DE3737844C1 - Schmiereinrichtung fuer eine Turbomaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmiereinrichtung für eine Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 35 22 595 ist eine Schmiereinrichtung der gattungsmäßigen Art bekannt. Diese Schmiereinrichtung weist eine mechanisch mit der zentralen Rotorwelle der Turbomaschine verbundene Zentrifugalhauptpumpe auf, deren durch die Auslaßleitung strömendes Öl eine im Ölbehälter angeordnete Booster-Pumpe, bestehend aus einem Booster-Turbinenabschnitt und einem Booster-Pumpenabschnitt, antreibt, wobei der Booster-Pumpenabschnitt Öl aus dem Ölbehälter abzieht und in die Saugleitung der Zentrifugalhauptpumpe pumpt. Das aus dem Booster-Turbinenabschnitt ausfließende Öl wird über ein Regulierventil der Hauptversorgungsleitung zugeführt. Zur Überbrückung der Minderleistung bzw. der Nullförderung der Zentrifugalhauptpumpe bei Unterschreiten einer Mindestdrehzahl der Rotorwelle ist zusätzlich im Ölbehälter eine Zusatzpumpe als Verdrängerpumpe angeordnet. Diese Zusatzpumpe wird durch einen separaten Motor angetrieben und zieht Öl aus dem Ölbehälter und pumpt es in die Hauptversorgungsleitung. Dieses Schmiersystem ist konstruktiv sehr aufwendig und regelungstechnisch kompliziert, da es jede Unterbrechung der Schmierölförderung bei Unterschreiten der erforderlichen Mindestdrehzahl für die Zentrifugalhauptpumpe anderweitig auffangen muß und zur Überbrückung der unterbrochenen Förderleistung eine Zusatzpumpe installiert werden muß, deren Antrieb von der Drehbewegung der zentralen Rotorwelle abhängig ist und zusätzlich Energie verbraucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schmiersystem für eine Turbomaschine zu schaffen, das in einfacher und kostengünstiger Weise die Schmierung der Verbraucherstellen des Turbosatzes während aller Betriebsphasen der Turbo­ maschine sicherstellt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schmiersystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.

Die bisher bekannten Schmiersysteme sind dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Ölbehälter nur einige Meter bis maximal 3 Meter unterhalb des Niveaus der zentralen Rotorwelle und der damit verbundenen Hauptölpumpe angeordnet werden kann oder die ungünstige, sehr stark von der Drehzahl der Rotorwelle abhängige Förderleistung der Zentrifugalhauptpumpe durch Hilfs- und/oder Zusatzpumpen unterstützt bzw. ersetzt werden muß. Alle diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Schmiersystem vermieden.

Die auf dem Ölbehälter oder alternativ im Ölbehälter angeordnete Ölpumpeneinheit, bestehend aus einem Motor und einer mechanisch damit verbundenen Pumpe, zieht Öl aus dem Ölbehälter und pumpt es über die Hauptversorgungsleitung zu den einzelnen Verbraucherstellen des Turbosatzes. In dieser Ölpumpeneinheit mit einem Motor und die Pumpe umfassenden Verbindungsgehäuse sind in vorteilhafter Weise zwei gleich große und baugleiche Verdränger vorgesehen. Durch diese konstruktive Anordnung kann die Ölpumpeneinheit kostengünstig hergestellt und die Ersatzteilhaltung vereinfacht werden.

Der Auslaß des Motors ist mit der Saugleitung der Hauptölpumpe verbunden und bildet mit der Auslaßleitung, die mit dem Einlaß des Motors verbunden ist, zusammen mit der Hauptölpumpe einen fluidmäßig unter Druck stehenden Kreislauf. Die Drehzahl des Motors und damit der Ölpumpeneinheit ergibt sich aus dem Förderstrom der Hauptölpumpe. Der Druck in der Auslaßleitung, abgesichert durch ein Überdruck-Sicherheitsventil, wird durch den Förderdruck der Hauptölpumpe bestimmt. Durch das Antreiben des Motors wird dieser Druck stark abgebaut, wobei angestrebt wird, daß am Auslaß des Motors noch Überdruck vorhanden ist. Die Einregulierung dazu erfolgt über einen Druckregler, der in einer Verbindungsleitung von der Hauptversorgungsleitung zur Saugleitung der Hauptölpumpe angeordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, daß in dem geschlossenen Kreislauf zwischen Hauptölpumpe und Motor der Ölpumpeneinheit an keiner Stelle Atmosphärendruck erreicht bzw. unterschritten wird. Die bislang immer als kritisch angesehene Blasenbildung in der Saugleitung, die zu Kavitationsschäden an der Hauptölpumpe bzw. zum Zusammenbrechen der Ölförderung führen kann, wird damit vermieden. Die Leckverluste in diesem Kreislaufsystem, die zum einen durch eine an der Hauptölpumpe angeordnete Entlüftungsleitung und zum anderen durch die Abführleitung zum Ölbehälter entstehen, werden durch die Verbindungsleitung von der Hauptversorgungsleitung zur Saugleitung der Hauptölpumpe ebenfalls ausgeglichen. Diese Leitung erfüllt zusätzlich noch den Zweck, daß ständig aus dem Ölbehälter abgezogenes gekühltes Öl dem Kreislauf zugeführt und über eine Abführleitung erwärmtes Öl von der Saugleitung der Hauptölpumpe dem Kreislauf entzogen und in den Ölbehälter zurückgeführt wird. Damit können die entstehenden Reibleistungen, die zu einer nicht erwünschten Erwärmung des Öles in dem Kreislaufsystem führen, sicher abgeführt werden. Der ständig in dem Kreislaufsystem aufrechterhaltene Überdruck ermöglicht es, den Ölbehälter sehr viel tiefer zu legen als bisher, so daß alle bautechnischen Vorteile bei der Festlegung der Fundamente und Zwischengeschosse voll ausgeschöpft werden können.

