DE1526578A1

DE1526578A1 - Luftseparator in einem Schmiersystem fuer Flugzeugtriebwerke

Info

Publication number: DE1526578A1
Application number: DE19661526578
Authority: DE
Inventors: Stonecipher Harry Curtis; Kronk Richard Michael
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-02-16
Filing date: 1966-10-19
Publication date: 1971-01-21
Also published as: CH463468A; SE315768B; US3377779A; BE689661A; GB1122518A; NL6616062A

Description

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Posted, 16 446 Poslloch 16 446

Genei-al Electric Company, 1 !liver goad, Schenectady, N.Y., USA

Luftseparator in einem Schmiersystem für Flugzeugtriebwerke

Die Erfindung bezieht sich aufSchmiersysteme und im besonderen auf Gas- oder LuftSeparatoren sowie auf Umwälzsysteme für Flüssigkeiten, in denen solche Separatoren enthalten sind.

Die Erfindung ist zur Verwendung in Schmiersystemen von Triebwerken bestimmt, die zum Antrieb von Flugzeugen dienen. In solchen SchmiersySternen ist es wesentlich, einer Druckpumpe entlüftetes oder entgastes Ül zuzuführen, die dann ihrerseits das Ül kontinuierlich an die Lager und an die anderen Stellen eines Triebwerks abgibt, die der Schmierung bedürfen. Dieses 01 wird dann von einer Spülpumpe in einen Sumpf zurückgepumpt. Dort wird das ül entgast, so da3 es dann als kontinuierlicher Ülvorrat für das abgeschlossene Schmiersystem wieder zur Verfügung steht. Wenn das ül von der Spülpumpe in den Sumpf zurückgepumpt wird, werden vom ül häufig große Mengen von Luft mitgerissen, und zwar bis zum Verhältnis 50 : 1. Weiterhin ändert sich auch die Öldurchsatzmenge innerhalb eines großen Bereiches. Diese Faktoren stellen zusammen mit der Notwendigkeit, unter samtIi-

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chen Fluglagen und auch in der Rückenlage fehlerfrei arbeiten zu können, eine große Schwierigkeit in der kontinuierlichen Versorgung eines Schmiersystems mit entgastem ϋΐ dar.

Ziel der Erfindung ist daher ein einfaches und zuverlässig arbeitendes Entgasung- ouer iSntlüftungssystem, das in der Laje ist, in den verschiedensten, das hei.üt praktisch in allen Fluglagen zu arbeiten, Äs weiterhin Ölverluste beim Rückenflug vermindert und außerdem die effektive Kapazität des Lltanks erhöht, der in solchen Systemen verwendet wird.

Die Erfindung beinhaltet somit einen Luftseparator für ein System zur Abgabe von Flüssigkeiten, das unter den verschiedensten Fluglagen arbeiten kann und einen Sumpftank aufweist, dessen Einlaß mit einer Quelle für gasbeladene Flüssigkeit Fls., verbunden ist, und dessen Auslaß mit einer Druckpumpe in Verbindung steht. Vom Tankdeckel erstreckt sich ein Rohr bis zum Tankboden hin, während ein tangentialer Kanal den Tankeinlaß mit dem oberen Ende dieses Rohres verbindet. Dieser Luftseparator ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelgenerator vorgesehen ist, über den die gasbeladene Flüssigkeit strömt, so daß sich innerhalb des Rohres ein Flüssigkeitswirbel bildet, in dem die Flüssigkeit entgast wird,die dann anschließend aus dem Rohr dem Tank zugeführt ist, und daß durch den Y/irbelgenerator ein Entlüftungsrohr hindurchgeht,das bis zum Tankdeckel reicht, durch das Gas oder Luft entweichen kann, die durch die Wirbelbildung aus der gasbeladenen Flüssigkeit ausgetrieben ist.

