DE3624087A1 - Schmieroel-regeneriervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmieröl-Regeneriervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung der angegebenen Art (US-PS 39 15 860, ähnlich auch US-PS 28 39 196, 36 16 885 und DE-0S 28 48 795) wird das vorgereinigte Schmieröl in der Ver­ dampfungskammer über eine Heizfläche geleitet und dadurch aufgeheizt; die dabei aus dem Schmieröl abgedampften Bestand­ teile, insbesondere Kraftstoff und Wasser, werden über den Gas-Auslaß abgeleitet. Derartige Vorrichtungen können kompakt aufgebaut sein und deshalb an der Brennkraftmaschine vorge­ sehen werden.

Es hat sich gezeigt, daß Vorrichtungen der angegebenen Art bei Dieselmotoren keine zufriedenstellende Reini­ gungswirkung haben. Dies gilt besonders bei großen Dieselmaschinen, insbesondere Tauchkolbenmaschinen, wie sie zum Antrieb von Schiffen Verwendung finden. Deshalb ist bisher bei derartigen Maschinen das Schmieröl ver­ hältnismäßig häufig gewechselt worden, und das anfallende Altöl wurde gesammelt und an anderer Stelle regeneriert, normalerweise in einem dafür eingerichteten Spezialbetrieb. Das ist sehr unbequem und aufwendig, besonders im Fall von Schiffsmaschinen, weil dann für die verhältnismäßig große Lagermenge an Schmieröl wertvoller Schiffsraum in Anspruch genommen wird.

Die vorliegende Erfindung geht davon aus, eine Vorrichtung zum Regenerieren von Schmieröl zu schaffen, die auch bei Dieselmotoren, insbesondere solchen für Schiffsantrieb, zufriedenstellend arbeitet und zur Verwendung an der Brennkraftmaschine geeignet ist, so daß die Regenerierung im Schmierölkreislauf der Maschine vorgenommen werden kann und die beschriebenen Nachteile in bezug auf das Sammeln und Versenden großer Schmierölmengen sowie deren Aufarbeitung an anderer Stelle entfallen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit der Vorrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung eine zufriedenstellende Regenerierung von Schmieröl auch im Fall von Dieselmotoren an der Maschine und während des Betriebes der Maschine möglich ist, wobei nur ein mäßiger Aufwand für die Teilkondensations- Trenneinrichtung erforderlich ist. Dies gilt auch im Fall von Schiffsantriebs-Dieselmotoren; gerade dabei fällt der Vorteil, daß das Schmieröl an der Maschine aufgearbeitet wird, besonders stark ins Gewicht. Außer­ dem wird durch das Regenerieren an der Maschine die Schmierwirkung des Schmieröls ständig auf einem hohen Niveau gehalten, so daß der Verschleiß der Maschine ent­ sprechend herabgesetzt ist. Wirtschaftlich ergeben sich bedeutsame Vorteile, weil sowohl die Kosten eines häu­ figeren Ölwechsels als auch die Kosten für ein Aufarbeiten an anderer Stelle entfallen, ebenso wie auch die Kosten für das Bevorraten, Sammeln und Versenden von frischem und altem Schmieröl.

Nach derzeitiger Erkenntnis sind die beschriebenen Vor­ teile insbesondere darauf zurückzuführen, daß schon mit einer einfachen und wenig aufwendigen Teilkondensations- Trenneinrichtung eine weitgehende Trennung von üblichen Diesel-Kraftstoffen und üblichen Diesel-Schmierölen möglich ist. Dagegen ist allein durch Erhitzen und Abdampfen, wie bei der eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtung, eine ausreichend weitgehende Trennung der genannten Stoffe nicht möglich.

