DE3502096A1

DE3502096A1 - Dichtungseinrichtung

Info

Publication number: DE3502096A1
Application number: DE19853502096
Authority: DE
Inventors: Dudley Owen Cincinnati Ohio Nash
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-01-27
Filing date: 1985-01-23
Publication date: 1985-08-08
Anticipated expiration: 2005-01-24
Also published as: JPS60184953A; GB2153454B; DE3502096C2; JPH0260860B2; GB8500824D0; IT1184116B; FR2558917B1; US4575099A; IT8519144A1; FR2558917A1; GB2153454A; IT8519144A0

Description

Dichtungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Dichtungen für eine Verwendung zwischen zwei relativ bewegbaren Teilen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Schubdüsendichtungen für Gasturbinentriebwerke von Flugzeugen.

Bei Hochleistungs-Turbinenstrahltriebwerken für Flugzeuge ist es häufig wünschenswert, eine Schub- oder Abgasdüse mit variabler Querschnittsfläche zur Verfügung zu haben, um die Leistungsfähigkeit des Triebwerks zu verbessern. Beispielsweise verwenden zweidimensionale Düsen zwei im allgemeinen stationäre Seitenwände und obere und untere Klappen, die die Grenzen der Abgasöffnung bilden. Durch geeignete Betätigungsmittel können die oberen und unteren Klappen geöffnet oder geschlossen werden, um die Querschnittsfläche der Abgasöffnung zu verändern. Bei dieser Bewegung verschieben sich die oberen und unteren Klappen relativ zu den Seitenwänden.

Der Raum zwischen den bewegbaren Klappen und den stationären Seitenwänden bildet einen Leckpfad für unter relativ hohem Druck stehende Gase in der Hauptabgasströmung. Ein wesentlicher Gesichtpunkt bei der Gestaltung derartiger Abgassysteme ist deshalb die Steuerung der Leckage durch einen derartigen Raum oder Spalt.

Zwei Abgasdichtungstypen, die in der Vergangenheit verwendet wurden, sind elastische Blattdichtungen und angelenkte Blattdichtungen.

Elastische Blattdichtungen bestehen aus einem im allgemeinen U-förmigen Teil, das an der einen Seite an einem der abzu-

dichtenden Teile befestigt ist und auf seiner anderen Seite mit dem anderen Teil in Reibkontakt steht. Diese Dichtung kann federbelastet sein, so daß, wenn sich die zwei Teile voneinander wegbewegen, die Dichtung einen Kontakt dazwischen aufrechterhalten. Wie bei anderen Dichtungen müssen zwei Grundforderungen erfüllt sein. Die Dichtung muß nämlich eine genügende Festigkeit aufweisen, um dem relativ hohen Druck der Abgasströmung zu widerstehen, und sie muß zur gleichen Zeit genügend flexibel sein, um sich mit den Änderungen in dem Spalt auszudehnen oder zusammenzuziehen. Im allgemeinen sind elastische Blattdichtungen nicht in der Lage, diesen Anforderungen zu genügen. Das bedeutet, wenn sie eine genügende Festigkeit aufweisen, um dem Druck standzuhalten, dann sind sie meistens nicht genügend flexibel, um für die erforderliche Ausdehnung sorgen zu können.

Angelenkte Blattdichtungen enthalten im allgemeinen zwei Blätter, die von einem gemeinsamen Gelenkpunkt schwenkbar sind. Das eine Blatt ist dabei an einem der abzudichtenden Teile befestigt, und das andere Blatt ist mit dem anderen Teil in Reibeingriff. Diese Dichtungen genügen zwar den Anforderungen bezüglich hoher Festigkeit und dem Expansions- und Kontraktionsvermögen, wenn sich der Spalt öffnet und schließt. Bei derartigen Dichtungen besteht jedoch das Problem, daß ein Leckpfad für unter hohem Druck stehende Gase durch das Gelenk existiert. Trotz sorgfältiger Konstruktion liegt der Leistungsverlust bei bekannten Düsen in dem Bereich von 0,6 % bis 0,9 % hinsichtlich Strömung und Schub.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Dichtung zu schaffen, um die Gasströmung in dem Raum zwischen zwei relativ bewegbaren Teilen zu vermindern. Dabei soll die Dichtung für Abgassysteme ein geringes Gewicht und eine hohe Auslenkung aufweisen und gegenüber bekannten Dichtungen mit verminderten Verlusten arbeiten.

Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung angegeben zum Verkleinern der Gasströmung in dem Raum zwischen ersten und zweiten relativ

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bewegbaren Teilen. Die Einrichtung weist einen Haltebügel, eine Dichtungsplatte und eine flexible Membran auf. Der Haltebügel ist an dem ersten Teil befestigt. Die Dichtungsplatte besitzt erste und zweite, gegenüberliegende Enden, wobei das ersten Ende an dem Haltebügel angelenkt und das zweite Ende in einem Gleitkontakt mit dem zweiten Teil ist. Die flexible Membran ist an dem Haltebügel und an der Dichtungsplatte fest angebracht.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispxelen näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Teilansicht von hinten auf eine Abgas- bzw. Schubdüse mit Merkmalen gemäß der Erfindung .

Figur 2 ist eine perspektivische Teilansicht einer Dichtung gemäß der Erfindung.

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht der in Figur 2 gezeigten Dichtung in Richtung des Pfeils 3.

Figur 1 zeigt eine zweidimensionale Abgas- bzw. Schubdüse 10, wie sie bei einem Gasturbinentriebwerk von Flugzeugen verwendet werden kann. Die Abgasdüse 10 bildet eine Öffnung 12 zum Ausstoßen von Abgasen in die Atmosphäre. Die Abgasöffnung 12 ist durch eine bewegbare obere Klappe 14, eine bewegbare untere Klappe 16 und Seitenplatten 20 und 22 gebildet. Die obere Klappe 1 4 und die untere Klappe 16 sind im allgemeinen senkrecht zu den Seitenplatten 20 und 22 angeordnet. Wenn die Klappe 14 um die Gelenkachse 24 geschwenkt wird, ist die Seitenkante 26 der Klappe 14 in Gleitkontakt mit der Seitenplatte 20.

Aufgrund der hohen Temperaturen und Drucke in der Abgasöffnung 12 bleiben die Seitenplatten 20 und 22 nicht vollständig starr. Vielmehr haben die Platten 20 und 22 eine Tendenz, sich entlang der Linie 40 seitlich zu bewegen. Dabei wird ein Spalt 30 mit variablem Querschnitt zwischen der Seitenkante 26 der bewegba-

ren Klappe 14 und der Seitenplatte 20 gebildet. Infolgedessen hat Gas in dem einen relativ hohen Druck aufweisenden Bereich 32 oder der Öffnung 12 die Neigung, in den einen relativ niedrigen Druck aufweisenden Bereich 34 auf der Außenseite der Klappe 14 auszutreten. Um die Gasströmung in dem Raum oder dem Spalt 30 zwischen der Seitenkante 26 und der Seitenplatte 20 zu verkleinern, ist die Dichtung 36 vorgesehen. Eine ähnliche Dichtung kann auf jeder Seitenkante der oberen und unteren Klappen 14 und 16 vorgesehen sein, wo ein Gleitkontakt mit den Seitenplatten 20 oder 22 besteht.

Die Figuren 2 und 3 zeigen die Dichtung 36 genauer. Dabei muß darauf hingewiesen werden, daß die Dichtung zwar in Verbindung mit einer Schub- oder Abgasdüse beschrieben wird, daß sie aber in gleicher Weise für irgendeine Gasströmung in dem Raum zwischen irgendwelchen zwei relativ bewegbaren Teilen verwendet werden kann. Im allgemeinen ist die obere Klappe oder das erste Teil 14 relativ bewegbar in bezug auf die Seitenplatte oder das zweite Teil 20. Diese Relativbewegung kann aus einer Gleitbewegung, wie sie durch Pfeile 38 gezeigt ist, und einer seitlichen oder lateralen Bewegung bestehen, wie sie durch die Pfeile 40 gezeigt ist. Die Dichtung 36 in dem Spalt oder dem Raum 30 zwischen den Teilen 26 und 20 kann die Gasströmung aus dem einen relativ hohen Druck aufweisenden Bereich 32 in den einen relativ kleinen Druck aufweisenden Bereich 34 vermindern.

