DE3036715C2

DE3036715C2 - Schmierkreislauf mit Notschmierung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3036715C2
Application number: DE3036715A
Authority: DE
Inventors: Ronald Antony St. Albans Hertfordshire Midgley
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1979-09-29
Filing date: 1980-09-29
Publication date: 1984-03-22
Also published as: DE3036715A1; JPS5683692A; FR2466612A1; JPS6059480B2; CA1142458A; GB2059517A; US4346786A; GB2059517B; FR2466612B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen geschlossenen Schmiermittelkreislauf der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Derartige Schmiermittelkreisläufe sind bei zu schmierenden Aggregaten erforderlich, die im Betrieb extremen Lageänderungen oder Änderungen von Beschleunigungskräften ausgesetzt sind. Ein typischer Anwendungsfall ist das Gasturbinentriebwerk eines Flugzeuges. Hier wirkt bei Reiseflug nur die Schwerkraft auf das im Schmiermittelbehälter befindliche Schmieröl. Beim Start, bei der Landung und insbesondere bei schnellen Flugmanövern wird jedoch die Lage des Behälters im Raum geändert und es treten extrem hohe Beschleunigungskräfte in den verschiedensten Richtungen auf, so daß Vorkehrungen getroffen werden müssen, auch unter diesen extremen Situationen wenigstens eine Notschmierung zu gewährleisten. Dies geschieht bei einem gattungsgemäßen Schmierkreislauf gemäß der DE-OS 28 11 679 dadurch, daß zahlreiche Ventile vorgesehen sind, deren Steuerung in Abhängigkeit von der jeweiligen Fluglage bzw. nach den auftretenden Beschleunigungskräften erfolgt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei der Notschmierung im wesentlichen die gleiche Schmierölzuführung erfolgt wie bei Normalbetrieb.

Aus räumlichen Gründen kann es jedoch erwünscht oder notwendig sein, die die Notversorgung übernehmende Kammer so klein auszubilden, daß eine Notversorgung nur während einer relativ kurzen Zeit gewährleistet ist, die für das sie verursachende Flugmanöver nicht ausreichend ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Schmierkreisläuf so auszubilden, daß die Notversorgung mit relativ klein bemessener Notversorgungskammer über einen genügend langen Zeitraum gewährleistet wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale. Hierdurch wird erreicht, daß bei einer

gegebenen Strömungsrate, die durch die Forderpumpe Destimmt ist, die Durchsatzmenge von Schmieröl /erringen wird, weil die Gesamtfördermenge von dem Dl-Luft-Gemisch gebildet ist, welches eine längere Motschmierung gewährleistet als das im Gemisch enthaltene Öl allein. Die Umstellung auf Notbetrieb mit Lufteinführung erfolgt nach der Erfindung automatisch ohne Ventile, so daß ein störungsfreier Betrieb gewährleistet ist

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der L'rfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schmiermittelkreislaufs;

Fig.2 eine Schnittansicht eines Schmiermittelbehälters in Nonr.aliage;

F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Ansicht eines Schmiermittelbehälters in gegenüber der Normalstellung um 180° gedrehten Lage;

Fig.4 in größerem Maßstab einen Schnitt der Entlüftungsvorrichtung zwischen den Kammern des Tanks.

Fig. 1 zeigt einen Schmiermittelkreislauf 10 mit einem Schmiermittelbehälter 1 und einer Abzugsleitung 2, die das öl innerhalb des Behälters 11 mit einer ölpumpe 13 verbindet Diese pumpt das öl durch eine Leitung 14 nach dem zu schmierenden Aggregat 15, von wo das öl über eine Leitung 16 nach einem Zentrifugalseparator 17 gelangt, der lufthaltiges Öl von dem zu schmierenden Aggregat 15 in zwei Teilströme aufteilt, nämlich in einen ersten Strom, der vorherrschend Luft und einen zweiten Strom, der vorherrschend öl enthält. Die Luft wird nach dem Behälter 11 über eine Leitung 18 und das öl über eine Leitung 19 zurückgeführt.

