DE3242366C2

DE3242366C2 - Ölversorgungseinrichtung für beliebigen Flugsituationen aussetzbare Gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE3242366C2
Application number: DE3242366A
Authority: DE
Inventors: Hermann 8000 München Döll
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1982-11-16
Filing date: 1982-11-16
Publication date: 1985-02-07
Also published as: FR2536120B1; DE3242366A1; FR2536120A1; US4511016A; GB2130308A; JPS59162322A; GB2130308B; GB8330591D0

Abstract

Die vorliegende Erfindung behandelt ein Hydraulik-, insbesondere Ölversorgungssystem für Flugtriebwerke, mit dem auch in "kritischen" Flugzuständen und -bedingungen, in denen sich das Versorgungsfluid im Tank extrem rasch und örtlich stark verschieden verlagert, eine einwandfreie Ölversorgung von Triebwerksaggregaten sichergestellt sein soll, und zwar im Wege folgender wesentlicher Merkmale: a) Das Ölversorgungssystem besteht aus einem hydraulisch mit einem Hauptkreislauf verbundenen bzw. verbindbaren Nebenkreislauf, wobei der Hauptkreislauf im "normalen" und im "kritischen" Flugbetrieb, der Nebenkreislauf für die Triebwerk-Startphase sowie zur Auffüllung des Ölverbrauches im "normalen" Flugbetrieb beigezogen wird; b) im Hauptkreislauf sind im wesentlichen die Öldruckpumpe, die Ölkammer bzw. -kammern des bzw. der Verbraucher, die Absaugpumpe, der Ölkühler, der Öl-Luftabscheider sowie ein eigener zuschaltbarer Akkumulator zusammengeschlossen; c) dem Nebenkreislauf sind im wesentlichen der gemeinsame Öltank sowie eine zusätzliche eigene Öldruckpumpe zugeordnet, mit der Öl in den Hauptkreislauf einspeisbar ist.

Description

besondere Gasturbinenstrahltriebwerke, die bei un- Diese bekannte Lösung sucht eine flugzuslandsunaöterbrochener ölzufuhr aus einem Ölbehälter einen hängige Schmierölversorgung von Gasturbinentriebdynamisch in sich geschlossenen ölkreislauf über ei- werken zu schaffen, indem das Schmierölsystem neben nen separaten Nebenölbehälter ermöglicht, mit Mit- einem Hauptölkreislauf zur Versorgung der Triebteln zur Förderung aus den Ölbehältern, einer zu io werkslager einen Hilfsöikreisiauf aufweist, der bei bewenigstens einem ölverbraucher führenden Haupt- stimmten abnormen Flugzuständen die Ölversorgung leitung, einer eine Absaugpumpe enthaltenden der Triebwerkslager beliebig lang andauernd überneh-Rückführleitung und mit einem gegen die Atmo- men können soll.

Sphäre entlüfteten, mit dem ölverbraucher kommu- Dabei besteht der Haptölkreislauf im wesentlichen

nizierenden Öl/Luft-Abscheider, der förderseitig an 15 aus einer öl aus einem Haupttank zur Lagerkammer

die Hauptleitung angeschlossen ist, g e k e η η - fördernden Druckpumpe sowie aus einer das Rücklauf-

zeichnet durch folgende Merkmals: öl aus der Lagerkammev wieder in den Haupttank zurückfordernden Saugpumpe.

a) Als Fördermittel ist eine Nebenpumpe (9) vor- Bei HauptölkreisSaufbetrieb und »Normalfluglage«, gesehen, die im Startfall sowie zur Wiederauf- 20 in der der ölspiegel im Haupttank des Förderzulauffüllung öl aus dem einen Ölbehälter (8) in die pumpenleitungsende überdeckt, soll im bekannten Fall Hauptleitung (14) einspeist; die Lagerkammer über eine zu einem Öl/Luft-Abschei-

b) der für den dynamisch in sich geschlossenen der geführte Entlüftungsleitung gegen die Atmosphäre Kreislauf — beim Flugbetrieb — beigezogene entlüftbar sein, wobei der Öl/Luft-Abscheider im we-Nebenölbehälter ist als Druckausgleichsspei- 25 sentliclien innerhalb einer Hilfsölsammelstelle eines Gecher (7) ausgebildet und zwischen dem Öl/Luft- triebekastens angeordnet ist, die von einer gegenüber Abscheider (6) und einer nachgeschalteten der Normalfluglagentankgeometrie (Tankwand nebst Druckpumpe (1) angeschlossen; darin eingeschlossenem ölinhalt) um 180° räumlich ver-

c) die Rückführleitung mündet in den Öl/Luft-Ab- setzt angeordneten Getriebekastenausbuchtung gebilscheider(6). jo det ist. Geht im vorliegenden bekannten Fall nun der

