DE3706707A1 - Dichtvorrichtung - Google Patents

Description

Das Verbiegen des Dichtelements zwischen dem hinteren Ende der Brennkammeraußenwand und den äußeren Flanschen an den Turbinen­ einlaßleitschaufeln wird zum Verhindern von Leckage an dieser Stelle minimiert, indem Versteifungselemente und Versteifungs­ platten an der Wand der Dichtung vorgesehen werden, wo diese die Leitschaufelaußenflansche berührt, um dadurch eine Dich­ tungsfläche fester an der Dichtfläche an den Flanschen zu hal­ ten.

Ein Bereich unkontrollierter Kühlluftleckage, der regelmäßig ein Problem dargestellt hat, befindet sich dort, wo die Kühlluft aus dem Kühlluftkanal an dem Turbineneinlaß nach innen geht, statt zwischen die äußeren Enden der Turbinenleitschaufeln und die umgebende Ummantelung einzutreten und diese zu kühlen. Die­ ses Problem existierte bei älteren Flugzeuggasturbinen. Die US-PS 27 02 454 zeigt eine Konstruktion, bei der die Kühlluft auf unterschiedliche Weise zu den Turbinenleitschaufeln und den Ummantelungen oder Deckbändern geleitet wird. In der jüngeren US-PS 36 70 497 ist eine andere Anordnung benutzt worden, um die Notwendigkeit einer Dichtung an dieser Stelle zu vermei­ den. Mit dem Fortschreiten der Gasturbinenentwicklung und mit der erwarteten höheren Leistung wurde es notwendig, den Auf­ bau an dieser Stelle zu ändern, um die gewünschte Strömung zu gestatten und die Leckage mit einem vereinfachten Aufbau zu minimieren. Eine Leckagedichtung zur Verwendung an dieser Stelle ist in der US-PS 42 51 986 gezeigt, und eine andere Ausführungsform einer Dichtung und eine ähnliche Stelle sind in der US-PS 44 25 078 gezeigt. Die letztgenannte US-Patent­ schrift zeigt die gewünschte vereinfachte Dichtungskonstruk­ tion, die nun mit einer Anordnung versehen ist, durch welche die Leckage gut kontrolliert werden kann.

Die Erfindung vereinfacht den Aufbau des Dichtelements, das gegen die sich nach außen erstreckenden Flansche an den Tur­ bineneinlaßleitschaufeln gehalten wird, weiter, indem ange­ formte Flansche vorgesehen werden, die sich von dem Rand des Dichtelements aus zwischen abwechselnden benachbarten Be­ reichen von Befestigungsschrauben erstrecken, und durch Be­ festigen eines Flanschverstärkungsstreifens zwischen den an­ deren benachbarten Schraubenpaaren. Diese Schrauben halten die Verstärkungsstreifen oder -platten fest. Die Flansche an den Leitschaufeln sind von der durch das Dichtelement berührten Oberfläche weg geneigt, um einen Rand an dem Flansch auf dem Schraubenkreis zu schaffen, längs welchem sich das Dichtele­ ment infolge einer starken Biegemomentenbelastung, die auf es einwirkt, verschwenken kann.

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

Fig. 1 eine Queransicht eines Teils des Dichtelements der Dichtvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht durch einen Gasturbineneinlaß nach der Linie 2-2 in Fig. 1 an der Stelle, wo die Dichtvorrichtung angeordnet ist,

Fig. 3 eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 1, und

Fig. 4 eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 1.

Die Zeichnung zeigt ein Dichtelement, das direkt stromaufwärts der äußeren Flansche 2 der Turbineneinlaßleitschaufeln 4 eines Gasturbinentriebwerks angeordnet ist. Die Flansche 2 haben Lappen oder Ansätze 6, die sich längs des vorderen Randes der Ummantelung nach außen erstrecken, um eine ebene, nach vorn weisende Fläche 8 zu bilden, an der das Dichtelement 10 in Form eines Ringes gehalten wird. Das Dichtelement 10 ist an dem stromabwärtigen Ende einer äußeren Dichtwand 12 der Brenn­ kammer befestigt. Eine innere Wand 14 ist die äußere Wand der Brennkammer. Der Aufbau ist so gewählt, daß die Kühlluft aus diesem Kanal in die Turbine geleitet wird, um an den inneren Oberflächen der Ummantelungen oder Deckbänder 2 entlang und um die äußeren Enden der Leitschaufeln 4 zu strömen.

