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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf
Verfahren zum Eindämmen eines
Feuers in einem Flugzeug, in einer industriellen Installation oder
in einer Stromerzeugungsinstallation, und insbesondere auf eine
Vorrichtung und auf Verfahren zum Verringern des Ausbreitens eines Feuers
in einem Flugzeugantriebssystem auf umgebende Flugzeugkomponenten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
gibt vorschriftsmäßige Erfordernisse
für moderne
Flugzeuge, welche die Eindämmung
eines von einer Quelle innerhalb einer Leistungseinrichtungsinstallation
hervorgerufenen Feuers fordern. Der offensichtlichste Fall ist derjenige
eines Feuers, welches in einem Flugzeugantriebssystem wie einem Gasturbinenantrieb
erzeugt wird. Für
kommerzielle Flugzeugantriebssysteme ist es allgemein erforderlich,
dass sie eine Feuerdichtung enthalten, welche in der Lage ist, ein
Feuer einzudämmen
und nicht nur von anderen Antriebssystemkomponenten (z.B. Gondeln
und Triebwerksverkleidungen), sondern auch von das Antriebssystem
umgebenden Gebieten (z.B. Flügelstreben
und Verkleidungen) zu isolieren. Derzeit gibt es einige mit bekannten
Feuerdichtungen verbundene Nachteile.
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Als
Beispiel zeigt 1 ein Gasturbinenantriebssystem 16,
welches eine primäre
Ausstoßdüse 18 umfasst,
welche mit dem hinteren Ende eines in einer inneren Hülle oder
in einem inneren Gehäuse 20 beherbergten
Gasgenerator 20 verbunden ist. Schubumkehrkomponenten oder
andere verschiedene Außenstrukturen 24 umgeben
Abschnitte des inneren Gehäuses 22 und
der Düse 18.
Typischerweise ist eine hintere Triebwerksbefestigung (siehe 9,
Element 92) in diesem Gebiet angeordnet, um das Antriebssystem
an einer Stützstruktur 26,
zum Beispiel einer Flügelstrebe
oder einem Träger,
anzubringen. In dem Beispiel von 1 existiert
eine Feuerzone 28 allgemein innerhalb der inneren Hülle 22 und
bei der primären
Düse 18.
Eine Feuerdichtung wie eine in 1 und 2 gezeigte
Dichtung 30 ist mit einem oberen Gebiet der Düse verbunden
und ist ausgerichtet, Flammen daran zu hindern, sich nach hinten
von dem Generator oder nach außen
zu den umgebenden Strukturen auszubreiten. Die Feuerdichtung 30 bildet
eine Barriere über
das obere Gebiet der Ausstoßdüse 18,
ungefähr
an dem Schnittpunkt der Düse
und der Stützstruktur 26.
In 1 ist dieser Schnittpunkt allgemein innerhalb
des mit der Nummer 27 bezeichneten Kreises.
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Eine
bekannte Feuerdichtungsanordnung ist in 2 gezeigt,
und aufgrund ihrer Form wird sie „Truthahnfeder"-Feuerdichtung 40 genannt.
Die Truthahnfederdichtung 40 besteht aus einer umfangsmäßigen Metallblattfeder 42,
welche aus segmentierten überlappenden
Stahl-„Fingern" gebildet ist und
an einem primären
Ausstoßdüsenkörper 44 angebracht ist.
Typischerweise ist eine Düsenstrebe 46 an
einem stromabwärts
gelegenen Ort enthalten. Die Truthahnfeder-Feuerdichtung 40 drückt gegen
die untere Oberfläche
der Stützstruktur 26 und
die Außenstruktur 24,
wenn das Antriebssystem vollständig
installiert ist. Die Metallfeder 42 ist nach oben und dann
in die Vorwärtsrichtung
nach unten abgewinkelt, um eine feste Barriere bereitzustellen,
so dass Flammen nicht zu stromabwärts gelegenen Orten hindurchgehen
können.
Diese Feuerdichtung 40 schützt somit die Stützstrukturen,
die Flügelstrukturen,
die umgebenden Verkleidungen und den Flugzeugrumpf vor Feuer, welches
aus dem Gasgenerator strömt,
d.h. durch einen ringförmigen
Bereich der inneren Hülle und äußeren Generatoroberfläche (siehe
zudem 9).
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Es
gibt eine Anzahl von Nachteilen bei der Benutzung von Truthahnfeder-Feuerdichtungen 40 bei
Antriebssystemen, welche bei hohen Temperaturen und/oder in Umgebungen
mit konstanter Vibration arbeiten. Ein Nachteil ist die Möglichkeit
des Temperns der Dichtung 40, was die harte Kontaktdichtkraft
zwischen der Düse 18 und
der Stützstruktur 26 und/oder äußeren Struktur 24 verringern
kann. Ein zweiter Nachteil ist möglicher
Abrieb an der Dichtungskontaktoberfläche aufgrund irgendeiner Relativbewegung
zwischen Komponenten. Relativbewegung kann aufgrund von Umständen wie
hohen Schallvibrationen oder großer relativer thermischer Ausdehnung
von benachbarten Komponenten auftreten. Da die Metallfedern 42 an
ihren Kontaktkanten abgerundet sind, neigt Abrieb dazu, sich über eine Kontaktlinie
anstatt über
ein größere flache
Oberfläche
zu konzentrieren. Die Dichtungen 40 können sehr scharf werden, während sie
durchgehend abgerieben werden, was eine potentielle Gefahrenquelle für umgebende
Komponenten und/oder eine Wartungsmannschaft darstellt.
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Es
gibt ein Bedürfnis
nach einer Feuerdichtung für
Installationen, welche es Flammen nicht erlaubt, von einem Ort zu
einem anderen hindurchzugehen und eine zusätzliche Feu ergefahr zu verursachen.