Der Behälter 11 weist eine Außenwand 20 und eine erste innere Trennwand 23 und eine zweite innere Trennwand 24 auf, und diese Trennwände unterteilen den Behälter in eine obere erste Kammer 25, eine mittlere zweite Kammer 26 und eine untere dritte Kammer 27. Der Behälter ist mit einer Aufhangevorrichtung 22 versehen, und die Kammern sind in Normallage gemäß F i g. 2 wie angedeutet, mit Schmieröl angefüllt. Durch eine Leitung 18 wind ein Luft-Öl-Gemisch über eine Einlaßöffnung 29 in die erste Kammer 25 über dem Schmiermittelpegel eingeführt Eine Entlüftungsvorrichtung 30 steht mit einem Rohranschluß 31 in die ersti Kammer 25 über den Schmiermittelpegel ein. Beide Trennwände 23 und 24 verlaufen schräg von links oben nach rechts unten und schaffen einen Ablaufboden für die erste und zweite Kammer. Die erste Trennwand 23 ist am rechten Ende parallel zur Wand nach unten gezogen, so daß ein vertikal nach unten verlaufender Kanal 32 gebildet wird, der unterhalb der Mitte des Behälters 11 endet. Das der ersten Kammer 25 über die Leitung 18 zugeführte Schmieröl wird in der ersten Kammer 25 entlüftet, bevor es über den Kanal 32 abfließt

Die zweite Kammer 26 liegt unmittelbar unter der ersten Kammer 25 zwischen der ersten und zweiten Trennwand 23 bzw. 24 und wird aus dem Kanal 32 über eine Leitung 28 mit Schmieröl versorgt, die von dem unteren Bereich des Kanals 32 nach jenem Abschnitt des unteren Bereichs der zweiten Kammer 26 auf der linken Seite des Behälters 11 verläuft. Außerdem wird Schmieröl der zweiten Kammer über die Leitung 19

zugeführt, die vom Wirbelseparator bzw. Zentrifugalseparator 17 herführt und im wesentlichen luftfreies Öl fördert

Die zweite Trennwand ist innerhalb der dritten Kammer benachbart zur Seitenwand nach unten gezogen und bildet einen Kanal 33, der die zweite Kammer 26 mit der dritten Kammer 27 verbindet Der Kanal 33 weist einen ersten Abschnitt auf, der sich allgemein auf der rechten Seite des Behälters 11 nach unten nach dem Grund 34 des Behälters 11 erstreckt Der verbleibende Teil des Kanals 33 verläuft dann vom Behältergrund 34 an der gegenüberliegenden Wand nach oben und bildet dann einen erweiterten Ausiaß 35 im oberen Bereich der dritten Kammer 27. Auf diese Weise gelangt Schmieröl von der zweiten Kammer über den Kanal 33 nach der dritten Kammer.

Demgemäß sind die erste, die zweite und die dritte Kammer 25,26 bzw. 27 durch die Kanä'.e 32 und 33 und die Leitung 28 derart in Reihe geschaltet, daß bei in normaler räumlicher Lage befindlichem Behälter 11 das öl, welches der ersten Kammer 25 zugeführt wird, unter dein Einfluß der Schwerkraft über die zweite Kammer 26 nach der dritten Kammer 27 gelangt. Das in der dritten Kammer 27 enthaltene öl wird über den Abzugskanal 12 und einen Auslaß 36 abgezogen, welcher unmittelbar unter dem sich erweiternden Auslaß 35 liegt

Das aus der dritten Kammer 27 abgezogene öl wird dem zu schmierenden Aggregat 15 zugeführt, von dem es in einen Zentrifugalseparator 17 gelangt. Da die Zentrifugalseparatoren nicht 100°/oig arbeiten, wird der ersten Kammer 25 tatsächlich ölnebel zugeführt, der sich in der ersten Kammer 25 so absetzt, daß die Luftbestandteile des Nebels durch den Auslaß 31 der Entlüftungsvorrichtung 30 ausgeblasen werden, während das übrige öl auf dem geneigten Abschnitt der ersten Trennwand 23 in den Kanal 32 abfließt. Gemäß der vorstehenden Beschreibung wurde ein Zentrifugalseparator benutzt, um das Öl zu entlüften.

