DE3224563A1

DE3224563A1 - Dichtvorrichtung und ringfoermiges dichtungsteil

Info

Publication number: DE3224563A1
Application number: DE19823224563
Authority: DE
Inventors: Edward Ivan 45243 Cincinnati Ohio Stamm; James Leonard 45241 Union Township Ohio Thompson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1982-07-01
Publication date: 1983-02-10
Also published as: IT8222204A0; GB2102897B; GB2102897A; FR2510220B1; IT1198380B; JPS5831226A; FR2510220A1

Description

Dichtvorrichtung und ringförmiges Dichtungsteil

Die Erfindung bezieht sich auf ringförmige Dichtvorrichtungen in Gasturbinentriebwerken und betrifft insbesondere eine ringförmige Dichtvorrichtung zum Verbinden einer ringförmigen Brennkammer mit dem Turbinenleitschaufelkranz eines Gasturbinentriebwerks.

In modernen Gasturbinentriebwerken sind die Triebwerkshauptbestandteile so ausgelegt, daß sie in Bausteinen zusammengebaut und zerlegt werden können. Während des Triebwerksbetriebes erfahren diese Bausteine sowohl axial als auch radial eine thermische Expansion und Kontraktion aufgrund der Temperaturdifferenzen in verschiedenen Abschnitten des Triebwerks. Die Befestigungseinrichtungen zwischen diesen Bausteinen müssen in der Lage sein, diese Expansion und Kontraktion abmessungsmäßig aufzunehmen. Darüber hinaus bilden diese Bausteine an einigen Befestigungsstellen Grenzen zwischen gleich-ringförmigen FluidstrÖmungswegen, die auf unterschiedliche Druckwerte gebracht werden. Zum

Verhindern einer Leckage zwischen den Fluidströmungswegen
müssen die Befestigungseinrichtungen außerdem eine wirksame Abdichtung zwischen diesen aufrechterhalten, beispielsweise zwischen den unter relativ niedrigem Druck stehenden Gasströmung swegprodukten der Brennkammer und der unter relativ hohem Druck stehenden Kühlluft, die durch eine umgebende
Kühlluftkammer strömt.

Die großen Druckdifferenzen, die zwischen den beiden Fluidströmungswegen vorhanden sind, bewirken häufig, daß Teile
der Befestigungseinrichtungen durch eine Fluidleckage an
deren Dichtvorrichtung selbsterregt werden. Diese Selbsterregung wird auf dem einschlägigen Fachgebiet als aeroelastische Instabilität bezeichnet. Ein Zustand aeroelastischer Instabilität führt häufig zu übermäßiger und unkontrollierter Vibration, die zu Verschleiß und schnellem Ausfall der Brennkammer, von Turbinenteilen oder von Abschnitten der
Dichtvorrichtung selbst durch Materialermüdung führen kann. Das Versagen der Dichtvorrichtung kann dazu führen, daß
kleine Teile der Dichtung in den Gasströmungsweg des Triebwerks geblasen werden, wo sie eine Beschädigung stromabwärtiger Teile verursachen. Deshalb sind auch Einrichtungen zum Verhindern übermäßiger Vibration in der Dichtvorrichtung notwendig, um einen erfolgreichen Triebwerksbetrieb aufrechterhalten zu können.

Ein bekannter besonderer Typ von Dichtvorrichtung, der diese Funktionen erfüllt und als Befestigungseinrichtung zwischen Bausteinen in einem Gasturbinentriebwerk erfolgreich eingesetzt worden ist, ist eine selbstnachstellende oder schwimmende fischmaulförmige Dichtung, von der eine Ausführungsform in der US-PS 4 251 986 beschrieben ist, auf die Bezug
genommen wird. Die darin beschriebene schwimmende fischmaulförmige Dichtung weist zwei Abschnitte auf, nämlich einen Ein-

steckabschnitt und einen Buchsenabschnitt. Der Einsteckabschnitt besteht aus einem umfangsmäßig durchgehenden oder ungeteilten ringförmigen Teil, das einen axialen Teil hat, der sich teilweise in einen ringförmigen Einlaß in dem Buchsenabschnitt erstreckt, welcher von einer Brennkammer ausgeht. Der Buchsenabschnitt weist zwei sich axial erstreckende ringförmige Arme auf, die an einem Ende miteinander verbunden und am anderen Ende in gegenseitigem Abstand parallel angeordnet sind, um dadurch den ringförmigen Einlaß zu bilden. Die schwimmende fischmaulförmige Dichtung wird sowohl in radialer als auch in axialer Richtung Expansion und Kontraktion aufnehmen, weil sich der Einsteckteil sowohl radial als auch axial innerhalb des ringförmigen Einlasses in dem Buchsenabschnitt bewegen und trotzdem einen abdichtenden Kontakt aufrechterhalten kann.

