DE2045967A1

DE2045967A1 - Flussigkeitstank

Info

Publication number: DE2045967A1
Application number: DE19702045967
Authority: DE
Inventors: Richard Michael Cincinnati Ohio Kronk (V St A ) F02f 1 26
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-12-24
Filing date: 1970-09-17
Publication date: 1971-07-01
Also published as: GB1326404A; FR2071692A5; CA940410A; BE756459A; US3612083A

Description

Flüssigkeitstank

Die Erfindung betrifft einen Gasturbinenmotor und insbesondere einen verbesserten Flüssigkeitstank für die Verwendung in dem Hydraulik- und dem Schmiersystem eines solchen Motors.

Wird sowohl im Hydrauliksystem als auch im Schmiersystem eines Gasturbinenmotors eines Flugzeuges die gleiche Flüssigkeit verwendet _t kann eine beträchtliche Gewichtsverminderung durch die Verwendung eines einzigen gemeinsamen Reservetanks erreicht werden anstelle von separaten Behältern mit getrennten Flüssigkeitsreserven für jedes System, Frühere Versuche der Vereinigung der Reservetanks zwecks Verminderung des Gewichtes haben verschiedene Probleme aufgeworfen. Ein solches Problem beatehl' in dem Umstand, dass in den meisten Schmiersystemen das zum Tank zurückkehrende Sumpföl einenjhohen Luft anteil

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mm O mm

aufweist, wobei das Verhältnis des zurückgeführten Luftvolumens zum zurückgeführten ölvolumen 4 : 1 erreicht oder übersteigt. Üblicherweise sind innerhalb des Tanks Mittel zur Entlüftung des SumpfÖles vorgesehen. Diese Mittel ermöglichen im allgemeinen eine Reduzierung des Luftanteiles des Öls auf 5 bis 10 Vol.-yÜ. Dies ist jedoch nicht ausreichend, da dieser Anteil oberhalb des bevorzugten und zulässigen Luftanteils der Flüssigkeit für das Hydrauliksystem liegt. Ein anderes Problem besteht in dem geforderten oder gewünschten geringeren Verschmutzungsgrad der Arbeitsflüssigkeit des Hydrauliksystems in Vergleich zu der zulässigen Verunreinigung der Flüssigkeit : ar das Schmiersystem.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung dieser Nachteile bei einem Flüssigkeitstank für die Verwendung bei zwei oder mehreren Flüssigkeitssystemen. Hierbei soll ein minimaler Flüssigkeitsaustausch zwischen den sonst in sich geschlossenen Flüssigkeitssystemen nur in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsbedarf eines dieser Systeme auftreten. Der Flüssigkeitstank soll weiterhin eine einfache und billige Konstruktion aufweisen, wobei der Flüssigkeitstank als Flüssigkeitsreservoir für zwei oder mehr Flüssigkeitssysteme dienen soll, die verschiedene Luftanteile der Arbeitsflüssigkeit und Verunreinigungstoleranzen aufweisen.

Diese Aufgaben werden bei einem Flüssigkeitstank erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Flüssigkeitstank zwei oder mehrere Abteile aufweist, die mit zwei oder mehreren getrennten, in sich geschlossenen Flüssigkeitssysternen verbunden sind und weiterhin Mittel zum Austausch der Flüssigkeit zwischen den Abteilen in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsbedarf der Systeme vorhanden sind. In einer Ausführungsform ist der Tank in zwei Abteile geteilt, die übe¹· ein Schwimmerventil und das Saugrohr einer Strahlpumpe in der V/elae miteinander in Verbindung stehen, da.uü ein vorbestimmten

