DE2811679C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmiereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Schmiereinrich­ tung ist aus der US-PS 37 79 345 bekannt.

Üblicherweise sind die Hochdruck- und Niederdruckwellen eines Gas­ turbinentriebwerks durch drei Hauptlager gelagert, die jeweils durch eine konstante Ölströmung aus einem Hauptversorgungssystem gekühlt und geschmiert werden. Im allgemeinen wird das Öl durch Schwerkraft von einem Hauptversorgungstank zu der Versorgungs­ pumpe geleitet, die dann Öl unter Druck über ein Filter zu den Lagern leitet. Das Öl, das auf die Lager gesprüht wird, sammelt sich in Sümpfen darunter und läuft infolge Schwerkraft in Rück­ laufpumpen, die das Öl zu dem Hauptversorgungstank zurückleiten.

Da die Hauptölpumpe durch Schwerkraft von dem Öltank gespeist wird, kann die Ölversorgung zur Pumpe unterbrochen werden, so daß die Pumpe immer dann ohne Versorgung bleibt, wenn ein Manöver des Flugzeuges eine Abweichung des Triebwerkes von seiner normalen aufrechten Position bewirkt. Beispielsweise strömt bei umgekehr­ ten Fluglagen das gesamte Öl zur Decke des Öltankes und die Haupt­ ölpumpe pumpt nur Luft. Ein anderes Manöver, das die normale Versorgung unter Schwerkraft unterbricht, besteht dann, wenn das Flugzeug in einem Zustand negativer Erdbeschleunigung arbeitet. Auch in diesem Fall liefert die Hauptschmiermittelpumpe ledig­ lich Luft. Ein Fehler der Hauptschmiermittelpumpe oder anderer Kom­ ponenten des Versorgungssystems kann ebenfalls die Ölströmung zu den Lagern unterbrechen.

Bei einigen Anwendungen von Lagern können derartige temporäre Öl­ unterbrechungen ausgehalten werden, ohne daß daraus eine überhit­ zung oder ein Fehler resultiert. Es gibt jedoch andere Lager, die extremeren Betriebsbedingungen ausgesetzt sind und die derartigen unvermeidbaren Schmierölunterbrechungen nicht standhalten können. Einer der Parameter, der mit dem Vermögen eines Lagers in Ver­ bindung steht, kurze Perioden im Trockenbetrieb zu überstehen, ist der sogenannte "DN-Wert", der die Bohrungsgröße und die zu­ gehörige Wellendrehzahl darstellt. Beispielsweise hat ein Lager für einen Hochgeschwindigkeits-Kernrotor einen höheren DN-Wert und ist weniger in der Lage, trocken zu laufen, als eine Nieder­ druck-Turbinenwelle, die notwendigerweise einen kleineren DN-Wert hat. Ein weiterer Faktor, der dieses Vermögen beeinflussen kann, ist die Wärmeübertragungscharakteristik des Gehäuses, das das Lager umgibt. Beispielsweise ist ein Gehäuse aus Titanmaterial zwar aus Gewichtsgründen vorzuziehen, aber die schlechten Wärme­ übertragungseigenschaften machen es vom Standpunkt der Haltung der Lagerwärme weniger wünschenswert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schmiereinrichtung für ein Flugzeug-Gasturbinentriebwerk zu schaffen, die auch bei weni­ ger üblichen Fluglagen, wie Rückenflug oder bei negativ wirken­ der Schwerkraft, ihre Schmierölversorgung nicht unterbricht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale gemäß dem Patentanspruch gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß eine Schmieröl-Hilfsversorgungseinrichtung für eine kurzzeitige Notversorgung des Lagers mit Schmieröl wäh­ rend solcher Betriebsbedingungen geschaffen wird, zu denen die Schmierölversorgung aus dem Hauptöltank unterbrochen ist, bei­ spielsweise wenn das Flugzeug in Rückenlage fliegt oder eine negative Schwerkraft auf das Schmieröl einwirkt. Dies wird durch den Hilfsöltank erreicht, der unter Druck steht und durch die negativen Einflüsse nicht nachteilig beeinflußt wird. Die Schmieröl-Hilfsversorgung wird automatisch in Betrieb gesetzt, wenn ein verminderter Druck, der aus der Unterbrechung einer Ölströmung aus dem Hauptöltank resultiert, ein Druckventil am Ausgang des Hauptöltanks freigibt. Wenn das Flugzeug dann wieder in seine normale Fluglage zurückgekehrt ist, erfolgt die Schmierölzufuhr wieder aus dem Hauptöltank, und der Hilfs­ öltank wird wieder aufgefüllt und unter Druck gesetzt, um bei einer erneuten Unterbrechung der Hauptölzufuhr wieder betriebs­ bereit zu sein.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Schmiereinrichtung mit dem Ölversorgungs-Hilfssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Fig. 2 ist eine Endansicht von einem Schmierkreisteil, der teilweise im Schnitt dargestellt ist, um interne Teile davon zu zeigen.