Der Einsteckabschnitt erstreckt sich teilweise in den ringförmigen Einlaß, so daß ein axialer Bewegungsspalt innerhalb des Einlasses vorhanden ist, um unterschiedliche axiale Bewegungen aufzunehmen, und ist außerdem mit einem der beiden ringförmigen Arme in Berührung, so daß ein radialer Bewegungsspalt zwischen dem Einsteckabschnitt und dem anderen der beiden ringförmigen Arme vorhanden ist, um unterschiedliche radiale Bewegungen aufzunehmen. Die Größe des radialen Bewegungsspalts ist vorbestimmt, wenn die Summe der maximal zu erwartenden radialen Fertigungstoleranzen und der radialen unterschiedlichen Expansion und Kontraktion, die durch die Dichtvorrichtung aufzunehmen sind, berücksichtigt werden, so daß der axiale Teil des Einsteckabschnitts nur elastisch gebogen wird, wenn er gegen einen der beiden ringförmigen Arme preßt, um abzudichten und unterschiedliche radiale Bewegungen aufzunehmen .

Die Fähigkeit der fischmaulförmigen Dichtung, Abmessungsverän-

derungen aufzunehmen, ist zwar im Falle von Gasturbinentriebwerken sehr erwünscht, die Relativbewegung des Einsteckabschnitts und des Buchsenabschnitts der fischmaulförmigen Dichtung tendiert jedoch dazu, innerhalb der Dichtvorrichtung eine Vibration zuzulassen. Jede Neigung zur Vibration kann unter dem extremen Druck und den hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten, die während des Gasturbinenbetriebes auftreten, gesteigert werden. Diese Bedingungen können in flexiblen Dichtvorrichtungen, wie sie oben beschrieben sind, besonders lästig sein, da es in diesen große Temperaturdifferenzen gibt und die Summe der durch die Fertigung gegebenen Abmessungstoleranzen oder -änderungen relativ groß ist. Zum Minimieren der Vibration hat die aus der US-PS 4 251 986 bekannte Dichtvorrichtung eine zusätzliche Versteifungsvorrichtung zum Vergrößern der Torsionssteifigkeit des Buchsenabschnitts der fischmaulförmigen Dichtvorrichtung und gekrümmte Blattfedern, die einen sich radial erstreckenden Teil des schwimmenden Einsteckabschnitts der Dichtung gegen eine feststehende Lippe innerhalb des Triebwerks pressen, um eine trockene Coulomb'sehe Dämpfung und Dichtung zu erzeugen.

Die Verwendung eines radialen Bewegungsspalts der oben beschriebenen Art zum Aufnehmen der Radialbewegung in der Dichtvorrichtung kann zu einer Fluidleckage durch die Dichtvorrichtung während einiger Betriebsphasen führen, während denen der Einsteckabschnitt in einer Zwischenstellung ist und daher mit den beiden ringförmigen Armen nicht in Berührung ist, und außerdem Vibrationen hervorrufen, beispielsweise Vibrationen der Brennkammer und der ringförmigen Dichtungsteile der fischmaulförmigen Dichtung. Die Verwendung eines minimalen Bewegungsspalts zum Vermeiden der Leckage kann unter einigen Umständen dazu führen, daß das Einsteckteil stark beansprucht und plastisch verformt wird, wenn es unerwartet

große unterschiedliche radiale Expansionen und Kontraktionen oder die Summe von Abmessungstoleranzen aufnimmt. Es sind deshalb Einrichtungen zum Aufnehmen von axialen und radialen unterschiedlichen thermischen Expansionen und Kontraktionen und der Suntne der Abmessungstoleranzen der Turbinenbrennkammer und des -einlaßleitschaufelkranzes und zum Minimieren der Fluidleckage an diesen sowie der Vibration der Dicht- und der Verbindungsvorrichtung zwischen diesen notwendig, um einen erfolgreichen Triebwerksbetrieb aufrechtzuerhalten.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte ringförmige Dichtvorrichtung zum dichten Verbinden von zwei koaxialen ringförmigen Teilen zu schaffen, die sowohl eine axiale als auch eine radiale differentielle Expansion und Kontraktion und die Summe von Toleranzen aufnimmt.

Weiter soll eine neue und verbesserte ringförmige Dichtvorrichtung geschaffen werden, die sowohl eine axiale als auch eine radiale Expansion und Kontraktion zwischen der Brennkammer und dem Turbinenleitschaufelkranz eines Gasturbinentriebwerks aufnimmt.

