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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Ablenkeinrichtung und insbesondere eine Vorrichtung zum Ableiten
der Strömung
eines Fluids in eine Fluidauslassöffnung, wo es von einem Filter
gesammelt werden kann.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Über
die Jahre hinweg wurde eine Vielzahl von Ablenkeinrichtungen entwickelt,
um die Strömung
eines Fluids in einen Kanal abzuleiten. Beispielsweise beschreibt
das Patent Nr. 4 333 659 der Vereinigten Staaten, das am 8. Juni
1982 Gibbs erteilt wurde, eine rotierende Welle mit einer Ölschleudereinrichtung
zum Pumpen einer Schmiermittelströmung radial weg von einer strömungsabwärtigen Öffnung.
Obwohl derartige konventionelle Fluid-Ablenkeinrichtungen effektiv
sind, hat sich herausgestellt, dass ein Bedürfnis nach einem neuen Ablenksystem vorhanden
ist, welches daran angepasst ist, eine Fluidströmung in einen Filter mittels
Zentrifugalkraft zu zwingen, um so zu verhindern, dass potenzielle Schmutzteilchen
zwischen ein rotierendes Element und ein statisches Element strömen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die daran angepasst
ist, eine Fluidströmung
abzulenken.
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Es ist auch ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die daran angepasst
ist, eine Fluidströmung
in einen Filter abzuleiten.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die daran angepasst
ist, das Fließen
von groben Teilchen zwischen einem rotierenden und einem statischen
Element zu verhindern.
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Es ist noch ein weiteres Ziel der
vorliegenden Erfindung, eine Ablenkeinrichtung bereitzustellen, die
relativ einfach und wirtschaftlich herzustellen ist.
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Deshalb wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Vorrichtung zum Ablenken einer Fluidströmung bereitgestellt, wie in
Anspruch 1 beansprucht.
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Ebenso wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Vorrichtung zum Filtern eines Fluids bereitgestellt, wie in
Anspruch 6 beansprucht.
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In einer bevorzugten Konstruktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Antriebswelle mit einem Abscherbereich an einer
Stelle zwischen einer mit der Antriebswelle gekoppelten Kraftquelle
und der Fluidablenkeinrichtung vorgesehen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Konstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung weist der Filter eine Filteroberfläche auf, die eine Mehrzahl
von Öffnungen
definiert, und ein Spiel ist definiert zwischen der Fluidablenkeinrichtung
und der Umfangsoberfläche.
Das Spiel ist kleiner als die Öffnungen
der Filteroberfläche
des Filters.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachdem so generell die Art der vorliegenden
Erfindung beschrieben wurde, wird nun auf die begleitenden Zeichnungen
Bezug genommen, die als Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform davon
zeigen, und für
die gilt:
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines Hilfsaggregat-Antriebzugs
einer Gasturbinenmaschine; und
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2 ist
eine Schnittansicht einer Schmierölpumpenanordnung der Gasturbinenmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug
genommen und insbesondere auf die 2.
Ein Fluidablenksystem gemäß der vorliegenden
Erfindung, welches generell mit dem Bezugszeichen 10 versehen
ist, wird beschrieben.
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Gemäß einer Anwendung der vorliegenden Erfindung
kann das Fluidablenksystem 10 in Verbindung mit einer Schmierölpumpenanordnung 12 einer Gasturbinenmaschine
(nicht gezeigt) verwendet werden, um eine Ölströmung zu zwingen, durch einen statischen
Filter 14 zu strömen,
der strömungsaufwärts von
zwei parallelen Reihen von Pumpen 16 und 18 des
Flügelradtyps
angeordnet ist, die Öl
unter Druck an Zahnräder
und Lager der Gasturbinenmaschine zuführen, wie nachfolgend beschrieben
werden wird.
