DE836131C

DE836131C - Schmiervorrichtung fuer die Wellenlager von mit hoher Drehzahl umlaufenden, mit einem Verdichter ausgeruesteten Triebwerken

Info

Publication number: DE836131C
Application number: DEC1958A
Authority: DE
Inventors: Lawrence Edgar Marchant
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1949-08-19
Filing date: 1950-08-18
Publication date: 1952-04-10

Description

Schmiervorrichtung für die Wellenlager von mit hoher Drehzahl umlaufenden, mit einem Verdichter ausgerüsteten Triebwerken Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung für die Wellenlager von mit hoher Drehzahl umlaufenden, mit einem Verdichter ausgerüsteten Triebwerken, insbesondere von Gasturbinentriebwerken.
Erfindungsgemäß ist zur Schmierung der Wellenlager ein Schmierölbehälter vorgesehen, der durch eine Leitung mit dem Druckstutzen des Verdichters verbunden ist, und das hierdurch unter Druck gesetzte Schmieröl wird durch die zu schmierenden Lager zu einem auf der Welle angeordneten Rotor gefördert, der als Zentrifugalpumpe wirkt und das 0l mit Überdruck in den Schmierölbehälter zurückfördert.
Eine solche Schmiervorrichtung ist vorzugsweise für hochbelastete Lager geeignet und hat den Vorteil, daB die Lager ihr eigenes Druckschmiersystem enthalten. Das Schmiersystem weist erfindungsgemäß getrennte Ölzuführungs- und Ölrüekführungsmittel auf. Die letzteren nutzen die hohe Drehzahl aus, die bei den Triebwerken, für düe die Schmiervorrichtung bestimmt ist, verwendet werden. Bei Gasturbinentriebwerken kann als Verdichter der Hauptverdichter des Triebwerks verwendet werden, während der Rotor unmittelbar auf der Triebwerkswelle angeordnet werden und eine den hohen Drehzahlen entsprechende Charakteristik aufweisen kann.
Durch solche Ausbildung der Schmiervorrichtung werden die üblichen Ölzuführungs- und Rückführungspumpen mit ihren Antriebseinrichtungen überflüssig und damit beträchtliches Gewicht und mechanische Kompliziertheit vermieden.
Diese Ausbildung ergibt außerdem ein einfaches Kontrollmittel für die Höchstdrehzahl des Triebwerks. Da nämlich der Oldruck in dem Rückführungssystem mit zunehmender Drehzahl steigt, kann dieses zur Betätigung eines Sicherheitsventils verwendet «-erden, das die Brennstoffzuführung des Triebwerks abstellt, wenn die zulässige Höchstdrehzahl überschritten wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine schematische Darstellung der Schmiervorrichtung, teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Rotors der Zentrifugalpumpe und Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines solchen Rotors.
Die Schmiervorrichtung besteht aus einem Druckbehälter i mit einem Auslaßstutzen 2 für das 01, das von hier durch die beiden Rohrleitungen 3 zu dem Lagergehäuse 4 gelangt. Aus diesem Gehäuse wird das Öl durch die Rohrleitung 5 und durch den Einlasstutzen 6 wieder in den Behälter zurückgeführt. Der Stutzen 7 ist mittels der Rohrleitung 8 an eine Quelle statischen Drucks angeschlossen, im Falle eines Gasturbinentriebwerks beispielsweise an eine geeignete Stufe des Hauptverdichters.
Das Lagergehäuse 4 enthält zwei Wälzlager 9 für die Welle io. Das durch die Leitungen 3 in das Gehäuse gelangende 01 wird mittels der Düsen i i in die Lager gespritzt. Ein Austreten des Öls entlang der Welle aus dem Gehäuse wird durch Labyrinthdichtungen oder Stopfbuchsen 12 verhindert. Zwischen den beiden Lagern 9 ist auf der Welle io eine Scheibe 13 fest aufgekeilt oder in anderer Weise befestigt. Wie Fig.2 zeigt, weist diese Scheibe beiderseits radiale Nuten 14 auf, die gegeneinander versetzt sind. Statt dessen kann die Scheibe auch mit radialen Wellen 14a versehen sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Scheibe rotiert zwischen zwei Ringflächen 15 des Lagergehäuses 4, so daß der äußere Rand der Scheibe in einen ringförmigen Raum 16 außerhalb der Flächen 15 hineinragt. Das Spiel zwischen der Scheibe und den Ringflächen ist so gering wie möglich gehalten, ohne daß eine unmittelbare Berührung stattfindet, so daß der Ringraum 16 nach innen praktisch dicht abgeschlossen ist, mit Ausnahme der Nuten oder Wellen in der Scheibe, die radial in den Raum einmünden.
Die ölrückleitung 5 ist mittels einer Verschraubung 17 an den Ringraum 16 angeschlossen. In dieser Leitung ist ein Rückschlagventil 18 vorgesehen.
