DE1252017B - Behelfsschmiersystem fur das Lager einer Welle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

F16n

Int. Cl.:

Deutsche Kl.:

Nummer: 1252017

Aktenzeichen: G 39202 XII/47 e

Anmeldetag: 19. November 1963

Auslegetag: 12. Oktober 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Behelfsschmiersystem für das Lager einer bei Ausfall des Häuptschmiersystems nach einem vorbestimmten Plan abgebremsten Welle während des Abbremsvorgänges, bestehend aus einem vom Hauptschmiersystem besSi^ten^ag^Hochbehalter ausgebildeten Schmierölbehälter, von dessen tiefster Stelle eine Leitung zu der mit einem Rückschlagventil versehenen Druckölzuf ührungsleitung des Hauptschmiersystems und eine Leitung unmittelbar zum Lager führt, so daß bei Ausfall des Hauptschmiersystems und geschlossenem Rückschlagventil Schmieröl aus dem Hochbehälter durch Schwerkraft zum Lager gelangt.

Um die Lager während des Abbremsvorganges mit Öl zu versorgen, können Getriebepumpen vorgesehen werden, die bei Versagen der normalen Ölzufuhr den Lagern Öl mit einer der Drehzahl der abgebremsten Welle proportionalen Strömungsgeschwindigkeit zu führen. Derartige Getriebepumpen sind jedoch störungsanfällig und arbeiten nicht immer zuverlässig! Deshalb sind bei Dampfturbinen bereits Hochbehälter bekannt, aus denen den Lagern der Turbinenwelle während eines durch Unterbrechung der normalen Ölzufuhr ausgelösten Abbremsvorganges mit gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit Öl zugeführt wird. Die hierfür notwendige Ölmenge ist jedoch erheblich größer als die Mindestölmehge, die zur Aufrechterhaltung der normalen Ärbeitstemperaturen in den Lagern ausreicht und die mit der Drehzahl der Welle sinkt. Die bisher vorgesehenen Hochbehälter und die ihnen entsprechenden und unter den zu schmierenden Lagern angeordneten Sammelbehälter, in die das Öl aus den Lagern abfließt, mußten wegen dieser großen Ölmenge ebenfalls ein erhebliches Volumen aufweisen. Diese Schmieisysteme haben lediglich den Vorteil, daß sie in ihrer Funktion äußerst zuverlässig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Behelfsschmiersystem der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die Ölzufuhr aus Hochbehältern mit einfachen und wenig störungsanfälligen Mitteln so gesteuert werden kann, daß die aus den Hochbehältern an die Lager abgegebene Ölmenge etwa der Drehzahl der Welle proportional ist und der bei dieser Drehzahl erforderlichen Mindestölmenge angenähert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die über die Druckölzuführungsleitung zum Lager führende Leitung in ihrem Strömungsquerschnitt größer bemessen ist als die unmittelbar zum Lugur führende Leitung und daß die Schmierölzufuhr durch die Leitung mit größerem Strömungsquehi bei einer vorgegebenen Drehzahl vor Er-Behelfsschrmersystem für das Lager einer Welle

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H. G. Eggert, Patentanwalt,

Köln-Lindenthal, Peter-Kintgen-Str. 2

Als Erfinder benannt:
Markus Adrian Eggenberger,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. November 1962
(238 907)

reichen des Wellenstillstandes selbsttätig unterbrochen und das Lager nur noch über die Leitung kleineren Querschnitts mit Öl versorgt wird.

Durch diese Ausbildung wird ein einfaches und zuverlässig wirkendes Behelfsschmiersystem erreicht, das dem Lager einer nach einem vorbestimmten Plan abgebremsten Welle zur Erzielung einer konstanten Lagertemperatur die jeweils hierfür erforderliche Mindestölmenge zuführt. Dadurch ergeben sich kleinere Hoch- und Auffangbehälter für das Öl sowie eine Verringerung des Ölverbrauches.

