DE69205901T2

DE69205901T2 - Dichtungsanordnung mit anpassbarem Kolben.

Info

Publication number: DE69205901T2
Application number: DE69205901T
Authority: DE
Inventors: Robert Jerome Ellerhorst; Robert Henry Kraimer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1992-01-24
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2012-01-25
Also published as: EP0520601A1; DE69205901D1; US5115979A; JPH04353248A; KR920021852A; KR940010724B1; EP0520601B1; JPH0758061B2

Description

Die Regierung hat Rechte an dieser Erfindung gemäß dem Vertrag Nr. F33657-83C-0281, der mit dem Luftwaffenministerium geschlossen wurde.

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Abgasdüse für ein Gasturbinentriebwerk und insbesondere auf eine Dichtungsanordnung für eine bewegbare Abgasklappe benachbart zu einer Düsenseitenwand.

Stand der Technik

Ein Gasturbinentriebwerk zum Antreiben eines Flugzeuges im Überschallflug enthält üblicherweise eine eine variable Querschnittsfläche aufweisende Abgasdüse mit primären und sekundären Düsenklappen, die miteinander verbun den sind, um einen Hals bzw. eine Engstelle mit minimaler Strömungsfläche zu bilden, wobei ein konvergenter Kanal durch die primären Klappen und ein divergenter Strömungskanal durch die sekundären Klappen gebildet sind. Die primären und sekundären Klappen sind üblicherweise bewegbar zwischen einer im wesentlichen geschlossenen Stellung mit einer minimalen Halsfläche und einer minimalen Auslaßfläche am hinteren Ende der sekundären Klappen und einer im wesentlichen voll geöffneten Stellung mit einer maximalen Halsfläche und einer maximalen Auslaßfläche.
Derartige konvergente-divergente (C-D) Abgasdüsen können entweder achssymmetrisch oder zweidimensional oder rechteckig sein. In einer zweidimensionalen C-D Düse erstrecken sich die primären und sekundären Klappen quer zwischen zwei im Abstand angeordneten Düsenseitenwänden, die gemeinsam die Abgase begrenzen, die hindurchgeleitet werden. Da sich die primären und sekundären Klappen relativ zu den stationären Seitenwänden bewegen, sind üblicherweise dazwischen geeignete Dichtungen vorgesehen, um eine Leckage der Abgase aus den konvergenten und divergenten Kanälen, zwischen den Klappen und der Seitenwand und von dort nach außen zu reduzieren, wenn nicht zu eliminieren. Eine Leckage der heißen Abgase würde einen geeigneten thermischen Schutz von Komponenten benachbart zu der Abgasdüse erfordern, wozu beispielsweise hydraulische und elektrische Systeme gehören. Eine Leckage der Abgase kann auch die Antriebseffizienz der Abgasdüse verkleinern.
Während des Betriebs des Triebwerkes und der Abgasdüse wird die Düsenseitenwand einer Verformung ausgesetzt aufgrund ihrer hohen Temperaturen oder von Druckkräften der Abgase oder beides. Eine derartige Verformung kann in der Form einer Biegung bzw. Wölbung vorliegen, die in der Querrichtung der Abgasdüse im wesentlichen parallel zu den Abgasklappen und der longitudinalen Mittelachse auftreten kann. Eine konventionelle Abgasklappendichtung an der Düsenseitenwand enthält üblicherweise eine gerade Dichtung, die mit der gewölbten Seitenwand nur an zwei Punkten in Kontakt sein würde, wobei ein bogenförmiger Spalt zwischen der gewölbten Seitenwand und der Dichtung übrigbleiben würde, durch den die Abgase herauslecken.
EP-A-0 284 539 zeigt eine Dichtungsanordnung, die bis zu einem gewissen Ausmaß das Problem einer einzelnen Abgasklappendichtung überwindet, indem eine Anzahl von angelenkten Klappen geschaffen wird, die in einer Richtung gedrückt werden, um den Raum zwischen der Abgasklappe und der Seitenwand durch eine differentielle Schwenkaktion einzunehmen.
Weiterhin sind in einem Ausführungsbeispiel von einer zweidimensionalen Abgasdüse die sekundären Abgasklappen vollständig zwischen den benachbarten Seitenwänden angeordnet, wenn sie in der Schließstellung sind. Wenn die sekundären Klappen jedoch in einer Öffnungsstellung angeordnet sind, erstrecken sich ihre stromabwärtigen Endabschnitte frei über Ränder der Düsenseitenwände. In diesem letztgenannten Zustand erstrecken sich Abschnitte der Düsendichtungen auch über die Ränder der Düsenseitenwand. Dementsprechend muß die Düsendichtung in geeigneter Weise mit der sekundären Klappe verbunden sein, um sicherzustellen, daß sie sich in der Öffnungsstellung nicht von der Klappe trennt und daß sie glatt gegen die Düsenseitenwand zurückgleitet, wenn die sekundäre Klappe in Richtung auf die geschlossene Stellung bewegt wird.

Aufgaben der Erfindung

Dementsprechend versucht die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte Dichtungsanordnung für eine zweidimensionale Abgasdüse von einem Gasturbinentriebwerk zu schaffen.
Weiterhin versucht die vorliegende Erfindung eine Dichtungsanordnung zu schaffen, die sich an die Wölbung der Seitenwand der zweidimensionalen Abgasdüse anpaßt.
Weiterhin versucht die vorliegende Erfindung eine Dichtungsanordnung zu schaffen, die ihre Kontinuität beibehält, wenn ihre Abschnitte über einem Rand von der Düsenseitenwand angeordnet wird.