Da es im Betrieb wahrscheinlich ist, daß im Behälter 11 kleine Luftmengen in die zweite Kammer 26 gelangen, ist ein Loch 37 im obersten Abschnitt der ersten Trennwand 23 angeordnet. Das Loch 37 gewährleistet, daß sämiliche Luft, die sich im oberen Bereich der zweiten Kammer 26 ansammeln kann, in die erste Kammer 25 eintritt, aus der sie über den Auslaß 31 der Entlüftungsvorrichtung 30 austritt.

Da das dem Behälter 11 zugeführte öl sowohl in der ersten als auch in der zweiten Kammer 25 bzw. 26 entlüftet wird, ist das öl, welches schließlich in die dritte Kammer 27 und von dieser aus in die Abzugsieitung 12 gelangt, im wesentlichen frei von Luft.

Bei um 180° gegenüber der normalen Fluglage gedreht⁹."'» Lage gemäß F i g. 3 wird das im Kanal 32 befindliche Öl in die erste Kammer 25 zurückgeführt. Um zu verhindern, φ.β das in der ersten Kammer 25 enthaltene öl den Entlüftungsauslaß 31 blockiert, steht die Entlüftungsvorrichtung 30 in die erste Kammer 25 soweit ein, daß in allen denkbaren Winkellagen des Tanks 11 der Entlüfiungsauslaß 31 über dem Ölpegel innerhalb der trsten Kammer 25 verbleibt.

Der Hauptanteil des in der zweiten Kammer 26 enthaltenen Öls wird an einem Abströmen in die erste Kammer 25 durch die Lageanordnung der ersten Trennwand 23 und die Leitung 28 gehindert. Eine geringe ölmenge strömt über das Loch 37 in der Trennwand 23 in die erste Kammer 25 über. Das Loch 37 hat jedoch einen solchen Durchmesser, daß eine

wesentliche ölströmung nicht stattfinden kann, aber Luft zwischen den Kammern 26 und 25 abströmen kann.

Ein Teil des im ersten Abschnitt des Kanals 33 enthaltenen Öls strömt in die zweite Kammer 26 zurück. Das in dem übrigen Teil des Kanals 33 befindliche öl bleibt zusammen mit dem öl in der dritten Kammer 27 in einer solchen Lage, daß ein ölreservoir innerhalb der dritten Kammer 27 verfügbar wird, das durch die Auslaßleitung 12 abgezogen werden kann. Dieses ölreservoir, welches in der dritten Kammer 27 verfügbar ist, würde demgemäß eine kontinuierliche ölströmung durch die Abzugsleitung 12 während einer endlichen Zeitdauer liefern können, während der das zu schmierende Aggregat 15 mit einer genügenden ölmenge versorgt wird, wenn der Behälter 11 auf dem Kopf steht. Um diese endliche Zeitdauer zu verlängern, ist an die Abzugsleitung 12 eine Leitung 38 angeschlossen, welche das Innere der Abzugsleitung 12 mit dem ersten Abschnitt des Kanals 33 zwischen der zweiten und der d -itten Kammer 26 und 27 verbindet. Wenn der Behälter 11 auf den Kopf gestellt wird, dann wird die Leitung 38 der Luft ausgesetzt, die in dem ersten Abschnitt des Kanals 33 vorhanden ist. Infolgedessen induziert die ölströmung durch die Abzugsleitung 12 eine Luftströmung durch die Leitung 38, die in den öistrom eingesaugt wird. Diese eingesaugte Luft bewirkt eine Verdünnung des Öls, so daß die endliche Zeitperiode, während der das ölreservoir innerhalb der dritten Kammer 37 eine kontinuierliche fortgesetzte ölzufuhr liefert, verlängert wird. Es ist zweckmäßig, die Leitung 38 so zu dimensionieren, daß das Öl-Luft-Verhältnis des Inhalts der Abzugsleitung 12 in einem Bereich von etwa 1 :4 liegt. Infolgedessen wird die endliche Zeitperiode, während der die dritte Kammer 27 eine kontinuierliche Zuführung von öl bewirkt, auf das Vierfache vergrößert.