In den Zeichnungen sind mehrere beispielhafte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

F i g. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausfüh-φο rungsform;

F i g. 2 stellt ein Diagramm der Strömungsge-, schwindigkeit des Behelfsöls relativ zur Bremszeit dar;

Fig. 2a stellt ein Diagramm zur Ermittlung der Gesamtmenge des Behelfsöls relativ zur Bremszeit dar;

Fig. 3 zeigt schematisch eine abgeänderte Ausführungsform;

F i g. 4 zeigt schematisch eine weitere abgeänderte Ausführungsforrn;

Fig. 5 zeigt Behälterformen zur Erzielung einer genauer geregelten ölströmung.

. 709 677,'97

Für die nach Ausfall des Hauptschmiersystems nach einem bestimmten Plan abgebremste Welle wird zunächst eine Kurve der Ölströmung relativ zur Zeit aufgenommen, die während des Abbremsens eine im wesentlichen konstante Lagertemperatur ergibt. Die erforderliche Mindestölmenge wird berechnet, indem diese Kurve nach der Zeit integriert wird. Diese Mindestmenge ist in einem Behälter oder in Behältern enthalten 'zusammen mit Einrichtungen, welche die Zuführung des Behelfsöls zum Lager während des Abbremsens der Welle nach einem bekannten Plan regeln, um jeweils die erforderliche Ölströmung zu erhalten, durch die die Lagermetalltemperatur in der Nähe eines sicheren Wertes gehalten wird, ohne denselben zu überschreiten.

Gemäß F i g. 1 ist eine Welle 2 in einem Lager 1 gelagert. Dem Lager 1 wird bei normalem Betrieb Öl durch die Leitung 3 aus einem (nicht dargestellten) Druckölbehälter Zugeführt. Der Druckölbehälter kann von bekannter Art sein. Eine verhältnismäßig große Öffnung 4 regelt die Zuführung des Dracköls aus der Leitung 3 zum Lager 1. Ein Rückschlagventil 5 verhindert das Zurückfließen des Öls in den Ölbehälter, wenn der normale Öldruck sinkt.

Das Absinken des Drucks, der auf eine Unzulänglichkeit der normalen Ölzuf ührung schließen läßt, wird durch einen Niederdruckschalter 6 angezeigt. Der Niederdruckschalter 6 kann beispielsweise mit einem druckabhängigen Umwandler gekoppelt sein, der hydraulische, elektrische oder pneumatische Signale aussendet, wenn der Öldruck in der Leitung 3 unter einen vorbestimmten Mindestwert sinkt.

Beispielsweise sind bei Turbinengeneratoren Niederdruckschalter 6 üblich, die Signale über, Leitungen 6 a bzw. 6 b an den Kondensator-Vakuum-Unterbrecher und an das 'Behelfssystem aussenden. Der Kondensator-Vakuum-Unterbrecher führt dann dem Kondensator Luft zu und ist bestrebt, die Turbine mit einer größeren Geschwindigkeit abzubremsen. Das Behelfssystem schließt die Turbinenventile und schaltet deii Generator aus dem Stromkreis aus. Nach Betätigung dieser Schutzeinrichtungen wird die Welle nach einem vorbestimmten Plan abgebremst.

Der Hochbehälter gemäß Fig. 1 besteht aus einem großen Behälter 7 und einem kleinen Behälter 8, die über eine vom oberen Ende des Behälters 8 zum mittleren Teil des Behälters 7 führende Verbindungsleitung 9 miteinander verbunden sind, wobei vom Behälter 7 die Leitung 12 und vom Behälter 8 die Leitung 13 .zum Lager 1 führt. Die Behälter 7, 8 sind relativ zu ihrem Durchmesser verhältnismäßig hoch, um die richtige Druckhöhe zu liefern. Der Behälter 7 mit seinem größeren Fas-. sungsvermögen ist höher als der Behälter 8 und ist an seinem zum Entlüftungsrohr 11 führenden oberen Ende mit einem schwimmerartigen Rückschlagventil 10 versehen. Die Behälter werden von unten durch die Zuführungsleitüngen 3 und 12 gefüllt, bis das Rückschlagventil 10 eine weitere Füllung verhindert. Das Ventil 10 ermöglicht dann, daß das Öl aus dem unteren Ende der Behälter frei ausfließt, sobald die Zuführung von Öl durch die Leitung 3 unterbrochen ist. ·