Im Betrieb wird durch den Verdichter in dem Luftraum oberhalb des in dem Behälter i befindlichen Öls i9 ein bestimmter statischer Druck erzeugt. Dieser Druck beträgt bei normaler Drehzahl des Triebwerks etwa 1,5 atü. Es ist klar, daß der Anschluß des Ölbehälters an den Verdichter für diesen keine Luftverluste bringt. Der Druck in dem Behälter bewirkt, daß das 01 durch die Leitungen 3 dem Lagergehäuse zufließt und durch die Düsen i i unmittelbar in die Wälzlager 9 gelangt. Nachdem es durch die Lager hindurchgeflossen ist, gelangt es an die mit der Welle io schnell umlaufende Scheibe 13, die als Zentrifugalpumpe wirkt und das 01 unter Druck in den Ringraum 16 fördert. Die Nuten 14 oder Wellen 14a wirken dabei als Schaufeln, so daß die Wirkung der Scheibe nicht nur auf der Oberflächenreibung zwischen ihr und dem ÖL beruht. Das sehr geringe Spiel zwischen der Scheibe und den Ringflächen 15 verhindert ein Rückströmen von 01 aus dem Ringraum 16.
Durch die Bemessung und Formgebung der Scheibe 13 im Verhältnis zu ihrer Drehzahl kann der in dem Spalt 15 erzeugte Druck so gewählt werden, daß er beträchtlich höher ist als der statische Druck in dem Behälter i, d. 1i. bei normaler Triebwerksdrehzahl etwa 2,5 atü. Infolgedessen wird das 01 aus dem Ringraum 16 durch die Leitung 5 wieder in den Behälter i zurückfließen.
Bei normalen Betriebsbedingungen wird dieser Ölumlauf vom Behälter i durch die Lager 9 und zurück zum Behälter also durch den Unterschied zwischen dem in dem Ringraum 16 und dem in dem Behälter i herrschenden Druck gewährleistet. Denn das Verhältnis der beiden Drucke zueinander bleibt bei allen Drehzahlen praktisch gleich, weil sowohl der von dem Verdichter erzeugte Druck in dem Behälter als auch der von der Scheibe 13 erzeugte Druck in dem Ringraum 16 von der Drehzahl des Triebwerks abhängig ist.
Das Rückschlagventil ist hauptsächlich für die beim Anlassen auftretenden Bedingungen vorgesehen. Wird das Triebwerk zuerst durch den Anlaßmotor gedreht, so werden die Lager 9 zunächst durch das in ihnen von dem letzten Lauf zurückgebliebene 01 geschmiert. Nach kurzer Zeit hat der Verdichter in dem Behälter i den zur Nachförderung des Öls erforderlichen Druck erzeugt. Bis jedoch das Lagergehäuse vollkommen gefüllt ist, verstreicht einige Zeit, während der die Scheibe 13 leerläuft und infolgedessen keinen Druck in dem Ringraum 16 und der Leitung 5 erzeugt. Würde nun in der Leitung 5 kein Rückschlagventi.l vorhanden sein, so würde der durch den Verdichter in dem Behälter erzeugte Druck sich auch durch die Leitung 5 in das Lagergehäuse auswirken und dadurch verhindern, daß Öl aus dem Behälter in das Gehäuse fließt. Dieser Gegendruck wird durch das Rückschlagventi,l 18 verhindert. Das Lagergehäuse wird daher durch die Leitungen 3 aufgefüllt und die Zentrifugalpumpe kann zu arbeiten beginnen und dadurch den normalen Olumlauf bewirken.
Bei Gasturbinentriebwerken, die für Flugzeuge bestimmt sind, ist es unter Umständen notwendig, auch in die Leitung 8 zwischen dem Verdichter und dem Behälter i ein Rückschlagventil einzubauen, um ein Rückfließen von 01 in den Verdichter zu verhindern, wenn durch besondere Bewegungen des Flugzeugs der Wert g negativ wird. Die für solche Fälle erforderlich werdenden besonderen Einrichtungen werden hier nicht im einzelnen beschrieben, weil sie für den Fachmann keine Schwierigkeiten bieten.
Ein anderes Merkmal der Erfindung, das ebenfalls nicht dargestellt, aber leicht verständlich ist, ist die Verwendung der Anlage gemäß der Erfindung als Drehzahlüberwachungsgerät. Die erwähnten Drücke von 1,5 bzw. 2,5 atü können als Normalbedingungen für den Betrieb des Triebwerks angesehen werden. Mit sieh ändernder Drehzahl ändern sich natürlich auch diese Drücke, d. h. mit zunehmender Drehzahl steigen die Drucke und mit abnehmender Drehzahl fallen sie. So kann der Druck in der Leitung 5 dazu verwendet werden, ein druckeinpfindliches Steuerorgan für die Brennstoffzuführung des Triebwerks so zu beeinflussen, daß es die Brennstoffzuführung absperrt, wenn die zulässige Höchstdrehzahl erreicht ist und so eine weitere Drelizählerhöhung verhindert.
Ist eine zwangsläufige Ölzuführung weniger notwendig, wie es bei Triebwerken mit gleichmäßigen 33etriebsl>ediitguiigeii der Fall ist, so kann auf das l:nterdrucksetzen des in dem Behälter i befindlichen i Sls durch den Verdichter verzichtet werden und der Ölumlauf allein durch die Zentrifugalpumpe 13 bewirkt werden. Das Lager stellt dann ein sieh selbst mit 01 versorgendes Aggregat dar. Es kann mehrere Einzellager enthalten. _\uch können mehrere solcher @ggregrate an einer Welle vorgesehen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, an einen 01behälter mehrere solcher Aggregate anzuschließen, die je eine so einfache Zentrifugalpumpe aufweisen, wie sie bei dem dargestellten Lager vorhanden ist.
Das beschriebene --\ggregat stellt natürlich nur eine vorteilhafte Ausfülirungsforiti der Erfindung dar, und Änderungen in der Form, der Größe und der Anordnung der Teile sind ohne weiteres möglich, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen zu werden braucht.

