Шестеренчатые насосы

Циркуляция масла в ПД и ГТД обеспечивается, как правила, шес­теренчатыми насосами, отличающимися простотой конструкции, надежностью в работе, малыми габаритами и весом. Каждая секция насоса состоит из пары сцепляющихся между собой шестерен, имеющих одинаковое число зубьев (рис. 69, а).

При вращении шестерен за счет освобождающегося объема при выходе зубьев из зацепления масло всасывается в полость А, откуда увлекается зубьями шестерен в полость нагнетания Б. При входе зубьев в зацепление масло выдавливается из впадин, вследствие чего происходит повышение давления. При выдавливании масла значитель­но нагружаются подшипники насоса. Для устранения этого на корпусе и крышке насоса со стороны нагнетания выполняют разгрузочные канавки (рис, 69, б).

В ГТД с небольшой скоростью вращения, у который шестерни насосов имеют окружные скорости 8—10 м/сек, радиальный подвод масла (см. рис. 69, а) обеспечивает необходимое заполнение насоса. В ГТД, у которых шестерни насосов имеют большие окружные ско­рости (более 10 м/сек), заполнение насосов и их производительность при радиальном подводе масла снижаются, так как часть масла вы­брасывается и повышение производительности при больших окруж­ных скоростях (до 30 м/сек) обеспечивается осевым подводом масла и радиальными фрезеровками (рис. 69, 1 в) на шестернях насоса (серий­ный ТВД). В этом случае центробежные силы способствуют улуч­шению заполнения впадин шестерен. Для получения осевого подвода масла в корпусе и крышке насоса со стороны линии входа масла име­ются секторообразные канавки.

Рис. 69. Шестеренчатый масляный насос:

Величина давления зависит от вязкости масла, скорости вращения вала насоса, гидравлических сопротивлений системы и устанавливается такой, чтобы обеспечить необходимый циркуляционный расход масла на всех режимах работы двигателя и высотах полета.

Для этого шестеренчатый насос имеет редукционный клапан, огра­ничивающий максимальную величину давления масла в линии нагне­тания. Если давление масла в линии нагнетания станет больше заданного (что могло бы привести к переполнению двигателя маслам), то редукционный клапан открывается и перепускает излишнее -количество масла на линию всасывания.

Редукционные клапаны выполняю обычно в виде золотника 5 (см. рис. 69, а) или тарелки 5 (см рис. 69, д). Преимущество тарель­чатых клапанов заключается в том, что из-за меньшей поверхности соприкосновения направляющих усов тарелки с седлом 6 такой клапан имеет меньшую вероятность зависания.

В условиях эксплуатации для регулирования давления масла в системе необходимо расконтрить и отвернуть контргайку 2 и поворо­том регулировочного винта 1 вправо (на увеличение) или влево (на уменьшение) изменять натяжение пружины 4, имея в виду, что один оборот, как правило, изменяет давление масла примерно на 0, 2—0, 3 кГ/см².

На отдельных масляных насосах турбореактивных двигателей ре­дукционный клапан выполняется двухступенчатым, благодаря чему он ограничивает рост давления масла не более 3, 5—4, 5 кГ/см² на ре­жимной работе и 0, 9 кГ/см² при запуске на режимах авторотации. Последнее исключает проникновение масла через уплотнения опор в газовый тракт на малой скорости вращения ротора двигателя.

Количество масла, проходящего через редукционный клапан, за­висит от режима и высоты полета и определяется разностью между производительностью нагнетающей секцией насоса V_д и циркуляцион­ным расходом масла V_м (рис.69, г)

По мере роста числа оборотов n увеличиваются V_д и давление масла на выходе P_вых. При n = n давление P_вых достигает величины, на которую отрегулирован редукционный клапан (точка 1), при этом Уд = V_M (точка 11). Число оборотов n всегда меньше рабочих оборотов.

