DE4138784A1

DE4138784A1 - Einrichtung zur abdichtung eines spaltes

Info

Publication number: DE4138784A1
Application number: DE4138784A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Brueckner
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1993-05-27
Also published as: FR2684160A1; FR2684160B1; JPH05223006A; US5445392A; GB2261921A; GB2261921B; GB9224589D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen zwei zueinander beweglich ange ordneten Bauteilen, bei der eine Dichtleiste zwischen beiden Bauteilen quer zur Bewegungsrichtung angeordnet ist und an einer Dichtfläche des ersten Bauteiles den Spalt abdichtend anliegt. Eine solche Einrichtung ist aus der GB 20 78 306 bekannt.

Die zuverlässige Abdichtung heißgas- und/oder druckbe aufschlagter Spalte, welche von benachbarten Bauteilen gebildet werden, bereitet insbesondere dann erhebliche Schwierigkeiten, wenn die Bauteile zueinander bewegt werden, wie es beispielsweise bei Schubdüsen von Strahl triebwerken oder Raketenantrieben der Fall ist. So sind ebene Düsenwände und -klappen, welche bei verstellbaren Rechteckdüsen Verwendung finden, unterschiedlichen, ther misch bedingten Dehnungen ausgesetzt, die aus dem heißen Abgasstrahl resultieren.

Zur Lösung dieses Problems ist aus der GB 20 78 306 A be kannt geworden, im Spalt zwischen zwei im Winkel zueinan derstehenden Flächen eine zylinderische Dichtung anzu ordnen. Die Dichtung wird hierzu an der Stirnseite einer ersten Fläche gehalten und mittels einer Blattfeder dich tend gegen die zweite Fläche gedrückt. Bei hohen Tempe raturen, wie sie im Abgasstrom von Schubdüsen auftreten, erweisen sich Federn als wenig zuverlässig. Zudem ist eine flexible Anpassung der Feder an unterschiedliche Betriebs zustände nicht möglich, da eine definierte Andruckkraft aufgrund der Federkennlinie nur in einem Betriebspunkt eingestellt werden kann.

Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine gattungsgemäße Einrichtung anzugeben, welche auch bei Druck und hoher Temperatur zuverlässig und mit geringem Verschleiß funktioniert, wobei betriebsbedingte Bauteilbewegungen berücksichtigt sein sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dichtleiste in einer Fuge des zweiten Bauteils, auf einem allseits zwischen Fuge und Dichtleiste strömenden Fluids schwimmend, beweglich geführt ist und vom Fluid gegen das erste Bauteil gepreßt wird und das Fluid über Zuführkanäle des zweiten Bauteiles in die Fuge geleitet wird, wobei der Betriebsdruck des Fluides größer ist als der die Bauteile umgebende Außendruck.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, eine zuverlässig arbeitende Dichtung, insbesondere gegenüber unter Druck stehendem Heißgas zu schaffen. Aufgrund der Verwendung eines Fluides zur Führung der Dichtung sorgt dieses gleichzeitig für eine notwendige Anpreßkraft der Dichtleiste gegen das erste Bauteil und schützt die Dicht leiste vor unmittelbarer Beaufschlagung von Heißgas. Die kontaktfreie Führung des Dichtkörpers innerhalb der Fuge des zweiten Bauteiles gewährt einen verschleißarmen und somit störungsfreien Betrieb der Einrichtung. Aufgrund der abdichtenden Wirkung des Fluidstromes kann die Anpreßkraft des Dichtkörpers gegen das erste Bauteil reduziert werden. Hierdurch verringern sich die Ver stellkräfte beim gegenseitigen Verschieben der Bauteile, z. B. bei einer Düsenverstellung.

Über eine Regelung der Gasstrommenge und/oder -druckes kann die Einrichtung flexibel auf unterschiedliche Be triebsbedingungen auch kurzfristig angepaßt werden. Bei entsprechender Gastemperatur und Zuführmenge wirkt der Gasstrom kühlend für die benachbarten Bauteile.

Temperatur- und druckbedingte Verformungen der Bauteile werden vorteilhafterweise automatisch ausgeglichen indem das Fluid die Dichtleiste stets mit nahezu konstantem Druck gegen den Spalt gepreßt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Bauteil mit Kühlkanälen versehen, wie dies bei thermisch hochbeanspruchten, be weglichen Düsenklappen von Schubdüsen erforderlich ist und die Kühlkanäle mit den Zuführkanälen fluidführend ver bunden. Durch diese Verbindung der Kanäle ist die Fluid versorgung der Einrichtung ohne zusätzliche Zuleitungen von einer Fluidquelle gewährleistet. Gleichzeitig ist eine effektive Kühlung der Dichtleiste möglich.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Fuge als V-förmige Nut ausgeführt, wodurch die Fuge einfach herstellbar ist. Die Dichtleiste ist hierzu entsprechend mit dreieckiger Querschnittsform ausgeführt.