Üblicherweise hat ein Flugzeugtriebwerk drei Stützstrukturen oder Rahmen für die Lager, nämlich den Vorderrahmen, den Gebläserahmen und den Turbinenrahmen, wobei jeder ein oder mehrere Lager ent­ hält zur Halterung des umlaufenden Systems. In Fig. 1 sind die Lagerstrukturen und die umlaufenden Elemente gezeigt, die zu dem Gebläserahmenteil des Triebwerkes gehören, der für eine Hal­ terung sowohl des Gebläserotors als auch des Hochdruckrotors sorgt. Die Welle 11 des Niederdruckrotors, die an ihrem Vorder­ ende mit dem Gebläserotor und an ihrem Hinterende mit dem Nieder­ druckrotor verbunden ist, erhält eine Teilabstützung durch das zweite Lager 12, ein Kugeldrucklager, das das hintere Ende des Gebläserotors 13 und das vordere Ende der Niederdruckwelle 11 in dem Gebläserahmen haltert. Der äußere Laufring des zweiten Lagers 12 weist einen Antirotationsstift 14 auf, um eine Rota­ tion des Laufringes zu verhindern, und der innere Laufring ro­ tiert mit dem Gebläserotor 13 bei einer relativ niedrigen Dreh­ zahl im Vergleich zu der Welle des Hochdruckrotors. Für eine Schmierung des zweiten Lagers wird durch die vorderen und hinte­ ren Ölstrahlen 16 bzw. 17 gesorgt, die Schmieröl entlang einer Leitung 18 in einer noch zu beschreibenden Weise empfangen. Ein Lagergehäuse 19 umgibt das zweite Lager 12, und eine Öl/Luft­ dichtung 21 verhindert eine Ölleckage um die rotierenden Teile herum, während das Schmieröl durch einen Sumpf zur Schmieröl­ pumpe zurückgeleitet wird. Von dem hinteren Sumpf wird Öl durch eine Rücklaufleitung 22 zurückgeleitet.

Das dritte Lager 26 ist ein Kugeldrucklager, das in dem Gebläse­ rahmen angeordnet ist, der für eine Halterung des vorderen Endes der Welle 27 des Hochdruckrotors sorgt und die Drucklast des Hochdruckrotors aufnimmt. Ein Lagergehäuse 28 umgibt das dritte Lager, und Öl/Luftdichtungen 29 verhindern, daß Schmieröl um die rotierenden Teile herum austritt. Für die Schmierung des dritten Lagers wird durch die Leitung 31 von einem Hauptölbehälter, eine Leitung 32 eine vordere Öldüse 33 und eine hintere Öldüse (nicht gezeigt) gesorgt. Das Öl wird dem Lager direkt zugeführt und läuft durch Schwerkraft von dem Sumpf in den Getriebeblock, wo es dann in einer noch zu beschreibenden Weise zum Hauptöltank zurückkehrt.

