Глава 12 - Системы ГТД

12.8 - Дренажные системы

12.8.1 - Назначение и классификация систем

Дренажные системы (ДС) предназначены для сбора и удаления утечек и остатков рабочих жидкостей (РЖ) - топлива, масла, гидрожидкости. На разных двигателях в зависимости от количества, состава и размещения объектов дренажа может применяться от одной до пяти и более ДС, каждая из которых может обслуживать от одного до нескольких объектов дренажа. ДС относятся к вспомогательным системам авиационных ГТД, но эффективность их функционирования может непосредственно влиять на надежность запуска и пожаробезопасность двигателя, его экологические и другие характеристики.

ДС можно классифицировать:

-по типу - открытые или замкнутые;

-по назначению - для удаления утечек, остатков РЖ или смешанного назначения;

-по режиму функционирования - с ручным или автоматическим удалением РЖ;

-по общей схеме - с предварительным сбором

âдренажный бак или с непосредственным удалением РЖ;

-по способу удаления РЖ - слив самотеком, вытеснение, эжекция или откачка механическим насосом;

-по месту удаления РЖ - отвод за мотогондолу, за срез сопла, в газовоздушный тракт или в топливную систему, а также по ряду других признаков.

Наиболее широко на двигателях используются ДС открытого типа с автоматическим удалением РЖ. В таких системах утечки и остатки РЖ в конеч- ном итоге попадают в атмосферу. С целью снижения загрязнения атмосферы углеводородами с 70-х годов прошлого века на двигателях гражданского назначения начали применяться ДС замкнутого типа, обеспечивающие утилизацию дренированного топлива.

12.8.2 - Характеристика объектов дренажа

Под объектом дренажа понимается элемент конструкции двигателя, в котором образуются утечки или остатки РЖ. На одном двигателе может быть от двух до десяти и более объектов дренажа. К наиболее распространенным объектам дренажа относятся:

- узлы уплотнений приводных валов агрегатов

èдатчиков (топливных и гидравлических насосов, насосов-регуляторов, электрических генераторов, стартеров, датчиков-тахометров и т.д.);

-топливные коллекторы форсунок основной камеры сгорания;

-газовоздушный тракт (ГВТ) двигателя (полости основной камеры сгорания и форсажной камеры, турбины, сопла).

Узлы уплотнений приводных валов разделяют рабочие полости агрегатов и коробки приводов, предотвращая непредусмотренное перетекание РЖ. В состав узла входят два уплотнения, между которыми располагается дренажная полость (см. Рис. 12.8.2_1). При уплотнении приводных валов насосов или других топливных

èгидравлических агрегатов оба уплотнения выполняются контактного типа (манжетные или торцевые). При уплотнении вала электрогенератора, воздушного стартера или другого агрегата с воздушной рабочей полостью со стороны агрегата обычно устанавливается бесконтактное уплотнение (лабиринтное или щелевое). Любое контактное уплотнение предусматривает некоторую утечку РЖ, которая необходима для охлаждения и смазки трущихся поверхностей. Проходя через уплотнения, РЖ поступают в дренажную полость, откуда отводятся в ДС. Различают стояночные ( когда вал не вращается) и рабочие утеч- ки. Современные узлы уплотнений имеют рабо- чие утечки РЖ не более 5…10 см3/ч, стояночные утечки – не более 0,05…1 см3/ч. Дренаж топливных коллекторов КС осуществляется после выключения двигателя во избежание коксования топлива в каналах форсунок. Остатки топлива сливаются из коллекторов через специальный дренажный клапан под действием силы тяжести

èостаточного давления воздуха в камере. Объем сливаемых остатков зависит от размеров коллекторов и других факторов и может составлять от 25 до 1700 см3.

В ГВТ остатки топлива образуются, как правило, при неудавшихся (из-за нерозжига основной камеры сгорания) или ложных запусках - осевшее на деталях проточной части топливо стекает в нижнюю часть ГВТ. Дренаж ГВТ необходим для предотвращением попадания этого топлива в мотогондолу, а также его возгорания и выброса горящего топлива из сопла при последующем запуске двигателя. Топливо из ГВТ сливается под действием силы тяжести через специально предусмотренные отверстия или дренажные клапаны. Объем сливаемого остатка зависит от конструктивных особенностей двигателя и может составлять от 30 до 1300 см3.

