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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk während des
Starts. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung, die einen Öldruck an ein Ölsystem
eines Gasturbinentriebwerks unter Startbedingungen liefert.
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Herkömmliche
Gasturbinentriebwerke weisen ein integrales Ölsystem auf, in dem das Öl durch eine
Pumpe unter Druck gesetzt wird, die von einer der rotierenden Wellen
angetrieben wird. Die Ölströmung von
der Pumpe und der Systemdruck erfordern, dass sich die betreffende
Triebwerkswelle dreht. Da beim Anlauf des Triebwerks die Welle stillsteht,
kann sich auch die Pumpe nicht drehen und keinen Speisedruck liefern.
Diese Bedingungen können
zu einer unzureichenden Ölzuführung oder
zu einem nicht ausreichenden Druck in verschiedenen Bereichen des
Schmiersystems während
des Startzyklus führen.
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Bekannte
Vorschläge
für den
Anlaufprozess eines Gasturbinentriebwerks umfassen die Benutzung
eines pneumatischen Startgerätes,
das durch Druckluft von einer Quelle außerhalb des Triebwerks und
unter der Steuerung eines Anlaufluftventils gespeist wird. Wenn
das Triebwerk eine selbstunterhaltende Drehzahl erreicht, wird die
Startluftzuführung abgeschaltet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verbesserungen bezüglich eines Ölzuführungssystems
beim Anlauf des Triebwerks zu schaffen und/oder allgemein Verbesserungen
zu schaffen.
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Die
Erfindung geht aus von einem Gasturbinentriebwerk mit einem auf Öl basierenden
Schmiersystem, das eine Hauptölzuführung und Öldruckerzeugungsmittel
sowie einen Triebwerksstarter aufweist, der Druckluft während des
Startanlaufs des Triebwerks nach dem Gasturbinentriebwerk liefert, wobei
das Schmiersystem außerdem
eine Zusatzölzuführung und Öldruckerzeugungsmittel
aufweist, die mit der Druckluftquelle verbunden sind, um dadurch
unter Druck gesetzt zu werden und die eine bestimmte Ölmenge und
einen bestimmten Öldruck
innerhalb wenigstens eines Teils des auf Öl basierenden Schmiersystems
liefert, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Triebwerksstarter
derart ausgebildet ist, dass er im Wesentlichen gleichzeitig Druckluft nach
der Triebwerksstartereinheit und den Zusatzölzuführungs- und Öldruckerzeugungsmitteln
liefert.
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Vorteilhafterweise
liefern die sekundären Ölzuführungsmittel
und die Öldruckmittel
alternative Mittel oder Zusatzmittel für die Ölzuführung oder den Öldruck für das Schmiersystem.
Da diese alternativen Mittel unabhängig von den Hauptmitteln durch komprimierte
Luft angetrieben werden, kann Öl
dem Schmiersystem zur Verfügung
gestellt werden, wenn durch die Hauptmittel unzureichend Öl oder Öl unter einem
zu niedrigen Druck geliefert wird.
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Vorteilhafterweise
besteht daher keine Notwendigkeit mehr, dass sich das die Hauptzuführungsmittel
antreibende Triebwerk dreht, bevor die Schmierung einsetzen kann.
Die sekundären
Mittel arbeiten unter dem Luftdruck von der Startluftzuführung und
das Öl
wird daher in das Schmiersystem des Triebwerks gefördert, bevor
das Triebwerk anläuft.
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Vorzugsweise
ist die Druckluft wenigstens zum Teil für die Öldruckerhöhung in der Zusatzölzuführung und
den Öldruckerzeugungsmitteln
wirksam.
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Die
sekundäre Ölzuführung und
die Öldruckerzeugungsmittel
können
so angeordnet werden, dass sie Öl
und Öldruck
nach einem Lager im Gasturbinentriebwerk fördern. Außerdem können die Mittel derart angeordnet
sein, dass Öl
und Öldruckerzeugung
in einem Öldämpfer angeordnet
werden.
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Es
können
Drosselmittel vorgesehen werden, um im Betrieb eine Ölströmung von
dem gemeinsamen Leitungsnetz in die sekundären Ölzuführungsmittel und die Öldruckerzeugungsmittel
zu steuern.
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Zweckmäßigerweise
gewährleisten
diese Drosselmittel, dass das Öl
vorzugsweise nach den erforderlichen Teilen des Ölsystems gelangt.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 ist
eine schematische axiale Schnittansicht eines Gasturbinentriebwerks
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine schematische Ansicht des Schmiersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schmiersystems;
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4 ist
eine schematische Ansicht eines Lagers, für das die vorliegende Erfindung
in besonderem Maße
geeignet ist.
