RU2709751C1

RU2709751C1 - Air breathing system in aircraft gas turbine engine

Info

Publication number: RU2709751C1
Application number: RU2019110103A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Голубов; Евгений Ювенальевич Марчуков; Вячеслав Николаевич Фомин
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2019-12-19

Abstract

FIELD: engine building.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engine construction and relates to aircraft gas turbine engine (GTE) breathing system. In air breathing system in aircraft GTE containing cavities of bearing supports of rotor and gearbox of units with drive centrifugal breather with channels of air supply and oil drainage, according to present invention cavities of bearing supports of rotor are connected by system of grooving lines to supply channel of cyclone air separator installed inside closed vessel, air duct of which is interconnected with closed cavity, which is interconnected with channel of air supply into centrifugal breather, and in feeding channel of cyclone air separator there is an ejector, low-pressure nozzle of which is interconnected with channel of centrifugal breather oil drainage.

EFFECT: objective of invention is reduction of oil consumption in gas turbine due to rational arrangement of air supply and removal of oil from breather.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к авиадвигателестроению и касается устройства системы суфлирования воздуха авиационного газотурбинного двигателя (далее ГТД).The invention relates to aircraft engine manufacturing and relates to a device for the air venting system of an aircraft gas turbine engine (GTE).

Известна система суфлирования воздуха в авиационном ГТД, содержащая полости подшипниковых опор ротора и коробку привода агрегатов (далее КПА) с приводным центробежным суфлером с каналами подвода воздуха и отвода масла (RU 2416033).A known system of venting air in an aircraft gas turbine engine, containing the cavity of the bearing support of the rotor and the box drive units (hereinafter KPA) with a drive centrifugal prompter with channels for supplying air and oil drain (RU 2416033).

Пропуская воздух в атмосферу, суфлер задерживает включения масла, которые переправляются внутрь КПА, что приводит к эмульсированию масла в картере, ухудшению условий работы откачивающего маслонасоса и перегреву масла в картере. Отвод уловленного суфлером масла в маслобак, лишенный (как правило) приводных механизмов, приводит к росту гидросопротивления в канале отвода масла из-за удаленности маслобака от суфлера, кроме того маслобак располагается наверху ГТД, а КПА внизу (как правило), что приводит к повышенной утечке масла в воздухоотводящую магистраль суфлера, дымлению на выхлопе ГТД и повышенному расходу авиационного дефицитного масла. Следует обратить внимание и на ухудшение экологических характеристик ГТД.By passing air into the atmosphere, the breather delays the inclusion of oil, which is transported inside the CPA, which leads to emulsion of oil in the crankcase, worsening operating conditions of the pumping out oil pump and overheating of the oil in the crankcase. The removal of oil trapped by the breather into the oil tank, devoid of (as a rule) drive mechanisms, leads to an increase in hydraulic resistance in the oil drainage channel due to the distance of the oil tank from the breather, in addition, the oil tank is located at the top of the gas turbine engine and KPA below (usually), which leads to increased leakage of oil into the breather air outlet line, smoke on the exhaust gas turbine engine and increased consumption of aircraft deficient oil. Attention should be paid to the deterioration of the environmental characteristics of gas turbine engines.

Задачей изобретения является снижение расхода масла в ГТД за счет рациональной организации подвода воздуха и отвода масла от суфлера. Указанная задача решается тем, что в системе суфлирования воздуха в авиационном ГТД, содержащей полости подшипниковых опор ротора и коробку привода агрегатов с приводным центробежным суфлером с каналами подвода воздха и отвода масла, согласно настоящему изобретению полости подшипниковых опор ротора подключены системой суфлирующих магистралей к подводящему каналу установленного внутри замкнутой емкости циклонного воздухоотделителя, воздухоотводящий канал которого сообщен с замкнутой полостью, которая сообщена с каналом подвода воздуха в центробежный суфлер, а в подводящий канал циклонного воздухоотделителя встроен эжектор, низконапорное сопло которого сообщено с каналом отвода масла центробежного суфлера.The objective of the invention is to reduce the oil consumption in the gas turbine engine due to the rational organization of the air supply and the removal of oil from the prompter. This problem is solved by the fact that in an air venting system in an aircraft gas turbine engine containing cavities of rotor bearing bearings and a drive box of units with a drive centrifugal prompter with air supply and oil exhaust channels, according to the present invention, the rotor bearing cavities are connected by a system of venting lines to the supply channel of the installed inside a closed container of a cyclone air separator, the air outlet channel of which is in communication with a closed cavity, which is in communication with the inlet channel a centrifugal spirit prompter, and the feeding channel of the cyclone air separator built ejector low-pressure nozzle which is communicated with the oil discharge passage of the centrifugal prompter.