Die vom unteren Ende des Behälters 7 ausgehende Leitung 12 mündet zwischen der Öffnung 4 und dem Rückschlagventil 5 in die Leitung 3. Die im Querschnitt kleinere Leitung 13 verbindet den Behälter 8 über eine Öffnung 14 mit dem Lager 1. Die Öffnung 14 weist einen viel kleinere Strömungsquerschnitt als die Öffnung 4 auf. Der Strömungsquerschnitt der Öffnung 4 beträgt etwa 95 ⁰Zo des gesamten Strömungsquerschnitts der beiden Öffnungen zusammen, so daß der Strömungsquefschnitt der Öffnung 14 nur etwa 5% des gesamten Strömungsquerschnitts ausmacht. Mit anderen Worten, die Öffnung 4 hat somit einen ungefähr zwanzigmal größeren Strömungsquerschnitt als die Öffnung 14.

ίο Es wurde gefunden, daß die Ölströmung, die erforderlich ist, um die Überhitzung des Lagers, z. B. einer Turbinenwelle zu verhindern, viel geringer ist als bisher angenommen wurde und beim Abbremsen der Welle stark abnimmt. Versuche haben gezeigt, daß beim Abremsen einer Welle nach einem bekannten Plan derart, daß die Welle zu einem bestimmten Zeitpunkt eine bestimmte Drehzahl aufweist, die richtige Ölströmungsgeschwindigkeit für diese bestimmte Wellendrehzahl so bestimmt werden kann, daß sich eine bestimmte sichere Lagertemperatur err gibt. Wenn die Welle nach einem bekannten Plan abgebremst wird, kann eine Kurve erhalten werden, welche die richtige Ölströmungsgeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt während des Abbremsens angibt, um die Lagertemperatur im wesentlichen konstant zu halten.

F i g. 2 zeigt eine solche Kurve 15, welche die konstante Lagertemperaturkurve für das Lager gemäß Fig. 1 angibt. Die Lagertemperatur zum Zeitpunkt t_x bei einer Geschwindigkeit Q₁ der Ölströmung ist die gleiche wie die Lagertemperatur zum Zeitpunkt t₀ bei einer Geschwindigkeit Q₂ der Ölströmung. Die Kurve 15 zeigt, daß in einem ersten Abschnitt 15 a die Strömungsgeschwindigkeit relativ zur Zeit sehr rasch, in einem zweiten Abschnitt 15b dagegen langsam abnimmt.

Form, Größe und Anordnung der Behälter 7, 8 zusammen mit den Öffnungen 4, 14 sind derart ausgebildet, daß sich eine enge Annäherung an die Kurve 15 für die konstante Lagertemperatur ergibt. Diese in F i g. 2 gezeigte Annäherungskurve ist allgemein mit 16 bezeichnet. Sie besteht aus einem ersten geraden Abschnitt 16 a mit rasch abnehmender Ölströmungsgeschwindigkeit und aus einem zwei- ten geraden Abschnitt 16 b mit sehr langsam abnehmender Ölströmungsgeschwindigkeit. Der Abschnitt ■ 16 α wird erreicht durch den Ölaustritt aus dem Behälter 7 durch die große Öffnung 4, wobei der relative Anteil aus dem Behälter 8 während dieser Zeit vernachlässigbar ist. Der Abschnitt 16 b ergibt sich beim Ölaustritt aus dem kleinen Behälter 8 durch die kleine Öffnung 14, nachdem der Behälter 7 leer ist. .