При п > n открывается редукционный клапан и давление на всех рабочих режимах остается примерно постоянным (оно несколько воз­растает, так как по мере поднятия клапана растет натяжение пружины и для ее преодоления требуется большее давление). В нагнетающую магистраль направляется только часть масла, а остальное перепускается через редукционный клапан (заштрихованная площадь).

С набором высоты за счет падения давления воздуха в баке и дав­ления масла на входив насос уменьшается У_д. Кроме тога при давле­нии масла на входе 0, 3 - 0, 4 кг/ см² начинается интенсивное выделение из масла растворенных в нем газов и мелких пузырьков воздуха, ко­торые, расширяясь, приводят к сильному пенообразовании к нару­шению сплошности масляного потока на входе (явление кавитации). Поэтому с высотой понижается производительность насоса H=H , V_д= V_M и редукционный клапан закрывается, т. е. все масло нагнетается в двигатель.

Высота, на которой производительность нагнетающей секции мас­ляного насоса равна прокачке масла при закрытом редукционным кла­пане, называется расчетной. На больших высотах (H> H ), из-за недостаточной прокачки масла V_M, трущиеся поверхности и масло начинают перегреваться, увеличивается износ, а также возможны случаи заклинивания двигателя.

Высотность масляной системы и компенсация расхода масла на ГТД обеспечиваются одним или одновременно несколькими способами:

запасом производительности нагнетающей секции маслонасоса;

V_д = (1, 5 – 2, 5) V_M;

установкой дополнительного насоса подпитки, создающего подпор 0, 6 — 0, 8 кГ/см на входе в основной масляный насос;

установкой бака выше насоса:

установкой всасывающих трубопроводов с большим диаметром

и малыми гидравлическими сопротивлениями;

применением закрытой циркуляционной масляной системы;

установкой воздухоотделителя

Надежная работа масляной системы зависит также от производи­тельности откачивающих секций, которая всегда больше производи­тельности нагнетающих. Объясняется это тем, что из двигателя отка­чивается вспененное масло с большим содержанием воздуха и паров масла, т. е. смесь, имеющая большой удельный объем Недостаточный запас производительности откачивающих секций может привести к уходу масла из бака в двигатель.

При чрезмерно большом запасе производительности откачиваю­щие секции вместе с маслом откачивают значительное количество воз­духа, что вызывает вспенивание масла и снижение его смазывающих свойств.

Эти противоречивые требования удовлетворяются тем, что откачка -масла ведется раздельно из различных маслосборников, куда оно стекает после смазки двигателя, несколькими откачивающими секция­ми, производительность которых больше производительности нагне­тающей секции в 2—3 раза.

Рис. 70. Масляный насос откачки внутреннего зацепления ТВД:

1 —шестерня; 2 —втулка; 3— штифт; 4 — корпус; 5, 6, 13 — каналы; 7 —ведомая шестерня; 8 —ведущая шестерня; 9— шпонка; 10 — гайка; 11—шплинт; 12 — крышка; 14— уплотнительные кольца; А, В —полости

Для обеспечения надежной работы откачивающих секций в началь­ный момент запуска, когда линия откачки еще не заполнена маслом.(чтобы не было подсоса воздуха и чтобы шестерни не работали без смаз­ки), на отдельных газотурбинных двигателях предусматривается перепуск части масла из нагнетающей секции в откачивающие через обратный клапан К (см. рис. 68).

Иногда, когда по условиям расположения насоса требуются ма­лые габариты и малая его производительность, применяют откачи­вающие шестеренчатые насосы внутреннего зацепления (рис. 70).

Такой насос состоит из корпуса 4, ведущей 8 и ведомой 7 шестерен, раз­мещенных в колодце корпуса, приводного валика-шестерни 1 и крыш­ки 12. При вращении шестерен объем полости А увеличивается, и она заполняется маслом, а со стороны входа в зацепление шестерен объем полости Б уменьшается и масло перекачивается в общую линию откачки.