Offenbarung der Erfindung

Es wird eine Dichtungsanordnung zwischen einer Abgasklappe und einer Düsenseitenwand von einer Abgasdüse von einem Gasturbinentriebwerk geschaffen. Die Anordnung enthält ein Gehäuse, das mit der Abgasklappe fest verbunden ist und mehrere aneinander angrenzende Kolben, die in dem Gehäuse verschiebbar angeordnet sind und jeweils ein Oberteil aufweisen, das außenseitig von der Gehäuseöffnung verläuft, um eine Dichtungslinie für einen Kontakt mit der Düsenseitenwand zu bilden, um die Abgase abzudichten, damit sie nicht dazwischen hindurchströmen. Die Dichtungslinien bilden gemeinsam eine erste Dichtungskontur, die komplementär zu einer ersten Kontur der Düsenseitenwand ist. Eine Verbindungsstange erstreckt sich durch die Kolben und verbindet die Kolben mit dem Gehäuse. Die Verbindungsstange ist flexibel, damit sich die Kolben senkrecht relativ zu der Verbindungsstange bewegen können, so daß die Dichtungslinien gemeinsam eine zweite Dichtungskontur bilden, die von der ersten Dichtungskontur unterschiedlich ist, um mit einer zweiten Kontur der Düsenseitenwand übereinzustimmen, die von der ersten Kontur der Düsenseitenwand unterschiedlich ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die neuartigen Merkmale, die für die Erfindung charakteristisch gehalten werden, sind in den Ansprüchen angegeben und differenziert. Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen näher erläutert in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
Figur 1 eine perspektivische schematische Ansicht von einem Ausführungsbeispiel einer zweidimensionalen Abgasdüse, die in einer offenen Stellung gezeigt ist, für ein Gasturbinentriebwerk ist, das eine Dichtungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält;
Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht von der in Figur 1 dargestellten Abgasdüse ist, die in einer relativ geschlossenen Stellung gezeigt ist;
Figur 3 eine Querschnittsansicht von einer der in Figur 2 dargestellten Dichtungsanordnungen entlang der Linie 3-3 ist;
Figur 4 eine perspektivische, teilweise entlang der Linie 4-4 geschnittene Ansicht von einem Abschnitt der in Figur 3 dargestellten Dichtungsanordnung ist;
Figur 5 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht von benachbarten Abschnitten von benachbarten Kolben der in Figur 3 dargestellten Dichtungsanordnung ist;
Figur 6 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht ist von einem außenseitig angebrachten der Kolben, die in Figur 3 dargestellt sind, und ein Verbindungsstangen-Flanschende und eine Halterungsklemme zeigt;
Figur 7 eine vergrößerte Querschnittsansicht ist von einem der außenseitigen Kolben, die in Figur 3 dargestellt sind, mit dem Verbindungsstangen-Flanschende und der Halterungsklemme;
Figur 8 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht von einem Abschnitt des Gehäuses der in Figur 3 dargestellten Dichtungsanordnung ist, das den in Figur 7 dargestellten außenseitigen Kolben einschließlich der Verbindungsstange aufnimmt, die mit der Halterungsklemme verschiebbar verbunden ist.