Pilot aus der eingangs geschilderten »Normalfluglage«

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- in eine »Rückenfluglage« über, so wird die im Hauptzeichnet, daß das von der Absaugpumpe (4) geför- tank enthaltenene ölmenge, schwerkraftbedingt, vom derte Rücklauföl vor Eintritt in den Öl/Luft-Ab- Förderzulaufpumpenleitungsende weg verlagert, und scheider (6) einen Ölkühler (5) durchströmt. 35 damit die Ölzufuhr unterbrochen. Für diesen Rücken-

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch flugfall soll sich dann aber der im Getriebekasten entgekennzeichnet, daß der ölverbraucher über den haltcne ölinhalt an der zuvor genannten, von der Gc-Ol/Luft-Abscheider (6) gegen die Atmosphäre ent- triebekastenausbuchtung gebildeten Hilfsölsammelstcllüftet ist (Entlüftungsleitung 10). Ie abgelagert haben, um so die weitere Ölversorgung

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, 40 über den nunmehr als Hilfsölsammelpumpe fungierendadurch gekennzeichnet, daß in die Hauptleitung den Öl/Luft-Abscheider bereitstellen zu wollen. Auf-(14) — zwischen Druckpumpe (1) und ölverbrau- grund in diesem Flugzustand sich einstellender, systemcher (Lager 3) — ein Steuerventil (15) geschaltet ist druckdifferenzbedingter Ventilsteuerungen soll somit mit welchem gleichzeitig überschüssige ölmengen das Öl von der Hilfsölsammelstelle aus über die dem über eine Tankrückführleitung (16) in den einen öl- 45 Haupt- und Hilfskreislaufsystem gemeinsame Hauptleibehälter (8) wieder einspeisbar sind. tung zur Lagerkammer gefördert werden können, deren

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, da- zuvor genannte Entlüftungsleitung nunmehr als Öldurch gekennzeichnet, daß der eine Ölbehälter (8) Rückflußleitung Bestandteil des in sich geschlossen arüber eine weitere in den Öl/Luft-Abscheider (6) ein- beitenden Hilfsölkreislaufs ist.

mündende Entlüftungsleitung (18) gegen die Atmo- 50 Der Einsatz der zuvor behandelten bekannten Lö-

sphäre entlüftet ist. sung nach der DE-OS 31 37 947 dürfte sich insbesonde-

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, da- re dann höchst problematisch hinsichtlich einer eindurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichsspei- wandfreien Ölversorgung gestalten, wenn im Rahmen eher (7) über ein Absteuer-Rückschlagventil (19) in extremer Flugkonfigurationen sogenannte »Negativ-Feiner Absteuerleitung (20), die in die Tankrückführ- 55 Belastungen« bzw. Belastungen um oder gar unter Qg leitung(16) einmündet, entlüftbar ist. auftreten, bei denen sich das öl, sei es in einem oder in

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, da- beiden Tankbehältern bei einer derartigen Anlage, in durch gekennzeichnet, daß in eine Ölversorgungslei- einem sogenannten »Schwebezustand« befindet, und tung (11), an die auch der Druckausgleichsspeicher zwar in örtlichen Tankpositionen, die im voraus vom (7) — zwischen Öl/Luft-Abscheider (6) und Druck- t>o Grundsatz her nicht genau definierbar sind. Beim Einpumpe (1) — angeschlossen ist, der förderseitige Lei- satz für neuzeitliche Kampfflugzeuge wären hierbei altungsstrang (12) der Nebenpumpe (9) vor der so extrem rasche ölstandsverlagerungen zugrunde zu Druckpumpe (1) einmündet, wobei in die Ölversor- legen, und zwar in Richtung auf örtlich extrem untergungsleitung(l 1) und in den fördersciligen Leitungs- schicdliehe Tankzonen hin, insbesondere auch in Komstrang (12), und zwar vor dieser Einmündungsstelle, μ bination mit extrem unterschiedlichen Flugmissionen, jeweils ein Rückschlagventil (13,17)gcschaltet ist. z. B. Sturz-oder Steigflug in Verbindung mit gleichzciti-

ger Rollbcwegung. Bei derartigen extremen Flugzuständen ist demnach keine geeignete Ölförderung mög-

