DE1218219B

DE1218219B - Seal for turbine arranged on the circumference of a blower wheel for lift jet engines

Info

Publication number: DE1218219B
Application number: DEG33596A
Authority: DE
Inventors: Brian Henry Rowe
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1960-12-12
Filing date: 1961-11-15
Publication date: 1966-06-02

Description

Dichtung für am Umfang eines Gebläserades für Hubstrahltriebwerke angeordnete Turbine Die Erfindung betrifft eine Dichtung für am Umfang eines Gebläserades für Hubstrahltriebwerke angeordnete Turbine, der von einem Strahltriebwerk Abgase über einen ringförmigen Leitkranz zugeleitet werden, welcher am Umfang einer öffnung für die Gebläseturbine außerhalb des Strömungsweges der Abgase an Rahmenteilen befestigt ist.Seal for the circumference of a blower wheel for lift jet engines arranged turbine The invention relates to a seal for the circumference of a fan wheel Turbine arranged for reciprocating jet engines, which produces exhaust gases from a jet engine be fed via an annular guide ring, which is on the circumference of an opening for the blower turbine attached to frame parts outside the flow path of the exhaust gases is.

Es ist bei derartigen Hubstrahltriebwerken erforderlich, Dichtungen zwischen dem Leitkranz und den tragenden Rahmenteilen vorzusehen. Unter dem Einfluß der Abgase kann sich der Leitkranz in drei Ebenen ausdehnen, und zwar in der radialen, in der vertikalen und in der tangentialen Ebene.It is necessary for such lift jet engines to have seals to be provided between the guide ring and the load-bearing frame parts. Under the influence the exhaust gas, the guide ring can expand in three planes, namely in the radial, in the vertical and in the tangential plane.

Die Teile des tragenden Rahmens hegen außerhalb des Abgasstromes und sind im Vergleich zum Leitkranz verhältnismäßig kühl. Die Teile des tragenden Rahmens sind außerdem Bestandteile der Tragflächen oder des Rumpfes, und did heißen Abgase dürfen mit diesen Teilen des Flugzeuges nicht in Berührung kommen. Es ist ferner wichtig, daß die Abgase nur durch das Gebläserad hindurchgehen, damit die gesamte Energie der Abgase voll ausgenutzt wird. Ein Ansaugen von kalten Gasen oder Luft in den Ab- gasstrom aus dem zwischen den Rahmenteilen und dem Leitkranz liegenden Zwischenraum verursacht eine Verringerung des Wirkungsgrades des Hubstrahltriebwerkes. Umgekehrt bewirkt ein Ausströmen von Abgasen in diesen Zwischenraum eine Verringerung des Druckes der Abgase.The parts of the supporting frame are outside of the exhaust gas flow and are relatively cool compared to the guide ring. The parts of the supporting frame are also part of the wings or the fuselage, and hot exhaust gases must not come into contact with these parts of the aircraft. It is also important that the exhaust gases only pass through the fan wheel so that all of the energy in the exhaust gases is fully utilized. An intake of cold gases or air into the exhaust gas stream from the lying between the frame parts and the nozzle ring gap causes a reduction in the efficiency of the Hubstrahltriebwerkes. Conversely, an outflow of exhaust gases into this space causes a reduction in the pressure of the exhaust gases.

