DE4445956A1

DE4445956A1 - Hohlwellenpumpe

Info

Publication number: DE4445956A1
Application number: DE4445956A
Authority: DE
Inventors: Viktor Arbanas; Markus Loos
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1996-06-27

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Hohlwellenpumpe zur Eigenschmie rung der Wälzlager von Turbomaschinen.

Stand der Technik

Für die Ölversorgung der Wälzlager von Turbomaschinen werden häufig Eigenschmierungssysteme, die keine externe Schmieröl pumpe benötigen, verwendet.

Aus der CH-A-451 714 ist eine selbstansaugende Zentrifugal- Schmierölpumpe, auch Hohlwellenpumpe genannt, bekannt. Die an einem Wellenende der Turbomaschine angebrachte Einheit be steht im wesentlichen aus einer Schmierölzentrifuge und einer scheibenförmigen Fliehkraftpumpe.

Die Zentrifuge besitzt einen Staurand und Hilfskanäle zur Ab leitung überflüssigen Schmieröls. Daran schließt sich die Fliehkraftpumpe an, welche als umlaufendes Pumpenrad mit ra dialen Entlüftungskanälen ausgebildet ist. Beim Betrieb der Hohlwellenpumpe entsteht durch die Fliehkraftwirkung auf die in den Entlüftungskanälen rotierende Luftsäule ein Unter druck, mit dem Öl über eine Ölansaugleitung aus einem Ölsumpf in die Zentrifuge gesaugt wird. Der Staurand und die Hilfska näle verhindern, daß dieses Schmieröl über die Entlüftungs kanäle des Pumpenrades abfließt. Sie wirken damit als Trenn stelle zwischen dem anzusaugenden Schmieröl und der den Un terdruck aufprägenden Luftsäule.

Das in der Zentrifuge rotierende Öl erzeugt den für die Schmierung erforderlichen Öldruck. Es wird von der Zentrifuge aus über annähernd axiale Bohrungen direkt in das Wälzlager eingespritzt und fließt anschließend wieder in den Ölsumpf zurück.

Bei tieferen Drehzahlen oder großer Förderhöhe reicht der von der Fliehkraftpumpe erzeugte Unterdruck zum Ansaugen des Schmieröles nicht mehr aus. Es wurde bereits versucht, den Unterdruck durch den Einsatz eines Pumpenrades mit größerem Außendurchmesser zu erhöhen. Aufgrund des vorhandenen Bau raumes und der erforderlichen Festigkeit des Pumpenrades sind derartige Verbesserungen jedoch nur begrenzt möglich.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hohlwellenpumpe zur Ei genschmierung der Wälzlager von Turbomaschinen zu schaffen, die eine wesentlich verbesserte Ansaugleistung besitzt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, an der Fliehkraftpumpe zumindest ein radial freistehender Hohlkörper befestigt ist. Im Inneren jedes Hohlkörpers sind ein Hohlraum sowie in der Fliehkraftpumpe eine entsprechende Anzahl vor zugsweise radialer Bohrungen ausgebildet. Jeder Hohlraum ist mit einer Bohrung zu einem Entlüftungskanal verbunden. Die Austrittsöffnung des Entlüftungskanals ist am äußeren Ende des Hohlkörpers, parallel zur Drehachse der Welle angeordnet.

Durch die Umströmung eines solchen, in der praktisch ruhenden Luft rotierenden Hohlkörpers wird an dessen Austrittsöffnung ein Unterdruck aufgeprägt, welcher sich additiv dem durch die Fliehkraftwirkung entstehenden Unterdruck überlagert. Der auf diese Weise hervorgerufene Unterdruck ist wesentlich größer als der allein durch die Fliehkraftwirkung zu erzielende. Da mit ist eine verbesserte Ansaugleistung verbunden, so daß auch bei tieferen Drehzahlen oder großer Förderhöhe ein selbsttätiges Fördern des Schmieröls aus dem Ölsumpf in die Zentrifuge gewährleistet ist.

In einer ersten Ausführungsform sind die Hohlkörper als Pum penröhrchen mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgebildet. Diese Ausbildung der Hohlkörper wirkt sich besonders vorteil haft auf die Höhe des Unterdruckes aus. Zudem sind solche Pumpenröhrchen relativ leicht zu fertigen und senken deshalb die Herstellungskosten gegenüber herkömmlichen Pumpenrotoren.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Hohlkörper ein stromlinienförmiges Profil. Von derart aerody namisch ausgeformten Hohlkörpern wird die Luft im Raum über dem Ölsumpf weniger stark mitgerissen und verwirbelt, so daß nur relativ geringe Anströmverluste entstehen.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn am äußeren Ende jedes Hohl körpers eine in Umfangsrichtung der Welle ausgerichtete Düse angeordnet und an ihrem Düsenhals über eine Öffnung mit dem Entlüftungskanal verbunden ist.