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Wie man in der 1 erkennt, weist die Gasturbinenmaschine
(nicht gezeigt) einen Hilfsaggregate-Antriebzug 20 auf,
der aus einer Reihe von Wellen besteht, die miteinander mit Zahnrädern zum Übertragen
von Kraft auf verschiedene Teile der Maschine, beispielsweise die
Schmierölpumpenanordnung 12 und
die Startereinheit 22, verbunden sind. Insbesondere weist
die Schmierölpumpenanordnung 12 eine Ölpumpenantriebswelle 24 mit
einem Ziegelrad 26 auf, welches mit einem korrespondierenden
Kegelrad 28 kämmt,
das an einer Brennstoffpumpenantriebswelle 30 angebracht
ist. Die Antriebswelle 30 ist mit einer Luft atmenden Antriebswelle 32 mittels
einem Paar von Stirnrädern 34 verbunden.
Die Luft atmende Antriebswelle 32 ist an einem entgegengesetzten
Ende davon mit einem Kegelrad 36 versehen, welches mit
einem weiteren Kegelrad 38 kämmt, das an einem ersten Ende
einer Zwischenantriebswelle 40 angebracht ist. Ein zweites
Kegelrad 42 ist auch an der Zwischenantriebswelle
40 angebracht und
greift in ein kooperierendes Kegelrad 44 ein, welches an
einer Antriebswelle 46 befestigt ist, an der auch der Hochdruckverdichterrotor 48 der
Turbinenmaschine angebracht ist. Folglich wird die zum Antreiben
der Schmierölpumpenanordnung 12 benötige Kraft
von der Ölpumpenantriebswelle 24 durch
die Hochdruckverdichter-Antriebswelle 46 übertragen.
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Es wird auf die 2 Bezug genommen. Man kann erkennen,
dass die Ölpumpenantriebswelle 24 ein
erstes Teil 50 aufweist, welches sich durch ein Lagergehäuse 52 erstreckt.
Ein zweites Teil 54 mit einer kleineren Querschnittsabmessung
ist teilweise in einen hohlen Endbereich des ersten Teils 50 der Ölpumpenantriebswelle
eingesetzt und erstreckt sich durch eine im Wesentlichen zylinderförmige Fluidpassage 56,
die in dem Gehäuse 58 definiert
ist, welches ein Pumpengehäuse 59 einschließt. Die
erste und die zweite Reihe von Pumpen 16 und 18 des Flügelzellentyps
sind in dem Pumpengehäuse 59 angeordnet.
Es sei angemerkt, dass die Ölpumpenantriebswelle 24 eine
flexible Kupplung aufweisen kann, um Fehlausrichtungen davon zu
kompensieren.
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Die erste Reihe von Pumpen 16 des
Flügelzellentyps
ist direkt mit der Ölpumpenantriebswelle 24 gekoppelt,
während
die zweite Reihe von Pumpen 18 des Flügelzellentyps mit einem Paar
von Stirnrädern 60 damit
verbunden ist. Wie in der 2 schematisch
gezeigt, sind die erste Reihe und die zweite Reihe von Pumpen 16 und 18 des
Flügelzellentyps jeweils
aus einer Anzahl von Pumpen gebildet, die Ende an Ende auf einer
gemeinsamen Welle angebracht sind. Man erkennt, dass die Pumpen
der gleichen Reihe unterschiedliche Größen und Kapazitäten haben
können.
Beispielsweise können
bestimmte Pumpen verwendet werden, um bei einem niedrigen Druck
zu pumpen, und andere Pumpen können
verwendet werden, um bei einem hohen Druck abzugeben. Eine Ablenkeinrichtung,
wie beispielsweise eine flache kreisförmige Scheibe 62 ragt
von dem Umfang des zweiten Teils 54 der Ölpumpenantriebswelle 24 weg.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Scheibe 62 integral mit der Ölpumpenantriebswelle 24 und
ist mit einer axialen zylinderförmigen
Schürze versehen,
die einen ringförmigen
hohlen Bereich 66 definiert, um deren Gewicht zu minimieren.
Ein knappes Spiel ist zwischen der Scheibe 62 und der Schürze, und
der inneren, sich umfangsmäßig erstreckenden
Wand 63 des Gehäuses 58 vorgesehen.
