DE1750454A1

DE1750454A1 - Einrichtung zum Konstanthalten eines gewuenschten Schmiermittelniveaus bei schnellaufenden Waelzlagern

Info

Publication number: DE1750454A1
Application number: DE19681750454
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Walz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-05-03
Filing date: 1968-05-03
Publication date: 1971-03-11
Also published as: FR2007736A1

Description

BÖLKOW Gesellschaft mit beschränkter Haftung Ottobrunn bei Minchen

Ottobrunn, 29. April 1968 SX2 Hn-Kt/er BP 718

Einrichtung zum Konstanthalten eines gewünschten Schmiermittelniveaus bei schnellaufenden Wälzlagern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Konstanthalten eines gewünschten Sohmiermittelniveaus im Einbauraum von schnellaufenden Wälzlagern zur drehbaren Abstützung der Welle einer Flüssigkeitsförderpumpe für Turbotriebwerke, insbesondere Flüssigkeitsraketentriebwerke mit einer Schmierung

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und Kühlung der Lager durch die PörderflUssigkeit der Pumpe, zwischen deren Einbauraum und dem Lagereinbauraum eine Labyrinthabdichtung vorgesehen ist.

Bei Flüssigkeitsraketentriebwerken 1st es bereits bekannt, die Wälzlager zur drehbaren Abstützung der Wellen von Pumpen zur Förderung von flüssigem Sauerstoff und Brennstoff durch diese flüssigen Mittel selbst zu schmieren und zu kühlen, wobei die Lager entweder in dem von der PörderflUssigkeit ausgefüllten Pumpenraum liegen oder in einem eigenen Lagereinbauraum vorgesehen sind, der vom Pumpenraum durch eine Labyrinthabdichtung getrennt ist. Die erstgenannte Anordnung der Lager ist einerseits konstruktiv einfacher und trägt zu einer axial gedrängten Bauwelse des Pumpenaggregates bei, bringt jedoch andererseits gewisse Schwierigkeiten und Nachtelle mit sich, und zwar insofern, als wahrend des Betriebes die mit Schmiermittel vollgefüllten Lager durch dauerndes Umwälzen der Flüssigkeit eine hohe Verdrängungsarbeit leisten müssen, die bei hohen Drehzahlen einen nicht zu vernachlässigenden Leistungsverlust verursacht und zu unerwünschter Erwärmung des Lagere führt. Die zweite Maßnahme, dae Lager duroh eine Im Sinne einer Blende wirkende Labyrinthabdlohtung vom Pumpenraum zu trennen« so dafl während des Betriebes des Triebwerkes überhaupt kein· oder nur eine bestimmt· ritiaalgkeltemange duroh den Lagerelnbauraum strömt, lat ebenfalls nioht geeignet., günstige

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Betriebsbedingungen für die Wälzlager zu schaffen. Durch die Anordnung einer Labyrinthabdichtung sind zwei Möglichkeiten gegebeji, entweder legt man die Labyrinthabdichtung so aus, daß während des Betriebes durch die auftretende Zentrifugalwirkung überhaupt kein Übertritt von Förderflüssigkeit vom Pumpenraum in den Lagereiribauraum mehr stattfindet oder man verwendet eine Labyrinthabdichtung, die während des Betriebes einen bestimmten Flüssigkeitsstrom durch das Lager zuläßt, so daß eine gewisse Kühlung für das Lager gegeben ist. Im ersten Fall besteht durch die praktisch vollständige Drosselung des Flüssigkeitsstromes „die Gefahr, daß das Lager zu warm wird und zu wenig Schmiermittel erhält; im zweiten Fall ist der Umstand nicht auszuschließen, daß das Lager in einem überfüllten Raum laufen muß. Über alle diese Umstände hinaus darf nicht außer acht gelassen werden, daß Hochdruckpumpen, wie sie zur Komponentenförderung bei Raketentriebwerken verwendet werden, durch eine Vordruckpumpe oderdirch Preßgas vor und während des Anfahrens mit Förderflüssigkeit vorgefüllt werden, so daß bereits vor dem Hochlaufen der Hochdruckpumpe (Hauptpumpe), d. h. vor Inkrafttreten der Zentrifugalwirkung innerhalb der Labyrinthabdichtung der Lagereinbauraum sich zunächst mit Pumpenflüssigkeit vollfüllt, dies umso mehr, als bei schnellaufenden Hochdruckpumpen die Vor- bzw. Zulaufdrücke beträchtlich sein müssen. So

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dringt also bereits beim Anfahren ein Schwall von Förderflüssigkeit in den Lagereinbauraum ein. Daran ändert sich auch nichts Wesentliches, wenn im Stillstand das Lager gegenüber der Pumpe durch eine geklebte oder gelötete Membrane abgedichtet ist, die dann beim Anfahren durch die Drehung der Maschine abreißt, denn im gleichen Augenblick strömt bei noch niedriger Drehzahl infolge der noch fehlenden Gegenwirkung der Zentrifugalkraft schon eine> verhältnismäßig große Menge Förderflüssigkeit in den Lagereinbauraum über. Das Lager kommt daher voll mit Flüssigkeit angefüllt in Betrieb, was mit den bereits geschilderten Nachteilen, wie Leistungsverlust und Erwärmung, verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei schnellaufenden Wälzlagern für den eingangs genannten Verwendungsfall Maßnahmen zu treffen, durch welche die vorerwähnten Nachteile vermieden werden und die einen betriebssicheren sowie leistungsmäßig optimalen Schmiermittelhaushalt für die Lager schaffen.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch einen unteren (bei bleibender Lage des Raketentriebwerkes gegenüber der Horizontalen) oder durch mehrere (bei willkürlicher oder sich ändernder Fluglage des Raketentriebwerkes gegenüber der Horizontalen), über den ganzen Umfang des Lager-

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einbauraumes verteilte, bezüglich des Lagers durch ihre radiale Lage die statische Höhe des Schmiermittelspiegels (bei Stillstand des Lagers) und die Stärke des sich während des Umlaufes ausbildenden Schmiermittelringes bestimmende Schmiermittelabläufe.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, als Schmiermittelabläufe in den Lagereinbauraum eingreifende Schöpfrohre vorzusehen.

Zur Erklärung sei hier ergänzend angeführt, daß ein einziger, unterer Schmiermittelablauf bzw. ein einziges unteres Schöpfrohr dann genügt, wenn die Maschine bzw. das Raketentriebwerk, in welches das Lager oder die Lager eingebaut sind, nur eine einzige Lage gegenüber der Horizontalen einnimmt oder einnehmen kann; dagegen sind mehrere, über den ganzen Umfang verteilte Schmiermittelabläufe bzw. Schöpfrohre dann erforderlich, wenn das Triebwerk bzw. das Flugzeug oder der Plugkörper, in dem das Triebwerk eingebaut ist, sämtliche möglichen Lagen gegenüber der Horizontalen einnehmen kann, wobei darüber hinaus hohe Beschleunigungskräfte auftreten können, die ihrerseits eine erhebliche Verzerrung des Flüssigkeitsringes im Lagereinbauraura verursachen.

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In Weiterverfolgung der Erfindung sind die Schmiermittelabläufe bzw. Schöpfrohre in radialer Richtung einstellbar oder verstellbar angeordnet, wodurch es möglich ist, die Stärke des während des Betriebes im Lagereinbauraum existierenden Flüssigkeitsringes bestimmen zu können. Oa die Temperatur des Lagers einen wesentlichen Faktor hinsichtlich seiner Lebensdauer darstellt, besteht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Möglichkeit, die radiale Einstellung der Schmiermittelabläufe bzw. Schöpfrohre durch die Lagertemperatur zu regeln.'

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten·

Die erfindungegemäße Einrichtung gewährleistet für jede mögliche Betriebsauslegung eine zufriedenstellende Lösung der bestehenden Probleme. So wird In jedem Fall der von der Vordruckpumpe hervorgerufene Anfangssohwall unwirksam gemacht bzw. zu einer ausreichenden Schmierschicht reduziert. Andererseits wird bei einer Auslegung der Labyrinthabdichrung derart, daß auch während des Betriebes ein ständiger Durohfluß durch sie stattfindet, das Sohmlermlttelnlveau im Lagereinbauraum In einer betriebsgereohten Höhe gehalten.

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Es zeigen

Pig, 1 eine Flüssigkeitspumpe mit einem Lager im Längsschnitt und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in verkleinertem Maßstab.

Auf einer Welle 1 ist ein Pumpenläufer 2 mit einer Hauptbeschaufelung 2a und einer Rückenbeschaufelung 2\-, angeordnet, der über einen Pumpenausgang 3 Flüssigkeit, z. 3. Brennstoff, zu einem nicht gezeigten Verbraucher, z. B. zu de.-i. ,K1 nsoritzdü^t.T ^n¹T B^e*mk8jmner eines Flüssigke.ltsraki-cel·!/-··:'or.v-.-rScs, fordert. Vom FIik^;:ri3—^! tshaupcs .<v-or»! 4 wiru ei ι Ke.; .· a^Kv <*i 5 abgezweigt, der zur Schmierung und Kühl-ti^ el ν "- ^! <■.:;■*■-·. " dient, das zur drehbaren Abstützung der Wolle ι -.> ._i;;oe und In einem Lagereinbaurauni 7 angeordnet ist, *.; · -^n Pumpe/leinbaurauir, 10 durch eine wie eine Blende (0-y.^ai) wir-ker.de LabyrinthabdiCiituDg 8 getrennt int, ride':.- ;ile A'ifgebe hat,die Stärke und den Druck des Nebenst".i"O!":v-s 3 Bereich des LagereinbeuraiLTies 7 zu bestimmen. In !.Ucsm ■greifen mehrere, über den ganzen Umfang verteilte, :\ Beispielsfalle vier, Schmiermittelabläufe in Foim von Schöpfrohren 9 ein, deren Mündungen 9a entgegen der Di"! riehtun^ a der Welle 1 und damit auch dee Wälzlagers 6 zeigen. Der Lagereinbauraum 7 wird einerseits durch einen Lagtrtieckel Il

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und andererseits durch einen dem Pumpengehäuse 12 zugeordneten Dichtkamm IjJ begrenzt. Dieser und ein weiterer gehäusefester Dichtkamm 14 sowie ein auf der Welle 1 sitzender Dichtring 15 bilden den Dichtspalt der Labyrinthabdichtung 8.

