DE3403401A1

DE3403401A1 - Schmieroelsystem fuer gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE3403401A1
Application number: DE19843403401
Authority: DE
Inventors: Stanley Wotton-under-Edge Gloucestershire Smith
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1983-02-11
Filing date: 1984-02-01
Publication date: 1984-08-16
Also published as: FR2540936B1; GB8303903D0; FR2540936A1; JPS59153926A; GB2135740B; US4576001A; GB2135740A; JPH0423096B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Schmierölsystem für Gasturbinentriebwerke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

Bei.herkömmlichen Schmierölsystemen saugt die Hauptölpumpe öl aus dem Ölbehälter an und fördert es zu den Lagerkammern, während Ablauf pumpen das öl aus den Lagerkammern wieder absaugen und in einen Luftabscheider leiten, bei welchem es sich um eine Abscheiderkammer handelt, die unter niedrigem Druck steht und aus welcher die aus dem öl abgeschiedene Luft in die Außenluft entlüftet wird. Aus der Abscheiderkammer wird das öl gewöhnlich über ölfilter und Ölkühler in den Ölbehälter zurückgepumpt. Dabei bedingt natürlich jeder'Pumpvorgang eine gewisse Erwärmung des Öls.

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In der GB-Patentarimeldung 2 071 510 ist bereits vorgeschlagen worden, einen Fliehkraftabscheider gleichzeitig als Ölpumpe zu verwenden und entsprechend auszubilden, vieiter ist es aus der GB-Patentanmeldung 2 043 799 bekannt, daß dadurch, daß Druckluft aus den Lagerkammern des Triebwerks zum Abscheider geleitet wird, diese Luft das öl zum

Abscheider mitnimmt und auf diese Weise die Ablaufpumpen entfallen können, so daß der Abscheider das öl unmittelbar in den ölbehälter zurückleiten kann,

Außerdem sind bei herkömmlichen ölsystemen, bei welchen die Hauptölpumpe aus dem ölbehälter ansaugt, spezielle Anordnungen getroffen worden, um sicherzustellen, daß die Lager stets mit öl versorgt v/erden, auch wenn das Flugzeug besondere Flugmanöver ausführt,· bei denen der ölbehälter beispielsweise kopfsteht und der Hauptpumpeneinlaß nicht mehr in das öl eingetaucht ist. Die hierfür. vorgesehenen Maßnahmen erfordern den Einsatz von Hilfspumpen oder Abänderungen des Ölbehälters oder anderer Komponenten des ölsystems, die alle das Schmierölsystem weiter verkomplizieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmierölsystem zu schaffen, das nur einen minimalen Kompliziertheitsgrad aufweist und trotzdem eine ständige Schmieröl-Versorgung der Triebwerkslager bei allen denkbaren Flugmanövern sicherstellt.

Hierbei ist speziell eine Ausführung eines Schmierölsystems der in Rede stehenden Gattung anzustreben, bei welchem die Anzahl der benötigten Zahnradpumpen möglichst gering ist und das in allen möglichen Fluglagen einschließlich Kunstfluglagen mit einer einzigen Zentrifugalpumpe auskommt.

Ferner ist hierbei anzustreben, das Schmierölsystem ohne Ventile auszubilden.

Diese Aufgabe wird bei einem Schmierölsystem für Gasturbinentriebwerke der in Rede stehenden Gattung gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß, solange Öl aus den Lagerkammern zum Fliehkraftabscheider zurückströmt, dieses öl kontinuierlich zirkuliert wird, und daß, falls der ÖIforderdruck unter den im Ölbehälter herschenden Druck abfallen sollte, was auf eine Unterbrechung der ölzufuhr hinweist, der ölbehälter aufgrund der Druckdifferenz automatisch öl zum Abscheider zuführt.