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In 1 ist
ein Gasturbinentriebwerk allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Es weist einen Lufteinlass 11, einen Fan 12 innerhalb
eines Fangehäuses 13,
den Kern 14 des Triebwerks 10 und eine Abgasdüse 15 auf.
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Das
Triebwerk 10 arbeitet in herkömmlicher Weise, wobei die in
das Triebwerk 10 über
den Lufteinlass 11 eintretende Luft durch den Fan 12 komprimiert
wird. Die vom Fan 12 ausgestoßene Luft wird in zwei Strömungen aufgeteilt.
Die erste Strömung,
die die Hauptströmung
bildet, fließt
durch den Kanal 13 über
der Außenseite
des Kerns 14 ab und wird am stromabwärtigen Ende des Kanals 13 ausgestoßen und
liefert einen Vortriebsschub. Die zweite Strömung wird in das Kerntriebwerk 14 eingeleitet.
Dort wird die Luft weiter komprimiert, bevor sie mit Brennstoff
gemischt wird. Das Brennstoff/Luftgemisch wird dann verbrannt. Die
resultierenden Verbrennungsprodukte expandieren dann durch die Turbinen
des Kerntriebwerks, bevor sie über
die Abgasdüse 15 ausgestoßen werden,
um hier einen zusätzlichen Vortriebsschub
zu liefern. Die Turbinen im Kerntriebwerk 14 treiben den
Fan 12 und die Kompressoren des Kerntriebwerks in herkömmlicher
Weise über
koaxiale Wellen 2 an, die sich entlang der Längsachse 1 des
Triebwerks 10 erstrecken.
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Das
Gasturbinentriebwerk 10 ist insoweit von herkömmlicher
Bauart.
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Es
wird nunmehr auf 2 Bezug genommen. Ein Starterluftventil 18 liefert
komprimierte Luft von einer geeigneten Drucklufterzeugungseinrichtung 17,
beispielsweise einem äußeren Kompressor oder
abgezapft von einem anderen Triebwerk, nach dem Starter. Diese Luft,
die durch den Pfeil A angedeutet ist, wird benutzt, um eine geeignete Ölmenge in
die Leitung 20 einzublasen und damit eine geeignete Lagerölzuführung 34 mit
dem erforderlichen Druck zu liefern. Dies geschieht, bevor das Triebwerk irgendeine
wesentliche Drehzahl erreicht hat und demgemäß bevor die Druckölpumpe 31,
die durch die Drehung des Triebwerks angetrieben wird, eine bedeutende Ölmenge oder
einen Öldruck
in das System eingeführt
hat.
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Eine
Freiflugkolbenkammer 22 oder eine Membran verbindet die Ölzuführungsleitung 20 mit der
Starterluftzuführung
vom Starterluftventil 18. Das vom Kolben 24 innerhalb
der Kammer 22 überstrichene
Volumen wird so gewählt,
dass es geeignet ist für
das zu erwartende Volumen, das erforderlich ist, um den Druck anzuheben
und die erforderliche Menge zu fördern,
bis der Druck am Auslass 35 der vom Triebwerk angetriebenen Ölpumpe 31 sich
dem Druck angepasst hat, der vom Ölsystem durch die Bewegung
des Kolbens 24 erzeugt wurde. Das überstrichene Volumen und demgemäß die Ölmenge,
die zugeführt
und unter Druck gesetzt wurde, ist entweder ausreichend, um das
gesamte Öl
zu liefern, das für
das Schmiersystem und die Lagerzuführung 34 während des
Starts erforderlich ist oder ausreichend ist, um jenes Öl zu verstärken, das
durch die Ölpumpe 31 beim
Start gefördert
wurde, um so die Gesamtölzuführung auf
den erforderlichen Wert zu bringen. Während des Laufs des Triebwerks,
nachdem die Starterdruckluft durch das Ventil 18 entfernt
ist, wird der Öldruck
benutzt, um das Kammervolumen auf der Ölseite zu füllen, da die Luftseite dann
nach dem Umgebungsdruck hin entlüftet
ist. Eine Vorspannfeder 26 verhindert die Tendenz, Öl auszublasen,
während
das Triebwerk stillsteht und keine Luft zum Starten zugeführt wird.
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Die Ölkammer 22 ist
so angeordnet, dass der Öleinlass
oder der Ölauslass
an der Oberseite den Abzug nach dem Abschalten des Triebwerks vermindert. Öl aus einem Öltank 32 wird
der vom Triebwerk angetriebenen Ölpumpe 31 geliefert,
von wo es in die Ölleitungen 20 über die
Zuführungsleitung 35 geliefert
wird. Diese Pumpe erzeugt im Normalbetrieb des Triebwerks eine Strömung von
Drucköl
nach der Zuführungsleitung 35.