Eine derartige Dichtung sollte idealerweise hoch zuverlässig sein,
insbesondere in feindlichen Betriebsumgebungen, wie denjenigen,
welche in Antriebssystemen zu finden sind. Insbesondere sollte eine
derartige ideale Feuerdichtung für
Flugzeuge, industrielle oder Stromerzeugungs-Installationen unbeeinflusst
durch hohe Temperaturen, Vibrationen und Relativbewegung zwischen
Komponenten sein. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet,
dieses Bedürfnis
zu erfüllen.
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US-A-5
251 917 offenbart eine feuerfeste Dichtung, welche einen vorgeformten
Elastomerkern mit schützender
Gewebeabdeckung komprimiert zwischen einem Paar von Flammenschilden
umfasst. Die Dichtung ist an einem unterschiedlichen Ort im Flugzeug
positioniert. Die bekannte Dichtung ist zwischen einem Triebwerksträger und
einer Gondel anstelle von zwischen zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines
Düsenkörpers und
einer den Düsenkörper zumindest
teilweise umgebenden äußeren Struktur
angeordnet. Weiterhin lehrt die US-A-5 251 917, dass Flammenschilde
vermieden werden sollten, da sie den Nachteil haben, mehr Gewicht
und Komplexität
zu der Triebwerksgondel hinzuzufügen und
zudem die Kosten zu erhöhen.
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In
dem United States Patent
US 5
524 846 ist ein Feuerschutzsystem zum Schützen der
Strebe und einer Flügelstruktur
vor hohen Temperaturen nahe dem Ausstoßdüsenende eines Düsentriebwerks
offenbart, welches eine Menge von äußeren Metallfederfingern benutzt,
welche an der äußeren Hülle der
Ausstoßdüse angebracht
sind und welche gegen die Strebenstruktur lasten. Diese Metallfederfinger
sind dem Abrieb beispielsweise aufgrund Kontaktbewegung unterworfen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf, einen Schutz bereitzustellen,
welcher dem Abrieb bzw. der Abnutzung nicht unterworden ist.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Leistungserzeugungssystem umfassend
einen hinter einem Triebwerksgenerator angeordneten Düsenkörper bereit,
welches mit einer ersten Oberfläche,
einer den Düsenkörper zumindest teilweise
umgebenden Außenstruktur,
wobei die Außenstruktur
eine in gegenüberliegender
Beziehung zu der ersten Oberfläche
stehende zweite Oberfläche
aufweist, und einer Feuerdichtung mit zumindest einem Verbindungsplattenpaar
versehen ist, wobei das Verbindungsplattenpaar eine sich von einer
gegenüberliegenden
Oberfläche
erstreckende obere Plattenreihe und eine sich von der anderen gegenüberliegenden
Oberfläche
erstreckende untere Plattenreihe umfasst, wobei beide Reihen zwischen
der ersten und zweiten Oberfläche
in allgemein koplanarer Ausrichtung positioniert sind, wobei zwischen
der oberen und der unteren Plattenreihe ein Abschnitt des Überlappens
in der Ebene existiert.
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Eine
derartige Anordnung von Platten, welche sich von zwei gegenüberliegenden
Oberflächen erstrecken,
bildet einen Durchgang mit einer Vielzahl von Ecken und Biegungen,
durch welche Gase hindurchgehen, aber Flammen schwerlich hindurchgehen.
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Für sich genommen
ist eine Feuerwand in der
US
2 986 878 beschrieben, in welcher eine große Anzahl
von kleinen Öffnungen
in einer Wand enthalten ist, durch welche eine Flamme Schwierigkeiten hat,
hindurchzugehen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine neue Art von Feuerdichtung zur
Benutzung dabei, eine Flamme daran zu hindern, sich innerhalb und
um eine Leistungserzeugungsinstallation und insbesondere ein Flugzeugantriebssystem
auszubreiten, bereit. Diese neue Dichtung wird Labyrinthfeuerdichtung
genannt, da sie einen Irrgarten oder ein Labyrinth bereitstellt,
durch welches Flammen schwerlich hindurchgehen. Die gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildete Labyrinthfeuerdichtung umfasst ein oder mehrere
Verbindungsplattenpaare, wobei jedes Paar eine obere Plattenreihe
und eine untere Plattenreihe aufweist. Bei der Benutzung ist die
obere Plattenreihe knapp hinter der unteren Plattenreihe positioniert, wobei
die erstere die zweitere jedoch bevorzugt nicht berührt. Dieser
Zwischenraum zwischen der oberen Plattenreihe und der unteren Plattenreihe
sollte bevorzugt groß genug
sein, eine einfache Installation eines Antriebssystems zu ermöglichen
und jeglichen Kontakt zwischen der oberen und der unteren Plattenreihe
während
der Benutzung zu vermeiden. Ein Abschnitt des Überlappens in der Ebene existiert
zwischen den Plattenreihen. Die Paare sind allgemein senkrecht zu
der Richtung ausgerichtet, in der sich Flammen am wahrscheinlichsten
ausbreiten.