Реализация изобретения позволяет осуществить предварительную очистку суфлируемого воздуха в циклонном воздухоотделителе, а затем чистовую в приводном центробежном суфлере с вращающейся крыльчаткой. Кроме того при вытекании воздуха с еще с оставшимися в нем включениями масла из небольшого объема циклонного воздухоотделителя в замкнутую емкость значительно большего объема происходит резкое падение скорости потока суфлируемого воздуха, приводящее к осаждению в емкости дополнительного количества включений масла, что позволяет говорить о наличии в системе суфлирования трехступенчатой очистки суфлируемого воздуха. Наибольший эффект изобретение дает при повышенном давлении в системе суфлирования (>0,5 кг/см^∧2), т.к. позволяет эффективно использовать избыточную энергию воздуха, просачивающегося через уплотнения проточной части ГТД в полости подшипниковых опор ротора для повышения качества маслоотделения в суфлере.The implementation of the invention allows the preliminary purification of vented air in a cyclone air separator, and then fine in a driven centrifugal prompter with a rotating impeller. In addition, when air flows with the oil inclusions remaining in it from a small volume of the cyclone air separator into a closed container of a significantly larger volume, a sharp drop in the flow rate of vented air occurs, leading to the deposition of an additional number of oil inclusions in the container, which suggests the presence of a venting system three-stage purification of vented air. The invention gives the greatest effect at elevated pressure in the venting system (> 0.5 kg / cm ^∧ 2), because allows you to effectively use the excess energy of the air seeping through the seal of the flow part of the gas turbine engine in the cavity of the bearing supports of the rotor to improve the quality of oil separation in the prompter.

Использование предложенного устройства позволяет путем небольших доработок ГТД осуществить «лечение» дефектных систем суфлирования готовых изделий, имеющих повышенную утечку смазки в окружающую атмосферу и, кроме того, уменьшить загрязнение дорожек аэродрома.Using the proposed device allows, through minor modifications to the gas turbine engine, to “treat” defective venting systems for finished products having an increased leakage of lubricant into the surrounding atmosphere and, in addition, to reduce airfield path pollution.

На чертеже показана принципиальная схема суфлирования воздуха авиационного ГТД.The drawing shows a schematic diagram of the air venting of an aircraft gas turbine engine.

Система суфлирования включает в себя полость 1 подшипниковых опор ротора ГТД (на схеме для упрощения чертежа изображена одна подшипниковая опора) и КПА 2 с приводным центробежным суфлером 3 с каналом 4 подвода воздуха и каналом 5 отвода масла. Каждая полость суфлирующих магистралей 6 к подводящем каналу 7 циклонного воздухоотделителя 8, установленного внутрь замкнутой емкости 9.The venting system includes a cavity 1 of the bearings of the GTE rotor (the diagram shows a single bearing support for simplification of the drawing) and KPA 2 with a centrifugal drive prompter 3 with an air supply channel 4 and an oil exhaust channel 5. Each cavity of the venting lines 6 to the inlet channel 7 of the cyclone air separator 8, installed inside a closed container 9.

В подводящий канал 7 циклонного воздухоотделителя 8 встроен эжектор 10 так, что выход из подводящего канала 7 сообщен с высоконапорным соплом 11 эжектора, а канал 5 отвода масла от суфлера 3 через камеру смешения 12 сообщен с низконапорным соплом 13 эжектора, причем замкнутая полость 9 через суфлирующую магистраль 14 сообщена с каналом 4 подвода воздуха к суфлеру.An ejector 10 is integrated in the inlet channel 7 of the cyclone air separator 8 so that the outlet from the inlet channel 7 is in communication with a high-pressure nozzle 11 of the ejector, and the channel 5 for discharging oil from the breather 3 through the mixing chamber 12 is in communication with the low-pressure nozzle 13 of the ejector, and the closed cavity 9 is through the venting highway 14 is in communication with channel 4 for supplying air to the breather.