Es ist bereits eine Abdichtung an einem Flammrohr für eine Brennkammer eines Gasturbinentriebwerkes bekannt. Die Innenwandung des Luftgehäuses weist am hinteren Teil einen konisch geformten Ab- schnitt auf. Am hinteren Rand trägt dieser konisch geformte Abschnitt ein mit einer Nut versehenes Glied. In dieser Nut ist ein Dichtungsring angeordnet. Dieser Dichtungsring wird durch eine leichte Stützfeder beaufschlagt und gelangt in eine abdichtende Berührung mit entsprechenden Bauteilen. Die Anordnung des Dichtungsringes im Tragring erlaubt lediglich eine gegenseitige radiale Verschiebung dieser beiden Teile. Es kann also festgestellt werden> daß eine derartige Dichtung die im vorstehenden aufgeführten Probleme bei Hubstrahltriebwerken nicht löst. Es ist ferner bekannt, bei Turbinen Expansionsringe zwischen einzelnen Elementen vorzusehen. Diese bekannten Expansionsringe sind hantelförmig ausgebildet, und die wulstförmigen Enden dieser Ringe sind in Nuten entsprechender Bauteile eingesetzt, wobei die Kanten dieser Nuten über die Hantelenden übergewalzt sind. Mit dieser Ausbildung ist eine relative radiale Bewegung der Teile zueinander möglich, in die die Hantelenden eingesetzt sind. Eine seitliche Bewegung dieser Teile ist nicht möglich, da die Ränder der Nuten über die Enden des hantelförinigen Expansionsringes umgewalzt sind. Auch diese Dichtung kann die bei Hubstrahltriebwerken auftretenden Dichtungsprobleme nicht lösen.A seal on a flame tube for a combustion chamber of a gas turbine engine is already known. The inner wall of the housing has air at the rear part a conically shaped waste to cut. At the rear edge of this conically shaped section carries a member provided with a groove. A sealing ring is arranged in this groove. This sealing ring is acted upon by a light support spring and comes into sealing contact with the corresponding components. The arrangement of the sealing ring in the support ring only allows a mutual radial displacement of these two parts. It can therefore be stated that such a seal does not solve the problems mentioned above in reciprocating jet engines. It is also known to provide expansion rings between individual elements in turbines. These known expansion rings are dumbbell-shaped, and the bead-shaped ends of these rings are inserted into grooves in corresponding components, the edges of these grooves being rolled over the ends of the dumbbell. With this design, a relative radial movement of the parts to one another is possible in which the dumbbell ends are inserted. A lateral movement of these parts is not possible because the edges of the grooves are rolled over the ends of the dumbbell-shaped expansion ring. This seal, too, cannot solve the sealing problems that occur in reciprocating jet engines.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung zu schaffen, welche es ermöglicht, daß der Leitkranz gegenüber dem Rahmen abgedichtet ist, so daß keine Wirkungsgradverluste auftreten, und daß diese Abdichtung auch bei Bewegun,gen des Leitkranzes aufrechterhalten wird.The present invention is based on the object of a seal to create, which makes it possible that the guide ring sealed against the frame is, so that no losses in efficiency occur, and that this seal also is maintained during movements of the guide ring.

Erfindungsgemäß erstreckt sich ein ununterbrochener Flansch vom Leitkranz in Richtung auf einen Rahmenteil, und an diesem Flansch ist eine Zunge, schwenkbar angeordnet, die sich gleichfalls in Richtung zum Rahmenteil hin erstreckt, und eine nach Zusammenbau ihrer Einzelglieder eine ununterbrochene Dichtung bildende Fassung ist am Rahmenteil befestigt und erstreckt sich von diesem zur Zunge hin und erfaßt diese, Schwenk- und Gleitbewegungen der Zunge zulassend, in abdichtender Weise, und der Flansch, die Zunge und die Fassung liegen im we-, sentlichen in einer gemeinsamen Ebene. Vorteilhafterweise können durch diese Ausbildung der Dichtung die heißen Abgase nicht in Berührung mit irgend-, einem Bauteil des Flugzeuges gelangen, und die Gase werden innerhalb eines vorbestimmten Strömungsweges gehalten, so daß die Gase ihre Gesamtenergie an die Turbine abgeben können. Die erfindungsgemäße Dichtung verhindert, daß kalte Luft in den Gasstrom eintritt, so daß keine Leistungsvern-iinderung sich einstellen kann. Die Dichtung kann als quasi-elastisch bezeichnet werden, da sie dreidimensionale Bewegungen des Leitkranzes ohne weiteres zuläßt.According to the invention, an uninterrupted flange extends from the guide ring in the direction of a frame part, and a tongue is pivotable on this flange arranged, which also extends in the direction of the frame part, and one after assembly of its individual members, a frame that forms an uninterrupted seal is attached to the frame part and extends from this to the tongue and grasped this, allowing pivoting and sliding movements of the tongue, in a sealing manner, and the flange, the tongue and the socket are essentially in a common Level. Advantageously, this design of the seal can be hot Exhaust gases do not come into contact with any component of the aircraft, and the gases are within a predetermined flow path held, so that the gases can give their total energy to the turbine. The inventive Seal prevents cold air from entering the gas flow, so that no reduction in performance can adjust. The seal can be described as quasi-elastic because it allows three-dimensional movements of the guide ring without further ado.

Mit besonderem Vorteil kann der Flansch einen über seine ganze Länge entlang seiner Kante verlaufenden Wulst aufweisen, und die Zunge kann eine Anzahl von einander gegenüberliegenden und aneinander befestigten Platten aufweisen, die derart axial gegeneinander versetzt sind, daß die Fugen zwischen den Platten überdeckt sind, und die Platten können Ausformungen aufweisen, mit denen sie den Wulst schwenkbar erfassen. Es kann vorteilhaft sein, daß die Einzelglieder der Fassung eine Anzahl von einander paarweise gegenüberliegenden Platten sind, wobei die Plattenpaare gegeneinander versetzt sind, so daß die Fugen zwischen den Plattenpaaren überdeckt sind, und die Platten können miteinander entlang einer Kante des Rahmenteils verbunden sein, und die freien Enden jedes Plattenpaares können federnd gegeneinanderdrücken und die Zunge zwischen sich festklemmen. Zur Verbesserung der Ab- dichtung können die Fugen zwischen den die Zunge bildenden Platten und den 'die Fassung bildenden Plattenpaaren gegeneinander versetzt sein.With particular advantage, the flange can have a bead running over its entire length along its edge, and the tongue can have a number of opposing and mutually attached plates which are axially offset from one another in such a way that the joints between the plates are covered, and the plates can have formations with which they grasp the bead in a pivotable manner. It can be advantageous that the individual members of the socket are a number of plates lying opposite one another in pairs, the plate pairs being offset from one another so that the joints between the plate pairs are covered, and the plates can be connected to one another along an edge of the frame part, and the free ends of each pair of plates can resiliently press against one another and clamp the tongue between them. Seal to improve the waste, the joints may be staggered between the tongue forming plates and the 'the socket forming plate pairs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Hubstrahltriebwerk, F i g. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 eine Teilansicht von Einzelteilen der Dich -tung, F i g. 4 eine Teilansicht der Dichtungen des Leitkranzes und Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführung eines Dichtungselementes.Embodiments of the invention are shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows a plan view of a lift jet engine, FIG . 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG . 1, Fig. 3 shows a partial view of individual parts of the seal, FIG . 4 shows a partial view of the seals of the guide ring; and FIG. 5 shows a cross-sectional view of another embodiment of a sealing element.

Es ist ein von einem Strahltriebwerk angetriebenes Hubstrahltriebwerk dargestellt. Die Abgase des Strahltriebwerkes gelangen in einen ringförmigen Leitkranz 10, der am Umfang der Gebläseturbine liegt. Der Leitkranz kann derart ausgebildet sein, daß dieser das Hubstrahltriebwerk nur teilweise umschließt und in der Draufsicht eine U-förmige Gestalt hat. Der Leitkranz wird an einem Festpunkt 11 und an Stützpunkten längs des Leitkranzes so gehalten, daß eine Ausdehnung möglich ist. Die gestrichelte Linie,12 deutet an, wie sich der Leitkranz während des Betriebes in radialer und in tangentialer Richtung ausdehnen kann. Zusätzlich kann noch eine Ausdehnung in senkrechter Richtung erfolgen. Das Hubstrahltriebwerk wird durch angrenzende Rahmenteile 13 und 14 bzw. durch nicht dargestellte Bauteile gehalten.A lift jet engine driven by a jet engine is shown. The exhaust gases from the jet engine reach an annular guide ring 10, which is located on the circumference of the fan turbine. The guide ring can be designed in such a way that it only partially encloses the lift jet engine and has a U-shaped shape in plan view. The guide ring is held at a fixed point 11 and at support points along the guide ring so that expansion is possible. The dashed line 12 indicates how the guide ring can expand in the radial and in the tangential direction during operation. In addition, an expansion can take place in the vertical direction. The lift jet engine is held by adjoining frame parts 13 and 14 or by components that are not shown.

Zum Antrieb des Hubtriebwerkes leitet der Leitkranz 10 die Abgase durch eine Leitdüse 16. Das Gebläserad 15 wird von Turbinenschaufeln 17 angetrieben, die am Umfang des Gebläserades 15 befestigt sind.To drive the lifting mechanism, the guide ring 10 guides the exhaust gases through a guide nozzle 16. The fan wheel 15 is driven by turbine blades 17 which are attached to the circumference of the fan wheel 15.

Die Abgase, die aus dem Leitkranz 10 durch die Leitdüsen 16 austreten, treiben die Turbinenschaufeln 17 an, die das Gebläserad 15 antreiben. Der Leitkranz 10 kann sich, wie F i g. 2 zeigt, durch die Wärmeausdehnung in allen Richtungen bewegen, und die Rahmenteile 13 und 14 liegen außerhalb des Abgasstromes und können ihre Lage unverändert beibehalten. Es ist außerordentlich wichtig, daß keine Leckstellen oder undichte Stellen zwischen den Rahmenteilen und dem Leitkranz 10 vorhanden sind. Ein Eindringen der zwischen den Rahmenteilen 13 und 14 und dem Leitkranz 10 vorhandenen Luft in den Zwischenraum zwischen den Turbinenschaufeln 17 und den Leitdüsen 16 hat eine Verringerung des Wirkungsgrades des Hubstrahltriebwerkes zur Folge. Dieses Einströmen könnte durch die Saugwirkuno, C der durch den Leitkranz 10 und die Schaufeln 17 nach unten strömenden Abgasmenge entstehen. In verschiedenen Betriebsphasen des Hubstrahltriebwerkes kann der Druck in der Nähe der Schaufeln 17 höher s'ein' -als - der U_m«'g- e'b- üh gs dr-u c k--,- so d aß die Ab - - gase durch die Zwischenräume austreten könnten.The exhaust gases that emerge from the guide ring 10 through the guide nozzles 16 drive the turbine blades 17 , which drive the fan wheel 15 . The guide ring 10 can, as shown in FIG. 2 shows, move through the thermal expansion in all directions, and the frame parts 13 and 14 are outside the exhaust gas flow and can maintain their position unchanged. It is extremely important that there are no leaks or leaks between the frame parts and the guide ring 10 . Penetration of the air present between the frame parts 13 and 14 and the guide ring 10 into the space between the turbine blades 17 and the guide nozzles 16 results in a reduction in the efficiency of the lift jet engine. This could be done by flowing Saugwirkuno, C of the blades 17 are formed by the nozzle ring 10 and, after flowing down the exhaust gas amount. In various operating phases of the lift jet engine, the pressure in the vicinity of the blades 17 can be higher than - the U_m «'g- e'b- üh gs dr-u c k -, - so that the off - - gases could escape through the gaps.

Um diese Zwischenräume wirksam abzudichten und um eine dreidimensionala Bewegung des Leit->liehen, ist es notwendig, eine spekranzes zu ermög zielle Dichtung zu schaffen.. Da die Dichtungen 18, abgesehen von der Größe, zu beiden Seiten des Leitkranzes gleich ausgebildet sind, genügt es, nur eine der Dichtungen zu beschreiben.In order to effectively seal these gaps and to allow a three-dimensional movement of the guide ring, it is necessary to create a spekranzes to allow cial seal .. Since the seals 18, apart from the size, are the same on both sides of the guide ring, is sufficient it to describe only one of the seals.

Wie F i g. 3 zeigt, ist ein ununterbrochener Flansch 19 mit dem Leitkranz 10 verbunden. Der Flansch 19 erstreckt sich vom Leitkranz 10 aus auf den Rahmenteil 14 zu. Der Flansch 19 weist an seiner Außenkante einen Wulst 20 -auf, dessen Durchmesser größer ist als die Dicke des Flansches 19. Am Flansch 19 ist eine Zunge 24 schwenkbar angeordnet, die Platten 21, 22 aufweist, welche aus einem Leich tmetallblech hergestellt sein können. Diese Platten 21, 22 können in tangentialer Richtung gegeneinander axial versetzt sein. Diese Platten 21, 22 sind miteinander, z. B. durch Verschweißen, verbunden und weisen Ausformungen 23 auf, mit denen die Platten 21, 22 den Wulst 20 derart umfassen, daß eine Schwenkverbindung entsteht. Die Zunge 24 erstreckt sich zum Rahmenteil 14 hin.Like F i g. 3 shows, an uninterrupted flange 19 is connected to the nozzle ring 10 . The flange 19 extends from the guide ring 10 towards the frame part 14. The flange 19 has at its outer edge a ridge 20 - whose diameter is greater than the thickness of the flange 19. On the flange 19 a tongue 24 is pivotally arranged, the plates 21, 22 has, which may be made of a Comparative tmetallblech. These plates 21, 22 can be axially offset from one another in the tangential direction. These plates 21, 22 are connected to one another, e.g. B. by welding, connected and have formations 23 with which the plates 21, 22 include the bead 20 such that a pivot connection is formed. The tongue 24 extends towards the frame part 14.

Mit dem am Leitkranz 10 befestigten Dichtungsabschnitt arbeitet eine Fassung 25-29 zusammen, welche am Rahmenteil 14 bei 27 befestigt ist. Die Einzelglieder der Fassung sind paarweise gegenüberliegende Platten 25, 29; 26, 28. Die Plattenpaare sind gegeneinander versetzt, so daß die Fugen 32 zwischen den Plattenpaaren überdeckt sind. Die freien Enden der Platten 25, 26, 28, 29 drücken federnd gegeneinander, und es wird eine zwischen den Platten in Längsrichtung verlaufende Aufnahmeöffnung 30 gebildet, die der Zunge 24 zugekehrt ist. Die Fassung 25-29 kann die Zunge 24 einspannen, so daß eine ununterbrochene Dichtung gebildet wird. A holder 25-29 , which is fastened to the frame part 14 at 27 , works together with the sealing section fastened to the guide ring 10. The individual members of the version are pairs of opposing plates 25, 29; 26, 28. The pairs of plates are offset from one another so that the joints 32 between the pairs of plates are covered. The free ends of the plates 25, 26, 28, 29 press resiliently against one another, and a receiving opening 30 running between the plates in the longitudinal direction is formed which faces the tongue 24. The socket 25-29 can clamp the tongue 24 so that a continuous seal is formed.

Aus der F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Fugen zwischen den Einzelteilen der Dichtung gegeneinander versetzt sind, so daß sich die Fugen nicht überdecken.From FIG. 3 it can be seen that the joints between the individual parts of the seal are offset from one another so that the joints do not overlap.

Wie dargestellt, können die Platten 25, 26 und 28, 29 U-förmig ausgebildet sein, oder es kann nur ein Satz dieser Platten, 25 und 26, U-förmig sein. Die Verwendung U-förmiger Platten 25, 26 und 28, 29 am Rahmenteil 14 ergibt einen rohrförmiggen Bauteil, der parallel zur Zunge 24 verläuft und diese einspannt oder einklemmt.As shown, the plates 25, 26 and 28, 29 can be U-shaped, or just one set of these plates, 25 and 26, can be U-shaped. The use of U-shaped plates 25, 26 and 28, 29 on the frame part 14 results in a tubular component which runs parallel to the tongue 24 and clamps or clamps it.

Die F i g. 5 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform, bei der die Fassung der Dichtung aus U-förnÜgen Platten 25 und 26 und aus im wesentlichen flachen Platten 28 und 29 besteht.The F i g. 5 shows a cross section of an embodiment in which the socket of the seal consists of U-shaped plates 25 and 26 and essentially flat plates 28 and 29.

In F i g. 4 ist dargestellt, wie die am Leitkranz:10 schwenkbar befestigten Platten 22 und 24 einander überlappen. Diese bilden die längs des Leitkranzes verlaufende und sich zum Rahmenteil14 hin erstreckende Zunge. Diese Zunge greift abdichtend in die aus den Platten25, 26 und 28, 29 bestehende Fassung ein. Aus F i g. 4 ist klar ersichtlich, wie die Fugen 31 der Zungenplatten axial gegenüber den Fugen 32 der Fassungsteilplatten verschoben sind, so daß eine glatte Dichtungsoberfläche gebildet wird. Weiter ist zu erkennen, wie die Enden der Zunge 24 sich am Ende des Leitkranzes bei 33 überlappen. Die Fassung 25 ist an dieser Stelle eine Fortsetzung der in den F i g. 3 und 5 dargestellten Fassung.In Fig. 4 shows how the plates 22 and 24, which are pivotally attached to the guide ring 10, overlap one another. These form the tongue running along the guide ring and extending towards the frame part 14. This tongue engages in a sealing manner in the holder consisting of the plates 25, 26 and 28, 29 . From Fig. 4 it can be clearly seen how the joints 31 of the tongue plates are axially displaced with respect to the joints 32 of the socket part plates, so that a smooth sealing surface is formed. It can also be seen how the ends of the tongue 24 overlap at 33 at the end of the guide ring. At this point, the version 25 is a continuation of the version shown in FIGS. 3 and 5 version shown.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß alle Dichtungsteile in einer gemeinsamen Ebene 34 liegen, um die Spannungen zu verringern. Dies ist auch während der Ausdehnung der Fall, so daß die ira wesentlichen gemeinsame Ebene die Spannungsverhältnisse verringert.From Fig. 2 it can be seen that all sealing parts lie in a common plane 34 in order to reduce the stresses. This is also the case during expansion, so that the essential common plane reduces the tension.

Claims

Claims: 1. Seal for a turbine arranged on the circumference of a blower wheel for reciprocating jet engines, to which exhaust gases are fed from a jet engine via an annular guide ring which is attached to frame parts on the circumference of an opening for the blower turbine6 outside the flow path of the exhaust gases; d a d u rc h g e k hen -zeichnet that a continuous flange (1-9) extending from the nozzle ring (10) in the direction of a frame part (13, 14) that on this flange (19) has a tongue (24) is pivotably arranged, which also extends in the direction of the frame part (13, 14), that a socket (25-29) which forms an uninterrupted seal after the assembly of its individual members is attached to the frame part (13, 14) and extends from this extends towards the tongue and this, allowing pivoting and sliding movements of the tongue, is sealingly detected, and that the flange (19), the tongue (24) and the socket (25-29) lie essentially in a common plane (34) .

2. Seal according to claim 1, characterized in that the flange (19) has a bead (20) running over its entire length along its edge, that the tongue (24) has a number of opposing and mutually attached plates (21, 22) which are axially offset from one another in such a way that the joints (31) are covered between the plates, and that the plates have formations (23) with which they pivotably grasp the bead. 3. Seal according to claim 1 or 2, characterized in that the individual members of the socket are a number of plates (25, 29; 26, 28) opposite one another in pairs, that the plate pairs are offset from one another, so that the joints (32) between the plate pairs are covered, that the plates are connected to one another along one edge of the frame part, and that the free ends (30) of each plate pair press resiliently against one another and clamp the tongue between them. 4. Seal according to claim 2 and 3, characterized in that the joints (31, 32) between the plates (21, 22) forming the tongue (24) and the pairs of plates forming the socket are offset from one another. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1092 311, 1 055 884; USA. Pat. No. 1313 648th