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Angewendet
auf einen allgemeinen Aufbau eines Flugzeugantriebssystems umfasst
ein Ausführungsbeispiel
einer Labyrinthfeuerdichtung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zwei Verbindungsplattenpaare. Jedes
Plattenpaar ist um einen oberen Be reich eines Ausstoßdüsenkörpers in einer
umfangsmäßigen, positionsartigen
Richtung positioniert. Die untere Plattenreihe ist mit dem Düsenkörper verbunden,
und die obere Plattenreihe ist mit umgebenden Außenstrukturen verbunden. Die oberen
und unteren Plattenreihen erstrecken sich in einem Bogen von zwischen
etwa 45 und 135 Grad, wobei ein bevorzugter Bogen ungefähr 90 Grad
aufweist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
zur Benutzung mit einem Flugzeuggasturbinenantriebssystem mit ersten
und zweiten äußeren Triebwerksverkleidungsstrukturen
ist die obere Plattenreihe segmentiert, um eine erste triebwerksverkleidungspositionsartige
Platte, welche an der ersten Triebwerkverkleidung angebracht ist,
eine zweite triebwerksverkleidungspositionsartige Platte, welche
an der zweiten Triebwerksverkleidung angebracht ist, und eine strebenpositionsartige
Platte, welche an einer Strebenstützstruktur angebracht ist,
zu umfassen. Die untere Plattenreihe ist aus einem einzigen Teil
gebildet, welches unter Benutzung herkömmlicher Verfahren an dem Düsenkörper angebracht
ist.
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In Übereinstimmung
mit anderen Aspekten der Erfindung umfasst die Labyrinthfeuerdichtung
bevorzugt eine Anzahl von Endplatten, welche in allgemein longitudinaler
Ausrichtung an verschiedenen Orten zwischen den Verbindungsplattenpaaren
angeordnet sind. Die Endplatten stellen zusätzliche Feuerbarrieren für fehlgeleitete
Flammen dar. Ein Dichtungsgebiet ist in dem Gebiet zwischen dem
vordersten Verbindungsplattenpaar und dem hintersten Verbindungsplattenpaar
definiert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die
Anzahl der Endplatten zumindest zwei Endplatten, welche nahe den
lateralen Enden der Verbindungsplattenpaare positioniert sind.
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In Übereinstimmung
mit noch weiteren Aspekten der Erfindung ist ein Druckausgleichmechanismus
bereitgestellt, um ein niedriges Druckverhältnis zwischen den Gebieten,
welche das Dichtungsgebiet umgeben, sicherzustellen, und insbesondere zwischen
dem Gebiet vor dem Dichtungsgebiet und dem Gebiet hinter dem Dichtungsgebiet.
Das Druckverhältnis
ist optimalerweise weniger als etwa zwei zu eins. Die bevorzugte
Anordnung zur Realisierung des Druckausgleichmechanismus ist es,
einen Durchgang zwischen den Dichtungsseitengebieten und den hinteren
Dichtungsgebieten offen zu halten, indem einfach die Entfernung
begrenzt ist, welche sich die Endplatten nach hinten erstrecken
dürfen.
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In Übereinstimmung
mit noch anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung können Schutzklappen
benutzt werden, um die Fugen zu schützen, welche zwischen benachbarten
Komponenten, wie zwischen benachbarten Platten, erzeugt sind. Die Schutzklappen
stellen noch eine weitere Barriere dar, durch welche Flammen schwerlich
hindurchgehen. Kolbenfeuerdichtungen sind je nach Notwendigkeit bereitgestellt,
um Flammen daran zu hindern, durch ein Gebiet zwischen der Stützstruktur
und den Außenstrukturen
hindurchzugehen.
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In Übereinstimmung
mit noch weiteren Aspekten ist ein Verfahren zum Feuerdichten eines
Antriebssystems in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, umfassend die Schritte des
Bereitstellens zumindest eines Verbindungsplattenpaars, welches
um das Antriebssystem angeordnet ist. Das mindestens eine Verbindungsplattenpaar umfasst
obere und untere Plattenreihen, welche mit allgemein gegenüberliegenden
Oberflächen
in einem Antriebssystemfeuergebiet verbunden sind. Das mindestens
eine Verbindungsplattenpaar dient dazu, einen Labyrinthpfad zu erzeugen,
durch welchen Flammen schwerlich hindurchgehen. Das Verfahren umfasst
weiterhin den Schritt des Positionierens der oberen und unteren
Plattenreihen nahe beieinander, um einen Zwischenraum dazwischen
und einen Abschnitt des vertikalen Überlappens zu bilden. Bei einem
bevorzugten Verfahren ist das Druckverhältnis zwischen dem Gebiet vor
den Verbindungsplattenpaaren und dem Gebiet hinter den Verbindungsplattenpaaren
auf einem niedrigen Wert gehalten. Dies stellt sicher, dass sich
Flammen nicht aus Versehen aufgrund eines Saugens aus dem Gebiet
hinter dem Verbindungsplattenpaaren ausbreiten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Die
vorstehenden Aspekte und viele der vorliegenden Vorteile dieser
Erfindung werden einfacher erfasst, wenn selbige durch Bezugnahme
auf die folgende detaillierte Beschreibung gesehen in Verbindung
mit der beiliegenden Zeichnung besser verstanden werden, wobei:
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1 eine
Seitenansicht eines beispielhaften Flugzeugantriebsystems gemäß dem Stand
der Technik ist,
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2 eine
perspektivische Frontansicht eines Beispiels für eine Feuerdichtung gemäß dem Stand
der Technik ist,
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3 eine
perspektivische Frontansicht einer in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung gebildeten Labyrinthfeuerdichtung zur Benutzung mit einer
Leistungserzeugungsinstallation ist, wobei die Labyrinthdichtung
in Anwendung in einem Flugzeugantriebssystem gezeigt ist, wobei
verschiedene Systemdetails zur Veranschaulichung weggelassen sind,
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4 eine
Ansicht von oben nach unten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
von in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildeten unteren Plattenreihen
ist,
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5 eine
perspektivische nach oben und hinten sehende Frontansicht eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
von in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildeten oberen Plattenreihen ist,
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6 eine
perspektivische Frontansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
von strebenpositionsartigen Platten ist, welche in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildet sind,
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7 eine
perspektivische nach unten und vorne sehende Frontansicht eines
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer Kolbenfeuerdichtung ist,
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8 eine
nach unten und hinten sehenden perspektivische Rückansicht der Kolbenfeuerdichtung
von 7 ist,
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9 eine
Querschnittsseitenansicht der Labyrinthfeuerdichtung von 6 ist,
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10 eine
perspektivische Frontansicht der Labyrinthfeuerdichtung von 3 ist,
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11 eine
detaillierte Perspektivansicht einer aufrechten in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildeten Endplatte ist, und
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12 eine
Querschnittsdraufsicht eines Gebiets nahe der lateralen Enden einer
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildeten Labyrinthdichtung ist.