Vor dem Anfahren der Turbomaschine wird das Schmiersystem durch eine unabhängig von der Drehbewegung der Turbomaschine angetriebene Hilfsölpumpe gefüllt. Diese Hilfsölpumpe, die ebenfalls in der Nähe des Ölbehälters angeordnet ist, zieht Öl aus dem Ölbehälter und füllt die Hauptversorgungsleitung und führt damit allen Verbraucherstellen des Turbosatzes Schmieröl zu. Durch die Verbindungsleitung von der Hauptver­ sorgungsleitung zur Saugleitung und einer weiteren Verbindungsleitung von der Saugleitung zur Auslaßleitung der Hauptölpumpe wird auch das Kreislaufsystem gefüllt. Die in den Leitungen angeordneten Rückschlagklappen sorgen dafür, daß bei Druckanstieg kein unerwünschter Rückfluß des Schmieröles in die falsche Richtung eintritt. Die Hauptölpumpe ist ebenfalls wie die Maschinen der Ölpumpeneinheit eine Zahnradpumpe. Sie hat den Vorteil, daß durch die steile Förderdruckcharakteristik, unmittelbar nach Anlauf des Turbosatzes Druck in der Auslaßleitung erzeugt und damit der Motor der Ölpumpeneinheit angetrieben wird. Die Hilfsölpumpe kann deshalb frühzeitig wieder abgeschaltet werden, ohne daß die Schmierung der Verbraucherstellen des Turbosatzes gefährdet wird.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigt die Figur eine schematische Ansicht des erfinderischen Schmiersystems für eine Turbomaschine.

In der Figur ist in stark vereinfachter Weise ein Turbosatz, bestehend aus einer Turbomaschine 1 und einem Generator 2 dargestellt, der über eine zentrale Rotorwelle 3 die Hauptölpumpe 4 antreibt. Diese Hauptölpumpe 4 weist einen Einlaß 5, der mit der Saugleitung 6 und einen Auslaß 7 auf, der mit der Auslaßleitung 8 verbunden ist. In der Nähe des Ölbehälters 9 ist eine Ölpumpeneinheit 10 angeordnet, die aus einem Motor 11 und einer Pumpe 12 besteht. Beide Maschinen 11, 12 sind mechanisch über eine Kupplung 13 miteinander verbunden und in einem Verbindungsgehäuse 14 zu einer Einheit zusammengefaßt. Der Einlaß 15 des Motors 11 ist mit der Auslaßleitung 8 der Hauptölpumpe 4 und der Auslaß 16 des Motors 11 mit der Saugleitung 6 der Hauptölpumpe 4 verbunden. Dadurch ergibt sich zwischen Hauptölpumpe 4 und Motor 11 der Ölpumpeneinheit 10 eine fluidmäßig unter Druck stehendes Kreislaufsystem, dessen Fluidrichtung durch die Pfeile 17, 17′ angedeutet ist. Die Pumpe 12 der Ölpumpeneinheit 10 zieht, hier angedeutet durch den Pfeil 18, Öl aus dem Ölbehälter 9 und pumpt es, hier angedeutet durch die Pfeile 19 und 20, 20′ in die Hauptversorgungsleitung 21. Von der Hauptversorgungsleitung 21 fließt das Öl zu den einzelnen Verbraucherstellen des Turbosatzes, hier schematisch durch die Umrandung 22 dargestellt und über eine Sammelrückleitung 23 zurück in den Ölbehälter 9. Während des Betriebes entstehen in dem Kreislaufsystem Reibleistungen, die zu einer nicht gewünschten Erwärmung des Öles führen und deshalb abgeführt werden müssen. Zu diesem Zweck ist an der Saugleitung 6 eine Abführleitung 24 angeordnet, über die ständig warmes Öl dem Kreislaufsystem entzogen wird und dieses in den Ölbehälter 9 zwecks Kühlung abfließt.

