DE3522595A1 - Zusatzschmiereinrichtung fuer eine turbomaschine - Google Patents
Zusatzschmiereinrichtung fuer eine turbomaschineInfo
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Description
Zusatzschmiereinrichtung für eine Turbomaschine
Die Erfindung bezieht sich auf Schmierölsysteme für Turbomaschinen
, wie beispielsweise Dampfturbinen, und insbesondere
auf eine sekundäre oder Zusatzschmiereinrichtung/ die eine Pumpe des Verdrängungstyps bzw. eine Verdrängungspumpe
verwendet.
Große Turbomaschinen/ wie beispielsweise große Dampfturbinen,
enthalten im allgemeinen eine Rotorwelle, die durch mehrere axial entlang der Welle im Abstand angeordnete Lager
gehaltert wird. Im allgemeinen werden diese Lager mit öl geschmiert, und die umlaufende Welle wird durch einen
Ölfilm gehaltert, der sich zwischen der umlaufenden Welle und der Oberfläche des Lagers befindet, üblicherweise ist
die Welle horizontal angeordnet, wobei ihr Gewicht durch mehrere Achs- bzw. Gleitlager abgestützt wird und ihre
axiale Position wird durch ein Schublager beibehalten. Es
während ist allgemein bekannt, daß diesen Lagern/im wesentlichen aller Betriebsphasen der Turbine öl zugeführt werden muß,
um die Unversehrtheit der Lagerfläche nahe der Welle zu bewahren und um die engen Spielräume und Toleranzen zwischen
dem Turbinenrotor und den stationären Komponenten der Turbine beizubehalten. Der Verlust einer ölströmung zu
diesen Lagern während irgend einer Betriebsphase hat unakzeptable Konsequenzen zur Folge.
Es werden gegenwärtig mehrere Schmier sy steire verwendet, um
den Lagern großer Dampfturbinen öl zuzuführen. Ein bekanntes System verwendet eine durch die Welle angetriebene
- Jl -
Hauptpumpe als die Hauptquelle für die Pumpleistung des
Schmiersystems. Diese. Hauptpumpe ist mit der Rotorwelle mechanisch gekoppelt und wird somit durch die Welle angetrieben.
Diese Pumpe ist normalerweise eine Zentrifugalpumpe, die eine ausreichende ölströmung unter einem hohen Druck
in ihre Ausgangsleitung liefert. Einige Turbinen verwenden ein mechanisches Hydrauliksteuersystem für die Steuerung
der Turbine. Dieses mechanische Hydrauliksteuersystem erfordert eine hohe transiente ölströmung zur Betätigung der
Steuerventile, die Antriebsdampf in die Turbine unter transienten Bedingungen einlassen. Eine Zentrifugal-Hauptpumpe
kann diese transiente ölströmung ohne wesentliche Verkleinerung des Ölsdrucks in der Ausgangsleitung liefern.
Wenn die durch die Welle angetriebene Hauptpumpe in der Höhe der Mittellinie der Turbine angeordnet ist, müssen
Mittel vorgesehen sein, um das Öl von dem Ölbehälter auf einer niedrigeren Höhe zum Einlaß der Hauptpumpe mit einem
ausreichenden Druck zu liefern, um die Ansaugdruckerfordernisse der Hauptpumpe zu erfüllen.
In der ÜS-PS 24 40 980 ist ein Schmierölsystem beschrieben,
bei dem öl auf einem hohen Druck in der Ausgangsleitung der Hauptpumpe als Antriebsfluid verwendet wird für
eine Bocsterturbine/Boosterpumpenkombination, die in dem ölbehälter
angeordnet ist. Die Zusatz- oder Boosterpumpe hat eine Einlaßöffnung im ölbehälter und pumpt öl in die Saugleitung
der Hauptpumpe, die fluidmäßig mit der Eingangsöffnung der durch die Welle angetriebenen Hauptpumpe verbunden
ist. Unter hohem Druck stehendes öl aus der ölausgangsleitung
der Hauptpumpe wird in die Zusatz- bzw. Boosterturbine eingeführt, die mechanisch die Boosterölpumpe antreibt.
Durch die Lieferung von Energie zum Antrieb der Boosterturbine tritt eine Druckabsenkung auf, und deshalb
befindet sich das aus der Boosterturbine austretende öl
auf einem niedrigeren Druck und wird in eine Versorgungs-
"ζ3 "
leitung eingeleitet, die fluidmäßig mit dem Lagerkopf und schließlich mit den mehreren Lagern verbunden ist.