Die Druckzuführung
in der Zuführungsleitung 35 übernimmt
vom Start an die Zuführung,
die über
die Leitung 30 aus der Kammer 22 vom Freiflugkolben
geliefert wurde, nachdem eine genügende Drehzahl erreicht ist
und so der Druck von der Ölpumpe 31 erhalten
wird. Beim Anlauf des Triebwerks, wenn der Starterluftdruck ausgeübt wird, dann
ist der Druck auf der "Luft"-Seite größer als
auf der Ölseite,
so dass die resultierende Bewegung des Kolbens 24 oder
der Membran Öl
in die Zuführungsleitung 20 einspeist,
so dass eine genügende
Lagerölzuführung 34 unter
einem geeigneten Druck erfolgt. Die Druckerhöhung wird durch Bewegung des Kolbens 24 und
der Starterdruckluft bewirkt.
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Wenn
das Triebwerk seine selbstunterhaltende Drehzahl erreicht hat, wird
die Starterluft durch das Starterluftventil 18 abgeschaltet.
Der Öldruck, der
von der vom Triebwerk angetriebenen Ölpumpe 31 geliefert
wird und die Ölströmung innerhalb
der Ölleitungen 20 führt dann
zu einer Bewegung des Kolbens 24 zurück nach der "Luft"-Seite, um die Kammer 22 wieder
anzufüllen.
Um einen plötzlichen,
aber vorübergehenden
Verlust der Lagerölzuführung 34 nach
dem nächstgelegenen
Lager infolge der Wiederaufladung der Haltekammer 22 zu
vermeiden, kann eine Drossel oder ein Ventil 28 in der Ölzuführungsleitung 30 angeordnet
werden. Die Drossel oder das Ventil 28 vermindert die Ölströmung zurück in die
Kammer 22 und eine Wiederaufladung dieser Kammer, bis der Öldruck in
den Ölleitungen
einen Betriebswert erreicht hat.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel
ist im Allgemeinen ähnlich
jenem nach 2, welches oben beschrieben
wurde, und auch dieses Ausführungsbeispiel
gemäß 3 arbeitet
in ähnlicher
Weise. Gleiche Bezugszeichen wurden dabei benutzt, um gleiche Bauteile
anzugeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel
befindet sich jedoch keine Drossel und kein Ventil 28 in
der Ölzuführungsleitung 30.
Stattdessen ist in der Zuführungsleitung 20 zwischen
der Ölleitung 35 aus
dem Hauptöltank 32 über die Ölpumpe 31 und
die Ölzuführungsleitung 30 eine
Drossel oder ein Ventil 36 angeordnet. Diese Drossel oder
dieses Ventil 36 richten vorzugsweise das Öl, welches
beim Startvorgang durch den Freiflugkolben aus der Kammer 22 geliefert
wurde, derart, dass dieses in die Ölleitung 20 gelangt,
wie durch den Pfeil 60 angedeutet. Eine derartige Strömung 60 verläuft nach
der Lagerölzuführungsleitung 34,
wo es benötigt
wird, statt nach der Ölkammer 32 und
der Ölpumpe 31 über die
Leitung 35.
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Nachdem
die vom Triebwerk angetriebene Ölpumpe 31 die
Zuführung
von Drucköl
nach den Ölleitungen 20 übernommen
hat und die Starterluft durch das Ventil 18 abgeschaltet
ist, strömt
das Öl
direkt von der Ölpumpe 31 in
die Ölleitung 20 über die Leitung 35 nach
der Lagerölzuführungsleitung 34 und
an sonstige Stellen 29 im Triebwerk. Das Öl strömt frei
durch die Drossel oder das Ventil 36. Öl von der Ölpumpe 31 in der Ölleitung überwindet schließlich die
Drossel 36 und strömt
durch die Leitung 30 in die Kammer 22 des Freiflugkolbens.
Der Druck dieses Öls
bewegt den Kolben nach der "Luft"-Seite, da dieser
Druck größer ist
als der Druck auf der "Luft"-Seite des Kolbens,
so dass die Kammer 22 wieder angefüllt wird. Nachdem die Kammer angefüllt ist,
hört die
Strömung
auf.
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Die
Erfindung ist insbesondere anwendbar zur Benutzung in Verbindung
mit Gasturbinentriebwerken, bei denen Lager vohanden sind, die einen Öldämpfer aufweisen,
wie dieser schematisch in 4 dargestellt
ist. Die Lager werden insbesondere benutzt, um die Triebwerkswellen
abzustützen
und zu lagern. Der Öldämpfer ist
vorgesehen, um die Wirkung der dynamischen Belastungen zu vermindern, die
von den rotierenden Aufbauten 2, 46 auf die Lager 40,
ihre Laufringe 42 und den Rest des Triebwerks 10 übertragen
werden. Eine typische Anordnung ist ein Quetschfilmdämpfer, der
mit der Lagermontageanordnung versehen und schematisch in 4 dargestellt
ist.