Damit in der Saugleitung 6 durch den durch den Antrieb des Motors 11 verursachter Druckabfall kein Atmosphären- oder sogar Unterdruck herrscht, ist in der Verbindungsleitung 28 ein Druckregler 25 angeordnet. Durch diesen Druckregler 25 kann der gewünschte Überdruck in der Saugleitung 6 einreguliert werden. Damit wird die gefürchtete Blasenbildung in der Saugleitung 6 vermieden und die Hauptölpumpe 4 nicht durch Kavitation zerstört.

Zur Absicherung des Überdruckes in der Auslaßleitung 8 ist ein Überdruck-Sicherheitsventil 26 in einer von der Auslaßleitung 8 abzweigenden Meßleitung 37 angeordnet. Die Entlüftung der Hauptölpumpe 4 erfolgt über eine Entlüftungsleitung 27, die das dabei mitgeführte Öl dem Ölbehälter 9 zuführt. Die Leckageverluste des Kreislaufsystems, einmal verursacht durch die Entlüftungsleitung 27 und zum anderen durch die Abführleitung 24, werden durch eine Verbindungsleitung 28 zwischen der Hauptversorgungsleitung 21 und der Saugleitung 6 ausgeglichen. Über diese Leitung 28 wird auch das gekühlte Öl dem Kreislaufsystem zugeführt. Das durch die Reibungsverluste im Kreislaufsystem erwärmte Öl wird über die Leitung 24, in der eine Blende eingebaut ist, abgeführt.

Vor dem Anfahren des Turbosatzes wird das gesamte Schmiersystem über eine in der Nähe des Ölbehälters 9 angeordnete Hilfsölpumpe 29 gefüllt. Diese Hilfsölpumpe 29 wird durch einen von der Drehbewegung des Turbosatzes unabhängigen Antrieb 30 angetrieben. Die Hilfsölpumpe 29 zieht, hier angedeutet durch den Pfeil 31, Öl aus dem Ölbehälter 9 und pumpt es in die Hauptversorgungsleitung 21, so daß allen Verbraucherstellen 22 des Turbosatzes Schmieröl zugeführt wird. Über die Verbindungsleitung 28 wird auch die Saugleitung 6 gefüllt und zum Füllen der Auslaßleitung 8 ist eine Verbindungsleitung 32 zwischen Saug- 6 und Auslaßleitung 8 vorgesehen. Damit ein nicht erwünschter Rückfluß des Öles in die falsche Richtung vermieden wird, sind in den verschiedenen Leitungen Rückschlagklappen 33, 34, 35, 36 angeordnet.

Claims (5)

1. Schmiereinrichtung für eine Turbomaschine mit einer mechanisch mit der zentralen Rotorwelle verbundenen Hauptölpumpe, die einen mit einer Saugleitung verbundenen Einlaß und einen mit einer Auslaßleitung verbundenen Auslaß aufweist, und einer im Bereich eines Ölbehälters angeordneten, hydraulisch angetriebenen aus einem Motor und einer Pumpe bestehenden Ölpumpeneinheit, wobei der Motor der Ölpumpeneinheit durch das aus der Auslaßleitung der Hauptölpumpe strömende Öl angetrieben und die Pumpe mechanisch durch den Motor angetrieben ist und Öl aus dem Ölbehälter abzieht, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptölpumpe (4) und der Motor (11) der Ölpumpeneinheit (10), dessen Auslaß mit der Saugleitung (6) der Hauptölpumpe (4) verbunden ist, zusammen mit den Leitungen (6, 8) fluidmäßig einen unter Druck stehenden geschlossenen Kreislauf bilden und die Pumpe (12) der Ölpumpeneinheit (10) Öl in die Hauptversorgungsleitung (21) zu den Verbraucherstellen pumpt, wobei für den Ausgleich der Leckverluste und zur Abführung der dem Öl durch die auftretenden Reibleistungen zugeführten Wärme die Saugleitung (6) der Hauptölpumpe (4) eine Verbindungsleitung (28) mit einem Druckregler (25) zur Hauptversorgungsleitung (21) sowie eine mit einer Blende versehene Abführleitung (24) zum Ölbehälter (9) aufweist.

2. Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptölpumpe (4) eine nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Pumpe ist.

3. Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (12) und der Motor (11) der Ölpumpeneinheit (10) Maschinen sind, die entweder nach dem Prinzip der Zentrifugalkraft oder der Verdrängung arbeiten.

4. Schmiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ölpumpeneinheit (10) der Motor (11) und die Pumpe (12) durch zwei gleich große und baugleiche Verdränger in Form einer Zahnradpumpe und eines Zahnradmotors angeordnet sind.

5. Schmiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auffüllen des Schmiersystems zwischen der Saug- (6) und der Auslaßleitung (8) der Hauptölpumpe (4) eine eine Rückschlagklappe (36) aufweisende Verbindungsleitung (32) angeordnet sind.