Weiter soll eine neue und verbesserte ringförmige Dichtvorrichtung geschaffen werden, die für eine zwangsläufige und gesteuerte Abdichtung sorgt und eine Fluidleckage sowie eine dadurch hervorgerufene Vibration minimiert. Ferner soll eine neue und verbesserte ringförmige Dichtvorrichtung geschaffen werden, die dicht abschließende Bestandteile, hat, welche sowohl eine Abdichtung als auch eine Vibrationsdämpfung bewirken.

Demgemäß schafft die Erfindung eine Dichtvorrichtung zum Verbinden von zwei koaxialen ringförmigen Teilen, wie beispiels-

weise einer ringförmigen Turbinenbrennkammer und eines koaxialen ringförmigen Turbinenleitschaufelkranzes eines Axialgasturbinentriebwerks. Die Dichtvorrichtung weist ein quer geteiltes, umfangsmäßig elastisches, ringförmiges Dichtungsteil auf, das einen sich axial erstreckenden ringförmigen Abschnitt und einen integralen, sich radial erstreckenden ringförmigen Abschnitt hat, die in abdichtender Gleitberührung mit axialen bzw. radialen ringförmigen Flanschen sind, welche von der Turbinenbrennkammer und dem Einlaßleitschaufelkranz vorstehen. In einer Ausführungsform der Erfindung bildet der axiale Abschnitt des Dichtungsteils eine axiale Zunge, die in abdichtender Gleitberührung mit einer komplementären axialen Nut ii dem axialem Flansch ist, welcher von der Turbinenbrennkammer vorsteht,und der radiale Abschnitt weist eine, radiale Nut auf, die in abdichtender Gleitberührung eine ringförmige radiale Zunge aufnimmt, welche durch den radialen Flansch gebildet wird, der von dem Turbineneinlaßleitschaufelkranz vorsteht. Das ringförmige Dichtungsteil kann vorteilhafterweise ein Verbundgebilde sein, das zwei koaxiale ringförmige Teile aufweist, von denen jedes einen axialen und einen radialen ringförmigen Teil hat. Die axialen Teile sind in paralleler Ausrichtung starr miteinander verbunden, um die axiale Zunge des ringförmigen Dichtungsteils zu bilden. Die radialen Teile sind in paralleler Ausrichtung in gegenseitigem axialen Abstand angeordnet, um zwischen sich die radiale Nut des ringförmigen Dichtungsteils zu bilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer

inneren und einer äußeren ringförmigen Dichtvorrichtung nach

O L· L· H O Ο

der Erfindung in Kombination mit der ringförmigen Brennkammer und dem Einlaßleitschaufelkranz eines Gasturbinentriebwerks ,

Fig. 2 eine detaillierte Teilschnittansicht

der inneren Dichtvorrichtung und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des ring

förmigen Dichtungsteils nach der Erfindung, das quer geteilt ist, so daß es einen Endspalt aufweist.

Fig. 1 zeigt einen inneren Teil eines Axialgasturbinenflugzeugtriebwerks, in welchem eine Ausführungsform einer selbstnachstellenden oder schwimmenden fischmaulförmigen Dichtvorrichtung nach der Erfindung benutzt werden kann. Gezeigt ist ein Teil einer am hinteren Ende befestigten ringförmigen Brennkammer 10, die eine ringförmige äußere Brennkammerbüchse 11 aufweist, welche koaxial mit Abstand eine ringförmige innere Brennkammerbüchse 12 umgibt, so daß zwischen diesen ein im Querschnitt kreisringförmiger Strömungsweg vorhanden ist, in welchem heiße Verbrennungsgase erzeugt werden und zu einem im Querschnitt kreisringförmigen Brennkammerauslaß 13 strömen. Der Brennkammerauslaß 13 leitet die Verbrennungsgase aus dem ringförmigen Strömungsweg der Brennkammer 10 in einen gleichringförmigen Turbinenleitschaufelkranz 14 eines Turbinenabschnitts des Triebwerks, wobei der Leitschaufelkranz 14 mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Einlaßleitschaufeln aufweist.

Der Brennkammerabschnitt 10 muß mit dem Turbinenabschnitt durch Dichtvorrichtungen verbunden werden, die Änderungen in

der Position der Brennkammer und der Turbinenabschnitte währenddes Betriebes aufnehmen und gleichzeitig eine Fluidleckage an der Dichtung verhindern können. Eine ringförmige, radial äußere Dichtvorrichtung 15 und eine ringförmige, radial innere Dichtvorrichtung 16, die für diesen Zweck vorgesehen sind, verhindern, daß Hochdruckkühlluft in das einen relativ niedrigen Druck aufweisende Gebiet zwischen dem Brennkammerauslaß 13 und dem Turbinenleitschaufelkranz 14 leckt. Beispielsweise in dem Gebiet, das die innere Dichtvorrichtung 16 umgibt, strömt Kühlluft, die durch einen Verdichterabschnitt vollständig verdichtet worden ist, durch einen Kühlluftkanal 17 und in dem Triebwerk weiter nach hinten, um die heißen Turbinenteile zu kühlen. Die innere Dichtvorrichtung 16 muß eine Leckage von Kühlluft aus dem Kanal 17 in den Strömungsweg der Verbrennungsprodukte verhindern und gleichzeitig alle Abmessungsänderungen des Brennkammerabschnittes in bezug auf den Turbinenabschnitt während des Betriebes aufnehmen.

