Engine Oil Consumption......

[Charly Moser]

Werte Kollegen des ILS Forums

 

Während meiner Zeit als Copi und Captain (A320, A330, A340, B777 und B787) stelle ich immer wieder fest, dass alle Triebwerke einen gewissen Triebwerkölverbrauch auweisen. Der Ölverbrauch scheint von Triebwerkhersteller und Triebwerktyp zu Triebwerkhersteller und Triebwerktyp unterschiedlich zu sein. Zusätzlich stelle ich immer wieder fest, wenn die Mechaniker an den Triebwerken am arbeiten sind, dass die Triebwerke, ausser bei den Drains, absolut trocken sind. Weshalb sind die Unterschiede recht gross und wo verbraucht ein Triebwerk sein Öl?

 

Captain Charly

Bearbeitet 7. Dezember 2020 von Charly Moser

[Gast]

Google spuckt das hier aus:

https://www.exxonmobil.com/en/aviation/~/media/files/global/us/aviation/Knowledge-Library/learningandresources_tech-topics_jet-engine-oil-consumption

 

Andi

Bearbeitet 7. Dezember 2020 von Gast
Link ohne embedding eingefügt.

[Brufi]

Die LP und HP Rotoren der Axialtriebwerke haben üblicherweise Wälzlager (Kugellager bzw. Rollenlager) und diese werden normalerweise mit Ölnebel geschmiert, diese Art der Schmierung ist also nicht zu vergleichen mit der typischen Druckumlaufschmierung eines Kolbenmotors, denn jene haben normalerweise Gleitlager. Die Lagerschmierung eines Twin-Spool (oder Tripple -Spool) Turbinenrotors ist alles andere als trivial, denn insbesondere die Lager des HP Spool liegen im Bereich welcher während des Betriebs durch die Kompressorluft unter Druck gesetzt sind. Auch die turbinenseitigen Lager liegen naturgemäss in einer sehr heissen Gegend des Triebwerks. Diese Luft hat eine hohe Temperatur von mehreren hundert °C und deshalb müssen die Lager und der Ölkreislauf dagegen abgedichtet sein, und das geht wegen dem Temperaturniveau nicht mit Gummidichtungen oder ähnlichem (Simmerringe), sondern mit Metal Labyrinthen und rückgekühlter Sperrluft. Es darf überhaupt kein Öl aus der Lagerstelle in die heisse Verdichterluft herauslecken, sonst kommt es zum Brand. Diese Dichtungen werden so ausgelegt, dass ein kleinwenig Luft in den Ölraum hineinleckt und nicht umgekehrt.

 

Der Ölnebel wird, nachdem er das Lager verlassen hat, aus dem Bereich des Rotors wieder herausgeleitet und dann die Öltropfen wieder aus dem Luftstrom herausextrahiert, dem Kühler zugeführt und in den Öltank zurückgefördert.

Die Extraktion erfolgt zwangsläufig nicht zu 100%. Ein gewisser Anteil des Öls liegt auch dampfförmig vor. Das heisst, ein gewisser, allerdings sehr geringer, Anteil Öl geht überbord.

 

Kolbenmotoren haben übrigens den selben Effekt auch. Nebst den Ölverlusten an den Zylinderwänden und Ventilführungen geht ein Teil des Schmieröls auch über die Kurbelgehäuse-Entlüftung verloren.

 

Philipp

Bearbeitet 7. Dezember 2020 von Brufi

[FalconJockey]

Und wegen dem hohen Druck ist auch kontraproduktiv, zu viel Öl einzufüllen, das ist sonst nach einigen Minuten wieder weg, weil es herausgedrückt wird, so zumindest auf den Triebwerken, die ich bedient habe oder noch bediene. Am besten ist es bei diesen Dingern, den Ölstand auf einem mittleren bis niedrigen Niveau zu halten, dort bleibt er meist konstant über viele Betriebsstunden. Nachfüllen tun wir meistens selbst.