Die Dichtung 36 weist einen Halterungsbügel 41, eine Dichtungsplatte 42 und eine flexible Membran 43 auf. Der Halterungsbügel 41 und die Dichtungsplatte 42 bilden eine angelenkte Blattdichtung. Ein erstes Ende 44 des Haltebügels 41 ist an einem Flansch 27 des ersten Teils 14 befestigt. Es können irgendwelche Befestigungsmittel verwendet werden, um das Ende 44 an dem Teil 26 zu befestigen. Es wurde jedoch gefunden, daß mehrere Bolzen 46 zusammen mit einer durchgehenden Randverschweißung den Haltebügel 41 an dem Teil 26 sicher befestigt und auch die Gasleckage zwischen diesen Teilen im wesentlichen auf null senkt. Ferner gestattet eine derartige Anordnung eine relativ einfache

Montage und Auswechselung.

Die Dichtungsplatte 42 weist ein erstes Ende 50 auf, das mit dem zweiten Ende 52 des Haltebügels 41 durch ein Gelenk 54 schwenkbar verbunden ist. In dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das Gelenk 54 das erste Ende 50 der Dichtungsplatte 42 mit einer zylindrischen Form und das zweite Ende 52 des Bügels 41 mit einer zylindrischen Form, so daß die Enden 50 und 52 konzentrisch angepaßt und in einem Schwenkeingriff stehen. Es können jedoch auch andere Gelenkmittel vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein mit einem Stift versehenes Gelenk in vorteilhafterweise verwendet werden.

Das zweite Ende 56 der Dichtungsplatte 42 steht mit dem zweiten Teil 20 in Gleit- bzw. Schiebeeingriff. Im Betrieb drückt unter relativ hohem Druck stehende Luft im Bereich 32 gegen die Dichtungsplatte 42 in Richtung des Pfeils 58. Diese Kraft bildet ein Vorspannmittel, um die Platte 42 in eine Berührung mit dem Teil 20 zu drücken, um das zweite Ende 56 in einem festen Eingriff mit dem Teil 20 zu halten, um dadurch Gasleckage zwischen diesen Teilen zu vermindern.

Der Haltebügel 41 zusammen mit der Dichtungsplatte 42 vermindern teilweise die Gasströmung zwischen dem Hochdruckbereich 32 und dem Niederdruckbereich 34. Unabhängig von der Art der verwendeten Gelenkmittel 54 existiert jedoch ein Leckpfad durch die Gelenkmittel. Um die Gasströmung durch die Gelenkmittel 54 zu vermindern, ist eine flexible Membran 43 an dem Haltebügel 41 und der Dichtungsplatte 42 fest angebracht. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die flexible Membran 43 im allgemeinen U-förmig, so daß ihre konkave Oberfläche 45 zum Hochdruckbereich 32 gerichtet ist. Die Membran 43 sollte an dem Bügel 41 bzw. der Platte 42 durch Befestigungsmittel so angebracht sein, daß im wesentlichen kein Gas durch die Gelenkmittel 54 strömt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine Schweißnaht verwendet werden.

Die flexible Membran 43 öffnet und schließt mit der Dichtungsplatte 42, aber da sie nahe der Gelenkeinrichtung 54 angeordnet ist, muß sich die Membran 43 nicht so weit öffnen wie die Dichtungsplatte 42. Da zusätzlich die konkave Oberfläche 45 auf den Hochdruckbereich 32 gerichtet ist, ist der gekrümmte Abschnitt der Membran in einer Ringspannung belastet. Somit kann sie aus einem relativ dünnen Material hoher Festigkeit hergestellt sein. Beispielsweise kann eine Nickel-Basis-Legierung, wie beispielsweise Rene¹ 41 oder Inconel 718^mIt Vorteil verwendet werden.

