DE3048101A1 - "vorrichtung zum aufbereiten von stroemungsmitteln" - Google Patents

Description

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Augsburg, den 18. Dezember 198O

Rolls-Royce Limited, 65 Buckingham Gate, London SWlE 6AT, England

Vorrichtung zum Aufbereiten von Strömungsmitteln

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Strömungsmitteln aus mindestens zwei Bestandteilen unterschiedlicher Dichte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Anwendungsgebiet für derartige Vorrichtungen sind Schmierölsysteme von Gasturbinentriebwerken.

Schmierölsysteme, insbesondere solche von Gasturbinentriebwerken weisen zahlreiche Komponenten wie beispiels-

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weise Pumpen, Filter und überwachungseinrichtungen auf. Außerdem sind Abscheider zur Trennung von während des Betriebs entstehenden Luft/Öl-Gemischen erforderlich. Diese Luft/Öl-Gemische reichen von mit Luft emulgiertem öl bis zu mit öltröpfchen verunreinigter Luft, und diese beiden verschiedenartigen Gemische erforderten bisher zu ihrer Trennung unterschiedliche Abscheidungsmaßnahmen.

Einige der zur ölaufbereitung dienenden Komponenten, beispielsweise die Hochdruckfilter, sind feststehende Vorrichtungen, die effektiver arbeiten könnten, wenn sie in Umlauf versetzt würden, so daß dann die Fliehkraft ausgenützt werden könnte, um eine feinere Filtration und eine Entfernung von Schmutzteilchen aus dem Filterelement zur Verringerung einer Verstopfung der Filterkanäle zu erreichen. Außerdem sind feststehende Filtervorrichtungen größer als gleichwertige umlaufende Filter und daher im allgemeinen schwerer.

Di , Wirksamkeit einer umlaufenden Vorrichtung hängt jedoch im wesentlichen Maße von ihrer Drehzahl ab, und es ist daher im allgemeinen notwendig, ein Getriebe zwischen der als Hauptantriebsquelle für Hilfsvorrichtungen zur Verfügung stehenden Triebwerkshauptwelle und der betreffenden Vorrichtung anzuordnen, um jede Vorrichtung mit der optimalen

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Drehzahl antreiben zu können. Dieses zusätzliche Getriebe trägt zur Steigerung von Gewicht, Kosten und Kompliziertheit des Triebwerks bei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit umlaufender Vorrichtungen zur Strömungsmittelaufbereitung derart zu verbessern, daß zwei oder mehr Vorrichtungen dieser Art mit der gleichen Drehzahl wirksam betrieben werden können, d.h. daß sie mittels einer ge- meinsamen Welle angetrieben werden können und dadurch ein großer Teil des bei Anwendungen in Gasturbinentriebwerken sonst erforderlichen Getriebes entfallen kann. Gleichzeitig bezweckt die Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Strömungsmittelaufarbeitung so auszubilden, daß mittels einer einzigen Vorrichtung dieser Art die Punktionen zweier oder mehrerer bekannter Vorrichtungen der oben beschriebenen Art wahrgenommen werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

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Je nach der Zusammensetzung des Strömungsmittels vor dessen Eintritt in die Vorrichtung können die in den beiden Kammern ausgeführten Funktionen variiert werden.

Wenn das Strömungsmittel beispielsweise eine mit Feststoffteilchen verunreinigte Flüssigkeit ist, kann der in der ersten Kammer befindliche, umlaufende, strömungsmitteldurchlässige Körper zur Abscheidung von Flüssigkeit aus den Feststoffteilchen verwendet werden, während die zweite Kammer als Pumpe zum Fördern der nunmehr sauberen Flüssigkeit an eine Verwendungsstelle oder in einen Vorratsbehälter dienen kann.

Alternativ dazu kann, beispielsweise wenn das Strömungsmittel ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit ist, der in der ersten Kammer befindliche strömungsmitteldurehlässige Körper zur Grobtrennung von Gas und Flüssigkeit dienen, während die zweite Kammer entweder als Pumpe zum Abpumpen des Gases oder der Flüssigkeit aus der Vorrichtung oder al j Abscheider zur zentrifugalen Feinabscheidung der letzten Flüssigkeitsspuren aus dem Gas arbeiten kann.

Der strömungsmitteldurchlässige Körper kann durch eine umlaufende Antriebswelle in einem feststehenden Gehäuse der Vorrichtung gedreht werden, oder die Vorrichtung kann einen umlaufenden Gehäuseteil aufweisen, in welchem die

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BAD ORIGINAL

beiden Kammern gebildet sind, wobei der strömungsmitteldurchlässige Körper in der ihm zugeordneten Kammer gehaltert ist und mit dieser zusammen umläuft.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zur Strömungsmittelaufbereitung ein Gehäuse auf, von welchem mindestens ein Teil um seine Längsachse drehbar ist. In dem drehbaren Gehäuseteil ist eine Anzahl von Kammern gebildet, von denen die erste ein starres, strömungsmitteldurchlässiges Material enthält, das eine Vielzahl von Strömungskanälen bildet und zusammen mit dem Gehäuse umläuft. Weiter weist die Vorrichtung Mittel zum Zuführen von eine beträchtliche Menge Gas enthaltender Flüssigkeit zu einem radial inneren Bereich des strömungsmitteldurchlässigen Materials, weiter einen Kanal, der einen radial äußeren Teil der ersten Kammer und eine zweite der in dem umlaufenden Gehäuseteil gebildeten Kammern miteinander-verbindet und Flüssigkeit führt, die durch das poröse Material hindurchgetreten und im wesentlichen gasfrei ist, und ein in der zweiten Kammer befindliches Pumpenelement auf, welches die Flüssigkeit aus der Vorrichtung weg zu einer Verwendungsstelle pumpt.