Das Dichtelement 10 hat an seinem hinteren Ende einen sich nach außen erstreckenden Teil oder Flansch 16, welcher eine ebene Fläche 18 aufweist, die mit der Fläche 8 der Lappen 6 zusam­ menwirkt und durch einen Kranz von Schrauben 20 an der Fläche 8 gehalten wird, welche sich durch das Dichtelement und die Lap­ pen 6 an den Leitschaufeln 4 erstrecken, wie es in Fig. 4 ge­ zeigt ist. Die eine hohe Temperatur aufweisenden Verbrennungs­ gase, welche an den Leitschaufeln 4 vorbei in den Turbinenein­ laß eintreten, bewirken, daß sich die Brennkammerwände 12 und 14 thermisch ausdehnen und eine Biegemomentenbelastung in einer Richtung 22 in dem abgeschirmten und gekühlten Dichtele­ ment 10 hervorrufen. Diese Momentenbelastung bewirkt eine ring­ förmige Verdrehung des Dichtelements 10, um den Kontakt zwi­ schen dem Dichtelement 10 und der Fläche 8 zu reduzieren, und der Zweck der Erfindung ist es, den Kontakt zwischen dem Dicht­ element 10 und der Fläche 8 aufrechtzuerhalten und außerdem das Dichtelement in Umfangsrichtung zu verstärken, um eine Verwindung des Dichtelements aufgrund von Wärmegradienten in Umfangsrichtung zu verhindern.

Zu diesem Zweck ist das Dichtelement 10 durch mehrere Ver­ stärkungsplatten 24 verstärkt, die sich zwischen benachbarten Schrauben 20 erstrecken und Öffnungen 26 zum Aufnehmen der benachbarten Schrauben haben. Die Verstärkungsplatten 24 sind auf der stromaufwärtigen Seite des Flansches 16 angeordnet. Der Flansch 16 des Dichtelements 10 endigt insgesamt längs der Mittellinie der Schrauben 20, ausgenommen bei Lappen 28 an Schraubenlöchern 30. Die Verstärkungsplatten 24 endigen eben­ falls insgesamt längs der Mittellinie der Schrauben 20 und haben Lappen 32 in den Bereichen der Schrauben an den entge­ gengesetzten Enden der Verstärkungsplatten für die Schrauben­ befestigung. Die Lappen 32 erstrecken sich insgesamt so wie die Lappen 28 an dem Dichtelement 10. Zur weiteren Verstärkung hat jede Verstärkungsplatte 24 ein Winkelflanschteil 34, das an ihrer vorderen Fläche zwischen den Enden einwärts der Linie der Schrauben befestigt ist. Das Winkelflanschteil 34 hat einen nach vorn vorstehenden Flansch 36 mit Abstand radial einwärts der Linie der Schrauben, der sich nahezu über die Länge der Verstärkungsplatte 24 erstreckt.