Das Schmieröl wird von einem kombinierten Schmiermittel/ Hydrauliköltank zugeführt, der im unteren Teil von Fig. 1 ge­ zeigt und in der US-PS 36 12 083 näher erläutert ist. Der Tank umfaßt einen Außenmantel oder ein Gehäuse 34 mit einem Innen­ wandteil 36, der das Gehäuse in zwei Kammern (Tanks) unterteilt, einen Hauptöltank 30 und einen Hilfsöltank 35. Der Tank ist mit einem Einlaß 37 und einem Auslaß 38 für eine Verbindung des Hauptöltanks 30 mit einem Strömungsmittelsystem versehen, wie bei­ spielsweise ein Schmiermittelsystem für ein Flugzeugtriebwerk mit einer Schmiermittelversorgungspumpe 39 und einer Rücklauf­ pumpe 41. In ähnlicher Weise sind ein Einlaß 42 und ein Aus­ laß 43 zur Verbindung des Hilfsöltanks 35 mit einem Schmiermittel­ system von einem Hydrauliksystem eines Flugzeugtriebwerkes ver­ sehen mit einer Hydraulikrückleitpumpe 44 und einer Hydraulik­ versorgungspumpe. Ein Entlüftungstank 47 sorgt für die Trennung der Luft aus dem Öl, wenn es zum Tankeinlaß 37 zurückströmt. Das Öl gelangt in die Leitung 48 und in eine Strahlpumpe 49, wo eine Wirbel- oder Zyklonströmung mit hoher Geschwindigkeit hervor­ gerufen wird. Die dabei entstehende abgetrennte Luft wird dann über eine Öffnung 51 zu einem Tankauslaß abgelassen, und das entlüftete Öl strömt aus dem tangentialen Auslaß 53 heraus, entlang der Leitung oder des Standrohres 54 zum Auslaß 38. Es sei darauf hingewiesen, daß der tangentiale Auslaß 53 teleskop­ artig über dem Standrohr 54 angeordnet ist, so daß, wenn der Tank in einer Lage mit der Nase nach unten angeordnet ist, die Tangentialgeschwindigkeit des aus dem tangentialen Auslaß 53 austretenden entlüfteten Öls ausreicht, um das Öl in die Pumpe 39 zu drücken. Der Luftraum oberhalb des Öls ist in geeigneter Weise zum Tankauslaß 52 über eine Leitung 55 mit einem Entlüftungsloch 60 entlüftet, das durch ein mit Schwerkraft arbeitendes Ventil 65 schließbar ist.

Um sicherzustellen, daß eine ausreichende Ölmenge zur Pumpe 39 geliefert wird, wenn der Tank mit der Nase nach unten angeordnet ist, sollte die Ausstoßmenge aus dem tangentialen Auslaß vorzugs­ weise die Leistung der Pumpe 39 überschreiten. Zu diesem Zweck arbeitet die Strahlpumpe 49 in der Weise, daß sie Öl von dem Hauptöltank 30 in den Entlüftungstank 47 über eine Zufuhrleitung 56 pumpt, um so eine ausreichende Ölzufuhr zu dem tangentialen Auslaß 53 aufrechtzuerhalten.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß, wenn das Flugzeug sich in einer Situation mit negativer Erdbeschleunigung oder in einer um­ gekehrten Fluglage befindet, das Öl sich nicht in den Unterseiten der Sümpfe befindet und deshalb durch die Rücklaufpumpen 41 nicht aufgenommen wird. Demzufolge besteht keine Ölrückleitung über die Leitung 48 und deshalb arbeitet die Pumpe 49 nicht, um Öl durch die Leitung 56 zu transportieren.

Bezüglich des Hilfsöltanks 35 liefert eine Einlaßleitung 57 Öl von dem Einlaß 42 über eine Strahlpumpe 58 in den Tank 35, und eine Versorgungsleitung 59 liefert Hydrauliköl von dem Tank 35 zum Auslaß 43. Die Strahlpumpe 58 hat die Wirkung (unter vorbe­ stimmten Druckbedingungen), automatisch Öl von dem Hauptöltank 30 über eine Leitung 61 in den Hilfsöltank 35 zu pumpen, um einen vorbestimmten Pegel in dem Hilfsöltank 35 aufrechtzuerhalten.

Als ein Teil des Systems, das einen vorbestimmten Ölpegel in dem Hilfsöltank 35 aufrechterhält, ist eine Ventileinrichtung 62 vorgesehen, die einen Schwimmer 63 aufweist, der eine Ventil­ öffnung 64 öffnet und schließt, die mit dem Hilfsöltank 35 über einen Durchlaßkanal 66 in Verbindung steht, um so den Tank 35 zu entlüften und einen vorbestimmten Ölpegel innerhalb des Tanks während normaler Flugbedingungen auszubilden.