Die Erfindung schafft eine neue und verbesserte ringförmige Dichtvorrichtung, die einen quer geteilten,umfangsmäßig elastischen Ring aufweist, der axiale und radiale Abschnitte in abdichtender Gleitberührung mit axialen bzw. radialen Flanschen hat, welche von der Turbinenbrennkammer und dem. Turbinenleitschaufelkranz vorstehen. Die axialen und radialen Abschnitte des Ringes wirken mit dem axialen bzw. radialen Flansch in einer Nut- und Federanordnung zusammen, um einen dicht abschließenden Gleitsitz und eine Reibungsdämpfung zu erzeugen.

In Fig. 2 ist die innere Dichtvorrichtung 16 nach der Erfindung ausführlicher dargestellt, die einen Ring oder ein ringförmiges Dichtungsteil 20 aufweist, das koaxial zwischen und in abdichtender Reibberührung mit einem von der Brenn-

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kammerbüchse 12 vorstehenden ringförmigen axialen Flansch 21 und einem ringförmigen radialen Plansch oder einer ringförmigen radialen Zunge 22, die sich von dem Leitschaufelkranz 14 aus radial einwärts erstreckt, angeordnet ist. Die ringförmigen Plansche 21 und 22 sind an der Brennkammerbüchse 12 bzw. an dem Leitschaufelkranz 14 auf geeignete Weise befestigt, beispielsweise entweder an diesen angeformt oder mit diesen verschraubt.

Das Dichtungsteil 20 weist einen ringförmigen, sich nach außen erstreckenden radialen Abschnitt 23 auf, der eine ringförmige, radiale Nut 24 enthält, und einen ringförmigen, axialen Abschnitt oder eine ringförmige, axiale Zunge 25, die rechtwinkelig zu dem radialen Abschnitt 23 angeordnet und mit diesem geeignet verbunden ist, vorzugsweise an diesem angeformt ist. Das Dichtungsteil 20 ist ein Verbundgebilde, das aus zwei koaxialen ringförmigen Elementen 26 und 27 besteht, von denen jedes einen ringförmigen axialen Teil und einen ringförmigen radialen Teil aufweist, die einstückig gebildet sind und ungefähr die gleiche Länge haben. Die axialen Teile des Dichtungsteils 20 sind in Parallelanordnung fest miteinander verbunden, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, so daß sie die axiale Zunge 25 bilden. Die radialen Teile sind in axialem Abstand und parallel angeordnet und begrenzen zwischen sich die radiale Nut 24 in dem radialen Abschnitt 23, die die radiale Zunge 22 mit Gleitsitz aufnimmt.

Der axiale Flansch 21 der Brennkammerbüchse 12 hat einen ringförmigen oberen Arm 3 0, der von ihm aus axial vorsteht und an dem Brennkammerauslaßende der inneren Brennkainmerbüchse 12 angeformt ist, und einen sich axial erstreckenden ringförmigen unteren Arm 31, der an einem Ende mit dem oberen Arm 3 0 fest verbunden ist. Der obere Arm 30 und der untere Arm

- vcr-

31 sind in gegenseitigem radialen Abstand und parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich axial und begrenzen zwischen sich eine ringförmige axiale Nut 32 zum Aufnehmen der axialen Zunge 25 des Dichtungsteils 20.

Um eine bessere Dichtanordnung zu bilden, ist die axiale Zunge 25 des Dichtungsringes 20 mit dichtem Gleitsitz in der axialen Nut 32 angeordnet, wobei die voneinander abgewandten Flächen der axialen Zunge 25 in abdichtender Reibberührung mit den beiden ihnen gegenüberliegenden Seitenwandflachen 33 und 34 des oberen Arms 30 bzw. des unteren Arms 31 sind. Die axiale Nut 32 hat eine ausreichende Tiefe und einen axialen Bewegungsspalt zwischen ihrem Grund und der Spitze der axialen Zunge 25, um eine axiale Längsbewegung der axialen Zunge 25 und dadurch axiale unterschiedliche Abmessungsänderungen der Brennkammer 10 in bezug auf den Türbinenleitschaufelkranz 14 aufnehmen zu können.