Die Zentrifugal-Hauptpumpe pumpt das öl auf wirksame und
sichere Weise durch das Schmiersystem bei Nenndrehzahl der Turbine, ohne daß irgendeine andere Energiequelle als die
Energie aus der umlaufenden Welle verwendet wird. Eine Zentrifugalhauptpumpe mit einer durch die Turbine angetriebenen
BocBter-ölpumpe funktioniert jedoch nicht, wenn die Drehzahl der Welle unter einen vorbestimmten Wert, normalerweise
etwa 2/3 der Nenndrehzahl der Turbine, abfällt. Wenn die Drehzahl der Hauptölpumpe absinkt, verkleinert sich ihr Ausgangsdruck,
und deshalb fallen die Drehzahl und der Ausgangsdruck der Boosterpumpe ab. Wenn die Drehzahl der Hauptölpumpe
unter etwa 2/3 der Nenndrehzahl ist, reicht der Ausgangsdruck der Boosterpumpe nicht aus, den Höhenanstieg in der
Leitung zum Hauptpumpeneinlaß zu überwinden. Bekanntlich treten aber ohne einen ausreichenden Saugdruck Hohlraumbzw.
Blasenbildungen in der Hauptpumpe auf, und ihr Ausgangsdruck sinkt sogar noch weiter, wodurch ein vollständiger
Zusammenbruch des Systems und eine Unterbrechung der Ölströmung hervorgerufen werden. Die nachteiligen Konsequenzen
bei einer Unterbrechung der Schmierölströmung zu den Lagern ist einschlägig bekannt.
Weiterhin sind bei dem bekannten Schmiersystem wenigstens zwei zusätzliche Zentrifugalpumpen vorhanden, deren Ausgänge
fluidmäßig mit der Versorgungsleitung zu den Lagern der Turbine verbunden sind. Eine dieser Zentrifugalpumpen
wird durch einen Wechselstrommotor angetrieben und dazu verwendet, den Lagern immer dann öl zuzuführen, wenn die
Turbine unterhalb der Selbstlaufdrehzahl der Hauptö!pumpen/
Bocsterpumpenkombination arbeitet, beispielsweise wenn die Turbine gestartet oder abgeschaltet wird.
— Λ —
Eine Steuereinrichtung mit einem Druckfühler in der Schmieröl-Versorgungsleitung
aktiviert diese durch den Wechselstrommotor angetriebene Zentrifugalpumpe, wenn der Druck
in der Versorgungsleitung unter einen vorbestimmten Punkt abfällt. Jedoch hat die Erfahrung gezeigt, daß gelegentlich
diese durch einen Wechselstrommotor angetriebene Zentrifugalpumpe nicht rechtzeitig Öl zu pumpen beginnt, um
eine ausreichende ölströmung zu den Lagern aufrechtzuerhalten. Dies kann daran liegen, daß, wenn die Drehzahl des
elektrischen Generators abfällt, der durch die Turbine angetrieben ist und Wechselspannung für die Hilfseinrichtungen
der Station liefert, eine Verzögerung auftritt bei einem übergang auf eine Wechselspannungsquelle von außerhalb
der Station. Ferner kann ein Fehler in Einrichtungen, wie Sicherungen und Schalter, dazu führen, daß die durch
den Wechselstrommotor angetriebene Pumoe nicht anläuft.
Die zweite Zentrifugalpumpe in dem bekannten Schmiersystem ist ebenfalls fluidmäßig mit der Schmieröl-Versorgungsleitung
verbunden und durch einen Gleichstrommotor angetrieben. Die Gleichstromquelle für einen derartigen Motor sind normalerweise
mehrere Batterien (Akkumulatoren) am Orte des Kraftwerkes. Eine Steuereinrichtung, die im Aufbau ähnlich
ist, wie die oben beschriebene Einrichtung für den Wechselstrommotor und die Zentrifugalpumoe, betätigt das Gleichstrommotor-Zentrifugalpumpen-Subsystem.
Felderfahrungen haben jedoch gezeigt, daß diese durch einen Gleichstrommotor angetriebene Zentrifugalpumpe nicht immer eine ausreichende
Strömung an die Lager der Turbine liefert aufgrund eines Fehlers im Steuersystem, eines Eingriffes durch
Bedienungspersonen der Turbinenanlage in die Steuereinrichtung, eines Fehlers der Gleichstromquelle oder eine Unterbrechung
der Gleichstromquelle aufgrund anderer Ereignisse in der Turbinenanlage.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine sekundäre oder Zusatzschmiereinrichtung
zu schaffen, die während aller Betriebsphasen der Turbomaschine immer in Betrieb ist. Diese sekundäre
Schmiereinrichtung soll eine ölströmung durch die Versorgungsleitung
proportional zur Drehzahl der Welle der Turbomaschine liefern. Ferner soll die Zusatzschmiereinrichtung
keine Wechselspannung aus dem elektrischen Generator der Turbomaschine und auch keine Gleichspannung aus der Turbomaschinenanlage
verwenden. Darüberhinaus soll keine Steuereinrichtung verwendet werden, die einen Druckfühler in der
Schmierölversorgungsleitung getriggert wird. Der Druck des Schmieröls in der Versorgungsleitung soll während des Betriebs
nicht erhöht werden und auch den normalen Betrieb der primären oder Hauptschmiereinrichtung nicht nachteilig beeinflussen.