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Eine zweckmäßige Y/^iterbildung besteht darin, daß de*· tfii-belsenerator tinen konischen Bauteil aufweist, der miitestens ein schraubenförmig angeordnetes Leitblech trägt, sodaß innerhalb der liöhre für die Flüssigkeit ein Strömungskanal von fortlaufend abnehmendem 3trömunj;squerschnitt entsteht, um der Flüssigkeit eine hohe Tangentialgeschwindigkeit zu erteilen, um innerhalb des üohres den Flüssigkeitswirbel aufrecht zu erhalten. Diese Tangentialgeschwindigkeit wird noch durch eine üffnungswirkun ; am unseren Ende des konischen Bauteils erhöht.

"j/eiterhin ist es zweckmäßig, zwischen dem oberen Teil des Tanks und dem-Bclüftun .srohr einen Kanal vorzusehen, um Dvuckunterschiede innerhalb des Tanks auszugleichen, die FÜllstandsschwankun/en innerhalb des Tankes zuzuschreiben sind. In diesen Kanal ist ein Rückschlagventil eingesetzt, das eine Flüssigkeitsströmung durch diesen Kanal verhindert, wenn der Tank auf den Kopf gestellt wird.

Im folgenden soll dieErfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 ist ein Schnitt dirch einen Sumpf tank und einen separator nach der Erfindung.

Fig. 2 ist eine fragmentarische Aufsicht auf den Sumpftank nach Fig. 1.

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Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III- III aus" Fig. 1. Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV - IV aus Fig. 2. Fig. 5 ,ist ein Schnitt längs der Linie V-V aus Fig. 2.

Fig. β ist ein Schnitt durch eine andere Ausführun^sforni der Erfindung.

Schmiersysteme der hier interessierenden Art sind abgeschlossene Systeme, in denen Schmieröl kontinuierlich unter Druck den Lagern und den anderen Schmierstellen zugeführt und anschließend in einen Sumpftank 10 zurückgebracht wird. Venn das ül zuin Sumpf tank zurückgebracht wird, kann es beträchtliche Mengen von Luft oder anderen Gasen mitreißen, die wieder entfernt werden müssen, wenn eine einwandfreie Schmierung sichergestellt sein soll.

In den Fig. 1 bis 3 ist einöltank 10 dargestellt, der oben mit einer Platte 12 abgedeckt ist, die mittels Schrauben 14 am Tank festgeschraubt ist. Auf die Platte 12 ist mittels der Schrauben 18 ein Fitting 20 aufgeschraubt, der den Trinkeinlaß darstellt und mit der Ölrückleitung IG verbunden ist. Mit Luft beladenes 01 aus der Leitung 10 strömt in einen querverlaufenden Kanal 22 ein,der zweckmäßiger Weise mit der Platte zusammen aus einem Stück hergestellt ist. Der Kanal 22 führt das

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raio Luft beladaene ül einen Luftseparator 23 zu, der aus einem langen 11o.hr besteht, das aus einem itolirstutzen 25 und aus einem getrennten ilohrstück 32 zusammengesetzt ist, das mittels einer überwurfmutter 33 am Itolirstutzen 25 befestigt ist. Der Rohrstutzen 25 ist zweckmäßigerweise zusammen mit der Platte 12 aus einem Stück hergestellt.Der Kanal 22 tritt in tangentialer Richtung in eine Kreiskammer 24 am oberen Ende des Luftseparatorrohres ein, so daß das mit Luft beladene Rücklauföl verwirbelt wird. Diese Verwirbelung wird weiterhin durch einen Wirbelgenerator erhöht, der mit 26 bezeichnet ist. Der Wirbelgenerator weist einen inneren konischen Bauteil 20 auf, um den herum mehrere Leitbleche 30 schraubenförmig angeordnet sind. Die schraubenförmigen Leitbleche bilden zusammen mit dem konischen Bauteil 28 in Verbindung mit dem Separatorrohr einen Strömungsweg mit fortlaufend kleiner werdendem Querschnitt, der nur eine sehr geringe Steigung aufweist. Dadurch werden sehr hohe Zentrifugalkräfte hervorgerufen, die zusammen mit dem Geschwindigkeitsgewinn aufgrund der Düsenwirkung am unteren linde des konischen Bauteils 2ü dafür sorgen, daß die Luft-ül-Mischung an die Seiten des Ilohres 32 angepreßt wird. Aufgrund der großen Zentrifugalkraft innerhalb der Luft-Öl-Mischung wird die Luft aufgrund ihres geringeren Gewichtes nach innen getrieben und praktisch aus dem Ül herausgequetscht, so daß das ül," wenn es das Itohr 32 herunterfließt, praktisch völlig entgast wird. Die Luft, die auf diese Weise aus der Luft-Öl- Mischung ausgetrieben wird, wird noch in dem Wirbel zurückge-