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Flüssigkeitsspiegel in einem Abteil während der normalen Arbeitsweise des diesem Abteil zugehörigen Systems aufrechterhalten wird. Weiterhin ist eine bestimmte Nachfüllflüssigkeit im Falle eines Lecks des diesem Abteil zugehörigen Systems vorhanden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles verdeutlicht, wobei die Abbildung einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Die Figur zeigt einen Flüssigkeits- oder Vorratstank, welcher als Ganzes mit 10 bezeichnet ist und einen äusseren Mantel oder Gehäuse 12 aufweist, der mit einer Innenwand 14 versehen ist, die das Gehäuse in zwei Abteilungen 16 und 18 teilt. Der Tank IO ist mit einem Einlass 20 und einem Auslass 22 zum Anschluss des Abteiles 16 an ein Flüssigkeitssystem versehen, wobei es sich bei diesem Flüssigkeitssystem um das Schmiersystem eines Flugzeugmotors handelt, das eine Schmierölförderpumpe 24 und eine Schmiersumpf- oder Spülpumpe 26 aufweist. In gleicher Weise ist ein Einlass 28 und ein Auslass 30 vorgesehen, um das'Abteil 18 mit einem Flüssigkeitssystem zu verbinden, wobei es sich bei diesem Flüssigkeitssystem um das Hydrauliksystem eines Flugzeugmotors handeln kann, das eine Hydraulikrücklaufpumpe 32 und eine Hydraulikförderpumpe aufweist.

Wenn es sich bei der über den Einlass 20 zurückkehrenden Flüssigkeit um ein Luft-Ölgemisch handelt, kann eine geeignete Vorrichtung zur Entlüftung oder Trennung der Luft vom öl vorgesehen sein, die als Ganzes mit der Bezugsziffer 36 versehen ist. Diese Vorrichtung 36 umfasst einen zylindrischen Körper mit einem tangentialen Einlass 40 an einem Ende und einem tangentialen Auslass 46 am anderen Ende, Der Einlass 40 steht mit dem Luft-Ölgemiseh am Einlass 20 über eine geeignete Leitung 42 und eine Strahlpumpe 44 in Verbindung, deren

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Punktion später beschrieben wird. Der tangential verlaufende Auslass 46 übergreift teleskopartig eine im Abstand zu ihm stehende Leitung 48 und steht so in Verbindung mit dem Auslass 22.

Während des Betriebes tritt das Luft-Ölgemisch durch den Einlass 40 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit ein, um innerhalb des.zylindrischen Körpers 38 eine wirbeiförmige Strömung hoher Geschwindigkeit des Öl-Luftgemisches zu erzeugen. Als fc Ergebnis dieser Wirbelbewegung wird auf das Öl-Luftgemisch

eine hohe Zentrifugalkraft ausgeübt, die die dichten ölpartikelchen nach aussen gegen die innere Oberfläche des zylindrischen Körpers 38 drückt und die Luft aus dem öl herausdrängt. Die abgetrennte Luft wird sodann über eine Öffnung 50 am Einlassende der Entlüftungsvorrichtung 36 und über eine geeignete Leitung 54 zu einem Tankauslass 52 entlüftet.

In der Verwendung bei einem Plugzeugmotor ist das Abteil 16 im allgemeinen so gross, dass der ölspiegel während eines Horizontalfluges im wesentlichen längs der gestrichelten Linie 56 verläuft. Der Luftraum oberhalb dieses Öls ist in geeigneter Weise zum Tankauslass 52 durch eine Leitung 58 ent- W lüftet, die eine Entlüftungsöffnung 60 aufweist, die durch

ein Schwerkraftventil 62 verschliessbar ist. Während des Fluges kann der Tank 10 verschiedenen Pluglagen und Beschleunigungen ausgesetzt sein, welche die relative Lage des Öls im Abteil 16 verändern. Beispielsweise nimmt der ölspiegel in dem vorgesehenen Tank bei einem Abwärts flug, einem Aufwärts flug und während einer umgekehrten Pluglage oder bei einer negativen G-Beschleunigung eine Lage ein, welche jeweils durch die gestrichelten Linien 64, 66 und 68 angezeigt ist.