Die sekundäre oder Zusatzschmiereinrichtung, die in die Versorgungsleitung eingebunden ist, soll nicht der Steuerung
durch eine Bedienungsperson unterliegen.
Eine sekundäre bzw. Zusatzschmiereinrichtung, die in Verbindung mit einer Turbomaschine verwendet wird, die eine primäre
oder Hauptschmiereinrichtung aufweist, die Öl aus einem Ölbehälter durch eine Versorgungsleitjng zu meheren Lagern
pumpt, enthält ein Regulierventil in der Versorgungsleitung. Dem Regulierventil ist eine Verdrängungspumpe parallel geschaltet,
deren Eingang und Ausgang fluidmäßig mit der Versorgungsleitung verbunden ist, um öl zu den Lagern der Turbomaschine
zu pumpen. Eine sekundäre Saugleitung und ein zweites Regulierventil gestatten, daß öl aus dem ölbehälter
in die Versorgungsleitung gezogen wird. Diese sekundäre Saugleitung und das zweite Regulierventil sind stromaufwärts
von dem Eingang der Verdrängungspumpe angeordnet. Die sekundäre Schmiereinrichtung enthält Mittel zum Antrieb der
Verdrängungspumpe, indem auf einer kontinuierlichen Basis die Drehenergie der Welle der Turbomaschine verwendet wird.
Diese Antriebseinrichtung bewirkt, daß die Verdrängungspumpe die ölströmung durch die Versorgungsleitung im wesentlichen
proportional zur Umlaufgeschwindigkeit der Welle bei allen
Betriebsdrehzahlen der Turbomaschine hält. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Strömung durch die Versorgungsleitung geteilt zwischen dem. ersten Regulierventil und der Verdrängungspumpe.
Da die Verdrängungspumpe immer arbeitet, wenn die Welle der Turbomaschine umläuft, liefert diese Pumpe
immer eine ölströmung an die Versorgungsleitung. Während des normalen Betriebs vergrößert die Verdrängungspumpe nicht den
Druck in der Versorgungsleitung. Bei einem Zusammenbruch des Primären- oder Hauptpumpsystems und bei einem gleichzeitigen
Anlauffehler der motorgetriebenen Pumpen hält jedoch
die Verdrängungspumpe eine ununterbrochene ölströmung zu den Lagern auftrecht, indem öl aus dem Behälter bzw. Reservior
durch die sekundäre Saugleitung gezogen und öl mit einem ausreichenden Druck abgegeben wird, um die Strömung aufrechtzuerhalten.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht von einem bekannten Schmierölsystem für eine Turbomaschine.
Figur 2 ist eine schematische Ansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung
einer Verdrängungspumpe als Teil einer sekundären Schmiereinrichtung in Verbindung mit der primären
Schmiereinrichtung und der Turbomaschine.
Figur 3 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, wobei schematisch ein Teil eines sekundären
Schmiersystems in Verbindung mit dem primären Schmiersystem gezeigt ist.
- fr- 13
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein sekundäres oder zusätzliches Schmierölsystern, das in Verbindung mit
einem primären oder Hauptschmierälsystem für eine Turbomaschine, wie beispielsweise einen großen Axialströmungs-Dampfturbinengenerator,
verwendet wird und insbesondere auf die Verwendung einer Verdrängungspumpe als Teil des
Zusatzschmiersystems.
Figur 1 stellt in schematischer Form einen vielstufigen
Dampfturbinen/Generatorsatz und ein primäres Schmiersystem dafür dar. Die Turbine 10 weist eine Mittelwelle 12 auf.
Die Welle 12 wird durch Turbinenabschnitte 14, 16 und 18 angetrieben. Die Welle 12 ist auch mit der Welle und dem
Rotor des elektrischen Generators 20 verbunden. In bekannter Weise wird den Turbinenabschnitten 14, 16 und 18 ein
Antriebsmittel, wie beispielsweise Dampf, zugeführt. Das Antriebsfluid expandiert, wenn es durch die entsprechenden
Stufen hindurchtritt, und diesem Antriebsfluid wird Energie entzogen, damit die Welle 12 umläuft und der Generator
20 angetrieben wird. Mehrere Lager, die zusammen als Lager 22 bezeichnet sind, haltern die Welle 12. In bekannter
Weise haltern die Lager 22 die Welle 12 auf einem Ölfilm zwischen der Wellenoberfläche und der Lageroberfläche nahe
der Welle. Die Welle 12 kann aus mehreren miteinander verbundenen Wellen aufgebaut sein, wobei die Anordnung und
Anzahl der in den Figuren dargestellten Lagern nur beispielhaft sind. Die Lager besitzen einen Aufbau, wie er
im allgemeinen in Axialströmungsturbinen verwendet wird,
und sie sind ölgeschmiert, wie es allgemein bekannt ist.