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gehalten, der durch die Verwirbelung im V/irbel^eneraetor entstanden ist. Diese Luft wird dann über ein Mittelrohr 35 durch das Innere des konischen Bauteils 28 und durch das Innere einer Kammer 24 zu einem Rohr 34 geleitet, das mit der Atmosphäre in Verbindung stehen kann.

Um dls Zusammensetzen zu vereinfachen, ist der konische Bauteil 20 mittels einer Schraubenmutter 37 an dem Rohr 35 befestigt, die den konischen Bauteil 2ß gegen einen Flansch SS andrückt. Das Rohr 34 ist zweckmäßigerweise an einen Pitting 41 befestigt, der mittels der Schrauben 43 an der Platte 12 angeschraubt ist.

Das entgaste Ol geht dann durch Öffnungen 33 am unteren Ende des Rohres 3Γ hindurch und fließt in den Tank 10 hinein. Das untere Ende des Rohres 32 ist in einem Gußstück 38 angeordnet, das am unteren Ende des Tanks 10 befestigt ist. Das Gußstück v/eist eine Öffnung 4ü auf, die zu einer Abflußleitung 42 führt, die mit dem Ansaugstutzen der Hochdruckpumpe für das Schmiersystem/verbunden ist.

Weiterhin sei bemerkt, daß die Platte 12 mit einer weiteren Öffnung versehen ist, die durch einen Deckel 44 verschlossen ist, der von Hand abgenommen werden kann, um ül in den Tank 10 nachzufüllen, wenn die ülmenge im Tank zu gering geworden ist. Von dieser Öffnung geht ein Rohr 46 bis zu einer Stelle in der

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Nähe des Bodens des Tanks IC aus, um zu vei-hindern, daß das ül beim Einfüllen in den Tank 10 zu sehr verspritzt und zu viel Luft mitreißt.

Eine derwesentlichen Eigenschaften der Erfindung besteht darin, daß der Wirbelgenerator 2G selbst dann eine intensive T/irbelbildung· hervorruft, wenn die Durchsatzmengen sehr stark schwanken und wenn sich die La^.e des Tanks über extrem große Winkel ändert. Das ist besonder s der beschriebenen Ausgestaltung des ■.■/irbelgeneratprs zuzuschreiben, c-er selbst dann extreneae Geschwindigkeiten hervorruft, wenn große Luftmengen vorhanden sind. Eine Schwierigkeit, die damit verbunden ist, besteht jedoch darin, daß der Vfirbelgeuerator bei höheren Durchsatzmengen sowirksam ist, daß die Tiefe des Y/irbels so groß wird, daß Luft in den Tank 10 einströmen kann. Diese Schwierigkeit läßt sich jedoch , wie man gefunden hat, vermeiden, wenn man zwischen demoberen Ende des Tanks 10 unu dem Entiltiftungsrohr 35 eine Verbindung vorsieht, die auch gleichzeitig ein Verbindunr-skanal darstellt, durch den merkliche Änderungen im 01-füllstand innerhalb des Tanks möglich werden.