Zur ölzirkulation dient vorzugsweise ein in einer Kammer des umlaufenden Abscheiders feststehend angeordneter Schöpflöffel, der umlaufendes öl vom Wandbereich dieser Kammer aufnimmt und zu den Lagerkammern leitet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jede Lagerkammer eine Mehrzahl von AblaufÖffnungen an verschiedenen Stellen auf, um sicherzustellen, daß stets öl aus den Lagerkammern ablaufen kann, unabhängig von der jeweiligen Lage der Lagerkammern bzw. des Flugzeugs während ungewöhnlichen Flugmanövern.

Des v/eiteren ist der ölbehälter vorzugsweise mit einer Entlüfteöffnung an einer Stelle versehen, die gegenüber dem Einlaß der vom ölbehälter zum Fliehkraftabscheider führenden Ölleitung liegt und ebenfalls mit dem Inneren des Fliehkraftabscheiders in Verbindung steht, um einen alternativen ölzuführungsweg im Falle von Kunstflugmanüverη bereitzustellen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnalime auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die

grundsätzlichen Komponenten des

erfindungsgemäßen Schmierο!systems,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ein

Teil des in Fig. 1 dargestellten Schmierölsystems, und

Fig. 3 die Schöpflöffelanordnung nach

Fig. 2 mehr im einzelnen.

Die Zeichnungen zeigen ein Schmierölsystem für ein Gasturbinentriebwerk 1, wobei das System einen ölbehälter 2, Lagerkamrnern 3, von denen nur eine dargestellt ist, einen Fliehkraftabscheider 4, der gleichzeitig als Pumpe wirkt, und einen Ölkühler 5 umfaßt. Die Lagerkammer 3 wird mittels einer Ablaufeinrichtung gespült, zu welcher eine Leitungsanordnung 10 mit einem· Hauptablauf 12 und mehreren Hilfsablaufen 14 gehört, die an verschiedenen Stellen der Lagerkammer angeordnet sind, so daß stets bei jeder Fluglage mindestens ein Ablauf mit Öl gespeist wird. Durch berührungsfreie Dichtungen 16 tritt unter Druck stehende Luft von außerhalb der Lagerkammer in diese ein. Diese Luft dient nicht nur als Sperrluft zur Verhinderung eines /msleckens von öl aus der Lagerkammer durch die berührungsfreien Dichtungen, sondern auch zur Erzeugung eines Druckluftstromes aus der Lagerkammer in die Ablaufleitungsanordnung, um das öl aus der Kammer durch die Abläufleitungsanordnung hindurchzutreiben. Die Verbindungen der Hilfsabläufe 14 mit der Hauptablaufleitung enthalten eine Drossel λύ, die einen übermäßigen Luftstrom aus der Lagerkammer 3 verhindert, wenn kein öl durch die Hilfsabläufe befördert wird.

Durch die Ablaufleitungsanordnung gelangt das Luft-öl-Gemisch aus den Lagerkammern in den Einlaß des Fliehkraftabscheiders, wo das Gemisch durch Düsen 20 mit hoher Geschwindigkeit austritt und in einer solchen Richtung auf Schaufeln 22 im Abscheider austritt, daß der Antrieb des Abscheiders dadurch unterstützt wird.

Der Abscheider 11 v/eist einen auf einer Antriebswelle sitzenden Abscheiderkörper 24 auf und enthält in seinem Inneren eine oder mehrere Kammern 2 8, die jeweils mit einem steifen porösen Material, beispielsweise mit "Retimet" gefüllt sind.

Ein geeigneter Abscheider ist in der GB-PS 1 503 212 beschrieben, so daß auf Einzelheiten nicht näher eingegangen wird. Die grundsätzliche Funktion liegt darin, -daß das Luft-öl-Gemisch nach dem Auftreffen auf die Schaufeln 22 durch eine Einlaßöffnung 30 in den Abscheider eintritt und durch die Poren des umlaufenden porösen Materials hindurchtritt, wobei das öl von den umlaufenden porösen Material in Umfangsrichtung mitgenommen wird und dadurch eine Zentrifugalbeschleunigung erfährt und radial nach außen geschleudert wird. Die weniger dichte Luft gelangt durch einen Luftauslaß 32 im radial inneren Bereich des Abscheiders hindurch und tritt durch eine oder mehrere öffnungen 34 aus dem Abscheider in das Innere der hohlen Antriebswelle aus. Von dort aus wird die Luft aus dem Triebwerk entlüftet.