Ebenso ist die radiale Zunge 22, die sich von dem Turbinenleitschaufelkranz 14 aus radial einwärts erstreckt, mit dichtem Gleitsitz in der radialen Nut 24 angeordnet. Die entgegengesetzten Flächen der radialen Zunge 22 sind in abdichtender Reibberührung mit den beiden ihnen zugewandten Seitenflächen 35 und 36 der radialen Teile der ringförmigen Elemente 26 bzw. 27, die die radiale Nut 24 bilden. Die radiale Nut 24 hat eine ausreichende Tiefe und weist einen radialen Bewegungsspalt zwischen ihrem Grund und der Spitze der radialen Zunge 22 auf, um eine radiale Längsbewegung der Zunge 22 und dadurch radiale unterschiedliche Abmessungsänderungen der Brennkammer 10 in bezug auf den Turbinenleitschaufelkranz 14 aufnehmen zu können.

Bei einer schwimmenden fischmaulförmigen Dichtung ist der

Ring 20 nicht an irgendeinem Gebilde befestigt und deshalb innerhalb eines vorbestimmten, streng begrenzten Gebietes radial und axial freibeweglich. Während des Triebwerksbetriebes bewegt sich der Ring 20, um Relativänderungen in der axialen und in der radialen Abmessung sowie in der Position, der Brennkammer 10 und des Leitschaufelkranzes 14, die die Grenzen der Dichtung bilden, aufzunehmen. Gemäß Fig. 2 berührt die axiale Zunge 25 des Ringes 20 die beiden einander gegenüberliegenden Seitenwände 33 und 34 des axialen Flansches 21 und bildet dadurch ein Ende der Dichtvorrichtung. Das entgegengesetzte Ende der Dichtvorrichtung wird durch die radiale Zunge 22 gebildet, die die beiden einander gegenüberliegenden Seitenwände 35 und 36 der ringförmigen Elemente 26 und 27 des Ringes 20 berührt.

Es muß zwar eine Abdichtung notwendigerweise an den radialen und axialen Teilen des Ringes 20 erfolgen, der Ring 20 muß jedoch auch sowohl axiale als auch radiale Abmessungsänderungen innerhalb des Gasturbinentriebwerks aufnehmen, wie oben beschrieben. Aufgrund der Tatsache jedoch, daß der Ring 20 und die Brennkammerbüchse 12 nicht gleichzeitig thermisch expandieren und kontraktieren, ist eine Einrichtung zum Aufnehmen aller relativen differentiellen Radialbewegungen zwischen diesen notwendig. Im Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der eingangs erwähnten US-PS 4 251 986 ergibt, ist ein radialer Bewegungsspalt innerhalb des ringförmigen Einlasses (axiale Nut 32) vorhanden, um dem Einsteckteil (axiale Zunge 25) zu gestatten, sich radial quer zu bewegen und gegen dessen Seitenwände zu drücken. Die Verwendung dieser Dichtungsanordnung kann in einigen Betriebsphasen zu einer Fluidleckage an der axialen Zunge 25 führen und insbesondere die axiale Zunge 25 des Ringes 20 einer relativ starken Biegebeanspruchung aussetzen, wie oben beschrieben.

Bei der Erfindung wird durch Festlegen eines vorbestimmten Abstandes zwischen den die Nuten bildenden Elementen in bezug auf die Abmessungen der die Zungen bildenden Elemente der radiale Bewegungsspalt zwischen der axialen Zunge 25 und den Seitenwandflachen 33 und 34 des axialen Flansches 21 in der Größe im wesentlichen zu null gemacht, um eine ständig wirksame Dichtung zu schaffen, durch die praktisch kein Fluid hindurchleckt. Zum Aufnehmen der relativen differentiellen radialen Expansion und Kontraktion und der Summe von radialen Fertigungstoleranzen des Ringes 20 und der inneren Brennkammerbüchse 12 besteht der Ring 20 aus einem umfangsmMßig elastischen Teil, das in einem Querschnitt quer geteilt ist und einen Querendspalt 37 hat (Fig. 3). Der Endspalt 37 ist ungefähr 1 bis 1,3 mm (40-50 mils) lang und ist in Fig. 3 aus Darstellungsgründen übertrieben groß dargestellt. Der Ring 20 ist deshalb quer geteilt und kann funktionsmäßig mit einem Kolbenring verglichen werden, wie er bei Kolbendichtungsanordnungen benutzt wird. Der Endspalt 37 in dem Ring 20 erzeugt zwar eine Fluidleckage durch die innere Dichtvorrichtung 16, diese Leckage ist jedoch relativ minimal und zulässig, insbesondere wenn die vielen Vorteile berücksichtigt werden, die sich aus der Verwendung einer Dichtvorrichtung ergeben, welche ein quer geteiltes Dichtungsteil aufweist.