Es versteht sich, daß leichter flüchtige Verunreinigungen, insbesondere Wasser, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne weiteres praktisch vollständig entfernt werden. Das ist wichtig für den bei Schiffsantrieben häufigen Teil- oder Schwachlastbetrieb, bei dem verhältnismäßig viel Kondensat ins Schmieröl gelangt. Insbesondere bei mili­ tärischen Wasserfahrzeugen ist häufig eine sehr große Leistungsreserve vorgesehen, so daß in der Regel im Schwachlastbereich gefahren wird. Ferner ist es bei mili­ tärischen Wasserfahrzeugen besonders wichtig, lange Betriebszeiten ohne Ölwechsel zu erzielen und Platz und Gewicht zu sparen. Deshalb ist die vorliegende Erfindung besonders für militärische Wasserfahrzeuge von großer Bedeutung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur erläutert nach Art eines Fließdia­ grammes eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Nach der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1 in Form eines Schiffsantriebs-Tauchkolben-Dieselmotors mit einem Hauptstrom-Schmierölkreislauf 3 versehen, der hinter­ einander einen an die Ölwanne 5 der Maschine ange­ schlossenen Tieftank 7, eine darin vorhandene Schmieröl­ menge 9, eine Ölpumpe 11, einen Ölkühler 13 und ein Filter 15 sowie Ventile, zum Beispiel 17, aufweist. Aus dem Filter 15 strömt das Schmieröl zurück in das Kurbel­ gehäuse 19 der Brennkraftmaschine 1. Die Öltemperatur wird durch einen Thermostaten 21 geregelt, der einen den Ölkühler 13 umgehenden Nebenschluß 23 steuert. An den Schmierölkreislauf 3 ist im Nebenschluß ein Schmieröl- Regenerierkreislauf 25 angeschlossen. Dieser verläuft von einer tiefliegenden Ansaugstelle 27 in dem Tieftank 7 bis zu einer wieder in den Tieftank 7 mündenden Abgabe­ stelle 29 und enthält in der Strömungsrichtung 31 hintereinander eine mechanische Vorreinigungseinrichtung 33 zum Entfernen fester Verunreinigungen, eine Ver­ dampfungskammer 35 und eine Öl-Fördereinrichtung, die bei der dargestellten Ausführungsform je eine Ölpumpe 37, 39 vor und hinter der Verdampfungskammer 35 aufweist. Eine Verdampfungskammer-Heizeinrichtung 41 ist vorge­ sehen, um das in der Verdampfungskammer befindliche Schmier­ öl zu erwärmen. Die Verdampfungskammer 35 hat einen Dampf­ dom 43, an dessen oberster Stelle eine Ableiteinrichtung 45 zum Ableiten der in die Gasphase übergegangenen Verun­ reinigungen angeschlossen ist. Bei der dargestellten Aus­ führungsform ist die Ableiteinrichtung 45 an das Ver­ brennungssystem der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen, und zwar hier an einen Ansaugstutzen 47 der Brennkraft­ maschine 1.

Die Verdampfungskammer 35 hat eine Flüssigkeitsstand- Regeleinrichtung 49, die bei der dargestellten Ausführungs­ form auf ein im Eingang der Verdampfungskammer 35 lie­ gendes stellbares Drosselventil 51 und eine Förder­ leistungs-Stelleinrichtung 52 der ausgangsseitigen Ölpumpe 39 einwirkt und einen vorgegebenen Flüssigkeitsspiegel 53 in der Verdampfungskammer 35 aufrechterhält, so daß darin ein Flüssigkeitsraum 55 und ein Gasraum 57 definiert werden. Der Gasraum 57 setzt sich in den Dampfdom 43 fort. In dem Dampfdom 43 ist eine Teilkondensations-Trenneinrichtung 59 vorgesehen, mit der Bestandteile des Schmieröls vonein­ ander getrennt werden können, die einen verhältnismäßig geringen, aber doch deutlichen Siedepunktsunterschied haben. Dieser Zustand liegt typischerweise bei mit Gasöl als Brennstoff betriebenen Schiffsantriebs-Dieselmotoren vor. Der Siedepunkt des Gasöls kann zum Beispiel in dem Bereich 150 bis 280° liegen, und man verwendet dann Schmieröle, die einen um etwa 70 bis 100° höheren Siedepunkt haben.

Die Teilkondensations-Trenneinrichtung 59 überführt möglichst weitgehend etwaige Gasöl-Anteile, die in das Schmieröl ge­ langt sind in die Gasphase, und beläßt das tiefersiedende reine Schmieröl in der flüssigen Phase. Die Trennwirkung ist erheblich besser als bei einer einfachen Verdampfung ohne Teilkondensation. Es ist dadurch möglich, das Schmier­ öl über sehr lange Betriebszeiten weitgehend frei von relativ leichter flüchtigen Verunreinigungen, insbesondere Gasöl, zu halten. Eine ausreichend vollständige Trennung läßt sich schon mit einer verhältnismäßig einfach ge­ stalteten Teilkondensations-Trenneinrichtung 59 erzielen. So ist bei der dargestellten Ausführungsform der wesent­ liche Bestandteil der Trenneinrichtung 59 ein Rückfluß­ kühler 61. Wenn dieser auf eine Temperatur zwischen den Siedetemperaturen der voneinander zu trennenden Bestand­ teile des Schmieröls gebracht wird, wird die gewünschte Trennung in ausreichendem Ausmaß erzielt.

