SE468063B - Taetningssegment till flygplansgasturbinmotormunstycke - Google Patents

Description

468 065 2 triska konvergerande och divergerande munstycken eller dysor har alltid givit upphov till intressanta problem och varit en utmaning för konstruktörer av gasturbinmotormunstycken, vilket framgår av många befintliga registrerade mönster, arrangemang och beviljade patent till några av vilka här hänvisas.

Konventionella munstycken eller dysor, inkluderande sådana med variabla hals- och utloppsareor, använder munstycksklaffar och tätningar till sådana som generellt samtidigt svänger samma vinkel eller förändrar sitt läge respektive en centrumlinje till motorn, så att det icke förekommer periferiell variation av deras respektive lägen eller svängningsvinklar relativt motorns eller munstyckets centrumlinje. Det axelsymmetriska vektoriellt inställbara munstycket tillför en ny dimension till ett redan svårt problem, nämligen hur en tätning skall åstad- kommas mellan två ytor, vilkas orientering eller läge konstant förändras. Föreliggande uppfinning är inriktad på förekommande tätningsproblem hos en tätning mellan klaffar som åstadkommer tätning mellan två intilliggande divergerande klaffar som bringas att svänga olika vinklar från varandra och med avseende på en centrumlinje till motorn. Varje klaff kan svängas i en konisk rörelse relativt den konvergerande klaffen eller annat munstyckselement vid vilket den är anbragt. Ett annat sätt att beskriva problemet är att det förekommer en periferiell varia- tion med avseende på munstycksklaffens lägen relativt en motors eller ett munstyckes centrumlinje.

Såsom fallet är vid alla förekommande munstycks- och gasturbin- motorsystem är det önskvärt att de har liten vikt, är enkla och relativt billiga att tillverka, underhålla och reparera och är motståndskraftiga mot hög temperatur och höga påkänningar.

US,A,3.095.695 (Gaubatz) beskriver ett konvergerande/diverge- rande jet-munstycke försett med en tätning som emellertid saknar ett flertal tätningssegment.

Ett huvudändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förbättrat tätningssegment av angivet slag. s 468 065 Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett tät- ningssegment av angivet slag som medgiver förbättrad tätning mellan de divergerande klaffarna till ett axelsymmetriskt, riktbart avgasmunstycke till en gasturbinmotor. _Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett tätningssegment av angivet slag som medger tätning mellan divergerande klaffar till en gasturbinmotors axelsymmetriska, riktbart inställbara avgasmunstycke, varvid intilliggande klaffar bringas att utföra vridning olika vinklar eller till olika lägen relativt munstyckets centrumlinje under inställ- ningsoperationer.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett tät- ningssegment som medger tätning mellan de divergerande klaffar som upprätthåller axiell och periferiell tätning under förekom- mande periferiella variationer med avseende på förekommande munstycksklafflägen relativt munstyckets centrumlinje.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett tätningssegment av angivet slag som har liten vikt och är lätt att tillverka och reparera.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett tät- ningssegment som förenklar reparation och underhåll av tätning och munstycke.

Dessa ändamål uppfylles av ett tätningssegment som uppvisar i krav 1 angivna kännetecken.

En divergerande tätning kan innefatta en central axel eller "ryggrad" som företrädesvis är ihålig och som har något ellip- tiskt tvärsnitt samt vid sin främre ände är ett organ för att utmed en bana ansluta den centrala axeln till en konvergerande tätning i form av ett stationärt element till munstycket. Ett antal tätningssegment är axiellt anordnade utmed den centrala axeln och inkluderar monteringsorgan för att anbringa segmentet vid den centrala axeln på så sätt, att då munstycket arbetar 468 063 4 befinner sig intilliggande segment i överlappande tätande in- grepp. De i längdriktningen förlöpande tätningssektionerna har inre och yttre mot varandra riktade ytor, varvid de inre ytorna är utformade såsom riktade mot munstyckets avgasflöde, varjämte en fläns, anbragt vid tätningssektionen, inkluderar ett monte- ringsorgan som innefattar ett klöverbladformat hål för att hålla tätningssegmentet på ett sätt som gör det möjligt att vrida segmentet omkring den centrala axeln.

Ett mer speciellt utförande av en sådan tätning inkluderar tät- ningssegment vid vilka tätningssektionen är krökt utåt i den riktning mot vilken ytterytan är vänd. Segmenten är krökta eller utåtböjda mot munstyckets centrumlinje och det förekommer en variation med avseende på deras krökning utmed den centrala axeln, varvid segmenten vid den bakre änden har största och segmenten längst fram har lägsta grad av krökning.

Pâ de ritningar som nedan skall beskrivas visas den föredragna utföringsformen. Emellertid kan olika modifikationer och alter- nativa konstruktioner utföras utan att uppfinningens grundtanke frångås.

Kortfattad redogörelse för ritningarna Fig. 1 är en perspektivvy av en kring en axel symmetrisk avgas- munstyckssektion med vektoriellt variabel dragkraft CX J C) OX (J~l jämte tätningsorgan till en gasturbinmotor enligt före- liggande uppfinning.

Fig. 2 är en perspektivvy av den divergerande tätningen en- ligt uppfinningen. _Fig. 3 är en planvy sedd vid sidan av tätningen riktad bort från munstyckets avgasflöde till den mellan intill- liggande klaffar utformade tätningen enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 4 är ett tvärsnitt genom tätningen i fig. 2 utmed dess axiella centrumlinje.

Fig. 5 är ett tvärsnitt genom tätningen i fig. 2 bakifrån i riktning framåt, taget vid ett relativt högt uppströms beläget ställe av tätningen och angivande relativt liten böjning av ett tätningssegment.

Fig. 6 är ett tvärsnitt genom tätningen i fig. 2 bakifrån i riktning framåt och taget vid ett relativt långt nedströms beläget ställe av tätningen samt utvisande relativt stor böjning av ett tätningssegment mot tätningens bakre ände.

Fig. 7 är en bakre ändvy sedd i riktning framåt av tätningen i fig. 2.

Fig. 8 är ett tvärsnitt av tätningen enligt fig. 2 bakifrån i riktning framåt och taget genom en fläns till ett tät- ningssegment.

Fig. 9 är en sprängvy av tvärsnittsvyn av tätningen enligt fig. 4.

Fig. 10 är en vy bakifrån i riktning framåt av fig. 1 ut- visande avgasmunstycket vid OO avböjning eller vektorinställ- ningsvinkel. 468 063 Fig. 11 är en vy bakifrån i riktning framåt av fig. 1 ut- visande avgasmunstycket vid en såsom exempel given negativ avböjnings- eller vektorinställningsvinkel.

Beskrivning av föredragen utföringsform I fig. 1 visas ett kring en axel symmetriskt vektorinställ- ningsmunstycke till en gasturbinmotor, allmänt betecknat med 10 innefattande ett hölje 12 och i strömningsriktningen den ena efter den andra en konvergerande sektion 18, en hals 24 och en divergerande sektion 26 i enlighet med den föredragna utföringsformen av det munstycke som beskrives i ovannämnda patentansökning nr 8904173-5 (uppfinnare Thomas P. Hauer m.fl.). Föreliggande uppfinning visas gene- rellt såsom en divergerande tätning 30 som är periferiellt anordnad mellan divergerande klaffar 28 som är periferiellt anordnade omkring munstyckets symmetriaxel eller centrum- linje 8. De divergerande klaffarna 28 är styrda för att begränsa avgasernas strömningsväg genom munstycket och riktningen av avgasflödet 40. Yttre klaffar 16 bildar en aerodynamisk huv eller beklädnad omkring munstyckets 10 kon- vergerande och divergerande sektioner. Kring en axel symme- triska munstyckens arbetssätt innefattar vanligen öppning och förslutning av munstyckets A9 utströmningsarea eller halsarean A8 eller båda. I ettdera fallet har munstycks- konfigurationen förblivit axelsymmetrisk, och läget av varje divergerande klaff 28 relativt varje annan divergerande mun- stycksklaff har generellt förblivit densamma. Vid den före- dragna utföringsformen av uppfinningen är en divergerande tätning 30 inrättad att uppta organ för att inställa motorns dragkraft genom att svänga de olika divergerande klaffarna 28 till olika vinklar från deras axelsymmetriska lägen. De divergerande klaffarna svänges i radiell riktning R rela- tivt det axelsymmetriska munstyckets centrumlinje 8 och i tangentiell riktning T (tydligare visat i fig. 10 och 11).

Ett annat sätt att se på vektorinställningsoperationen är att genom att utforma en asyrrmetrisk divergerandemaffstgfckssektion- 26 svänges eller vrides periferiellt intilliggande divergerande L» CN m) C) ON O I klaffar till lägen som skiljer sig från intilliggande klaffars_lägen.

Med hänvisning till fig. 2, 3, 4 och 9 inkluderar en divergerande tätning 30 en central axel eller "ryggrad" 50 och ett antal unika tätningssegment 56 som är axiellt anordnade på den centrala axeln. Varje tätningssegment 56 inkluderar en tätningssektion 58 som är fribärande upp- buren från en fläns 60 anbragt vid den centrala axeln 50 på ett sätt så att då motorn arbetar befinner sig intill- liggande tätningssegment i överlappande tätningsingrepp.

Varje tätningssektion 58 till varje tätningssegment 56 är unik utmed den centrala axeln. Skillnaden ligger i tät- ningssektionens krökning eller utböjning. Den största krökningen befinner sig vid tätningens bakre ände såsom tydligt framgår av fig. 2. Detta kan ytterligare studeras genom den gradvisa krökningen av gränsytan mellan flänsen 60 och tätningssektionen 58 till varje successivt tätnings- segment 56 från det främsta till det bakersta. Den plana yta som är visad i fig. 3 förblir väsentligen densamma i vart och ett av segmenten. Denna skillnad har åstadkommits för att uppta de större gapen mellan intilliggande diverge- rande klaffar 28 som förekommer vid munstyckets bakre ände i motsats till den främre änden av munstyckets divergerande sektion. Segmentet 56 är företrädesvis utstansat ur metall- plåt där en varierande dyninställning erfordras för varje segment och medger lämplig konturgivning av varje segment.

Företrädesvis finnes tolv divergerande tätningar 30 i varje munstycke och inbesparingar åstadkommes genom att varje set segment utmed en given tätning är detsamma från tätning till tätning periferiellt omkring munstycket. Flänsens an- bringningsorgan inkluderar ett distanselement 64 mellan flänsar 60 och brickor 66 mellan fläns och distansorgan.

Varje ände av den centrala axeln 50 är försedd med en änd- förslutning i form av en bult 70 på vilken en mutter 62 är gängad och använd för att åtdraga enheten. I fig. 8, till 468 063 vilken figur temporärt hänvisas, visas ett mer detaljerat tvärsnitt av flänsen 60 monterad på den centrala axeln 50.

Flänsen 60 uppvisar ett genomgående klöverformat urtag 72 för att uppta den centrala axeln 50 vilken visas såsom ett ihâligt rör med elliptiskt tvärsnitt.

I fig. 5 och 6 visas ett tätningshållarorgan 80 vilket uppvisar en styrarm 86 och styrorgan 88 som passar i och påverkas i spår, anbragta vid intilliggande divergerande klaffar som icke visas. Ett sådant spår och styrarmsystem innefattar ett tätningshållarsystem som användes för att upprikta tätningarna och intilliggande klaffar på ett sätt som är känt och visat på området. Ett hållarorgan 80 är monterat vid den centrala axeln medelst ett lämpligt organ exempelvis anbragt vid ett distansorgan 64.

Vid användning göres den axelsymmetriska munstyckskonfigu- rationen enligt fig. 10 asymmetrisk såsom visas i fig. 11 genom att divergerande klaffar 28 svänges i radiell och tangentiell riktning såsom anges av pilarna R resp. T. Det i fig. 11 visade exemplet riktar avgasflödet i riktning nedåt för att alstra en dragkraft som är riktad i stignings- planet. Även om klaffarna visas svängda generellt nedåt i riktning kl. 6, så kan lutningens orientering förändras till kl. 9 för att därvid alstra en dragkraft riktad i planet för en gir. Slutligen kan en annan orientering av lutningen alstra en kombination av dragkraft för stigning och girning, vilket är en mycket eftersökt och önskvärd egenskap hos gasturbinmotorer.

Då motorn arbetar trycker avgaserna under högt tryck samt- liga klaffar och tätningar utåt, varvid klaffarna hålles på plats av sina påverkningssystem och tätningarna hålles på plats av tätningshållarorganen 80. De radiellt utåtriktade krafterna till följd av det höga trycket tvingar tätning- arna, som står i överlappande ingrepp med och befinner sig radiellt innanför intilliggande klaffar, till fluidavtätande Ja.