Das öl läuft dann zusammen mit der radial äußeren Wand des Abscheiders mit um und sammelt sich in einer Kammer 36 an dem, dem Einlaß gegenüberliegenden Abscheiderende. In dieser Kammer 36 ist ein feststehender Schöpflöffel 38 angeordnet, dessen Einlaß "radial außen auf einem Radius liegt, auf welchem der Zentrifugaldruck der Flüssigkeit zusammen mit deren Umfangsgeschwindigkeit den erforderlichen Förderdruck ergibt. Der Einlaßquerschnitt des Schöpflöffels ist so bemessen, daß der Schöpflöffel einen ausreichend großen Förderstrom zur Ölversorgung der Lager mit dem betreffenden Druck aufnimmt. Aus dem Schöpflöffel 38 strömt das öl durch einen Diffusor 39 zur Hauptölzufuhrleitung 40, die in die Lagerkammern führt. Der Diffusor 39 wandelt die Geschwindigkeit des in den Schöpflöffels eintretenden Öls in Druck um. überschüssiges, nicht

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von dera Schöpflöffel aufgenommenes öl läuft in einen zweiten Auslaß 41 ab, der als einfaches Rohr oder als zweiter Schöpflöffel gemäß Fig. 3 ausgebildet sein kann, und strömt dann in den ölbehälter zurück. Die Höhe des zweiten Auslasses 41 ist so gewählt, daß der sich darin aufbauende Druck mit dein im ölbehälter herrschenden Druck verträglich ist, wie später noch erläutert wird.

In den ölbehälter.2 wird verdichtete Luft durch eine Leitung 42 zugeführt, um den ölbehälter unter einem vorgegebenen Druck zu halten, der nachstehend als Behälterdruck bezeichnet wird, und zwischen dem Boden des Ölbehälters und dem zweiten Auslaß 41 des Fliehkraftabscheiders verläuft eine Leitung 43. Der Zweck dieser Anordnung liegt darin, einen in beiden Richtungen verfügbaren Strömungsweg für das.öl zwischen dem Abscheider und dem ölbehälter zur Verfügung zu haben, je nach den jeweiligen Drücken an den beiden Enden der Leitung 43. Der ölbehälter kann eine Entlüftung benötigen, wozu eine Entlüfteleitung 44 vorgesehen ist, die unmittelbar in den Einlaß des Abscheiders führt. Der Durchmesser dieser Entlüfteleitung wird so klein wie möglich gehalten, um einen übermäßigen Verlust der zur Behälterdruckerzeugung verwendeten Druckluft zu vermeiden. Die Entlüfteleitung 44 stellt außerdem eine Hilfsolzufuhrleitung zum Abscheider bei Kopflage des Flugzeugs dar.

Das beschriebene Schmierölsystem arbeitet folgendermaßen:
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Die Geschwindigkeit des in den Schöpflöffel 38 eintretenden Öls in Verbindung mit dem Zentrifugaldruck aufgrund der Tiefe des abgeschiedenen Öls an der radial äußeren Kammerwand erzeugt einen ausreichenden Förderdruck, um das öl durch die ölzufuhrleitung 40 zu den Lager-

