DE3048101C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen als Zentrifuge ausgebildeten Flüssigkeitsentschäumer mit mindestens einer Abscheiderkammer, die einen Einlaß für die schaumhaltige Flüssigkeit, einen Flüssigkeitsauslaß und einen Gasauslaß sowie einen umlaufen­ den, aus starrem, porösem, flüssigkeitsdurchlässigem Material bestehenden Körper zum Zentrifugieren der schaumhaltigen Flüssigkeit aufweist.

Ein Anwendungsgebiet für derartige Flüssigkeitsentschäumer sind Schmierölsysteme von Gasturbinentriebwerken, bei denen es erforderlich ist, das aus Lagern od. dgl. zurückströmende, bei der Schmierung umlaufender Bauteile mit Luft durchwirbelte Öl zu entschäumen, bevor es erneut einer Schmierstelle zuge­ leitet wird.

Aus der DE-OS 26 31 987 ist ein als Zentrifuge ausge­ bildeter Flüssigkeitsentschäumer der eingangs genannten Gattung bekannt. Dort ist die Abscheiderkammer als um eine vertikale Achse umlaufender äußerer Zylinder mit einem darin fest verbunden und folglich mitumlaufend angeordneten konischen Einsatz ausgebildet, der sich von oben nach unten erweitert. Ein zu entschäumendes Öl-Luft-Gemisch wird in den mit radialen Schaufeln versehenen oberen Bereich des konischen Einsatzes eingeleitet, wobei die Luft durch das offene obere Ende des Einsatzes und der Abscheiderkammer austritt und das abgetrennte Öl entlang der konischen Ein­ satzwand abwärts fließt und unten nach außen in den umlaufen­ den Zylinder austritt. Unterhalb der Schaufeln ist in dem Einsatz ein scheibenartiger Körper aus Drahtgewebe quer zur Achse angeordnet, der dazu dient, das Entschäumen zu ver­ bessern bzw. stabilen Schaum zurückzuhalten, damit dieser nicht das untere Einsatzende erreichen und mit dem Öl in den äußeren Zylinder übertreten kann. Aus dem äußeren Zylinder läuft dann das abgetrennte Öl, das einen Flüssigkeitsring an der Zylinderwand bildet, am oberen Zylinderende in ein feststehendes Sammelgehäuse über, um dann gesammelt zu werden und mittels einer Pumpe erneut zu einer Schmierstelle gepumpt werden zu können.

Bei dem bekannten Flüssigkeitsentschäumer wird also, wie allgemein üblich, nur die Luft-Öl-Trennfunktion wahr­ genommen, während die nachfolgende Förderfunktion zum Weiter­ führen der abgetrennten Flüssigkeit eine gesonderte Pumpe erfordert.

Gerade bei Flugzeugtriebwerken mit ihrer ohnehin schon sehr komplizierten Anordnung zahlreicher Hilfsaggregate wäre es wünschenswert, mehrere Funktionen durch ein einziges Hilfsaggregat ausführen zu können, um damit die Anzahl um­ laufender Komponenten und Antriebswellen zu verringern und die zum Abzweigen der Hilfsantriebe notwendigen Getriebe zu vereinfachen.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen als Zentrifuge ausgebildeten Flüssigkeitsentschäumer der in Rede stehenden Gattung so auszubilden, daß zwei Funk­ tionen, nämlich sowohl das Trennen (Entschäumen) als auch das Weiterführen (Pumpen) der abgetrennten Flüssigkeit wahrgenommen werden kann.

Zwei alternative Lösungen dieser Aufgabe sind in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen, gleich­ zeitig als Pumporgan wirkenden Flüssigkeitsentschäumers liegt darin, daß er beim Einsatz in einem Schmierölsystem für Flugzeugtriebwerke mit hoher Drehzahl betrieben werden kann und dabei als sehr wirksame Zentrifugalpumpe mit hohem Förderdurchsatz arbeitet, ohne daß die schädlichen Kavitationseffekte auftreten, die bei Flügelpumpen oder herkömmlichen Zahnradpumpen bei hoher Drehzahl wirksam werden. Damit kann bei einem Gasturbinentriebwerk ein sonst notwendiges zusätzliches Untersetzungsgetriebe eingespart werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Gasturbinentriebwerk mit einem Flüssigkeitsentschäumer nach der Erfindung,

Fig. 2 den Entschäumer im Axialhalbschnitt,

Fig. 3 den Entschäumer in aufgeschnittener perspektivischer Darstellung, und

Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene A-A in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk mit Verdichtern 1, 2, einer Brenneinrichtung 3 und Turbinen 4, 5 sowie einer Schubdüse 6 und Wellen 7, 8. Eine Hilfsantriebswelle 9 ver­ bindet die Hauptwelle, die Welle 7, mit einem am Außengehäuse des Trieb­ werks angeordneten Getriebe 10.

Zur Schmierung der Lager für die Wellen 7, 8 und auch des im Getriebes 10 dient ein Schmierölsystem mit dem nach­ stehend beschriebenen Ölentschäumer 11.

