DE3514382C1 - Buerstendichtung - Google Patents

Description

2. Bürstendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuge (5) eine auf die zu erwartende Bauteilverschiebebewegung abgestimmte Tiefe (T) aufweist.

3. Bürstendichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuge (5) eine Breite (fli) aufweist, die von kleinerem Ausmaß als die Breite (i?2) der sich aufspreizenden Bürstenpartie ist.

4. Bürstendichtung nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß deren Borsten oder Fäden an einem sich über die gesamte Bauteillänge bzw. sich bauteilwandparallel erstreckenden Tragelement (6) gefaßt und gehalten sind.

5. Bürstendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuge (5) Bestandteil eines sich über die gesamte Bauteillänge bzw. bauteilwandparallel erstreckenden gabelförmigen Gegenstückes (7) ist.

6. Bürstendichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (6) und das Gegenstück (7) über gesonderte Winkelstücke (8, 9) oder mittels integraler Winkelstücke (Fig. 3) mit dem zugehörigen Bauteil (3,4) verbünden sind.

7. Bürstendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuge (5) mit eintrittsseitig beidseitig nach außen abgerundet aufgebogenen Stirnkanten (10,11) ausgestattet ist.

8. Bürstendichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das übrige Bürstenende aufnehmende Fuge (5) eintrittsseitig eine zangenartige Borstenführungsengstelle (26) aufweist, hinter welcher die Fuge (5) über das sich aufspreizende Bürstenende hinaus verbreitert ist. .-.".:

9. Bürstendichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß deren Borsten (27) oder Fäden beidendseitig so gefaßt sind, daß sie mittels gleichförmig radial sich aufweitender Bogenabschnitte an den Innenwandabschnitten der gabelförmigen Fuge (5) beweglich und abdichtend anliegen.

10* Bürstendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen geradlinigen (3,4) oder vorzugsweise gleichsinnig gekrümmt verlaufenden Bauteilen ausgebildet ist.

11. Bürstendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (6') für die Bürstendichtung (15,16) an einem geradlinigen Bauteilabschnitt (Gehäuse 3), das gabelförmige Gegenstück (7') an bzw. von einem gegen das geradlinige Bauteil abgekrümmten Wand- oder Schalenelement (14/) ausgebildet ist(F i g. 4).

12. Bürstendichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungspaarung zwischen Borsten (2) und Fuge (5) in einer gemeinsamen, zwischen zwei Bauteilen (Gehäuse 3, Schalenelement 14') geneigten Ebene verläuft.

13. Bürstendichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile Gehäusestrukturbauteile von Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken sind.

14. Bürstendichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Heißgasabsperrdichtung(15,16) ist.

15. Bürstendichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 für einen Wärmetauscher mit seitlich von getrennten Druckluftführungen (13, 14) auskragender Profilrohr-Matrix (12), die mit örtlichen Wandverkleidungen gegenüber einem die Heißgase (G) über die Matrix leitenden Außengehäuse (3) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Bauteil z. B. eine den Matrixumlenkbereich zumindest teilweise gegenüber der Heißgashauptströmung (G) abdeckende Schale (14') ist, die zwischen sich und dem Heißgasgehäuse (3) als anderem Bauteil einen mittels dieser Bürstendichtung (15, 16) in ein- oder mehrfacher Anordnung abzudichtenden Zwischenraum (21) einschließt.

16. Bürstendichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch deren Anordnung zwischen einer seitlichen Berandungsleitwand der Wärmetauscher-Matrix und einem äußeren, die Heißgase führenden Gehäuse eines Profilrohrwärmetauschers.

40

45

50 Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstendichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beispielsweise bei Brennkraftmaschinen, Gasturbinentriebwerken, Strahltriebwerken oder Wärmetauschern besteht oftmals die Forderung, insbesondere mittels hochtemperierter Medien, z. B. Heißgasen zu durchströmende Kanäle an bestimmter Stelle abzusperren, um z. B. eine anderweitige Heißgasströmungsrichtung zu erzwingen. Mit Rücksicht auf dabei z. B. auftretende, oftmals extrem unterschiedliche thermische Belastungen und Wärmedehnungen benachbarter Kanalwandabschnitte bzw. Bauteile ist es somit praktisch nicht möglich, eine starre, dichtende Verbindung zwischen den Bauteilen vorzusehen.