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Das Pumpenelement ist vorzugsweise in Form eines feststehenden Schöpfrohres ausgebildet, das im Bereich des Außenumfangs der zweiten umlaufenden Kammer angeordnet ist, und die aus der ersten Kammer kommende Flüssigkeit wird im Bereich des radial äußeren ümfangs in die zweite Kammer eingeleitet. Durch diese Maßnahme bildet die Flüssigkeit auf dem umlaufenden Außenumfang der zweiten Kammer eine Schicht, deren Geschwindigkeit so groß ist, daß das feststehende Schöpfrohr den dynamischen Druck in der Flüssigkeit in statischen Druck umwandeln kann, der die Pumpwirkung erzeugt.

Alternativ dazu kann sich die zweite Kammer vom Auslaß der ersten Kammer radial auswärts erstrecken und eine weitere Füllung aus porösem Material enthalten, die dann als Zentrifugalpumpe zur Rückführung der Flüssigkeit in das übrige System wirkt.

Vorzugsweise kann das poröse Material eine offenzellige oder netzartige Struktur haben, die einen verhältnismäßig freien Durchtritt der Flüssigkeit gestattet, aber auch eine große Oberfläche aufweist, die mit der Flüssigkeit in Berührung steht und diese treibt.

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Das poröse Material steigert so die Wirkung der Vorrichtung als Entgaser für das Strömungsmittel, so daß die Vorrichtung insbesondere im Schmierölsystem eines Gasturbinentriebwerks bei Drehung mit der Drehzahl einer Triebwerkshauptwelle ohne übersetzungsgetriebe effektiv arbeitet.

Im Schmierölsystem eines Gasturbinentriebwerks kann die Vorrichtung also sowohl als Entgaser, beispielsweise für ölschaum aus einer der Lagerkammern des Triebwerks, als auch als Förderpumpe zum Rückführen des Öls zum ölbehälter des Triebwerks arbeiten.

Vorzugsweise ist der Außenumfang der ersten Kammer mit einer Ausnehmung versehen, die als Sammelraum für Schmutzteilchep dient, die in dem von den Lagern oder aus anderen Teilen des Systems kommendem öl enthalten sein können, so daß die Vorrichtung auch als Filter und Zustandsüberwachungseinrichtung wirkt.

Außerdem kann der drehbare Gehäuseteil eine dritte Kammer aufweisen, die eine weitere Menge des porösen Materials enthält und sowohl mit dem radial inneren

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Bereich der ersten Kammer als auch mit einem Bereich niedrigen Druckes entweder innerhalb des Systems oder der Außenluft in Verbindung steht. Die Anordnung ist so getroffen, daß Gas, welches aus dem in die erste Kammer zugeführten öl abgeschieden worden ist, durch das poröse Material in der dritten Kammer hindurchtreten und aus der Vorrichtung entlüftet werden kann, während gleichzeitig etwa noch in dem Gas enthaltene öltröpfchen in dem porösen Material abgeschieden werden, so daß nur sauberes Gas aus der Vorrichtung austritt. Das abgeschiedene öl wird in einem Auslaß an einem radial äußeren Bereich der dritten Kammer gesammelt und durch innerhalb der Vorrichtung vorgesehen Kanäle zu der Förderpumpe der zweiten Kammer zurückgeleitet.

Auf diese Weise kann in einer, von einer einzigen

Welle angetriebenen Vorrichtung auch noch ein umlaufender

Entlüfter bzw. bei einem Gasturbinentriebwerk ein Luft/öltropfen-Abscheider integriert werden.

Das poröse Material verbessert die Übertragung der Rotationsenergie von der Welle auf eine zu verarbeitende Flüssigkeit derart, daß die Vorrichtung als sehr wirksame Zentrifugalpumpe mit hohem Förderdurchsatz wirkt, ohne daß

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die schädlichen Gravitationseffekte von mit hoher Drehzahl arbeitenden Flügelpumpen auftreten. Diese Pumpenbauart kann also auch mit viel höherer Drehzahl als herkömmliche Zahnradpumpen arbeiten, so daß bei einem Gasturbinentriebwerk ein zusätzliches Getriebe eingespart werden kann, indem die Pumpe auf die gleiche Welle wie die übrige Vorrichtung gesetzt wird.