IkIi. mi dall mil ernsthaften Folgeschäden für Trieb werkslager und dergleichen gerechnet werden muß, zumal in diesen genannten Extremsituationen neben der fehlenden Schmierung auch eine durch das Schmiermittel beabsichtigte Kühlung ausfällt.

Demnach vermag die vorliegende bekannte Lösung nicht, die bei den eingangs genannten extremen Flugsituationen zu erwartenden extremen ölsiandsverlagerungen, d. h. insbesondere bei 0 g, zu beherrschen, in welchen Flugsituationen das öl sich z. B. im Getriebekasten ζ. Β. 'α einem nicht näher definierbaren Schwebezustand befinden kann, mithin also keinesfalls erwartet werden kann, daß sich das Öl immer gezielt in Richtung auf bzw. in den Hilfssammelbehälter des Getriebekastens verlagert, welch letzteres nur dann zu erwarten sein dürfte, wenn im wesentlichen von einer reinen Überkopf- bzw. Rückenfluglage ohne extreme #-Belastungen auszugehen wäre. Demnach reicht die bei der vorliegenden bekannten Lösung getroffene Anordnung und Ausbildung des Haupt- und Hilfsölkreislaufs in Verbindung mit der räumlich versetzten Anordnung des Hilfsölsammelbehälters des Getriebekastens zum Haupttank keineswegs aus, um den genannten extremen Flugsituationen, insbesondere bei 0 g, gerecht werden zu können.

Der Erfindung liegi die Aufgabe zugrunde, eine Ölversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz extremer Fluglagen und -bedingungen, insbesondere bei Belastungen um oder gar unter 0 g, eine einwandfreie Ölversorgung von Triebwerksaggregaten sicherstellt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der wesentliche technische Sprung der Erfindung gegenüber Bekanntem besteht somit darin, daß es zu einem »kritischen« Zustand, insbesondere im Hinblick auf 0 ^-Belastungen, gar nicht kommen kann, weil zugleich der normale und der »kritische« Flugbetrieb, also der gesamte Flugzustand im Wege des in sich geschlossenen dynamischen ölsystems erfaßt sind, das aus dem zwischen dem ölluftabscheider und nachgeschalteter Druckpumpe angeschlossenen Druckausgleichsspeichcr versorgbar ist, der gegenüber den gesamten kritischen Flugsiluationen und -bclastungen vollkommen unempfindlich ist und stets eine gleichmäßige ölförderung innerhalb des dynamisch in sich geschlossenen ölkreislaufs gewährleistet, der zugleich einen einwandfreien Rücklauf des Öls in den stets gegenübe;" der Atmosphäre entlüfteten Öl/Luft-Abscheidcr einschließt.

Jegliche Ölstands- bzw. ölspiegelverlagerungen im mit der Nebenpumpe korrespondierenden einen Ölbehälter (Haupttank) bleiben im Flugbetrieb ohne jeglichen Einfluß auf die Ölversorgung, da die Nebenpumpenförderung grundsätzlich im Startfall baigezogen wird oder aber gegebenenfalls zur Wiederauffüllung verbrauchten Öls dann beigezogen wird, wenn sich das Flugzeug in einem nicht »kritischen« Flugzustand (Horizontalflug ohne extreme ^-Belastungen) befindet.

Indem der gesamte Flugzustand über einen einzigen, in sich dynamisch geschlossenen ölkreislauf abdeckbar ist, entfällt somit gegenüber Bekanntem (DE-OS 31 37 947) zudem das mit variablen kritischen Flugphasen einhergehende wechselseitige Ansprecherfordernis eines Haupt- und Hilfsölkreislaufs mittels jeweils wechselweise zu betätigenden Steuer- und Ventilmechanismen, wodurch ein weiterer Beitrag für eine erhöhte Flugsicherheit geleistet wird.