Y/ie man der Fig. 5 entnimmt, ragt von der Platte 12 ein Kbtz 48 nach unten. In dem Klotz 48 ragt ein Mündungskanal 5C nach innen in den Klotz hinein. Vom Inneren des Hotzes geht ein weiterer Kanal 52 bis zum Entlüftung rohr 35. Wenn die Ilückfluß-

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durchsatzmengen groß werden,w ird von dem Wirbel innerhalb des Rohres 32 ein ziemlich großer Luftdruck erzeugt, der bewirkt, daß die untere Grenze des Y/irbels noch unter die Höhe der Öffnungen 33 heruntergedrückt wird. T/enn dieses auftritt, resultiert jede Instabilität des Wirbels in einer Luftblase, die im Tank ?.ü nach oben steigt und den Dxuck auf die obere überfläche des Öls im Tank erhöht. Die Wirkung des Mündungskanals 50 besteht nun darin, daß er diesen ausgleichenden Druck auf der oberen Oberfläche des Öls im Tank 1L· aufrechterhält, und gleichzeitig das Entweichen von Luft aus dem Jirbel auf ein ■ Minimum herabsetzt. Der Mündungskanal 50 dient weiterhin als Entlüftung, um merkliche Druckschwankun ;eu im Tank zu unterlinden, die vom schwankenden Füllstand des Öls innerhalb des Tankes herrühren. Dieses kann durch schwankenden Rückfluß des Öls aus den RückflufSleitungeu oder auch durch andere Gründe bedingt sein. Diese Doppelfunktion, nämlich einmal die Belüftung , um auch starke Schwankungen im Füllstand des Öls zuzulassen, und zum anderen einen Druck hervorzurufen, der auf die Öloberfläche einwirkt und das Entweichen von Luft aus dem Wirbel auf ein Minimum herabzusetzen, ist besonders günstig und wirkungsvoll.

Es wurde beobachtet, daß Öltanks besondes dann, wenn sie in Flugzeugen verwendet werden, hin und wieder aufden Kopf gestellt werden, bzw. wenn sie nicht auf den Kopf gestellt werden, nega-

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tiven Gravitationskräften ausgesetzt werden können. Die Viirkung einer negativen Gravitationskraft ist die gleiche, als wenn der Tank auf den Kopf gestellt würde. Biese letztere Bedingung läßt sich nux" besser klar machen. Unter solchen Betriebsbedingungen geht nur eine sehr geringe Ölmenge verloren, wenn der Luftseparator nach der Erfindunj verwendet wird. "Jenn man den Tank IG auf den Kopf stellt, kann durch den Nebenluftkanal 50 kein ül entweichen, da innerhalb des hohlen Blockes 4G eine Kugel 54 angeordnet ist, diejin dem Klotz 4G durch eine Schraube 56 gehaltert ist. Etwas ül geht nur dadurch verloren, daß ϋΐ aus dem Rohr 32 zum Belüftungsrohr 35 fließen kann, da in dem Fall, in dem der Tank aif den Kopf gestellt ist, der ülspiegel im Tank 10 unterhalb der öffnung 33 ist, und da dieülmenge, die tatsächlich innerhalb des Rohres 32 vorhanden ist, weiterhin dadurch verkleinert ist, daß der de* Wirbel und die Luft, die durch das Rohr 32 abgegrenzt sind, einen großen Teil Volumens des Uuhres 32 einnehmen.

Weiterhin sei bemerkt, daß in einem solchen Zustand die Spülpumpen normalerweise weiterarbeiten,daß jedoch nur wenig oder gar kein ül durch denKanal 22 zurückströmt. Es wird jedoch eine merkliche Menge von Luft zurückkehren, da die Spülpumpen normalerweise Verdrängungspumpen sind. Wenn der Tank umgedreht v/ird, kann diese zurückströmende Luft leicht durch das Rohr 35 abgelassen werden.

