DE3401569A1

DE3401569A1 - Selbstwirkende spaltabdichtung

Info

Publication number: DE3401569A1
Application number: DE19843401569
Authority: DE
Inventors: Klaus 8000 München Hagemeister; Alfred 8901 Merching Hueber
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1984-01-18
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1985-07-25
Also published as: JPH0656229B2; GB8501254D0; FR2558234A1; US4626002A; FR2558234B1; GB2153030B; GB2153030A; DE3401569C2; JPS60159488A

Description

hk-ba-fr

MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, 10. Januar 1984

Selbstwirkende Spaltabdichtung

Die Erfindung betrifft eine selbstwirkende Spaltabdichtung mit einem elastischen Dichtelement.

Zwei benachbarte Ränder einer aus einzelnen Moduln zusammengesetzten Behälterwandung bilden einen Spalt, der sich iir Betrieb aufgrund von Wärmedehnungen ändert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbstwirkende Spaltabdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und einfacher Montage für eine einwandfreie und dauerhafte Abdichtung sorgt.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß der Spalt nebst Spaltumfangsbereich einer aus Moduln zusammengesetzten Wandung eines Druckbehälters mit zumindest einem flächigen elastischen dünnwandigen Dichtelement an der Innenseite der Behälterwandung abgedeckt ist.

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Insbesondere für größere Spaltbreiten kann zweckmäßigerweise zumindest ein Stützelement für das Dichtelement vorgesehen sein.

Eine einwandfreie Halterung auch im Nichtbetriebszustand ergibt sich, wenn behälterinnenseitig Halteplatten oder -ringe für Dichtelemente vorgesehen sind.

Der Spaltumfangsbereich der Behälterwandung ist vorteilhafterweise ausgespart, und es ist in der Aussparung das Dichtelement bei seitlicher Lagefixierung angeordnet.

Ein besonders guter Halt auch im Nichtbetriebszustand ergibt sich, wenn die Aussparung der Behälterwandung behälterinnenseitig Haltestege für das Dichtelement aufweist.

Bevorzugt können erfindungsgemäß ringförmige Spalte abgedichtet werden.

Das Dichtelement wird in vorteilhafter Weise zumindest aus einem im wesentlichen ringförmigen Folienband gebildet, deren Enden sich überlappen. Das Folienband ist aus einem geeigneten Material gebildet, um dem Einzelfall zu genügen. Insbesondere ist es warmfest, glasmetallisch, zunderbeständig und/oder abriebfest.

Es können mehrere Wicklungen eines Folienbandes vorgesehen sein, um breitere Spalte abzudichten oder für eine erhöhte Dichtwirkung zu sorgen.

Das Folienband ist in verbesserter Ausführungsform im Bereich der Abdichtungsstelle des Spaltes mit einer größeren Dicke versehen und/oder rippenartig verstärkt bzw. gewellt.

Das Folienband kann auch im Bereich des Spaltumfangs perforiert oder geschlitzt sein. Ist es über seine gesamte Erstreckung perforiert oder geschlitzt ausgebildet, sind zumindest zwei sich überdeckende Wicklungen von Folienbändern vorgesehen,

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um die Abdichtung zu bewirken. Hierbei ist das Folienband einstückig ausgebildet.

Alternativ kann das perforiert oder geschlitzte Folienband auch mehrteilig sein: einzelne Folienbandabschnitte werden hierbei in sich überdeckender Weise für eine Abdichtung übereinander angeordnet.

Grundprinzip der Dichtelemente ist es, flächig flexibel Spalte, insbesondere Ringspalte abdichtend zu überbrücken, wobei der Behälterinnendruck, gegen den abzudichten ist, selbst die Kräfte zum Schließen der Dichtung bewirkt. Dabei sollen die Dichtelemente gegen geringe Verlagerungen der Behältermoduln gegeneinander flexibel ausgleichen können. Aufgrund ihrer Flächigkeit werden die Dichtelemente durch den Innendruck auf die Innenwandung der den Spalt bildenden benachbarten Behältermoduln gepreßt.