Die relative unterschiedliche radiale thermische Expansion und Kontraktion des Ringes 20 und der Brennkammer 10, insbesondere der inneren Brennkammerbüchse 12, werden durch die elastische Vergrößerung und Verkleinerung des Durchmessers des Ringes 20 und durch eine entsprechende Vergrößerung und Verkleinerung des Querendspalts 37 aufgenommen, wenn der Ring 20 gezwungen wird, der Expansion und Kontraktion der inneren Brennkammerbüchse 12 zu folgen. Damit sich der Durchmesser des Ringes 20 elastisch vergrößern und verklei-

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nern kann, wenn der Ring 20 der Expansion und Kontraktion der inneren Brennkammerbüchse 12 folgt, verschiebt sich die radiale Zunge 22 des Turbinenleitschaufelkranzes 14 radial relativ zu und innerhalb der radialen Nut 24 des radialen Abschnitts 23 des Ringes 20. Diese geteilte Dichtungsanordnung bewirkt, daß Spannungen in dem Ring 20 minimiert werden und daß insbesondere diejenige Komponente der Biegebeanspruchung in der axialen Zunge 25, die auf radiale Bewegungsdifferenzen der inneren Brennkammerbüchse 12 und des Ringes 20 zurückzuführen ist, im wesentlichen beseitigt wird. Der Ring 20 ist deshalb im wesentlichen spannungsfrei und benötigt, im Gegensatz zu Ringen im Stand der Technik, keine Biegung seines axialen Abschnitts und keine Materialelastizität in seiner Querebene, um solche radialen differentiellen Bewegungen aufzunehmen und für eine ständige Abdichtung zu sorgen.

Die Dichtvorrichtung nach der Erfindung, die einen quer geteilten Ring 20 und sich radial und axial erstreckende Zungen- und Nutabschnitte aufweist, ergibt deshalb eine formschlüssige, kontrollierte Abdichtung und nimmt dabei eine relative unterschiedliche radiale Expansion und Kontraktion der inneren Brennkammerbüchse 12 und des Turbinenleitschauf elkranzes 14 auf. Darüber hinaus wird die relative unterschiedliche axiale Expansion und Kontraktion der inneren Brennkammerbüchse 12 und des Turbinenleitschaufelkranzes 14 durch die Verschiebung der axialen Zunge 25 innerhalb der axialen Nut 32 des ringförmigen Flansches 21 aufgenommen, der von der inneren Brennkammerbüchse 12 vorsteht.

Weiter bewirken die Zungen- und Nutabschnitte der Dichtvorrichtung, daß eine Leckage an der inneren Dichtvorrichtung 16 eliminiert oder minimiert wird und daß demgemäß eine durch

Leckage hervorgerufene Vibration der inneren Dichtvorrichtung 16 ebenfalls minimiert oder eliminiert wird. Aufgrund der Tatsache, die axiale Zunge 25 und die radiale Zunge 22 in reibschlüssiger Berührung mit der axialen Nut 32 bzw. der radialen Nut 24 sind, wird außerdem eine trockene Coulomb'sehe oder Reibungsdämpfung erzeugt, durch die eine Vibration der inneren Dichtvorrichtung 16 weiter minimiert wird, ohne daß zusätzliche Versteifungsgebilde oder Federvorspannteile, wie sie sich im Stand der Technik finden, verwendet werden. Da der Ring 20 in einem Querschnitt quer geteilt ist und deshalb kein durchgehendes Teil ist, werden darüber hinaus eine Schwingungsanfachung und eine entsprechende aeroelastische Instabilität desselben in den Ringmoden eliminiert.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 als äußere Dichtvorrichtung 15 dargestellt, die der inneren Dichtvorrichtung 16 gleicht, aber einen größeren Durchmesser hat und ein Dichtungsteil aufweist, dessen radialer Abschnitt sich radial nach innen erstreckt, um eine komplementäre radiale Zunge aufzunehmen, die sich von dem äußeren Teil des Turbinenleitschaufelkranzes 14 nach außen erstreckt. In beiden Ausführungsformen ist das Dichtungsteil ein Verbundteil, wie oben beschrieben, es kann jedoch auch ein einziges Teil, das eine axiale Zunge und eine radiale Nut hat, benutzt werden. Ein Verbundteil wird bevorzugt, weil jedes seiner beiden ringförmigen Elemente 26 und 27 aus relativ billigen Materialien hergestellt werden kann, die mit einem harten, verschleißfesten Überzug überzogen und fest miteinander verbunden werden. Das Herstellen eines einstückigen Dichtungsteils mit einer radialen Nut darin und das Überziehen desselben mit einem verschleißfesten Überzug würde eine kompliziertere maschinelle Bearbeitung und kompliziertere Überzugsprozesse erfordern.