Diese Pumpe bringt also den Vorteil, daß sie einen vollständigen Druckausgleich aufweist, d.h. sie übt keinen Axialschub auf ihre Lager aus, da durch' das poröse Material ohnehin eine querverlaufende Druckausgleichsverbindung hergestellt ist.

Die oben beschriebene Pumpe ist zweckmäßigerweise im feststehenden Teil des Gehäuses gebildet, durch welches zusätzliche Kanäle zur Zuleitung und Ableitung der verschiedenen Strömungsmittel verlaufen. Alternativ dazu kann jedoch das poröse Material auch drehfest in einer vierten Kammer des umlaufenden Gehäuseteils angeordnet sein.

Das Abscheiden und Sammeln von Schmutzteilchen durch die Vorrichtung ist bei Gasturbinentriebwerken eine wichtige Maßnahme, da das Erscheinen von Schmutz- bzw. Abriebteilchen eine frühe Anzeige von Lagerverschleiß bzw. Lagerschäden

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- 16 in den Lagerkammern liefert.

Die Kombination eines in einer umlaufenden Kammer angeordneten Zentrifugalfilters mit einem in einer benachbarten umlaufenden Kammer angeordneten Pumpenelement, zu welchem saubere Flüssigkeit aus der ersteren Kammer zugeführt wird, stellt jedoch für sich selbst einen wesentlichen Erfindungsgedanken dar, da diese Kombination auch in anderen Anlagen Anwendung finden kann, in welchen eine Abscheidung von Schmutzteilchen aus einer Arbeitsflüssigkeit und ein Zurückfördern der sauberen Flüssigkeit zu einer Verwendungsstelle erforderlich ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zur Strömungsmittelaufbereitung ein umlaufendes Gehäuse auf, in welchem eine erste Kammer mit einem in den radial inneren Kammerbereich mündenden Einlaß zur Zufuhr einer Schmutzteilchen enthaltenden Arbeitsflüssigkeit gebildet ist. In dieser Kammer sind Mittel vorgeseaen, welche der Flüssigkeit bei umlaufendem Gehäuse eine Drehbewegung mitteilen, und an einen radial äußeren Bereich der Kammer ist ein Flüssigkeitsauslaß zur Ableitung im wesentlichen schmutzteilchenfreier Flüssigkeit aus der Kammer vorgesehen. Radial außerhalb des Flüssigkeitsauslasses ist in der genannten Kammer ein Sammelbereich für

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Schmutzteilohen gebildet, in welchem die aus der Flüssigkeit abgeschiedenen Schmutzteilchen gesammelt werden. Außerdem ist in dem Gehäuse eine zweite, ein Pumpenelement enthaltende Kammer mit einem Einlaß gebildet, der sich radial innerhalb des Flüssigkeitsauslasses der ersten Kammer befindet und durch einen im Gehäuse vorgesehenen Kanal mit dem Flüssigkeitsauslaß der ersten Kammer verbunden ist.

Indem die, die erste Kammer verlassende Flüssigkeit gezwungen wird, entgegen der Wirkungsrichtung der Fliehkraft radial einwärts zum Pumpeneinlaß zu strömen, erhält der Pumpeneinlaß nahezu vollständig schmutzteilchenfreie Flüssigkeit zur Rückleitung in den Arbeitskreislauf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 In schematischer Darstellung ein

Gasturbinentriebwerk mit einer Vorrichtung zur Strömungsmittelaufarbeitung nach der Erfindung,

Fig. 2 im Axialhalbschnitt die Vorrichtung in

näheren Einzelheiten,

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Pig. 3 die vollständige Vorrichtung in

aufgeschnittener perspektivischer Ansicht, und

Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene A-A

in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk, das von beliebiger bekannter Bauart sein kann und eine Verdichteranordnung 1, 2, eine Brenneinrichtung 3 und eine Turbinenanordnung 4, 5 zeigt. Außerdem hat das dargestellte Triebwerk eine Schubdüse 6, jedoch ist eine solche nur vorhanden, wenn das Triebwerk ein Strahltriebwerk ist. Die Erfindung ist bei allen Bauarten von Gasturbinentriebwerken anwendbar, einschließlich derjenigen Bauarten, die zum Antrieb von Propellern oder Hubschraubermotoren oder zur Energieerzeugung dienen.

Bei allen Triebwerksbauarten sind Turbinen und Verdichter durch Wellen 7, 8 miteinander verbunden, und diese Triebwerkswellen dienen auch als Antriebsquelle für alle Hilfsmaschinen des Triebwerks. Eine Hilfsantriebswelle 9 verbindet die Hauptwelle 7 mit einem am Außengehäuse des Triebwerks angeordneten Getriebekasten 10.