Bei der dargestellten Ausführungsform weisen der Rückfluß­ kühler 61 und die Verdampfungskammer-Heizeinrichtung 51 je eine Rohrschlange auf; die Rohrschlangen sind von einem mit Abwärme der Brennkraftmaschine 1 in Wärmeaustausch stehenden Wärmeträger durchströmbar. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Rohrschlangen hintereinander in einem Wärmeträgerkreislauf 63 angeordnet, der über einen Wärmetauscher 65 führt und eine Wärmeträger-Förderpumpe 67 enthält. Der Wärmeträger 65 überträgt Wärme aus einer Abgas­ leitung 69 der Brennkraftmaschine 1. Im Sinn der Wärmeträger- Strömungsrichtung 71 liegt die Rohrschlange des Rückfluß­ kühlers 61 stromab von der Rohrschlange der Verdampfungs­ kammer-Heizeinrichtung 41. Durch diese Art der Reihen­ schaltung wird erreicht, daß eine Trenn- und damit Reinigungswirkung der Verdampfungskammer in einem verhält­ nismäßig breiten Temperaturbereich vorliegt. Immer hat nämlich dann der Wärmeträger in dem Rückflußkühler 61 eine etwas niedrigere Temperatur als in der Heizeinrich­ tung 41. Dies wird bei der dargestellten Ausführungsform noch dadurch unterstützt, daß bei der Rohrschlange der Heizeinrichtung 41 ein ausgangsseitiger Abschnitt 73 tiefer in dem Flüssigkeitsraum 55 liegt als der eingangs­ seitige Abschnitt 75.

Um die Trennwirkung weiter zu verbessern, enthält bei der dargestellten Ausführungsform die Trenneinrichtung eine Schüttkörper-Füllung 77 sowie einen Demister 79, der eine koaleszierende Wirkung auf in der Dampfphase schwebende Flüssigkeitsteilchen hat.

Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die Vor­ reinigungseinrichtung 33 einen Zentrifugalseparator 81. Dieser ist leichter zu warten als ein Filter. Der abge­ schiedene Feststoffschlamm kann in einem Schlammtank (nicht dargestellt) gesammelt und/oder verbrannt werden. Damit in dem Zentrifugalseparator 81 eine erwünschte niedrige Viskosität des Schmieröls vorliegt, ist dem Separator ein Vorwärmer 83 vorgeschaltet. Um Energie zu sparen, ist der Vorwärmer 83 mit Abwärme der Brennkraft­ maschine 1 beheizbar. Bei der dargestellten Ausführungs­ form ist zu diesem Zweck der Wärmeträgerkreislauf 63 in einen über den Vorwärmer 83 führenden Nebenkreislauf 85 verzweigt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Ölpumpe 37 mit einer Stelleinrichtung versehen, so daß ein gewünschter, definierter Ölstrom durch den Separator und die Verdampfungskammer geleitet werden kann.

Der in der Verdampfungskammer 35 vorliegende Druck wird von einer Druckeinstelleinrichtung bestimmt, die bei der dargestellten Ausführungsform einfach aus einer in der Ableiteinrichtung 45 vorgesehenen Vakuumpumpe 87 besteht. Mit dem auf diese Weise in der Verdampfungskammer 35 eingestellten unteratmosphärischen Druck wird erreicht, daß der Verdampfungs- und Trennvorgang schon bei verhält­ nismäßig niedrigen Temperaturen ablaufen kann. Dies schützt das Schmieröl vor Schäden durch Crackvorgänge. Vorzugsweise wird in der Verdampfungskammer 35 ein Druck unter etwa 0,5 Atmosphären eingestellt, damit ein merk­ licher Effekt erzielt wird. Da unter Vakuum ein heftiges Ausgasen des Schmieröls auftreten kann, sind Prallbleche 89 in der Verdampfungskammer 35 vorgesehen. Das Ausgasen des Schmieröls und die Trennung seiner Bestandteile werden dadurch begünstigt, daß das Drosselventil 51 im Öl-Eingang 91 der Verdampfungskammer 35 liegt. Die eingangsseitige Ölpumpe 37 sorgt für einen ausreichenden Vordruck an dem Drosselventil 51, und die ausgangsseitige Ölpumpe 39 über­ windet u.a. den Druckunterschied zwischen dem Innendruck der Verdampfungskammer 35 und der Atmosphäre.