[Charly Moser]

vor 25 Minuten schrieb Brufi:

Die LP und HP Rotoren der üblichen Triebwerke haben üblicherweise Wälzlager (Kugellager bzw. Rollenlager) und diese werden normalerweise mit Ölnebel geschmiert, diese Art der Schmierung ist also nicht zu vergleichen mit der typischen Druckumlaufschmierung eines Kolbenmotors, denn die haben normalerweise Gleitlager. Die Lagerschmierung eines Twin-Spool (oder Tripple -Spool) Turbinenrotors ist alles andere als trivial, denn insbesondere die Lager des HP Spool liegen im Bereich welcher während des Betriebs durch die Kompressorluft unter Druck gesetzt sind. Auch die turbinenseitigen Lager liegen naturgemäss in einer sehr heissen Gegend des Triebwerks. Diese Luft hat eine hohe Temperatur von mehreren hundert °C und deshalb müssen die Lager und der Ölkreislauf dagegen abgedichtet sein, und das geht wegen dem Temperaturniveau nicht mit Gummidichtungen oder ähnlichem (Simmerringe), sondern mit Metal Labyrinthen und rückgekühlter Sperrluft. Es darf überhaupt kein Öl aus der Lagerstelle in die heisse Verdichterluft herauslecken, sonst kommt es zum Brand. Diese Dichtungen werden so ausgelegt, dass ein kleinwenig Luft in den Ölraum hineinleckt und nicht umgekehrt.

 

Der Ölnebel wird, nachdem er das Lager verlassen hat, aus dem Bereich des Rotors wieder herausgeleitet und dann die Öltropfen wieder aus dem Luftstrom herausextrahiert, dem Kühler zugeführt und in den Öltank zurückgefördert.

Die Extraktion erfolgt zwangsläufig nicht zu 100%. Ein gewisser Anteil des Öls liegt auch dampfförmig vor. Das heisst, ein gewisser, allerdings sehr geringer, Anteil Öl geht überbord.

 

Kolbenmotoren haben übrigens den selben Effekt auch. Nebst den Ölverlusten an den Zylinderwänden und Ventilführungen geht ein Teil des Schmieröls auch über die Kurbelgehäuse-Entlüftung verloren.

 

Philipp

Philipp, obschon ich über ein ETH Maschinenstudium verfüge, fällt es mir nicht leicht, deiner Erklärung zu folgen. Ist es richtig, dass das gesamte Rücköl über die Ölzentrifuge geleitet wird?

 

Charly

[Charly Moser]

vor 11 Minuten schrieb FalconJockey:

Und wegen dem hohen Druck ist auch kontraproduktiv, zu viel Öl einzufüllen, das ist sonst nach einigen Minuten wieder weg, weil es herausgedrückt wird, so zumindest auf den Triebwerken, die ich bedient habe oder noch bediene. Am besten ist es bei diesen Dingern, den Ölstand auf einem mittleren bis niedrigen Niveau zu halten, dort bleibt er meist konstant über viele Betriebsstunden. Nachfüllen tun wir meistens selbst.

Andreas, wo wird das Öl herausgedrückt und wegen welchem hohen Druck? Einen mittleren oder sogar niedrigen Ölstand vor dem Flug hatten wir noch bei keinem Flugzeug und keiner Airline. Rücksichtslos, ob wir nur sechs oder sechzehn Stunden in der Luft sind, werden die Öltanks immmer zum Maximum gefüllt.

 

Charly

[FalconJockey]

vor 27 Minuten schrieb Charly Moser:

Andreas, wo wird das Öl herausgedrückt und wegen welchem hohen Druck? Einen mittleren oder sogar niedrigen Ölstand vor dem Flug hatten wir noch bei keinem Flugzeug und keiner Airline. Rücksichtslos, ob wir nur sechs oder sechzehn Stunden in der Luft sind, werden die Öltanks immmer zum Maximum gefüllt.

Ich habe keine Erfahrung mit so großen Triebwerken. Ich kann nur über unsere kleinen Dinger reden: Auf der Citation XLS sind Triebwerke der PW500-Familie verbaut. Auf der Falcon 2000EX EASy, die ich seit mehr als 10 Jahren fliegen darf, haben wir zwei Pratt & Whitney PWC-308C. Bei beiden Typen ist es immer so gewesen, dass sie bei einem bestimmten Füllstand über 10 oder 20 Stunden Normalbetrieb so gut wie kein Öl verbraucht haben. Hat man mehr reingefüllt, hat es das einfach innerhalb einer oder zwei Betriebsstunden herausgedrückt, bis wieder der vorher erwähnte Füllstand erreicht war, wo der Verbrauch stagnierte. Zuviel Öldruck ist auch schädlich für die Dichtungen, darum gibt es einen Schutz, sodass das überflüssige Öl über Bord geht. Wir Businessjockeys wissen das ziemlich gut, weil wir uns oft selbst um den Ölservice kümmern und entsprechend nach jedem Flug die Restmenge direkt am Triebwerk ablesen.