Vorteilhafte Aiisgi>sl>iliiuigeii ties
slandes ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 7.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung im Rahmen eines schematisiert wiedergegebenen Ausführungsbeispiels der ölvcrsorgungseinrichlung nachstehend näher erläutert.

Gemäß der Erfindung soll ein dynamisch in sich geschlossener ölicreislauf über den gesamten Flugbetrieb einschließlich dabei auftretender extremer bzw. »kritischer« Flugphasen unter 0 £·-Bedingungen funktionsfähig sein und dabei stets eine einwandfreie Ölversorgung sicherstellen können. Im dynamisch in sich geschlossenen ölkreislauf sind im wesentlichen eine Druckpumpe 1, eine Lagerkammer 2 eines Wellenlagers 3 eines Gasturbinenstrahltriebwerks, ferner eine Absaugpumpe 4, ein ölkühler 5, ein Öl/Luft-Abscheider 6 sowie ein eigener zuschaltbarer Druckausgleichspeicher 7 zuzusammengeschlossen. Der Druckausgleichsspeicher 7 fungiert als Nebenölbehälter des dynamisch in sich ge-

schlossenen ölkreislaufs und kann ferner im Leitungssystem örtlich auftretende Druckschwankungen bzw. Ungleichförmigkeiten des ölflusses dämpfen, die gegebenenfalls bei extrem unterschiedlichen Flugmanövern und Beschleunigungskräften auftreten können.

Bei der Ölversorgungseinrichtung ist als weiteres Fördermittel eine Nebenpumpe 9 vorgesehen, mit der die Lagerkammer 2 im Startfall oder zur Wiederauffüllung mit öl aus dem einen ölbehälter 8 (Haupttank) versorgbar ist.

Gemäß der dargestellten Ölversorgungseinrichtung ist also der Öl/Luft-Abscheider 7 an eine Ölversorgungsleitung 11 — zwischen dem ölaustritt des Öl/Luft-Abscheiders 6 und der nachgeschalteten Druckpumpe 1 — angeschlossen, die ihrerseits wiederum förderseitig an eine zum Lager 3 geführte Hauptleitung 14 angeschlossen ist Mittels eines in diese Hauptleitung 14 zwischengeschalteten Steuerventils 15 sollen gegebenenfalls vorhandene überschüssige ölmengen über eine Tankrückführleitung 16 in den einen Ölbehälter 8 wieder einspeisbar sein. Das von der Absaugpumpe 4 geförderte Rücklauföl wird über eine an das Lager 3 angeschlossene Rückführleitung dem Öl/Luft-Abscheider 6 zugeführt, wobei es, vor Eintritt in den letzteren, noch einen ölkühler 5 durchströmen kann.

Im Wege einer EntlüftungslciiLing 10 kann ferner die Lagerkammer 2 des Lagers 3 in sämtlichen vorkommenden Betriebszuständen über den Öl/Luft-Abscheider 6 gegen die Atmosphäre entlüftet werden.

über eine weitere Entlüftungsleitung 18, die ebenfalls

in den Öl/Luft-Abscheider 6 einmündet, kann der eine ölbehälter 8 gegen die Atmosphäre entlüftet werden.

Der Öl/Lufl-Abscheider 6 weist ein zentrisches Entlüftungsrohr auf, welches von einer geeigneten Speichermasse für das Rückflußöl umgeben ist.

Wie in der Zeichnung ferner veranschaulicht, mündet in die Ölversorgungsleitung 11, an die auch der Druckausgleichsspeicher 7 — zwischen Öl/Luft-Abscheider 6 und Druckpumpe 1 abgeschlossen ist — der förderseitige Leitungsstrang 12der Nebenpumpe 9 vorder Druck-

bo pumpe 1 ein, wobei in die Ölversorgungsleitung 11 und in den förderseitigen Leitungsstrang 12, und zwar vor dieser Einmündungsstelle, jeweils ein Rückschlagventil 13,17 geschaltet ist.