Der Entschäumer 11, der auch zur Wahrnehmung von Pump­ funktionen dient, ist mit einer Welle des Getriebes 10 ver­ bunden.

Gemäß den Fig. 2 und 4 weist der Entschäumer 11 ein dreh­ bares Gehäuseteil 12 und ein feststehendes Gehäuseteil 14 auf. Das drehbare Gehäuseteil 12 ist auf einer Hülse 15 montiert, die ihrerseits auf einer Welle 16 sitzt und mittels einer Mutter 13 drehfest mit dieser verbunden ist. Die Welle 16 ist mittels eines Kugellagers 18 im Getriebekasten 10 a und mittels eines Gleitlagers 20 im feststehenden Gehäuseteil 14 gelagert. Das feststehende Gehäuseteil 14 ist mittels einer Flanschverbindung 19 am Getriebekasten 10 a angeschraubt.

Das umlaufende Gehäuseteil 12 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Bauteil 21, das einen zylindri­ schen Ansatz 22 des feststehenden Gehäuseteils 14 umschließt und mittels einer Labyrinthdichtung 24 gegen diesen zylin­ drischen Ansatz abgedichtet ist. Das umlaufende Gehäuse­ teil 12 weist weiter eine Stirnwand 26 auf, die mittels Schrauben 28 am Bauteil 21 angeschraubt ist, und außerdem ist mittels der gleichen Schrauben 28 ein Deckel 30 an der Stirnwand 26 befestigt.

In dem umlaufenden Gehäuseteil 12 ist eine Anzahl von ringförmigen Trennwänden 32 angeordnet, die das Innere des umlaufenden Gehäuseteils in einzelne Abscheiderkammern unter­ teilt, von denen drei Kammern jeweils von einem Körper 36 bzw. 38 bzw. 40 aus starrem porösem Material gefüllt sind, das eine Vielzahl von Strömungskanälen bildet und drehfest in der Kammer gehaltert ist, so daß es mit dieser zusammen umläuft. Diese drei Kammern und eine vierte Kammer 34, in der ein feststehendes Schöpfrohr 50 angeordnet ist, stehen über Aussparungen der Trennwände 32 radial außen miteinander in Verbindung.

Schaumhaltiges Öl aus Lagerkammern des Triebwerks gelangt durch einen radialen Kanal 42 im feststehenden Gehäuseteil 14 und ein axiales in die Außenfläche des zylindrischen Ansatzes 22 des feststehenden Gehäuseteils eingelassenes axiales Rohr 44 mit radialen Austritts­ öffnungen 46 in den radial inneren Bereich der Abscheider­ kammern.

Das schaumhaltige Öl wird von den durch die Poren des porösen Materials gebildeten Kanälen aufgenommen und die Fliehkraft treibt das Öl radial nach außen, und wird durch das poröse Material gleichzeitig auf dessen Umfangsge­ schwindigkeit beschleunigt, während die Luft im radial inneren Bereich verbleibt. Das abgetrennte Öl gelangt in Ausnehmungen 48 des Bauteils 21, die als Sammler für Schmutzteilchen dienen, und durch Aussparungen der Trenn­ wände 32 in die Kammer 34, deren umlaufenden Wände das Öl unter Fliehkrafteinwirkung weiterhin in Umlauf halten und in welcher das Öl durch das feststehende Schöpfrohr 50 abgeschält wird. Das Schöpfrohr 50 steht mit einem weiteren auf dem Ansatz 22 angeordneten Rohr und über dieses mit einem weiteren radialen Kanal 42 zur Rückleitung des Öls in den Schmierölkreislauf in Verbindung. Die Kammern mit den Körpern 36, 38, 40 aus porösem Material, die Kammer 34 und das Schöpfrohr 50 ersetzen demzufolge eine besondere Förder­ pumpe für das abgetrennte Öl.

Die Luft aus dem radial inneren Bereich des Entschäumers gelangt durch die mit dem Körper 40 gefüllte Abscheider­ kammer und tritt von dort durch eine Durchtrittsöffnung 52 in eine vom Deckel 30 umschlossene Endkammer, die ebenfalls mit einem Körper 41 aus dem porösen Material gefüllt ist und in einen Bereich niedrigen Druckes außerhalb des Entschäumers ausmündet. Die Durchtrittsöffnung 52 liegt im radial äußeren Bereich der Endkammer und ihr Luftauslaß liegt an ihrem radial inneren Bereich, so daß die eintretende Luft und etwa noch mitgeführter Ölnebel entgegen der Fliehkraftwirkung durch den porösen Körper 41 hindurchströmen müssen. Dies führt zur Abscheidung des Ölnebels aus der Luft. Das abge­ schiedene Öl gelangt durch die Durchtrittsöffnung 52 in die Abscheiderkammern zurück und von da aus in die Kammer 34.