120.

Vorstehend sind zwar die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, im Rahmen der Erfindung bieten sich dem Fachmann jedoch weitere Modifizierungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann die Dichtvorrichtung nach der Erfindung durch verschiedene andere Zungen- und Nutanordnungen des quer geteilten Dichtungsteils 20 in Zusammenwirkung mit gleich-ringförmigen Teilen, wie der Brennkammerbüchse 12 und dem Turbinenleitschaufelkranz 14, hergestellt werden. Insbesondere kann das Dichtungsteil 20 axiale und radiale Zungen aufweisen, die mit komplementären Ringnuten zusammenpassen, welche der Brennkammer 12 und dem Turbinenleitschaufelkranz 14 zugeordnet sind. Stattdessen kann das Dichtungsteil 20 axiale und radiale Abschnitte aufweisen, die axiale bzw. radiale Nuten enthalten, welche mit komplementären axialen und radialen Zungen zusammenpassen, die von der Brennkammerbüchse 12 und dem Turbinenleitschaufelkranz 14 vorstehen. Eine weitere Dichtvorrichtung kann ein Dichtungsteil 20 aufweisen, das eine radiale Zunge und einen axialen Abschnitt mit einer axialen Nut aufweist, die mit einer komplementären radialen Nut und einer axialen Zunge zusammenpassen, welche dem Turbinenleitschaufelkranz 14 bzw. der Brennkammerbüchse 12 zugeordnet sind. Weiter hat gemäß vorstehender Beschreibung das Dichtungsteil 20 zwar vorzugsweise integrale ringförmige axiale und radiale Abschnitte, diese axialen und radialen Abschnitte können jedoch auch auf geeignete Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen, Hartlöten oder Verschrauben.

Claims

Ansprüche :

(1./ Dichtvorrichtung zum Verbinden von zwei koaxialen ringfönnigen Teilen, gekennzeichnet durch:

einen ringförmigen radialen Flansch (22) , der von einem der koaxialen ringförmigen Teile (10, 14) vorsteht; einen ringförmigen axialen Flansch (21), der von dem anderen der beiden koaxialen ringförmigen Teile (10, 14) vorsteht ; und

ein ringförmiges Dichtungsteil (20), das koaxial zwischen den beiden ringförmigen Teilen (1O# 14) angeordnet ist und einen axialen und einen radialen ringförmigen Abschnitt (23, 25) hat, wobei der axiale Abschnitt (25) in dichter Gleitberührung mit dem axialen Flansch (21) des anderen koaxialen ringförmigen Teils (10) und der radiale Abschnitt (23) in dichter Gleitberührung mit dem radialen Flansch (22) des einen koaxialen ringförmigen Teils (14) ist, wobei das ringförmige Dichtungsteil quer geteilt ist, um eine relative unterschiedliche radiale thermische Expansion und Kontraktion des ringförmigen Dichtungsteils und des anderen koaxialen ringförmigen Teils (.10) aufzunehmen.

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2. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige radiale Plansch (22) eine ringförmige radiale Zunge bildet und daß der radiale Abschnitt (23) des ringförmigen Dichtungsteils (20) eine ringförmige radiale Nut (24) hat, die die Zunge mit dichtem Gleitsitz aufnimmt, wobei die Nut eine ausreichende Tiefe hat, um eine Radialbewegung der Zunge darin zu gestatten.
3. Dichtvorrichtung zum Verbinden von zwei koaxialen ringförmigen Teilen, gekennzeichnet durch: einen ringförmigen Flansch (22) , der von einem der beiden koaxialen ringförmigen Teile (10, 14) vorsteht und eine radiale Zunge bildet;

einen ringförmigen axialen Flansch (21), der von dem anderen der beiden koaxialen ringförmigen Teile (10, 14) vorsteht und eine ringförmige axiale Nut (32) aufweist; und ein ringförmiges Dichtungsteil (20), das koaxial zwischen den beiden ringförmigen Teilen (10, 14) angeordnet ist und einen ringförmigen radialen Abschnitt (23) mit einer ringförmigen radialen Nut (24) darin, die die radiale Zunge (22) mit dichtem Gleitsitz aufnimmt, und einen integralen ringförmigen axialen Abschnitt (25) aufweist, der eine axiale Zunge bildet, die in dichtender Gleitberührung mit wenigstens einer der Seitenwände (30, 31) der axialen Nut (32) des anderen koaxialen ringförmigen Teils (10) ist, wobei das ringförmige Dichtungsteil quer geteilt ist, um eine relative unterschiedliche radiale thermische Expansion und Kontraktion des ringförmigen Dichtungsteils und des anderen koaxialen ringförmigen Teils (10) aufzunehmen.
4. Dichtvorrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zunge (22, 25) in dichtender Gleitberührung mit beiden gegenüberliegenden Seitenwänden (30, 31) der ringförmigen Nut (32) ist.
5. Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Dichtungsteil (20) ein Verbundgebilde ist,