Im Betrieb sorgt die flexible Membran 43 für eine Anfangsvorspannkraft, um die Dichtungsplatte 42 in einen Kontakt mit dem zweiten Teil 20 zu drücken. Wenn sich in dem Bereich 32 ein hoher Druck aufbaut, sorgt der Druck für eine zusätzliche Vorspannkraft 58 auf die flexible Membran 43, um die Platte 42 in einen Eingriff/20 zu drücken. Wenn sich in dem Bereich 32 hoher Druck aufbaut, sorgt dieser Druck für eine zusätzliche Vorspannkraft 58 auf die flexible Membran 43, um die Platte 42 mit dem Teil 20 in Kontakt bzw. in Berührung zu halten. Die Dichtungsplatte 42 ist somit in der Lage, für eine zuverlässige Abdichtung über einer relativ weiten Trennung der Teile 14 und 20 zu sorgen. Durch eine Anordnung der flexiblen Membran 43 nahe der Gelerikeinrichtung 54 kann der Auslenkungsgrad der Membran 43 klein gehalten werden. / mit dem Teil

Es kann auch wünschenswert sein, die flexible Membran 43 über das erste Ende 44 des Bügels 41 hinaus zu verlängern und an diesem Punkt eine Schweißnaht vorzusehen. Auf diese Weise verhindert eine einzige Schweißnaht eine Leckage zwischen dem Teil 26 und der Membran 43. Dadurch wird ferner die Seitenverschweißung 48 auf dem ersten Ende 44 des Haltebügels 41 überflüssig.

Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglic^und die Erfindung ist auch nicht auf eine Dichtung für Abgassysteme mit einer ebenen Wand beschränkt. Vielmehr ist die Dichtung gemäß der Erfindung in gleicher Weise für eine Verminderung der

Gasströmung zwischen irgendwelchen zwei relativ bewegbaren Teilen geeignet.

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Claims

Ansprüche

1. Dichtungseinrichtung zum Vermindern einer Gasströmung in dem Raum zwischen ersten und zweiten relativ bewegbaren Teilen,

gekennzeichnet durch: einen Haltebügel (41), der an dem ersten Teil (14) befestigt ist,

eine Dichtungsplatte (42), deren erstes Ende an dem Haltebügel (41) angelenkt ist und deren zweites Ende mit dem zweiten Teil in Gleitkontakt steht, und eine flexible Membran (43), die an dem Haltebügel (41) und der Dichtungsplatte (42) fest angebracht ist.

2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (42) auf einer Seite mit einem höheren Druck derart beaufschlagt ist, daß die Dichtungsplatte (42) in einen Kontakt mit dem zweiten Teil (20) gedrückt ist.

3. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Membran (43) im allgemeinen U-förmig ist, wobei die konkave Oberfläche auf den einen relativ höheren Druck aufweisenden Bereich gerichtet ist.

4. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

daß die flexible Membran (43) an dem Haltebügel (41) bzw. der Dichtungsplatte (42) durch Befestigungsmittel so befestigt ist, daß im wesentlichen kein Gas durch die Gelenkeinrichtung (54) strömt.

5. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkeinrichtung (54) das erste Ende der Dichtungsplatte (42) mit einer ersten zylindrischen Form und das zweite Ende des Haltebügels (41) mit einer zweiten zylindrischen Form aufweist, wobei die Enden konzentrisch passend in einem Schwenkkontakt angeordnet sind.

6. Dichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Membran (43) eine Vorspannung bildet, um die Dichtungsplatte (42) in einen Kontakt mit dem zweiten Teil (20) zu drücken, und die Gasströmung durch die Gelenkeinrichtung (54) vermindert.