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kammern 3 zu fördern. Dabei strömt das Öl durch den ölkühler 5, der in der ölzufuhrleitung 40 angeordnet ist. Nach Schmierung der Lager wird das öl durch die Ablaufleitungsanordnung 10 in Form eines Luft-öl-Gemisches zum Einlaß des Abscheiders zurückbefördert, wo es nach Energieabgabe an die Schaufeln 22 von dem porösen Material in der Abscheiderkammer 28 aufgenommen wird. Durch Arbeitsleistung im Abscheider zur Unterstützung von dessen Antrieb verliert die Luft Energie und kühlt sich dadurch ab, wodurch sowohl die dem öl zugeführte Wärme als auch die zum Antrieb des Abscheiders erforderliche Energie verringert werden. Das abgeschiedene öl wird über den Schöpflöffel 38 in der oben beschriebenen Weise zu den Lagern rezirkuliert, überschüssiges öl in der Kammer 36, das sich an deren Außenwand aufbaut und die Zentrifugaldruckhöhe und folglich den Öldruck erhöht, kann sich nur solange ansammeln, bis der zweite Auslaß 41 in dieses öl einzutauchen beginnt. Der Radius, auf welchem dieser zweite Auslaß angeordnet ist, ist so gewählt, daß, wenn das öl diesen zweiten Auslaß erreicht, der auf diesen Auslaß wirkende Zentrifugaldruck gleich dem Behälterdruck im ölbehälter ist. Nimmt die radiale öltiefe in der Kammer 36 weiter zu, treibt der dann wachsende Öldruck am zweiten Auslaß 41 das überschüssige öl in den ölbehälter zurück.

Wenn aus irgendwelchen Gründen, beispielsweise in Folge von Kunstflugmanövern, weniger öl in den Abscheider zurückfließt, als durch den Schöpflöffel 38 abgeführt wird, fällt der ölspiegel auf der äußeren Viand der Kammer 3b und gibt den zweiten Auslaß 41 frei, wodurch druckbeaufschlagtes öl aus dem .Ölbehälter in den Abscheider nachfließen und diesen auffüllen kann. Das System ist also vollständig selbstregelnd und absolut fluglageunabhängig. Es arbeitet selbst dann zuverlässig weiter, wenn der ölbehälter leer ist, vorausgesetzt, daß dann ein ausreichender Ablaufstrom aus den Lagerkammern zum Abscheidereinlaß

erfolgt, was aber stets der Fall ist, wenn sich in dem Schmierölsystem insgesamt eine ausreichende ölmenge befindet.

In Abhängigkeit von dem Druck im ölbehälter kann ein höherer Druck am zweiten Auslaß 41 erforderlich sein, als er durch die Zentrifugaldruckhöhe allein erzeugt wird, so daß der zweite Auslaß, wie schon erwähnt, ebenfalls in Form eines Schopflöffels ausgebildet sein kann, um auch die Geschwindigkeitskomponente des umlaufenden Öls ganz oder teilweise zur Druckerhöhung auszunutzen.

An dem oben grundsätzlich beschriebenen Schmierölsystem sind auch noch gewisse Verfeinerungen möglich.

Beispielsweise kann im Abscheider eine weitere Kammer 50 vorgesehen sein, deren radiale Tiefe größer als diejenige der anderen Kammern 2 8 und 36 ist, und es kann eine Üibürtrittsöffnung 51 zwischen der Kammer 50 und der Kammer 28 vorgesehen sein, wodurch irgendwelche Fremdkörper oder Schrautzteilchen sich in der Kammer 50 sammeln und sich im Zuge der Wartung leicht entfernen lassen.

Des weiteren kann in den Lagerkammern. eine radial einwärts weisende Rinne 54 mit kleinem Abstand von der radial äußeren Lagerkammerwand angeordnet sein, die mit den umlaufenden Teilen in der Lagerkammer verbunden ist. Beim Anlauf in kaltem Zustand, wenn der Luftdruck in der Lagerkammer noch nicht ausreicht, um das kalte, zähe öl durch die Ablaufleitungsanordnung hindurchzutreiben, läuft während des Aufbaus des ölspiegels in der Lagerkammer das öl in die umlaufende Rinne über, die eine Energieanreicherung dieses Öls durch Fliehkraftwirkung bedingt. Ein in diese Rinne eingreifender Schöpflöffel nimmt das öl aus dieser Rinne auf und leitet es unmittelbar in die Ablaufleitung, so daß das öl in den Abscheider zurückgetrieben wird.