Jedem Lager 22 wird eine ölströmung durch eine entsprechende Leitung 24 zugeführt, und das öl wird von jedem Lager
durch eine entsprechende Rückleitung 26 abgeführt. Eine Blende 28 in der Leitung 24 begrenzt die ölströmung zu dem
zugehörigen Lager. In Figur 1 ist nur eine Zufuhrleitung,
Rückleitung und Blende durch Bezugszeichen bezeichnet;
Jedoch weisen die anderen Lager im wesentlichen ähnliche Maßnahmen auf, denen die Vorrichtungen zugeordnet sind,
die in den Figuren alle schematisch dargestellt sind. Die Zufuhr- bzw. Versorgungsleitung 24 ist fluidmäßig mit einer
Leitung 30 verbunden, wie dies auch für den Rest der Versorgungsleitungen
gilt. Die Leitung 30 ist ihrerseits fluidmäßig mit der Versorgungsleitung 32 verbunden, die
Schmieröl von einem ölbehälter 34 nach oben führt. Die Versorgungsleitung
32 ist Teil der primären Schmiereinrichtung. Die Rückleitung 26 ist fluidmäßig mit einer weiteren
Rückleitung 29 verbunden, die öl von den einzelnen Rückleitungen zum ölbehälter 34 leitet.
Der ölbehälter 34 befindet sich normalerweise auf einer
niedrigeren Höhe als die Welle 12, wie es durch den Abstand 40 in Figur 1 angedeutet ist. Eine primäre oder Hauptschmiereinrichtung
enthält eine durch die Welle angetriebene Hauptpumpe 42, die mit der Welle 12 durch eine Kupplung 44
verbunden ist. Die Hauptpumpe 42 ist normalerweise eine Zentrifugalpumpe. Der Einlaß der Hauptpumpe 42 ist fluidmäßig
mit einer Saugleitung Af der Hauptpumpe verbunden,
und der Pumpenauslaß ist fluidmäßig mit der Ausgangsleitung 48 der Hauptpumpe über ein Regulierventil 50 verbunden.
Wenn die Drehgeschwindigkeit der Welle 12 einen vorbestimmten Wert überschreitet, im allgemeinen 2/3 der normalen Betriebsdrehzahl
der Turbine 10, ist das öl in der Leitung 48 auf einem relativ hohen Druck. Beispielsweise arbeiten die
Turbine 10 und der elektrische Generator 20 bei einer Drehzahl von 3600 U/min, und die Pumpe 42 arbeitet effektiv bei
Drehzahlen über 2400 U/min. Dieses unter einem hohen Druck stehende öl wird einer Zusatz- bzw.Boosterturbine 52 zugeführt,
die Teil einer Bocsterturbine/Boosterpumpe 54 ist. Die Boosterturbine/Bcosterpumpe 54 weist einen Pumpenabschnitt
56 auf. Das Hochdrucköl in der Leitung 48 ist das Antriebsmedium für den Turbinenabschnitt 52. Die Welle 57 verbindet
mechanisch die Turbine 52 mit der Pumpe 56 und liefert Antriebskraft
an diese Pumpe. Auf diese Weise zieht die Boosterturbine/feoosterpumpe
54 öl aus dem Behälter bzw. Reservoir 34 in die Pumpe 56 und anschließend in die Hauptpumpen
Saugleitung 46 durch ein Regulierventil 58. Bezüglich weiterer Einzelheiten der Bocsterturbine/Boasterpumpe und dem
Hauptschmiersystem der Hauptpumpe wird auf die eingangs genannte US-PS 2 440 980 verwiesen. Ein Ventil 60 steuert die
ölströmung in die Boos terturbine 52. Eine Bypassleitung 62 sorgt die Ableitung von einem Teil der ölströmung von der
Leitung 48 durch ein Bypassventil 64. Das aus dem Turbinenabschnitt 52 austretende Schmieröl wird der ölströmung in
der Bypassleitung 62 zugeführt. Die Bypassleitung 62 ist fluidmäßig mit der Zufuhrleitung 32 über eine Leitung 63
an einer Verbindungsstelle 70 verbunden. Eine Entspannungsventi!einrichtung
66 ist schematisch in der Leitung 63 dargestellt.