Claims

PATEN TA\SI'Rl'CHG: i. Schmiervorrichtung für die Wellenlager von mit hoher Drehzahl umlaufenden, mit einem Verdichter ausgerüsteten Triebwerken, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierölbehälter (i) durch eine Leitung (8) mit dem Druckstutzen das Verd'ic'hters verbunden ist und das hier@duirch unter Druck gesetzte Schmieröl durch die Lager (9) zu einem auf der Welle (io) angeordneten Rotor (13) gefördert wird, der als Zentrifugalpumpe wirkt und das Öl mit Überdruck in den Sclimieröllieliälter zurückfördert.
2. Schmiervorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (9) und der Rotor (13) nebeneinander in einem gemeinsamen geschlossenen Gehäuse (,4) angeordnet sind, das einen Ringspalt (15) aufweist, in den der Rotor hineinragt und um den herum ein Druckraum vorgesehen ist, der mit dem Schmierölbehälter (i) verbunden ist.
3. Sehmiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) an den Durchtrittssteellen für die Welle (io) durch Labyrinthdichtungen od. dg1. abgedichtet ist.
4. Schmiervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen der Rotorscheibe (13) mit radialen Nuten (14) od. dgl. versehen sind.
5. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dad'urc'h gekennzeichnet, daß die von dem Schmierölbehälter (i) kommenden Öl-! leiturigen (3) in das Gehäuse (4) mittels Düsen (i i) einmünden, die auf der dem Rotor (13) gegenüberliegenden Seite der Lager (9) angeordnet sind.
6. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel (18) in der Rückführungsleitung (5), die ein Strömen von 01 von dem Behälter (i) in das Gehäuse (4) durch diese Leitung verhindern.
7. Schmiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (5) ein Rücksclilagventil angeordnet ist.