[Brufi]

vor einer Stunde schrieb Charly Moser:

Philipp, obschon ich über ein ETH Maschinenstudium verfüge, fällt es mir nicht leicht, deiner Erklärung zu folgen. Ist es richtig, dass das gesamte Rücköl über die Ölzentrifuge geleitet wird?

 

Charly

Charly,

Ich weiss es nicht. Ich habe ein Maschineningenieurleben lang grosse Kraftwerksgasturbinen entwickelt und kenne auch ein wenig die Dampfturbinen. Dort wüsste ich mehr Details.

Klar ist aber, dass es am Flugtriebwerk Sperrluft braucht um Ölaustritt in die Mittel- oder Hochdruckluft zu verhindern und auch klar ist, dass Wälzlager mit Ölnebel geschmiert sind. Die Sperrluft, welche mit dem Rücköl zurückfliesst, muss ganz sicher durch die Zentrifuge. Ob auch noch Öl einfach so, als Flüssigkeit, zurückfliesst, weiss ich nicht, nehme ich aber an. Ob man dieses auch durch die Zentrifuge leitet weiss ich nicht, könnte ich mir aber vorstellen.

Gruss

Philipp

[Charly Moser]

vor 21 Stunden schrieb FalconJockey:

Ich habe keine Erfahrung mit so großen Triebwerken. Ich kann nur über unsere kleinen Dinger reden: Auf der Citation XLS sind Triebwerke der PW500-Familie verbaut. Auf der Falcon 2000EX EASy, die ich seit mehr als 10 Jahren fliegen darf, haben wir zwei Pratt & Whitney PWC-308C. Bei beiden Typen ist es immer so gewesen, dass sie bei einem bestimmten Füllstand über 10 oder 20 Stunden Normalbetrieb so gut wie kein Öl verbraucht haben. Hat man mehr reingefüllt, hat es das einfach innerhalb einer oder zwei Betriebsstunden herausgedrückt, bis wieder der vorher erwähnte Füllstand erreicht war, wo der Verbrauch stagnierte. Zuviel Öldruck ist auch schädlich für die Dichtungen, darum gibt es einen Schutz, sodass das überflüssige Öl über Bord geht. Wir Businessjockeys wissen das ziemlich gut, weil wir uns oft selbst um den Ölservice kümmern und entsprechend nach jedem Flug die Restmenge direkt am Triebwerk ablesen.

Andreas, ja da wird es schon Unterschiede geben und bei mir war das CFM56 das kleinste und das GE90 das grösste Triebwerk. 

 

Charly

Bearbeitet 8. Dezember 2020 von Charly Moser

[Charly Moser]

vor 20 Stunden schrieb Brufi:

Charly,

Ich weiss es nicht. Ich habe ein Maschineningenieurleben lang grosse Kraftwerksgasturbinen entwickelt und kenne auch ein wenig die Dampfturbinen. Dort wüsste ich mehr Details.

Klar ist aber, dass es am Flugtriebwerk Sperrluft braucht um Ölaustritt in die Mittel- oder Hochdruckluft zu verhindern und auch klar ist, dass Wälzlager mit Ölnebel geschmiert sind. Die Sperrluft, welche mit dem Rücköl zurückfliesst, muss ganz sicher durch die Zentrifuge. Ob auch noch Öl einfach so, als Flüssigkeit, zurückfliesst, weiss ich nicht, nehme ich aber an. Ob man dieses auch durch die Zentrifuge leitet weiss ich nicht, könnte ich mir aber vorstellen.

Gruss

Philipp

Philipp, gemäss den Schemen von GE, PW, und RR wird das Öl von den Lagern, per Pumpe in den Öltank gefördert und nur der Öl-Luftnebel wird durch die Zentrifuge geleitet.

 

Charly

[Flying Bull]

Hi,

normalerweise gibt es Pressure Pumps - um das Öl zum Lager zu fördern 

und

Scavenge Pumps - die das Öl vom Lager absaugen, damit es nicht verkokt und dem Kühler wieder zugefügt werden kann.