Das bekannte Schmiersystem, das in Figur 1 schematisch dargestellt
ist/ enthält ein unterstützendes Schmiersystem 72. Kurz gesagt, enthält das Unterstutzungssytem 72 zwei Zentrifugalpumpen
74 und 76, deren Ausgänge jeweils fluidmäßig mit einer Unterstützungsleitung 78 durch einzelne Regulierventile
80 und 62 verbunden sind, die den Pumpen 74 bzw. 76 entsprechen. Die Pumpe 74 ist durch einen Wechselstrommotor
84 angetrieben. Der Wechselstrommotor 84 ist durch eine Steuereinrichtung 86 gesteuert, die wenigstens ein Signal
von einem Druckfühler 88 verwendet. Wenn der Öldruck in der VErsorgungsleitung 32 unter einen vorbestimmten Wert abfällt,
aktiviert die Steuereinrichtung 86 den Wechselstrommotor 84, wodurch die Pumpe 74 gestartet und angetrieben
wird und öl durch die Unterstutzungsleitung 78 der Versorgungsleitung
32 und schließlich den Lagern 22 zugeführt wird. Die Erfahrung im Feld hat jedoch gezeigt, daß die
Leistungsquelle für den Wechselstrommotor 84 nicht immer betriebssicher ist. Deshalb ist ein weiterer Teil des bekannten
Unterstützungssystems 72 eine Zentrifugalpumpe 56 ,
die durch einen Gleichstrommotor 90 angetrieben wird, dem Energie aus einer Gleichstromquelle zugeführt wird, die
üblicherweise durch mehrere Batterien am Aufstellungsort der Turbinenmaschinenanlage gebildet ist. Im allgemeinen
wird der Gleichstrommotor 90 durch die Steuereinrichtung 86 in einer im wesentlichen gleichen Weise aktiviert. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, daß die hier gegebene Beschreibung des unterstützenden Schmiersystems 72 nicht für
vollständig erachtet wird. Bekanntlich wird eine Anzahl von unterschiedlichen unterstützenden Schmiersystemen verwendet,
die Wechselstrom- und Gleichstrommotoren aufweisen, die mit Zentrifugalpumpen und auch mit dampfgetriebenen
Turbopumpen in Verbindung stehen, die durch ähnliche Steuereinrichtungen
oder vollständig unabhängige Steuersysteme und/oder Leistungsquellen betätigt werden. Die hier gegebene
Beschreibung soll nur ein generallisiertes Hauptschmiersystem für eine Turbine und ein ünterstützungs-Schmiersystem
darstellen. Deswegen ist beispielsweise darauf hinzuweisen, daß die Boosterturbine /Boosterpumpe 54 auch eine
Strahlpumpe anstelle einer durch die Turbine getriebenen Zentrifugalpumpe sein kann.
Nicht gezeigt ist in irgendeiner der Figuren eine Ölleitung, die mit der Ausgangsleitung 48 der Hauptpumpe verbunden ist,
die dem mechanischen Hydrauliksteuersystem der Turbine Hochdrucköl zuführt. Ferner ist auch keine zusätzliche Zentrifugalpumpe
gezeigt, die gewöhnlich durch einen Wechselstrommotor angetrieben ist und deren Ausgangsleitung mit
der Ausgangsleitung 48 der Hauptpumpe über ein Regulierventil verbunden ist. Diese Hilfspumpe wird zum Starten
der Turbine verwendet und liefert Hochdrucköl an das mechanische Hydrauliksteuersystem und treibt die Boosterturbine
an, wenn der Ausgangsdruck der Hauptpumpe nicht ausreicht.
In Figur 2 ist in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung für ein sekundäres oder Zusatzschmiersystem
- yi -
in Verbindung mit dem primären oder Hauptschmiersystem und der Turbine 10 gezeigt. Entsprechend Bezugszeichen, die
in Figur 1 verwendet sind, bezeichnen entsprechende Teile in den Figuren 2 und 3. Der Grundgedanke des sekundären
Schmiersystems 110 liegt in der Verwendung einer Verdrängungspumpe
(positive displacement pump) 112 parallel zu dem Regulierventil 114 in der Versorgungsleitung 32. Das
Regulierventil 114 befindet sich in großer Nähe zum ölreservoir
34 und ist schematisch in der Weise dargestellt, daß es räumlich in dem Reservoir bzw. Behälter 34 angeordnet
ist. Ein Eingang 116 zur Pumpe 112 ist fluidmäßig mit einem Punkt stromaufwärts von dem Regulierventil 114 verbunden.
Die hier verwendeten Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" beziehen sich auf die Anordnung des Bauteils
relativ zur Strömung des Schmieröls durch das System, wie sie durch die Pfeile in den Figuren 1^und 3 gezeigt
ist. Ein Ausgang 122 der Pumpe 112 ist fluidmäßig mit einer Leitung 124 verbunden, die ihrerseits fluidmäßig mit
einem stromabwärtigen Teil, des Regulierventils 114 verbunden
ist. Eine Saugleitung 126 des sekundären Schmiersystems
ist fluidmäßig mit dem Eingang 116 durch eine Leitung 118
und eine Kupplung 120 verbunden. Die sekundäre Saugleitung 126 ist Teil einer Einrichtung, die gestattet, daß öl aus
dem ölreservoir in die Versorgungsleitung stromaufwärts von dem Eingang 116 der Verdrängungspumpe 112 gezogen werden
kann. Ein Regulierventil 128 in der Leitung 126 verhindert eine entgegengesetzte Strömung des Öls durch die
Leitung 126 von der Versorgungsleitung 32 oder der Unterstützungsleitung
78. Selbstverständlich kann die Lage der Leitung 126 und des Regulierventils 128 geändert werden
in irgendeine Position stromaufwärts von dem Eingang 116
der Pumpe 112. Weiterhin könnten irgendwelche Mittel verwendet werden, um zu gestatten, daß öl aus dem ölreservoir
in den Eingang 116 der Verdrängungspumpe 112 gezogen werden
kann.