Bei der dargestellten Ausführungsform können die aus der Gasphase der Verdampfungskammer 35 erhaltenen Bestandteile des Schmieröls mittels einer Umschalteinrichtung 93 wahl­ weise statt in den Ansaugstutzen 47 in einen anderen Auf­ nahmebereich 95 geleitet werden. Das bietet den Vorteil, daß auch bei stillstehender Brennkraftmaschine 1 die Vor­ richtung weiter betrieben, also das Schmieröl weiter­ gehend gereinigt werden kann. Bei der dargestellten Aus­ führungsform wird der andere Aufnahmebereich 95 von einer Kondensationseinrichtung 97 gebildet, in der die genannten, aus der Gasphase erhaltenen Bestandteile kondensiert und abgeführt werden.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ergibt sich ohne weiteres aus der vorstehenden Beschreibung ihres Aufbaus.

Claims (17)

1. Schmieröl-Regeneriervorrichtung zur Verwendung an einer Brennkraftmaschine, mit einem an den Schmier­ ölkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossenen Regenerierkreislauf, der in Strömungsrichtung hinter­ einander eine Vorreinigungseinrichtung zum Entfernen fester Verunreinigungen und eine Verdampfungskammer aufweist, einer Verdampfungskammer-Heizeinrichtung zum Erwärmen des in der Verdampfungskammer befindlichen Schmieröls und einer Ableiteinrichtung zum Ableiten von in der Verdampfungskammer in die Gasphase überge­ gangenen Bestandteilen des Schmieröls, wobei die Ableit­ einrichtung eingangsseitig an einen Gas-Auslaß ange­ schlossen ist, der am oberen Ende eines Dampfdomes der Verdampfungskammer angeordnet ist, und wobei vor­ zugsweise die Ableiteinrichtung ausgangsseitig an das Verbrennungssystem der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer (35) eine Flüssigkeitsstand-Regeleinrichtung (49) aufweist, die einen Flüssigkeitsraum (55) und einen Gasraum ein­ schließlich des Dampfdomes (43) definiert, und daß in dem Dampfdom (43) eine Teilkondensations-Trenneinrich­ tung (59) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (59) zum Trennen von Ölen eingerichtet ist, die einen Siedepunktsunterschied von etwa 70 bis 100°C haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trenneinrichtung (59) zum Abtrennen von Gasöl von Schmieröl eingerichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (59) einen Rückflußkühler (61) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückflußkühler (61) und die Verdampfungs­ kammer-Heizeinrichtung (41) je eine Rohrschlange aufweisen, daß die Rohrschlangen von einem mit Abwärme der Brennkraftmaschine (1) in Wärmeaustausch stehenden Wärmeträger durchströmbar sind und daß die Rohrschlange des Rückflußkühlers (61) im Sinne der Wärmeträgerströmung stromab von der Rohrschlange der Verdampfungskammer-Heizeinrichtung (41) in Reihe mit dieser geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der Rohrschlange der Verdampfungskammer-Heiz­ einrichtung (41) ein ausgangsseitiger Abschnitt (77) tiefer in dem Flüssigkeitsraum (45) angeordnet ist als ein eingangsseitiger Abschnitt (79).

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (59) einen Demister (79) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorreinigungseinrich­ tung (33) einen Zentrifugalseparator (81) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugalseparator (81) einen Vorwärmer (83) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer (83) mit Abwärme der Brennkraft­ maschine (1) betreibbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckein­ richtung zum Einstellen eines unteratmosphärischen Druckes in der Verdampfungskammer (35).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Verdampfungskammer (35) auf Werte unter 0,5 Atmosphären einstellbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ableiteinrichtung (45) eine Vakuum­ pumpe (87) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Öl-Eingang (91) der Verdampfungskammer (35) ein Drosselventil (51) vor­ gesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung (93) zum wahlweisen Umschalten der Ableiteinrichtung (45) an das Verbrennungssystem der Brennkraftmaschine (1) oder an einen anderen Aufnahmebereich (95).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Aufnahmebereich (95) eine Kondensations­ einrichtung (97) aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einer Brenn­ kraftmaschine in Form eines Schiffsantriebs-Diesel­ motors.