Obgleich das vom Behälter 11 gelieferte öl auf diese Weise mit Luft durchsetzt wird, wenn άετ Behälter ! J auf den Kopf gestellt wird, so erfolgt dennoch eine ausreichende Schmierung für die zu schmierende Maschine. Es hat sich gezeigt, daß selbst Gleitlager mit derartigem mit Luft vermischtem öl eine Zeitlang wirksam geschmiert werden können.

Vorstehend wurden die Verhältnisse beschrieben, die auftreten, wenn der Behälter 11 auf den Kopf gestellt wird. Die Arbeitsweise ist jedoch ähnlich, wenn der Behälter in seiner normalen räumlichen Anordnung befindlich ist, jedoch einer Beschleunigung in Abwärtsrichtung ausgesetzt wird, die größer ist als die Beschleunigung infolge der Erdanziehung.

Die Erfindung wurde vorstehend außerdem in Verbindung mit einer Leitung 38 beschrieben, welche dazu dient, daß Luft in die Abzugsleitung 12 innerhalb des Behälters 11 eingesaugt werden kann. Die Leitung 38 könnte jedoch stattdessen auch außerhalb des Behälters 11 angeordnet werden.

Es ist wichtig, daß diese Luft, die sich in der zweiten und dritten Kammer gesammelt hat, insbesondere die Luft in der dritten Kammer 27, so schnell als möglich entfernt wird. Wenn dies nicht geschieht, dann könnte der Fall eintreten, daß bei einem weiteren erforderli-

!0 chen Umkippen des Behälters 11 die dritte Kammer 27 nicht genügend öl enthält. Um die Luft zu entfernen ist daher der obere Bereich der dritten Kammer 27 mit einem geschlossenen Fortsatz 39 versehen, der in den oberen Bereich der zweiten Kammer 26 einsteht. Der

Fortsatz 39 weist eine Leitung 40 auf, die durch das Ende

des Fortsatzes 39 und das Loch 37 in der ersten

Trennwand 23 vorsteht, um in der ersten Kammer 25 zu

enden.

Der obere Abschnitt des Fortsatzes 39 ist bei 41

vergrößert, wie aus F i g. 4 ersichiüch. Der Abschnitt der Leitung 40 innerhalb des vergrößerten Fortsatzes 41 ist mit einem Venturirohr 42 versehen, zu dem benachbart zwei Kanäle 43 kleinen Durchmessers das Innere der Leitung 40 mit dem Innenraum des Fortsatzes 39 verbinden. Im Betrieb wird Druckluft dem Kanal 40 zugeführt, so daß das Venturirohr 42 und die Kanäle 43 eine Strahlpumpe 44 bilden.

Demgemäß wandert die Luft in den Fortsatz 39, wenn der Beh«.-fter 11 in seine normale räumliche Lage

jo zurückkehrt. Dann pumpt die Strahlpumpe 44 jene Luft durch den Kanal 43 und in den durch den Kanal 40 strömenden Luftstrom. Die Luft aus dem Kanal 40 wird in die erste Kammer 25 eingeleitet, von wo aus eine Entlüftung über die Entlüftungsöffnung 30 erfolgt.

j5 Infolgedessen wird jegliche Luft, die sich in der dritten Kammer 27 angesammelt hat, schnell in die erste Kammer 25 abgepumpt. Wenn die Luft aus dem Rohrfortsatz 39 ausgepumpt ist. dann ist es unvermeidlich, daß eine gewisse Olmenge durch die Ejektorpumpe bzw. Strahlpumpe 44 aus dem Rohrfortsatz 39 in die erste Kammer 25 gepumpt wird. Die Kanäle 43 sind jedoch so bemessen, daß die ölströmung minimal ist