Durch die Einschnürung der Strömung in einer solchen Düse kann der zum Ansaugen nutzbare Unterdruck in der Zentrifuge weiter vergrößert werden.

Sind auf der Fliehkraftpumpe mehrere Hohlkörper befestigt, werden diese mit Vorteil symmetrisch angeordnet, um dadurch Unwuchten zu vermeiden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfin dung anhand einer Hohlwellenpumpe für Turbolader dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 einen Teillängsschnitt der Hohlwellenpumpe;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Fliehkraftpumpe in einer er sten Ausführungsform, vergrößert dargestellt;

Fig. 3 eine Profildarstellung eines stromlinienförmig ausgebildeten Hohlkörpers;

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, jedoch in ei ner anderen Ausführungsform.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Hohlwellenpumpe ist am Ende der Turboladerwelle 1 ange ordnet (Fig. 1). Sie besteht aus einer mit der Welle 1 ver bundenen hydraulischen Zentrifuge 2 und einer mit dieser zu sammenwirkenden Fliehkraftpumpe 3. Auf letzterer sind zwei radial freistehende und als Pumpenröhrchen mit kreiszylindri schem Querschnitt ausgeformten Hohlkörper 4 befestigt.

Im Inneren der Pumpenröhrchen 4 ist jeweils ein Hohlraum 5 ausgeformt und mit einer entsprechenden radialen Bohrung 6 der Fliehkraftpumpe 3 verbunden, so daß zwei radiale Entlüf tungskanäle 7 entstehen. Diese sind mittels eines als Trenn stelle 8 zwischen dem zugeführten Schmieröl 9 und der Flieh kraftpumpe 3 ausgebildeten T-Kanals mit der Zentrifuge 2 ver bunden. Am äußeren Ende jedes Pumpenröhrchens 4 befinden sich zwei parallel zur Drehachse 10 der Welle 1 angeordnete Austrittsöffnungen 11, die mit dem jeweiligen Entlüftungska nal 7 in Verbindung stehen (Fig. 1, Fig. 2).

Natürlich kann die Fliehkraftpumpe 3 auch mit nur einem oder aber mehr als zwei Hohlkörpern 4 versehen sein. Um Unwuchten zu vermeiden, ist dabei stets darauf zu achten, daß die Hohlkörper 4 symmetrisch angeordnet werden. Bei nur einem Hohlkörper 4 kann dazu ein entsprechendes Gegenstück verwen det werden.

Die Zentrifuge 2 ist mit dem oberen Ende einer Ölansauglei tung 12 verbunden, welche mit ihrem unteren Ende in einen Öl sumpf 13 eintaucht (Fig. 1). Zur Abdichtung der Ölansauglei tung 12 gegenüber der Zentrifuge 2 ist zwischen beiden eine Dichtung 14 angeordnet. Von der Zentrifuge 2 aus führen na hezu axiale Schmierbohrungen 15 zum Wälzlager 16.

Beim Betrieb der Hohlwellenpumpe rotieren die beiden auf der Fliehkraftpumpe 3 befestigten Pumpenröhrchen 4 um die Dreh achse 10. Dabei wird infolge der Fliehkraftwirkung Luft von innerhalb der Zentrifuge 2 durch die Entlüftungskanäle 7 nach außen gefördert. Auf diese Weise wird der Zentrifuge 2 ein Unterdruck gegenüber dem Ölsumpf 13 aufgeprägt, welcher noch verstärkt wird durch den Unterdruck, der sich infolge der An strömung der in der ruhenden Umgebungsluft 17 rotierenden Pumpenröhrchen 4, an deren Austrittsöffnungen 11 ausbildet.