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In der Fig. ö ist eine andere Ausführuns'sf orm der Erfindun ; dargestellt. Hier wird das Rücklauf öl von den Spülpumpen durch die Leitung 70 unter Druck an einen Tank 62 abgegeben. Die Leitung 70 geht bis zu einer Strahlpumpe 72 innerhalb des Tanks 39. Die Strahlpumpe 72 v/eist ein Siphonrohr 74 auf, das durch denülvorrat innerhalb des Tante 4J hindurchläuft und in einer Kammer endet, die die Düse 76 der StraEpumpe umgibt, die das ^_nde der Leitung 70 ist. Die Strahlpumpendüse steht in einem gewissen Abstand der Mischkammer 78 gegenüber, die mit einem Kanal 77 verbunden ist» Der Kanal 77 führt zu einem Luftseparator 79 und tritt tangential in eine Wirbelkammer 81 ein, die am oberen Ende des Luftseparators angeordnet ist. Ein Wirbelgenerator 80 (der genauso wie der Wirbelgenerator 26 aufgebaut sein kann) erzeugt in einem Rohr 82 einen Flüssigkeitswirbel. Die Luft, die durch diese Verwirbelung aus dem Öl ausgetrieben wird, wird durch ein Zentralrohr 83 abgeleitet. Das entgaste Jl wird durch einea querverlaufendes Rohr 84 abgelassen,das in einer Düse 86 in der Nähe desBodens des Tanks 69 endet. Die Düse BG liegt an einer Stelle, die von dem Siphonrohr 74 weit entfernt ist.

Die Düse 86 ist auf einen Auslaßstutzen 88 für den Tank gerichtet, der mit dem Ansaugstutzen der Druckpumpe für das Schmiersystem verbunden ist, in dem dieErfindung verwendet wird.

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Die beschriebene Anordnun ; ist besonders deswegen.günstig, da sie es gestattet, einen Cchmiersystemfüi^> Flugzeugefunter die meisten,wenn nicht allen üblichen Fluglagen kontinuierlich entgastes Cl zuzuführen, d.h. während des Steigflugs, während des ^inkflugs, beim Flamen von Rollen und ähnlichem. Yfenn das Siphonrohr 74 zum vorderen Ende des Flugzeugs zu liegt, und wenn das Flugzeug in dnem steilen Stechflug nach unten übergeht, so verschiebt sich der olstand derart, caß der Eingang des Auslaßistutzens 88 freiliegt, wie es in der Fig. G durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Bei diesem Flugzustand ist die Ölmenge, die vonder Spülpumpe an den Tank zurückgegeben wird, zusammen mit der ülmenge, die durch das Siphonrohr 74 angezogen wird,ausreichend groß, um an der Düse 85 eine ausreichende ölmenge. abgeben zu können, so daß an den Auslaßstutzen 88 kontinuierlich Öl abgegeben werden kann. Das heißt, daß die Düse 83 unter diesen Bedingungen mehr Jl abgibt als die Diuckpumpe bentttigt, die mit den Auslaßstutzen 08 verbunden ist. Yienn somit der Eingang zum Auslaßstutzen der Luft ausgesetzt wird, wird trotzdem kontinuierlich Öl zugeführt, ohne daß störende Luftmengen mitgerissen werden.

Wenn dagegen das Flugzeug in einen Steilflug übergeht, verschiebt sich der ölspiegel so, wie es ebenfalls in der Fig. angedeutet ist. Dann liegt der Einlaß des Siphonrohres 74 frei, tier Einlaß des Auslaßstutzens 88 ist dann jedoch in Ül eingetaucht, und dem Schaiersystem wird kontinuierlich entgastes Öl zugeführt.

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Der Wirbel, der in dem Rohr 82 in allen Fluglagen erzeugt wird, ist völlig ausreichend, um praktisch alle Luft aus dem Öl herauszutreiben und die Luft aus dem Sumpftank durch das Rohr S3 abzulassen. Die Höhe des Rohres 02 wird ausreichend groß gemacht, um der maximalen Tiefe des Wirbels zu genügen, so daß Luft nicht in den querverlaufenden Kanal 34 mitgerissen werden kann.

