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Diese
Erfindung betrifft ein Dichtungsbauteil, und insbesondere eine längliche
Dichtung in Form eines Streifenbauteils zum Abdichten eines Spalts
zwischen benachbarten länglichen
Strukturen.
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Die
Ausführungsform
der Erfindung, die nachstehend beschrieben wird, wurde als Lösung eines
Problems der Bereitstellung einer Dichtung zwischen Strahlrohrauskleidungssegmenten
eines Nachbrenner-Gasturbinen-Schubtriebwerks entwickelt. Jedoch
kann die Erfindung auch in irgendeiner Situation brauchbar sein,
wo eine Dichtung zum Abdichten eines länglichen Spalts zwischen benachbarten
Strukturen benötigt
wird, die einem gewissen Maß an
begrenzter Relativbewegung ausgesetzt sind.
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Dichtungen
wie beispielsweise solche, die im Patent der Vereinigten Staaten
US 4 537 024 beschrieben
sind, stellen eine Abdichtung zwischen benachbarten Strukturen her.
Eine der Nachteile dieser Dichtungsanordnung ist die Schwierigkeit
der Herstellung wegen der spröden
Natur des Dichtungsmaterials. Des weiteren sind die in der
US 4 537 024 dargestellten
Dichtungen insoweit symmetrisch in ihrem Verhalten, als sie zur
Verhinderung des Eintretens von Kühlgas in einen Heißgasbereich
ebenso wirksam sind wie für
die Verhinderung des Eintritts von Heißgas in einen Kaltgasbereich.
Da jedoch das Auslecken aus einem Heißgasbereich in einen Bereich kühleren Gases
eine Triebwerkskonstruktion beschädigen kann, ist es von Vorteil,
eine Dichtung zu haben, die eine verbesserte Dichtfähigkeit
hat, wenn der Druck des Heißgasbereichs
den Druck des Bereich kühleren
Gases übersteigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine längliche
Dichtung in Form eines Streifenelements vorgesehen, die dadurch
gekennzeichnet ist, dass das Streifenelement mit zwei längsweise
verlaufenden Faltungen versehen ist, welche das Streifenelement
in einen Mittelabschnitt und zwei Randbereiche unterteilen, und
mit zwei weiteren Faltungen versehen ist, welche längsverlaufende
Kantenteile an jedem der beiden Randbereiche bilden, wobei die Faltungen,
welche den Mittelabschnitt und die Randbereiche bilden, in einer
zu den Faltungen, welche die längsverlaufenden
Kantenteile bilden, verschiedenen Richtung gefaltet sind, und der
Mittelabschnitt und die Randbereiche eine längsweise verlaufende Wellung
ausreichender Flexibilität
bilden, so dass im Gebrauch der gewellte Abschnitt als elas tischer
Abschnitt wirkt, der ein gewisses Maß an begrenzter Relativbewegung
zwischen den längsverlaufenden Kantenteilen
ermöglicht.
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Die
Erfindung wird nunmehr mit beispielsweise Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mehr
im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:
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1 eine
Einzelheit einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellung
von zwei benachbarten Strahlrohrauskleidungssegmenten und der Zwischensegmentdichtung
unter kalten Bedingungen, und
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2 eine ähnliche
Darstellung der Anordnung nach 1 unter typischen
Betriebsbedingungen, unter welchen die benachbarten Segmente gegeneinander
versetzt sind.
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Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, die ähnliche
Darstellungen der benachbarten Ränder
zweier benachbarter Nachbrennersegmente, ihrer einstückigen Stützkonstruktionen
und einer Zwischensegmentdichtung unter verschiedenen Bedingungen
zeigen, so dass zwischen den Darstellungen der 1 und
der 2 die beiden Segmente relativ zueinander versetzt
sind. Aus Gründen
der Klarheit in den Zeichnungen sind diese auf Darstellungen nur
des unmittelbar interessierenden Bereichs beschränkt. Das Strahlrohr und weitere
Auskleidungssegmente, die lediglich Wiederholungen der dargestellten
Ansicht sein würden,
sind weggelassen.