Das Bauteil 21 ist mit Kühlrippen 54 ver­ sehen und die Ausnehmungen 48 sind so geformt, daß sie eine maximale Wärmeabfuhr vom Öl zu den Kühlrippen 54 begünstigen.

Eine zusätzliche, von dem Entschäumer wahrnehmbare Funktion ist diejenige der Hauptölpumpe des Triebwerks Der Einlaßkanal, der Kanal 42, für das schaumhaltige Öl steht über eine Bohrung 62 noch mit einer weiteren Kammer im feststehenden Gehäuseteil 14 in Verbindung. Diese Kammer enthält eben­ falls einen Körper 64 aus porösem Material, der zwischen einem Bund 66 der Hülse 15 und einer Scheibe 68 eingespannt ist und zusammen mit der Welle 16 umläuft. Alternativ dazu kann das poröse Material zwischen Speichen eingelegt sein, die mit ihren inneren Enden drehfest mit der Hülse 15 ver­ bunden sind. Durch die Bohrung 62 tritt Öl in einen Kanal 70 ein, der sich im radial inneren Bereich des umlaufenden porösen Körpers 64 befindet. Die Fliehkraft treibt das Öl dann durch das poröse Material hindurch, wobei das Öl Rotationsenergie aufnimmt und schließlich mit viel höherem Druck und hoher Tangentialgeschwindigkeit in einen Auslaß­ kanal 72 in einem feststehenden Ring 73 am radial äußeren Umfang der Kammer gelangt. Der Auslaßkanal 72 verläuft tangential und ist zwecks Druckrückgewinnung aus der hohen Tangentialgeschwindigkeit des Öls als Diffusor geformt. Der Auslaßkanal 72 mündet in einen sich erweiternden Diffusorkanal 74 im feststehenden Gehäuseteil 14, von welchem ein nicht dargestelltes äußeres Rohr wegführt, welches das Öl zu seiner Verwendungsstelle leitet.

Claims (7)

1. Als Zentrifuge ausgebildeter Flüssigkeitsentschäumer mit mindestens einer Abscheiderkammer, die einen Einlaß für die schaumhaltige Flüssigkeit, einen Flüssigkeits­ auslaß und einen Gasauslaß sowie einen umlaufenden, aus starrem, porösem, flüssigkeitsdurchlässigem Material bestehenden Körper zum Zentrifugieren der schaum­ haltigen Flüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (36, 38, 40) die mindestens eine Abscheiderkammer vollständig ausfüllt und so gleichzeitig als der abgetrennten Flüssigkeit eine hohe Umlaufgeschwindigkeit mitteilendes Organ zur Förderung der Flüssigkeit mittels einer Schälvor­ richtung (Schöpfrohr 50) dient.

2. Als Zentrifuge ausgebildeter Flüssigkeitsentschäumer mit mindestens einer Abscheiderkammer, die einen Einlaß für die schaumhaltige Flüssigkeit, einen Flüssigkeits­ auslaß und einen Gasauslaß sowie einen umlaufenden, aus starrem, porösem, flüssigkeitsdurch­ lässigem Material bestehenden Körper zum Zentrifugieren der schaumhaltigen Flüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (64) die mindestens eine Abscheiderkammer voll­ ständig ausfüllt und so gleichzeitig als der abgetrennten Flüssigkeit eine hohe Umlaufgeschwindigkeit mitteilendes Pumporgan ähnlich dem Pumpenlaufrad einer Zentrifugalpumpe zur Förderung der Flüssigkeit in den etwa in Umfangsrichtung ausmündenden Flüssigkeitsauslaß (Auslaßkanal 72, Diffusorkanal 74) dient.

3. Flüssigkeitsentschäumer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Körper (36, 38, 40, 41) gehäusefest in einem umlaufenden Gehäuseteil (12) angeordnet ist.

4. Flüssigkeitsentschäumer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abscheiderkammern axial neben­ einanderliegend angeordnet und in ihrem radial äußeren Bereich miteinander sowie mit einer axial angrenzenden weiteren Kammer (34) verbunden sind, in welch letzterer die Schälvorrichtung in Form eines Schöpfrohres (50) angeordnet ist.

5. Flüssigkeitsentschäumer nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flüssigkeitsauslaß (Auslaßkanal 72) in einen Diffusor­ kanal (74) übergeht.

6. Flüssigkeitsentschäumer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der radial äußeren Umfangswand der Abscheiderkammer eine oder mehrere Ausnehmungen (48) gebildet sind, die auf einem größeren Radius als der Flüssigkeitsaus­ laß liegen und als Sammelraum für feste Verunreinigungen der Flüssigkeit dienen.

7. Flüssigkeitsentschäumer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (Durchtrittsöffnung 52) in den radial äußeren Bereich einer weiteren, zum Abscheiden von Restflüssigkeit dienenden Abscheiderkammer mündet, die ebenfalls einen umlaufenden, aus starrem, porösem, flüssigkeitsdurchlässigem Material bestehenden Körper (41) enthält und ihrerseits einen radial innen gelegenen Gasauslaß aufweist.