DE3502096C2 - Dichtungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Dichtungseinrichtung ist aus der zeitrangälteren DE 34 21 783 A1 bekannt.

Bei Hochleistungs-Turbinenstrahltriebwerken für Flugzeuge ist es häufig wünschenswert, eine Schub- oder Abgasdüse mit variab­ ler Querschnittsfläche zur Verfügung zu haben, um die Leistungs­ fähigkeit des Triebwerks zu verbessern. Beispielsweise verwen­ den zweidimensionale Düsen zwei im allgemeinen stationäre Sei­ tenwände und obere und untere Klappen, die die Grenzen der Abgasöffnung bilden. Durch geeignete Betätigungsmittel können die oberen und unteren Klappen geöffnet oder geschlossen wer­ den, 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 Gesichtspunkt 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 Blatt­ dichtungen.

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 vonein­ ander wegbewegen, die Dichtung einen Kontakt dazwischen auf­ rechterhalten. Wie bei anderen Dichtungen müssen zwei Grund­ forderungen erfüllt sein. Die Dichtung muß nämlich eine genü­ gende Festigkeit aufweisen, um dem relativ hohen Druck der Ab­ gasströmung zu widerstehen, und sie muß zur gleichen Zeit ge­ nügend flexibel sein, um sich mit den Änderungen in dem Spalt auszudehnen oder zusammenzuziehen. Im allgemeinen sind elasti­ sche 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 Blät­ ter, die von einem gemeinsamen Gelenkpunkt schwenkbar sind. Das eine Blatt ist dabei an einem der abzudichtenden Teile be­ festigt, und das andere Blatt ist mit dem anderen Teil in Reib­ eingriff. Diese Dichtungen genügen zwar den Anforderungen be­ züglich hoher Festigkeit und dem Expansions- und Kontraktions­ vermögen, wenn sich der Spalt öffnet und schließt. Bei derar­ tigen 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% hinsicht­ lich Strömung und Schub.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungseinrichtung der eingangs genannten so auszugestalten, daß sie mit ein­ fachen und ein geringes Gewicht aufweisenden Mitteln auch bei großen Auslenkungen von wenigstens einem Wandteil für geringe Verluste sorgt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung und durch sie erzielbare Vorteile werden nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Teilansicht von hinten auf eine Abgas- bzw. Schubdüse mit Merkmalen gemäß der Er­ findung.

Fig. 2 ist eine perspektivische Teilansicht einer Dichtung ge­ mäß der Erfindung.

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

Fig. 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 Aus­ stoßen 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 Klap­ pe 14 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 nie­ drigen 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 Fig. 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 zwi­ schen 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 Gleitbe­ wegung, wie sie durch Pfeile 38 gezeigt ist, und einer seit­ lichen oder lateralen Bewegung bestehen, wie sie durch die Pfei­ le 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 Dichtungs­ platte 42 und eine flexible Membran 43 auf. Der Halterungsbü­ gel 41 und die Dichtungsplatte 42 bilden eine angelenkte Blatt­ dichtung. Ein erstes Ende 44 des Haltebügels 41 ist an einem Flansch 27 des ersten Teils 14 befestigt. Es können irgendwel­ che 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 Halte­ bügel 41 an dem Teil 26 sicher befestigt und auch die Gaslecka­ ge zwischen diesen Teilen im wesentlichen auf null senkt. Fer­ ner 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 schwenk­ bar verbunden ist. In dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Aus­ führungsbeispiel 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 Schwenkein­ griff stehen. Es können jedoch auch andere Gelenkmittel vorge­ sehen 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 Dich­ tungsplatte 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 zwi­ schen 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 verwende­ ten 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 Hochdruckbe­ reich 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 Dichtungs­ platte 42, aber da sie nahe der Gelenkeinrichtung 54 angeord­ net 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 Ab­ schnitt der Membran in einer Ringspannung belastet. Somit kann sie aus einem relativ dünnen Material hoher Festigkeit her­ gestellt sein. Beispielsweise kann eine Nickel-Basis-Legierung, wie beispielsweise Rene′ 41 oder Inconel 718, mit Vorteil ver­ wendet werden.

Im Betrieb sorgt die flexible Membran 43 für eine Anfangsvor­ spannkraft, 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 Vor­ spannkraft 58 auf die flexible Membran 43, um die Platte 42 in einen Eingriff mit dem Teil 20 zu drücken. Wenn sich in dem Bereich 32 hoher Druck aufbaut, sorgt dieser Druck für eine zusätzliche Vorspann­ kraft 58 auf die flexible Membran 43, um die Platte 42 mit dem Teil 20 in Kontakt bzw. in Berührung zu halten. Die Dichtungs­ platte 42 ist somit in der Lage, für eine zuverlässige Abdich­ tung über einer relativ weiten Trennung der Teile 14 und 20 zu sorgen. Durch eine Anordnung der flexiblen Membran 43 nahe der Gelenkeinrichtung 54 kann der Auslenkungsgrad der Membran 43 klein gehalten werden.

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 ver­ hindert eine einzige Schweißnaht eine Leckage zwischen dem Teil 26 und der Membran 43. Dadurch wird ferner die Seiten­ verschweißung 48 auf dem ersten Ende 44 des Haltebügels 41 überflüssig.

Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich, und die Erfindung ist auch nicht auf eine Dichtung für Abgassysteme mit einer ebenen Wand beschränkt. Vielmehr ist die Dichtung ge­ mäß der Erfindung in gleicher Weise für eine Verminderung der Gasströmung zwischen irgendwelchen zwei relativ bewegbaren Tei­ len geeignet.

Claims (3)

1. Dichtungseinrichtung zum Verkleinern einer Gasströmung in dem Raum zwischen zwei im Abstand angeordneten Wandteilen (20,27), von denen wenigstens ein Wandteil relativ zu dem anderen bewegbar ist, wobei eine Druckdifferenz auf gegenüberliegenden Seiten der Dichtungseinrichtung (36) besteht, die einen Haltebügel (41), der an seinem einen Ende an einem ersten bewegbaren Wandteil befestigt ist und dessen freies Ende sich in Richtung auf das zweite Wandteil erstreckt, und eine Dichtungsplatte (42) aufweist, deren eines Ende an dem freien Ende des Haltebügels (41) befestigt ist und deren anderes Ende auskragt und an dem zweiten Wandteil gleitend angreift, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten bewegbaren Wandteil (27) und der Dichtungsplatte (42) eine U-förmige flexible Membran (43) derart angeordnet ist, daß gleichzeitig eine Abdichtung gegen eine Gasströmung an dem Befestigungspunkt zwischen dem Haltebügel (41) und der Dichtungsplatte (42) gebildet und eine zusätzliche Dichtungskraft (58) gegen die Dichtungsplatte (42) ausgeübt ist aufgrund des höheren Gasdruckes auf die konkave Oberfläche der U-förmigen flexiblen Membran (43).

2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (42) an dem Halterungsbügel (41) durch ein Gelenk (54) befestigt ist, an dem der Halterungsbügel (41) und die Dichtungsplatte (42) jeweils eine zylindrische Form haben und konzentrisch zusammenpassend angeordnet sind, und daß die flexible Membran (43) eine Abdichtung an dem Gelenk (54) bildet.

3. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbebewegung der Wandteile (20, 27) im wesentlichen in rechten Winkeln zueinander erfolgt.