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Die Triebwerkshauptwellen 7> 8 laufen in üblicher Weise in nicht dargestellten Lagern, die geschmiert werden müssen. Zur Schmierung nicht nur der Lager, sondern auch der im Getriebekasten 10 befindlichen Getriebe dienen Schmierölaysteme, die an sich bekannt sind und daher nicht mehr im einzelnen beschrieben werden. Ein typisches Schmierölsystem besitzt eine Hochdruck-Hauptpumpe zum Zirkulieren des Öls aus einem ölvorratsbehälter zu den Triebwerkslagerkammern und Förderpumpen zum Rückführen des nunmehr mit Luft vermischten Öls aus den Lagerkammern durch Filter und Entlüfter in den ölvorratsbehälter zurück. Die aus den Lagerkammern kommende Luft gelangt durch ein Entlüftungssystem in einen Bereich niedrigen Druckes des Triebwerks, bevor sie durch einen Luftreiniger geleitet und schließlich nach außen abgeführt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der ölaufbereitung in einem Schmierölsystem und auf die Konstruktion und die Arbeitsweise mechanischer Komponenten des Systems, jedoch nicht auf das Gesamtsystem als solches, weshalb nicht das gesamte Schmierölsystem beschrieben wird.

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Eine Vorrichtung 11, die zur Ausführung zweier oder mehrerer der oben beschriebenen Punktionen dient, ist innerhalb des Getriebekastens 10 mit einer Welle verb inden, jedoch kann auch irgendeine andere mit geeigneter Drehzahl umlaufende Welle in einem anderen Teil des Triebwerks herangezogen werden.

Gemäß den Fig. 2 bis 4, auf die im folgenden Bezug genommen wird, weist die Vorrichtung 11 ein drehbares Gehäuseteil 12 und ein feststehendes Gehäuseteil 14 auf. Die Vorrichtung bildet einen Teil des Schmierölsystems des Gasturbinentriebwerks und weist mehrere im Gehäuseinneren gebildete Kammern auf, in welchen die verschiedenen Funktionen, nämlich Pumpen, Filtern, Luft/Öl-Abscheidung und Reinigung in der nachstehend beschriebenen Weise stattfinden.

In dem feststehenden Gehäuseteil 14 sind den Kammern zugeordnete Einlasse und Auslässe zum Einleiten der verschiedenen Strömungsmittel in die Vorrichtung und zum Rückleiten der Strömungsmittel zu den jeweils betreffenden Stellen im Schmierölsystem des Triebwerks gebildet und diese stehen mit einer Anzahl von Rohren 44 in Verbindung, die ihrerseits mit den verschiedenen Kammern in Verbindung stehen. Der einfacheren Erläuterung halber sind diese Einlasse und Auslässe in Fig. 2 in der gleichen Radialebene dar-

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gestellt, jedoch ist darauf hinzuweisen, daß, wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, diese Einlasse und Auslässe die Form von. an verschiedenen Stellen des Umfangs durch das feststehende Gehäuseteil verlaufenden Kanälen haben.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß das drehbrre Gehäuseteil 12 auf einer Hülse 15 montiert ist, die ihrerseits auf einer Welle 16 sitzt und mittels einer Mutter 13 drehfest mit dieser verbänden ist. Bei der Welle 16 handelt es sich um irgendeine geeignete Welle des Triebwerks, beispielsweise um eine Hilfsantriebswelle oder eine Welle im Getriebekasten 10, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, oder die Welle 16 kann von einer solchen Welle angetrieben sein. Die Lagerung der Welle erfolgt mittelc eines Kugellagers 18 im Getriebekasten und mittels eines Gleitlagers 20 im feststehenden Gehäuseteil 14. Das feststehende Gehäuseteil 14 ist mittels einer Flanschverbindung 19 am Getriebekasten 10 angeschraubt.

Das umlaufende Gehäuseteil 12 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Bauteil 21, das einen zylindrischen Ansatz 22 des feststehenden Gehäuseteils 14 umschließt und mittels einer Dichtung 24, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Labyrinthdichtung ausgebildet ist,

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gegen diesen zylindrischen Ansatz abgedichtet ist, um Leckströme zwischen diesen beiden Bauteilen zu vermeiden. Das umlaufende Gehäuseteil 12 weist weiter eine Stirnwand 26 auf, die mittels Schrauben 28, die den Zusammenbau der Vorrichtung ermöglichen, am Bauteil 21 angeschraubt ist, und außerdem ist mittels der gleichen Schrauben 28 ein Deckel 30 an der Stirnwand befestigt.

In dem umlaufenden Gehäuseteil 12 ist eine Anzahl von ringförmigen Trennwänden 32 angeordnet, die das Innere des umlaufenden Gehäuseteils in einzelne Kammern 3^> 36, 38 und 40 unterteilen. In diesen Kammern finden verschiedene Punktionen der Vorrichtung statt, die nachstehend beschrieben wird:

Die Kammer 36 ist mit einem starren porösen Material gefüllt, das eine Vielzahl von Strömungskanälen bildet. Dieses Material, das beispielsweise unter dem Handelsnamen "Retimet" erhältlich ist, ist beispielsweise durch Einspannen oder Hartlöten drehfest in der Kammer gehaltert, so daß es mit dieser zusammen umläuft. Durch eine der Lagerkammern des Triebwerks hindurchgeleitetes öl, das zusammen mit Luft aus dieser Lagerkammer in Form einer Öl/Luft-Emulsion ankommt, gelangt durch einen der Kanäle k2

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im Gehäuseteil 14 in eines der Rohre 44, die in die Außenfläche des zylindrischen Ansatzes 22 des feststehenden Gehäuseteils eingelassen sind. Aus dem Rohr 44 wird das emulgierte öl durch eine am Rohrende befindliche Austrittsöffnung 46 in den radial inneren Bereich der Kammer 36 eingespritzt.

