А) ФПШ - фильтр последнего шанса.
Б) ТМТ – топливно-масляный теплообменник.
В) ВМТ- воздушно-масляный теплообменник .
Г) ГТД –газотурбинный двигатель.
Приложения
А.1.1 Особенности проектирования
Рассмотрим особенности проектирования маслосистемы на примере создания маслосистемы ГТД[1].
Проектирование ведется с учетом существующих конструкций отечественных и иностранных аналогов, особенностей работы двигателя, для которого предназначена маслосистема, технологических возможностей производства. Маслосистема должна удовлетворять заданным требованиям, обеспечивать эксплуатационную эффективность, легкость и простоту технического обслуживания, достаточные ресурсы и сроки хранения, безопасность работы, эргономические требования, патентную чистоту, минимальную стоимость.
В техническом задании на разработку ГТД, как правило, задается часть исходных данных для маслосистемы, например величина безвозвратных потерь масла.
Условия эксплуатации ГТД также служат основанием для разработки технического задания на маслосистему. От температуры окружающей среды при запуске двигателя зависит выбор марки масла. При низких отрицательных температурах только отдельные сорта масла могут обеспечить приемлемую вязкость.
К исходным данным для проектирования маслосистемы также относятся:
величина теплоотдачи в масло;
-температуры масла в полостях опор газогенератора и коробки приводов агрегатов;
-максимальные температуры поверхностей деталей, соприкасающихся с маслом;
длительность полетного цикла самолета;
максимальная высота полета самолета;
максимальные нагрузки в парах трения.
Иногда разработчики самолета задают марку
применяемого масла
Для обеспечения возможности заправки масла в любых аэропортах применяемые масла должны быть взаимозаменяемы с отечественными и зарубежными аналогами.
Современные синтетические масла, например ИПМ-10, допускают запуск ГТД без их подогрева от внешних источников при температуре минус 40оС. Если температура опускается ниже, то необходим подогрев от внешних источников (специальных подогревателей) элементов маслосистемы и самого ГТД. Для эксплуатации ГТД в жарких
климатических условиях требуется эффективное охлаждение откачиваемого масла.
Температура масла, откачиваемого из опор и других узлов ГТД, не должна превышать допустимые пределы во всем диапазоне режимов работы. Масло не должно терять смазочные свойства, окисляться, образовывать смолы и кокс. Применяемые синтетические масла обладают высокой термостабильностью и не теряют ее при температуре до 200оС.
А.1.1.1.Расчет тепловых режимов трущихся пар
А.1.1.1.1 Необходимые данные для расчета.
Геометрические размеры подшипника (в м) —диаметры валаdB, окружности центров тяжести роликов йцл и роликаdv.
Число тел качения т. Если размер роликов и их число неизвестны, то примается т= 16, adp рассчитывается по формуле
dp=l = 0,1875 dBм, (1)
где I — длина ролика в м.
Радиальный люфт /град (суммарный радиальный зазор) в мм.
Число оборотов подшипника п в минуту.
Радиальная нагрузка на подшипник Р в дан.
Максимальная температура масла на входе в подшипник tт.вх в °С
Ожидаемая (необходимая) температура подшипникаtuподш. в °С или прокачка маслаqM в кг/час.
Расчет включает в себя следующие пункты:
Определение окружной скорости сепаратора подшипника
 м/сек. (2)
А.1.1.1.2 Оценка по справочным данным тепловых параметров масла
при tm.вых≈ tподш, где tm.вых — температура масла на выходе из подшипника:
а) коэффициента кинематической вязкости v в ж2/сек;
б) плотности (объемной массы) q в кг/ж3;
в) критерия Прандтля Рг=  ,
где а — коэффициент температуропроводности масла в м2/сек,
г) удельной теплоемкости ср в дж/кг • град.