Die Mindestgröße der Behälter 7 und 8, d. h. die gesamte Mindestölmenge, die erforderlich ist, um das Lager während des Abbremsens auf einer konstanten Temperatur zu halten, wird gefunden, indem die Kurve 15 oder die Kurvelo nach der Zeit integriert wird. Das Ergebnis ist in Fig. 2a veranschaulicht,-in welcher die Kurve 17, welche die erforderliche Gesamtströmung als eine Funktion der Dauer des Bremsvorgänges darstellt, sich einem Grenzwert 18 nähert, welcher die erforderliche Ölmenge in Litern angibt. Die Mindestgröße der Behälter 7, 8 kann auf diese Weise für eine bestimmte maximale Lagertemperatur festgestellt werden. Der Durchmesser der Behälter wird so bestimmt, daß die zurückbleibende Ölmenge (R in Fig. 2a) in den Behältern zu einem

Zeitpunkt I₁ in einer Höhe gespeichert wird, welche einen statischen Druck auf die Öffnungen 4 und 14 ergibt, der der Ölströmungsgeschwindigkeit (Q₁ in Fig. 2) zu diesem besonderen Zeitpunkt^ in beiden Öffnungen 4, 14. entspricht.

Die Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist folgende: Der normale Ölzuführungsdruck bewirkt, daß die Behälter 7' und 8 über die Leitung 12 aus der Zuführungsleitung 3 gefüllt werden. Bei einem Versagen der normalen Olzuführung durch die Leitung 3 wird der Niederdruckschalter 6 betätigt, der seinerseits das Behelfssystem und einen nicht dargestellten Vakuumschalter betätigt, der das Abbremsen der Quelle nach einem bekannten Plan auslöst. .■..■·■

Wenn der Druck in der Leitung 3 unter den Wert , sinkt, bei welchem der Schalter 6 betätigt wird, wird das Öl in den Behältern 7 und 8 nicht länger auf der gespeicherten Höhe gehalten, und durch den Gegendruck aus diesen Behältern wird das Rückschlagventil 5 geschlossen. Während der anfänglichen Auslaufperiode der Welle fließt Öl aus dem Behälter 7 mit einer sehr hohen, aber rasch abnehmenden Geschwindigkeit (Abschnitt 16 α in F i g. 2) durch die Öffnung 4. Ist der Behälter 7 leer, fließt das Öl mit einer viel 'kleineren und viel langsamer abnehmenden Geschwindigkeit aus dem Behälter 8 durch die Öffnung 14 (Abschnitt 16b in Fig. 2). Es wird daher eine Mindestmenge an Öl verbraucht, um die Lagertemperatur im wesentlichen konstant zu halten, wenn die Welle nach dem bekannten Plan abgebremst . wird.

Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Statt zwei getrennte Behälter zu verwenden, gehen die Leitungen 12, 13 von Öffnungen im Boden eines großen Speicherbehälters 20 aus. Außerdem ist eine Einrichtung vorgesehen, welche ein inertes Gas, wie z. B. Kohlendioxyd oder Stickstoff, im oberen Teil des Behälters 20 unter Druck hält. Der Speicherbehälter braucht daher nicht so hoch ,40 zu sein wie die vorher beschriebenen Hochbehälter, um eine entsprechende Druckhöhe zu liefern. Die Gaszuführung umfaßt einen (nicht dargestellten) Druckgasbehälter, eine Gaszuführungsleitung 21, ein Reduzierventil 22, ein Sicherheitsventil 23 und ein Einlaßventil 24, das in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise durch einen Schwimmer 25 betätigt wird. Wenn der Flüssigkeitsspiegel sinkt, wird die Druckgäszuführung durch das Ventil 24 abgesperrt, um einen Vejdust von Druckgas zu verhindern, „wenn j5ie,Hüs§lg]c^^ ist.

Innerhalb des Behälters 20 ist ein einen" Schwimmer 27 tragender Schwenkhebel 26 angeordnet, der eine mit einem Steuerventil 29 verbundene Stange 28 betätigt, wenn der Flüssigkeitsspiegel bis zum Schwimmer 27 absinkt und dabei die zur Leitung 12 führende Öffnung mittels der Teile 29 α fortschreitend verkleinert. Hat der Flüssigkeitsspiegel ein vorherbestimmtes Minimum erreicht, so wird die Leitung 12 vollständig abgeschlossen, und das Öl fließt nur noch mit einer kleinen, langsam abnehmenden Geschwindigkeit durch die Öffnung 14 in das Lager. Das Steuerventil 29 kann so ausgebildet sein, daß sich eine Kurve mit einer mehr abgerundeten Charakteristik ergibt, die sich der theoretisch ermittelten Kurve 15 der Fig. 2 noch mehr nähert. ' ' '■. '