Modus (i) zum Ausführen der Erfindung

In Figur 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht von einem konventionellen Gasturbinentriebwerk mit Nachverbrennung dargestellt, das bei 10 schematisch in gestrichelten Linien dargestellt ist und das Abgase 12 in ein Ausführungsbeispiel von einer zweidimensionalen Abgasdüse 14 abgibt. In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Düse 14 eine Längsachse 16 und zwei gegenüberliegende ebene Düsenseitenwände 18, die von der Längsachse 16 quer nach außen im Abstand angeordnet sind, um die Abgase 12 zu begrenzen. Eine ebene Düsenbasiswand 20 ist einstückig zwischen den Seitenwänden 18 verbunden, um ebenfalls die Abgase 12 zu begrenzen.
Eine im wesentlichen rechteckige primäre Abgasklappe 22 ist üblicherweise schwenkbar an der Abgasdüse 14 gehaltert an stromaufwärtigen Enden der Seitenwand 18 und ist durch eine konventionelle erste Dreheinrichtung 24 schwenkbar damit verbunden. Eine im wesentlichen rechteckige sekundäre Abgasklappe 26 ist üblicherweise schwenkbar an dem stromabwärtigen Ende von der primären Klappe 22 gehaltert und relativ dazu schwenkbar durch eine konventionelle zweite Dreheinrichtung 28.
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Abgasdüse 14 sind nur eine einzige primäre Klappe 22 und eine einzige sekundäre Klappe 26 verwendet, um die Strömung der Abgase 12 entlang den Seitenwänden 18 und der Basiswand 20 zu verändern. Es könnten jedoch auch andere zweidimensionale Abgasdüsen 14 verwendet werden, wobei anstelle der stationären Basiswand 20 ein zweiter Satz von primären und sekundären Abgasklappen verwendet werden könnte, die mit den primären und sekundären Klappen 22 und 26 identisch sind.
Die Verbindungsstelle zwischen der primären Klappe 22 und der sekundären Klappe 26 bildet einen Hals bzw. eine Engstelle 30 mit einer relativ minimalen Strömungsfläche, und die primäre Klappe 22 bildet mit der Basiswand 20 einen im wesentlichen konvergenten Kanal 32, der sich von der Engstelle 30 stromaufwärts erstreckt, und die sekundäre Klappe 26 bildet mit der Basiswand 20 einen im wesentlichen divergenten Kanal 34, der sich von der Engstelle 30 stromabwärts erstreckt. Die stromabwärtigen Enden der sekundären Klappe 26 und der Basiswand 20 bilden einen im wesentlichen rechteckigen Auslaß 36 zum Austossen der Abgase 12 aus der Düse 14.
Die Dreheinrichtungen 24 und 28 enthalten üblicherweise hydraulische Stellglieder und Verbindungen zum selektiven Verändern der Strömungsfläche der Abgase 12, die durch die Düse 14 geleitet werden. Sie haben die Funktion, die primären und sekundären Klappen 22 und 26 in einer voll geöffneten Stellung zu positionieren, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, wobei die Engstelle 30 und der Auslaß 36 im wesentlichen maximale Strömungsflächen haben und die sekundäre Klappe 26 von der Basiswand 20 nach außen divergiert, wobei ein Teil davon sich über die oberen Ränder 18a der Seitenwände 18 erstreckt. Die Dreheinrichtungen 26 und 28 haben auch die Funktion, die primären und sekundären Klappen 22 und 26 in die voll geschlossene Stellung zu bewegen, die in Figur 2 dargestellt ist, wobei die Engstelle 30 und der Auslaß 36 im wesentlichen minimale Strömungsflächen haben. Die primäre Klappe 22 wird dementsprechend nach innen in Richtung auf die Basiswand 20 gedreht, und die sekundäre Klappe 26 wird ebenfalls relativ nahe an die Basiswand 20 und unter die oberen Ränder 18a der Seitenwände 18 bewegt.
Um die bewegbare sekundäre Klappe 26 gegen die Seitenwände 18 abzudichten, ist eine Dichtungsanordnung 38 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf jeder der Querseiten 40 der sekundären Klappe 26 vorgesehen, wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Jede der Dichtungsanordnungen 38, wie sie insbesondere in Figur 3 dargestellt sind, enthalten ein langgestrecktes, im wesentlichen rechteckiges Gehäuse 42, das üblicherweise mit der Deckfläche der sekundären Klappe 26 an der Seite 40 fest verbunden ist. Das Gehäuse 42 weist eine Längsachse 44 auf, die parallel zu der Düsenlängsachse 16 angeordnet ist.
Gemäß den Figuren 3 und 4 enthält das Gehäuse 42 zwei vertikal im Abstand angeordnete Seitenwände 46, die an ihren nahegelegenen Enden mit einer integralen Basis 48 verbunden sind und deren entfernte Enden eine Öffnung 50 bilden. Das Gehäuse 42 hat deshalb ein U-förmiges Querprofil. Das Gehäuse 42 enthält auch zwei longitudinal im Abstand angeordnete Endwände 52, die einteilig mit den gegenüberliegenden Enden der Seitenwände 42 und der Basis 48 verbunden sind, so daß das Gehäuse 42 die Form von einem an der Seite offenen rechteckigen Kasten hat.
