расход в двигателе, так как известно, что пары масла суфлер не улавливает.By equipping the oil system with a mixing manifold with two inlets for the vented air-oil mixture, we will be able to minimize the contact of the hot air-oil mixture from the oil cavity of the turbine rotor support bearing with the air-oil mixture from the cooler oil cavities of the support bearings of the fan rotor and compressor, which will reduce the evaporation of the lubricant contained in the mixture and reduce its consumption in the engine, since it is known that the prompter does not pick up oil vapor.

Разместив каналы ввода суфлируемой воздушно-масляной смеси в коллектор напротив друг друга, мы получим возможность «затормозить» скорость движения наиболее крупных частиц смазки в двух двигающихся навстречу друг другу потоках воздушно-масляной смеси, что будет способствовать коагуляции частиц масла и осаждению их на стенках смесительного коллектора, а следовательно, повышению эффективности работы суфлера.By placing the input channels of the ventilated air-oil mixture into the manifold opposite each other, we will be able to “slow down” the speed of movement of the largest lubricant particles in two flows of air-oil mixture moving towards each other, which will contribute to the coagulation of oil particles and their deposition on the walls of the mixing collector, and therefore, increase the efficiency of the prompter.

Придав смесительному коллектору цилиндрическую форму и направив струю суфлируемой воздушно-масляной смеси из масляной полости опорного подшипника ротора турбины тангенциально к его боковой стенке, мы получим возможность использовать динамический напор струи для повышения эффективности процесса воздухоотделения, при этом освобождается от крупных частиц масла центральная зона коллектора, куда будет направлена более холодная струя воздушно-масляной смеси из масляных полостей опорных подшипников ротора вентилятора и компрессора, имеющая к тому же и меньшую концентрацию масляных включений, что позволит исключить явление «запирания» суфлера.By giving the mixing manifold a cylindrical shape and directing a jet of vented air-oil mixture from the oil cavity of the turbine rotor support bearing tangentially to its side wall, we will be able to use the dynamic pressure of the jet to increase the efficiency of the air separation process, while the central zone of the manifold is freed from large particles of oil, where the colder stream of the air-oil mixture from the oil cavities of the supporting bearings of the fan rotor and compressor, which, moreover, also has a lower concentration of oil inclusions, which will make it possible to exclude the phenomenon of “locking” the prompter.

На фиг.1 показана принципиальная схема маслосистемы ГТД со смесительным коллектором, входные каналы которого размещены напротив друг друга;Figure 1 shows a schematic diagram of a gas turbine engine oil system with a mixing manifold, the input channels of which are located opposite each other;

на фиг.2 - принципиальная схема маслосистемы ГТД с цилиндрическим смесительным коллектором;figure 2 is a schematic diagram of a gas turbine engine oil system with a cylindrical mixing manifold;

на фиг.3 - сечение А-А фиг.2.figure 3 is a section aa of figure 2.

Маслосистема газотурбинного двигателя включает в себя масляные полости 1, 2 и 3 опорных подшипников роторов, соответственно вентилятора, компрессора и турбины. На коробке приводов 4 крепится приводной осевой центробежный суфлер 5, на входе в который установлен смесительный коллектор 6, снабженный двумя входными каналами 7 и 8 для подвода суфлируемой воздушно-масляной смеси.The oil system of a gas turbine engine includes oil cavities 1, 2 and 3 of the thrust bearings of the rotors, respectively, of a fan, compressor and turbine. A drive axial centrifugal breather 5 is mounted on the drive box 4, at the inlet of which a mixing manifold 6 is installed, equipped with two input channels 7 and 8 for supplying a vented air-oil mixture.

Входные каналы 7 и 8 размещены напротив друг друга. Входной канал 7 через магистрали 9, 10 и 11 сообщен с масляными полостями 1 и 2 опорных подшипников ротора вентилятора и компрессора, а входной канал 8 через магистраль 12 - с масляной полостью 3 опорного подшипника ротора турбины.Input channels 7 and 8 are located opposite each other. The input channel 7 through lines 9, 10 and 11 is in communication with the oil cavities 1 and 2 of the support bearings of the fan rotor and compressor, and the input channel 8 through the line 12 with the oil cavity 3 of the support bearings of the turbine rotor.

На фиг.3 изображен смесительный коллектор 13, выполненный в виде цилиндра, ось которого параллельна оси суфлера 5. Коллектор 13 снабжен двумя входными каналами 14 и 15, один из которых (14) расположен тангенциально к боковой стенке коллектора 1, а другой (15) установлен в его торце.Figure 3 shows the mixing manifold 13, made in the form of a cylinder, the axis of which is parallel to the axis of the breather 5. The collector 13 is provided with two input channels 14 and 15, one of which (14) is located tangentially to the side wall of the collector 1, and the other (15) installed at its end.

