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Es wird ein Ölzuführungssystem für das Pumpen von Öl zu den Lager-
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dichtungen der Hauptwelle, Hilfsgetrieben und Keilwellen einer Gasturbine
mit einer Umströmleitung vorgesbhen, die durch ein Ventil gesteuert wird, das für
die Entfernung eines überschüssigen Ölflusses unter Leerlaufbedingungen programmiert
ist. Das Ventil lenkt den öl fluß von den Lagern ab unter Verhindern eines übermäßigen
Ölaufbaues in denselben. Es ist ein Absperrventil in der Hauptzuführungsleitung
zu den Lagern angeordnet und so ausgelegt, daß der Ölfluß nach Infunktionsetzen
der Turbine gestoppt wird.
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In einer Gasturbine werden der Kompressor und die Turbine auf einer
Welle getragen, die sich durch das Turbinengehäuse erstreckt. Die felle liegt auf
Lagern an verschiedenen Stellen in der Turbine vor-Ein Schmiersystem versorgt diese
Lager mit dem erforderlichen 01-fluß.
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Im Prinzip wird das Öl in dem System durch eine positive Verdrängungspumpe
umgewälzt, die durch die Turbinenwelle angetrieben wird.
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Die Pumpe ist somit durch eine Fließgeschwindigkeit charakterisiert,
die sich direkt proportional zu der Turbinengschwindigkeit verändert.
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Das Lager ist um die Welle herum in einem Gehäuse angeordnet, das
an der Welle abgedichtet ist. Das Öl wird in das Gehäuse gepumpt, auf die Lager
gesprüht und sammelt sich an dem Boden des Gehäuses zwecks Entfernen in einen Sumpf.
In Abhängigkeit von dem Anwendungsgebiet kann das Abziehen des Öls in verschiedenen
Weisen erfolgen, z.B. durch Einwirkung der Schwerkraft, zusätzliche Pumpen oder
Einführen von Hochdruckluft durch die Wellendichtungen. Die Schwerkrafteinwirkung
kann nur dort angewandt werden wo ausreichender Raum vorhanden ist um eine große
Abzugsfläche zu ermöglichen, durch die sichergestellt wird, daß der gesamte Ölfluß
abgezogen werden kann. Im allgemeinen wird jedoch das Abziehen des Öls durch die
Notwendigkeit negativ beeinflußt, daß Kanäle mit einer Querschnittsfläche angewandt
werden müssen. Des halb ergeben sich in vielen Fällen Probleme bei zunehmender Turbinengeschwindigkeit,
und der ölfluß übersteigt die Leistungsfähigkeit des Abzugssystems.
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Das Abziehen des Öls kann durch das Anwenden von Hochdruckluft unterstützt
werden, die von der Kompressorstufe aus abgeleitet wird unter Unterdrucksetzen der
Hauptlagerdichtungen. Diese Hochdruckluft
führt zu einem Luftfluß
in das Gehäuse durch die Wellendichtungen, wodurch der Druck im Innern des Gehäuses
erhöht und eine Kraft erzeugt wird, durch die der Fluß des aus dem Gehäuse abgezogenen
Öls verbessert wird. Dieses Verfahren ist bei hohen Geschwindigkeiten wirksam unter
Aufrechterhalten des angestrebten Flusses des abgezogenen Öls. Der Nachteil dieses
Verfahrens besteht jedoch darin, daß unter Leerlaufbedingungen oder bei Nichtarbeiten
der Turbine der zur Verfügung stehende Duftdruck wesentlich verringert ist, während
die Pumpe immer noch mit relativ hohen Fließwerten arbeitet. Dies führt zu einem
unzweckmäßigen Ansammeln oder Aufbau des Öls in der Lageranordnung und führt zu
einer stärkeren Wärmeabsorption in dem ö1. Aufgrund des über den Dichtungen vorliegenden
geringen Druckunterschiedes kann Öl durch die Hauptwellendichtung hindurchlecken
und zu einer Ölrauchbildung der Turbine führen.
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Um dieses Problem auszuräumen wird erfindungsgemäß ein spezielles
Ölzuführungssystem vorgesehen, durch das ein überschüssiger von der Pumpe kommender
Ölfluß während Leerlaufbedingungen in Nebenschluß geleitet wird und der Ölfluß nach
dem Außrfunktionsetzen der Turbine abgeschaltet wird.
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Eine positive Verdrängungspumpe wälzt Öl von einem Sumpf zu den Hilfsgetrieben
und Traglagern und Keilwellen der Turbinenwelle um.
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Das Öl flllt auf die Lager und sammelt sich sodann an dem Boden des
Lagergehäuses, von wo aus dasselbe abgezogen und erneut dem Sumpf zugeführtwird.
Um das Abziehen zu unterstützen, wird Hochdruckluft von dem Kompressor zu der Fläche
außerhalb des Lagergehäuses geführt und man läßt diese Luft durch die Wellendichtung
hindurchtreten.
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Diese Hochdrucklutt ist erforderlich um das Abziehen des Öls während
des sehr starken ölflusses bei hohen Wellengeschwindigkeiten zu unterstütztn. Bei
Leerlaufbedingungen oder bei Außerfunktionsetzen der Turbine ist jedoch die zur
Verfügung stehende Menge an Hochdruckluft wesentlich verringert während der Ölfluß
noch relativ stark bleibt. Um diesen Nachteil während des Leerlaufs zu kompensieren,
wird erfindungsgemäß eine Umströmleitung vorgesehen, durch die der übermäßige Ölfluß
zu dem Sumpf zurückgeführt wird. Die Öffnung der Leituhng ist so vorgesehen, daß
ein allmähliches Schließen
erfolgt bei Zunahme des Abgabedrucks
der Pumpe und Aufheben eines übermäßigen Ölflusses unter Öldruckbedingungen, wie
sie beim Leerlauf auftreten. Der gleiche Zustand eines übermäßigen Ölflusses liegt
nach Außerfunktionsetzen der Turbine vor, und um die diesbezügliche Wirkung zu vermeiden,
ist in der Hauptölleitung ein Absperrventil eingebaut, das den gesamten Ölfluß unterbricht
sobald der öldruck unter einen spezifischen Wert abfällt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches
Diagramm des erfindungsgemäßen Ölverteilungssystems; Fig. 2 eine graphische Darstellung,
die die Ölflußcharacteristika eines erfindungsgemäßen Systems wiedergibt; Fig. 3
eine schematische Ansicht eines typischen erfindungsgemäßen Turbinen-ölzuführungssystems;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Hauptleitung, die in einem erfindungsgemäßen Ölzuführungssystem
angewandt wird; Fig. 5 eine Schnittansicht eines Ventils, das bei dem erfindungsgemäßen
Ölzuführungssystem angewandt wird; Fig. 6 eine Schnitt ansicht einer Lageranordnung.
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Unter Eezugnahr auf die Figur 1 ist dort ein vereinfachtes Ölverteilungssyätem
gezeigt, das dazu dient Öl der Lageranordnung 1 für die Welle 2 einer Gasturbine
zuzuführen. Das Öl wird in dem Systen durch eine Verdrängungspunlpe 3 umgewälzt,
die durch die Gasturbinenwelle 2 angetrieben wird. Die Pumpe 3 erzeugt einen ölfluß
(PPH), der direkt proportional zu der Turbinengeschwindigkeit (nah) ist wie durch
die Linie in der graphischen Darstellung nach der Figur 2 angezeigt. In der Figur
2 ist die Turbinengeschwindigkeit NH als ein Prozentsatz der maximalen Geschwindig-;.eist
gegeben. Anhand der graphischen Darstellung sieht man, daß ein erheblicher Ölfluß
unter Leerlaufbedingungen vorliegt, der sich angenähert auf 70% bei voller Leistungsfähigkeit
beläuft.
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Wie anhand der Figur 6 gezeigt, besteht die Lageranordnung 1 aus einem
Gehäuse 5, Kugellagern 6 und Wellendichtungen 2 und 8. Das Öl tritt in das Gehäuse
5 durch die Leitung 15 ein und fällt durch
den unteren Teil des
Gehäuses 5, wo sich dasselbe sammelt und durch die Leitung 9 abgezogen wird. Um
ein Abziehen des Öls zu unterstützen, wird Hochdruckluft von den Kompressorstufen
der Turbine an die Lageranordnung 1 abgeführt. Der Luftfluß tritt durch die Dichtungen
7 und 8 hindurch und tritt in das Gehäuse 5 ein. Uierdurch wird ein ttberdruck aufgebaut,
der die Luft und das Öl durch die Abzugsleitung 9 drückt und somit in wirksamer
Weise den Ölspiegel in den Lagergehäusen bei einem gewünschten Wert hält.
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Es ergibt sich jedoch ein Problem wenn die Turbine unter Leerlaufbedingungen
arbeitet oder wenn dieselbe außer Funktion gsetzt wird, da wahrend dieser Zeitspannen
nur wenig oder keine Hochdruckluft für das Ausführen dieser Funktion zur Verfügung
steht. Da der Pumpenfluß immer noch relativ groß ist, neigt das Öl dazu sich in
dem Lger anzusammeln, da das System nicht in der Lage ist das Öl aus dem Gehäuse
5 mit der erforderlichen Geschwindigkeit abzugeben. Dies führt zu einem Lecken des
öls durch die Wellendichtungen 7 und 8 und verursacht Turbinenrauch.
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Um dieses Problem zu vermeiden, wird wie insbesondere in der Figur
1 gezeigt, in dem System eine Umströmleitung 11 vorgesehen, so daß für den von der
Pumpe 3 kommenden Ölfluß eine Rückführungsleitung zu dem Sumpf 12 gegeben ist. Die
Leitung 11 wird durch ein Ventil 13 gesteuert, das so aufgebaut ist, daß dasselbe
bei Öldrücken offen ist, die bei Leerlaufbedingungen oder darunter vorliegen. Die
öffnung des Ventils ist so vorgesehen, daß ein ausreichender Ölfluß zurückgeführt
werden kann, der die geringe Ölentfernung des ölverteilungssystems unter Leerlaufbedingungen
kompensiert und bei höheren Geschwindigkeiten den vollen ölfluß sicherstellt. Die
characteristische Kurve des Ölflusses zu dem Lager mit der Umströmleitung wirddurch
die Kurve 16 in der Figur 2 wiedergegeben. Der Ölfluß durch die Leitung 11 wird
durch die Kurve 10 in der Figur 2 wiedergegeben.
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Um eine Anhäufung des Öls während sich allmählicher verringernder
Geschwindigkeiten zu verhindern, die während des Außerfunktionsetzens der Turbine
eintreten, ist ein Absperrventil 14 hinter der Ölpumpe 3 in der Hauptzuführungsleitung
15 an einer Stelle stromab von dem Umströmventil 13 angeordnet. Das Absperrventil
14 ist so ausgelegt, daß dasselbe bei einem Druck geschlossen wird, der anzeigt,
daß
die Turbine mit einer niedrigen Kompressorrotorgeschwindigkeit arbeitet. Das von
der Pumpe 3 kommende Öl, das während der späteren Stufen der Turbinenverlangsamung
fließt, wird durch die Umströmleitung 11 zurückgeführt und es wird eine ölansammlung
in dem Lagergehäuse 5 vermieden.
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Die Figur 3 zeigt eine typische Turbinenlageranordnung mit zugeordnetem
Ölverteilungssystem. In diesem Fall liegen sechs Wellenlager 17 bis 22 vor, die
an verschiedenen Stellen über die Länge der Turbinenwelle angeordnet sind. Die Lager
18, 19 und 21, 22 liegen paarweise vor und jedes Paar ist in einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet. Die Hauptumpte 23 führt ausgehend von dem Sumpf 24 zu dem Umlaufen des
Öls durch die Leitung 25 und den F ilter 26. Die Leitung 25 beschickt eine Hauptleitung
27, die das Absperrventil 28 enthält, sowie die Umströmleitung 29 und ein Steuerventil
30. Die Hauptleitung 27 ist in der Figur 4 gezeigt und beschickt die Gehäuse der
Lager 17 und des Lagerpaars 21 und 22. Das aus den Lagern 21 und 22 entfernte Öl
wird direkt dem Getriebegehäuse 31 zugeführt, von wo dasselbe vermittels der Pumpe
32 durch die Kühleinheit 36 dem Sumpf 24 zugeführt wird. Der für jedes Lager erforderliche
ölfluß schwankt in Abhängigkeit von der Stelle und der spezifischen Lagerkonfiguration.
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Dies erfordert gelegentlich zusätzliche Pumpen, wie die Pumpen 33
und 34, um den gewünschten Ölfluß aufrechtzuerhalten. Die Pumpe 34 überführt Öl
von dem Lager 17 zu dem Getriebegehäuse 31. Die Hauptleitung 27 beschickt ebenfalls
das Lager 20 über die zusätzliche Pumpe 33, und das aus dem Lager 20 entfernte-
Öl wird direkt an das Getriebegehäuse 31 abgegeb-en.Der aus der Hauptleitung 27
kommende Ölfluß wird dem Untersetzungsgetriebegehäuse 35 zugeführt, von wo dasselbe
vermittels der Pumpe 37 durch den Kühler 36 dem Sumpf 24 zugeführt wird.
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Aufgrund hydraulischer Probleme, die dem Lagerpaar 18 und 19 eigen
sind, werden dieselben direkt durch die Pumpe 23 stromauf von der Umströmleitung
29 beschickt, um so einen maximalen Öldruck aufrechtzuerhalten.
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Beschreibung des Ventils und der Hauptleitung Die Hauptleitung 27
ist in der Figur 4 gezeigt und so aufgebaut, daß dieselbe das Filter 26 und die
Pumpeneinheiten 23, 32, 33, 34 und 37 trägt. Innerhalb der Hauptleitung ist einteilig
die Zuführungsleitung
25 ausgebildet, die den Hauptölfluß dem Filter
26 zuführt. Das von dem Filter 26 kommende Öl wird durch das Absperrventil 28 dem
Lager 17 und dem Lagernaar 21, 22 durch die Leitung 38 zugeführt. Eine Leitung 39
überführt das Öl von der Leitung 38 zu dem Lagerpaar 18,19 und ist vor der Umströmleitung
angeechlossen, um sicherzustellen, daß unter allen Bedingungen ein maximaler öldruck
vorliegt. Die Umströmleitung 29 steht mit der Leitung 38 stromauf bezüglichdes Absperrventils
in Verbindung und wird durch ein Programmventil 30 gesteuert, so daß unter Leerlaufbedingungen
ein Ölfluß zurück zu dem Getriebegehäuse 31 ermöglicht wird. Eine Leitung 40 beschickt
das Pumpenelement 33 unter Überführen eines Ölflusses zu dem Lager 20. Die Umströmleitung
29 kann in der in der Figur 3 gezeigten Weise angeschlossen sein, wodurch der ölfluß
dem Getreibegehäuse 31 zugeführt wird, aus dem das Öl durch die Pumpe 32 entfernt
wird. In der Hauptleitung 27 können enteilig weitere Leitungen ausgebildet sein
zwecks Überführen des olflusses zu dem Untersetzungsgetriebegehäuse 35, aus dem
das Öl durch die Pumpeneinheit 37 entfernt wird.
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Das Steuerventil 30 ist insbesondere in der Figur 5 wiederaegeben.
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Dieses Ventil ist so aufgebaut, daß eine veränderliche öffnung 44
für die Umströmleitung 29 vorliegt, die sich allmählich anpaßt und einen ölfluß
in der Leitung 29 gemäß der Kurve 10 nach Figur 2 ermötlicht aufgrund des in dem
Ölzuführungssystem vorliegenden Drucks.
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Insbesondere ist das Ventil 13 so ausgelegt, daß der bei Leerlaufbedingungen
und darunter vorliegende überschüssige Ölfluß im Nebenschluß geführt wird. Oberhalb
der Leerlaufbedingungen schließt sich das Ventil 30 allmählich unter Ausbilden eines
vollen Ölflusses zu der Turbine bei hohen Geschwindigkeiten.
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Das Ventil 30 besteht aus einem Ventilkörper 41 mit einer Innenkammer
42, die einen Einlaß 43 und einen Auslaß 44 besitzt. Der Ventilschaft 45 ist gleitbar
in der Kammer 42 angeordnet zwecks Steuern der Größe der Auslaßöffnung 44. Der Ventilschaft
45 wird durch die Feder 46 in die öffene Lage gedrückt. Der von dem Einlaß 43 und
dem Sekundäreinlaß 49 kommende öldruck übt eine Kraft auf den Flansch 50 des Ventilschaftes
45 aus unter Überwinden der durch die Feder 46 ausgeübten Kraft. Die Gleitdichtung
47 trennt das Gebiet hohen Öldrucks von dem Federteil der Kammer 42, die über den
Auslaß 48 mit der Außenluft in Verbindung steht,
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