Es sei erwähnt, dass der tangential verlaufende Auslass 46 teleskopartig über die Schmierölförderleitung 48 greift, die zu der Schmierölförderpumpe 24 führt, so dass, wenn der Tank sich in Abwärtsrichtung befindet, die Tangentialgeschwindigkeit

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des entlüfteten 0Is₃ das vom tangential verlaufenden Auslass 46 austritt, ausreichend ist, um das öl zur Pumpe 24 zu drücken.

Damit gewährleistet ist, dass eine ausreichende Menge öl der Pumpe 24 zugeführt wird, wenn der Tank sich in Abwärtslage befindet, sollte die vom tangentialen Auslass 46 austretende ölmenge vorzugsweise grosser sein als der Bedarf der Pumpe Aus diesem Grunde sind Mittel, wie beispielsweise die Strahlpumpe 44 vorgesehen, die die Entlüftungsmittel 36 mit mehr öl versorgen, als über die Leitung 42 eintritt. Die gezeigte Strahlpumpe 44 umfasst ein geeignetes Gehäuse 70, innerhalb dem eine Kammer 72 angeordnet ist, die mit dem tangentialen Einlass 40 über einen Düsenhals 74 in Verbindung steht. Die Einlassleitung 42 erstreckt sich in die Kammer 72 und endet in einer Düse 76, die geeignet ist, das vom Schmiersystem zurückkehrende Luft-Ölgemisch mit hoher Geschwindigkeit in die Drossel 7^ zu leiten. Auf diese Weise wird vom Abteil 16 über die ölansaugleitung 78, die mit der Kammer 72 in Verbindung steht, öl zu der Entlüftungsvorrichtung 36 gepumpt.

Ein als Ganzes mit 80 bezeichnetes Überdruckventil kann an der Entlüftungsöffnung oder Tankauslass 52 vorgesehen sein, um innerhalb des Abteils 16 ein vorbestimmtes Druckniveau aufrecht zu erhalten.

Das zweite oder Hydraulikabteil 18 ist über eine geeignete Leitung 82 mit dem Auslass 30 verbunden, damit die Hydraulikflüssigkeit bzw. das Hydrauliköl zur Pumpe 34 gelangen kann. Gleichzeitig ist eine geeignete Leitung 84 vorgesehen, durch die das vom Hydrauliksystem zurückkehrende öl zu einer Vorrichtung gelangt, die in ihrer Gesamtheit mit 86 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 86 dient zum Austausch der Flüssigkeit zwischen den Kammern 16 und 18 in Abhängigkeit von den Erfordernissen des Hydrauliksystems, um im Zusammenwirken mit einem Schwimmerventil 96 einen vorbestimmten Flüssigkeitsspiegel im zweiten Abteil 18 aufrecht zu erhalten und um

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weiterhin eine bestimmte Flüssigkeitsmenge im Falle eines Lecks im Hydrauliksystem vorzusehen.

Die Vorrichtung 86 kann verschiedenartigst ausgebildet sein und bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel umfasst diese Vorrichtung 86 eine Strahlpumpe mit einer Leitung 88, die mit der Kammer 90 in Verbindung steht, die ihrerseits über eine Engstelle 92 mit der Kammer 18 in Verbindung steht. Die Einlassleitung 8k erstreckt sich in die Kammer 90 und endet in einer Düse 9^_s so dass die vom Hydrauliksystem zurückkehrende Flüssigkeit in die Engstelle 92 mit hoher Geschwindigkeit eintritt und hierbei während bestimmten ausgewählten Betriebszuständen öl vom Abteil 16 in das Abteil 18 pumpt.

Das Schwimmerventil, das als Ganzes mit der Bezugszahl 96 bezeichnet ist, umfasst einen Schwimmer 98, der dazu dient, die Ventilöffnung 100 zu öffnen und zu verschliessen, die mit der Kammer 18 über einen Durchlass 102 in Verbindung steht. Hierdurch wird das Abteil 18 entlüftet und im Abteil 18 ein vorbestimmter, während des Horizontalfluges vorhandener ölspiegel eingehalten, der durch die gestrichelte Linie 104 gekennzeichnet ist. Der Schwimmer 98 schliesst die Ventilöffnung 100, wenn beim Horizontalflug der ölspiegel sich in der vorbestimmten Höhe befindet. Der Schwimmer öffnet die öffnung 100 und entlüftet den Luftraum des Abteiles 18 zu demjenigen des Abteiles 16, wenn beim Horizontalflug der ölspiegel sich unterhalb des vorbestimmten Spiegels befindet.

Um einen unbeabsichtigten Flüssigkeitsaustausch zwischen den Abteilen 16 und 18 bei einem Aufwärtsflug oder Abwärtsflug oder bei einer umgekehrten Fluglage oder bei Auftreten einer negativen Beschleunigung zu verhindern, bei denen sich der ölspiegel entsprechend den gestrichelten Linien 105,107 und 109 einstellt, ist ein geeignetes Schwerkraftventil 106 vorgesehen, das eine Ventileinlassöffnung 108 und eine Ventil-

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auslassöffnung 110 umfasst, welche in Serie angeordnet sind und in Verbindung stehen mit der Ventilöffnung 100. Das Ventil 106 weist ein geeignetes Verschlussteil 112 auf, das dazu dient, die öffnung 108 während einer umgekehrten Fluglage oder bei Auftreten negativer Beschleunigungen zu schliessen und das weiterhin die Ventilöffnung 110 abschliesst, wenn der Tank mit seiner Spitze nach oben zeigt. Ein geeignetes Standrohr oder Leitung 114 erstreckt sich von der Ventilöffnung 110 zu einer Lage oberhalb des ögpiegels 64 im Abteil 16, wenn der Tank 10 sich in einer Fluglage mit der Nase nach unten befindet, und so den Flüssigkeitsaustausch während dieser Fluglage verhindert. Es sei erwähnt, dass das Standrohr 114 entfallen und der Austausch von Flüssigkeit zwischen den Abteilen l6 und 18 reduziert oder eliminiert werden kann, wenn der- Tank sich in einer Fluglage mit der Nase nach unten befindet, indem man die Grosse der Ventilöffnung 110 reduziert oder zusätzlich die relativen Druckspiegel in den Tanks 16 und 18 einstellt.

Während des Betriebes wird die Zufuhr des Öls durch die Leitung 88 bestimmt durch den Druck und somit durch den Flüssigkeitsstand im Abteil 18. Wenn beispielsweise der Strom zum Hydrauliksystem durch die Leitung 82 den Rückstrom durch die Leitung 84 übersteigt, wird hierbei der Flüssigkeitsstand und damit das Druckniveau im Abteil 18 vermindert. Die zurückkehrende Flüssigkeit wird durch die Pumpe 32 mit hoher Geschwindigkeit durch die Engstelle 92 in das Abteir gedrückt, wobei Flüssigkeit durch die Vorrichtung 86 vom Abteil 16 in das Abteil 18 gepumpt wird. Da die Ventilöffnung 100 ofen ist, wenn der ölspiegel auf diese Weise niedriger ist, ist eine Entlüftung des Abteils 18 zum Auslass 52 vorhanden, bis die Flüssigkeit den vorbestimmten Spiegel 104 erreicht, worauf die Ventilöffnung 100 durch den Schwimmer 98 geschlossen wird.

Während der Betriebsbedingung, bei der der ölstrom zum Hydrauliksystem gleich dem Rückstrom durch die Leitung 84 ist, ist der

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Gegendruck vom Abteil 18 auf die Engstelle 92 ausreichend, um eine Pumpwirkung der Vorrichtung 86 zu verhindern. Während der Betriebsbedingung, bei der der Rückstrom vom Hydrauliksystem den Strom zum System durch die Leitung 82 übersteigt, ist der Gegendruck vom Abteil 18 auf die Engstelle 92 in gleicher Weise ausreichend, um die überschüssige rückströmende Flüssigkeitsmenge durch die Leitung 88 in das Abteil 16 zu drücken.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass der Flüssigkeitstank eine vereinfachte und wirtschaftliche Konstruktion darstellt, durch den die Notwendigkeit eines separaten Tanks für das Schmiersystem und für das Hydrauliksystem bei einem Flugzeugmotor vermieden ist. Gegenüber einem getrennten Tanksystem ist hierdurch das Gewicht vermindert und bei dem erfindungsgemässen Tank ist der Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Systemen auf ein Minimum vermindert. Zudem ist der Flüssigkeitsaustausch zwischen diesen beiden Systemen gesteuert in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsbedarf des Hydrauliksystems.

Zusätzlich sei erwähnt, dass im Falle eines Lecks im Hydrauliksystem eine bestimmte ölreserve aus dem Abteil 16 zur Verfügung steht. In diesem Zusammenhang ist der Einlass der Leitung 88 vorzugsweise in einem bestimmten Abstand oberhalb des Teils des Tanks 10 angeordnet, der den Boden des Abteils während des Horizontalfluges bildet, um eine Abnahme der Flüssigkeit im Abteil 16 unter einen Spiegel zu verhindern, der für eine ausreichende und kontinuierliche Arbeitsweise des Schmiersystems erforderlich ist.

Vorstehend wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Modifikationen und Änderungen, die im Können eines Durchschnittsfachmanns liegen, werden vom Erfindungsgedanken mit erfasst.

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Claims

Patentansprüche

I 1.jFlüssigkeitstank in Verwendung bei einem Schmier- und einem Hydrauliksystem einer Flugzeugturbine, dadurch gekennzeichnet , dass der Tank ein erstes Abteil (16) mit einem Einlass (20) und einem Auslass (22) zum Anschluss an das Schmiersystem und ein zweites Abteil (18) mit einem Einlass (28) und einem Auslass (30) zum Anschluss an das Hydrauliksystem aufweist, eine Vorrichtung (36) zur Verminderung des Luftanteils der zum ersten Abteil (16) zurückkehrenden Flüssigkeit und eine Vorrichtung (90,92,94) zum Flüssigkeitsaustausch zwischen diesem ersten Abteil (16) und dem Hydrauliksystem vorhanden sind, durch die ein vorbestimmter Flüssigkeitsspiegel im zweiten Abteil (18) aufrecht erhalten wird.
2. Flüssigkeitstank nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chnet , dass die Grosse des ersten Abteils (16) so gewählt ist, dass ein Luftraum oberhalb der Flüssigkeit in diesem Abteil entsteht, der Tank weiterhin einen Auslass (52) zur Entlüftung dieses Luftraumes umfasst und ein Schwimmerventil (98) vorgesehen ist, das die Entlüftungsleitung (114) zwischen dem zweiten Abteil (18) und diesem Luftraum öffnet und schliesst in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsspiegel in diesem zweiten Abteil (18), wenn das Flugzeug sich im Horizontalflug befindet,
3. Flüssigkeitstank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem Schwimmerventil (98) und dem ersten Abteil £163 ein Ventil (106) angeordnet ist, das die Entlüftungsleitung (114) zwischen diesen Abteilen schliesst, wenn das Flugzeug sich in einer Fluglage nach unten oder oben befindet oder einer negativen Beschleunigung ausgesetzt ist oder sich in einer umgedrehten Fluglage

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befindet, um so einen unbeabsichtigten Flüssigkeitsaustausch zwischen den Abteilen zu verhindern.
4. Flüssigkeitstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass eine Vorrichtung (44) zur Bereitstellung einer bestimmten Menge Vorratsflüssigkeit für das Hydrauliksystem im ersten Abteil (16) bei Auftreten eines Lecks im Hydrauliksystem vorgesehen ist.

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