Wenn im Betrieb die Strömung des Hydraulikmittels durch die Lei­ tung 59 größer ist als die Rücklaufströmung über die Leitung 57, wodurch der Strömungsmittelpegel und der Druck innerhalb des Tanks 35 gesenkt werden, wird das rücklaufende Strömungsmittel über die Leitung 61 durch die Strahlpumpe 58 zum Tank 35 ge­ pumpt. Während dieses Zeitraumes befindet sich der Ölpegel in dem Tank 35 auf einem gesenkten Wert, so daß die Ventilöffnung 64 offen ist, damit der Tank 35 entlüftet ist. Wenn das Öl den vorbestimmten Pegel erreicht, bei dem der Schwimmer 63 die Öff­ nung 64 schließt, reicht der Rückdruck in dem Tank 35 aus, um eine Pumpwirkung durch die Pumpe 58 zu verhindern, und das Öl­ volumen in dem Tank 35 bleibt konstant bis ein Bedarf seitens der Zufuhrleitung 59 besteht. Zu dieser Zeit öffnet der Schwimmer 63 die Öffnung und der Vorgang wiederholt sich. Auf diese Weise ist der Hilfsöltank 35 zu allen Zeiten mit Öl gefüllt.

Um einen unbeabsichtigten Strömungsmittelaustausch zwischen den Tanks 30 und 35 während der Fluglagen mit Nase nach oben und Nase nach unten und während umgekehrter Fluglagen oder Bedingungen mit negativer Erdbeschleunigung zu verhindern, ist eine geeig­ nete, mit Schwerkraft arbeitende Ventileinrichtung 67 vorgesehen, die eine Einlaßventilöffnung 68, eine Auslaßventilöffnung 69, die strömungsmäßig in Reihe mit der Ventilöffnung 64 angeordnet ist, und ein geeignetes Verschlußglied 61 aufweist, das die Schließöffnung 68 während umgekehrter Fluglagen oder Zuständen mit negativer Erdbeschleunigung schließt und die Öffnung 69 schließt, wenn der Tank mit seiner Nase nach oben angeordnet ist. Ein geeignetes Standrohr oder eine Leitung 72 erstreckt sich von der Ventilöffnung 69 bis zu einer Stelle, die sich oberhalb des Ölpegels in dem Tank 30 befinden würde, wenn sich der Tank in einer Lage mit der Nase nach unten befindet, so daß ein Strömungs­ mittelaustausch während dieses Zustandes verhindert ist.

Weiterhin steht mit dem Hilfsöltank 35 ein Standrohr 73 in Verbindung, das sich nach oben in den Tank 35 hinein erstreckt und an seinem Fuß ein Sperrventil 74 aufweist, das zu der Ölversorgungs- Hilfsleitung 76 und zur Leitung 32 führt. Diese in Fig. 2 gezeigte Leitung 32 umfaßt eine Leitung 77 mit einem Einlaßende 78 und einer ersten Auslaßöffnung 79 mit einem zugehörigen Befestigungsbügel 81 Während des normalen Be­ triebes strömt Schmieröl von der Auslaßöffnung 79 zum Getriebe­ block und zu den hinteren Düsen für das dritte Lager. Mit dem anderen Ende der Leitung 77 steht strömungsmäßig ein Regelventil (Rückschlagventil) 82 in Verbindung, das in einem Behälter 83 montiert ist, dessen Zweigleitung 84 strömungsmäßig mit dem dritten Lager in Verbindung steht, wie es durch die Pfeile gezeigt ist. Beispielsweise weist das gezeigte Regelventil eine Feder 86 und eine zu­ gehörige Kugel 87 auf, die an eine Öffnung 88 angreift, um das Ventil 82 während vorbestimmter Bedingungen gegenüber einer Strömung in jeder Richtung zu schließen. In das andere Ende des Behälters 82 führt eine andere Leitung 89 hinein, die die Zweigleitung 84 strömungsmäßig mit dem Verbindungs­ glied 91 von der Leitung 76 verbindet. Diese Leitung 89 kommt nur während Notperioden in Anwendung, wenn aus dem einen oder anderen Grund Schmiermittel nicht in die Leitung 77 eingeführt wird.