Die Verstärkungsplatten 24 erstrecken sich gemäß der Darstel­ lung in Fig. 1 zwischen Schraubenpaaren, und es sind keine Verstärkungsplatten zwischen zwei benachbarten Schraubenpaaren, deren beide Schrauben jeweils durch eine Verstärkungsplatte miteinander verbunden sind, vorhanden. Zum Verstärken dieser Bereiche hat das Dichtelement 10 einen sich nach vorn erstrek­ kenden Flansch 38 längs des äußeren Randes des Flansches 16 und in einer Linie mit dem Kranz von Schrauben. Die Flansche 38 endigen kurz vor den Schrauben 20 und den Enden der Ver­ stärkungsplatten 24, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Wie oben erwähnt haben die Dichtelementflansche 16, die Ummantelungs­ lappen 6 und die Verstärkungsplatten 24 alle eine insgesamt äußere Randbegrenzung, die radial an der Umfangsmittellinie der Schrauben 20 endigt, wie beispielsweise an der Stelle 31. An den Stellen, wo sich die Schrauben befinden, haben der Dichtelementflansch 16, die Ummantelungslappen 6 und die Ver­ stärkungsplatten 24 jeweils die sich nach außen erstreckenden lokalen Lappen 28, 32, um Auflageflächen für die Schraubenbe­ festigungen zu schaffen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Darüber hinaus haben die Ummantelungslappen 6 Flächen 40, die von der Ebene der Fläche 8 aus radial nach hinten geneigt sind. Die Neigung beginnt außerhalb der Schraubenmittellinie 31, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Neigung gegen die Fläche 8 ge­ stattet dem Dichtelement 10, sich ringförmig um eine Umfangs­ kontaktlinie in der Schraubenmittellinie zu drehen, so daß die Flächen 18 die Flächen 8 nicht berühren, und dadurch die Leckage von Kühlluft an der Dichtung vorbei zu verhindern.

Außerdem haben die Schrauben 20 eine Schulter 42 zum Kontrol­ lieren des Zwischenraums zwischen der Schraubenkopffläche 44 und der Lappenfläche 8, um dadurch eine relative Radialver­ lagerung zwischen dem Dichtelementflansch 16 und den Ummante­ lungslappen 6 zu gestatten. Die Lappen 6 haben Löcher 30 mit einem Durchmesser, der kleiner ist als die Schraubenschulter 42. Eine Mutter 46 spannt die Schraube gegen den Schulterlappen 6 und hält sie fest. Die Verstärkungsplatten 24 haben Löcher 26, die über die Schraubenschulter 42 und unter den Schrauben­ kopf 44 passen und dadurch die Verstärkungsplatten 24 positio­ nieren. Der Dichtelementflansch 16 hat in dem Bereich der Schrauben 20 radiale Schlitze 50 (Fig. 4), welche die relative Radialverlagerung gestatten und den Kontakt zwischen den Flächen 8 und 18 zur Abdichtung aufrechterhalten.

Aufgrund dieser Anordnung wird die Dichtung insgesamt in Flächenkontakt mit der Fläche 8 an den Lappen 6 im wesent­ lichen in dem gesamten Bereich des Flansches 16 gehalten, und dem Verbiegen wird durch die Flansche 38 und die mit Flansch versehenen Verstärkungsplatten 24 entgegengewirkt. Diese Flansche und diese mit Flansch versehenen Verstärkungsplatten verhindern auch eine Verwindung des Dichtelements 10 in axia­ ler Richtung. Unter starken Momentenbelastungen kann sich die Dichtung in gewissem Ausmaß um die Kante 48 verschwenken, aber selbst dann wird der Dichtkontakt zumindest als Linien­ kontakt unter den nachteiligsten Bedingungen aufrechterhalten.

Außerdem hat der Dichtelementflansch 16 mehrere Verstärkungs­ platten 24, die sich zwischen benachbarten Schrauben 20 er­ strecken und Öffnungen 26 aufweisen, die die benachbarten Schrauben aufnehmen. Die Verstärkungsplatten 24 sind auf der stromaufwärtigen Seite des Flansches 16 angeordnet. Zur wei­ teren Verstärkung hat jede Verstärkungsplatte 24 ein Winkel­ flanschteil 34, das an seiner vorderen Fläche zwischen den Enden einwärts der Linie der Schrauben befestigt ist und einen nach vorn vorstehenden Flansch 36 aufweist, der in radialem Abstand einwärts der Linie der Schrauben angeordnet ist und sich nahezu über die Länge der Verstärkungsplatte er­ streckt.