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Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Auf
die vorliegende Erfindung wird in der unten stehenden Diskussion
als eine Labyrinthfeuerdichtung 52 Bezug genommen. Die
Dichtung 52 stellt eine Abfolge von zusammenpassenden,
aber sich bevorzugt nicht kontaktierenden Platten bereit, welche
sich überlappen,
um einen sich windenden Pfad oder ein Labyrinth bereitzustellen,
wodurch Feuer und Flammen schwerlich hindurchgehen. Dieser Pfad
hindert Flammen effektiv daran, umgebende Gebiete zu erreichen und
eine zusätzliche
Feuergefahr hervorzurufen.
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Wie
von Fachleuten anerkannt werden wird, kann die Labyrinthfeuerdichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung an eine breite Auswahl von Leistungserzeugungsinstallationsanwendungen
eines Flugzeugantriebssystems angepasst werden, insbesondere an
ein Flugzeuggasturbinenantriebssystem.
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Im
Allgemeinen umfasst die Labyrinthfeuerdichtung 52 der vorliegenden
Erfindung ein oder mehrere Verbindungsplattenpaare 54,
wobei jedes Paar eine obere Plattenreihe 58 und eine untere
Plattenreihe 60 aufweist. Während der Benutzung ist die obere
Plattenreihe knapp hinter, sie jedoch bevorzugt nicht berührend, der
unteren Plattenreihe angeordnet. Ein Abschnitt des Überlappens
in der Ebene existiert zwischen den Plattenreihen. Die Paare sind allgemein
senkrecht zu der Richtung, in der sich Flammen am wahrscheinlichsten
ausbreiten, ausgerichtet. Angewendet auf einen Aufbau eines Flugzeugantriebssystems
umfasst eine in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildete Labyrinthfeuerdichtung
zwei Verbindungsplattenpaare. Jedes Plattenpaar ist um ein oberes
Gebiet 56 des primären
Ausstoßdüsenkörpers 44 in
einer umfangsmäßigen, positionsartigen
Ausrichtung positioniert. Die untere Plattenreihe 60 ist
mit dem Düsenkörper 44 verbunden,
und die obere Plattenreihe 58 ist mit umgebenden Außenstrukturen 24 verbunden.
Für dieses
bestimmte Ausführungsbeispiel
umfasst die Labyrinthfeuerdichtung 52 zudem bevorzugt eine
Anzahl von Endplatten, welche in einer allgemein longitudinalen
Ausrichtung an verschiedenen Orten entlang und zwischen den Verbindungsplattenpaaren 54 positioniert
sind. Die Endplatten stellen zusätzliche Feuerbarrieren
für fehlgeleitete
Flammen und/oder Feuer bereit und werden unten detailliert diskutiert.
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In 3–12 sind
verschiedene Detailansichten des Verbindungsplattenpaars 54 gezeigt. Die
bevorzugte Anzahl von Verbindungsplattenpaaren ist zwei Paare für Flugzeuggasturbinenantriebssysteme.
Es wurde während
des Testens herausgefunden, dass diese Anzahl ausreichend ist, um
Flammen daran zu hindern, zu stromabwärts liegenden Orten hindurchzugehen,
während
sie nicht verbietend schwer oder kompliziert ist. Andere Anzahlen von
Paaren 54 können
abhängig
von den Umständen einer
bestimmten Leistungserzeugungsinstallationsanwendung benutzt werden.
Ein Dichtungsgebiet 62 ist als zwischen dem vordersten
Verbindungsplattenpaar und dem hintersten Verbindungsplattenpaar existierend
definiert. Siehe 4 und 9.
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Wie
in 3 und 4 gezeigt umfasst die untere
Plattenreihe 60 eine düsenpositionsartige Platte 64,
welche an dem äußeren Umfang
des oberen Gebiets 56 des Düsenkörpers in einem Winkel 66 von
etwa 90 Grad angebracht ist. Für
die Ausgestaltungen der 3 und 4 wurde
festgestellt, dass 90 Grad eine Bogenlänge darstellt, innerhalb derer Flammen
und/oder Feuer sich von dem Generator zu den umgebenden Nichtriebwerkskomponenten
am wahrscheinlichsten ausbreiten würden. Plattenreihenbogenlängen (oder
Breiten, wenn nicht gekrümmt)
so groß oder
klein wie praktisch können
für andere
Ausgestaltungen benutzt werden. Die Mitte der düsenpositionsartigen Platte
fluchtet allgemein mit der Mitte der Stützstruktur 22, wenn
sie von vorne nach hinten sehend betrachtet wird. Siehe 10.
In 4 ist die düsenpositionsartige
Platte 64 als ein einziges, kontinuierliches Teil dargestellt.
Alternativ kann wie in 3 gezeigt die düsenpositionsartige Platte 64 aus
Segmenten gebildet sein, welche allgemein Stoß an Stoß angeordnet sind.