- VZ -
Die Pumpe 112 des Verdrängungstyps ist mechanisch mit einer
Antriebseinrichtung 130 verbunden. Die Antriebseinrichtung 130 verwendet auf einer kontinuierlichen Basis die Drehenergie
der Welle 12. Es kann eine große Vielfalt von Antriebsmitteln verwendet werden; in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
jedoch wird ein Permanentmagnet-Generator verwendet, der mit der Welle 12 der Turbomaschine 10 gekoppelt
und elektrisch mit einem Induktionsmotor verbunden ist, der seinerseits mechanisch mit der Welle 113 zur Pumpe
verbunden ist. Es können jedoch auch andere Antriebsmittel verwendet werden, wie beispielsweise eine Pumpen- und Hydraulikmotorkombination,
die fluidmäßig miteinander verbunden sind, um die Drehenergie der Welle 12 umzuwandeln und
die Pumpe 112 anzutreiben, oder ein mechanisches System,
das Riemen oder eine Wellenverbindung verwendet. Die Kopplung bzw. Verbindung der Welle 12 mit der Antriebseinrichtung
130 ist schematisch durch eine gestrichelte Linie 131
dargestellt.
Da die Antriebseinrichtung 130 auf einer kontinuierlichen Basis die Drehenergie der Welle 12 verwendet, hält die
Verdrängungspumpe 112 eine ölströmung durch die Versorgungsleitung
32 im wesentlichen proportional zu der Drehgeschwindigkeit der Welle 12 während aller Betriebsphasen der Turbomaschine
1o/ Der wichtige Unterschied zwischen einer Verdrängungspumpe und einer Zentrifugalpumpe ist der, daß die
Verdrängungspumpe eine Ausgangsströmung im wesentlichen proportional
zu ihrer Drehzahl bzw. Geschwindigkeit liefert, und daß die Ausgangsströmung durch den Druck stromabwärts
von der Pumpe nicht in signifikanter Weise beeinflußt wird.
Im Gegensatz dazu wird die Ausgangsströmung aus einer Zentrifugalpumpe
durch den Druck stromabwärts von der Pumpe und auch durch ihre Drehzahl bzw. Geschwindigkeit beeinflußt.
Eine Verdrängungspumpe, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte, ist die DeLaval IMO-Pumpe von
Transamerica DeLaval Inc. Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die Strömung durch die Ver-
sorgungsleitung 32 an einer Verbindungsstelle 70 geteilt wird. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung strömt
etwa eine Hälfte der Strömung durch das Regulierventil 114,
und der Rest der Strömung strömt durch die Verdrängungspumpe 112. Solange entweder das primäre Schmiersystem oder
das unterstützende Schmiersystem richtig arbeitet, unterstützt auf diese Weise die geteilte Strömung den Antrieb
der Pumpe 112 und senkt wesentlich oder elliminiert vollständig
die von der Pumpe 112 geforderte Leistung, die durch die Antriebseinrichtung 130 und letztendlich durch
die Welle 12 geliefert wird. Die Verdrängungspumpe ist nicht
für die volle Strömungskapazität des primären Pumpsystems bemessen, sondern nur für die geringere Strömung, die von
den Lagern für eine sichere Abschaltung unterhalb der Drehzahl gefordert wird, an der das primäre Pumpsystem zusammenbricht.
Bekanntlich ist die erforderliche Strömung an Schmieröl zu den Lagern wesentlich vermindert bei einer kleineren
Drehzahl der Welle. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die Pumpe 112 kontinuierlich arbeitet, solange die Welle
12 umläuft. Um einen Fehler einer Bedienungsperson zu eliminieren, ist die Antriebseinrichtung 130 permanent mit
der Welle 12 verbunden ohne irgendwelche dazwischengeschaltete
Steuersysteme. Damit wird deutlich, daß die Elimination eines derartigen Steuersystems die Betriebssicherheit
dieser sekundären Schmiereinrichtung verbessert.
Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Pumpsystem 110 mit der Saugleitung 46
der Hauptpumpe verbunden ist. Die Arbeitsweise der Verdrängungspumpe 112, der Antriebseinrichtung 130 und des Regulierventils
114 ist im wesentlichen ähnlich wie die, die in Verbindung mit Figur 2 beschrieben wurde. In diesem
alternativen Ausführungsbeispiel dient die Verdrängungspumpe dazu, die ölströmung zum Einlaß der Hauptölpumpe aufrechtzuerhalten.
Wenn eine sichere ölströmung in der Saugleitung 46 aufrechterhalten wird, ist die Hauptölpumpe in
der Lage, eine Druckerhöhung zu entwickeln und den Lagern
öl selbst bei einer sehr niedrigen Drehzahl zuzuführen. Die Selbstlaufdrehzahl des primären Pumpsystems wird somit
gesenkt von etwa 2/3 der Nenndrehzahl auf einen Wert, der niedrig genug ist für eine sichere Abschaltung ohne Beschädigung
der Lager 22.
