Патент на изобретение №2358131

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАСЛЯНЫХ ВЫБРОСОВ В ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ

(57) Реферат:

Способ и газотурбинный двигатель относятся к авиационной техники, в частности к обработке выбросов масла, смазывающего опорные подшипники. Способ обработки воздушного потока, содержащего частицы масла и проходящего через трубу, сообщающуюся с подшипниковой камерой газотурбинного двигателя, характеризуется тем, что воздушный поток направляют в коксовальную камеру, соединенную со средством нагрева, в которой воздух нагревается до температуры, достаточной для коксования частиц масла, содержащихся в воздушном потоке. Предпочтительно полученные в результате коксования твердые отходы собирают в коксовальной камере. Такой способ и такое выполнение газотурбинного двигателя позволят снизить вредное воздействие газов, выбрасываемых в атмосферу. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к области авиационных газотурбинных двигателей и касается, в частности, способа обработки выбросов масла, смазывающего опорные подшипники.

Газотурбинный двигатель в основном состоит из воздушной компрессорной установки, питающей камеру сгорания, в которой воздух смешивается с топливом, для образования горячих газов, энергия которого питает турбинную установку, приводящую в движение средства компрессии. Валы, соединяющие различные корпуса ротора, установлены в статорных частях на опорных подшипниках, установленных в находящейся под давлением камере. В камерах содержится масло, нагнетаемое на уровне шарикоподшипников, для их смазки, и они содержат уплотнительные органы, чаще всего типа лабиринтных, через которые проходит изолирующий воздух. Этот воздух наполняется частицами масла, и, чтобы поддерживать расход масла на минимальном уровне, как известно, используют маслоулавливающее оборудование, которое отделяет масло от воздуха, прошедшего через подшипниковые камеры. В современных двигателях это оборудование устанавливают либо непосредственно внутри двигателя вблизи самих опорных подшипников, либо на уровне коробки приводов агрегатов, называемой также AGB. Однако маслоуловители не обеспечивают 100%-й эффективности. После прохождения через маслоуловители удаляемый воздух все еще содержит остатки масла в виде капелек, которые выбрасываются в атмосферу. Поэтому они являются источником загрязнения окружающей среды.

Из документа GB 2374026 известен способ, согласно которому поток пропускают через камеру, в которой воздух нагревают до температуры, достаточной для испарения частиц масла, содержащихся в воздушном потоке. Однако частицы масла в данном случае нагревают, чтобы сделать выбросы в атмосферу невидимыми, а не с целью снижения их вредного воздействия. В этом документе не предусматривается химическая трансформация коксованием.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа обработки воздушного потока, позволяющего снизить загрязняющее воздействие масляных выбросов в атмосферу.

Согласно настоящему изобретению предложен способ обработки воздушного потока, содержащего частицы масла и проходящего через трубу, сообщающуюся с подшипниковой камерой газотурбинного двигателя, характеризующийся тем, что воздушный поток направляют в коксовальную камеру, соединенную со средством нагрева, в которой воздух нагревается до температуры, достаточной для коксования содержащихся в нем частиц масла. Предпочтительно в коксовальной камере собирают твердые отходы, полученные в результате коксования.

Таким образом, преобразование масла путем коксования в газообразные отходы и в твердые отходы позволяет снизить вредное воздействие газов, выбрасываемых в атмосферу.

С одной стороны, коксование позволяет уменьшить объем масляных выбросов, с другой стороны, сами отходы является менее вредными.

Согласно варианту осуществления способа камеру крепят на указанной трубе таким образом, чтобы воздух проходил из трубы в камеру. В частности, в газотурбинном двигателе, содержащем реактивное сопло на выходе турбины, камеру располагают в сопле таким образом, чтобы она нагревалась газами, проходящими через реактивное сопло.

Согласно предпочтительному варианту осуществления воздух нагревают до температуры, достаточной для пиролиза частиц масла, в частности, путем отбора горячих газов непосредственно на выходе турбины.

Коксовальная камера для обработки воздушного потока, содержащего частицы масла и проходящего через трубу, сообщающуюся с подшипниковой камерой газотурбинного двигателя, содержит цилиндрический корпус, содержащий с одной стороны отверстие для впуска воздушного потока из трубы и средства, образующие дефлекторы. Предпочтительно камера содержит средство для сбора коксованного масла, и, в частности, корпус содержит средство крепления на конце центральной вентиляционной трубы двигателя и внутреннюю решетку, через которую частицы масла выбрасываются на внутреннюю стенку корпуса и которая образует средство сбора коксованного масла.

Объектом настоящего изобретения является также газотурбинный двигатель, содержащий центральную вентиляционную трубу и реактивное сопло, при этом труба сообщается с выпускным каналом, двигатель характеризуется тем, что коксовальную камеру устанавливают на центральной трубе с возможностью ее нагрева рабочими газами, проходящими через выпускной канал.