д)Расчет критерия Рейнольдса
Re= (3)
е)Оценка центробежной силы ролика
Рцб = 1225  дан. ( 4)
ж) Определение осредненной нагрузки на образующую ролика
P ср = (5)
з) Расчет критерия Эйлера
Eu = (6)
и)Оценка суммарного коэффициента сопротивлений
С =4 Re-°,5 Еu0,5 + 46,5 * 103 Re-1 Pr-°,8 (7)
и коэффициента p, учитывающего влияние радиального зазора на потерн мощности:
3=1 + 1,7(0, l-hрад ) (8)
к)Определение суммарного теплового потока, эквивалентного затраченной мощности на привод подшипника:
∑Q=C ßmcl2u3bm (9)
л) Расчет потребной оптимальной прокачки маслаqM через корпус подшипника
qm =  кг/час. (10)
м) Расчет рабочей температура подшипника (при заданной прокачке масла qm)
tподщ=tм.вх+  (11)
Пункт (м) предполагает проведение расчета методом последовательных приближений, когда необходимо задаться значением tподщ = tм.вых для расчета∑Q. При получении существенного расхождения в значении принятой tподщ и полученной расчетом в п. (м) необходимо найти следующее приближение.
Особую задачу представляет выбор материала для подшипников качения и выбор масла для них при высоких скоростях полета самолета (Ms3), вызывающих высокие температурные режимы работы двигателя. При температуре нагрева до 200° С для подшипников следует применять сталь ШХ15 со специальной термообработкой. При температуре нагрева, лежащей в пределах 250—450° С, следует применять сталь ЭИ347, а свыше 450° С — специальные теплостойкие сплавы.
Масло для .таких условий работы должно иметь надлежащую вязкость при рабочей температуре, хорошо смачивать поверхность нагретых деталей без разрыва масляной пленки.
При повышенных температурах применяются масла на основе сложных эфиров со специальными присадками.
Основные размеры подшипников приведены в каталогах, которыми и следует пользоваться при проектировании.
1.2 Расчет теплового баланса в подшипниках
Трение в подшипнике может привести к возникновению значительного перепада температурAT= Тп — Т0 (где Тn и Т0 — температура подшипника и окружающей среды соответственно), заклиниванию тел качения и выходу подшипника из строя.[4] При относительно небольшом трении в подшипнике перепад температур может и не достигнуть критической величины благодаря естественному охлаждению из-за отвода тепла через корпус и другие элементы механизма. Однако для целого ряда высокоскоростных или тяжелонагруженных опор возникает необходимость в принудительном охлаждении подшипников с помощью жидкой циркуляционной смазки. Возможность ограничился в данном конкретном случае только средствами естественного охлаждения подшипника может быть определена по величине перепада температур. При необходимости принудительного охлаждения определяются потребное количество масла и диаметр отверстий, через которые смазка должна поступать к подшипнику.
Тепловой баланс в подшипнике может быть установлен как по моменту трения М (Н • мм), так и по мощности трения N (Вт) или выделившейся при этом теплотыW (Дж).
Мощность трения при установившемся режиме работы
N= (12)
Количество теплоты, образовавшейся при трении,
W= 3600N.
При естественных условиях охлаждения подшипника вследствие отвода тепла через корпус (без учета возможности охлаждения подшипника смазкой) перепад температур АТ, образовавшийся при установившемся режиме работы, определяется с помощью коэффициента охлаждения К, представляющего собой количество теплоты, выделившейся в результате трения и переданной в окружающую среду при повышении температуры на 1 °С.
Коэффициент охлаждения (Вт/°С)
К = (3 ÷ 7)10-5A (13)
Потребное количество охлаждающей жидкости (л/мин) при отводе теплоты с помощью циркуляционной системы смазки.
Q= 0.98*10-5 *10-4  . (14)
B.2 Тепловой расчет топливо масляного теплообменника
Проводится для определения охлолождения и температуры масла
Переменные величины теплообменника. Безразмерные и размерные. Для обычного теплообменника, через который проходят дна потока, существенны следующие параметры, характеризующие процесс теплопередачи;
к [ккал/м2*ч*град)| —общин коэффициент теплопередачи;
F [м2] поверхпость теплообмена, к которой относя общий коэффиент теплопередачи
tr1—температура горячем жидкости, °С;
tx2 — температура холодной жидкости, °С;
Wr = (Gcp)r [ккал/ч -град] — водяной эквивалент горячей жидкости;.
Wr = (Gcp)x [ккал/ч-град]— водяной эквивалент холодной жидкости»
Характер движения потоков — противоток, прямоток, перекрестный ток, смешанный ток пли комбинация этих типов относительного движения потоков.
Сочетание параметров является основой для расчета теплопередачи в аппарате.