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Das
Lager 40 ist ein herkömmliches
ringförmiges
Kugellager mit einer Anzahl von Kugeln 40, die sich frei
in einem inneren Laufring 46 und einem äußeren Laufring 48 drehen.
Der innere Laufring 46 ist an der Triebwerkswelle 2 festgelegt,
die sich um die Triebwerksachse 1 in Richtung des Pfeiles 3 dreht und
antriebsmäßig die
Turbinen mit dem Kompressor bzw. dem Fan verbindet. Der äußere Laufring 48 ist an
einem Lagergehäuse 42 montiert
und über
diesem gegenüber
dem übrigen
Triebwerk 10 abgestützt.
Der innere Laufring 46 und der äußere Laufring 48 liegen
konzentrisch und drehen sich relativ zueinander. Die Kugeln 44 bestimmen
die axialen Positionen der Laufringe 46, 48. Das
Lager positioniert und trägt
die Welle 2 dadurch innerhalb des Triebwerks 10.
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Zwischen
dem äußeren Laufring 48 und
dem Lagergehäuse 42 ist
eine kleine Ringkammer 52 ausgebildet. Diese Kammer 52 ist
mit Öl
angefüllt,
das über
eine Ölzuführungsleitung 54 von
der Lagerölzuführung 34 der Ölleitungen 20 zugeführt wird.
Dadurch wird ein Ölfilm
in dieser Kammer 52 zwischen dem Lagergehäuse 42 und
dem Lager 40 aufgebaut. Der Ölfilm dämpft, da er ein Fluid ist,
die Radialbewegung des rotierenden Aufbaus 2, 46 und
des Lagers 40. Es werden auch die dynamischen Belastungen gedämpft, die
nach dem Lagergehäuse 42 übertragen
werden. Auf diese Weise werden die Vibrationen des Triebwerks 10 und
die Möglichkeit
einer Beschädigung
durch Ermüdung
vermindert.
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Eine
ringförmige
Torsionsstruktur 56 ist außerdem vorgesehen, um das Lager 40 unmittelbar mit
dem Lagergehäuse 42 zu
verbinden. Die Torsionsstruktur 56 ist flexibel, um eine
begrenzte Bewegung des Lagers relativ zum Lagergehäuse 42 zuzulassen.
Die Auslenkung der Torsionsstruktur 56 bewirkt auch einen
gewissen Widerstand gegenüber
einer Radialbewegung des Lagers 40.
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Das
Ausmaß der
Dämpfung,
das durch den Ölfilm
innerhalb der Kammer 52 bewirkt wird, ist wenigstens teilweise
abhängig
von dem Öldruck
innerhalb der Kammer 52, der teilweise durch die Austrittsdrossel 58 gesteuert
wird, die den Ölleckstrom
aus der Kammer 52 begrenzt. Infolgedessen muss ein genügender Öldruck der
Kammer 52 zugeführt
werden, sobald die Welle 2 sich mit einer merklichen Drehzahl
in Richtung des Pfeiles 3 dreht, damit eine Vibrationsbeschädigung des
Lagers 40 und/oder des Triebwerks 10 vermindert
oder verhindert wird. Bei herkömmlichen
Systemen war dies ein spezielles Problem beim Anlaufen. Es wird
jedoch auf einfache Weise durch die Erfindung gelöst, bei
der die in den 2 und 3 beschriebenen
Anordnungen benutzt werden, um über
die Leitung 34 Öl
nach der Lagerölfilmkammer 52 zuzuführen. Derartige
Anordnungen liefern einen genügenden Öldruck innerhalb der
Kammer 52, um eine ausreichende Dämpfung der Welle 2 während des
Startanlaufs zu gewährleisten.
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Um
eine Schmierung zwischen den beabstandeten Lagerkugeln 44,
dem inneren Laufring 46 und dem äußeren Laufring 48 zu
gewährleisten,
wird Öl über die
Zuführungsleitung 50 zugeführt und
ein Ölstrahl 51 wird
auf die Zwischenfläche 59 zwischen diesen
Teilen 44, 46, 48 des Lagers 40 gerichtet.
Der Ölstrahl 51 spritzt
in geeigneter Weise Öl 49 in
das Lager 40 ein, das hiermit verbunden ist und speist
die Bereiche des Lagers 40, die eine Schmierung mit Öl benötigen. Um
eine adäquate
Schmierung zu gewährleisten
und eine Beschädigung
beim Startanlauf zu vermeiden, wird dieses Schmieröl, das durch
die Zuführungsleitung 50 und
den Ölstrahl 51 geliefert wird,
auch von der Zuführungsleitung 34 zugeführt.