При работе газотурбинного двигателя через уплотнительные устройства внутрь масляных полостей 1, 2 и 3 подшипниковых опор ротора вентилятора, компрессора и турбины прорываются под давлением горячие воздух и газы из проточной части, что приводит не только к испарению в них масла, но и к его интенсивному перемешиванию с воздухом и газами с образованием воздушно-масляной смеси (аэрозоля). Образовавшаяся в масляной полости 3 опорного подшипника ротора турбины воздушно-масляная смесь имеет наибольшую температуру, давление и концентрацию масляных включений, поэтому она эвакуируется из нее через отдельную магистраль 12 и канал 8 сразу в коллектор 6.When a gas turbine engine runs through sealing devices into the oil cavities 1, 2 and 3 of the bearing supports of the fan rotor, compressor and turbine, hot air and gases from the flow part burst under pressure, which leads not only to the evaporation of oil in them, but also to its intensive mixing with air and gases to form an air-oil mixture (aerosol). The air-oil mixture formed in the oil cavity 3 of the support bearing of the turbine rotor has the highest temperature, pressure and concentration of oil inclusions, therefore it is evacuated from it through a separate line 12 and channel 8 directly to the manifold 6.

Воздушно-масляная смесь, образовавшаяся в масляных полостях 1 и 2, имеет значительно меньшую температуру, давление и концентрацию масляных включений, поэтому она эвакуируется из них другим путем - по магистралям 9, 10 и 11 и через канал 7 в коллектор 6 с противоположной его стороны.The air-oil mixture formed in the oil cavities 1 and 2 has a significantly lower temperature, pressure and concentration of oil inclusions, so it is evacuated from them in another way - via highways 9, 10 and 11 and through channel 7 to the manifold 6 from its opposite side .

При столкновении двух потоков суфлируемой воздушно-масляной смеси в общем объеме коллектора 6 происходит выравнивание в них давлений и торможение наиболее крупных частиц масла с укрупнением включений смазки. Заторможенные крупные частицы масла оседают на стенках коллектора 6 и перемещаются к лопаткам осевого центробежного суфлера 5, приводимого во вращение от коробки приводов 4. Торможение крупных частиц масла позволяет увеличить время пребывания их в проточной части суфлера, что повышает его эффективность.When two streams of vented air-oil mixture collide in the total volume of the collector 6, the pressure equalizes in them and the largest oil particles are braked with the lubricant inclusions enlarged. Inhibited large particles of oil settle on the walls of the manifold 6 and move to the blades of the axial centrifugal breather 5, which is rotated from the gearbox 4. Braking large particles of oil can increase their residence time in the flow part of the prompter, which increases its efficiency.

Смесительная камера 13, имеющая цилиндрическую форму и входные каналы 14 и 15, первый из которых установлен касательно к боковой поверхности цилиндра, а второй - в его торце, предотвратит «запирание» суфлера 5 при забросах давления в магистралях 11 и 12 благодаря высвобождению от крупных частиц масла центральной зоны суфлера, так как они под действием центробежных сил перемещаются на периферийную зону крыльчатки суфлера.The mixing chamber 13, which has a cylindrical shape and inlet channels 14 and 15, the first of which is installed tangentially to the side surface of the cylinder, and the second at its end, will prevent the “prompter” 5 from “locking” when pressure is released in the lines 11 and 12 due to release from large particles oils of the central zone of the breather, as they are moved by the action of centrifugal forces to the peripheral zone of the breather impeller.

Изобретение позволяет значительно снизить расход масла в двигателе.The invention can significantly reduce oil consumption in the engine.

Claims

1. The oil system of a gas turbine engine, containing oil cavities of the thrust bearings of the fan rotor, compressor and turbine communicated through a system of venting lines, and a breather, characterized in that a mixing manifold is provided at the inlet of the breather with two input channels for supplying the air-oil mixture, one of which communicates with the oil cavity of the support bearing of the turbine rotor, and the other with the oil cavities of the support bearings of the rotor of the fan and compressor.

2. The oil system of a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the input channels of the manifold are located opposite each other.

3. The gas turbine engine oil system according to claim 1, characterized in that the mixing manifold is made in the form of a cylinder, the axis of which is parallel to the axis of the inlet channel to the breather, and the inlet channel for supplying the air-oil mixture from the oil cavity of the turbine rotor support bearing is placed tangentially to the side surface cylinder, and the input channel for supplying the air-oil mixture from the oil cavities of the supporting bearings of the rotor of the fan and compressor is at the end of the cylinder.