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Kurz
zusammengefasst, der Hintergrund der Erfindung betrifft die Bauart
eines Gasturbinenschubsystems, das mit einem Bypass-Kerntriebwerk
arbeitet, in welchem der kalte Bypass-Luftstrom und der heiße Turbinenabgasstrom
im Abgasstrahlrohr weitgehend über
mindestens einen Teil von dessen Länge getrennt sind. Ein Grund
hierfür,
obwohl dies für die
Erfindung nicht von unmittelbarer Relevanz ist, ist die Bereitstellung
einer Kühlluftströmung für eine abschließende Abgasdüse. Herkömmlicherweise
werden diese heißen
und kalten Strömungen
durch eine mechanische Sperre in Gestalt einer Auskleidung voneinander
getrennt, die konzentrisch innerhalb des Strahlrohrs mittels einer
Tragkonstruktion montiert ist, die an der Innenseite des Strahlrohrgehäuses befestigt
ist. In Abhängigkeit von
Betriebsübergangsbedingungen
existiert zwischen den beiden Strömungen eine wesentliche und
gelegentlich schwankende Druckdifferenz, die hohe Belastungen und
Laständerungen
an der Auskleidung erzeugen. Die mechanische Konstruktion der Tragkonstruktion
zur Aufnahme dieser Lasten und auch der auftretenden wesentlichen
unterschiedlichen Wärmedehnungsbewegungen
ist nicht von unmittelbarem Belang. Für die Zwecke dieser Beschreibung
kann die Strahlrohrauskleidung als Mehrzahl längsverlaufender Platten zusammengefasst
werden, die in einer umfangsmäßigen Anordnung
um das Innere eines Strahlrohrs herum angeordnet und mittels einer
Mehrzahl von Halterungen einzeln aufgehängt sind. Zwischen benachbarten
Rändern
der benachbarten Auskleidungsplatten sind Längsspalte vorhanden, die abgedichtet
werden müssen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Dichtung bereit, welche den
Dichtungsanforderungen entspricht und in der Lage ist, den Druckbelastungen und
strukturellen Bewegungen ohne Beeinträchtigung der Dichtungsintegrität standzuhalten.
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Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen: benachbarte Teile von
zwei benachbarten Strahlrohrauskleidungsplatten sind bei 2, 4 angedeutet,
zusammen mit Teilen ihrer Tragkonstruktionen bei 6 bzw. 8.
Nur die benachbarten Teile der Platten und Tragkonstruktionen sind
dargestellt, damit die Zeichnungen der Klarheit halber maßstäblich sein können. Im
wesentlichen bestehen die Platten und Tragkonstruktionen aus Blechmaterialien,
die vorzugsweise aus einer Nickellegierung bestehen, wobei jedoch
Alternativen nicht ausgeschlossen sind, und die in die erforderlichen
Formen gebogen sind. Die Platten 2, 4 sind mit
ihren Tragkonstruktionen 6, 8 verbunden oder einstückig ausgebildet
dargestellt, aber dies muß nicht
der Fall sein, und die Platten könnten
lösbar
montiert sein. Die benachbarten Ränder der Platten 2, 4 sind
aufwärts
gebogen, etwa um einen rechten Winkel, und bilden einander zugewandte
Seitenflächen 10 bzw. 12,
die durch einen Spalt 14 voneinander getrennt sind, der
sich über
die ganze Länge
der Platten 2, 4 erstreckt. Obwohl die Auskleidungsplatten
alle nominell identisch sind, sind sie individuell montiert und
zusammengesetzt und daher unvermeidlich gegenseitigen Fehlfluchtungen, differentieller
Dehnung, Verzug usw. ausgesetzt. Daher ist der Spalt 14 zwischen
benachbarten Platten nicht notwendigerweise parallel beim Zusammenbau noch
bleibt er sicher konstant. Beispielsweise zeigt 2 einen
radialen Versatz, der typischerweise unter Betriebsbedingungen auftritt.