Auch in einer Rückenfluglage mrd die Ölmenge, die verloren geht, auf die gleiche Weise auf ein Minimum herabgesetzt, wie sie bereits beschrieben wurde. Bei einer solchen Fluglage liegt der Ölpegel unterhalb den Eingängen zur Düse 86 und zum Siphonrohr 74. Weiterhin sei bemerkt, daß die Belüftungsverbindung zwischen dem Inneren des Tanks und dem Rohr S3 mit einem Rückschlagventil ausgerüstet ist. Während der Rückfluglage kann die Luft aus den Süülpumpen weiterhin durch das Entlüftungsrohr 83 entweichen.

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Claims

Ansprüche

fl.J Luftseparator für ein System zur Abgabe von Flüssigkeiten, das unter den verschiedensten räumlichen Lagen arbeiten kann und einen Sumpftank aufweist, dessen Einlaß mit einer Quelle für gasbeladene Flüssigkeit und dessen Auslaß mit einer Druckpumpe in Verbindung steht, in dessen Sumpftank ein Rohr angeordnet ist, das vom Tankdeckel bis kurz vor den Boden des Sumpftanks reicht, dessen oberes Ende mit dem Tankeinlaß über einen -tangential verlaufenden Kanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein vrirbelgenerator (26) vorgesehen ist, über den die gasbeladene Flüssigkeit strömt, so daß sich innerhalb des Rohres (32) ein Flüssigkeitswirbel bildet, in dem die Flüssigkeit entgast wird,die dann anschließend durch das Rohr (32) dem Tank zugeführt ist, und daß durch denViirbelgenerator (26) ein Entlüftungsrohr (35) hindurchgeht, und bis zum Tankdeckel reicht, durch das die durch die YJirbelbildung aus der gasbeladenen Flüssigkeit ausgetriebene Luft entweicht.
2. Luftseparator nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichnet, daß der Wirbelgenerator (26) einen konischen Bauteil (28) aufreist, der mtdestens einen schraubenförmig angeordnetes Leitblech (30) trägt, ω daß innerhalb des Rohres (32) ein Strömungskanal von fortlaufend abnehmendem Strömungsquerschnitt entsteht, um der Flüssigkeit eine hohe Tangentialgeschwindigkeit zu erteilen, die durch die Offnungs-

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wirkung am unteren Ende des konischen Bauteils noch erhöht ist, so daß der Flüssigkeitswirbel innerhalb des Rohres (32) aufrecht erhalten bleibt.
3,Luftseparator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die schraubenförmig angeordneten Leitbleche (30) eine verhältnismäßig geringe Steigung haben und einen Strömungskanal über einen Winkel von mindestens 360° bilden.
4. Luftseparator nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen Teil des Tanks und dem Belüftungsrohr (35) ein Nebenluftkanal (50) vorgesehen ist, um große Drucksehwankungeη auszugleichen, die Schwankungen im ülfüllstand innerhalb des Tankes zuzuschreiben sind, und daß in diesen Nebenluftkanal (50) ein Rückschlagventil (54) eingesetzt ist, um bei auf den Kopf gestellten-. Tank ein Fließen von Flüssigkeit durch diesen Nebenluftkanal hindurch zu unterbinden.
5. Luftseparator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankeinlaß eine Strahlpumpe (72) und ein Siphonrohr (74) aufweist, das in den Tank hineinragt, socaß dem Wirbelgenerator zusätzliche Flüssigkeit zuführbar ist, und daß das Rohr (82) in einer Strahlpumpendüse (SG) endet, die gegen den Tankauslaß gerichtet ist,sodaß der Druckpumpe entgaste Flüssigkeit zuführbar ist.

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IS

i3. Luftseparator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das untere ünde des Siphonrohres an einer Stelle innerhalb des Tanks angeordnet ist, die vom Ende des Rohrs (82) weit entfernt liegt.

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