Das eingespritzte emulgierte öl wird von den durch die Poren des porösen Materials gebildeten Kanälen aufgenommen und die Fliehkraft treibt das öl nach außen in den radial äußeren Bereich der Kammer, während die Luft in den radial inneren Bereich dieser Kammer wandert. Das entgaste öl gelangt in Ausnehmungen 48 des Bauteils 21, die als Sammler für Schmutzteilchen dienen, und sodann über die angrenzende Trennwand 32 in die benachbarte Kammer 34. Das nun unter höherem Druck als im Rohr 44 stehende öl tritt also in den radial äußeren Bereich der Kammer 34 ein und hat eine hohe Umlaufgeschwindigkeit, die ihm während seines Durchtritts durch die Kammer 36 mitgeteilt worden ist. Die umlaufenden Wände der Kammer 34 halten das öl unter Fliehkraft einwirkung weiterhin auf der Umfangswand dieser Kammer in Umlauf.

In die Kammer 34 ragt ein feststehendes Schöpfrohr 50 hinein, das mit einem weiteren der auf dem Ansatz 22 ange-

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ordneten Rohre 44 in Verbindung steht und das auf der Umfangswand der Kammer 34 umlaufende öl abschöpft. Dieses öl gelangt durch das betreffende Rohr in einen der Auslaßkanäle im feststehenden Gehäuseteil 14 und sodann in das übrige Schmierölsystem zurück. Da die Luft in den Lagerkammern durch aus dem Triebwerksverdichter abgezweigte Luft unter Druck gehalten wird und die Vorrichtung in einen Bereich niedrigen Druckes hinein entlüftet wird, wie nachstehend noch erläutert wird, strömt das emulgierte öl ohne Notwendigkeit einer besonderen Förderpumpe zu der Vorrichtung. Die Kammer 34 und das Schöpfrohr 50 ersetzen demzufolge die Förderpumpe für die Lagerkammer.

Bei dieser Pumpenform wird irgendwelches öl, das an dem Schöpfrohr vorbei radial nach innen gelangt, entweder durch die umlaufenden Stirnwände der Kammer 34 wieder nach außen getrieben oder es gelangt in die Kammer 36 zurück. Das Schöpfrohr braucht daher nicht mit enger Passung in der Kammer 34 angeordnet zu sein, was seine Herstellung billige * macht und die Möglichkeit einer Beschädigung durch Schmutzteilchen herabsetzt.

Es können selbstverständlich mehr als eine Kammer zu beliebigem Zweck Anwendung finden, und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die Kammer 38 genau in der gleichen

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Weise wie die Kammer 36 zur Entgasung von öl aus einer zweiten Lagerkammer. Das entgaste öl aus dieser Kammer 38 gelangt wiederum in die Ausnehmungen 48 und von da aus zu der Förderpumpe in der Kammer 34.

Die Luft aus den beiden Kammern 36 und 38, die immer noch mit ölnebel verunreinigt ist, gelangt um die radial inneren Enden der Trennwände 32 herum in die Kammer 40. Diese Kammer 40 enthält ebenfalls eine Füllung des porösen Materials und wirkt als Vorreiniger zur Entgasung einer etwa aus den Kammern 36 und 38 überströmenden ölemulsion.

Die Kammer 40 steht über eine Durchtrittsöffnung 52 mit einer Endkammer 4l in Verbindung, die ebenfalls eine Füllung aus dem porösen Material enthält und in einen Bereich niedrigen Druckes außerhalb der Vorrichtung ausmündet. Die Durchtrittsöffnung 52 liegt im radial äußeren Bereich der Kammer 4l und ihr Auslaß liegt an ihrem radial inneren Bereich, so daß die in die Kammer 41 eintretende Luft und etwa mitgeführter ölnebel entgegen der Fliehkraftwirkung durch das poröse Material hindurchströmen müssen. Dies führt zur Abscheidung des ölnebels aus der Luft. Das abgeschiedene öl gelangt durch die Durchtrittsöffnung 52 in die Kammer 40 zurück und von da aus durch Durehtrittsöffnungen

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im radial äußeren Randbereich der angrenzenden Trennwand 32 in die Kammer 38. Von dort aus strömt das öl in der beschriebenen Weise zur Förderpumpe in der Kammer 34. Die Kammer 4l wirkt also als Luft/Ölnebel-Abscheider für das Schmierölsystem des Triebwerks.

Fig. 2 zeigt noch weitere Ausgestaltungen der Erfindung. Beispielsweise ist das Bauteil 21 mit Rippen 54 zur Kühlung der Vorrichtung versehen und die Ausnehmungen 48 sind so geformt, daß sie eine maximale Wärmeabfuhr vom öl zu den Kühlrippen 54 begünstigen. Wenn es möglich ist, einen kalten Luftstrom über die Vorrichtung zu leiten, kann die Vorrichtung teilweise auch das herkömmliche Ölkühlersystem des Triebwerks ersetzen.