F i g. 4 zeigt eine andere abgeänderte Ausführungsform, bei welcher die Behelfsölzuführungsleitungen und 13 mit im Abstand voneinander liegenden Öffnungen im Boden eines einzigen Hochbehälters angeordnet sind, der ebenso wie in F i g. 1 mit einem Rückschlagventil 31 und einem Entlüftungsrohr 32 versehen ist. Eine senkrechte Trennwand 33 teilt die untere Hälfte des Behälters in getrennte Kammern 34 und 35. Die rechte Kammer 35 wird rasch durch die öffnung 4 entleert, während die linke Kammer 34 dem Lager Öl mit einer sehr geringen Strömungsgeschwindigkeit zuführt. Diese Anordnung entspricht daher im wesentlichen den zwei Behältern gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß nur ein Behälter verwendet wird. Die Trennwand 33 kann wahlweise mit einer Reihe.von kleinen Löchern a versehen werden, die in ungleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet werden, um eine engere Annäherung an die Kurve 15 gemäß F i g. 2 zu erzielen.

F i g. 5 veranschaulicht Behälterumrißformen 7', 8', die eine genaue Annäherung der veränderlichen Ölströmungsgeschwindigkeiten an die Kurve 15 in Fig. 2 ergeben.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Behelfsschmiersystem für das Lager einer bei Ausfall des Hauptschmiersystems nach einem vorbestimmten Plan abgebremsten Welle während des Abbremsvorganges, bestehend aus einem vom Hauptschmiersystem beschickten, als Hochbehälter ausgebildeten Schmierölbehälter, von dessen tiefster Stelle eine Leitung zu der mit einem Rückschlagventil versehenen Druckölzuführungsleitung des Hauptschmiersystems und eine Leitung unmittelbar zum Lager führt, so daß bei Ausfall des Hauptschmiersystems und geschlossenem Rückschlagventil Schmieröl aus dem Hochbehälter durch Schwerkraft zum Lager gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Druckölzuführungsleitung (3) zum zum Lager (1) führende Leitung (12) in ihrem Strömungsquerschnitt größer bemessen ist als die unmittelbar zum Lager führende Leitung (13) und daß die Schmierölzufuhr durch die Leitung mit größerem Strömungsquerschnitt bei einer vorgegebenen Drehzahl vor Erreichen des Wellenstillstandes selbsttätig unterbrochen und das Lager nur noch über die Leitung kleineren Querschnitts mit Öl versorgt wird.

2. Behelfsschmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Leitung (12) etwa zwanzigmal größer ist als der der Leitung (13).

3. Behelfsschmiersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochbehälter aus einem größeren Behälter (1) und einem kleineren Behälter (8) besteht, die über eine vom oberen Ende des Behälters f8) zum mittleren Teil des Behälters (7) führende ■Verbindungsleitung (9) miteinander verbunden sind, wobei vom Behälter (7) die Leitung (1.2) mit großem Strömungsquerschnitt und vom Behälter (8) die Leitung (13) mit kleinem Strömungsquerschnitt ausgeht.

4. Behelfsschmiersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochbehälter, aus einem Behälter (30) besteht, der im unteren Teil durch eine Trennwand

(33), die mehrere, in verschiedenen Höhen oberhalb des Behälterbodens im Abstand voneinander angeordnete Öffnungen (33 a) aufweist, in zwei Kammern (34 und 35) unterteilt ist.

5. Behelfsschmiersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt der Leitung (12) großen StrömungV querschnittes aus dem Hochbehälter (20) ein

Ventil (29) mit in. Abhängigkeit vom ölstand im Behälter regulierbarem Querschnitt vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Der Schiffsmaschinenbau«, v. G. Bauer, Bd. II, 1927, Verlag R. Oldenbourg, München u. Berlin, S. 306/307.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen