DE2148755A1 - OElsystem fuer Turboluftstrahltriebwerke - Google Patents

OElsystem fuer Turboluftstrahltriebwerke

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DE2148755A1
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tank
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Geoffrey Beardsley
John Mcintyre
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UK Secretary of State for Defence
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    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Description

TA.TJU KTAN-WAI-T
ING. B. HOLZEB
8» AUGSBURG
-WELSER-9TBAS8B M
R.813
Augsburg, den 28. September 1971
The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London, S.W.I, England,
ölsystem für Turboluftstrahltriebwerke
Die Erfindung betrifft ölsysteme für Turboluftstrahltriebwerke, mit einem öltank, einem ölkühler, einer Fördereinrichtung zum Transport von öl aus dem öltank zu einer Bedarfsstelle und einer Einrichtung zur Rückförderung des
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üls durch den ölkühler hindurch in den öltank,,
Unter Turboluftstrahltriebwerken sind dabei insbesondere Mantelstromtriebwerke zu verstehen, bei welchen vor dem Niederdruckverdichter ein Gebläse angeordnet ist, welches über ein Getriebe von einem Laufrad des Triebwerks aus angetrieben wird.
Bei einem Mantelstromtriebwerk erfordert das Getriebe nicht nur zusätzlich zu dem normalen Ölbedarf des Gasgenerators Öl, sondern das Getriebe heizt auch das ihm zugeführte öl auf, so daß dieses gekühlt werden muß. Da das Passungsvermögen des Öltanks und die.-Kühlleistung des Ölkühlers des Triebwerkes, verglichen^mit Triebwerken ohne derartige Getriebe, stark vergrößert werden müssen, ergibt sich das Problem, wo solche große Bauteile untergebracht werden können und wie den Oberflächen des ölkühlers ausreichend Luft zugeführt werden kann»
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, für ein Mantelstromtriebwerk ein ölsystern mit einem öltank und einem ölkühler zu schaffen, welches den Raumbedarf des Mantelstromtriebwerks nicht vergrößert, kein zusätzliches Gewicht erbringt und den Wirkungsgrad des Triebwerkes nicht verringert·
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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung ein ölsystem für Turboluftstrahltriebwerke, mit einem öltank, einem ölkühler, einer Fördereinrichtung zum Transport von öl aus dem öltank zu einer Bedarfsstelle und einer Einrichtung zur Rückförderung des Öls durch den ölkühler hindurch in den öltank,, Ein solches ölsystem ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Öltanks aus einer äußeren Wand und aus einer inneren Wand besteht, daß ferner der ölkühler als langer, zwischen den beiden Wänden angeordneter Kanal ausgebildet ist, durch welchen von einem Ende aus heißes öl in Berührung mit einer Seite der äußeren Wand hindurchströmen kann, daß ferner die andere Seite der äußeren Wand einem verhältnismäßig kalten Luftstrom ausgesetzt ist, welcher das Öl kühlt, und daß schließlich das andere Ende des Ölkühlerkanals direkt in das Innere des Öltanks mündet und gekühltes Öl in diesen zurückleitet.
Die äußere Wand umschließt vorzugsweise vollständig die innere Wand des Öltanks. Die innere Wand des Öltanks ist gewellt, so daß die erhabenen Stellen der inneren Viand an der äußeren Wand befestigt werden und zwischen den Befestigungsstellen Zwischenräume für das Hindurchleiten von öl gebildet werden können.
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Das ölsystem nach der Erfindung eignet sich insbesondere für die Anwendung bei Mantelstromtriebwerken der eingangs dargelegten Art.
Gemäß der Erfindung ist in dem Nebenstromkanal· eines Mantelstromtriebwerkes ein ringförmiger Strömungsteiler koaxial etwa auf der Mitte des Nebenstromkanalradius angebracht. Mindestens ein Teil des Strömungsteilers weist gemäß der Erfindung einen mit einem ölkühler kombinierten Öltank auf, welche beide derart an dem Strömungsteiler angeordnet sind,.daß die äußere Wand derselben die der Beipaßluftströmung in dem Nebenstromkanal ausgesetzte Oberfläche des Strömungsteilers bildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist nur der hintere Teil des Strömungsteilers die öltank/ölkühler-Kombination auf.
Da die Beipaßluft über beide Flächen des Strömungsteilers hinwegströmt, ist der öltank innerhalb der Strömungsteilerwand als vollständiger Kreisring ausgebildet. Der ölkühler weist zwei zwischen der inneren Wand des Öltanks auf gegenüberliegenden Seiten desselben und jeweils zwischen den radial inneren und äußeren Wänden
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des Strömungsteilers gebildete Kanäle auf.
Neben einer großen Kühlfläche, die ohne den normalerweise sperrigen und viel Platz beanspruchenden ölkühler und die bei diesem auftretenden Druckverluste erzielt wird, weist die Konstruktion des Öltanks und -kühlers nach der Erfindung weitere Vorteile auf«, Sämtliche Rückführungsleitungen vom Kühler zum Tank entfallen, wodurch das Risiko von Ölverlusten verringert wird. Wenn darüberhinaus der öltank lecken sollte, so kann das Lecköl nur in den Kühler gelangen.
Der öltank und ölkühler sind durch den stromauf gelegenen Teil des schalldämpfend verkleideten Strömungsteilers gegen den Aufprall von Vögeln geschützt» Da sich außerdem der Strömungsteiler stromabwärts verjüngt, ändert sich die Dicke der schalldämpfenden Verkleidung und damit deren Wirkungsgrad bezüglich der Absorption des durch das Gebläse erzeugten Lärms„ Es zeigt sich aber, daß die Schallabsorption bei Weglassen der schalldämpfenden Verkleidung am Schwanzende des Strömungsteilers geringer ist, als wenn der Mittelteil des Strömungsteilers als öltank verwendet würde.
Die über den Kühler abgeführte Wärme heizt die
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Gebläseluft aufs was nebenbei zu einer Erhöhung des von der Nebenstromdüse erzeugten Schubes führt0
Die Trennung von Luft und öl erfolgt.innerhalb des ölkühlers, so daß Luft/Öl-Trenner nicht erforderlich sind „
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: ·
Figo 1 einen Querschnitt durch ein
mit dem ölsystem nach der .Erfindung versehenes Mantelstromtriebwerk,
Figo 2 als vergrößerte Einzelheit
den hinteren Teil des Strömungsteilers in dem Nebenstromkanal des in Fig. 1 dargestellten Triebwerkes,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den
Strömungsteiler auf der
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Linie ΙΙΙ-ΙΙΙ in Fig« 29 jedoch in verkleinertem Maßstab, und
Fig. 4 einen Querschnitt durch den
öltank an einer Stelle, an welcher ein Ventil öl in den ölkühler einleitet.
Ein in Figo 1 dargestelltes Mantelstromtriebwerk weist einen Gasgenerator 1 und ein Frontgebläse 2 auf, welches innerhalb eines zwischen einer äußeren Verkleidung 4 und dem Gasgenerator 1 gebildeten ringförmigen Gebläsekanals 3 angeordnet ist. Der Gasgenerator kann von beliebiger Bauart sein, da die Bauart des Gasgenerators nicht Teil der Erfindung ist. Der Gasgenerator hat die Aufgabe, das Gebläse anzutreiben und an einer Schubdüse einen Abgasschub zu erzeugen«
Das Gebläse wird von dem Gasgenerator i über ein Getriebe 8 angetrieben und erzeugt über eine Schubdüse 9 einen Vortriebsluftstrahl, öl zur Schmierung des Getriebes befindet sich in einem öltank 10, welcher den hinteren Teil eines schalldämpfend verkleideten Strömungsteilers 11 in Höhe des halben Radius des Kanals 3 bildete
-· 7 ■"
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Der Tank ist ringförmig und nimmt den gesamten Raum ein, welcher durch eine innere Wand 12 des Strömungsteilers an dessen hinterem Ende begrenzt ist. Die innere Viand 12 des Strömungsteilers bildet die innere Wand des Öltanks. Die Wand 12 ist von einer äußeren Wand 14 umschlossen, welche von der inneren Wand auf beiden Seiten des Tanks einen radialen Abstand aufweist, so daß ringförmige Strömungskanäle für heißes öl gebildet sind, welche den Ölkühler darstellen»
Die Konstruktion des Öltanks und -kühlers ist besser aus Fig. 2 ersichtlich. Die Wand 12 ist zur Versteifung gewellt und durch. Nahtschweißung auf beiden Seiten des Tanks an Stellen 16 an den erhabenen Stellen der Wellenform mit der äußeren Wand 14 verbunden. Dadurch werden die zur ölkühlung dienenden Strömungskanäle in eine Vielzahl von ringförmigen Kanälen 18 zwischen den Schweißnähten unterteilt.
Der Weg des ölstroms ergibt sich aus Fig. 3„ öl wird durch eine Pumpe 21 (Fig. 1) über ein Rohr 20 am Grund des Tanks aus diesem abgezogen (Pfeil A)0 Es wird über ein Rohr 22 (Fig. 1) in das Getriebe 8 eingeleitet und über ein Rohr 24 (Fig. 1) und ein Ventil 26 in den ölkühler
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zurückgeleitet (Pfeil B)„ Die Rohre und das Ventil 26 sind innerhalb der Verkleidung einer Haupthaltekonstruktion 23 untergebracht, mittels welcher das Triebwerk an einer Plugzeugtragfläche 25 gehaltert ist.