Etwas Öl verliert man idR beim Anlassen und abstellen, wenn der Luftdruck auf den Labyrinth-Dichtungen zusammen bricht.

Früher mehr - das RR Gem qualmte gerne nach und hatte am Abgasrohr ein Loch, wo unsere Techniker immer nen kleinen Marmeladeneimer dran gehängt haben, damit der Hangar nicht eingesaut wurde.

Inzwischen, bei den neueren Triebwerken, wird der (geringe) Verbrauch penibel nachgehalten, da eine Erhöhung vom Verbrauch auf Triebwerksverschleiß hinweist.

 

Gruß Udo

Flying Bull

[Tigerstift1]

Am 7.12.2020 um 14:18 schrieb Charly Moser:

Werte Kollegen des ILS Forums

 

Während meiner Zeit als Copi und Captain (A320, A330, A340, B777 und B787) stelle ich immer wieder fest, dass alle Triebwerke einen gewissen Triebwerkölverbrauch auweisen. Der Ölverbrauch scheint von Triebwerkhersteller und Triebwerktyp zu Triebwerkhersteller und Triebwerktyp unterschiedlich zu sein. Zusätzlich stelle ich immer wieder fest, wenn die Mechaniker an den Triebwerken am arbeiten sind, dass die Triebwerke, ausser bei den Drains, absolut trocken sind. Weshalb sind die Unterschiede recht gross und wo verbraucht ein Triebwerk sein Öl?

 

Captain Charly

Hallo Capt. Charly

 

Es wurde ja schon sehr viel im Detail hier geklärt. Um das ganze mal zusammenzuführen:

 

Um das Schmiersystem an Triebwerken zu verstehen müssen wir den Ölkreislauf erstmal in zwei Krausläufe unterteilen.

1. Frisch Öl oder Ölversorgung (supply), hier gibt es keinen Ölverlust, wenn ja dann ist es eine Leckage....
2. Heiss Öl oder Rüchforderung (scavenge) - Hier findet der grösste Verlust statt und zwar durch die Entgasung vom Öl und durch die Lagersperrluft.

Das Frischöl wird von einer Druckpumpe in das Versorgunssystem eingespiesen und wird in die Gearbox(en) und separat in die Lagergehäuse/-sümpfe gefördert. Hier passiert nicht viel ausser das dieses gefiltert und unter Druck gesetzt wird. Hier gibt es aber einen Faktor welcher beachtet werden muss und das hat Andreas versucht zu erklären. Dieser tritt nach dem Abstellen auf und dafür sind zum Teil auch Antissog-Ventile eingebaut (Antiisiphon) welche mal mehr oder weniger gut funktionieren. Beim Abstellen des Triebwerks kühlt sich das Öl in den Gearboxen und Lagersünpfen schneller ab als das Öl welches aus den heissen Kreislauf in den Tank zurückgefördert wurde. Dadurch kann es passieren das ein Sog einsteht welcher die Gearbox und Sümpfe mit Öl füllt, aber es gibt keinen Rückfluss in den Tank. Fülle ich nun den Tank bis zu "Voll" Marke auf, habe ich das System überfüllt. Beim nächsten Triebwerkstart wenn sich der Öldruck aufbaut, bzw. wenn der Lagersperrluftdruck noch nicht aufgebaut ist, wird dieses Öl wieder durch die Labyrinthdichtungen nach Aussenbord gedrückt. Das "verseucht" dann gerne den Verdichter und kann auch ein Grund für Oil Smell sein und führt natürlich auch zu einen höheren punktuellen Ölverbrauch. Deshalb gibt es auch bestimmte Zeiträume nach dem abstellen der Triebwerke für das Überprüfen der Füllstände bzw manchmal auch eine "Heisse" und eine "Kalte" Skala am Öltank.

 

Ein Teil des Frischöls wird in die Gearboxen gefördert, hier fängt dann auch das scavenge system bzw das Heiss Öl System an. Da hier technisch ein Unterdruck entsteht fängt das Öl an auszugasen, um diese Gasbläschen aus dem Öl wieder abzuscheiden wird es durch einen Zentrifugalabscheider geleitet und das Gas vom Öl getrennt. Nachteil von diesen Abscheidern sind aber das ein feiner Ölnebel bei der Entlüftung ensteht und diese feine Öltröpfchen nicht durch die Zentrifuge gefasst werden können und nach aussenbord als Öldampf abgeleitet werden. (sieht man hier ab min 5:45 https://youtu.be/-dOpYQ3FtrQ?t=345 , der Dampf am kleinen Drain Mast unter dem Triebwerk ist die Entlüftung vom De-Oiler). 