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Eine
weitere Abwandlung ist in der in 3 und 4 benutzten
Befestigungstechnik zu sehen. In 3 ist die
düsenpositionsartige
Platte 64 allgemein in einer L-Form gebildet, wobei ein
Fußabschnitt 68 sich
von einem vertikalen Abschnitt 70 nach hinten erstreckt.
In 4 tritt das Gegenteil auf, wo sich der Fußabschnitt 68 von
dem vertikalen Abschnitt 70 nach vorne erstreckt. Jede
Anordnung wird gleich gut arbeiten, obwohl eine Technik bei einer
bestimmten Anwendung einfacher herzustellen und/oder zu installieren
sein kann als die andere. Die düsenpositionsartige
Platte 64 kann unter Benutzung irgendeiner einer Anzahl
bekannter Verfahren an die Düse
angebracht werden, zum Beispiel Schweißen, Nieten, Schrauben, etc.
Der Fußabschnitt 68 ist
in 4 direkt an den Düsenkörper 44 geschraubt.
Entfernbare Plattenbefestigungsverfahren sind bevorzugt, da sie
einfacheres Ersetzen im Falle einer Beschädigung einer Platte ermöglichen.
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Die
obere Plattenreihe 58 kann ebenso als ein einziges kontinuierliches
Teil gebildet sein oder kann alternativ von allgemein von Stoß an Stoß positionierten
Segmenten gebildet werden. Manche Flugzeugantriebssysteme haben
Außengondeln,
Triebwerksverkleidungsplatten, Schubumkehrhälften etc., welche beweglich
oder abtrennbar von benachbarten Strukturen sein müssen. Für derartige
Systeme wird die obere Plattenreihe notwendigerweise segmentiert
sein müssen,
wenn die obere Plattenreihe sich auf das bewegliche Segment erstreckt
oder dessen Stützung
benötigt.
Das besondere Antriebssystem von 5 erfordert
es, dass die obere Plattenreihe 58 in mindestens drei aufrechte
Platten, eine erste triebwerksverkleidungspositionsartige Platte 80,
eine zweite triebwerksverkleidungspositionsartige Platte 82 und
eine strebenpositionsartige Platte 84, unterteilt ist.
Eine derartige Unterteilung von Platten ermöglicht es den Außenstrukturen,
zum Beispiel Schubumkehrerhälften
oder Triebwerksverkleidungen, zu öffnen, und/oder Zugriff auf
verschiedene Abschnitte des Antriebssystems zu ermöglichen.
Diese aufrechten Platten 80, 82, 84 sind
allgemein Stoß an Stoß an im
Wesentlichen dem gleichen positionsartigen Ort angeordnet.
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In 6 ist
die strebenpositionsartige Platte 84 als an der Stützstrukturstrebe 26 angebracht
gezeigt. In 5 sind die ersten und zweiten
positionsartigen Platten 80, 82 als an ihren jeweiligen
Triebwerksverkleidungen angebracht dargestellt. Ähnlich der düsenpositionsartigen
Platte 84 ist es ein Verfahren zum Befestigen der oberen
in 5–8 gezeigten
Reihenplatten, die Platten mit einem L-förmigen Querschnitt auszugestalten,
wobei ein Fußabschnitt 86 benutzt
wird, um die Platte mit ihrer Stützstruktur
(zum Beispiel Strebe und Triebwerksverkleidungen) unter Benutzung
herkömmlicher
Verfahren zu verbinden. Wie oben diskutiert können die verschiedenen Platten
der Labyrinthdichtung an Stützstrukturen
wiederum unter Benutzung irgendeines einer Anzahl von Verfahren
angebracht werden.
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Die
oberen und unteren Plattenreihen 58, 60 weisen
eine Größe auf,
um während
der Benutzung einen Überlapp 88 in
einer in der Ebene liegenden Richtung (d.h. vertikal für den Aufbau
von 9) zu bilden. Dies ist für die vorliegende Erfindung
wichtig, da der Überlapp 88 einen
Teil des gewundenen Pfades bereitstellt, durch den Flammen schwerlich
hindurchgehen. Die Größe des Überlappes 88 ist
bevorzugt so groß wie
möglich,
unter Inbetrachtziehung von Erfordernissen der Systeminstallation
und -entfernung und anderen Entwurfsgesichtspunkten.
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Für das in 3–11 gezeigte
Antriebssystem kann die maximale Menge des Überlapps 88 durch
die Länge
eines hinteren Antriebsbefestigungsabscherstiftes 94 bestimmt
werden. Die Abscherstiftlänge
während
des Entfernens oder der Installation des Antriebssystems bestimmt
den Punkt, an dem der Antrieb nicht länger frei ist, sich horizontal zu
bewegen, während
er angehoben oder gesenkt wird. Der vertikale Überlapp der Dichtungsplatten sollte
optimalerweise hinausgezögert
werden, bis der Abscherstift 94 teilweise mit der Befestigung 92 in Eingriff
steht. Wenn der Überlapp
der Dichtungsplatten größer ist
als die hintere Befestigungsabscherstiftlänge, könnte eine Beschädigung der
Dichtungsplatten während
eines Auswechselns des Antriebssystems auftreten. Der minimale Überlapp
kann durch Testen als Funktion der Anzahl von Plattenpaaren, dem
horizontalen Abstand zwischen Paaren, dem Druckdifferential über die
Dichtung etc. festgelegt werden. Es ist hilfreich, die oberen und
unteren Plattenreihen 58, 60 mit entgegengesetzt
ausgerichteten abgewinkelten Endabschnitten 142 zu entwerfen,
um die Wahrscheinlichkeit einer Plattenbeschädigung zu verringern, falls
unbeabsichtigter Plattenkontakt während Installation oder Entfernen
des Antriebs auftritt.