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Eine
Zwischenplattendichtung ist allgemein mit 16 bezeichnet
und ist gegenüber
solchen Fluchtungsfehlern und wechselnden Ausrichtungen ohne schädliche Wirkung
auf die Dichtungsfunktion tolerant. Die Dichtung 16 besteht
aus einem Materialstreifen, vorzugsweise aus Metall, z.B. einer
Nickellegierung wie die Auskleidungsplatten 2, 4,
der zur Bildung zweier längsverlaufender
Randbereiche 18, 20 beiderseits eines länglichen
elastischen Mittelabschnitts 22 gefaltet ist. Die gegenüberliegenden
Ränder 18, 20 der
Dichtung wirken mit gegenüberliegenden
Schlitzen 24, 26 der benachbarten Tragkonstruktionen 6, 8 zusammen.
Diese Schlitze sind auf einer Schulter 28 jeder Tragkonstruktion
durch ein daran befestigtes zusätzliches
Teil gebildet. Die Schulter 28 ist entlang der Länge der
Platte gebildet und erstreckt sind in Umfangsrichtung im wesentlichen
unter rechten Winkeln von einem angrenzenden Teil 29 der Tragkonstruktion.
Eine Platte 30 ist so umgebogen, dass sie zwei Abschnitte 32, 34 unter
etwa einem rechten Winkel umfasst. Sie ist mit einem Abschnitt 32 am
radialen Abschnitt 29 der Tragkonstruktion in einer solchen
Position befestigt, dass der orthogonale Abschnitt 34 parallel
und beabstandet zur Schulter 28 verläuft. Die Abschnitte 28, 34 zwischen
ihnen bilden den länglichen
Dichtungsaufnahmeschlitz 24. In ähnlicher Weise ist eine weitere
Platte 36 umgebogen, um zwei Abschnitte 38, 40 zu
bilden, und an einem radialen Abschnitt 42 der Tragkonstruktion 8 mit Abstand
von einer Schulter 44 zur Bildung des Aufnahmeschlitzes 26 befestigt.
Daher sind die einander zugewandten Schultern der benachbarten Tragkonstruktionen
miteinander zugewandten Schlitzen ausgebildet, und diese Anordnung
wiederholt sich um die umfangsmäßige Anordnung.
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Das
Dichtungsteil, wie zuvor erwähnt,
besteht grundsätzlich
aus länglichen
Randbereichen 18, 20 beiderseits eines elastischen
Mittelabschnitts 22. Um ein gewisses Maß an begrenzter Relativbewegung
zwischen den Randbereichen zu ermöglichen, ist der elastische
Mittelabschnitt in Gestalt einer längsverlaufenden Wellung für die erforderliche Flexibilität ausgebildet.
Die Randbereiche 18, 20 wirken mit den beiden
benachbarten Tragkonstruktionen 6, 8 dadurch zusammen,
dass die Bereiche 18, 20 in die Schlitze 24, 26 eingreifen.
Weitere Einzelheiten hiervon werden unten noch zusammen mit der Art
und Weise erörtert,
in welcher die Dichtung erreicht und aufrechterhalten wird. Der
Mittelabschnitt 22 muß eine
Anzahl von Funktionen wahrnehmen, die möglicherweise in Konflikt miteinan der
stehen: er muß die
oben erwähnte
begrenzte Relativbewegung der Auskleidungstragkonstruktion zulassen
und Druckdifferenzen und- Schwankungen standhalten, und das alles
bei Aufrechterhaltung der Integrität der Abdichtung.