 

Der andere Teil des Frischöls wird direkt in die Lagersümpfe geleitet und als feiner Nebel auf die Lager gespritzt. Das Öl im im Sumpf wird dann wieder durch Scavenge Pumpem in den Öltank abgeleitet, dieses hat sich aber mit einem Teil der Lagersperrluft verbunden welche dann wiederum im De-Aerator abgeschieden wird. Auch hier gibt es wieder einen feinen Ölnebel welcher nicht im Abscheider von der Luft getrennt werden kann, auch das geht wieder nach aussenbord. Die Sperrluft selber wird aus dem Lagergehäuse wieder direkt nach aussenbord geleitet und enthält auch einen kleinen Teil Ölpartikel (kann man hier gut sehen https://youtu.be/i5XB--LB2Zo ).

 

Ein nicht zu verachtendes Symptom des Ölverbrauchs sind auch abrupte Schubänderungen, dort tritt das so genannte "OIl-hiding Phenomenom" oder "Oil-gulping" auf. Hier kann es passieren das durch die rapiden Druckänderungen die Ölsümpfe volllaufen bzw. überlaufen. Das überlaufene Öl wird dann über die Speerluft direkt nach aussenbord abgeleitet. Das ist dann gerade auf Langstrecke relevant bei einen turbulenten Flug bei dem es viele und abrupte Schubänderungen gibt. Auch sind radiale G-Belastungen nicht förderlich da es in den Labyrinthdichtungen zu kurzzeitigen Toleranzüberschreitung kommen kann, bei dem die Sperrluft nicht mehr die Sümpfe abdichten kann und Öl von dort in den Sperrluftkreislauf gerät und somit auch nach aussenbord geleitet wird.

 

Der Ölverbrauch von Strahltriebwerken hängt nun von folgenden Faktoren ab:

1. Anzahl der Wellenlager welche mit Sperrluft abgedichtet werden
2. Effizienz des Entölers (De-Oiler, Zentrifugalabscheider), dieser entlüftet die Gearbox.
3. Effizienz des Entlüfters (De-Aerator, Ölnebelabscheider), dieser entlüftet die das komplette Heissöl (Tankentlüftung).
4. Anzahl der Anlass- und Abstellvorgänge sowie Anzahl von schnellen Schubwechseln
5. Zustand der Wellenlagerdichtungen (meist Labyrinth- (Primär) oder Gleitringdichtungen, Schleifdichtungen oder Bürstendichtungen (Sekundär))

In der Regel kann man aber sagen, unabhängig vom Triebwerkshersteller, dass modernen Strahltriebwerke (Mehrwellen, Hi-Bypass) heute in etwa 0.3qt/h (US Quarts pro Stunde) verbrauchen. Auch hier gibt es Aussreisser, positiv wie negativ. Aus meiner Erfahrung kann ich sagen das beim PW4000  man eher aufpassen das das Öl nicht "Schimmel" ansetzt (vll. füllt man mal nen quart beim weekly check nach), bei RR RB211 Typen ist es eher andersrum und dies sind rchtige Ölsauen. Das CFM56-5B (A320) liegt eher in der Mitte (0.2 qt/h) wobei das -5C (A340) sich gerne mal ein bisschen mehr gönnt (etwa 0.4qt/h).

 

Der Ölverbrauch muss auch vom Betreiber und unabhängig vom Triebwerks/Flugzeugtyp kontinuierlich Überwacht werden damit Trends erkannt werden können und frühzeitig Massnahmen eingeleitet werden um am Ende einen IFSD zu verhindern. Dies wird auch von den Luftämtern gefordert und bekommt bei ETOPS Ops noch einmal ein zusätzliches Augenmerk.

Bearbeitet 2. Januar 2021 von Tigerstift1

[FalconJockey]

Danke für den kompetenten Beitrag!

 

Und zur Info: Der "Kollege" Charly Moser (der natürlich kein echter Airlinepilot, sondern nur ein Provokateur ist) nimmt seit ein paar Wochen nicht mehr im Forum teil, haben wir entschieden.