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Es
gibt einen geringfügigen
Zwischenraum 90 zwischen der oberen Plattenreihe 58 und
der entsprechenden unteren Plattenreihe 60. Der Zwischenraum
sollte groß genug
sein, um es dem Düsenabscherstift 48 zu
ermöglichen,
sich während
des Entfernens oder der Installation des Antriebssystems frei zu
bewegen. Ein minimales Spiel liegt bevorzugt während der Nutzung weiterhin
vor, um die Relativbewegung zwischen der Düse 18 und der stützenden Strebenstruktur 46 auch
während
einer thermischen Ausdehnung nach hinten des Antriebssystems bei hohen
Betriebstemperaturen zu gestatten. Die gestrichelten Linien 96 von 9 stellen
die nach hinten verschobenen unteren Plattenreihen 60 dar,
welche während
der Benutzung auftreten können.
Eine maximale bevorzugten Zwischenraumgröße ist etwa 2,5 mm (0,1 Zoll)
bis 5,0 mm (0,2 Zoll) während
Hochtemperaturbenutzung.
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Wie
in 9 dargestellt ist die untere Plattenreihe 60 für alle Verbindungsplattenpaare 54 vor der
oberen Plattenreihe positioniert. Diese Situation kann umgedreht
werden, so dass die untere Plattenreihe 60 für alle Paare
hinter der oberen Plattenreihe 58 positioniert ist. Es
ist jedoch nicht empfohlen, diese Konfigurationen zwischen oder
innerhalb von Verbindungsplattenpaaren zu vermischen. Im Allgemeinen
sollte die Entscheidung, ob die obere oder untere Plattenreihe zuerst
platziert wird, zuerst teilweise auf der Richtung der thermischen
Ausdehnung des Antriebs und auf der Richtung der voraussichtlichen Flammenausbreitung
basieren.
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In 9 ist
die Labyrinthfeuerdichtung 52 hinter der hinteren Triebwerksbefestigung 92 positioniert.
Bei derartigen Anordnungen sollte ein Entwickler ein Ausdehnen des
Triebwerks nach hinten während
der Benutzung vorhersehen. Da ein kleiner Plattenzwischenraum 90 einem
Luftstrom mehr entgegensteht, ist es vorteilhaft, die untere Plattenreihe 60 vor
der oberen Plattenreihe 58 zu platzieren, so dass die thermische
Ausdehnung hinter der unteren Platte 60 den gewünschten
Effekt erzielt. Ein zusätzlicher Vorteil
der Anordnung von 9 ist, dass der Dichtungszwischenraum 90 während der
Düseninstallation
oder ihrer Entfernung eine maximale Größe aufweist, da ein Triebwerkstausch
durchgeführt
wird, wenn das Triebwerk kalt ist. Dies stellt eine gewünschte Plattenreihenspielraumspanne
bereit.
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Zusätzlich zu
den Verbindungsplattenpaaren 54 ist es bevorzugt, verschiedene
stoßartige
Platten oder Endplatten 110 einzubeziehen. Siehe 3, 7 und 8.
Diese Endplatten 110 wirken als zusätzliche Feuerbarrieren, um
Flammen daran zu hindern, einfach um die Enden der Verbindungspaare 54 herumzugehen.
Hier sind zwei Gruppen von Endplatten 110 beschrieben:
(1) ein Paar von aufrechten Endplatten 112, und (2) ein
Paar von Verkleidungsendplatten 116. Es ist bevorzugt,
dass zumindest eine Endplatte an jedem lateralen Außenbordende
der Feuerdichtung 52 vorliegt. Zusätzliche Endplatten 110 können bei
Bedarf hinzugefügt
werden. Wie bei den Verbindungsplattenpaaren ist es, je mehr Endplatten 110 benutzt
werden, desto schwieriger für
die Flamme, sich durch die Labyrinthdichtung 52 hindurch
zu erhalten. Wenn Endplatten gänzlich
weggelassen werden, kann es sein, dass die Breite der Labyrinthdichtung
vergrößert werden muss,
um angemessenen Feuerschutz bereitzustellen.
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Gezeigt
in 4 ist an jeder lateralen Seite der Verbindungsplattenpaare 54 eine
aufrechte Endplatte 112 vorgesehen und erstreckt sich nach
hinten zu der Düsenverkleidung 46.
Die aufrechten Endplatten 112 dieser bestimmten Anwendungen
sind entlang von Ebenen angeordnet, welche sich generell longitudinal
und radial unter Winkeln von etwa +45 Grad und –45 Grad von einer longitudinal-vertikalen Mittelebene
erstrecken. Siehe 10. Die aufrechten Endplatten 112 können an
dem Düsenkörper 44 in
einer bekannten Weise angebracht sein, zum Beispiel durch Schweißen, Schrauben,
Nieten, etc. Die aufrechten Endplatten 112 weisen ungefähr dieselbe Höhe auf wie
die untere Plattenreihe 60. Wegen des potenziellen Platzkonflikts
zwischen der oberen Plattenreihe 50 und irgendeiner der
Endplatten sollte ein Entwickler passende Konturen einbeziehen,
um eine in der anderen aufzunehmen. Beispielsweise ist in 4, 6 und 11 ein
kleiner Ausschnitt oder eine kleine Kerbe 118 in dem vorderen äußeren Gebiet
jeder Endplatte ausgebildet, so dass die obere Plattenreihe 58 des
ersten Verbindungspaares die Endplatte zu keinem Zeitpunkt während der
Benutzung, auch nicht mit einem heißen Triebwerk 16,
berühren
wird. Alternativ kann der Ausschnitt 118 stattdessen in
der oberen Plattenreihe 158 ausgebildet sein, um eine Endplatte
aufzunehmen.
