DE1243525B

DE1243525B - Crumbling pipe section, especially for hot gases from jet engines with afterburner

Info

Publication number: DE1243525B
Application number: DEM64400A
Authority: DE
Inventors: Erich Weigmann
Original assignee: Messerschmitt AG
Current assignee: Messerschmitt AG
Priority date: 1965-03-05
Filing date: 1965-03-05
Publication date: 1967-06-29

Description

Verkrümmbares Rohrstück, insbesondere für heiße Gase von Strahltriebwerken mit Nachbrenner Die Erfindung betrifft ein verkrümmbares Rohrstück, insbesondere für heiße Gase von Strahltriebwerken mit Nachbrenner, mit einer Innenauskleidung aus teleskopartig sich überdeckenden und abdichtenden Schutzringen, die außen von zwei vielgliedrigen, in der Krümmungsebene sich axial erstreckenden Scheren getragen werden.Bendable pipe section, especially for hot gases from jet engines with afterburner The invention relates to a bendable pipe section, in particular for hot gases from jet engines with afterburner, with an inner lining made of telescopically overlapping and sealing protective rings, the outside of two multi-link, axially extending scissors in the plane of curvature carried will.

Schnelle Heißgasströme, wie sie in Strahltriebwerken auftreten, beanspruchen die Wände der gasführenden Rohre bis an die Grenze der Belastbarkeit. Führt man einen derartigen Heißgasstrom durch ein verkrümmtes Rohrstück, so wird die thermische Belastung an der Rohrwand so groß, daß besonders im Innern eines beweglichen Rohrkrümmers leichter Bauweise eine zusätzliche thermisch widerstandsfähige Schutzauskleidung notwendig ist, die ebenfalls beweglich sein muß.Fast hot gas flows, as they occur in jet engines, demand the walls of the gas-carrying pipes to the limit of the load capacity. One leads such a hot gas flow through a bent pipe section, the thermal Load on the pipe wall so great that especially inside a movable pipe bend lightweight construction an additional thermally resistant protective lining is necessary, which must also be movable.

Aus der deutschen Patentschrift 1080 861 ist ein biegsamer Rohrkrümmer bekannt, bei dem keine Schutzauskleidung vorgesehen ist und der deshalb eine massivere Bauweise aus teleskopartig angeordneten dickwandigen Einzelringen aufweist, um der thermischen Belastung zu widerstehen. Nachteile dieser Bauweise sind besonders die notwendig große Herstellungsgenauigkeit der gegeneinander gleitenden Ringflächen, das relativ große Gewicht des Rohrkrümmers, vor allem aber die begrenzte Beweglichkeit der Innenringe gegeneinander und damit die begrenzte Beweglichkeit des gesamten Krümmers.From the German patent specification 1080 861 a flexible pipe bend is known in which no protective lining is provided and which therefore has a more solid construction of telescopically arranged thick-walled individual rings in order to withstand the thermal load. Disadvantages of this design are particularly the necessary high manufacturing accuracy of the ring surfaces sliding against each other, the relatively large weight of the pipe elbow, but above all the limited mobility of the inner rings against each other and thus the limited mobility of the entire elbow.