Mehrere aneinander angrenzende Dichtungskolben 54 sind in dem Gehäuse 42 verschiebbar angeordnet und weisen jeweils zwei vertikal im Abstand angeordnete Seitenwände 56, die in Kontakt mit den Gehäuseseitenwänden 46 angeordnet sind, um damit Dichtungen zu bilden, und ein im Querschnitt vorzugsweise bogenförmiges, entferntes Ende oder Oberteil 58 auf, das mit den Seitenwänden 56 einstückig verbunden ist. Das Oberteil 58 erstreckt sich in seitlicher Richtung aus der Gehäuseöffnung 50 heraus in einen Kontakt bzw. Eingriff mit der Düsenseitenwand 18, um eine Dichtungskante oder -linie 60 zu bilden, die mit der Düsenseitenwand 18 in Kontakt bzw. Eingriff ist, um die Abgase 12 abzudichten, damit sie nicht dazwischen hindurchströmen. In diesem Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung 38 sind vorzugsweise fünflongitudinal im Abstand angeordnete Kolben 54 und entsprechende Dichtungslinien 60 vorgesehen, wobei die Dichtungslinien 60 gemeinsam eine erste Dichtungskontur 60a bilden, die komplementär zu einer ersten Kontur lsb der Düsenseitenwand 18 ist, wie es insbesondere in Figur 3 dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Düsenseitenwände 18 zunächst eben und unverformt und die erste Kontur 18b der Seitenwand ist gerade. Jede der Kolbendichtungslinien 60 ist ebenfalls vorzugsweise gerade, und die erste Dichtungskontur 60a ist ebenfalls gerade, so daß alle Dichtungslinien 60 die Düsenseitenwand 18 voll kontaktieren, um damit eine effektive Dichtung zu bilden.
Wie in Figur 3 dargestellt ist, sind die Kolben 54 gegen die Seitenwand 18 gehalten, indem in geeigneter Weise ein Druckmittel, wie beispielsweise Fan- oder Verdichterluft 62, innerhalb der Kolben 54 bereitgestellt wird, um sie gegen die Seitenwand zu drücken. Beispielsweise hat jeder der Kolben 54 eine offene Basis 64, die an den nahegelegenen Enden der Seitenwände 56 ausgebildet ist, um die Druckluft 62 durch mehrere Einlässe 66 in der Gehäusebasis 48 zu empfangen. Die Einlässes 66 könnten alternativ durch die Klappe 26, die Gehäuseseitenwand 46 und die Kolbenseitenwand 56 angeordnet sein, um die Luft 62 aus dem Innenraum der Klappe 26 zu kanalisieren. Konventionelle Mittel 68, wie sie schematisch in den Figuren 1 und 3 gezeigt sind, sind zum Kanalisieren der Druckluft 62 aus dem Fan oder Verdichter des Triebwerks zu den Gehäusen 42 der zwei Dichtungsanordnungen 38 vorgesehen. Die Kanalisierungsmittel 68 können einfach geeignete Leitungen zum Kanalisieren der Druckluft 62 zu den Gehäusen 42 aufweisen.
Indem wieder auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen wird, weist jedes der Gehäuse 42 wenigstens eine und vorzugsweise mehrere, beispielsweise zwei, Druckfedern 70 auf, die auf geeignete Weise mit dem Gehäuse 42 verbunden sind und die gegen entsprechende Federhalterungen 72 wirken, die mit den Kolbenseitenwänden 56 an der Basis 64 fest verbunden sind. Die Federn 70 drücken die Kolben 54 gegen die Düsenseitenwände 18, wenn die Druckluft 62 nicht vorhanden ist.
Gemäß Figur 3 sind die Kolben 54, die die erste Dichtungskontur 60a aufweisen, und die Düsenseitenwand 18, die die erste Seitenwandkontur 18b aufweist, beide gerade gezeigt und in Kontakt miteinander, wenn die Düsenseitenwand 18 nicht verformt ist. Jedoch können sich aufgrund thermischer oder Druckbelastungen von den Abgasen 12 die Düsenseitenwände 18 wölben oder eine bogenförmige, konkave Form in der Querebene der sekundären Klappe 26 entlang der Längsachse 16 annehmen. Dementsprechend hat die Düsenseitenwand 18 eine zweite Kontur 18c, die bogenförmig oder konkav in Richtung auf die Kolben 54 ist. Die gesamte longitudinale Länge L der Kolben 54 beträgt in einem Ausführungsbeispiel etwa 76cm, und der entstehende maximale Spalt G aufgrund der gewölbten Seitenwand 18 über der Längsstrecke L kann bis zu etwa 3,8mm bis 12,7mm oder mehr betragen, was von der speziellen Gestalt abhängt, wobei darauf hingewiesen sei, daß der in Figur 3 dargestellte Spalt G zur Klarheit der Darstellung stark übertrieben ist. Selbstverständlich können sich die Seitenwände 18 auch in der entgegengesetzten Richtung wölben und eine konvexe Form annehmen, die von der Erfindung ebenfalls aufgenommen werden kann.
Eine konventionelle Dichtung mit einer geraden Linie würde deshalb die Düsenseitenwand 18 nur an ihren zwei Endpunkten kontaktieren und dazwischen einen Spalt bilden, der sich von einem Nullpunkt an dem Kontaktpunkt bis zu einem Maximalwert des Spaltes G dazwischen ändert, was eine wesentliche Leckage der Abgase 12 zur Folge haben wird.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die mehreren Kolben 54 so angelenkt, daß die entsprechenden Kolbenoberteile 58 und Dichtungslinien 60 einzeln in Kontakt mit der Düsenseitenwand 18 positionierbar sind, um eine Leckage dazwischen zu reduzieren. Da jede der Dichtungslinien 60 gerade ist, berührt jeder der Kolbenober teile 58 die bogenförmige Düsenseitenwand 18 ebenfalls nur an ihren zwei Endpunkten, jedoch ist der entstehende maximale Spalt g zwischen jeder Dichtungslinie 60 und der Düsenseitenwand 18 wesentlich verkleinert im Vergleich zu dem maximalen Spalt G, da jeder der Kolben 54 eine relativ kurze longitudinale Länge hat, d.h. in diesem Ausführungsbeispiel l&sub1;, l&sub2;, l&sub3;, l&sub4;, und l&sub5;. Gemäß der Erfindung kann jeder der Kolben 54 auf entsprechende Weise die bogenförmige Düsesnseitenwand 18 in ihrer deformierten Stellung berühren, wobei die maximalen Spalte g beispielsweise etwa O,15mm für jeden der Kolben 54 gleicher Länge betragen, d.h. die entsprechende Kolbenlänge 1 ist 1/5 der gesamten Länge L.
Wenn also die Düsenseitenwand 18 in ihrer bogenförmigen, deformierten Stellung ist, bilden die geraden Dichtungslinien 60 gemeinsam eine zweite Dichtungskontur 60b, die stückweise gerade, aber gemeinsam bogenförmig ist, um mit der zweiten Kontur 18c der Düsenseitenwand übereinzustimmen. Obwohl die einzelnen Dichtungslinien sowohl in der ersten Dichtungskontur 60a als auch in der zweiten Dichtungskontur 60b gerade bleiben, bilden die gemeinsamen Dichtungslinien 60 eine gerade erste Dichtugnskontur 60a, aber eine bogenförmige zweite Dichtungskontur 60b, die dementsprechend unterschiedlich davon ist. Die zweite Dichtungskontur 60b ist komplementär zu der bogenförmigen zweiten Kontur 18c der Seitenwand, um mit dieser übereinzustimmen.