Merkmal der erfindungsgemäßen Dichtelemente ist es ferner, daß sie Dehnungsänderungen der Behälterwandungen in Umfangsrichtung aus Temperatur- und Druckwirkungen folgen können, Toleranzen der benachbarten Ränder von Behälterwandungen in den Abmessungen (lichte Weite) und in der Lage (Achsversatz, Verschränkungen) -flexibel auszugleichen vermögen. Weiterhin sind sie in der Lage, axiale Verschiebungen der benachbarten Ränder von Behälterwandungen aufgrund von Wärmedehnungen und mechanischen Belastungen durch Gleiten auf der inneren Behälterwand auszugleichen.

Erfindungsgemäße Dichtelemente werden in unterschiedlichen Varianten vorgeschlagen, wie sie in den Unteransprüchen niedergelegt sind.

Nach der Grundidee der vorliegenden Erfindung einer durch Mediumdruck selbsttätig schließenden Dichtung kommt auch ein Prinzip in Frage, bei dem das Dichtelement aus einer

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Vielzahl nebeneinander und übereinander angeordneten Schuppen Lamellen oder Stäben gebildet ist.

Die Dichte leinen te können zweckmäßigerweise als Packung zusammengelegt bzw. angeordnet sein.

Auch ein schichtartiger Aufbau von Dichte leinen ten aus Schuppen, Lamellen oder Stäben ist möglich.

Gleichermaßen wie bei der ersten Hauptvariante (Folienband) können schuppenartige Dichtelemente oder dergl. auch in Form mehrerer Wicklungen vorgesehen sein.

Zweckmäßigerweise sind einzelne Schichten oder Packungen miteinander verschweißt oder verlötet.

Auch können Folienstreifen zwischen den Schuppen, Lamellen oder Stäben eingelegt angeordnet sein.

Die Dichtelemente sind zweckmäßigerweise an den beiden seitlichen Rändern beweglich miteinander verbunden, insbesondere verknüpft oder verwoben oder mit Längs- oder Umfangsstäben verbunden.

Entsprechend der Art der einzelnen Dichtung und des abzudichtenden Mediums können unterschiedliche Dichtungselementmaterialien verwendet werden, die insbesondere eine verschleißfeste Schutzschicht besitzen können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer rohrförmigen Behälterwandung aus einzelnen Moduln, deren Ränder abzudichten sind,

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Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 im Bereich der Abdichtungsstelle mit innerem Haltering,

Fig. 3 die Ausführungsform nach Fig. 2 insgesamt In einer Querschnittsansicht,

Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Abdichtungsstelle,

Fig. 5 bis 8 weitere Alternativen von Dichtungselementen in einer Schnittansicht ähnlich den Fig. 2 und 4,

Fig· 9 ein ringförmiges Folienband-Dichtungselement mit sich überlappenden Enden in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 10,11,13 bis 16 Folienband-Dichtungselemente mit Schützen in unterschiedlicher Ausf ührungsform,

Fig. 12 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittansicht mit äußerem Stützelement,

Fig.17a schuppenförmige Dichtelemente in einem Schichtaufbau in einer Teilstirnansicht,

Fig.17b Rundstab-Dichtelemente in einem Schichtaufbau in einer Teilstirnansicht,

Fig·17c Lamellen-Dichtelemente in einem Schichtaufbau in einer Teilstirnansicht,

Fig«17d Rechteckstab-Dichtelemente in einem Schichtaufbau in einer Teilstirnansicht,

Fig.18 eine Teilseitenansicht der Ausführungsform nach Fig.17b,

Fig. 19 eine Längsansicht der Ausführungsform nach Fig. 18,

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Fig. 20 eine der Fig. 18 ähnliche Ansicht mit stabförmigen Dichtelementen in einer Überkreuzanordnung,

Fig. 21 eine der Fig. 20 ähnliche Ansicht auf schuppenförmige Dichtelemente mit einer Randverknüpfung durch Seitenstäbe (zwei alternative Randverknüpfungen) ,

Fig. 22 eine Stirnansicht der Ausführungsformen nach Fig.21, und

Fig. 23 die (rechte) Randverknüpfung der Fig. 22 in größerer Einzelheit.