Es wurde auch bereits ein verkrümmbares Rohrstück vorgeschlagen, dessen Außenmantel aus einem sehr beweglichen, aus einzelnen miteinander verschweißten dünnwandigen Ringen bestehender Metallbalg gebildet ist. Als Schutz gegen die thermische Belastung der Wandfläche des gekrümmten Rohrstücks ist eine bewegliche Schutzausldeidung vorgesehen, welche aus teleskopartig übereinandergeschobenen. Metallringen besteht, welche durch zwei vielgliedrige Scheren an den Außenflächen so geführt werden, daß sie sich in allen Phasen der Verkrümmung des Rohrstücks stets überdecken. Jeder Schutzring trägt an der Außenfläche einerseits zwei Zapfen, die mit den Knotenpunkten der beiden vielgliedrigen Scheren verbunden sind, und andererseits über die Außenfläche gleichmäßig verteilte Stege mit Nuten, die in Nasen des Metallbalgs eingreifen, um diesen bei der Verkrümmung des Rohrstücks gleichmäßig mitzunehmen. Die Schutzringe müssen daher beim Bewegen des Balgs Kräfte aufnehmen, was eine Mindestmaterialstärke und eine gewisse Biegesteifigkeit bedingt, wodurch die Flexibilität der Schutzringe eingeschränkt wird. Auch die an den Außenflächen der Schutzringe angeordneten Zapfen und Stege selbst verringern die Flexibilität. Der Druck des Heißgas-Strahls kann daher die Schutzringe nicht genügend eng zusammenpressen, so daß die erforderliche Dichtwirkung nicht ausreichend ist.A bendable pipe section has also been proposed, the Outer jacket made of a very movable, individual welded together thin-walled rings of existing metal bellows is formed. As protection against the thermal Load on the wall surface of the curved pipe section is a movable protective lining provided, which from telescopically pushed one on top of the other. Metal rings, which are guided by two multi-part scissors on the outer surfaces so that they always overlap in all phases of the curvature of the pipe section. Everyone On the one hand, the protective ring has two pegs that connect to the nodes of the two multi-link scissors are connected, and on the other hand via the outer surface evenly distributed webs with grooves that engage in the noses of the metal bellows, in order to take it with you evenly when the pipe section bends. The protection rings must therefore absorb forces when moving the bellows, which is a minimum material thickness and a certain bending stiffness, which increases the flexibility of the guard rings is restricted. Also the pins arranged on the outer surfaces of the protective rings and bars themselves reduce flexibility. The pressure of the hot gas jet can therefore do not press the guard rings together enough tightly, so that the required Sealing effect is not sufficient.

Ein Hauptnachteil dieser Bauweise ist ferner, daß sich eine ausreichende Lebensdauer der Auskleidung nur durch Zusatzkühlluft erreichen läßt, die den Schutzringen durch den Ringspalt zwischen Metallbalg und Schutzringen zugeführt wird und sich dann mit dem Schubstrahl vermischt. Die erforderliche Luftmenge ist dabei besonders beim verkrümmten Rohrstück so groß, daß sich ein unerwünschter Schub= verlust ergibt.A major disadvantage of this type of construction is also that sufficient The service life of the lining can only be achieved by additional cooling air that surrounds the protective rings is fed through the annular gap between the metal bellows and protective rings and then mixed with the thrust jet. The amount of air required is special so large in the bent pipe section that there is an undesirable thrust loss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten verkrümmbaren Rohrstücke zu vermeiden und insbesondere die erwähnte Zusatzkühlgasmenge weitgehend zu reduzieren oder unnötig zu machen.The invention is based on the disadvantages of the known Avoid bendable pipe sections and in particular the additional amount of cooling gas mentioned largely reduced or made unnecessary.

Die Erfindung besteht darin, daß jeder Schutzring außen an einem biege- und verwindungssteifen Hohlring befestigt ist, der seinerseits von zwei diametral gegenüberliegenden Scherengelenken getragen wird. Die dem Heißgasstrom ausgesetzten Schutzringe, können somit aus dünnwandigem, flexiblem, wärmefestem Material bestehen. Dadurch erhalten die sich überlappenden Ringe ihre Flexibilität, so daß sie durch den Gasstrahl jeweils gut dichtend zusammengepreßt werden können. Der Heißgasstrom kommt somit nicht direkt mit tragenden Bauteilen in Berührung. Die Schutzringe sind nach einer Weiterbildung der Erfindung m Umfangsrichtung gewellt. Durch diese Verformung wird die Verwindungssteifigkeit erhöht.The invention consists in that each protective ring is attached on the outside to a bending and torsion-resistant hollow ring, which in turn is supported by two diametrically opposed scissor joints. The protective rings exposed to the hot gas flow can thus consist of thin-walled, flexible, heat-resistant material. This gives the overlapping rings their flexibility so that they can each be pressed together with a good seal by the gas jet. The hot gas flow therefore does not come into direct contact with load-bearing components. The guard rings are corrugated in a further development of the invention, m the circumferential direction. This deformation increases the torsional stiffness.

Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß am freien Ende der Schutzringe schlitzförmige Einschnifte in axialer Richtung angebracht sind. Durch derartige Einschnitte wird eine leichtere gegenseitige Verbiegung der Schutzringe ohne Nachlassen der Dichtwirkung auch bei relativ steifen Schutzringen ermöglicht.Another feature of the invention is that on the free At the end of the protective rings, slot-shaped notches are attached in the axial direction. Such incisions make it easier for the protective rings to bend towards one another made possible without diminishing the sealing effect even with relatively stiff guard rings.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind an den Innenflächen der Hohlringe Bohrungen angebracht, durch die ein Schutzgas auf die Schutzringe geleitet wird, welches den Hohlringen über flexible Leitungen zwischen der Innen- und Außenverkleidung des Rohrstücks zugeleitet wird. Hierdurch -wird eine zusätzliche Kühlung mit Hilfe von Schutzgas ohne weitere Mittel möglich.According to a further embodiment of the invention are to the Inner surfaces of the hollow rings are drilled through which a protective gas is applied to the Guard rings is passed, which the hollow rings via flexible lines between the inner and outer cladding of the pipe section is fed. This will -will additional cooling with the help of protective gas is possible without any further means.

Zur praktischen Ausführbarkeit der Erfindung ist es zweckmäßig und vorteilhaft, das erfindungsgemäße Merkmal anzuwenden, die Hohlringe im krümmungsäußeren Bereich im Querschnittsprofil breiter zu machen als im krümmungsinneren Bereich. Beispielsweise wird hierdurch erreicht, daß die Verkrümmung sehr stark gewählt werden kann und daß eine gleichmäßige Lückenbreite im verkrümmten Zustand erzielt wird.For the practical implementation of the invention, it is expedient and advantageous to use the inventive feature, the hollow rings in the outer curvature To make the area in the cross-sectional profile wider than in the inner curvature area. For example, this ensures that the curvature is selected to be very strong can and that a uniform gap width is achieved in the curved state.

Die F i g. 1 bis 5 zeigen eine beispielsweise Ausführung der Erfindung, und zwar F i g. 1 einen Schnitt durch das verkrümmbare Rohrstück im verkrümmten Zustand (vertikale Schubrichtung des Heißgasstrahles), F i g. 2 einen Schnitt durch das verkrümmbare Rohrstück im geradlinigen Zustand (horizontale Schubrichtung des Heißgasstrahles), F i g. 3 als Ansicht A (vgl. F i g. 1) einen Teil der vielgliedrigen Schere,.The F i g. 1 to 5 show an example embodiment of the invention, namely F i g. 1 shows a section through the bent pipe section in the bent State (vertical thrust direction of the hot gas jet), F i g. 2 a section through the bendable pipe section in a straight line (horizontal thrust direction of the Hot gas jet), F i g. 3 as view A (see FIG. 1) a part of the multi-part Scissors,.