Wenn das öl sich erwärmt und seine Zähigkeit abnimmt, übernimmt in zunehmenden Maße die zur üruckbeaufschlagumj dienende Luft die Ablaufförderung des Öls und der ölspiegel fällt in der Lagerkammer wieder ab, bis sich kein Öl mehr in der Rinne 54 befindet. Alternativ zu dem feststehenden Schöpflöffel 56 können öffnungen im Boden der Rinne vorgesehen sein, die in eine Diffusorschnecke führen, durch welche das öl in die Ablaufleitungsanordnung abgeführt wird.

~- LeersiöHe -

Claims

Patentansprüche

1 J Schmierölsystem für Gasturbinen triebwerke, mit einem Ölbehälter, einem Fliehkraftabscheider und einer Ablaufeinrichtung zur Rückführung des Öls aus den Lagerkammern des Triebwerks in den Fliehkraftabscheider, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölbehälter (2) durch Druckluft aus dem Triebwerk mit einem Vordruck beaufschlagt wird, daß weiter eine Verbindungsleitung (43) zwischen dem Ölbehälter (2) und dem Fliehkraftabscheider (4) vorgesehen ist, daß'ferner eine ölfördereinrichtung (33) mindestens einen Teil des durch den Abscheider (4) gelangenden Öls unter Ausnützung der Fliehkraft in die Lagerkammern (3) des Triebv/erks fördert, und daß ein Hilfsauslaß (41.) vorgesehen ist, durch welchen überschüssiges, von der ölfördereinrichtung nicht benötigtes und unter einem höheren Druck als der genannte Vordruck stehende öl in den Ölbehälter geleitet wird.
2. Schmierölsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ölfördereinrichtung einen Schöpflöffel (33) aufweist, der feststehend in einer Kammer (36) des umlaufenden Abscheiders angeordnet ist und öl aus dem radial äußeren Wandbereich der Kammer aufnimmt.
3. Schmierölsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schöpflöffel einen Diffusor (39) enthält.

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4. Schmierölsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsauslaß (41) zum Abführen über-

schüssigen Öls in den ölbehälter in der den Schöpflöffel (33) enthaltenden Kammer (36) derart angeordnet ist, daß er öl aus dem radial äußeren Kammerwandbereich, jedoch auf einen kleineren Radius als der Schöpflöffel, aufnimmt. 5
5. Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufeinrichtung jeder Lagerk,amuicr eine Mehrzahl von Abläufen (.12, 14) an verschiedenen Stellen der Lagerkammer aufweist, die der-

1ü art angeordnet sind, daß in jeder beliebigen Fluglage mindestens einer der Abläufe öl erhält.
6. Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ölbehälter (2) mit einer Entlüftung (44) versehen ist, die sich an einer bezüglich der Verbindungsleitung (43) zum Abscheider gegenüberliegenden Stelle befindet und ebenfalls mit dem Inneren des Fliehkraftabscheiders (4) in Verbindung steht.
7. Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufeinrichtung jeder Lagerkaiaiaer eine nahe der Lagerkammerumfangswand angeordnete, mit der umlaufenden Konstruktion verbundene, radial einwärts weisende ringförmige Rinne (54) und eine ölaufnahmeeinrichtung (56) zum Abführen'von sich in dieser Kinne sammelndem öl zu einem mit dem Fliehkraftabscheider in Verbindung stehenden Lagerkammerauslaß auf v/eist.

3. Schmierölsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ölaufnahmeeinrichtung einen Schöpflöffel (56) aufweist, der nahe dem radial äußeren Boden der Rinne (54) feststehend angeordnet ist.