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Bezug
nehmend auf 5 und 7 sind die
Triebwerksverkleidungsendplatten 116 an den lateralen Außenbordenden
sowohl der ersten als auch zweiten Außenstrukturtriebwerksverkleidungen
angeordnet. Die Triebwerksverkleidungsendplatten 116 sind
unter Benutzung irgendeiner einer Anzahl von bekannten Verfahren
an ihren jeweiligen Triebwerksverkleidungen angebracht. Die Triebwerksverkleidungsendplatten 116 sind
Außenbord
und sehr nahe zu, aber diese nicht kontaktierend, den aufrechten Endplatten 112 positioniert. 12 ist
eine Querschnittsansicht des vorderen Außenbordbereichs der Dichtung
nahe der zweiten Triebwerksverkleidung. Die Ansicht ist allgemein
tangential zu dem Düsenkörper 44 aufgenommen.
Wie gezeigt bildet die Kombination der Verbindungsplattenpaare 54,
der aufrechten Endplatten 112 und der Triebwerksverkleidungsendplatten 116 einen
Irrgarten, durch welchen eine Flamme nur unter Schwierigkeiten hindurchgehen
wird. Die spiegelbildliche Anordnung existiert in dem vorderen Außenbordgebiet
nahe der ersten Triebwerksverkleidung. Wie aus der obigen Beschreibung
und den Illustrationen ersichtlich, können die Ausführungsbeispiele
der 7 und 8 gleichermaßen als „Paare" von Endplatten habend beschrieben werden, ähnlich zu
der Beschreibung der Verbindungsplattenpaare 54. Es wurde
herausgefunden, dass einzelne Endplatten in manchen Fällen ausreichend
sein können.
In gleicher Weise können ebenso
einzelne Plattenreihen, wenn sie in Verbindung mit mindestens einem
Verbindungsplattenpaar benutzt werden, ebenso für einige Anwendungen ausreichend
sein.
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Ein
Paar von Strebenseitenplatten 114 ist an den strebenpositionsartigen
Platten 84 an einem Ort, welcher allgemein mit den lateralen
Seiten der Stützstruktur 22 zusammenfällt, angebracht
und erstreckt sich zwischen deren lateralen Enden. In 5–8 umfassen
die Strebenendplatten 114 bevorzugt eine Anzahl von transversen
(positionsartigen) Kanten klappen 120, um benachbarte triebwerksverkleidungspositionsartige
Platten 80, 82 zu umhüllen. Die Kantenklappen 120 stellen
noch eine Biegung bereit, durch welche Flammen nur schwerlich hindurchgehen.
Zusätzlich
kann jede Verbindung mit einer Schutzklappe 121 versehen
sein, um die Verbindungsfuge abzuschirmen. Beispielsweise ist in 7 eine
kleine Klappe 122 an der hintersten strebenpositionsartigen
Platte angebracht, um den unteren Abschnitt der Fuge zwischen ihr
und der hintersten triebwerksverkleidungspositionsartigen Platte
abzudecken.
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Die
oben beschriebenen Platten können
aus irgendeinem einer Anzahl von bekannten Materialien gebildet
sein. Beispielsmaterialien umfassen: Stahl, Titan, Keramiken, Verbundstoffe,
etc. Wichtige bei der Auswahl eines Materials zu betrachtenden Gesichtspunkte
umfassen maximale und durchschnittliche Betriebstemperaturen, Vibrationsumgebung, strukturelle
Fähigkeiten,
Möglichkeit
der Plattenbeschädigung
während
der Installation, Einfachheit und Kosten beim Ersetzen einer Komponente,
erforderliche Länge
der Komponentenlebensdauer, Abriebeigenschaften und so weiter. Eine
bevorzugte Ausgestaltungspraxis ist es, dasselbe Material für die an der
Düse befestigten
Platten zu benutzen, wie es für die
Düse selbst
benutzt ist. Dies stellt angepasste Wärmeausdehnungseigenschaften
zwischen den an der Düse
angebrachten Platten und dem Düsenkörper sicher,
um keine thermischen Beanspruchungen in die Platten oder die Düse zu induzieren.
Die an Streben und Triebwerksverkleidungen angebrachten Platten
sollten bevorzugt feuerfest, einfach herzustellen, haltbar und reparierbar
sein.
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Bei
dem Antriebssystem der 3–11 geht
eine geringe Menge Luft (als Pfeil 47 in 9 bezeichnet)
zwischen der inneren Hülle
und dem Äußeren des
Generators 20 hindurch. Die Luft 47 wird durch
einen ringförmigen
Zwischenraum 48, welcher durch den Raum zwischen der Düsenverkleidung 46 und
der Stützstruktur 26 und/oder
Außenstrukturen 24 gebildet
wird, stromabwärts
ventiliert. Während der
Benutzung bewegt sich die Luft kontinuierlich von dem Generatorgebiet
mit relativ hohem Druck nach hinten in das Düsenverkleidungsgebiet mit relativ niedrigem
Druck. Wenn ein Feuer in dem Generator auftreten würde, würden sich
die Flammen natürlicherweise
von dem Hochdruckgebiet durch den Zwischenraum zu dem Tiefdruckgebiet
hin ausbreiten.