Значение всех перечисленных параметров, за исключением общего- коэффициента теплопередачи к, очевидно. Смысл общего коэффициента теплопередачи, объединяющего перепое тепла конвекцией и теплопроводностью, вытекает из общего уравнения теплопередачи, которое аналогично закону Ома для 'постоянного тока:
 = k(tr-tx) (15)
В этом уравнении
=[ккал/ч*м2] —тепловой поток па единицу поверхности теплообмена в сечении теплообменника, где имеется температурная разность.
Из этой связи очевидно, что к является общей термической проводимостью, основанной па температурном потенциале (tг—tХ) и единице поверхности теплообмена. Велпчнпа, обратная к, представляет собою полное термическое сопротивление, которое слагается из следующих компонентов:
1) конвективная составляющая па стороне горячего потока, учитывающая фактическую эффективность развитой поверхности;
2)составляющая, связанная с теплопроводностью степкп;
3) конвективная составляющая на стороне холодного потока, учитывающая фактическую эффективность развитой поверх,поста;
4) составляющая, связанная с наличием слоя загрязнений на обеих сторонах теплообмсииой поверхности.
Пренебрегая для простоты влиянием слоев загрязнений, уравнение, выражающее полное термическое сопротивление, можно записать в следующем виде:
 = + + (16)
Где
kr-отнесено к единице полной поверхности теплообмена па стороне горячего потока (включая ребра пли любую развитую поверхность);
k х-отнесено к единице полной поверхности теплообмена па стороне холодного потока;
Fст- соответствует средней величине основной (первичном) поверхности (например, поверхности разграничивающих листов в пластинчатом теплообменнике.) ;
 —эффективность (к. п. д.) полной поверхности теплообмена Ft или Fx соответственно.
Коэффициенты теплоотдачи ах и ur являются сложной функцией геометрии поверхности, свойств топ л опое и геля и условии движения. За исключением некоторых геометрически простых случаев с ламинарным движением, коэффициенты теплоотдачи могут быть определены только экспериментальным путем.
Если на обеих сторонах теплообменника отсутствует дополнительная развитая поверхность, равны 1.
Приложение B.1.2.1 Методика расчета теплового режима роликоподшипников турбинных опор ГТД и прокачки масла
Необходимые исходные данные здесь те же, что и в приведенной выше методике теплового расчета компрессорных роликоподшипников. Особенностью расчета является задание максимально допустимой температуры подшипника, замеренной по наружному кольцу и равной 120° С.
Расчет состоит из следующих пунктов:
1.2.1.1.Оценка температуры масла на выходе из подшипника
tм.вых = 101,2+0,15(tм.вх-60) °С (17)
Затем ведется расчет внутреннего теплового потока ∑Q по методике для компрессорных роликоподшипников, где тепловые параметры масла оцениваются по рассчитанному значению tм.вых
1.2.1.2.Расчет минимально допустимой оптимальной прокачки масла
M min=  кг/час. (18)
При проведении поверочного теплового расчета, когда прокачка маслаqM задана, определяется располагаемая температура масла на входе в подшипник
tм.вх.расп=1,175(92,2- -  ) °С (19)
Входящий в формулу внутренний тепловой поток  Q рассчитывается при tм.вых, найденной в п. 1 расчета[2].
Если tм.вх.расп окажется при qм.зад существенно отличной (больше или меньше) от tм.вх.расп то в обоих случаях надо принять tм.вых — = 85÷90°С и при этом ее значении рассчитать qmin по приведенной выше методике. Полученное значение qmin будет обеспечивать темпера- туру подшипника tподщ ≤120° С.
Наконец, если читать, что в отдельных случаях при работе на двигателях внешний тепловой поток будет больше принятого в опытах, на основании которых была разработана предлагаемая методика, и, значит, tподщ > 120°С, то рассчитанное значение qmin остается неизменным
для обеспечения практически наименьшей температуры подшипника при любом внешнем подогреве.
Приложение C.1.3Методика расчета потребной прокачки масла
C.1.3.1Расчет потребной прокачки масла
Важным параметром маслосистемы является прокачка масла через двигатель, которая напрямую зависит от величины теплоотдачи в масло. Тепло в масло передается от соприкасающихся с ним нагретых деталей и узлов трения ГТД. Часть тепла в масляную систему поступает с воздухом, которым наддуваются лабиринтные уплотнения роторов и валов приводов агрегатов.
Потребная прокачка масла определяется, как:
|
Скачать 0.93 Mb.