Anstelle der Schöpfrohre 9, die mittels eines Gewindes in radialer Richtung im Lagerdeckel 11 einstellbar geführt sind, können im letzteren auch mehrere Reihen 16 und 17 von als Schmiermittelabläufe dienenden Abströmbohrungen 16a und 17a vorgesehen sein, die auf verschiedenen Teilkreisen liegen, wobei jeweils nur die Abströmbohrungen 16a einer Reihe 16 an Abflußleitungen 18 angeschlossen sind, während die Abströmbohrungen 17a der anderen Reihe 17 gleichzeitig nach außen hin verschlossen sind.

Während des Betriebes der Flüssigkeitsförderpumpe 2 bildet sich durch die hohe Drehzahl und die damit verbundenen großen Zentrifugalkräfte im Lagereinbauraum 7 ein Flüssigkeitsring 19 aus. Die Stärke 20 dieses Flüssigkeitsringes wird bestimmt durch die radiale Stellung bzw. Einstellung der Schöpfrohre 9, deren Windungen 9a zuviel geförderte Flüssigkeit aufnehmen und ableiten. Während des Anfahrens und Hochfahrens der Förderpumpe, wobei durch eine Vordruckpumpe bereits ein Schwall von Flüssigkeit in den Lagereinbauraum 7 gelangt und diesen zu füllen trachtet, bewirkt das

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jeweils untere Schöpfrohr 9 das Abführen von Zuviel an Flüssigkeit und bestimmt somit vorübergehend einen statischen Flüssigkeitsspiegel, wie er mit dem Bezugszeichen 21 in Fig. 2 angedeutet ist.

Patentansprüche ι

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Konstanthalten eines gewünschten SchmiermittelniTeaus im Einbauraum von schnelllaufenden Wälzlagern zur drehbaren Abstützung der Welle einer Flüssigkeitsförderpumpe für Flüssigkeitsraketentriebwerke mit einer Schmierung und Kühlung der Lager durch die Förderflüssigkeit der Pumpe, zwischen deren Einbauraum und dem Lagereinbauraum eine Labyrinthabdichtung Torgesehen ist, gekennzeichnet durch einen unteren oder mehrere, über den ganzen Umfang des Lagereinbauraumes (7) rerteilte, bezüglich des Lagers (6) durch ihre radiale Lage die statische Höhe des Schmiermittelspiegels und die Starke (20) des sich während des Umlaufes ausbildenden Schmiermittelringes (19) bestimmende Schmiermittelabläufe.

2. Einrichtung nach Anspruoh 1, dadurch g e k e η η · zelohnet, daß als Sohmiermittelablauf oder als Sohmiermittelablaufβ in den Lagereinbauraum (7) eingreifende Sohöpfrohre (9) rorgeeehen sind.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelabläufe -bzw. Schöpfrohre (9) in radialer Richtung einstellbar oder verstellbar angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis JJ, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Einstellung der Schmiermittelabläufe bzw. Schöpfrohre (9) in Abhängigkeit von der Lagertemperatur erfolgt,

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Schöpfrohre (9) toer ein Gewinde im Pumpengehäuse (12) oder in einem Lagerdeckel (11) geführt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß in dem den Lagereinbauraun (7) abschließenden Lagerdeckel (11) oder in einer in Strömungsrichtung des Schmier- und Kühlmittels bzw, Nebenstromes (5) gesehen hinter dem Lager (6) befindlichen Trennwand mehrere, bezüglich des Lagers (6) in verschiedenen radialen Höhen liegende, über den ganzen Umfang des Lagerdeckels (11) oder der Trennwand verteilte Reihen (l6 und 17) von Abflußbohrungen (16a und 17a) vorgesehen sind, und daß an den Abflußbohrungen

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(I6a oder 17a) eines Teilkreises bzw. einer Reihe (16 oder 17) Abflußleitungen (18) angeschlossen sind, während die Abflußbohrungen (16a oder 17a) der anderen Teilkreise bzw. Reihen (16 oder 17) gleichzeitig nach außen verschlossen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfrohre (9) - in Strömungsrichtung des Schmier- und Kühlmittels bzw. des Nebenstromes (5) betrachtet - hinter dem Lager (6) vorgesehen sind.

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