Neben den genannten thermischen Problemen müssen bei einer derartigen Kanalabsperrung oftmals z. B. als Ursache von Fahrzeugstoßbelastungen auftretende Schwingungen bzw. Schwingungsauslenkungen zumindest eines der beiden Bauteile gegenüber dem anderen berücksichtigt werden, die ebenfalls eine starre Anbindung des betreffenden Absperrkörpers zwischen benachbarten Wandabschnitten weitestgehend ausschließen.

Schon vorgeschlagene mechanische, mit korrespondierenden Dichtbelägen im Reibschluß arbeitende Dichtungen zur bewegungskompensatorischen Absperrung von Kanälen sind vergleichsweise extrem kompliziert aufgebaut und einem vergleichsweise raschen und hohem Verschleiß ausgesetzt.

Im Rahmen des aufgezeigten Problemkreises liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere zur Heißgasabsperrung geeignete, bewegungskompensatorische Dichtung verschleiß- und wartungsarm aus-

60

zubilden.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Aus der DE-PS 30 23 609 ist eine Turbine für ein Gasturbinentriebwerk mit einem die Spitzen der Läuferschaufeln umschließenden, vom Turbinengehäuse getragenen und relativ hierzu in radialer Richtung wärmedehnbar angeordneten Mantelring, der einen Abschnitt der radial äußeren Wand des ringförmigen Gaskanals bildet, bekannt. Dabei soll der aus Keramikmaterial bestehende Mantelring radial vom Turbinengehäuse über eine ringförmige Anordnung vorstehender Borsten abgestützt und im Abstand gehalten sein, die am Turbinengehäuse derart angeordnet sind, daß sie eine ringförmige Bürstendichtung bilden. Durch die bürstenartige Trägeranordnung soll erreicht werden, daß bei voller Aufrechterhaltung der Konzentrizität durch die Federkraft der einzelnen Borsten gewisse Differenzen im Abstand zwischen Mantelring und Gehäusering ausgeglichen werden können, ohne daß zwischen diesen beiden Teilen eine wesentliche Kraftübertragung stattfinden kann. Insbesondere in Kombination mit dem im Betrieb geringen Wärmedehnungen ausgesetzten Keramikmantel- rungsform und

F i g. 6 die Vorderansicht einer Bürstendichtung nebst Tragelement und Gegenstück in einer dritten Ausfülirungsform.

F i g. 1 veranschaulicht die erfindungsgemäße Bürstendichtung 1 mit Borsten 2 zur Überbrückung des betreffenden Abstandsspalts zwischen zwei relativ zueinander verebbaren statischen Bauteilen 3, 4, die hier z. B. gasführende Wandteile eines Maschinenabgaskanals sein können.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung soll also das Ende der Borsten 2 mit dem einen Bauteil 3 fest verbunden sein; das übrige freie Ende der Borsten 2 soll dabei in einer Fuge 5 des anderen Bauteils 4 in allen drei Richtungen x, y, ζ beweglich geführt sein.

Vorteilhaft soll dabei ferner die Fuge 5 eine auf die zu erwartende Verschiebebewegung zumindest des einen Bauteils 4 gegenüber dem anderen, 3, erforderliche Tiefe T aufweisen, um so etwaige als Temperaturdehnungen oder z. B. Schwingungen verursachte Bewegung kompensieren zu können (s.h. F i g. 2).

Um in allen vorkommenden Betriebszuständen eine einwandfreie Heißgasabsperrung sicherstellen zu können, sollte ferner die Fuge 5 eine Breite B\ aufweisen, die

ring soll hierbei also ein Beitrag zur Schaufelspitzen- 25 von kleinerem Ausmaß als die Breite B2 des sich aufspaltminimierung in die Wege geleitet werden können. spreizenden, hier z. B. ungefaßten Borstenendes der

Damit hat die Erfindung überhaupt nichts zu tun.