Claims (8)
1.) Zusatz schmiereinrichtung für eine Turbomaschine mit einer
zentralen Rotorwelle und einer primären oder Hauptschmiereinrichtung, die Schmieröl von einem Ölbehälter
gegen eine vorbestimmte Drucksäule ,durch eine Versor-
pumpt,
gungsleitung zu mehreren Lagern/ die die Welle haltern und positionieren, wobei die Hauptschmiereinrichtung
durch die Welle angetrieben ist und gegen die vorbestimmte Drucksäule nur dann pumpen kann, wenn die Drehgeschwindigkeit
der Welle einen vorbestimmten Wert überschreitet,
gekennzeichnet durch: ein erstes Regulierventil (114) in der Versorgungsleitung
(32) sehr nahe an dem Ölbehälter (34), eine Verdrängungspumpe (112), die mit der Versorgungsleitung
(32) parallel zu dem ersten Regulierventil (114) verbunden ist, wobei der Eingang bzw. der Ausgang der
Verdrängungspumpe (112) fluidmäßig mit der Versorgungsleitung
stromaufwärts bzw. stromabwärts von dem ersten Regulierventil verbunden ist,
Mittel (126, 128), durch die Öl aus dem ölbehälter (34)
in die Versorgungsleitung (32) ziehbar ist und die entgegengesetzte Strömung von öl aus der Versorgungsleitung
verhindert ist, wobei die einen Abzug von öl gestattenden Mittel stromaufwärts von dem Eingang der Verdrängungspumpe
(112) angeordnet sind, und Mittel(130,· 131) zum Antrieb der Verdrängungspumpe (112) unter
Verwendung der Drehbewegung der Welle (12) auf einer kontinuierlichen Basis derart, daß die Verdrängungspumpe
(112) eine ölströmung durch die Versorgungsleitung (32) im wesentlichen proportional zu der Drehgeschwindigkeit
der Welle während aller Betriebsphasen der Turbomaschine aufrechterhält.
2. Zusatzschmiereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die primäre bzw. Hauptschmiereinrichtung eine Zentrifugalpumpe
aufweist, die mechanisch mit der Welle verbunden ist und einen Einlaß bzw. einen Auslaß aufweist, der
fluidmäßig mit einer Saugleitung bzw. einer Auslaßleitung verbunden sind,
eine Zusatz- bzw. Boosterpumpe (54) mit einem Boosterturbinenabschnitt
(52) und einem Boosterpumpabschnitt (56), wobei der Boosterturbinenabschnitt (52) durch die
Antriebskraft des durch die Ausgangsleitung aus der Zentrifugalpumpe
strömenden Öls angetrieben und die Boosterpumpe (54) durch die Boosterturbine angetrieben
ist und öl aus dem ölbehälter (34) abzieht und öl in die Saugleitung in Richtung auf die Zentrifugalpumpe
pumpt, wobei das aus der Boosterturbine austretende öl zur Versorgungsleitung geleitet ist.
3. Zusatzschmiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die das Abziehen von öl aus dem ölbehälter gestattende/»·
Mittel eine sekundäre Saugleitung (126), die fluidmäßig mit der Versorgungsleitung stromaufwärts von dem Ein-
gang der Verdrängungspumpe verbunden ist, wobei die sekundäre Saugleitung (126) in den Ölbehälter (34) hineinragt
f und ein zweites Regulierventil (128) aufweisen,
das in der zweiten Saugleitung (126) angeordnet ist und eine ölströmung nur in Richtung auf die Verdrängungspumpe
(112) gestattet.
4. Zusatzschmiereinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (130) für die Verdrängungspumpe
(112) einen Permanentmagnetgenerator, der mit der Welle (12) gekoppelt und durch diese antreibbar ist zur Erzeugung
einer elektrischen Ausgangsgröße, und einen Induktionsmotor aufweist, der direkt mit der elektrischen
Ausgangsgröße des Permanentmagnetgenerators verbunden ist, wobei der Induktionsmotor mechanisch mit der Antriebswelle
der Verdrängungspumpe verbunden ist.