Wenn sich im Betrieb eine ausreichende Ölmenge in dem unteren Teil des Hauptöltanks 30 befindet, liefert die Ölversorgungs­ pumpe 39 Öl an die Leitung 92 und von dort zu den Leitungen 18 und 31, von denen es ihrerseits an die zweiten bzw. dritten La­ ger geliefert wird. Wenn das Öl von der Leitung 31 in die halb­ kreisförmige Leitung 77 eintritt, schiebt der Druck die Kugel 87 gegen die Feder 86 und öffnet die Öffnung 88, um eine Ölströmung durch die Zweigleitung 84 zum dritten Lager zu gestatten. Zur gleichen Zeit fließt Öl in die Leitung 89 und die Ölversorgungs-Hilfsleitung 76, wo es einen Druck gegen die Kugel 93 des Sperrventiles 74 aus­ übt. Auf diese Weise verhindert das Sperrventil 74, daß Schmieröl über die Leitung 76 in den Hilfsöltank 35 eintritt, und der Druck in dem Ventil verhindert, daß der Hydrauliköldruck in dem Tank 35 das Sperrventil 74 öffnet. Wenn aus irgendeinem Grunde die Ölversorgung zur Pumpe 39 und somit zur Leitung 77 abgeschnitten ist, beispielsweise aus einem der vorstehend angegebenen Gründe, dann schließt das Ventil 82, und der Druck in der Leitung 89 wird entspannt, so daß das Sperrventil 74 aufgrund des höheren Druckes in dem Hilfsöltank 35 öffnen kann. Wenn dies geschieht, beginnt Schmieröl aus dem Tank 35 in die Leitung 76, das Standrohr und die Zweigleitung 84 zu strömen, um zeitweise dem dritten Lager Schmieröl zuzuführen. Wenn an­ schließend der Öldruck in der Leitung 77 wieder hergestellt ist, öffnet das Ventil 82, das Sperrventil 74 schließt und das System ist automatisch wieder in seinen normalen Betrieb zurückgeführt. Der Hilfsöltank 35 wird dann durch das vorstehend beschriebene Nachfüllsystem wieder aufgefüllt.

Vorstehend wurde zwar die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispieles beschrieben, es sind aber auch weitere Aus­ führungsbeispiele möglich. Beispielsweise sei bemerkt, daß das Ventilsystem zur Steuerung der Strömung in der Hilfsversorgung in Verbindung mit zwei Ventilen beschrieben wurde, die eine Kugel und eine Feder aufweisen, obwohl es eine Anzahl von verschiedenen Systemtypen gibt, die entsprechend arbeiten würden. Weiterhin wurde zwar der Schmieröltank mit einigen Einzelheiten beschrieben, obwohl verschiedene andere Typen und Gestaltungen in gleicher Weise anwendbar wären.

Claims (2)

1. Schmiereinrichtung für wenigstens ein Lager eines Flugzeug- Gasturbinentriebwerks mit folgenden Merkmalen

   • a) einem Hauptöltank (30),
   • b) einer Ölversorgungspumpe (39), die Öl aus dem Hauptöl­ tank (30) über eine Ölversorgungs-Hauptleitung (92, 31) zum Lager (26) pumpt,
   • c) einem Hilfsöltank (35),
   • d) einer Ölversorgungs-Hilfsleitung (76), über die Öl aus dem Hilfsöltank (35) dem Lager (26) überführbar ist,
   • e) einem Sperrventil (74) in der Ölversorgungs-Hilfsleitung (76), das bei Druck in der Ölversorgungs-Hauptleitung (92, 31) geschlossen ist, und bei Druckabfall in der Öl­ versorgungs-Hauptleitung (92, 31) selbsttätig öffnet,
2. dadurch gekennzeichnet, daß

   • f) der Hilfsöltank (35) auf einem vorbestimmten Druck ge­ halten ist,
   • g) das Sperrventil (74) ein zum Hilfsöltank (35) hin schließendes Rückschlagventil ist,
   • h) die Ölversorgungs-Hauptleitung (92, 31) in das eine und die Ölversorgungs-Hilfsleitung (76) in das andere Ende einer diese beiden Leitungen miteinander verbindenden Leitung (32) mündet, von der aus Öl über eine Zweigleitung (84) zum Lager (26) leitbar ist und die ein im Strömungs­ weg zwischen der Ölversorgungs-Hauptleitung (92, 31) und der Zweigleitung (84) angeordnetes, zum Hauptöltank (30) hin schließendes Rückschlagventil (82) aufweist, so daß
     • i) bei Normalbetrieb Öl von der Ölversorgungs-Hauptleitung (31 bzw. 77 in Fig. 2) über die Leitung (32) und die Zweigleitung (84) zum Lager gelangt, wobei in der Öl­ versorgungs-Hilfsleitung (76 bzw. 89 in Fig. 2) ein das Sperrventil (74) schließender, über den vorbestimmten Druck steigender Gegendruck entwickelt ist,
     • ii) und bei einem Druckabfall in der Ölversorgungs-Hauptlei­ tung (31 bzw. 77 in Fig. 2), z. B. bei negativer Schwer­ kraft, Öl aus dem Hilfsöltank (35) zum Lager (26) gelangt, wobei das Rückschlagventil (82) in der Leitung (32) schließt.