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Schmieranlage für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung betrifft eine
Schmieranlage für Gasturbinentriebwerke mit eigenen Zuleitungen zu den hohem Luftdruck,
z. B. dem Verdichteraustrittsdruck, ausgesetzten Lagern und zu den niedrigerem Luftdruck,
z. B. dem Atmosphärendruck, ausgesetzten Lagern.
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Es ist eine Anlage bekannt, bei der Lager im Bereich hohen Luftdruckes
angeordnet sind, wobei die ausreichende Schmiermittelzufuhr zu diesen Lagern gewährleistet
ist. Es sind hierzu zwei Ölsümpfe vorgesehen, die unter verschiedenem Druck gehalten
werden. Aus dem unter niedrigerem Druck stehenden Sumpf wird das Öl durch
eine einzige Pumpe zu den Lagern zurückgefördert, wobei auch die übrigen Lager versorgt
werden können. Hierbei kann eine ungleichmäßige Schmierinittelzufuhr eintreten.
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Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Versorgung aller Lager,
die verschieden hohen Drücken ausgesetzt sind durch Sicherung eines Druckabfalls
in jedem Lager in der Weise, daß ein ausreichender ölstrom durch alle Lager gewährleistet
ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß von der Zuleitung zu den hohem Luftdruck
ausgesetzten Lagern über ein selbsttätiges Drosselventil die Zuleitung zu den niedrigerem
Luftdruck ausgesetzten Lagern abzweigt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
weist das Drosselventil einen Schieber auf, auf dessen eines Ende der Druck der
Schmiermittelpumpe und auf dessen anderes Ende der Druck des Schmiermittels einwirkt,
das von den hohem Luftdruck ausgesetzten Lagern durch eine Leitung abströmt. Ferner
kann eines der niedrigem Luftdruck ausgesetzten Lager von der Zuleitung der hohem
Luftdruck ausgesetzten Lager mit Schmiermittel versorgt werden, dessen Druck zunächst
durch eine Drosselstelle auf Atmosphärendruck abgesenkt und anschließend mittels
einer umlaufenden Wanne durch Fliehkraft wieder erhöht wird.
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In der Zeichnung ist Fig. 1 ein Teilschnitt durch den vorderen
Teil eines Gasturbinentriebwerks, Fig. 2 eine Skizze, die die Lage der übrigen Figuren
zueinander veranschaulicht, Fig. 3 ein Teilschnitt durch den mittleren und
hinteren Teil des Gasturbineniriebwerks und Fig. 4 eine schematische Darstellung
der Schmieranlage des Triebwerks.
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Das Gasturbinentriebwerk 10 besteht aus einem Niederdruckverdichterteil
12, einem Hochdruckverdichterteil 14, einem Brennkammerteil 16 und einem
Turbinenteil 18. Der Turbinenteil 18 hat ein Hochdruckturbinenrad
17 und ein Niederdruckturbinenrad 22, von denen das letztere über eine innere
Welle 20 mit einem nicht gezeichneten Getriebe zum Antrieb einer Luftschraube verbunden
ist.
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Die Welle 20 erstreckt sich über die ganze Länge des Triebwerks und
treibt eine auf sie aufgekeilte Welle 28 eines Niederdruckverdichters
26 an. Die Welle 28 ist drehbar in Lagern 30 und 32 abgestützt,
die näher zu beschreiben unnötig ist, da sie keinen Teil der Erfindung bilden. Es
genügt die Feststellung, daß sie abgedichtet sind, um Leckverluste des Schmiermittels
zu verhindern.
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Hinter dem Niederdruckverdichter 26 ist eine Antriebseinrichtung
34 für die verschiedenen Hilfsgeräte des Triebwerks angeordnet. Das Lager
32 stützt innerhalb der Antriebseinrichtung 34 die Wellen 20 und
28 ab. Die Lager 30 und 32 liegen in dem Teil des Triebwerks
mit geringem Luftdruck, der etwa dem Druck der das Flugzeug umgebenden Luft entspricht.
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Ein Hochdruckverdichter 36 ist mit einer von dem Hochdruckturbinenrad
angetriebenen Hohlwelle 35
über eine Zwischenwelle 38 verbunden, die
durch ein vorderes Lager 40 und ein hinteres Lager 42 abgestützt ist. Das Lager
42 am Austrittsende des Hochdruckverdichters ist einem wesentlich höheren Luftdruck
ausgesetzt als die vor ihm liegenden Lager.
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Im Bereich hohen Luftdrucks liegt auch ein vorderes Lager 44 für die
Hochdruckturbinenwelle 35.
Ein die hinten liegende Niederdruckturbine
abstützendes
Lager 48 befindet sich in der Nähe des Triebwerksaustritts,
also in einem Bereich, in dem etwa der Außenluftdruck herrscht. Zwischen den zueinander
relativ umlaufenden Turbinenwellen 20 und 35
befinden sich Lager 46, 47 und
49.