Im Gegensatz zur erwähnten bekannten Lösung schafft die erfindungsgemäße Lösung eine gegebenenfalls unmittelbar dem Heißgasstrom aussetzbare Absperrdichtung, die die Beherrschung gerade extrem unterschiedlicher Relativbewegungen zwischen benachbarten Bauteilen ermöglicht, ohne vorrangig in Dichtungslängsrichtung räumlichen Bewegungsbeschränkungen unterworfen zu sein, wie im erwähnten bekannten Fall, der im gesamten Betriebszustand auf eine stützende bzw. tragende Funktion abgestellt ist.

Die erfindungsgemäße Fugenausbildung ermöglicht eine in allen Richtungen freie und dabei stets abdichtende Bürstenumschließung. Durch die Fuge wird die Bürste also zwangsgeführt, so daß auch im Falle vergleichsweise hoher Gastemperaturen, bei denen das Bürstenmaterial zumindest teilweise seine elastischen Eigenschaften verlieren sollte, immer ein abdichtender Kontakt zwischen den in Bauteillängsrichtung verlaufenden inneren Fugenwandungen und den Borsten oder Fäden der Bürstendichtung erhalten bleiben kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 16.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht zweier benachbarter Gehäusebauteilabschnitte nebst Bürstendichtung,

F i g. 2 in Blickrichtung A der F i g. 1 gesehene Einzelheiten der Bürstendichtung,

F i g. 3 die prinzipiell aus F i g. 1 entnehmbare Bürstendichtung, jedoch unter weiterer Zugrundelegung eines gegenüber F i g. 1 reduzierten Bauteilabstands sowie abgewandelter Dichtungstrag- und Befestigungsmittel,

Fig.4 eine durch einen Gehäuseschnitt freigelegte Stirnansicht eines Profilrohrwärmetauschers als Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Bürstendichtung,

F i g. 5 die Vorderansicht einer Bürstendichtung nebst Tragelement und Gegenstück in einer zweiten Ausfüh-Bürstendichtung 1 ist (F i g. 2).

Im Rahmen einer mechanisch äußerst einfachen Ausgestaltung können ferner die Borsten 2 oder Fäden der Bürstendichtung 1 an einem, also längs der Bauteile 3,4 sich erstreckenden Tragelement 6 gefaßt und gehalten sein; die Fuge 5 kann Bestandteil eines sich bauteilwandparallel erstreckenden gabelförmigen Gegenstükkes 7 sein.

Weiterhin können als Tragelement 6 und das betreffende Gegenstück 7 über ein zugehöriges Winkelstück 8,9 mit dem zugehörigen Bauteil 3,4 verbunden sein.

Gemäß F i g. 3 ist das betreffende Tragelement 6' wie auch das die Fuge 5 enthaltende Gegenstück T jeweils als integrales Befestigungsmittel ausgebildet. Abweichend von

F i g. 1 verkörpert F i g. 3 eine räumlich versetzte abgewinkelte Befestigungsweise des Tragelements 6' und des Gegenstückes T an den betreffenden Bauteilen 3,4.

F i g. 1 bis 3 lassen ferner erkennen, daß die Fuge 5 mit eintrittsseitig beidseitig nach außen abgerundet aufgebogenen Stirnkanten 8,9 ausgestattet sein kann, um so die Dichtungsmontage zu erleichtern. Gemäß F i g. 1 und 3 kann die Bürstendichtung 1 zwisehen geradlinigen, 3, 4, oder — nicht dargestellt — vorzugsweise gleichsinnig gekrümmt verlaufenden Bauteilen ausgebildet bzw. angeordnet sein.

