DE102018132723A1

DE102018132723A1 - Abweiser zur Verhinderung des Austritts von Öl

Info

Publication number: DE102018132723A1
Application number: DE102018132723.4A
Authority: DE
Inventors: Felix C. von Plehwe; Corina Schwitzke; Hans-Jörg Bauer
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abweiser zur Verhinderung des Austritts von Öl aus einem eine Welle (11) umgebenden Lagerraum (8) über einem zwischen dieser und einer Wand (30) des Lagerraums (8) gebildeten Ringspalts (9), der derart konisch ausgebildet ist, dass dessen Durchmesser sich von einem Einlass (12) von der Lagerseite (8) zum Auslass (9) in die Pufferkammer (6) verengt, wobei die Innenwandseite (19) des Ringspalts (9) ohne die Strömung behinderte Erhebungen ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abweiser zur Verhinderung des Austritts von Öl aus einer Welle umgebenden Lagerkammer.
Insbesondere im Betrieb von Flugzeugtriebwerken ist die Öl-Leckage aus den Lagerkammern ein Phänomen, das regelmäßig zu beobachten ist. Das ausgetretene Öl kann dabei in die Kabine des Flugzeugs gelangen, da diese bei nahezu allen Flugzeugtypen durch Luft aus dem Triebwerk versorgt wird. Das verwendete Triebwerks-Öl ist gesundheitsgefährdend und kann die Leistungsfähigkeit vom Piloten beeinflussen (Michaelis S. 2011, Contaminated Aircraft Cabin Air, Journal of Biological Physics and Chemistry, 11 (4), Seiten 132 - 145). Durch die möglichen Gefahren für die Betriebssicherheit und die Gesundheit von Flugpersonal und Passagieren ist die Verhinderung von Öl-Leckagen aus der Lagerkammer von großer Bedeutung.
Im Stand der Technik gibt es Geometrien, welche bereits in Triebwerken eingesetzt werden (von Plehwe u.a. (2016), Experimental And Numerical Investigations On Oil Lackage Across Labyrinth Seals In Aero Engine Bearing Chambers, ASME Turbo Expo 2016; Proceedings of the ASME Turbomachinery Technical Conference & Exposition 2016). Diese Konfigurationen können Verbesserungen bewirken. Jedoch sind diese noch lange nicht ausreichend, um die bestehenden Gefahren zu beseitigen.
Es ist mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Austritt von Öl aus einer eine Welle umgebenden Lagerkammer zu verhindern.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß zur Lösung dieser Aufgabe ein Abweiser zur Verhinderung des Austritts von Öl aus einer eine Welle umgebenden Lagerkammer über einen zwischen dieser und einer Wand der Lagerkammer gebildeten Ringspalt, der derart konisch ausgebildet ist, dass dessen Durchmesser sich von einem Einlass von der Lagerkammer zum Auslass in die Lagerkammer umgebende Pufferkammer verengt, wobei die Innenwandseite des Ringspalts ohne die Strömung behindernde Erhebungen ausgestaltet ist. Die Wand der Lagerkammer hat mithin die Funkton eines Stators und die Welle die eines Rotors. Erfindungsgemäß kann der Dichtungsbereich als Diffusor ausgeführt werden, bei dem die Querschnittsfläche (Ringfläche) zwischen Stator und Rotor im „Einlassbereich“ größer ist als in den engsten Querschnitten. Dabei bietet sich eine kontinuierliche Aufweitung des Strömungskanals, also ein Diffusor, an. Dieser kann dadurch konstruiert werden, dass der Rotor im Bereich des Einlasses konisch ausgeführt wird. Auch die Kombination von konischem Stator und Rotor ist denkbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abweiser derart gestaltet, dass die Verengung des Durchmessers des Ringspalts in Form einer Pyramide mit gerade ausgerichteten Seitenwänden ausgestaltet ist. Ebenso kann die Verengung des Ringspalts von dem Auslass her mit parabelförmig ausgestalteten Wänden ausgestaltet sein bzw. solche Wände aufweisen.
Die an dem Ringspalt angrenzende Wand der Lagerkammer kann sich von der Welle zum Einlass zunehmend abheben. Der Einlass des Ringspalts kann darüber hinaus an einer Wand in einer Variante eine Abschrägung aufweisen. In jedem Falle sind die Wände glatt ausgestaltet. D.h. es dürfen keine die Strömung behindernden Widerstände, Einbauten u. ä. vorliegen. Auch dürfen die Wände keinerlei Erhebungen, Wellenform o.ä. aufweisen.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist im Bereich des Einlasses die Welle derart in dem Durchmesser verkleinert, dass sich der Ringspaltdurchmesser vergrößert. Die konische Vergrößerung des Einlasses kann auch dadurch erreicht werden, dass im Bereich des Einlasses die Welle derart in ihrem Durchmesser verkleinert ist und die gegenüberliegende Wand von der Welle abhebt. D.h. die gegenüberliegenden Wellen sind abgeschrägt, so dass ein konisch geformter Einlass entsteht.
Erfindungsgemäß kann das Ende der konischen Vergrößerung durch den Durchmesser des Ringspalts als Lippe ausgestaltet sein. Auf der Außenseite der konischen Vergrößerung des Einlasses des Ringspaltes kann eine Rinne angeordnet sein, wobei das rinnenförmig ausgestaltete Ende eine abgeschrägte Wand aufweist. Der Einlass des Ringspalts hat damit die konische Form und die Außenseite ist als rinnenförmige Gestaltung mit schräger Wand ausgelegt.
Der derart ausgestaltete Abweiser findet vor allen Dingen für Labyrinth-Dichtungen Verwendung. Die besondere Verwendung liegt im Bereich der Flugzeugtriebwerk.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:
Bezugszeichenliste:

1 -: Triebwerkslagerkammer
2 -: Ölzufuhr
3 -: Abluft zum Ölabscheider
4 -: Zapfluft aus dem Kompressor
5 -: Luftdichtung
6 -: Pufferraum
7 -: Ölauslass
8 -: Lagerkammer
9 -: Ringspalt

11 -: Rotierende Welle
12 -: Ringspalteinlass von der Seite der Lagerkammer 8
13 -: Wand der Lagerkammer
14 -: Abgeschrägter Wandteil der Wand der Lagerkammer 8
15 -: Abgeschrägte Seite der Welle 11
16 -: Lippe
17 -: Rinne
18 -: Auslass aus dem Ringspalt 9
19 -: Innenwand des Ringspalts 9

Figurenliste

1 zeigt in der schematischen Übersicht ein Triebwerkslagerkammer.
2 zeigt im Detail die Vergrößerung des Einlasses des Ringspalts.
3 zeigt eine Variante der Vergrößerung des Einlasses des Ringspalts.
4 zeigt im Detail die rinnenförmige Ausgestaltung der Lippe

Detaillierte Figurenbeschreibung:
Das Triebwerkslager 1 weist eine Ölzufuhr 2 in das Innere auf. Über den Ausgang 3 erfolgt die Abfuhr zum Ölausscheider.
Die Zapfluft aus dem Kompressor wird über die Leitung 4 in das System geführt. Die Luftabdichtung 5 erfolgt an der Welle 11. Das Triebwerkslager weist einen Pufferraum 6 auf. Das Öl kann aus der Lagerkammer 8 über den Ölauslass abgeführt werden. Der an die Welle 11 angrenzende Wand 13 der Lagerkammer 8 weist den Ringspalt 9 auf.
Gemäß den 2 und 3 sind die Ringspalteinlässe vergrößert dargestellt. Dieser Ringspalt wird zwischen der rotierenden Welle 11 und der Wand der Lagerkammer 8 gebildet. Durch eine Abschrägung der Wand der Lagerkammer 13 kann von dem Bereich 19 ausgehend eine Vergrößerung des Ringspalts 9 erreicht werden. In dem abgeschrägten Teil der Wand 13 der Lagerkammer 8 strömt das Fluid 12 hinein.
In der Variante gemäß 3 ist zusätzlich die Welle abgeschrägt bzw. deren Durchmesser verkleinert. D.h. in dem abgeschrägten Bereich 15 ist der Einlass zum Ringspalt erweitert und im Bereich des Auslasses 18 des Ringspalts 9 verengt.
4 zeigt die Dichtungskonfiguration 9. Hierbei ist am Ende der konischen Vergrößerung des Einlasses 12 des Ringspalts 9 eine rinnenförmige Ausgestaltung 17 angeordnet. Durch die Abschrägung 14 wird die konische Erweiterung des Ringspalts erreicht. Dies wird im Falle der 4 durch die entsprechende Ausgestaltung der Lippe 16 erreicht. Hierdurch entsteht die rinnenförmige Ausgestaltung 17.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung lässt sich eine erhebliche Reduzierung der Öl-Leckage erreichen. Verantwortlich ist insbesondere die Geometrie gemäß 4. Z.B. treten für konventionelle Ausgestaltungen bei Luftmassenströmen von - 1 gls Öl-Leckage-Strömungen von ca. 3 - 5 g/s auf. Die erfindungsgemäße Konfiguration reduziert die Öl-Leckage. Bei Drehzahlen von 4.000 bis 5.000 U/Min. tritt mit der erfindungsgemäßen Lösung keinerlei Öl-Leckage mehr auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Michaelis S. 2011, Contaminated Aircraft Cabin Air, Journal of Biological Physics and Chemistry, 11 (4), Seiten 132 - 145 [0002]