При работе ГТД в полости 1 подшипниковых опор ротора ГТД через уплотнительные устройства поступает воздух из проточной части, что приводит к росту в них давления и перемешиванию воздуха с маслом, подводимым к форсункам от маслонасоса. Повышение давления воздуха в полостях 1 может привести к разрушению тонкостенных элементов конструкции ГТД (корпусов подшипниковых опор, маслобака и тому подобное) с последующей утечкой масла в окружающую атмосферу. Для предотвращения нарушений в работе ГТД воздух вместе с мельчайшими частицами смазки (масловоздушная эмульсия) отводится через систему суфлирующих магистралей 6 к тангенциальному подводящему каналу 7 циклонного воздухоотделителя 8. Т.к. на конце канала 7 выполнено высоконапорное сопло 11 эжектора 10, масловоздушная эмульсия ускоряется и часть ее потенциальной энергии преобразуется в кинетическую, при этом эмульсия увлекает с собой в камеру смешения 12 эжектора через низконапорное сопло 13 масло из канала 5 отвода масла от суфлера 3. В камере смешения 12 происходит обмен энергиями эжектирующего потока (эмульсионного) и эжектируемого (масло из канала 5) и выравнивание их скоростей.During the operation of the gas turbine engine in the cavity 1 of the bearing support of the rotor of the gas turbine engine, air from the flow part enters through the sealing devices, which leads to an increase in pressure in them and mixing of air with oil supplied to the nozzles from the oil pump. The increase in air pressure in the cavities 1 can lead to the destruction of thin-walled structural elements of the gas turbine engine (bearing housings, oil tank, etc.) with the subsequent leakage of oil into the surrounding atmosphere. To prevent disturbances in the operation of the gas turbine engine, the air together with the smallest particles of lubricant (oil-air emulsion) is discharged through a system of venting lines 6 to the tangential inlet channel 7 of the cyclone air separator 8. Since at the end of channel 7, a high-pressure nozzle 11 of the ejector 10 is made, the oil-air emulsion is accelerated and part of its potential energy is converted into kinetic energy, while the emulsion carries the oil from the channel 5 of the oil outlet 5 from the breather 3 to the mixing chamber 12 of the ejector through the low-pressure nozzle 13. mixing 12 there is an exchange of energies of the ejection stream (emulsion) and ejected (oil from channel 5) and the alignment of their speeds.

Из низконапорного сопла 13 эмульсия поступает внутрь циклонного воздухоотделителя 8 по касательной к боковой стенке и закручивается благодаря напору эмульсионной струи, при этом тяжелая ее фракция (включения масла) под действие центробежных сил откидывается на периферию (к боковой стенке) и под действием сил тяжести опускается на дно замкнутой емкости 9, а предварительно очищенный воздух с еще оставшимися в нем мельчайшими включениями масла поднимается вверх и через воздухоотводящий канал воздухоотделителя 8 попадает внутрь замкнутой полости 9, где происходит резкое падение скорости воздушного потока и осаждение в ней дополнительного количества включений масла.From the low-pressure nozzle 13, the emulsion enters into the cyclone air separator 8 tangentially to the side wall and is twisted due to the pressure of the emulsion jet, while its heavy fraction (oil inclusion) is folded to the periphery (to the side wall) under the action of centrifugal forces and lowered by gravity to the bottom of the closed tank 9, and the pre-cleaned air with the smallest inclusions of oil remaining in it rises up and through the air outlet channel of the air separator 8 enters the closed Lost 9, wherein there is a sharp drop in the air flow rate and the deposition therein of additional quantities of oil inclusions.

Из замкнутой полости 9 воздушный поток по суфлирующему трубопроводу 14 попадает в канал 4 отвода воздуха центробежного суфлера 3, в котором производится окончательная (чистовая) очистка воздуха от части смазки, что ведет к минимуму выброса масла в окружающую среду.From the closed cavity 9, the air flow through the venting pipe 14 enters the air exhaust channel 4 of the centrifugal breather 3, in which the final (final) cleaning of the air from the lubricant is performed, which minimizes the release of oil into the environment.

Claims

An air venting system in an aircraft gas turbine engine containing rotor bearing bearing cavities and an aggregate drive box with a centrifugal driven breather with air supply and oil exhaust channels, characterized in that the rotor bearing support cavities are connected by a breather system to the supply channel of the cyclone air separator installed inside a closed container the air outlet channel of which is in communication with a closed container, which is in communication with the air supply channel of the centrifugal souffle pa, and an ejector is built into the inlet channel of the cyclone air separator, the low-pressure nozzle of which is in communication with the oil exhaust channel of the centrifugal breather.