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Die niedrigem Luftdruck ausgesetzten Lager 30,
32, 40,
46 und 48 können mit Schmiermittel versorgt werden, dessen Druck etwa dem in den
Lagern gewünschten Druckabfall entspricht. Es ist nun einleuchtend, daß bei Zufuhr
von Schmiermittel gleichen Druckes zu den Lagern 42, 44, 47 und 49, diesen in dem
Bereich hohen Luftdrucks liegenden Lagern geringe Schmiermittelmengen zufließen
würden, da das Schmiermittel den Widerstand des hohen Luftdrucks überwinden muß.
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Die Schmieranlage hat eine Druckpumpe 50, die mehr Schmiermittel
fördert, als vom Triebwerk gefordert wird, so daß ein konstanter Schmiermittelstrom
durch die Triebwerkslager gesichert ist. Die Pumpe 50 hat eine Saugleitung
52, die von einem nicht gezeichneten Vorratsbehälter führt und eine zu einem
Filter 56 führende Förderleitung 54. Sollte das Filter56 verstopfen, so wird
eine Unterbrechung des Schmiermittelstroms durch eine das Filter umgehende Leitung
58 verhindert, in der ein Rückschlagventil 60 liegt. Das Rückschlagventil
60 sperrt die Umgehungsleitung 58 so lange ab, bis infolge des verstopften
Filters ein genügend hoher Druck aufgebaut ist, um das Ventil von seinem Sitz zu
heben. Eine Austrittsleitung 62 des Filters steht über ein Rückschlagventil
66 mit einer Schmiermittelverteilerleitung 64 in Verbindung. Das Rückschlagventil
66 verhindert einen Rückstrom des Schmiermittels aus der Schmieranlage.
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Die Schmiermittelverteilerleitung 64 ist über ein Differentialdruckventil
70 mit einer zusätzlichen Verteilerleitung 68 verbunden, die die vorderen
und hinteren Bereiche des Triebwerks, in denen niedriger Luftdruck herrscht, versorgt.
Parallel zur Verteilerleitung 68 und der Druckpumpe 50 Regt ein Druckregelventil
72, das einstellbar ist, um in der Verteilerleitung 68 einen ausreichenden
Druck zu halten, und einen für den einwandfreien Schmiermittelstrom durch die Lager
30, 32 und 40 nötigen Druck sichert. Der durch die Einstellung des Druckregelventils
72
gehaltene Druck bestimmt den Druckabfall und damit den Schmiermittelstrom
durch die Niederdrucklager, der durch sämtliche Lager aufrechterhalten werden soll.
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Die Verteilerleitung 68 steht mit Zweigleitungen 74 und
76 in Verbindung, die zu den Lagern 30 bzw. 32, 46 und 40 führen.
Die Zweigleitung 74 führt zu einer Leitung 78, aus der Schmiermittel unter
Druck auf die Lagerflächen des Lagers 30 gespritzt wird. Das vom Lager abfließende
Schmiermittel sammelt sich in einer Wanne 80, die sich in einen Behälter
82
entleert, aus dem das Schmiermittel über eine Leitung 86 durch eine
Rückförderpumpe 84 einer gemeinsamen Rückleitung 88 zugefördert wird. Die
Rückleitung 88 führt zu einem Kühler, aus dem das Schmiermittel gekühlt in
den Vorratsbehälter zurückkehrt. In gleicher Weise versorgt die Zweigleitung
76
über Leitungen 90 und 92 die der Schmierung bedürftigen umlaufenden
Teile der Antriebseinrichtung 3,1, und der Lager 32, 46 und 40. Das
von diesen abfließende Schtrüermittel sammelt sich in einem Behälter 94, aus dem
es durch eine Rückförderpumpe 96 zur gemeinsamen Rückleitung 88 gefördert
wird. Die Verteilerleitung 64 beliefert den hinteren Teil des Triebwerks. Sie steht
mit einem Kanal 98 in Verbindung, der sich durch die Welle 20 erstreckt.
Damit über die Verteilerleitung die Lager 42, 44, 47 und 49 ausreichend mit Schmiermittel
versorgt werden können, ist es erforderlich, daß der Druck in dieser Leitung auf
einer Höhe gehalten wird, die den hohen Luftdruck in diesen Lagern ausgleicht. Wie
dies erreicht wird, wird noch erläutert werden. Das Schmiermittel wird zu den verschiedenen
zu schmierenden Teilen der Lager 44 und 49 durch radiale Kanäle 100 in einem
Tragkreuz 101 geleitet. Überschüssiges Schmiermittel von den Lagern 44 und
49 sammelt sich in einem Behälter 104 und fließt über eine Leitung 106 in
die gemeinsame Rückleitung 88 ab.
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Im Bereich der Lager 42 und 47 sind im Kanal 98
mit axialem
Abstand radiale Löcher 108 vorgesehen, und entsprechende Löcher
111 in der Welle 20 gestatten den Schmiennittelstrom zu diesen Lagern. Das
überschüssige öl von den Lagern 42 und 47 sammelt sich in einem Behälter
110 und fließt von dort über eine Leitung 112 zur gemeinsamen Rückleitung
88
ab. Der Rückstrom durch die Leitungen 106 und 112 wird durch zwei
Pumpen 114 unterstützt.