Außerdem hat zwischen Schraubenpaaren 20, die nicht durch Ver­ stärkungsplatten 24 verbunden sind, der Dichtelementflansch 16 einen nach vorn vorstehenden, angeformten Verstärkungsflansch 38 und ist in einer Linie mit der Mittellinie der Schrauben 20 angeordnet, um das Aufrechterhalten des Kontakts zwischen den Flächen 8 und 18 während des Verdrehens des Dichtelements 10 weiter zu unterstützen. Der Verstärkungsflansch 38 endigt kurz vor den Schrauben 20 und den Enden der Verstärkungsplat­ ten 24, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Claims (9)

1. Dichtvorrichtung zum Abdichten zwischen dem stromabwärtigen Ende einer Brennkammeraußenwand (12) und einer nach vorn wei­ senden Fläche (8), welche durch Lappen (6) an den Turbinenein­ laßleitschaufeln (4) gebildet ist, gekennzeichnet durch: ein Dichtelement (10), das einen ebenen, nach hinten weisenden radialen Teil (16) zum Kontakt mit der durch die Lappen (6) gebildeten, nach vorn weisenden Fläche (8) hat, einen Kranz von Schrauben (20) zum Befestigen der Dichtelemente (10) an den Lappen (6), Verstärkungsplatten (24), welche sich zwischen benachbarten Schrau­ ben (20) in dem Kranz erstrecken und durch die Schrauben (20) an der Vorderseite (8) des radialen Teils (16) befestigt sind, und Flansche (38) an dem äußeren Rand des radialen Teils (36) des Dichtelements (10) in den Zwischenräumen, die nicht durch die Verstärkungsplatten (24) eingenommen sind.

2. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsplatten (24) Verstärkungswinkelflansche (34) an der vorderen Fläche tragen, von denen sich ein Schenkel (36) nach vorn erstreckt.

3. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Verstärkungsplatten (24) zwischen be­ nachbarten Schrauben (20) erstrecken, welche ein Schrauben­ paar bilden, und daß die Flansche (38) an dem Dichtelement (10) zwischen den benachbarten Verstärkungsplatten (24) ange­ ordnet sind.

4. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (38) an dem radialen Teil (16) des Dichtelements (10) insgesamt in einer Linie mit dem Kranz von Schrauben (20) ist.

5. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach vorn erstreckende Schenkel (36) des Verstärkungswinkelflansches (34) an der Verstärkungs­ platte (24) nahe bei, aber einwärts von dem Kranz von Schrauben (20) ist.

6. Dichtvorrichtung zur Abdichtung zwischen dem stromabwärti­ gen Ende eines Kühlluftkanals und einer nach vorn weisenden Fläche (8), die durch Lappen (6) an den Turbineneinlaßleit­ schaufeln (4) gebildet ist, gekennzeichnet durch die Kombi­ nation aus: einem Kranz von Leitschaufelummantelungen (2), welche sich nach außen erstreckende Lappen (6) an dem vorderen Ende zum Bilden der nach vorn weisenden Fläche (8) haben, einem Dichtelement (10), das einen ebenen, nach hinten weisen­ den Teil (16, 18) zum Kontakt mit der nach vorn weisenden Fläche (8) hat, einem Kranz von Schrauben (20) zum Befestigen des Dichtele­ ments (10) an den Lappen (6), und Verstärkungsplatten (24), die sich zwischen benachbarten Schrauben (20) in einem Kranz erstrecken und durch die Schrau­ ben (20) an der vorderen Seite des Teils (16) befestigt sind, und Flanschen (38) an dem äußeren Rand des Teils (16) des Dicht­ elements (10) in den nicht durch die Verstärkungsplatten (24) eingenommenen Zwischenräumen.

7. Dichtvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsplatten (24) Verstärkungswinkelflansche (34) an der vorderen Fläche tragen, wobei sich ein Schenkel (36) der Verstärkungswinkelflansche (34) nach vorn erstreckt und nahe bei, aber einwärts von dem Kranz von Schrauben (20) angeordnet ist.

8. Dichtvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flansch (38) an dem äußeren Rand des Dicht­ elements (10) insgesamt in einer Linie mit dem Kranz von Schrauben (20) ist.

9. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (40) der Lappen (6) außer­ halb des Kranzes von Schrauben (20) von der durch das Dicht­ element (10) erfaßten Fläche (8) weg geneigt ist.