F i g. 4 einen vergrößerten Schnitt durch den Mantel des verkrümmbaren Rohrstücks, F i g. 5 als Ansicht B (vgl. F i g. 4) die Wellung und die schlitzförmigen Einschnitte an den Schutzringen. F i g. 1 zeigt das verkrümmbare Rohrstück, das zwischen Triebwerk 1 mit Flansch 2 und dem Schubrohr 9 mit Flansch 3 angeordnet ist. Das Schubrohr 9 kann mittels eines nicht dargestellten Antriebs um einen Gelenkpunkt der außerhalb des Rohrs liegenden Gelenkarme 7 von einer geraden Stellung (F i g. 2) in eine gekrümmte Stellung (F i g. 1) geschwenkt werden. Zwischen den Flanschen 2 und 8 ist ein flexibler Metallbalg 3 angeordnet. Im Innern des Metallbalgs 3 sind zwei vielgliedrige Scheren 4 an den Flanschen 2 und ß so befestigt, daß ihre Gelenke, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, in der Krümmungsebene des Rohrstücks liegen. Die Scheren 4 folgen durch Biegung und Verstellung der Scherenglieder 11 der Krummbewegung. Innerhalb von Balg 3 und Scheren 4 sind eine Anzahl von Hohlringen 5 angeordnet, deren Ringbreite sich in Richtung zur hrümmungsachse des Krümmers hin verringert, um eine weitgehende Verkrümmung zu ermöglichen und eine gleichmäßige Lückenbreite auch im verkrümmten Zustand zu erzielen. Die Hohlringe 5 sind durch je einen Bolzen 12 mit den Gelenken 10 der Scheren 4 verbunden (F i g. 4). Die über die Scheren hinausragenden Bolzenenden 12 tragen ferner Führungsnuten, die jeweils in einen Führungsring 13 des Balgs 3 eingreifen und den Balg führen. Beim Verkrümmen des Rohrstücks halten die beiden vielgliedrigen Scheren 4 die Hohlringe 5 in gleichem Abstand voneinander und führen den Balg 3 gleichmäßig mit. Die Scheren 4 nehmen ferner die Zugkräfte auf, die durch den Strahlaufprall auf die Krümmerwand entstehen, und wirken versteifend auf die ganze Anordnung. Die Hohlringe 5 bilden zusammen mit den beiden Scheren 4 das tragende und führende Skelett der Innenauskleidung und des ganzen verkrümmbaren Rohrstücks.F i g. 4 is an enlarged section through the jacket of the bendable Pipe section, F i g. 5 as view B (see FIG. 4) the corrugation and the slot-shaped Incisions on the protective rings. F i g. 1 shows the bendable piece of pipe that arranged between engine 1 with flange 2 and the thrust tube 9 with flange 3 is. The thrust tube 9 can be moved around a pivot point by means of a drive (not shown) the articulated arms 7 lying outside the tube from a straight position (F i g. 2) be pivoted into a curved position (FIG. 1). Between the flanges 2 and 8 a flexible metal bellows 3 is arranged. Inside the metal bellows 3 are two multi-part scissors 4 attached to the flanges 2 and ß so that their joints, as from Fig. 1 can be seen, lie in the plane of curvature of the pipe section. the Scissors 4 follow the bending movement by bending and adjusting the scissor members 11. A number of hollow rings 5 are arranged within bellows 3 and scissors 4, whose ring width decreases in the direction of the curve axis of the manifold, to enable extensive curvature and a uniform gap width can also be achieved when bent. The hollow rings 5 are each through a bolt 12 connected to the joints 10 of the scissors 4 (FIG. 4). The one over the scissors protruding bolt ends 12 also carry guide grooves, each in a Engage the guide ring 13 of the bellows 3 and guide the bellows. When the Piece of pipe, the two multi-link scissors 4 hold the hollow rings 5 in the same way Distance from each other and guide the bellows 3 evenly. Take the scissors 4 also the tensile forces that arise from the jet impact on the manifold wall, and have a stiffening effect on the entire arrangement. The hollow rings 5 form together with the two scissors 4 the supporting and leading skeleton of the inner lining and the whole bendable piece of pipe.

