DE3737844C1 - Schmiereinrichtung fuer eine Turbomaschine - Google Patents
Schmiereinrichtung fuer eine TurbomaschineInfo
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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.
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