Der im Rahmen des dynamisch in sich geschlossenen

b5 ölkreislaufs benötigte Druckausgleichsspeicher 7 wird über ein Absteuer-Rückschlagventil 19 in einer Absteuerleitung 20, die in die Tankrückführleitung 16 einmündet, entlüftet.

Position 21 kennzeichnet ferner ein kombiniertes Akkumulator-Steuer-Rückschlagventil für die Zu- und Abschaltung des Druckausgleichsspeichers 7 bzw. für die Bereitstellung einer konstanten, vergleichsweise geringen Durchströmung.

Wie eingangs bereits erklärt, soll die Förderung des Öls aus dem einen Ölbehälter (Haupttank) über die Nebenpumpe 9 beim Start sowie im Wege des kontinuierlichen Flugbetriebes zur Wiederauffüllung des ölvorrates in der Lagerkammer 2 beigezogen werden.

Beim Triebwerksstart sind zugleich die Nebenpumpe 9, die Druckpumpe 1 sowie die Saugpumpe 4 eingeschaltet. Dabei fördert die Nebenpumpe 9 das öl aus dem Ölbehälter 8 bei aufgrund erhöhten Förderdruckes geöffnetem Rückschlagventil 17 über den förderseitigen Leitungsstrang 12 sowie über den dabei vom Rückschlagventil 13 nicht versperrten Abschnitt der Ölversorgungsleitung 11 zur Druckpumpe 1.

Bei gleichzeitig abgesperrter Tankrückführleitung 16 gelangt dann das öl von der Druckpumpe 1 über die dabei gleichzeitig vom Steuerventil 15 freigelegte Hauptleitung 14 in die Lagerkammer 2. Die Absaugpumpe 4 läuft in dieser Phase zunächst leer. Sobald die öltaschen in der Lagerkammer 2 ausreichend gefüllt sind, fördert die Absaugpumpe 4 das öl aus der Lagerkammer 2 über die Rückführleitung zum Ölkühler 5, von dem es dann in den Öl/Luft-Abscheider 6 und von dort über die Ölversorgungsleitung 11 zur Druckpumpe 1 gelangt, nachdem es zuvor zuerst das Akkumulator-Steuer-Rückschlagventil 21 am Druckausgleichsspeieher 7 sowie das, aufgrund nunmehr erhöhten Förderdruckes in der Ölversorgungsleitung 11, geöffnete Rückschlagventil 13 durchströmt hat.

Eine als Ursache der vorangegangenen Pumpenförderung an der Druckpumpe 1 als auch der kontinuierlichen Ölförderung durch die Nebenpumpe 9 überhöhte ölmenge kann über das Steuerventil 15 und die betreffende Tankrückführleitung 16 in den einen Ölbehälter 8 (Haupttank) zurückbefördert werden.

Befindet sich das Flugzeug nun in ein;r »kritischen« Flugphase, in der eine ölabsaugung aus dem einen Ölbehälter 8 über die Nebenpumpe 9 nicht mehr gewährleistet ist, so steuert das Steuerventil 15 auf den in sich geschlossenen ölkreislauf um und sperrt die Tankrückführleitung 16 ab, so daß im gesamten »kritischen« Flugbetrieb ein vollständig dynamisch in sich geschlossener ölkreislauf vorhanden ist, dessen wesentliche Komponenten der Reihe nach die Druckpumpe 1, die Hauptleitung 14. die Lagerkammer Z die Rückführleitung, die Absaugpumpe 4, der Ölkühler 5, der Öl/-Luft-Abscheider 6 sowie der Druckausgleichsspeicher 7 an der zur Druckpumpe 1 führenden Olversorgungsleitung 11 sind. Ein Wiederauffüllen des ölvorrates der Lagerkammer 2 im Flugbetrieb (Horizontalflug) ohne extreme ^-Belastungen) kann in sinngemäßer Weise zur geschildenen Startphase durch öffnen des Ventils 17 über den wiederanstehenden Förderdruck der Nebenpumpe 9 erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Die Erfindung bezieht sich auf eine Ölversorgungs-Patentansprüche: einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

1. Ölversorgungseinrichtung für beliebigen Flugsi- Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS tuationen aussetzbare Gasturbinentriebwerke, ins- 5 31 37 947 bekannt.