Damit die Kolben 54 auf effektive und geeignete Weise relativ zueinander bewegt werden können, weist die Dichtungsanordnung 38 auch eine langgestreckte Verbindungsstange 74 auf, die sich durch die Kolben 54 erstreckt, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Die Verbindungsstange 74 verbindet die Kolben 54 mit dem Gehäuse 42, wie es nachfolgend näher beschrieben wird, und ist in geeigneter Weise flexibel, damit sich die Kolben 54 einzeln in der Querebene um verschiedene Drehwinkel R senkrecht zu und mit der Verbindungsstange 74 drehen können, so daß die Dichtungslinien 60 in der Lage sind, gemeinsam die zweite Dichtungskontur 60b zu bilden. Für die als Beispiel in Figur 3 dargestellte Wölbung der Seitenwand 18 dreht sich der rechte äußere Kolben 54 in Uhrzeigerrichtung, der mittlere Kolben 54 dreht sich nicht und der linke äußere Kolben 54 dreht sich in Gegenuhrzeigerrichtung, wenn sich die Verbindungsstange 54 biegt, um sich an die Wölbung der deformierten Seitenwand 18 im wesentlichen anzupassen. Die übrigen zwei Kolben drehen sich mit Zwischenwerten.
Es ist jedoch bevorzugt, daß benachbarte Kolben 54 Nut- und Feder-Verbindungen 76 aufweisen, um eine Verdrehung der Kolben 54 um die Verbindungsstange 74 oder um die longitudinale Achse 44 zu verhindern. Obwohl beispielsweise gemäß Figur 4 jeder der Kolben 54 dichtend und verschiebbar in dem Gehäuse 42 angeordnet ist, werden ohne gewisse Mittel zum Verbinden benachbarter Kolben 54 unterschiedliche Druckbelastungen, die mit P bezeichnet sind, über den Kolben 54 aufgrund des hohen Druckes der Abgase 12 und veränderlichen Reibungsbelastungen zwischen den Kolbensegmenten und der Seitenwand beispielsweise an ihren Dichtungslinien 60 bewirken, daß die Kolben 54 sich mit unterschiedlichen Verdrehwinkeln T um die Verbindungsstange 74 verdrehen. Dies ist unerwünscht, denn wenn beispielsweise ein einzelner Kolben 54 sich um die Verbindungsstange 74 relativ zu einem benachbarten Kolben 54 verdreht, könnte seine entsprechende Dichtungslinie 60 vertikal verschoben werden relativ zu einer benachbarten Dichtungslinie 60, wodurch ihr Spalt g vergrößert wird, was eine erhöhte Leckage der Abgase 12 zwischen der Kolbendichtungslinie 60 und der Düsenseitenwand 18 und auch zwischen benachbarten Kolben 54 zur Folge hat.
Obwohl diese Verdrehung (T) der Kolben 54 um die Verbindungsstange 74 unerwünscht ist, ist eine Rotation (R) der Kolben 54 senkrecht zu der Verbindungsstange 74, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, erwünscht, damit die Kolben 54 mit der verformten Seitenwand 18 übereinstimmen können. Wenn sich die Verbindungsstange 74 aufgrund der Druckluft 62 biegt, wobei die einzelnen Kolben 54 in einen Kontakt bzw. Eingriff mit der Seitenwand 18 gedrückt werden, bewegen oder drehen sich die einzelnen Kolben 54 mit der sich biegenden Verbindungsstange 74 in der Querebene, die die Verbindungsstange 74 und die Dichtungslinien 60 enthält. Diese Drehung der einzelnen Kolben 54 senkrecht zur Verbindungsstange 74 hat stumpfe Winkel A zwischen benachbarten Dichtungslinien 60 in der Querebene zur Folge, wobei die Winkel A jeweils kleiner als 180 sind, aber im wesentlichen nahe bei 180º, da die Kolben 54 nur relativ kleine Spalte G in der Größenordnung von beispielsweise 3,8mm bis 12,7mm kompensieren müssen, obwohl größere Spalte G mit sogar kleineren Werten des Winkels A aufgenommen werden könnten. Der Winkel A ist relativ zu der Innenseite der Wölbung der Seitenwand 18 definiert, wie es in Figur 3 für die konkave Wölbung gezeigt ist, und in einem entgegengesetzten Sinn für eine konvexe Wölbung der Seitenwand 18.
Wie in Figur 4 dargestellt ist, sind die Kolbenseitenwände 56 gegen die Gehäuseseitenwände 46 verschiebbar angeordnet, um dazwischen eine Dichtung auszubilden zur Verkleinerung der Leckage von Druckluft 62 von der Innenseite des Gehäuses 42 und nach außen durch die Öffnung 50. Die Leckage der Druckluft 62 wird auch zwischen benachbar ten Kolben 54 verkleinert durch die Nut- und Feder-Verbindungen 76.
In Figur 5 ist eine auseinandergezogene Ansicht von benachbarten Kolben 54 dargestellt. Jeder Kolben 54 weist zwei longitudinal im Abstand angeordnete Endkappen auf, wobei eine erste Endkappe 78 von dem einen Kolben 54 benachbart zu einer zweiten Endkappe 80 von einem benachbarten Kolben 54 angeordnet ist, um mit dieser zusammenzupassen und die Nut- und Feder-Verbindung 76 zu bilden. Diese ersten und zweiten Endkappen 78 und 80 oder inneren Endkappen 78 und 80 sind dichtend oder fest mit den entsprechenden Kolbenseitenwänden 56 verbunden, um die Strömung abzudichten oder eine interne Leckage der Druckluft 62 zwischen benachbarten Kolben 54 zu verhindern. Die erste Endkappe 78 weist eine langgestreckte Vertiefung 82 auf, die senkrecht zu der Verbindungsstange 74 und im wesentlichen parallel zu den Kolbenseitenwänden 56 von dem Kolbenoberteil 58 zu der Kolbenbasis 64 angeordnet ist. Ein Loch 84 ist in der ersten Endkappe 78 neben der Basis 64 und durch die Vertiefung 82 hindurch