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Um den Druck in der Verteilerleitung 64 dem hohen Luftdruck in den
Lagern 42, 44, 47 und 49 entsprechend groß zu halten, hat das Differentialdruckventil
70 einen Ventilschieber 116 in einem Gehäuse 118. Der Ventilschieber
116 hat einen Schaft 120, der zwei Steuerbunde 122 und 124 in axialem Abstand
voneinander trägt, die vorteilhaft etwa gleichen Durchmesser aufweisen. Die Verteilerleitunc,
68 mündet in das Gehäuse 118 zwischen den Steuerbunden 122 und 124.
Von der Leitung 106,
durch die Schmiermittel vom Lager 44 zurückfließt, geht
eine Zweigleitung 126 ab, die an das Gehäuse 118 so angeschlossen
ist, daß das Schmiermittel von oben auf den Steuerbund 122 einwirkt. Da dieses Schmiermittel
dem Luftdruck im Lager 44 ausgesetzt ist, ist sein Druck ein Maß für den Druck der
das Lager umgebenden Luft. Eine zwischen den Steuerbunden 122 und 124 mündende Leitung
125 führt zum Behälter 94.
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Der Ventilschieber 116 ist ferner dem Druck der Pumpe
50 ausgesetzt, der durch die Einstellung des Druckregelventils
72 bestimmt wird, das den in sämtlichen Lagern gewünschten Druckabfall einstellt.
Der Druck in der Verteilerleitung 64 ist daher gleich dem vom Druckregelventil
72 bestimmten Grunddruck vermehrt um den Druck des von einem hohen Luftdruck
ausgesetzten Lager abströmenden Schmiermittels, welch letzterer Druck auf den Ventilschieber
einwirkt und vom Druck in der Verteilerleitung64 überwunden werden muß, um ein Durchströmen
durch das Ventil70 aufrechtzuerhalten.
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Um Zahlenbeispiele anzuführen, sei angenommen, daß der gewünschte
in allen Lagern aufrechtzuerhaltende Druckabfall 4,58 kg/cm2 beträgt. In diesem
Falle wird das Druckregelventil 72 so eingestellt, daß in der stromaufwärts
des Ventilschiebers 116 angeschlossenen Verteilerleitung 68 dieser
Druck von 4.58 kg/cm2 gehalten wird. Unter der weiteren Annahme, daß der
Luftdruck in den Lagern 42, 44, 47 und 49 3,52 kg/cm- größer als der Außenluftdruck
ist, dem die Lager 30, 32, 40, 46 und 48 ausgesetzt sind, wird dieser Druck,
der den Unterschied zwischen den Luftdrücken in den beiden Lagerarten
darstellt,
als entsprechende Kraft des rückströmenden Schmiermittels auf den Steuerbund 122
einwirken und den Ventilschieber 116 nach unten drücken. Der sich abwärts
bewegende Steuerbund wird dann den Durchstrom durch das Differentialventil
70 drosseln. Der Druck in der Verteilerleitung wird dann auf 4,58
+ 3,52= 8,1 kg/cm'-> steigen, um den Druck des rückströmenden Schmiermittels
auszugleichen. Auf diese Weise spricht das Differentialdruckventil dauernd auf den
hohen Luftdruck, der auf die Lager 42 und 44 einwirkt, an und regelt den Druck in
der Verteilerleitung 64 so, daß in diesen Lagern stets ein dem Druckabfall in den
kleineren Luftdruck ausgesetzten Lagern im wesentlichen gleicher Druckabfall gesichert
ist.
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Das hintere Lager 48 der Niederdruckturbine unterliegt, wie bereits
erwähnt, einem im wesentlichen dem Außenluftdruck gleichen Druck. Die Zeichnung
läßt erkennen, daß das Lager 48 Schmiermittel aus dem Kanal 98 erhält, in
dem ein wesentlich höherer Druck herrscht als in der Verteilerleitung
68 der üb-
rigen Niederdrucklager. Um den Druck des Schmiermittels
für das Lager auf den richtigen Wert abzusenken, ist im Kanal 98 eine Drosselstelle
130 gebildet, die eine bestimmte Menge Schmiermittel einer mit der Welle
20 umlaufenden Wanne 132 zumißt. Dieses Schmiermittel wird hierbei auf den
Außendruck entspannt. Die Wanne 132 ist mit dem Lager 48 durch einen Kanal
134 verbunden. Die Wanne 132
ist so ausgelegt, daß das Schmiermittel durch
die Fliehkraft auf den gewünschten Druck gebracht wird, wenn es in das Lager 48
gelangt, im genannten Zahlenbeispiel also auf 4,58 kg/cm2. Das vom Lager 48 abströmende
Schmiermittel kehrt über einen Behälter 136 und eine Rückförderpumpe
138 in eine mit der gemeinsamen Rückleitung 88 verbundenen Leitung
140 zurück.