Die sich umfangsmäßig erstreckende
Wand 63 definiert die Fluidpassage 56, in der
die Scheibe 62 einen Teil des von der ersten und von der
zweiten Reihe von Pumpen 16 und 18 durchgesaugten Öls ablenkt,
wie durch Pfeile 64a und 64b angegeben.
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Bei Betrieb wird die Ölpumpenantriebswelle 24 mit
einer Drehzahl von etwa 500 rpm angetrieben, um Kraft an beide parallelen
Reihen von Pumpen 16 und 18 zu übertragen,
die wiederum das Öl
durch die Fluidpassage 56 saugen, wo es auf die rotierende Scheibe 62 trifft.
Wenn das Öl
mit der oberen Oberfläche
der Scheibe 62 in Berührung
kommt, wird es durch Zentrifugalkräfte nach außen von der Fluidpassage 56 durch
eine Auslassöffnung 68 gezwungen, die
in der inneren, sich umfangsmäßig erstreckenden Wand 63 des
Gehäuses
definiert ist, wie durch den Pfeil 72 angezeigt.
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Das durch die Auslassöffnung 68 strömende Öl wird durch
den statischen Filter 14 strömen, der daran angepasst ist,
feste Partikel aus dem Öl
zu entfernen, bevor es in die Pumpen gelangt. Der statische Filter 14 ist
mit einem perforierten Metallzylinder oder einem feinen Maschennetzgitter 74 versehen, was
eine Mehrzahl von kleinen ausgerichteten Öffnungen (nicht gezeigt) definiert,
die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen jeweiligen Durchmesser von etwa
0,075 Inch (0,19 cm) haben. Das gefilterte Öl wird dann durch eine Passage 76 strömen, die
von dem Gitter 74 zu der ersten und zweiten Reihe von Pumpen 16 und 18 führt. Man
erkennt, dass in diesem speziellen Fall der Spielraum zwischen der
Scheibe 62 und der inneren Wand 63 des Gehäuses 58 in
einem Bereich von etwa 0,02 bis 0,06 Inch (0,051 bis 0,15 cm) ist, um
etwas Ölströmung zwischen
der Scheibe 62 und der inneren Wand 63 zu schaffen,
aber ohne das Hindurchtreten von festen Partikeln zu erlauben, die
zu dem Filter 14 abgelenkt werden und von diesem gesammelt
werden.
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Vorzugsweise ist die Scheibe 62 von
dem Teil der inneren Wand 63 eingeschlossen, welcher die
Auslassöffnung 68 aufweist,
wobei die Schürze 62 in
die Fluidpassage 56 an der Auslassöffnung 68 vorbei ragt,
wie in der 2 gezeigt,
um ein Ansammeln von Schutzpartikeln zu vermeiden, das sich ergeben
könn te,
wenn die Scheibe 62 und die Schürze unterhalb der Auslassöffnung 68 vollständig von
einem Teil der inneren Wand 63 eingeschlossen wären.
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Ein Vorteil des vorangehend beschriebenen Fluidablenksystems 10 liegt
in der Tatsache, dass es das Umlenken und Filtern von Schmutzpartikeln
ermöglicht,
die nicht zwischen dem rotierenden und dem statischen Element hindurch
strömen
können, ohne
dass eine Dichtung zwischen dem rotierenden Element und dem statischen
Element erforderlich ist.
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Wie man in der 2 erkennen kann, ist der zweite Teil 54 der Ölpumpenantriebswelle 24 mit
einem Abscherbereich 80 versehen, der bruchanfälliger ist
als der Rest der Ölpumpenantriebswelle 24. Der
Abscherbereich 80 ist an der Ölpumpenantriebswelle 24 zwischen
dem Kegelrand 26 und der Scheibe 62 definiert,
um so sicherzustellen, dass im Falle des Bruchs der Olpumpenantriebswelle 24 die
Scheibe automatisch von dem Teil der Welle getrennt wird, der weiterhin
von der Antriebswelle 46 angetrieben wird, und so eine
Beschädigung
der inneren Wand 63 durch die Scheibe 62 verhindert
ist.