Im Hinblick auf die jeweils herrschenden Temperaturkriterien wären geeignete Werkstoffe für die Bürstendichtung 1 beizuziehen; z. B. können deren Borsten 2 oder Fäden aus einem hoch-warm-festen metallischen Werkstoff gefertigt oder als Glasfäden ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Bürstendichtung läßt sich insbesondere als Heißgasabsperrdichtung vorteilhaft zwisehen Gehäusestrukturbauteilen von Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, einsetzen.

Ein vorteilhafter Einsatz als Heißgasabsperrdichtung für Profilrohr-Wärmetauscher ist durch das nachstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 verdeutlicht.

Gemäß F i g. 4 handelt es sich also um einen Profilrohr-Wärmetauscher in Kreuz-Gegenstrom-Bauweise, bei dem die von Heißgasen G umströmbare Matrix 12

-.-.■■- 5 6

ein- und austrittsseitig an voneinander getrennte, zylin- gabelförmige Gegenstück 7' an bzw. von einem gegen drische Druckluftführungen 13,14 angeschlossen ist und den betreffenden geradlinigen Bauteilabschnitt abgeaus von diesen seitlich auskragenden, im wesentlichen krümmten Ende des Wandelements 14' der Schale aus-U-förmigen Matrixrohrbügeln, z. B. 13', besteht. Dabei gebildet ist, wobei die Dichtungspaarung zwischen Borwird die über die Heißgase G aufzuheizende Druckluft 5 sten und Fuge 5 in einer gemeinsamen, zwischen zwei gemäß Pfeil D der oberen zylindrischen Druckluftfüh- Bauteilen (Gehäuse 4, Wandelement 14') geneigten Eberung 13 zugeführt, durchströmt dann gemäß der aufge- ne verläuft.

heizten Pfeilrichtungsfolge die Matrix 12 und wird dann, Die erfindungsgemäße Bürstendichtung kann in Ab-

im aufgezeigten Zustande, gemäß Pfeilrichtung D' aus weichung von Fig,4 vorteilhaft auch zwischen einer der unteren zylindrischen Druckluftführung 14 einem 10 oder mehreren seitlichen Berandungsleitwänden der geeigneten Verbraucher, z. B. der Brennkammer eines Wärmetauschermatrix 12 und einem entsprechenden Gasturbinentriebwerkes, zugeführt. Dabei ist ferner seitlichen Abschnitt des die Heißgase führendes Gehäuhier ein z. B. die Matrix im äußeren Umlenkungsbereich ses 3 angeordnet sein, um so z. B. thermisch oder aufumrandendes Wandelement 14' als Matrixteilabdeck- grund von Fahrzeugstoßbelastungen verursachte relatischale ausgebildet, die betrieblichen, insbesondere ther- 15 ve Differenzbewegungen zwischen den Berandungsleit^ misch bedingten Differenzbewegungen unterworden wänden und dem Gehäuse 3 abdichtend zu überbrükist. ken. Die seitliche Bürstendichtung hätte dann die Auf-

Dabei sollen im Sinne der Fig. 1 bis 3 ausgebildete, gäbe, die in den betreffenden Zwischenraum zwischen bewegungskompensatorische Heißgasabsperrdichtun- Berandungsleitwand oder -wänden und Gehäuse 3 eingen 15,16 als Bürstendichtungen zwischen dem Wand- 20 gedrungenen Heißgasanteile in die Richtung der Heißelement 14' als dem einen Bauteil und dem thermisch gashauptströmung G auf die Matrix 12 abzulenken, isolierten, die Heißgase führenden Außengehäuse 3 als Bei der Bürstendichtung nach F i g. 5 soll die das übri-

anderem Bauteil vorgesehen sein. F i g. 4 verkörpert al- ge, hier umgefaßte Bürstenende aufnehmende Fuge 5 so die Anwendung der erfindungsgemäßen Bürsten- eintrittsseitig eine zangenartige Borstenführungsengdichtungen an stromauf- und stromabwärtiger Stelle 25 stelle 26 aufweisen, hinter welcher die Fuge 5 über das dieses Außengehäuses 4, wobei die Bauteile 6' Tragele- sich auf spreizende Bürstenende hinaus verbreitert ist. mente der bewegungskompensatorischen Bürsten- Bei der Bürstendichtung nach Fig.6 sollen deren