875

Глава 12 - Системы ГТД

Из рассмотренных объектов дренажа только узлы уплотнений приводных валов и ГВТ имеются на всех типах ГТД. Топливные коллекторы камер сгорания на ряде двигателей не дренируются, а проблема возможного коксования форсунок решается иначе. С другой стороны, на двигателях могут быть объекты дренажа, не упомянутые выше - элементы топливо-регулирующей аппаратуры, коллекторы пусковых форсунок камеры сгорания, узлы уплотнений штоков гидроцилиндров и др.

12.8.3 - Основные схемы и принцип действия систем

На Рис. 12.8.3_1 приведены схемы ДС, полу- чившие наиболее широкое применение.

В простейшем случае система содержит (см. Рис. 12.8.2а) трубопровод, соединяющий объект дренажа с местом удаления дренируемых РЖ. Это автоматическая ДС, в которой РЖ удаляется самотеком за мотогондолу. Как правило, на практике такие системы применяются для дренажа узлов

Рисунок 12.8.2_1 – Схема (а) и примеры конструктивного исполнения манжетного (б) и торцевого (в) узлов уплотнений приводных валов агрегатов.

1 – масляная полость коробки приводов; 2 и 4 – уплотнения; 3 – дренажная полость; 5 – полость агрегата; 6 – приводной вал; 7 – канал отвода утечек РЖ; 8 – топливная полость агрегата; 9 и 10 – резиновые манжетные уплотнения; 11 и 12 – торцевые графитовые уплотнения

876

Глава 12 - Системы ГТД

уплотнений приводных валов с небольшими утеч- ками. При этом каждый узел уплотнения может иметь отдельную ДС, т.е. отдельный дренажный трубопровод, который выводится за мотогондолу совместно с другими аналогичными трубопроводами. В случае отказа какого-либо уплотнения (появление повышенных утечек РЖ) такое решение существенно упрощает поиск неисправного агрегата.

Наличие в системах дренажного бака позволяет накапливать дренируемые РЖ и регулировать момент их удаления. В показанной на Рис. 12.8.2б системе РЖ удаляется за мотогондолу самотеком на остановленном двигателе после открытия вруч- ную сливного крана 5. Для слива РЖ может использоваться технологическая емкость.

В следующих двух системах РЖ из дренажных баков удаляются автоматически на работающем двигателе за счет вытеснения воздухом (см. Рис. 12.8.2в) или отсасывания воздушным эжектором 7 (см. Рис. 12.8.2г). Удаляемые РЖ могут отводиться за мотогондолу, за срез реактивного сопла двигателя или в ГВТ. Активный воздух для наддува бака или питания эжектора отбирается от компрессора двигателя.

Все рассмотренные выше ДС относятся к открытому типу и могут использоваться для удаления утечек и остатков любых РЖ. В отличие от этого, на Рис. 12.8.2д и 12.8.2е представлены схемы замкнутых систем, предназначенных для утилизации дренированного топлива. В первой системе утилизируются остатки топлива, сливающиеся из

Рисунок 12.8.3_1 – Схемы ДС 1 – объект дренажа; 2 – отвод РЖ; 3 – дренажный бак; 4 – суфлирование бака; 5 – кран

сливной; 6 – подвод воздуха; 7 – эжектор; 8 – топливная форсунка; 9 – КС; 10 – дренажная форсунка; 11 – жаровая труба; 12 – слив остатка топлива из камеры; 13 – поплавковый клапан; 14 – обратный клапан; 15 – отвод топлива в топливную систему; 16 – подвод активного топлива к эжектору

877

Глава 12 - Системы ГТД

полости камеры сгорания 9. При следующем запуске двигателя слившееся топливо вытесняется из бака 3 воздухом и через дренажную форсунку 10 подается обратно в камеру сгорания (внутрь жаровой трубы 11), где сгорает. Вытеснение топлива происходит под действием перепада давления воздуха, образующегося на стенке жаровой трубы.