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Der
gewählte
Mittelabschnitt der Dichtung ist in dem Streifenbauteil durch mehrere
längsverlaufende
Faltungen 46, 48, 50, 52 gebildet,
die in Kombination miteinander den gewählten Teil der bevorzugten Ausführungsform
in Gestalt eines gefalteten Abschnitts ergibt. Die Faltungen sind
parallel hergestellt, und die Richtungen der Faltungen wirken miteinander
zusammen, um eine allgemein als Kastenfalzung bekannte Faltung zu
bilden. Der Mittelabschnitt 22 des Streifens ist durch
Faltungen 46, 48 von im wesentlichen 180° flankiert,
deren beide Ränder 56, 58 zur
Mitte des Streifens hin gerichtet sind. Diese Ränder sind dann bei 50, 52 wieder
um nahezu 180° auswärts gefaltet,
um die Randbereiche 18, 20 gelenkig zu machen.
Die Paare gegenüberliegender Falzlinien 46, 50 und 48, 52,
welche die Randbereiche 18, 20 mit dem Mittelabschnitt
verbinden, bringen genügend
Elastizität,
um radialen Versatz und Fluchtungsfehler und Kombinationen hiervon
eines Bauteils relativ zum benachbarten Bauteil aufzunehmen. Die
breite der Randbereiche 18, 20 und der Zwischenrandabschnitte 56, 58 sind
jeweils etwa gleich der Hälfte
der Gesamtbreite der Dichtung.
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Die
Randbereiche 18, 20 bilden eine Dichtung längs mehrfacher
Kontaktlinien mit den Oberflächen
des Inneren der aufnehmenden Schlitze 24, 26. Die
Winkel der Faltungen 50, 52 insbesondere, aber sämtlicher
Falzlinien sind so gewählt,
dass die Randbereiche 18, 20 nicht koplanar sind,
sondern einen eingeschlossenen Winkel von geringfügig weniger als
180° umfassen.
Als Ergebnis hat jeder Randbereich 18, 20 zwei
Dichtungskontaktlinien. Mit Bezug auf die linke Flanke der Dichtungen
in den Zeichnungen wird eine erste Dichtungslinie entlang einer
Berührungslinie 60 zwischen
der Lippe des Randbereichs 18 und der Oberfläche der
Schulter 28 hergestellt. Eine zweite Dichtungslinie wird
entlang einer Berührungslinie 62 zwischen
der Lippe der Ebene 34 und der Oberfläche des Dichtungsrandbereichs 18 hergestellt.
In ähnlicher
Weise werden an der rechten Flanke der dargestellten Dichtung zwei
weitere Linien der Dichtungsberührung
bei 64, 66 zwischen dem Dichtungsrandbereich 20 und
der Schulter 44 bzw. der Platte 38 hergestellt.
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Daher
enthält
ein möglicher
Gaspfad an beiden Flanken der Dichtung zwei Linien der Dichtungsberührung, und
diese werden unabhängig
von der Disposition der benachbarten Strukturen innerhalb der Auslegungsbewegungsgrenzen
aufrechterhalten. Der Randbereich 18, 20 der Dichtung
bleibt relativ zu den Strukturen statisch, und alle Relativbewegungen
usw. werden durch den gewellten Abschnitt aufgenommen, der diese
verbindet, also durch Relativbewegung der Zwischenabschnitte 56, 58 und
des Mittelabschnitts 22 an den sie verbindenden Falzlinien.
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Die
inneren Ränder
der Randbereich 18, 20, die durch die längsverlaufenden
Faltungen 50, 52 gebildet sind, sind durch einen
Spielspalt 53 beabstandet, wodurch eine Öffnung in
das Innere der gewellten oder gefalzten Abschnitte der Dichtung
gebildet ist. Bei gegebener Relativbewegung der beiden Seiten der
Dichtung im Betrieb bleibt dieser Spalt 53 nicht statisch
oder konstant. Jedoch verhindert der gewellte Abschnitt der Dichtung,
dass heißes
Gas durch den Spalt in den relativ kühleren umgebenden Kanal austreten
kann.