Zur Führung des heißen Schubstrahls und zur Aufnahme des Gasdrucks, der auf das Ringskelett weitergeleitet wird, sind (F i g. 4) extrem dünnwandige, aus thermisch hochbeanspruchbaren Werkstoffen bestehende, gewellte Schutzringe 6 an den Innenflächen der Hohlringe 5 befestigt. Die Schutzringe 6 sind auf Grund ihrer durch die erfindungsgemäße Anordnung der Hohlringe 5 möglich gewordenen freien Aufhängung und geringen Wandstärke so flexibel, daß sie sich beim Aufprall des Gasstrahls auf die Krümmerwand gut abdichtend gegeneinander pressen und gegen die Hohlringe 5 abstützen. Für gleichmäßige Überdeckung und gleichmäßigen Auflageabstand auf Grund der unterschiedlichen Breite der Hohlringe 5 sorgt bei der Verkrümmung die doppelte Scherenführung 4. Die Flexibilität der Schutzringe 6 kann noch durch gegeneinander versetzte Einschnitte 16 (F i g. 5) erhöht werden.To guide the hot thrust jet and to absorb the gas pressure, which is passed on to the ring skeleton are (Fig. 4) extremely thin-walled, Corrugated protective rings made of thermally highly stressable materials 6 attached to the inner surfaces of the hollow rings 5. The protective rings 6 are due their free due to the inventive arrangement of the hollow rings 5 has become possible Suspension and low wall thickness so flexible that they move when the gas jet hits on the manifold wall, press against each other and against the hollow rings 5 support. For even coverage and even support spacing on the ground the different widths of the hollow rings 5 provide double the curvature Scissors guide 4. The flexibility of the protective rings 6 can still be achieved by against each other offset incisions 16 (FIG. 5) are increased.

Um die beim Betrieb des Schubrohrs sehr heißen Schutzringe 6 gegen den Einfluß der Treibgase und der Atmosphäre zu schützen, kann noch zusätzlich die Zuleitung von Schutzgasen durch die Bohrungen 14 und 15 in den Hohlringen 5 vorgesehen werden. Durch die Bohrungen 14 gelangt das Schutzgas zwischen die Schutzringe 6, während es durch die Bohrungen 15 zu den Außenflächen der Schutzringe 6 strömen kann. Der Ringspalt zwischen Metallbalg 3 und Schutzringen 6 bietet die Möglichkeit, diese Schutzgase über eine flexible nicht dargestellte Leitung den einzelnen Hohlringen 5 zuzuleiten.In order to prevent the protective rings 6 from being very hot during operation of the thrust tube Protecting the influence of the propellant gases and the atmosphere can also do the Supply of protective gases through the bores 14 and 15 in the hollow rings 5 is provided will. The protective gas passes through the bores 14 between the protective rings 6, while it flows through the bores 15 to the outer surfaces of the protective rings 6 can. The annular gap between the metal bellows 3 and protective rings 6 offers the possibility of these protective gases to the individual hollow rings via a flexible line, not shown 5 to forward.

Claims

Claims: 1. Bendable pipe section, especially for hot Gases from jet engines with afterburner, with an inner lining made of telescopic overlapping and sealing protective rings, the outside of two multi-parted, axially extending scissors are carried in the plane of curvature, d a d u r c h g e k e n n n -z e i c h n e t that each protective ring (6) on the outside of a flexible and torsion-resistant hollow ring (5) is attached, which in turn of two diametrically opposite scissor joints is worn.

2. Bendable pipe section according to Claim 1, characterized in that the protective rings made of thin-walled, flexible, consist of heat-resistant material.

3. bendable pipe section according to claim 1 or 2, characterized in that the protective rings (6) are corrugated in the circumferential direction.

4. A bendable pipe section according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that slot-shaped incisions at the free end of the protective rings (6) (16) are attached in the axial direction.

5. Bendable pipe section after a or more of Claims 1 to 4, characterized in that on the inner surfaces the hollow rings (5) holes (14) are attached through which a Shielding gas is passed between the protective rings (6), which the hollow rings (5) Via flexible lines between the inner and outer cladding of the pipe section is forwarded.

6. A bendable pipe section according to one or more of the claims 1 to 5, characterized in that all or more hollow rings (5) one to the smallest surface line of the bend towards reducing ring width.