Das Loch 37 in der ersten Trennwand 23 hat einen etwas größeren Durchmesser als die Luftleitung 40, so daß das Loch 37 und die Luftleitung 40 zusammen eine zweite Strahlpumpe 45 bilden, die dazu dient. Luft aus der zweiten Kammer 26 in die erste Kammer 25 zu pumpen. Infolgedessen wird der ölstand innerhalb der zweiten Kammer 26 ebenfalls schnell auf seine normale

so Höhe gebracht, nachdem das öl bei der Umkehrung des Behälters 11 abgeflossen war.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geschlossener Schmierkreislauf für ein in Normallage und in zu dieser um 180" gedrehter extremer Lage betriebenes und zu schmierendes Aggregat, bei dem im Schmierkreislauf ein Schmiermittelbehälter mit mehreren untereinander verbundenen Schmiermittelkammern vorgesehen ist, von denen eine als Hilfsöitank ausgebildet ist, um bei extremer Lage eine Notschmierung zu gewährleisten, wobei das von den Schmiermittelstellen zurückgeführte öl in einer der Kammern entlüftet wird und bei Normalbetrieb das entlüftete öl über eine Abzugsleitung und eine Förderpumpe zu den zu schmierenden Stellen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Notschmierbetrieb der Abzugsleitung (12) außer dem Schmiermittel (21) Luft über eine Leitung (38) zugeführt wird, die bei Normalbetrieb mit öl gespeist wird.

2. Schmierkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Abzugsleitung (12) anschließende Leitung (38) nach einem Bereich innerhalb des Behälters (U) führt, in welchem bei Normallage Öl befindlich ist und bei um 180° gedrehter Lage Luft befindlich ist.

3. Schmierkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser von Abzugsleitung (12) und Luftzuführirngsleitung (38) derart bemessen sind, daß da·; Schmiermittel/Luft-Verhältnis innerhalb der Abzugsleitung (12) bei Notbetrieb bei etwa 1 :4 liegt.

4. Schmiermittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (il) durch et ste und zweite Trennwände (23 bzw. 24) in eine ers*e bzw. zweite bzw. dritte Kammer (25 bzw. 26 bzw. 2'·, unterteilt sind, die übereinander liegen und miteinander in Verbindung stehen, und von denen jede eine Schmiermittelmenge aufweist, daß ein Einlaß (29) für Schmiermittel mit Luft in der ersten Kammer (25) mündet, daß die Abzugsleitung (12) an eine Auslaßöffnung (36) der dritten Kammer (27) anschließt, daß eine Entlüftungsvorrichtung (30) mit einem Auslaß der ersten Kammer (25) in Verbindung steht, daß oie Trennwände (23, 24) in Normallage schräg nach unten gerichtet derart verlaufen, daß das der ersten Kammer (25) zugeführte Schmieröl über die zweite Kammer (26) in die dritte Kammer (27) abfließt, während bei um 180° gedrehten Behälter die Schmiermittelströmung von der dritten Kammer nach der zweiten Kammer verhindert ist, und daß bei um !80° verdrehtem Behälter das Schmieröl aus einer Stelle im mittleren Bereich der dritten Kammer abgezogen wird, während Luft über die Leitung (38) von einer nunmehr oben liegenden Stelle der dritten Kammer (27) abgesaugt wird.

5. Schmiermittelkreislauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Trennwand (23) sich nach unten seitlich der zweiten Kammer in einer Begrenzungswand fortsetzt, die mit der Außenwand eo einen nach unten führenden Kanal (32) begrenzt, von dem eine Förderleitung (28) in die zweite Kammer führt.

6. Schmiermittelkreislauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Trennwand (24) nach dem in Normallage untersten Teil der dritten Kammer (27) im Abstand zu der Außenwand geführt ist und m^;t dieser einen Kanal (33) bildet, in den die Leitung (38) eingeführt ist.

7. Schmiermittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden der ersten Kammer (25) und der Oberseite der zweiten Kammer (26) eine Entlüftungsöffnung (37) vorgesehen ist.

8. Schmiermittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entlüftung der dritten Kammer eine Strahlpumpe (44, 45) vorgesehen ist, die an eine Druck'uftquelle angeschlossen ist und in die erste Kammer (25) fördert

9. Schmiermittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (25) mit einer Entlüftungsvorrichtung (30) versehen ist, die in die erste Kammer (25) soweit einsteht, daß in allen räumlichen Lagen der Auslaß (31) über der Schmiermitteloberfläche verbleibt, die in Betrieb in der ersten Kammer (25) befindlich ist

10. Schmiermittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die zweite Kammer einen Schmiermittelanschluß (19) aufweist, der zu einem ölauslaß eines Separators (17) führt