Eine zusätzliche, von der Vorrichtung wahrnehmbare Funktion ist diejenige der Hauptölpumpe des Triebwerks. Einer der Einlaßkanäle 42 im feststehenden Gehäuseteil 14 steht über eine Bohrung 62 mit einer weiteren Kammer 64 im festi sehenden Gehäuseteil in Verbindung. Diese Kammer enthält ebenfalls eine Füllung aus porösem Material, das zwischen einem Bund 66 der Hülse 15 und einer Scheibe 68 eingespannt ist und zusammen mit der Welle l6 umläuft. Alternativ dazu kann das poröse Material zwischen Speichen eingelegt sein, die mit ihren inneren Enden drehfest mit

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der Hülse 15 verbunden sind. Die Bohrung 62 ist so angeordnet, daß sie über einen der Kanäle 42 zugeführtes öl aus dem ölvorratsbehälter des Triebwerks in einen Kanal 70 leitet, der sich im radial inneren Bereich des umlaufenden porösen Materials befindet. Die Fliehkraft treibt das öl dann durch das poröse Material hindurch, wobei das öl Energie aufnimmt und schließlich mit viel höherem Druck und hoher Tangentialgeschwindigkeit in einen Auslaßkanal 72 in einem feststehenden Ring 73 am radial äußeren Umfang der Kammer 64 gelangt. Der Auslaßkanal 72, der zur Kleinhaltung von Eintrittsdruckverlusten beim Eintritt des Öls vorzugsweise abgewinkelt ist, verläuft in Umfangsrichtung und ist zwecks Druckrückgewinnung aus der hohen Tangentialgeschwindigkeit des Öls als Diffusor geformt. Der Auslaßkanal 72 mündet in einen sich erweiternden Kanal 74 im feststehenden Gehäuseteil 14, von welchem ein nicht dargestelltes äußeres Rohr wegführt, welches das öl zu seiner Verwendungsstelle leitet.

Da die Porenkanäle in dem porösen Material sehr klein sind, liegen die Wände dieser Porenkanäle sehr nahe beieinander. Demzufolge ist in den Porenkanälen kein Raum vorhanden, in welchem das öl zirkulieren kann, so daß die Neigung der Pumpe zur Kavitation stark verringert ist.

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Da beim Eintritt des Öls in die Kammer keine Eintrittsprobleme vorhanden sind, kann die Pumpe, um den gewünschten Durchsatz bei dem erforderlichen Druck zu erzeugen, mit höherer Drehzahl als eine herkömmliche Pumpe umlaufen. Dies ermöglicht den Antrieb der Pumpe durch die gleiche, mit verhältnismäßig hoher Drehzahl umlaufende Welle, die auch die anderen Komponenten der Vorrichtung antreibt. Infolgedessen kann das sonst bei üblichen Zahnradpumpen im Schmierölsystem von Gasturbinentriebwerken erforderliche Untersetzungsgetriebe entfallen.

Ein weiterer Vorteil dieser Pumpenbauart liegt darin, daß wegen der durch das poröse Material hergestellten Querverbindung innerhalb der Pumpenkammer ein vollständiger Druckausgleich stattfindet und dadurch keine Axialkräfte auf das Lager 18 wirken.

Es sind auch Abwandlungen der oben beschriebenen Pumpenkonstruktion möglich. Beispielsweise kann das Gehäuse umlaufei und das poröse Material drehfest mit diesem umlaufenden Gehäuse verbunden sein. Das feststehende Schöpfrohr in der umlaufenden Kammer 34 kann auch durch eine Pumpe der eben beschriebenen Art ersetzt sein. Dies würde eine Abwandlung der Kammer 3^ dahingehend bedingen, daß

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sie sich Vom Auslaß der Kanuner 36 aus radial nach außen erstreckt, so daß das aus dem Auslaß der Kammer 36 kommende öl in den radial inneren Bereich einer porösen Füllung dieser abgewandelten Kammer ~$k eintritt. Nach dem Durchtritt durch das poröse Material gelangt das öl mit erhöhtem Druck aus dem radial äußeren Kammerbereich in einen Diffusorkanal in einer umgebenden feststehenden Konstruktion. Ein mit dieser Abwandlungsmöglichkeit verbundenes Problem liegt darin, daß Hochdruckdichtungen zwischen dem feststehenden und dem umlaufenden Teil der Anordnung vorgesehen werden müssen, um ein Auslecken des Öls zu verhindern.

Obwohl oben "Retimet" als geeignetes Füllmaterial für die Kammern angegeben worden ist, können auch andere Materialien Anwendung finden. An das Material sind die Anforderungen zu stellen, daß es starr genug sein muß, um den bei der Drehung auftretenden Kräften standhalten zu können, und daß es miteinander in Verbindung stehende Zellen oder Zwischenräume haben muß, so daß es flüssigkeitsdurchlässig ist und nur einen annehmbar niedrigen .reibungsbedingten Druokverlust in der Flüssigkeit erzeugt.