Alternativ hierzu weist die Dichtleiste eine rechteckige Querschnittsform auf. Dadurch ist ein automatischer Aus gleich von Dehnbewegungen der Bauteile zueinander möglich, ohne daß sich hierdurch die Größe des Fluidspaltes zwi schen den Nutschenkeln und der Dichtleiste ändert. Eine nachteilige Strömungsbeeinflussung durch Dehnbewegungen kann somit vermieden werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Dichtleiste eine recht eckige Querschnittsform mit rundem Ansatz auf. Die Gefahr der Verkantung bei der Bewegung der Bauteile ist daher reduziert.

Eine im Hinblick auf die Verkantungsgefahr optimierte Dichtleiste ist durch die Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch 5 gegeben. Darüber hinaus können die Verstell kräfte zur Bewegung der Bauteile reduziert werden, da die runde Dichtleiste abwälzend auf der Dichtfläche bewegbar ist.

Um auch die Verstellkräfte der Dichtleisten mit an liegender Seitenfläche reduzieren zu können, wird vorge schlagen, diese gemäß Anspruch 6 auszubilden. Durch die Beaufschlagung der Entlastungsnut mit unter Betriebsdruck stehendem Fluid wirkt eine Kraftkomponte dem Anpreßdruck der Dichtleiste entgegen und vermindert infolgedessen die für eine Bewegung der Bauteile notwendige Verstellkraft.

Zur Gewährleistung eines oberfächengetreuen Kontaktes der Dichtleiste mit der Dichtfläche ist die Dichtleiste seg mentiert ausgeführt. Die Dichtigkeit der Einrichtung kann somit auch bei Verwölbung der Dichtfläche sichergestellt werden.

Zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit der Einrichtung und Verringerung von Temperaturdehnungen bei der Beauf schlagung der Bauteile mit Gasen hoher Temperatur, wird eine Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch 9 vorge schlagen.

Weitere vorteilhafte Ausführungen und Anwendungen der Er findung ergeben sich aus den Ansprüchen 10 bis 12. Die Anwendung dieser Ausführung bei einem Turbostrahl triebwerk erweist sich als besonders vorteilhaft, da der Anpreßdruck der Dichtleiste gegen die Seitenwand einer Schubdüse lastabhängig, aufgrund der Verwendung von Ver dichterzapfluft des Turbostrahltriebwerks, erfolgt.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Turbostrahltriebwerk mit verstellbarer Schubdüse,

Fig. 2 einen Querschnitt einer Düsenklappe mit recht eckiger Dichtleiste gem. Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt einer Düsenklappe mit dreieckiger Dichtleiste gem. Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt einer Düsenklappe mit kreisrunder Dichtleiste gem. Fig. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt einer Düsenklappe mit recht eckiger Dichtleiste und runden Ansatz gem. Fig. 1 und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Düsenklappe mit rechteckiger Dichtleiste.

Die Fig. 1 zeigt ein Turbostrahltriebwerk dessen Schubdüse 2 mittels zweier beweglicher Düsenklappen 1′ verstellbar ist. Stromaufwärts der Schubdüse 2 weist das Turbostrahl triebwerk eine Gasturbine 19 mit Verdichter 18, Brennkam mer 20 und Turbine 21 in bekannter Bauweise auf. Zur Ver stellung der Schubdüse 2 bewegen sich die Düsenklappen 1′ zwischen zwei zueinander parallelen, ebenen Seitenwänden 3′ und bilden gemeinsam einen variablen Düseninnenraum 4 mit rechteckigem Querschnitt.

Zur Verstellung der Schubdüse 2 bewegen sich die Düsen klappen 1′ entlang der Seitenwände 3′ (siehe Fig. 2 bis 6). Da Undichtigkeiten zwischen den senkrecht zueinander stehenden Düsenklappe 1′ und Seitenwand 3′ schubmindernd wirken, ist es erforderlich, die Spalte 5, welche sich jeweils zwischen den Stirnseiten der Düsenklappen 1′ und der Dichtflächen 9′ der beiden Seitenwände 3′ ausbilden, abzudichten.

Zur Abdichtung dieser Spalte 5 erstreckt sich jeweils entlang der einer Seitenwand 3′ zugewandten Stirnseite 6 der Düsenklappe 1′ eine Dichtleiste 7, welche innerhalb einer zur Seitenwand 3′ hin offenen Fuge 8 berührungsfrei angeordnet ist. Zur Führung der Dichtleiste 7 innerhalb der Fuge 8 wird die Dichtleiste 7 von unter Druck stehen der Luft umströmt und gegen die Dichtfläche 9 der Seiten wand 3′ gepreßt. Hierzu wird Luft aus Kühlkanälen 16 der Düsenklappe 1′ über Zuführkanäle 10 abgezapft und der Fuge 8 zugeführt. Während des Betriebes strömt die Luft über den zwischen der Dichtleiste 7 und den Fugenwänden 11 ge bildeten Zwischenraum 15 in den Düseninnenraum 4 und in den davon abgeteilten Raum unter Kühlung der bestrichenen Körper ab. Die zur Kühlung der Düsenklappen 1′ und zur Druckbeaufschlagung der Dichtleisten 7 dienende Luft wird vom Verdichter 18 der Gasturbine 19 abgezapft und über eine Verbindungsleitung 17 den Kühlkanälen 16 zugeführt.