Предпочтительно коксовальную камеру нагревают газами, отбираемыми на выходе турбины, до температуры, достаточной для пиролиза частиц масла. Например, коксовальную камеру располагают на центральной вентиляционной трубе вблизи газозаборника сразу же на выходе турбины в том месте, где температура достигает примерно 500°С. Это решение представляет особый интерес, поскольку оно приводит к уничтожению любых твердых отходов. В этом случае нет необходимости в постоянном обслуживании коксовальной камеры.

Согласно другому варианту осуществления изобретения для газотурбинного двигателя, содержащего коробку приводов агрегатов AGB, упомянутую камеру устанавливают на коробке AGB.

Далее следует подробное описание варианта выполнения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает газотурбинный двигатель, на котором осуществляют способ обработки масляных выбросов;

Фиг.2 – вид задней части двигателя с центральной вентиляционной трубой (продольный разрез), на которой размещена коксовальная камера, согласно изобретению;

Фиг.3 – продольный разрез коксовальной камеры согласно изобретению;

Фиг.4 – продольный разрез средства нагрева коксовальной камеры согласно изобретению.

Газотурбинный двигатель (фиг.1) является турбореактивным двигателем с турбокомпрессором. В данном примере такой двигатель содержит корпус высокого давления с компрессором ВД 2, вращаемым турбиной ВД 4, при этом и компрессор, и турбина установлены на одном валу 6. Вал 5, концентричный с валом 6, соединяет передний вентилятор 3, связанный с компрессором низкого давления НД 3′, с турбиной низкого давления НД 7 на выходе турбины ВД 4. Воздух, сжатый компрессорами 3′, затем 2, проходит в кольцевую камеру 8 сгорания, где он смешивается с топливом для получения рабочих газов. Эти газы направляются к турбине ВД 4, затем к турбине НД 7 и, наконец, удаляются через хвостовую трубу, содержащую реактивное сопло. Сила тяги в этом двигателе в основном создается воздушным потоком, разделяющимся на две части в камере сгорания и удаляемым либо напрямую в атмосферу через кольцевую трубу, либо смешивается с газами, выходящими из турбины и образующими первичный поток. Валы установлены в промежуточных опорных подшипниках для концентричных вращающихся частей и в опорных подшипниках, установленных в неподвижных статорных конструкциях для вала 5.

При воздействии высоких температур опорные подшипники постоянно смазываются и охлаждаются маслом, содержащимся в камере, называемой подшипниковой камерой. Воздух под давлением поступает на уровне уплотнительных прокладок, образуя барьер, препятствующий попаданию масла на горячие части двигателя и предупреждающий, таким образом, возгорания. После прохождения через маслоуловитель для улавливания масла изолирующий воздух обычно удаляется в атмосферу через центральную вентиляционную трубу 9. В данном случае маслоуловитель находится вблизи подшипниковых камер. Изобретение может быть использовано и для случая, когда маслоуловители установлены на коробке AGB.

Воздух проходит через трубу 9 и удаляется назад через центральный канал, выполненный в детали 10 в виде усеченного конуса или по существу в виде усеченного конуса, ограничивающей внутреннюю поверхность контура газов, выходящих из ступеней турбины. В известных технических решениях остаточное масло, даже в небольших количествах, выбрасывается в атмосферу через реактивное сопло.

В соответствии с изобретением любое остаточное масло удаляют из воздуха перед его выпуском в атмосферу путем улавливания этого масла и его окисления для преобразования в газообразные отходы и в кокс, которые являются менее вредными, чем само масло.

Для этой цели используют средство, показанное на фиг.2, где более детально показана задняя часть двигателя. В заднем опорном подшипнике 12 установлена цапфа 14 турбины НД. Шарикоподшипники 12а опорного подшипника 12 установлены в сепараторе, расположенном между неподвижным кронштейном 13 опорного подшипника и цапфой 14. Весь узел находится в камере 15. Между неподвижной конструкцией камеры и диском ротора НД установлены лабиринтные уплотнительные прокладки 15а, 15b. Между неподвижной конструкцией и центральной вентиляционной трубой, выполненной заодно с валом НД, также установлены лабиринтные прокладки 15с и 15d. Воздух отбирается из камеры маслоуловителем 16 и затем удаляется через центральную трубу 9. Описанные выше элементы не являются частью изобретения и сами по себе известны.

Из трубы 9 воздух направляется к выходу внутрь реактивного сопла и затем смешивается с рабочими газами.

В соответствии с настоящим изобретением на заднем конце центральной вентиляционной трубы 9 устанавливают камеру, которая в дальнейшем будет называться коксовальной камерой 20 (фиг.3).