Durch geeignete Abwandlung der Antriebswelle der Vorrichtung kann die Vorrichtung als steckbares, leicht

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austauschbares Bauteil ausgebildet werden, oder die Schrauben 28 können durch eine Schnellkupplung ersetzt werden, so daß das umlaufende Gehäuseteil zur Prüfung der Filter und der Schmutzsammler schnell abgenommen und ausgetauscht werden kann.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung können, da das öl aus den verschiedenen Lagerkammern in jeweils gesonderten Kammern gereinigt werden kann, die Schmutzsammler an der Außenseite der Vorrichtung mit transparenten Rohren untereinander verbunden werden, so daß eine Prüfung auf Schmutzteilchen ohne Ausbau der Vorrichtung erfolgen kann.

Die dargestellte Vorrichtung kann zahlreiche der Pump-Filter- und Reinigungsfunktionen übernehmen, die im Schmierölsystem eines Gasturbinentriebwerks erforderlich sind. Die Erfindung bezieht sich jedoch auch auf Kombinationen von zwei oder mehr beliebigen Funktionen, die bei anderen industriellen Anlagen zur Aufarbeitung von Strömungsmitteln erforderlich sein können. Eine besonders zweckmäßige Kombination ist beispielsweise die Anordnung eines umlaufenden Filters und einer Pumpe beispielsweise in den Kammern 34 und 36, wobei eine Schmutz oder Abriebsteilchen beliebiger Art enthaltende Flüssigkeit in die Kammer 36 eingeleitet, die Teilchen auszentrifugiert und die teilchenfreie Flüssigkeit

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in die benachbarte Kammer 34 geleitet wird, die ein Schöpfrohr der dargestellten Bauart enthalten kann, das die saubere Flüssigkeit am Außenumfang der Kammer abschöpft, oder die eine Pumpvorrichtung ähnlich derjenigen in der Pumpenkammer 64 zum Abpumpen der sauberen Flüssigkeit an eine andere Stelle enthalten kann.

Bei einer noch weiteren Abwandlung kann die Vorrichtung im Getriebekasten 10 des Triebwerks untergebracht sein und als Entlüfter und Saugpumpe arbeiten. Bei dieser Abwandlung wird die erste Kammer mit nach außen hin zu entlüftender Luft aus dem Getriebekasten gespeist werden, die noch ölnebel enthält, der abgeschieden und wiederverwendet werden soll. Diese Kammer arbeitet dann in ähnlicher Weise wie die Kammer 4l in Fig. 2, jedoch gelangt die aus der Kammer austretende Luft unmittelbar in den Einlaß einer Pumpenkammer ähnlich der Kammer 64 in Fig. 2. Da sich der Auslaß dieser letzteren Kammer auf Umgebungsdruckniveau befindet, liegt der Einlaßdruck unterhalb des Umgebungsdruckes„ Infolgedessen läßt sich diese Anordnung dazu verwenden, den Druck im Getriebekasten abzusenken, wodurch der Luftdruck in den Lagerkammern, die in den Getriebekasten entlüftet werden, ebenfalls verringert und demzufolge aus dem Verdichter abgezweigte verdichtete Luft eingespart werden kann.

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Claims (15)

1. Patentansprüche

   Iy Vorrichtung zum Aufbereiten von Strömungsmitteln aus mindestens zwei Bestandteilen unterschiedlicher Dichte, mit einem starren, strömungsmitteldurchlässigen Materialkörper, der in einer ersten, mit einem Strömungsmitteleinlaß versehenen Kammer angeordnet und mittels eines Drehantriebs drehbar ist, um aus dem ihm zugeführten Strömungsmittel eines seiner Bestandteile unter Fliehkraft einwirkung im wesentlichen abzuscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der ersten Kammer (36) mit einer zweiten Kammer O²O in Verbindung steht, die ein ebenfalls mittels des genannten Drehantriebs (l6) drehbares Element aufweist, welches das aus dem Strömungsmittel abgeschiedene Bestandteil vor dem Verlassen der Vorrichtung einer weiteren Pliehkrafteinwirkung unterwirft.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (3*0 eine Pumpvorrichtung (50) enthält.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (3*0 eine Füllung aus starrem, strömungs· mitteldurchlässigem Material enthält, das drehfest mit dem Drehantrieb verbunden ist, und daß der Einlaß der zweiten Kammer in deren radial inneren Bereich mündet und der Aus-