angeordnet, um den Kolben 54 drehbar auf der Verbindungsstange 74 zu haltern. Die zweite Endkappe 80 hat eine langgestreckte Zunge 86, die senkrecht zu der Verbindungsstange 74 angeordnet ist, und im wesentlichen parallel zu den Kolbenseitenwänden 54 zwischen der Basis 64 und dem Oberteil 58 verläuft und sie weist ebenfalls ein entsprechendes Loch 84 auf für eine drehbare Halterung des Kolbens 54 auf der Verbindungsstange 74. Die äußere Oberfläche der Zunge 86 ist im Profil komplementär zu der Vertiefung 82 und ist darin mit einer relativ engen Passung eingesetzt, um eine Verdrehung (in Figur 4 gezeigter Verdrehwinkel T) der benachbarten Kolben 54 um die Verbindungsstange 74 zu verhindern und eine Dichtung dazwischen zu bilden. Auf diese Weise verhindern die Zunge 86 und die Vertiefung 82 eine Verdrehung einzelner Kolben 54 um die Verbindungsstange 74 sowohl in Uhrzeigerrichtung als Gegenuhrzeigerrichtung relativ zu benachbarten Kolben 54.
Wie in den Figuren 1, 6 und 7 dargestellt ist, sind die äußeren Kolben 54 innerhalb des Gehäuses 42 benachbart zu den Gehäuseendwänden 52 angeordnet, wobei jeder äußere Kolben 54 eine äußere Endkappe 88 aufweist, die fest und dichtend mit der Kolbenseitenwand 56 und dem Oberteil 58 verbunden ist. Die äußere Endkappe 88 weist eine langgestreckte Vertiefung 90 auf, die senkrecht zu der Verbindungsstange 74 und im wesentlichen parallel zu den Kolbenseitenwänden 56 von dem Oberteil 58 bis zu der Basis 64 angeordnet ist.
Indem auch auf Figur 8 Bezug genommen wird, ist eine Halterungsklemme 92 auf jeder Gehäuseendwand 52 angeordnet und in geeigneter Weise fest damit verbunden, indem sie beispielsweise punkt- bzw. heftgeschweißt damit ist, und sie weist zwei langgestreckte im Abstand angeordnete Finger 94 auf, die dazwischen einen Schlitz 96 bilden. Die Verbindungsstange 74 weist zwei gegenüberliegende Flanschenden 98 auf, die mit dem Gehäuse 42 durch die Halterungsklemmen 92 verschiebbar verbunden sind, um eine Translation der Kolben 54 nach außen durch die Gehäuseöffnung 50, wie es in Figur 1 gezeigt ist, als Antwort auf eine Verformung oder Bewegung der Seitenwand 18 relativ zu dem Gehäuse 42 zu gestatten.
Genauer gesagt, hat jedes Flanschende 98 einen Durchmesser, der größer als der Abstand zwischen den zwei Fingern 94 ist, damit die Klemme 92 eine Längsbewegung der Flanschenden 98 verhindern kann, während eine Querbewegung der Verbindungsstange 74 entlang den Schlitzen 96 gestattet wird. Die Halterungsklemme 92 weist einen Anschlag 100 auf, der benachbart zu der Gehäuseöffnung 50 angeordnet ist und verhindert, daß die Verbindungsstange 74 und die daran befestigten Kolben 54 das Gehäuse 42 verlassen.
Es wird noch einmal auf Figur 5 Bezug genommen. Jede Zunge 86 weist eine langgestreckte Aussparung 102 auf, und die Aussparung 102 und die Vertiefung 82 von benachbarten Kolben 54 enthalten Federvorspannmittel, beispielsweise in der Form von zwei gegenüberliegenden Blattfedern 104, die jeweils an einem entsprechenden benachbarten Kolben 54 in der Vertiefung 82 und in der Zungenaussparung 102 beispielsweise durch einen Niet an dem einen Ende davon befestigt sind. Die Blattfedern 104 haben die Tendenz, benachbarte Kolben 54 zu trennen, indem sie die gegenüberliegenden äußeren Kolben 54 gegen das Gehäuse drücken, insbesondere die Halterungsklemme 92, die damit in dichtendem Kontakt ist. Insbesondere drücken die Blattfedern 104 die Endkappe 88 des äußeren Kolbens in einen dichtenden Kontakt mit den Fingern 94 der Halterungsklemme, wie es in Figur 7 gezeigt ist. Auf diese Weise wird die Druckluft 62, die in die Kolben 54 geleitet wird, daran gehindert, zwischen den äußeren Kolben 54 und der Gehäuseendwand 52 aus dem Gehäuse 42 herauszulecken.
Es wird noch einmal auf die Figuren 1, 6 und 7 Bezug genommen. Die Verbindungsstange 74 enthält ferner eine Gleitverbindung zwischen den zwei Flanschenden 98, um eine relative Längsbewegung dazwischen zu gestatten, um eine thermische Expansion und Kontraktion aufzunehmen und auch eine einfache Montage der Dichtungsanordnung 38 zu gestatten. Genauer gesagt, ist die Verbindungsstange 74 ein zylindrisches Teil mit einem entfernten Ende 106, das einen vorzugsweise rechteckigen Querschnitt hat. Eines der Flanschenden 98 weist eine im wesentlichen rechteckige Hülse 108 mit einer im wesentlichen rechteckigen Bohrung 110 auf, die das entfernte Ende 106 der Verbindungsstange in einer longitudinalen Gleitbewegung damit aufnimmt, während eine Drehung der Verbindungsstange 74 relativ zu der Hülse 108 verhindert ist. Die Hülse 108 ist in einem komplementären, im wesentlichen rechteckigen Loch 112 in der entsprechenden Endkappe 88 des äußeren Kolbens angeordnet, die deshalb eine Drehung der Verbindungsstange 74 relativ zu den Kolben 54 verhindert.
Die Dichtungsanordnung 38 wird zusammengebaut, indem die benachbarten Kolben 54 an den entsprechenden Zungen 86 und Vertiefungen 82 miteinander verbunden werden und dann die Verbindungsstange 74 durch eine Endkappe 88 und die Löcher 84 in den entsprechenden ersten und zweiten Endkappen 78 und 80 von benachbarten Kolben 54 eingesetzt wird, wobei das entfernte Ende 106 schließlich in die Hülse 108 eingesetzt wird, die in dem Loch 112 angeordnet ist. Die zwei Halterungsklemmen 92 werden dann über den entsprechenden Flanschenden 98 angeordnet, und dann werden die Kolben 54 in das Gehäuse 42 eingebracht, wobei die Halterungsklemmen 92 über den Gehäuseendwänden 52 angeordnet sind. Die Halterungsklemmen 92 werden dann in geeigneter Weise sicher an den Gehäuseendwänden 52 befestigt, beispielsweise durch Heftschweißen.