Plehwe u.a. (2016), Experimental And Numerical Investigations On Oil Lackage Across Labyrinth Seals In Aero Engine Bearing Chambers, ASME Turbo Expo 2016; Proceedings of the ASME Turbomachinery Technical Conference & Exposition 2016 [0003]

Claims

Abweiser zur Verhinderung des Austritts von Öl aus einem eine Welle (11) umgebenden Lagerkammer (8) über einem zwischen dieser und einer Wand (30) der Lagerkammer (8) gebildeten Ringspalts (9), der derart konisch ausgebildet ist, dass dessen Durchmesser sich von einem Einlass (12) von der Lagerkammerseite (8) zum Auslass (9) in die Pufferkammer (6) verengt, wobei die Innenwandseite (19) des Ringspalts (9) ohne die Strömung behinderte Erhebungen ausgestaltet ist.
Abweiser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung des Durchmessers des Ringspalts (9) in Form einer Pyramide ausgestaltet ist.
Abweiser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung des Durchmessers des Ringspalts (9) von dem Einlass (12) her parabelförmig verläuft.
Abweiser nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (12) des Ringspalts (9) an einer Wand eine Abschrägung (14) aufweist.
Abweiser nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Ringspalt (9) angrenzende Wand (13) der Lagerkammer (8) sich von der Welle (11) zum Einlass (12) zunehmend abhebt.
Abweiser nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Einlasses (12) die Welle (11) derart in ihrem Durchmesser verkleinert ist, dass sich der Durchmesser des Ringspalts (9) vergrößert.
Abweiser nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Einlasses (12) die Welle (11) derart verengt ist und die gegenüberliegende Wand (13) derart von der Welle (11) abhebt, dass eine konische Vergrößerung des Einlasses (12) entsteht.
Abweiser nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Wand (13) eine Lippe (16) angeordnet ist.
Abweiser nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Ringspalt (9) abgewandten Seite der Wand (13) eine Ablaufrinne (17) angeordnet ist, welche durch die Lippe (16) begrenzt wird.
Verwendung des Abweisers nach einem der Ansprüche 1-9 für Labyrinthdichtungen.
Verwendung nach Anspruch 10 für Flugzeugtriebwerke.