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   laß der zweiten Kammer in deren radial äußerem Bereich gelegen ist, wobei das strömungsmxtteldurchlässige Material als Zentrifugalpumpe wirkt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Element das Kammergehäuse (34) ist, daß weiter ein mit einem nicht umlaufenden Teil (44) der Vorrichtung verbundenes feststehendes Schöpfrohr (50) in die umlaufende zweite Kammer hinein zu deren radial äußerem Umfangsbereich hin ragt, und daß der Einlaß der zweiten Kammer zum Einleiten eines abgeschiedenen flüssigen Bestandteils des Strömungsmittels aus der ersten Kammer O6) auf einem größeren Radius als die Schöpfrohrmündung liegt.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (36) zur Abscheidung eines aus kleinen Teilchen bestehenden Bestandteils aus einem flüssigen Bestandteil und die zweite Kammer (34) zum Abpumpen des in diese weitergeleiteten flüssigen Bestandteil ai j der Vorrichtung dient.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (36) zum Abscheiden eines gasförmigen Bestandteils aus einem flüssigen Bestandteil und die zweite Kammer (34) zum Ab-

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   pumpen des in sie weitergeleiteten flüssigen Bestandteils aus der Vorrichtung dient.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Kammer (41) vorgesehen ist, die einen drehfest mit dem Drehantrieb (16) verbundenen strömungsmitteldurchlässigen Materialkörper enthält und im Bereich ihres radial äußeren Umfangs einen Einlaß (52) für das in der ersten Kammer (36) aus dem. Strömungsmittel abgeschiedene gasförmige Bestandteil, weiter an ihrem radial inneren Umfang einen Gasauslaß, sowie einen am radial äußeren Kammerumfang gelegenen Flüssigkeitsauslaß (52) für in dem durch den Einlaß eintretenden Gas noch enthaltene, in der weiteren Kammer abgeschiedene Flüssigkeit aufweist, und daß eine Leitungsverbindung zum Abführen von durch den Flüssigkeitsauslaß aus der weiteren Kammer austretender Flüssigkeit in die zweite Kammer (34) vorgesehen ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (36) zum Abscheiden eines gasförmigen Bestandteils aus einem flüssigen Bestandteil und die zweite Kammer (4l) zur weiteren Abscheidung von in dem gasförmigen Bestandteil noch vorhandener Restflüssigkeit vor dem Ableiten des Gases aus der Vorrichtung dient.

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9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (36) zum Abscheiden eines gasförmigen Bestandteils aus einem flüssigen Bestandteil und die zweite Kammer (34) zum Abpumpen des in diese weitergeleiteten gasförmigen Bestandteils aus der Vorrichtung dient.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe ein Gehäuse aufweist, von welchem mindestens ein Teil (12) mittels des Drehantriebs (16) drehbar ist, und daß die Kammern (34, 36, 38, 40, 41) in dem drehbaren Gehäuseteil gebildet sind und mit diesem zusammen umlaufen.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kammern befindliche poröse Material drehfest in den Kammern angeordnet ist und mit diesen zusammen umläuft.
12. 12 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der radial äußeren Wandung der ersten Kammer (36) ein oder mehrere Ausnehmungen (48) gebildet sind, die auf einem größeren Radius als der Kammerauslaß liegen und als Sammelraum für feste Bestandteile des Strömungsmittels dienen.

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13. 13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) an seiner Außenseite mit Kühlrippen (54) versehen ist.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12, 14) eine in einem feststehenden Gehäuseteil (14) gebildete' weitere Kammer (64) aufweist, die eine innerhalb des feststehenden Gehäuseteils umlaufende Füllung aus porösem Material enthält und im radial inneren Bereich des porösen Materials mit einem Strömungsmitteleinlaß (70) und im radial äußeren Kammerbereich mit einem Strömungsmittelauslaß (72) versehen ist, und daß der Strömungsmittelauslaß in einem Diffusorkanal (74) mündet.
15. 15. Schmierölsystem für Gasturbinentriebwerke mit einer ölaufbereitungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, von welchem mindestens ein Teil (12) mittels eines damit verbundenen Drehantriebs (16) drehbar ist, daß weiter in dem drehbaren Gehäuseteil eine Anzahl von Kammern (34, 36, 38, 40, 41) gebildet ist und eine erste (36) dieser Kammern eine zusammen mit dem drehbaren Gehäuseteil umlaufende Füllung aus starrem, strömungsmitteldurchlässigem Material enthält sowie einen Kammereinlaß zum Einleiten eines von einer

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    Lagerkammer des Triebwerks kommenden Öl/Luft-Gemisches, weiter einen radial außerhalb des Einlasses gelegenen ölauslaß zum Ableiten des durch das Füllmaterial hindurchgetretenen abgeschiedenen Öls sowie einem Luftauslaß für die abgeschiedene Luft aufweist, daß ferner eine zweite (3^) dieser Kammern einen in ihrem radial äußeren Bereich gelegenen, mit dem ölauslaß der ersten Kammer verbundenen Einlaß aufweist und einen in ihren radial äußeren Bereich hineinragenden feststehenden Schöpflöffel (50) enthält, der das in die zweite Kammer eintretende öl abschöpft und aus der Vorrichtung ableitet, und daß eine dritte (41) der genannten Kammern eine Füllung aus einem starren, strömungsmitteldurchlässigen Material enthält und einen in ihren radial äußeren ümfangsbereich gelegenen Einlaß (52), der mit dem Luftauslaß der ersten Kammer in Verbindung steht, sowie einen an ihrem radial inneren Wandbereich gelegenen Luftauslaß aufweist.

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