Камера 20 содержит цилиндрический корпус 21 диаметром, немного превышающим диаметр трубы 9. Корпус закреплен на конце трубы при помощи любого соответствующего разъемного средства. Его крепят на трубе открытым. Внутри корпуса цилиндрическая решетка 22 ограничивает вместе с корпусом кольцевое пространство 22а. По длине корпуса 21 в объеме, ограниченном решеткой 22, через равномерные промежутки установлены поперечные пластины 24, которые, чередуясь, образуют дефлекторы. Сзади корпус закрыт решеткой с осевыми отверстиями, образующими пламегасители 26. Корпус 21 установлен сзади на трубе 9 таким образом, чтобы собирать проходящий через нее воздух. Внутри корпуса пластины 24 заставляют воздух проходить путь поочередно в радиальном направлении наружу и в радиальном направлении внутрь. В результате этого содержащиеся в нем частицы масла центрифугируются, проходя через решетку 22. Они скапливаются в кольцевом пространстве 22а. За счет своего расположения на конце трубы 9 корпус нагревается газами, проходящими внутри реактивного сопла и поддерживающими, таким образом, во время работы двигателя температуру стенки корпуса 21 примерно на уровне 300°С. При этой температуре масло в пространстве 22а подвергается термической трансформации окисления. Оно частично трансформируется в коксованное масло в паровой фазе ПФ и частично в кокс в виде твердого отхода ТО.

Удаление твердого отхода осуществляют путем демонтажа корпуса и его замены. Эта операция легко осуществляется на земле во время операций обслуживания двигателя под крылом самолета. Согласно варианту выполнения, более предпочтительному с экономической точки зрения, корпус можно выполнять в виде съемного и сменного патрона. Вместе с тем, следует учитывать, что, в случае неисправности (чрезмерный расход масла), не следует пренебрегать образовавшимся количеством кокса. Это требует либо относительно частых или непредвиденных вмешательств, которые отрицательно сказываются на рентабельности, либо увеличения объема камеры, что приводит также к нежелательному увеличению габаритов и массы.

Предпочтительным средством более быстрого удаления твердого остатка является пиролиз этого остатка по мере его образования за счет нагревания до высокой температуры. Действительно, сверх температуры 500°С кокс сгорает без остатка. Таким образом, согласно частному варианту выполнения устройство содержит средство нагрева камеры до температуры 500°С. На фиг.4 показан монтаж камеры внутри реактивного сопла, аналогичный предыдущему варианту, но с добавлением трубки 18 для подачи на стенки камеры определенного количества газа из контура первичного потока.

Формула изобретения

1. Способ обработки воздушного потока, содержащего частицы масла и проходящего через трубу (9), сообщающуюся с подшипниковой камерой газотурбинного двигателя, отличающийся тем, что упомянутый воздушный поток направляют в коксовальную камеру (20), соединенную со средством нагрева, в которой воздух нагревается до температуры, достаточной для коксования частиц масла, содержащихся в воздушном потоке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в коксовальной камере (20) собирают твердые отходы, полученные в результате коксования.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что камеру (20) крепят на трубе (9), обеспечивая проход воздуха из трубы в камеру.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что осуществляют обработку воздушного потока в газотурбинном двигателе, содержащем реактивное сопло (10) на выходе турбины, для чего камеру располагают в реактивном сопле (10) таким образом, чтобы она нагревалась газами, проходящими через реактивное сопло.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух нагревают до температуры, достаточной для пиролиза частиц масла.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что воздух нагревают путем отбора горячих газов непосредственно на выходе турбины.

7. Газотурбинный двигатель, содержащий центральную вентиляционную трубу (9), сообщающуюся с подшипниковой камерой двигателя, и реактивное сопло (10) для выпуска газов, при этом упомянутая труба сообщается с выпускным каналом, содержащим коксовальную камеру (20) для обработки воздушного потока, поступающего из подшипниковой камеры и содержащего частицы масла, отличающийся тем, что коксовальная камера (20) содержит цилиндрический корпус (21), содержащий отверстие с одной стороны для впуска воздушного потока из трубы (9), и средства (24), образующие дефлекторы, и установлена на центральной трубе (9) с возможностью ее нагрева рабочими газами, проходящими через реактивное сопло (10).

8. Газотурбинный двигатель по п.7, отличающийся тем, что коксовальная камера содержит средство (22) для сбора коксованного масла.

9. Газотурбинный двигатель по п.8, отличающийся тем, что корпус (21) содержит средство крепления на конце трубы (9) и внутреннюю решетку, через которую частицы масла выбрасываются на внутреннюю стенку корпуса и которая образует средство для сбора коксованного масла.

10. Газотурбинный двигатель по п.7, отличающийся тем, что коксовальная камера (20) нагревается газами, отбираемыми на выходе турбины, до температуры, достаточной для пиролиза частиц масла.

11. Газотурбинный двигатель по п.7, отличающийся тем, что содержит коробку приводов агрегатов (AGB), при этом коксовальная камера установлена на коробке.

РИСУНКИ