Gemäß der Darstellung in Fige 3 wird öl von dem Ventil 26 aus dem radial inneren Ölkühlerkanal (Pfeil C) zugeleitet und strömt vollständig durch die inneren Ringkanäle l8 hindurch, wobei es zu Kühlzwecken einen großen Bereich der äußeren Wand des Strömungsteilers berührt. Es wird anschließend über eine Öl/Luft-Scheiderplatte 28 in den öltank (Pfeil D) zurückgeleitet. Die Luft wird teilweise durch Zentrifugalkraft und teilweise durch das Herablaufen des Öls an der Scheiderplatte um eingezogene Öffnungen 30 herum abgeschieden«, Luft, welche aus dem Öl abgeschieden wird, strömt durch die öffnungen 30 aus, während das Öl von der Platte weg in den Tank läuft» In gleicher Meise wird außerdem heißes öl von dem Ventil 26 aus (Pfeil E) dem radial äußeren Ringkanal"zugeführt und läuft in Berührung mit der radial äußeren Wand des Strömungsteilers durch die Ringkanäle 18 hindurch. Eine weitere Luft/öl-Scheiderplatte ist am entgegengesetzten Ende dieser Kanäle angebracht und leitet das öl in den Tank ein (Pfeil P)* Ein Abschlußfilter und -trenner 31 ist um eine Tankbe-
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lüftungsöffnung 33 vorgesehen«
Bei einem Turboluftstrahltriebwerk, dessen Nebenstromkanal einen großen Durchmesser aufweist, ist die Oberfläche des Strömungsteilers, welche für ölkühlzwecke zur Verfügung steht, sehr groß. Da beide Seiten des Strömungsteilers
von kalter Gebläseluft umströmt werden, ist mit einer
Ölkühlerkonstruktion nach der Erfindung eine große Kühlleistung erzielbar,, Die restliche Oberfläche des Strömungsteilers trägt eine akustische Verkleidung für Schalldämpfungszwecke O
In Pig. H ist das Ventil 26 und die Anordnung dargestellt, durch welche das heiße Öl in die Ringkanäle eingeleitet wird.
Das Ventil 26 bildet an der Oberseite des Strömungsteilers innerhalb der Haltekonstruktion 23 mit dem Tank
ein gemeinsames Teil, Es dient dazu, das Öl um den ölkühler herum direkt in den Tank einzuleiten, falls der öldurchlauf durch den ölkühler blockiert ist.
öl, welches aus dem Getriebe kommend in dem Rohr 2k
aufwärtsströmt, gelangt durch eine öffnung 32 in eine
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Kammer 33, die mit dem radial inneren Kühlkanal in Verbindung steht, und über öffnungen 3^ und 35 in eine Kammer 36, welche mit dem radial äußeren Kühlkanal in Verbindung steht.
Die öffnung J>k ist in einem Kolben 37 gebildet, welcher an unterschiedlichen Flächen auf gegenüberliegenden Seiten dem heißen öl ausgesetzt ist0 Unter normalen Bedingungen ist an den öffnungen ein geringer Druckabfall vorhanden, so daß der Druck oberhalb des Kolbens etwas geringer ist als unterhalb des Kolbens. Aufgrund der unterschiedlichen Flächen des Kolbens und aufgrund einer Feder 38 bleibt der Kolben in einer in Fig. 4 dargestellten Stellung. Wenn jedoch der Kühler blockiert wird, beispielsweise wenn das öl in den Ringkanälen 18 wegen sehr starker Kälte erstarrt, gleichen sich die Drücke oberhalb und unterhalb des Kolbens aus und der Kolben bewegt sich aufgrund der größeren Fläche an der Oberseite des Kolbens abwärts. Bei Abwärtsbewegung des Kolbens öffnet sich eine weitere öffnung 40, welche das heiße öl direkt in den Tank einleitet. Das heiße öl wärmt den Tank auf und bringt das erstarrte, öl zum Schmelzen, so daß durch den Kühler hindurch und über die öffnungen 32, J>k und 35 wieder eine Strömung einsetzt und der Differentialdruck an dem Kolben wieder aufgebaut wird. Die Feder bewegt dann den Kolben in seine normale Betriebsstellung zurück.
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Sin weiteres wichtiges Merkmal des Ventils 26 ist, daß es die Öltankfüllvorrichtung einschließt» Ein Rückschlagventil 42 in einer Druckfülleitung 44 läßt öl in eine Kammer 46 ein, von welcher aus es über Kanäle 48, 49 und 50 in den Tank 10 gelangt.
Die Kammer 33 verläuft um das Heißöleinlaßrohr 24 herum und steht auf einem kurzen Stück des ümfangs des Strömungsteilers mit den Enden sämtlicher Kanäle 18 in Verbindung.
Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich weitere Ausführungsformen des ölsystems möglich. Beispielsweise kann lediglich eine Kühlfläche auf einer Seite des Strömungsteilers erforderlich sein, so daß auf dessen anderer Seite mehr schalldämpfende Verkleidung angebracht werden kann«,
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind ringförmige Kanäle für den ölstrom vorgesehen. Diese sind jedoch nicht erforderlich, wenn die inneren und äußeren Wände 12 und so stark gemacht werden können, daß sie den Innendrücken auch ohne Wellung standhalten.
Bei Bedarf kann auch die äußere Wand des Ölkühlers gewellt ausgeführt werden, um die dem Kühlstrom ausgesetzte
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Fläche zu vergrößern,, Das kann jedoch zu einer Leistungsverminderung der Gebläseluft innerhalb des Nebenstromkanals führen.
Das Getriebeöl und das normale Triebwerksöl können gemeinsam durch den ölkühler geleitet werden. In diesem Fall können die beiden ölsysteme voneinander getrennt werden, indem das öl des einen Systems durch den radial äußeren Kühlkanal und das öl des anderen Systems durch den radial inneren Kühlkanal hindurchgeleitet wird, so daß nicht notwendigerweise beide Systeme ausfallen, wenn ein Teil des Kühlers beschädigt werden sollte,.
Bei dem oben beschriebenen ölsystem nach der Erfindung sind zwar öltank und -kühler in einem Strömungsteiler innerhalb des Nebenstromkanales eines Mantelstromtriebwerkes untergebracht, das Konzept eines kombinierten Kühlers und Tanks kann jedoch bei jeder beliebigen Oberfläche des Nebenstromkanals eines Mantelstromtriebwerkes oder sogar bei einer Flugzeugtragfläche angewendet werden»
Das Mantelstromtriebwerk kann mit einem Aft-Fan oder mit einem Front-Fan, d.h. mit einem hinten oder vorn am Triebwerk angebrachten Gebläse ausgerüstet sein.
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a,
In ersterem Pall wird der den öltank enthaltende Strömungsteiler stromaufwärts und im anderen Fall stromabwärts des Gebläses angeordnet»
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Claims (1)

  1. Patentansprüche ?
    \ l.Jölsystem für Turboluftstrahltriebwerke, mit einem öltank, einem ölkühler, einer Fördereinrichtung zum Transport von öl aus dem öltank zu einer Bedarfsstelle und einer Einrichtung zur Rückförderung des Öls durch den ölkühler hindurch in den öltank, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Öltanks (10) aus einer äußeren Wand (14) und aus einer inneren Wand (12) besteht, daß ferner der ölkühler als langer, zwischen den beiden Wänden angeordneter Kanal (18) ausgebildet ist, durch welchen von einem Ende aus heißes öl in Berührung mit einer Seite der äußeren Wand (14) hindurchströmen kann, daß ferner die andere Seite der äußeren Wand einem verhältnismäßig kalten Luftstrom ausgesetzt ist, welcher das öl kühlt, und daß schließlich das andere Ende des Ölkühlerkanals direkt in das Innere des Öltanks mündet und gekühltes öl in diesen zurückleitet.
    2. ölsystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die,innere Wand (12) des Öltanks (10) gewellt ist und daß die äußere Wand (14) mit der inneren Wand an deren erhabenen Stellen verbunden ist.
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    "3. ölsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Beipaßsystem (j54, J57, 40), welches das von der betreffenden Bedarfsstelle zurückkehrende heiße öl direkt in den öltank fördert.
    4. Kombination eines Turboluftstrahltriebwerkes, welches ein innerhalb eines Nebenstromkanals angeordnetes und von einem Laufrad des Triebwerkes aus über ein Getriebe angetriebenes Gebläse aufweist, mit einem ölsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das öl aus dem öltank (10) in das Getriebe (8) und von diesem aus über den ölkühler (18) zurückgeleitet wird.
    5. Kombination nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenstromkanal (j5) mit einem Strömungsteiler (11) versehen ist und daß der öltank (10) im Inneren des Strömungsteilers untergebracht ist, wobei die äußere Wand (14) des ölkühlers der durch den Nebenstromkanal strömenden, relativ kalten Luft ausgesetzt ist.
    6. Kombination nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der öltank (10) ein geschlossener Ring
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    ist und daß die äußere Wand (14) des ölkühlers den öltank auf beiden Seiten des Strömungsteilers (11) vollständig umgibt, so daß zwei_ Oberflächen des ölkühlers der durch den Nebenstromkanal strömenden Luft ausgesetzt sind.
    7. Kombination nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus öltank (10) und Ölkühler stromabwärts des Strömungsteilers (11) an demselben angebracht ist.
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