ON OD CD O\ OJ ingrepp. Föreliggande uppfinning håller de divergerande tätningarna och tillhörande tätningssegment och tätnings- sektioner korrekt uppriktade relativt de divergerande klaffarna, då klaffarna svänges på ett sätt för att alstra en asymmetrisk divergerande munstyckssektion för vekto- riell inställning av den alstrade dragkraften. Föreliggande uppfinning minimerar även läckage under vektorinställnings- operationen. Uppfinningen åstadkommer även avtätning mellan klaffarna under mer konventionell svängning av de diverge- rande och konvergerande klaffarna för att variera halsarean och munstyckets avgasarea för att maximera tätning med klaffarna och minimera läckage. Såsom framgår av fig. 2-8 kan varje tätningssegment 56 vridas omkring den centrala axeln 50 för att bättre orientera sig själv eller upprikta dess tätningssegment 56 för att maximera tätningen med intilliggande divergerande klaffar 28. Kraften för att åstadkomma detta alstras av högtrycksavgaserna i munstycket.

Krökningen eller utåtböjningen av tätningssegmentet 56 ökar ytterligare tätningsfunktionen genom att alltid hålla tät- ningssegmentet under spänning tryckt mot de divergerande klaffarna.

Claims (11)

468 063 10 Patentkrav

1. Tätningssegment till flygplansgasturbinmotormun- stycke, vilket tätningssegment (56) är avsett för anbringning på ett i en längdriktning förlöpande bärorgan (50) som uppbär flera sådana segment, kännetecknat av en i längdriktningen förlöpande tätningssektion (58) med inre och yttre motstående ytor, varvid ytterytorna är ut- formade vända mot avgasflödet (40) från munstycket, vilken tätningssektion (58) är fribärande uppburen från en fläns (60) så att, då motorn arbetar, befinner sig intilliggande tätningssegment i överlappande tätningsingrepp, och ett anbringningsorgan (64, 66, 72) för att infästa flänsen (60) till det i längdriktningen förlöpande bärorganet (so).

2. Tätningssegment enligt krav 1, kännetecknat av att anbringningsorganet (64, 66, 72) innefattar organ (72) som medger att segmentet utför vridning omkring en längdaxel.

3. 0 Tätningssegment enligt krav 2, kännetecknat av att anbringningsorganet (64, 66, 72) innefattar ett klöverblad- format hål (72) i flänsen (so) (Pig. s).

4. Tätningssegment enligt krav 1, kännetecknat av att tätningssektionen (58) är sidledes krökt.

5. Tätningssegment enligt krav 4, kännetecknat av att åtminstone en del av tätningssektionen (58) är krökt utåt mot avgasflödet.

6. Tätningssegment enligt krav 5, kännetecknat av att tätningssektionerna (58) har ökande grad av krökning mot respektive tätningssektions bakre ände. °x 'x .LX O\ OO C) OK O! 11

7. Tätningssegment enligt krav 6, kännetecknat av att segmentet (56) är utformat av en enda metallplåt.

8. Tätningssegment enligt något av krav 1-7, känneteck- nat av att det är ett divergerande munstyckstätningssegment.

9. Tätningssegment enligt krav 1, kännetecknat av att anbringningsorganet innefattar ett klöverbladformat hål (72) i flänsen (60), och att det i längdriktningen förlöpande bärorga- net (50) har elliptiskt tvärsnitt.

10. Divergerande tätning till flygplansgasturbinmotormun- stycke innefattande: en ryggradsdel (50), ett antal tätningssegment (56) som är monterade i serie på nämnda ryggradsdel, kännetecknad av g att vart och ett av segmenten innefattar en i längd- riktningen förlöpande tätningssektion (58) med inre och yttre motstående ytor, varvid ytterytorna är utformade vända mot av- gasflödet, en fläns (60) anbragt vid tätningssektionen (58) och ett anbringningsorgan (64, 66, 72) för att anbringa flänsen vid ryggradsdelen (50) så att anbringningsorganet inkluderar ett organ (72) som medger vridning av segmentet omkring ryggrads- delen.

11. ll. Tätning enligt krav 10, kännetecknad av att an- bringningsorganet inkluderar ett klöverbladformat hål (72) 1 flänsen (60) och ryggradsdelen (50) med elliptiskt tvärsnitt.