Somit bildet die Dichtungsanordnung 38 die angelenkten Kolben 54 aus, die sich sowohl von dem Gehäuse 42 nach außen verschieben können, wobei die Verbindungsstange 74 in den Schlitzen 96 in den Halterungsklemmen gleitet, um mit der Düsenseitenwand 18 in Kontakt zu kommen, als auch drehen können senkrecht relativ zu und mit der Biegung der Verbindungsstange 74, wenn die Druckluft 62 bewirkt, daß die Kolben 54 dem Profil der Düsenseitenwand 18, wenn sie sich während des Betriebes verformt, folgt oder mit diesem übereinstimmt. Wenn sich beispielsweise die Düsenseitenwand 18 zu einer bogenförmigen, konkaven Kontur verformt (die zweite Kontur 18c der Düsenseitenwand, die in Figur 3 gezeigt ist), bewirkt die Druckluft 62, daß die Kolben 54 gegen die Düsenseitenwand 18 drücken und die Verbindungsstange in ein ähnliches bogenförmiges oder gewölbtes Profil biegen. Die Kolben 54 drehen sich in der Querebene mit der sich biegenden Verbindungsstange 74, so daß die Dichtungslinien 60 der Kolben die Düsenseitenwand 18 wenigstens an zwei gegenüberliegenden Punkten kontaktieren. Auf diese Weise stimmen die Kolben-Dichtungslinien 60 mit der Düsen- Seitenwand 18 überein, wobei die zweite Dichtungskontur 60b im wesentlichen an die zweite Kontur 18c der Düsenseiten wand angepaßt ist, um eine Leckage von Abgasen 12 dazwischen zu verkleinern.
Die Nut- und Feder-Verbindungen 76 zwischen benachbarten Kolben 54 verhindert eine schwenkende oder gelen kähnliche Verdrehung (Verdrehwinkel T) der Kolben 54 um die Verbindungsstange herum, um den Druckbelastungen der Abgase 12 auf die Kolben 54 zu widerstehen, die die Tendenz haben würden, die Kolben 54 um die Verbindungsstange 74 zu drehen, und die eine Vergrößerung in dem Spalt g verhindert und für eine Stabilität der Kolben 54 sorgt, um eine relative Bewegung dazwischen zu verhindern oder zu verkleinern. Die Nut- und Feder-Verbindungen 76 bilden auch effektive Dichtungen zum Verhindern oder Verkleinern von Leckage der Abgase 12 zwischen benachbarten Kolben 54. Die Endkappen 78, 80 und 88 bilden wirksame Innendichtungen in den Kolben 54, um eine Leckage des Druckmittels 62 zwischen benachbarten Kolben 54 und von den Kolben 54 an den Nut- und Feder- Verbindungen 76 und an den Gehäuseendwänden 52 nach außen zu verhindern. Weiterhin bilden die außenseitigen Endkappen 88 wirksame Dichtungen mit den Fingern 94 der Halterungsklemmen, um eine Leckage der Druckluft 62 aus dem Gehäuse 42 an diesen Stellen zu verhindern oder zu verkleinern.
Ein weiterer signifikanter Vorteil, der mit der Erfindung erzielbar ist, kann aus Figur 1 entnommen werden. Wenn die Abgasdüse 14 in diesem Ausführungsbeispiel in ihrer offenen Stellung ist, ist wenigstens einer der Kolben 54, der außenseitige Kolben 541 über der oberen Seitenwandkante 18a angeordnet und schwimmt frei ohne Behinderung von der Seitenwand 18. Die Verbindungsstange 74, die Nut- und Feder-Verbindungen 76 und die Halterungsklemmen 92 verhindem den Verlust des äußeren Kolbens 54 aus dem Gehäuse 42. Und, was noch wichtiger ist, der außenseitige Kolben 54 wird in Ausrichtung mit dem benachbarten Kolben gehalten, so daß die Dichtungslinien 60 miteinander zusammenhängend bleiben, um zu verhindern, daß die eine Dichtungslinie 60 transversal versetzt wird relativ zu einer benachbarten Dichtungslinie 60. Dies ist wichtig, weil beispielsweise die sekundäre Klappe 26 in ihre geschlossene Stellung bewegbar ist (wie sie in Figur 2 dargestellt ist) und der außenseitige Kolben 54 muß an der oberen Düsenkante 18a vorbeigleiten, bevor er mit der Düsenseitenwand 18 in Kontakt kommen kann. Ein glatter Übergang ist erforderlich, damit der freie außenseitige Kolben 54, wie er in Figur 1 dargestellt ist, nicht festhakt oder unnötigerweise abgenutzt wird, wenn er sich über die obere Kante 18a der Seitenwand bewegt, wenn die sekundäre Klappe 26 geschlossen wird.
Wie in Figur 4 dargestellt ist, enthält jeder Kolben 54 ferner vorzugsweise eine Pralleitanordnung 114, die auf geeignete Weise auf der Innenseite des Kolbens 54 von der einen Seite 56, um das Oberteil 58 herum und zu der anderen Seitenwand 56 befestigt ist. Die Leitanordnung enthält mehrere im Abstand angeordnete Prallöcher 116, durch die ein Teil der Druckluft 62 hindurchgeleitet wird für einen Kontakt mit der inneren Oberfläche 118 des Kolbens 54 für dessen Prallkühlung. Die für die Prallkühlung verwen dete Druckluft 62 wird durch mehrere Filmkühlöffnungen 120 in der Seitenwand 56 herausgeleitet, die auf die Abgase 12 gerichtet ist.
Es wurde hier zwar beschrieben, was als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung betrachtet wird, aber aus den hier gegebenen Lehren werden für den Fachmann andere Abwandlungen der Erfindung deutlich, und deshalb sollen in den beigefügten Ansprüchen alle diese Modifikationen eingeschlossen sein, wie sie in den Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung fallen.
Beispielsweise können die einzelnen Längen der Kolben 54 unterschiedlich sein, und es kann jede geeignete Zahl der Kolben einschließlich wenigstens zwei verwendet werden.