Heißgasabsperrdichtungen 15 und 16 zwischen dem Au- Borsten 27 oder Fäden beidendseitig mittels klammerßengehäuse 3 bzw. einer außengehäuseseitigen Beran- artiger Glieder 28, 29 so gefaßt sein, daß sie mittels dungssektion im Matrixbogenbereich und.dem benach- 30 gleichförmig radial sich aufweitender Bogenabschnitte harten Wandelement 14' sind. Letzteres kann wiederum an den Innenwandabschnitten der gabelförmigen Fuge im Hinblick auf Differenzbewegungen der Matrix 12 5 beweglich und abdichtend anliegen, bewegungskompensatorisch unter Bezug auf den äuße- Die Bürstendichtungsalternativen nach F ig. 5 und 6

ren umlenkungsseitigen Rand der Matrix angeordnet haben den wesentlichen Vorteil, daß auch bei versein, was durch am Wandelement 14'befestigte weitere 35 gleichsweise großen Differenzbewegungsphasen zwi-Bürstendichtungen 17, 18, 19 verdeutlicht ist, die hier sehen den Bauteilen, z. B. 3 und 4 nach Fi g. 1, also aus also den äußeren Bogenbereich der Rohrbügel 13 ab- Bewegungen, insbesondere in Richtung χ und/oder y dichtend tibergreifen. Die Bürsten-Heißgasabsperrdich- (Fig. 1), ein Ausknicken K— Fig. 5 —der betreff entungen 16 bzw. 15 verhindern also zunächst eine für den den Borsten 2 bzw. 27 aus der Fuge 5 verhindert werden Wärmetauschprozeß ungenutzte Strömung von Heiß- 40 kann.

gasen in den Zwischenraum 21 zwischen Wandelement .

14'und Gehäuse 3. Die Heißgase werden im seitlichen Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Gehäusebereich gemäß Pfeil if also in Richtung auf den

bogenförmigen, randständigen Matrixbereich abgelenkt. In Kombination mit dem schalenartigen Wandele- 45
ment 14'mit den übrigen Bürstendichtungen 17,18,19,
20 ergibt sich dann weiter eine schlangenlinienförmige

Zwangsführung H' des randständigen Heißgasstroman- .. . " "

teils, und damit im äußeren Matrixumlenkungsbereich
ein akzeptabler Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauschpro- 50
zeß.

Die zuvor erwähnten Bürsten-Heißgasabsperrdichtungen 15, 16 sind also an den Tragelementen 6'befestigt und greifen andererseits abdichtend in die Fugen 5
der gabelförmigen Gegenstücke 7' des Wandelements 55
14'ein.

Die Tragelemente 6'sind z. B. mit ihren integralen -

abgewinkelten Endpartien 22 an einen Metall-Filz-Isolierkörper 23 angelötet, der auf der gegenüberliegenden
Seite ebenfalls eine an diesen angelötete Platte 24 trägt, 60
die ihrerseits aiii Gehäuse 3 befestigt ist. Diese Befestigung nebst Isolierkörper 23 stellt eine von der sonstigen
thermischen Isolierung 25 des Gehäuses 4 gesonderte
Isolierbefestigungseinheit dar.

F i g. 4 erfüllt also auch die Merkmale nach Anspruch 65
und 10, wonach das jeweilige Tragelement 6' für die
Bürsten-Heißgasabsperrdichtung 15 bzw. 16 an einem
geradlinigen Bauteilabschnitt (Gehäuse 3), das jeweilige

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Bürstendichtung zur Überbrückung eines Spalts zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Bauteilen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das eine Bürstenende ist mit dem ersten Bauteil (3) fest verbunden;

b) das übrige Bürstenende ist in einer Fuge (5) des zweiten Bauteils (4) frei beweglich geführt.