DE3706707C2 - Dichtvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine solche Dichtvorrichtung ist aus der DE-OS 26 32 386 bekannt, auf die weiter unten näher eingegangen wird.

Bei älteren Flugzeuggasturbinentriebwerken befindet sich ein Bereich von unkontrollierter Kühlluftleckage, der re­ gelmäßig ein Problem dargestellt hat, dort, wo die Kühl­ luft aus dem Kühlluftkanal an dem Turbineneinlaß nach in­ nen geht, statt zwischen die äußeren Enden der Turbinen­ leitschaufeln und die umgebende Ummantelung einzutreten und diese zu kühlen. Die US-PS 27 02 454 zeigt eine Kon­ struktion, bei der die Kühlluft auf unterschiedliche Weise zu den Turbinenleitschaufeln und den Ummantelungen gelei­ tet wird. In der jüngeren US-PS 36 70 497 ist eine andere Anordnung benutzt worden, um die Notwendigkeit einer Dich­ tung an dieser Stelle zu vermeiden. Mit dem Fortschreiten der Gasturbinenwicklung und mit der erwarteten höheren Leistung wurde es notwendig, den Aufbau 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-Patentschrift zeigt die gewünschte vereinfachte Dichtungskonstruktion, die nun mit einer Anordnung versehen ist, durch welche die Leckage gut kontrolliert werden kann. Eine weitere Verein­ fachung des Aufbaus des Dichtungselements und eine weitere Gewichtseinsparung wären aber trotzdem erwünscht.

Die oben bereits erwähnte DE-OS 26 32 386 beschreibt eine Dichtvorrichtung mit einer Einstellplatte in Form eines Ringes mit radial nach innen gerichteten Vorsprüngen zum exakten Justieren eines Zwischenrohrstückes zwischen dem Flammrohr und den Turbineneinlaßleitschaufeln. Zwar ver­ stärkt diese Einstellplatte auch das Dichtelement, sie dient aber einem völlig anderen Zweck, nämlich zur Lagefi­ xierung des Zwischenrohrstückes. Ein Verbiegen des Dichte­ lements auf Grund von Wärmeausdehnungen wird daher zu Leckageströmungen zwischen dem stromabwärtigen Ende der Brennkammeraußenwand und der stromaufwärts weisenden Flä­ che führen, welche durch Lappen an den Turbineneinlaßleit­ schaufeln gebildet ist. Solche Leckageströmungen kann die Einstellplatte nicht verhindern. Dafür ist sie auch nicht vorgesehen. Überdies weist die Einstellplatte ein hohes Gewicht auf und ist, da sie das Zwischenrohrstück um­ fangsmäßig umschließen muß, kompliziert aufgebaut.

Schließlich ist aus der US-PS 32 95 824 eine ähnliche Dichtvorrichtung bekannt, die eine ringförmige Platte hat, welche ein Dichtelement zwischen einer Brennkammeraußen­ wand und einer äußeren Wand eines Strömungskanals, bei welcher es sich um die Flammrohrwand handeln dürfte, bil­ det. Besondere Maßnahmen zur Verhinderung einer Leckage­ strömung an dem Dichtelement sind bei dieser bekannten Dichtvorrichtung nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß sie bei einfacherem Aufbau und geringerem Gewicht Leckageströ­ mungen verhindert.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Bei der Dichtvorrichtung nach der Erfindung wird das Dicht­ element durch mehrere kleine, einfach aufgebaute Verstär­ kungsplatten verstärkt, die umfangsmäßig beabstandet sind, wodurch sich eine deutliche Gewichtsersparnis gegenüber der Dichtvorrichtung nach der DE-OS 26 32 386 ergibt. Da in den Zwischenräumen zwischen den Verstärkungsplatten das Dichtelement unverstärkt und damit noch leicht biegbar ist, könnten an diesen Stellen bei Wärmeausdehnungen Leckageströmungen auftreten. Das Vorsehen von stromauf­ wärts gerichteten Flanschen an dem äußeren Rand des radia­ len Teils des Dichtelements selbst verhindert dies auf einfache Weise wirksam, denn diese Flansche erhöhen das Biegewiderstandsmoment des Dichtelements. Die Verstär­ kungsplatten und diese zwischen ihnen an dem Dichtelement vorgesehenen Flansche ergänzen sich gegenseitig, um insge­ samt eine stabile und damit vor Leckage schützende Dicht­ vorrichtung zu bilden, was zusätzlich unter erheblicher Gewichtsersparnis erreicht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Ge­ genstände der Unteransprüche.