Der Unterdruck führt zum Ansaugen des Schmieröls 9 aus dem Ölsumpf 13 in die Zentrifuge 2. Dort bildet sich ein rotie render Schmierölring 18 aus. Der Öldruck zum Einspritzen des Schmieröls 9 in das Wälzlager 16 wird von der Ölsäule im Schmierölring 18 bis zu den Schmierbohrungen 15 aufgebaut. Dabei regelt der radial nach innen führende T-Kanal 8 das Öl niveau in der Zentrifuge 2 und verhindert das Abfließen des Schmieröls 9 in die Entlüftungskanäle 7. Das über die axialen Schmierbohrungen 15 in das Wälzlager 16 eingespritzte Schmieröl 9 fließt anschließend wieder in den Ölsumpf 13 zurück.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Hohlkörper 4 ein stromlinienförmiges Profil auf (Fig. 3). Bei ihrer Rotation im Raum über dem Ölsumpf 13 reißen sie weni ger Luft mit. Es kommt daher kaum zu Verwirbelungen, weshalb die Anströmverluste geringer bleiben. Natürlich können die Hohlkörper 4 auch weitere, hier nicht beschriebene Formen besitzen.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem jeweils eine Düse 19 am freien Ende der Pumpenröhrchen 4 an geordnet ist und mit diesen zusammenwirkt. Die Düsen 19 sind jeweils an ihrem Düsenhals 20 über eine Öffnung 21 mit dem Hohlraum 5 verbunden.

Mit einer solchen Anordnung wird der nutzbare Unterdruck wei ter vergrößert. Im theoretischen Fall der idealen Über schalldurchströmung einer Lavaldüse, könnte der Druck im Dü senhals 20 fast auf Null abgesenkt werden.

Bezugszeichenliste

1 Turboladerwelle, Welle
2 Zentrifuge
3 Fliehkraftpumpe
4 Hohlkörper, Pumpenröhrchen
5 Hohlraum
6 Bohrung, radial
7 Entlüftungskanal
8 Trennstelle, T-Kanal
9 Schmieröl
10 Drehachse
11 Austrittsöffnung
12 Ölansaugleitung
13 Ölsumpf
14 Dichtung
15 Schmierbohrung
16 Wälzlager
17 Umgebungsluft
18 Schmierölring
19 Düse
20 Düsenhals
21 Öffnung

Claims

1. Hohlwellenpumpe zur Eigenschmierung der Wälzlager von Turbomaschinen, bestehend aus

a) einer auf der Welle (1) der Turbomaschine angeord neten hydraulische Zentrifuge (2) und einer mit ihr verbundenen Fliehkraftpumpe (3), welche der Zentri fuge (2) einen Unterdruck gegenüber einem Ölsumpf (13) aufprägt,
b) innerhalb der Fliehkraftpumpe (3) angeordneten, vorzugsweise radialen Entlüftungskanälen (7), die über eine Austrittsöffnung (11) mit der Umgebungs luft (17) in Verbindung stehen,
c) einer Trennstelle (8) zwischen dem zugeführten Schmieröl (9) und den Entlüftungskanälen (7),
d) einer Ölansaugleitung (12), die mit ihrem unteren Ende in den Ölsumpf (13) eintaucht und an ihrem oberen Ende mit der Zentrifuge (2) verbunden ist, sowie
e) zumindest annähernd axialen, von der Zentrifuge (2) zum Wälzlager (16) führenden Schmierbohrungen (15), dadurch gekennzeichnet, daß
f) an der Fliehkraftpumpe (3) zumindest ein radial freistehender Hohlkörper (4) befestigt ist,
g) im Inneren jedes Hohlkörpers (4) ein Hohlraum (5) sowie in der Fliehkraftpumpe (3) eine entsprechende Anzahl vorzugsweise radialer Bohrungen (6) ausge bildet sind und jeder Hohlraum (5) mit einer Boh rung (6) zu einem Entlüftungskanal (7) verbunden ist,
h) die Austrittsöffnung (11) des Entlüftungskanals (7) am äußeren Ende des Hohlkörpers (4), parallel zur Drehachse (10) der Welle (1) angeordnet ist.

2. Hohlwellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) als Pumpenröhrchen mit kreiszy lindrischem Querschnitt ausgebildet sind.

3. Hohlwellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) ein stromlinienförmiges Profil besitzen.

4. Hohlwellenpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß am äußeren Ende jedes Hohlkörpers (4) eine in Umfangsrichtung der Welle (1) ausgerichtete Düse (19) angeordnet und an ihrem Düsenhals (20) über eine Öffnung (21) mit dem Entlüftungskanal (7) verbunden ist.

5. Hohlwellenpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß an jedem Hohlkörper (4) zumindest zwei Austrittsöffnungen (11) angeordnet sind.

6. Hohlwellenpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hohlkörper (4) angeordnet und symmetrisch auf der Fliehkraftpumpe (3) befestigt sind.