In Fig. 2 ist die Dichtleiste 7 mit rechteckigem Quer schnitt gezeigt, wobei die an der Dichtfläche 9 anliegende Seitenfläche 12 mit einer in Längsrichtung der Dichtleiste 7 verlaufenden Entlastungsnut 13, siehe auch Fig. 3, ver sehen ist. Diese Entlastungsnut 13 steht über Kanäle 14, welche als Bohrungen 14′ ausgeführt sind, mit der Fuge 8 luftführend in Verbindung und wirkt somit der Anpreßkraft entlastend entgegen. Hierdurch verringert sich die bei einer Verstellung der Düsenklappen 1′ erforderliche Ver stellkraft.

Die Fuge 8 ist der Querschnittsform der Dichtleiste 7 entsprechend als rechteckige Nut 8′ ausgeführt, in welcher die Dichtleiste 7 zum Ausgleich von Dehnungen beweglich ist.

Fig. 3 zeigt eine Dichtleiste 7 mit dreieckförmigem, gleichschenkligem Querschnitt und einer Entlastungsnut 13 wie vorhergehend beschrieben. Die Dichtleiste 7 wird in einer zur Seitenwand 3′ hin offenen V-förmigen Nut 8′ auf der Luftströmung schwimmend geführt, wobei die Flankenflächen 11 der Nut 8′ sich parallel zu den beiden gleichschenkeligen Seitenflächen der Dichtleiste 7 er strecken.

In Fig. 4 ist eine rohrförmige Dichtleiste 7 mit kreis rundem Querschnitt gezeigt, die in einer Fuge 8 mit zur Seitenwand 3′ hin offenem, halbkreisförmigem Ausschnitt angeordnet ist. Um Ausgleichsbewegungen der Dichtleiste 7 in Richtung der Seitenwand 3′ zu ermöglichen, schließen an den Ausschnitt zwei zueinander parallele Flankenflächen 11a, b an.

Eine Kombination einer Dichtleiste 7 mit rechteckigem und kreisrundem Querschnitt ist der Fig. 5 zu entnehmen. Hier bei ist die Dichtleiste 7 seitenwandseitig mit einem run den Ansatz versehen, welcher an der Dichtfläche 9 ab dichtend anliegt.

Claims

1. Einrichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen zwei zueinander beweglich angeordneten Bauteilen, bei der eine Dichtleiste zwi schen beiden Bauteilen quer zur Bewegungsrichtung angeordnet ist und an einer Dichtfläche des ersten Bauteiles den Spalt abdichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (7) in einer Fuge (8) des zweiten Bauteils (1) auf einem allseits zwischen Fuge und Dichtleiste (7) strömenden Fluid schwimmend, beweglich geführt ist und vom Fluid gegen das erste Bauteil (3) gepreßt wird und das Fluid über Zuführkanäle (10) des zweiten Bauteiles (1) in die Fuge (8) geleitet wird, wobei der Betriebsdruck des Fluides größer ist als der die Bauteile (1, 3) umgebende Außendruck.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuge (8) eine in Richtung des ersten Bauteiles (3) sich öffnende V-för mige Nut (8′) ist, und die Dichtleiste (7) eine dreieckige Quer schnittsform aufweist, wobei eine von der Nut (8′) abgewandte Seitenfläche (12) der Dichtleiste (7) an der Dichtfläche (9) an liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (7) eine rechteckige Querschnittsform aufweist und nutfederartig zwischen zwei zueinander parallelen Flankenflächen (11a, b) angeordnet ist, wobei eine Seitenfläche (12) der Dichtlei ste (7) an der Dichtfläche (9) anliegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (7) eine rechteckige Querschnittsform mit rundem An satz aufweist, wobei der Ansatz von der Fuge (8) abgewandt die Dichtfläche (9) berührt und die Dichtleiste (7) nutfederartig zwischen zwei zueinander parallelen Flankenflächen (11a, b) ange ordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (7) eine kreisrunde Querschnittsform aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (7) dichtflächenseitig mit einer in Längsrichtung der Dichtleiste (7) erstreckenden Entlastungsnut (13) versehen ist, welche über Kanäle (14) mit der Fuge (8) fluidführend in Verbindung steht.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dichtleiste (7) segmentiert ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dichtleiste (7) biegeelastisch ausgeführt ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das zweite Bauteil (1) mit Kühlkanälen (16) versehen ist, welche mit den Zuführkanälen (10) fluidführend ver bunden sind und das Fluid ein Kühlfluid ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl fluid dem Verdichter (18) einer Gasturbine (19) über Verbindungs leitungen (17) entnommen und den Kühlkanälen (16) zugeführt wird.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das erste Bauteil (3) eine Seitenwand (3′) einer Schubdüse (2) ist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das zweite Bauteil (1) eine verstellbare Düsen klappe (1′) einer Schubdüse (2) ist.