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Es
ist wichtig für
die vorliegende Erfindung, einen Druckausgleichsmechanismus zu beinhalten, um
es dem Druck hinter dem Dichtungsgebiet 62 zu ermöglichen,
sich dem Druck vor dem Dichtungsgebiet 62 anzugleichen
oder zumindest anzunähern. Für manche
Gasturbinenantriebssysteme kann diese Drucksteuerungsfähigkeit
kritisch für
die richtige Funktionsweise der Labyrinthfeuerdichtung 52 sein. Dies
liegt daran, dass der relative Druckunterschied vor und hinter der
Feuerdichtung groß genug
sein kann, um tatsächlich
Luft von dem Feuerzonenabteil durch den ringförmigen Zwischenraum 48 zu „ziehen". Wenn Flammen an
dem Zwischenraum vorliegen, stellen sie eine Feuerbedrohung für die umgebenden
Strukturen dar.
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Der
Druckausgleichsmechanismus hilft dabei, ein niedriges Verhältnis des
Drucks vor der Dichtung zum Druck hinter der Dichtung sicherzustellen. Ein
maximales bevorzugtes Druckverhältnis
zum effektiven Betrieb der Dichtung 52 hängt teilweise
von der Größe des Zwischenraums 90 zwischen
den verschiedenen Platten und dem Überlapp 88 der Platten ab.
Repräsentative
Druckverhältniswerte
umfassen zwischen etwa 2,0 zu 1,0 (d.h. vorderer zu hinterer Druck).
Da die Labyrinthfeuerbarriere richtig funktionieren muss, auch wenn
das Triebwerk kalt (und der Zwischenraum 90 potentiell
groß)
ist, ist es bevorzugt, dass das Druckverhältnis zwischen den vorderen
und hinteren Seiten klein gehalten wird, zum Beispiel weniger als
etwa 1,5.
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Eine
Möglichkeit,
einen Druckausgleichmechanismus zu realisieren, ist es, einen offenen Durchgangsweg
zwischen den Gebieten auf den Seiten und hinter der Labyrinthdichtung 52 zu
halten. Dies kann erreicht werden, indem einfach die Entfernung
begrenzt wird, welche sich die aufrechten Endplatten 112 nach
hinten erstrecken dürfen.
Beispielsweise ist in 11 die Länge der aufrechten Endplatten
und Triebwerksverkleidungsendplatten länger als die vorhergesehene
Flammenausbreitungslänge, aber
kurz genug, um einen Luftstrom zwischen den Gebieten vor und hinter
der Dichtung zu ermöglichen, um
das Druckverhältnis über die
Dichtung zu minimieren. Wie durch einen doppelköpfigen Pfeil 132 der 11 gezeigt,
kann Luft einfach von dem Seitengebiet zu dem hinteren Gebiet strömen. Auf
diese Weise wird sich Druck natürlicherweise,
durch relativ freies Strömen
um die Dichtung ausgleichen, ohne zusätzliche Vorrichtungskomponenten
und ohne jegliche bewegliche Teile.
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Kolbenfeuerdichtungen 104 können für jede Triebwerksverkleidung
wo angemessen bereitgestellt sein, um Feuer daran zu hindern, von
zwischen den Triebwerksverkleidungen und der Stützstruktur radial nach außen zu entkommen.
Bezug nehmend auf 7 und 8 ist eine
Kolbenfeuerdichtung 104 bei einem oberen Triebwerksverkleidungsgebiet installiert,
gerade unterhalb der Triebwerksverkleidungsscharnierlinie. Jeder
Kolben erstreckt sich an einem Ende 125 von einer vorderen
Kante einer Schubumkehrverkleidung, wobei das gegenüberliegende
Kolbenende 127 an einer zwischen den Verbindungsplattenpaaren
angeordneten Kolbendichtungsendplatte 123 endet. Die Kolbendichtungen verschließen die
oberen und oberen vorderen Kanten der Kernfeuerzone. Eine beispielhafte
Kolbendichtung weist einen Durchmesser von 1,5 Zoll oder größer auf
und ist aus herkömmlichen
Materialien gefertigt, zum Beispiel Gummi/Glasfasern bedeckt mit NextelTM-Gewebe. Die Kolbendichtungsendplatte verhindert
direkten Flammenkontakt an der Kolbenfeuerdichtung. Die Kolbenfeuerdichtungen
sind nicht erforderlich, wenn es keine radialen Durchgänge gibt,
durch welche Flammen hindurchgehen können. Andere herkömmliche
Kolbenfeuerdichtungen können
ebenso wie andere kleinere Feuerdichtungen an den speziellen Spalten
einer bestimmten Leistungserzeugungsinstallation benutzt werden.
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Bezug
nehmend auf 9 wird die düsenpositionsartige Platte 84 vor
der Installation des Triebwerks an der Stützstruktur an dem Düsenkörper angebracht.
In gleicher Weise werden die erste und zweite triebwerksverkleidungspositionsartigen
Platte und die strebenpositionsartige Platte an ihren jeweiligen
Strukturen vor der Installation des Triebwerks angebracht. In der
Anordnung von 9 werden das Triebwerk und die
Düse zu
der Strebe hin gebracht, um die hintere Befestigung mit dem Abscherstift 94 zu
verbinden. Die oberen und unteren Verbindungsplattenreihen werden
gleichzeitig aufeinander zu bewegt. Den Platten wird es nicht gestattet,
sich zu berühren
oder einander zu stören,
da sonst eine Beschädigung
der Platten auftreten kann. Um das Triebwerk zu entfernen, wird
der Abscherstift gelöst und
das Triebwerk und die Düse
werden vorsichtig abgesenkt, wodurch die oberen und unteren Plattenreihen
getrennt werden.
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Während das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung hier dargestellt und beschrieben wurde,
ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel
begrenzt. Die ersuchten Rechte sind durch die folgenden Ansprüche definiert.
Die wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist diese Vielzahl
von Ecken und Biegungen in alle Richtungen, welche vorgestellt werden und
durch welche Flammen nur schwerlich hindurchgehen.