DE3522595A1 - Zusatzschmiereinrichtung fuer eine turbomaschine - Google Patents

Description

Beschreibung

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

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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-

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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.

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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.

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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

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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.

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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)

Ansprüche

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:

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

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.