5. Zusatzschmiereinrichtung für eine Turbomaschine mit einer zentralen Rotorwelle, die durch mehrere Lager gehaltert
und positioniert ist,
gekennzeichnet durch:
gekennzeichnet durch:
ein Schmierölreservoir (34), das auf einer niedrigeren Höhe als die Welle der Turbomaschine angeordnet ist,
eine Versorgungsleitung (32), die strömungsmäßig mit den Lagern verbunden ist und den Lagern Schmieröl zuführt,
eine Hauptschmiereinrichtung, die öl aus dem Reservoir nach oben durch die Versorgungsleitung und zu den Lagern
nur so lange pumpt, wie die Drehgeschwindigkeit der Welle einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei
die Hauptschmiereinrichtung aufweist:
eine Zentrifugalpumpe, die mechanisch mit der Welle verbunden ist und einen Einlaß bzw. Auslaß aufweist,
die mit einer Saugleitung bzw. einer Ausgangsleitung verbunden sind,
eine Boosterpumpe mit einem Boosterturbinenabschnitt
eine Boosterpumpe mit einem Boosterturbinenabschnitt
und einem Boosterpumpabschnitt, wobei die Boosterturbine durch die Antriebskraft des Öls angetrieben ist, das aus
der Zentrifugalpumpe durch die Ausgangsleitung strömt,
die Boosterpumpe mechanisch mit der Bcosterturbine verbunden
und diese angetrieben ist und wobei die Boosterpumpe öl aus dem Reservoir abzieht und öl in die Saugleitung
in Richtung auf die Zentrifugalpumpe pumpt, wobei das aus der Boosterturbine austretende öl zur Versorgungsleitung
geleitet ist,
ein erstes Regulierventil in der Versorgungsleitung sehr
nahe an dem ölreservoir,
eine Verdrängungspumpe, deren Einlaß und Auslaß fluidmäßig
mit der Versorgungsleitung parallel zu dem ersten Regulierventil verbunden sind, wobei der Einlaß und Auslaß
fluidmäßig mit der Versorgungsleitung stromaufwärts und stromabwärts von dem ersten Regulierventil verbunden
sind,
ein zweites Regulierventil, das stromaufwärts von dem Einlaß zur Verdrängungspumpe angeordnet ist, gestattet
das Abziehen von öl aus dem ölreservoir in die Versorgungsleitung
und verhindert trotzdem die entgegengesetzte Strömung von öl aus der Versorgungsleitung,
Mittel zum Antreiben der Verdrängungspumpe unter Verwendung, auf einer kontinuierlichen Basis, der Drehbewegung
der Welle, die veranlaßt, daß die Verdrängungspumpe eine Strömung von öl durch die Versorgungsleitung im wesentlichen
proportional zu der Drehgeschwindigkeit der Welle während aller Betriebsphasen der Turbomaschine aufrechterhält.
6. Schmiereinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel für die Verdrängungspumpe einen Permanentmagnetgenerator,
der mit der Welle gekoppelt und dadurch angetrieben ist zur Erzeugung einer elektrischen Ausgangsgröße,
und einen Induktionsmotor aufweist, der direkt mit der elektrischen Ausgangsgröße des Permanentmagnetgenera-
tors verbunden und mechanisch mit der Antriebswelle der Verdrängungspumpe verbunden ist.
7. Schmiereinrichtung für eine Turbomaschine mit einer
zentralen Rotorwelle und einer Hauptschmiereinrichtung zum Abziehen von Schmieröl aus einem Ölreservoir durch
eine Saugleitung nach oben und zum Pumpen des Öls durch eine Ausgangsleitung zu einer Boosterpumpeneinrichtung,
die öl in die Saugleitung pumpt unter Verwendung der Antriebskraft der ölströmung durch die Ausgangsleitung,
wobei aus dem Antriebsabschnitt der Boosterpumpenvorrichtung austretendes öl durch eine Versorgungsleitung
zu mehreren Lagern geleitet ist, die die Welle haltern und positionieren, wobei die Hauptschmiereinrichtung
durch die Welle angetrieben ist und öl durch die Ausgangsleitung nur so lange pumpt, wie die Drehzahl der
Welle einen vorbestimmten Wert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite oder sekundäre Schmiereinrichtung aufweist:
ein erstes Regulierventil in der Saugleitung in großer Nähe zu dem ölreservoir,
eine Verdrängungspumpe, deren Einlaß bzw. Auslaß fluidmäßig
mit der Saugleitung parallel zu dem ersten Regulierventil verbunden sind, wobei der Einlaß und der
Auslaß fluidmäßig mit der Saugleitung stromaufwärts und stromabwärts von dem ersten Regulierventil verbunden
sind,
ein zweites Regulierventil zum Abziehen von öl aus dem ölrerservoir in die Saugleitung, wobei trotzdem eine
entgegengesetzte Strömung von öl aus der Saugleitung verhindert ist, wobei das zweite Regulierventil stromaufwärts
vom Eingang der Verdrängungspumpe angeordnet ist, und
Mittel zum Antreiben der Verdrängungspumpe unter Verwendung,
auf einer kontinuierlichen Basis, der Drehbe-
wegung der Welle, die veranlaßt, daß die Verdrängungspumpe eine ölströmung durch die Saugleitung im wesentlichen
proportional zu der Drehgeschwindigkeit der Welle während aller Betriebsphasen der Turbomaschine aufrecherhält.
8. Schmiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Antriebsmittel für die Verdrängungspumpe einen Permanentmagnetgenerator, der mit der Welle gekoppelt und durch
diese angetrieben ist zur Erzeugung einer elektrischen Ausgangsgröße, und einen Induktionsmotor aufweisen, der
direkt mit der elektrischen Ausgangsgröße des Permanentmagnetgenerators verbunden und mechanisch zum
Antrieb der Welle der Verdrängungspumpe verbunden ist.
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