das zwei koaxiale ringförmige Elemente (26, 27) aufweist, von denen jedes integrale axiale und radiale ringförmige Teile hat, wobei die axialen ringförmigen Teile parallel zu einander angeordnet und fest mit einander verbunden sind, um den axialen Abschnitt (25) des ringförmigen Dichtungsteils (20) zu bilden; und

wobei die radialen ringförmigen Teile parallel zu einander und in axialem Abstand von einander angeordnet sind, um zwischen sich die radiale Nut (24) des ringförmigen Dichtungsteils (20) zu bilden.
6. Dichtvorrichtung zur Verwendung zwischen einer ringförmigen Brennkammer und einem koaxialen ringförmigen Turbinenleitschaufelkranz eines Axialgasturbinentriebwerks, gekennzeichnet durch:

einen ringförmigen Flansch (25), der der Brennkammer (10) koaxial zugeordnet ist und zwei mit radialem Abstand von einander und parallel zu einander angeordnete, sich axial erstreckende ringförmige Teile hat, die zwischen sich eine axiale Nut (32) begrenzen;

einen ringförmigen Flansch (22), der koaxial von dem Turbinenlei tschaufelkranz (14) vorsteht und eine radiale Zunge bildet; und

ein ringförmiges Verbunddichtungsteil (20), das zwei koaxiale ringförmige Elemente (26, 27) aufweist, die jeweils integrale axiale und radiale ringförmige Teile haben, wobei die axialen Teile parallel zu einander angeordnet und fest mit einander verbunden sind und eine axiale Zunge (25) bilden, die in dichtender Gleitberührung mit beiden gegenüberliegenden Seitenwänden (30, 31) der axialen Nut (32) der

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Brennkammer (10) ist, und wobei die radialen ringförmigen Teile in axialem Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet sind und zwischen sich eine radiale Nut (24) begrenzen, die in dichtender Gleitberührung mit der radialen Zunge (22) des Turbinenleitschaufelkranzes (14) ist, und wobei das ringförmige Dichtungsteil quer geteilt ist, um eine relative differentielle radiale thermische Expansion und Kontraktion der Brennkammer (10) und des ringförmigen Dichtungsteils (20) aufzunehmen.
7. Dichtvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen ringförmigen Teile des ringförmigen Dichtungsteils (20) sich radial nach außen erstrecken und daß die radiale Zunge (22) des Turbinenleitschaufelkranzes (14) sich zur dichtenden Gleitberührung mit der radialen Nut (24) des ringförmigen Dichtungsteils radial nach innen erstreckt.
8. Dichtvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen ringförmigen Teile des ringförmigen Dich— tungsteils (20) sich radial nach innen erstrecken und daß die radiale Zunge (22) des Turbinenleitschaufelkranzes (14) sich zur dichtenden Gleitberührung mit der radialen Nut (24) des ringförmigen Dichtungsteils radial nach außen erstreckt.
9. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Dichtungsteil (20) elastisch ist und nur an einer einzigen Stelle quer geteilt ist.
10. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut (24, 32) eine ausreichende Tiefe hat, um eine Längsbewegung der betreffen-

den Zunge (22, 25) darin zu gestatten.
11. Ringförmiges Dichtungsteil zum Verbinden von zwei koaxialen ringförmigen Teilen (10, 14) mit dichtendem Gleitsitz, gekennzeichnet durch einen ringförmigen radialen Abschnitt (23), der eine ringförmige radiale Nut (24) enthält, und durch einen integralen ringförmigen axialen Abschnitt (25), der eine axiale Zunge bildet, wobei das ringförmige Dichtungsteil elastisch und an nur einer Stelle quer geteilt ist, damit es sich umfangsmäßig ausdehnen und zusammenziehen kann.
12. Dichtungsteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Verbundgebilde ist,

mit zwei koaxialen ringförmigen Elementen (26, 27), von denen jedes integrale ringförmige axiale und radiale Teile hat, wobei die axialen Teile parallel'zu einander angeordnet und fest mit einander verbunden sind, um den axialen Abschnitt (25) des ringförmigen Dichtungsteils zu bilden; und wobei die radialen Teile in axialem Abstand von einander und parallel zu einander angeordnet sind, um zwischen sich die radiale Nut (24) des ringförmigen Dichtungsteils zu bilden.
13. Dichtungsteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der ringförmige radiale Abschnitt (23) radial nach außen erstreckt.
14. Dichtungsteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der ringförmige radiale Abschnitt (23) radial nach innen erstreckt.