Вторая система позволяет утилизировать как утечки, так и остатки топлива. На работающем двигателе дренированное топливо из дренажного бака 3 отсасывается эжектором 7 и возвращается в систему топливопитания двигателя. Активное топливо к эжектору может подводиться, например, с выхода двигательного подкачивающего насоса, а дренированное топливо отводиться на вход в этот насос. Поплавковый клапан 13 предназначен для предотвращения полной откачки топлива из бака во избежание попадания воздуха в систему топливопитания, а нормально закрытый обратный клапан 14 не допускает обратного перетекания топлива в дренажный бак после выключения двигателя.

Для возврата дренированного топлива в систему топливопитания применяются также системы с механическими насосами, с поршневыми или диафрагменными вытеснительными устройствами и других схем.

12.8.4 - Основные требования к дренажным системам

Общие технические требования к топливным ДС изложены в ОСТ 101191-92. Согласно предъявляемым требованиям, ДС должны:

-обеспечивать полное, своевременное, безопасное и автоматическое удаление топлива;

-исключать попадание удаляемого топлива

âмотогондолу, другие пожароопасные зоны, а также на наружные поверхности самолета и стояноч- ную площадку аэродрома;

-иметь необходимую безотказность, ресурс и срок службы;

-быть контролепригодными и простыми в обслуживании;

-обладать малой массой.

Данные требования в полном объеме могут быть распространены на системы с любыми РЖ.

12.8.5 - Обеспечение работоспособности дренажных систем

Под работоспособностью ДС понимается состояние, когда система может нормально выполнять свои функции, т.е. удалять утечки и остатки РЖ в соответствии с приведенными выше требо-

ваниями. Чтобы получить нормально функционирующую систему при отработке ее конструкции должны быть решены, как минимум, следующие задачи.

1. Должна быть обеспечена возможность беспрепятственного слива РЖ из объекта дренажа. Это достигается размещением дренажных баков или мест слива ниже объектов дренажа и проектирование сливных трубопроводов с постоянным уклоном по потоку жидкости. В трубопроводах не допускается наличие колен или петель, в которых могут образовываться воздушные пробки, препятствующие поступлению РЖ самотеком. В противном случае может происходить переполнение дренажных полостей, и на остановленном двигателе не исключено попадание РЖ в коробку приводов, в мотогондолу или на стояночную площадку.

Попадание РЖ (например, топлива) в полость коробки приводов приводит к ухудшению смазывающей способности масла («разжижение» масла)

èповышению пожароопасности масляной системы (снижается температура вспышки паров масла). При попадании РЖ в мотогондолу происходит загрязнение («замасливание») поверхностей агрегатов, трубопроводов, электропроводки, корпусных деталей и внутренней стенки самой мотогондолы, что ухудшает условия обслуживания двигателя

èповышает его пожароопасность. На наружных поверхностях мотогондолы могут образовываться следы (подтеки) РЖ, ухудшающие внешний вид самолета. Из мотогондолы РЖ могут подтекать на стояночную площадку, загрязняя место стоянки самолета.

При накапливании дренированного топлива в ГВТ может произойти его возгорание от потока горячих газов при запуске двигателя и последующим выбросом горящего топлива через сопло на стояночную площадку («факеление» на запуске»). На двигателях с регулируемыми соплами горящее топливо может затекать в элементы сопла и для ликвидации возгорания может потребоваться применение аэродромных средств пожаротушения. Следствием затрудненного слива топлива из коллекторов рабочих и пусковых форсунок может стать их закоксование.

2.Должно быть обеспечено поддержание давления в дренажных полостях узлов уплотнений приводных валов по величине меньше, чем в рабочих полостях агрегата и коробки приводов. Это условие способствует нормальному поступлению утечек РЖ в дренажную полость и исключает возможность перетекания РЖ из полости агрегата в полость коробки приводов или из дренажной полости в полость агрегата и в мотогондолу;

878