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

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

Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht durch den Ein­ laß eines Gasturbinentriebwerks 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 10, das direkt stromaufwärts von radial äußeren Deckbändern 2 der Turbineneinlaßleitschaufeln 4 eines Gasturbinentriebwerks angeordnet ist. Die Deckbänder 2 haben Lappen 6, die sich längs des stromaufwärtigen Randes einer Ummantelung nach außen erstrecken, um eine ebene, stromaufwärts 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 Brenn­ kammeraußenwand 12 befestigt. Eine Wand 14 ist die Brennkammerinnenwand. Der Aufbau ist so gewählt, daß Kühlluft aus diesem Kanal in die Turbine geleitet wird, um an den inneren Oberflächen der Deckbänder 2 entlang und um die äußeren Enden der Leitschaufeln 4 zu strömen.

Das Dichtelement 10 hat an seinem stromabwärtigen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Teil 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 des im folgenden beschriebenen Aufbaus der Dichtvorrichtung 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, Paare bildenden Schrauben 20 erstrecken und Öffnungen 26 zum Aufnehmen der Schrauben haben. Die Verstärkungsplatten 24 sind auf der stromaufwärtigen Seite des radialen Teils 16 angeordnet. Der radiale Teil 16 des Dichtelements 10 endigt insgesamt längs der Mittellinie 31 der Schrauben 20, ausgenommen bei Lappen 28 an Schraubenlöchern 30. Die Verstärkungsplatten 24 endigen eben­ falls insgesamt längs des Schraubenkreises, auf dem die Mittellinien 31 der Schrauben 20 liegen 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 einen Verstärkungswinkelflansch 34, der an ihrer vorderen Fläche zwischen den Enden einwärts des Schraubenkreises befestigt ist. Der Verstärkungswinkelflansch 34 hat einen sich stromaufwärts erstreckenden Schenkel 36 mit Abstand radial einwärts des Schraubenkreises, 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 24 miteinander verbunden sind, vorhanden. Zum Verstärken dieser Bereiche hat das Dichtelement 10 einen sich stromaufwärts erstrecken­ den Flansch 38 längs des äußeren Randes des radialen Teils 16 und in einer Linie mit dem Kranz von Schrauben 20. 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 radialen Teile 16 der Dichtelemente 10, die Lappen 6 und die Verstärkungsplatten 24 alle eine insgesamt äußere Randbegrenzung, die radial an dem Schraubenkreis endigt. An den Stellen, wo sich die Schrauben 20 befinden, haben der radiale Teil 16 des Dichtelements 10, die Lappen 6 und die Ver­ stärkungsplatten 24 jeweils die sich nach außen erstreckenden lokalen Lappen 28, 32, um Auflageflächen für die Schrauben zu schaffen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Darüber hinaus haben die Lappen 6 jeweils eine Oberfläche 40, die von der Ebene der Fläche 8 aus radial nach hinten geneigt ist. Die Neigung beginnt außerhalb des Schraubenkreises, auf dem die Mittellinien 31 der Schrauben 20 liegen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Neigung gegen die Fläche 8 ge­ stattet dem Dichtelement 10, sich toroidal um eine Umfangs­ kontaktlinie auf dem Schraubenkreis zu drehen, so daß die Flächen 18 mit den Flächen 8 dort in Berührung bleiben, und dadurch die Leckage von Kühlluft an dem Dichtelement vorbei zu verhindern.

Außerdem haben die Schrauben 20 eine Schulter 42 zum Kontrol­ lieren des Zwischenraums zwischen einer Schraubenkopffläche 44 und der Fläche 8, um dadurch eine relative Radialver­ lagerung zwischen dem radialen Teil 16 des Dichtelements 10 und den Lappen 6 zu gestatten. Die Schraubenlöcher 30 in den Lappen 6 haben einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der Schulter 42. Eine Mutter 46 spannt die Schraube 20 gegen den Lappen 6 und hält sie fest. Die Öffnungen 26 in den Verstärkungsplatten 24 sind so bemessen, daß sie über die Schulter 42 und unter den Schrauben­ kopf passen und dadurch diie Verstärkungsplatten 24 positio­ nieren. Der radiale Teil 16 des Dichtelements 10 hat in dem Bereich der Schrauben 20 radiale Schlitze 50 (Fig. 4), welche die relative Radialverlagerung des Dichtelements gestatten, um den Kontakt zwischen den Flächen 8 und 18 zur Abdichtung aufrechtzuerhalten.