Claims

1. Dichtungsanordnung (38) für eine Gasturbinentriebwerks-Abgasdüse (14) mit einer Abgasklappe (26), die neben einer Düsenseitenwand (18) angeordnet ist, um Abgase zu kanalisieren, enthaltend:

ein Gehäuse (42), das mit der Abgasklappe fest verbindbar ist und eine Öffnung (50) aufweist,

gekennzeichnet durch

mehrere aneinander angrenzende Verbindungskolben (54), die in dem Gehäuse (42) verschiebbar angeordnet sind und jeweils ein Oberteil (58) aufweisen, das außenseitig von der Gehäuseöffnung verläuft, um eine Dichtungslinie (60) für einen Kontakt mit der Düsenseitenwand (18) zu bilden, um die Abgase abzudichten, damit sie nicht dazwischen hindurchströmen, wobei die Dichtungslinien (60) gemeinsam eine erste Dichtungskontur (60a) bilden, die komplementär zu einer ersten Kontur (18b) der Düsenseitenwand (18) ist, und

eine Verbindungsstange (74), die sich durch die Kolben (54) erstreckt und die Kolben mit dem Gehäuse verbindet, wobei die Verbindungsstange (74) flexibel ist, damit sich die Kolben (84) senkrecht zu der Verbindungsstange (74) so drehen können, daß die Dichtungslinien (60) gemeinsam eine zweite Dichtungskontur (60b) bilden, die von der ersten Dichtungskontur (60a) unterschiedlich ist, um mit einer zweiten Kontur (18c) der Düsenseitenwand (18) übereinzustimmen, die von der ersten Kontur (18b) der Düsenseitenwand unterschiedlich ist.

2. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 1, wobei benachbarte Kolben (54) Nut-und-Feder-Verbindungen (76) aufweisen, um eine Verdrehung der Kolben (54) um die Verbindungsstange (74) zu verhindern.

3. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 2, wobei:

jede der Dichtungslinien (60) der Kolben gerade ist,

die ersten Konturen (60a) der Dichtungslinien (60) und die Düsenseitenwand (18) gerade sind,

die zweite Kontur (18c) der Düsenseitenwand bogenförmig ist und

die zweite Kontur (60b) der Dichtung bogenförmig ist.

4. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 3, wobei die Verbindungsstange (74) enthält:

gegenüberliegende Flanschenden (98), die mit dem Gehäuse (42) verschiebbar verbunden sind, um eine Translation der Kolben (54) durch die Gehäuseöffnung (50) nach außen zu gestatten, und

eine Gleitverbindung zwischen den Flanschenden (98), um eine relative Längsbewegung dazwischen zu 20 gestatten.

5. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 3, wobei jeder der Kolben (54) enthält:

zwei im Abstand angeordnete Kolbenseitenwände (56), die verschiebbar gegen die Seitenwände (46) des Gehäuses (42) angeordnet sind, um dazwischen eine Dichtung auszubilden, und

zwei im Abstand angeordnete, passende Endkappen (78, 80), wobei benachbarte davon die Nut-und-Feder- Verbindungen (76) bilden, wobei die Endkappen mit den Kolbenseitenwänden (56) dichtend verbunden sind, um eine Strömung von einem Druckfluid zwischen benachbarten Kolben (54) abzudichten.

6. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 5, wobei benachbarte Endkappen (78, 80) enthalten:

eine erste Endkappe (78) mit einer langgestreckten Vertiefung (82), die senkrecht zu der Verbindungsstange (74) angeordnet ist,

eine zweite Endkappe (80) mit einer langgestreckten Zunge (86), die senkrecht zu der Verbindungsstange (74) angeordnet ist, und

wobei die Zunge (86) ein komplementäres Profil zu der Vertiefung (82) hat und in die Vertiefung (82) eingesetzt ist, um eine Verdrehung von benachbarten Kolben (54) um die Verbindungsstange (74) zu verhindern und eine Dichtung dazwischen auszubilden.

7. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 6, wobei die Zunge (86) eine langgestreckte Aussparung (102) aufweist und die Vertiefung (82) und die Zungenaussparung (102) von benachbarten Kolben (54) Federvorspannungsmittel (104) aufweisen, um gegenüberliegende außenseitige Kolben (54) gegen das Gehäuse (42) in einem dichtenden Kontakt damit zu drücken.

8. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 7, wobei:

jeder der außenseitigen Kolben (54) eine außenseitige Endkappe (88) aufweist, die eine langgestreckte Aussparung (90) hat, jedes der Flanschenden (98) der Verbindungsstange verschiebbar verbunden ist zwischen zwei Fingern (94) von einer Halterungsklemme (92), die mit dem Gehäuse (42) fest verbunden ist, und

die Federvorspannungsmittel (104) die außenseitigen Kolbenendkappen (88) in einen dichtenden Kontakt mit den Klemmfingern (94) drücken.

9. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 8, wobei die Federvorspannungsmittel (104) zwei gegenüberliegende Blattfedern aufweisen, die jeweils mit einem entsprechenden der benachbarten Kolben (54) in der Vertiefung (82) und der Zungenaussparung (102) fest verbunden sind.

10. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 5, ferner enthaltend:

einen Einlaß (66) in dem Gehäuse (42),

eine Einrichtung (68) zum Zuführen des Druckfluids in das Gehäuse (42) durch den Einlaß (66) und

wobei die Kolben (54) jeweils eine Öffnung (116) aufweisen, um das Druckfluid zu empfangen und die Kolben (54) in einen dichtenden Kontakt mit der Düsenseitenwand (18) entlang den Dichtungslinien (60) zu drücken.

11. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 5, wobei jeder der Kolben (54) eine longitudinale Länge (1) hat, die zueinander im wesentlichen gleich sind.

12. Dichtungsanordnung (38) nach Anspruch 11, wobei fünf Kolben (54) in dem Gehäuse (42) vorgesehen sind.