Aufgrund dieser Anordnung wird das Dichtelement 10 insgesamt in Flächenkontakt mit der Fläche 8 an den Lappen 6 im wesent­ lichen in dem gesamten Bereich des radialen Teils 16 gehalten, und dem Verbiegen wird durch die Flansche 38 und die Verstärkungswinkelflansche 34 an den Verstärkungsplatten 24 entgegengewirkt. Die Flansche 38 und die Verstärkungswinkelflansche 34 an den Verstärkungsplatten 24 verhindern auch eine Verwindung des Dichtelements 10 in axia­ ler Richtung. Unter starken Momentenbelastungen kann sich das Dichtelement 10 in gewissem Ausmaß um eine Kante 48 verschwenken, aber selbst dann wird der Dichtkontakt zumindest als Linien­ kontakt unter den nachteiligsten Bedingungen aufrechterhalten.

Außerdem hat der radiale Teil 16 des Dichtelements 10 die Verstärkungs­ platten 24, die sich zwischen benachbarten Schrauben 20 er­ strecken und in ihren Öffnungen 26 Schrauben 20 aufnehmen. Die Verstärkungsplatten 24 sind auf der stromaufwärtigen Seite des radialen Teils 16 angeordnet. Zur wei­ teren Verstärkung hat jede Verstärkungsplatte 24 einen der Verstärkungswinkel­ flansche 34, der an ihrer stromaufwärtigen Fläche zwischen den Enden einwärts des Schraubenkreises befestigt ist und der den sich stromaufwärts erstreckenden Schenkel 36 aufweist, welcher in radialem Abstand einwärts des Schraubenkreises angeordnet ist und sich nahezu über die Länge der Verstärkungsplatte 24 er­ streckt.

Außerdem hat zwischen Paaren von Schrauben 20, die nicht durch Ver­ stärkungsplatten 24 verbunden sind, der radiale Teil 16 des Dichtelements 10 zur Verstärkung den stromaufwärts vorstehenden, angeformten Flansch 38, der in einer Linie mit der Mittellinie 31 der Schrauben 20 angeordnet ist, um das Aufrechterhalten des Kontakts zwischen den Flächen 8 und 18 während des Verdrehens des Dichtelements 10 weiter zu unterstützen. Der Flansch 38 endigt kurz vor den Schrauben 20 und den Enden der Verstärkungsplat­ ten 24, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Claims (5)

1. Dichtvorrichtung zum Abdichten zwischen dem stromabwärtigen Ende einer Brennkammeraußenwand (12) und einer stromaufwärts weisenden Fläche (8), welche durch Lappen (6) an Turbinenein­ laßleitschaufeln (4) gebildet ist, mit einem Dichtelement (10), das einen ebenen, radialen Teil (16) mit einer stromabwärtigen Seite zum Kontakt mit der durch die Lappen (6) gebildeten, stromaufwärts weisenden Fläche (8) hat, und mit einem Kranz von Schrauben (20) zum Befestigen des Dichtelements (10) an den Lappen (6), gekennzeichnet durch:
umfangsmäßig beabstandete Verstärkungsplatten (24), welche sich zwischen benachbarten, Paare bildenden Schrauben (20) in dem Kranz erstrecken und durch die Schrauben (20) an einer strom­ aufwärtigen Seite des radialen Teils (16) befestigt sind, und stromaufwärts gerichtete Flansche (38) an einem äußeren Rand des radialen Teils (16) des Dichtelements (10) in Zwischenräu­ men, die nicht durch die Verstärkungsplatten (24) eingenommen sind und zwischen den benachbarten Verstärkungsplatten (24) an­ geordnet sind.

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

3. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flansch (38) an dem radialen Teil (16) des Dichtelements (10) insgesamt in einer Linie mit dem Kranz von Schrauben (20) ist.

4. Dichtvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der sich stromaufwärts erstreckende Schenkel (36) des Verstärkungswinkelflansches (34) an der Verstärkungsplatte (24) nahe bei, aber einwärts von dem Kranz von Schrauben (20) ist.

5. Dichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche (40) der Lappen (6) außer­ halb des Kranzes von Schrauben (20) von der durch das Dichtele­ ment (10) erfaßten Fläche (8) weg geneigt ist.