In Fig. 1 sind in schematischer Längsschnittansicht Spaltabdichtungen 1 eines rohrförmigen Druckbehälters 5 gezeigt, der aus mehreren ringförmigen Moduln 3,3',3" besteht, die in axialer Achsrichtung ausgerichtet aneinander gesetzt sind. Zwischen den einzelnen Moduln 3,3',3" verbleiben Spalte 2 mit einem endlichen Abstand zwecks Dehnungsausgleich der Moduln im Betrieb. Die einzelnen Moduln 3,3',3" werden Über äußere Halteelemente 4,4',4" in Position zueinander gehalten.

Der Druckbehälter 5 steht im Betrieb unter dem Innendruck p., der auf innere Dichtelemente in Form von Folienbändern 10 einwirkt, die die Spalte 2 flächig und flexibel überbrücken. Aufgrund ihrer Flächigkeit werden durch den Innendruck p. auf die Innenwandung der den Spalt 2 bildenden benachbarten Behältermoduln 3,3' bzw. 3',3" gepreßt, wodurch der Spalt gegen Austritt des Druckmediums dichtend geschlossen wird.

In den Fig. 2 bis 23 sind verschiedene Ausführungsformen von Dichtungselementen veranschaulicht.

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Die Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 zeigt als Dichtungselement ein Folienband 10, das aus einem geeigneten Material besteht, z.B. warmfest, glasmetallisch, zunderbeständig und/oder abriebfest ist. Das Folienband wird in den Innenumfang des Rohranschlusses hineingelegt. Die Enden des Folienbandes überlappen sich, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 veranschaulicht, oder es sind mehrere Wicklungen eines Folienbandes über den Umfang vorgesehen.

Die Behältermoduln 3,3',3" sind gemäß Fig.2 behälterinnenseitig im Bereich des Spalts 2 mit einer Aussparung 9 versehen, in der das oder die Folienbänder 10 aufgenommen ist. Dabei weist die Dichtstelle innere seitliche Schultern 15 und 16 auf, die in axialer Richtung als Anschlag dienen, um eine Verlagerung des Dichtelements in axialer Richtung zu begrenzen.

Es kann erforderlich sein, das Folienband 10 durch einen innen eingelegten Haltering 8 örtlich zu fixieren, wenn sich das Band unter der Wirkung innerer Spannungen von der Dichtstelle abheben will, sobald der Betriebsdruck bei Stillstand der Anlage entfällt.

Die haltende Funktion kann auch durch seitliche Haltestege 14 gemäß Fig. 4 übernommen werden, die einstückig mit der Behälterwandung 6 ausgebildet sind.

In weiterer Ausgestaltung kann es zweckmäßig sein, das Folienband - insbesondere im Bereich sich überlappender Windungen - zu perforieren oder zu schlitzen, um damit die Wirkung der anpressenden Druckdifferenzen aus dem Arbeitsmedium und die Reaktionen aus der Abstützung lokal in gewünschter Weise zu steuern.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, das Folienband im Bereich des zu überbrückenden Spaltes 2 wie in den Fig. 5,6,7 und 8 gezeigt verdickt

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oder rippenartig nach innen oder nach außen auszubilden, um damit die Beanspruchungen im Bereich der Spaltüberbrückung zu mindern sowie eine Rippenwirkung in Umfangsrichtung zu erzeugen. Diese Maßnahmen können auch partiell im Bereich des überlappenden Umfangsstoßes angewendet werden, wie dies im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 gezeigt ist, um dort lokal die Schmiegungsverhältnisse und die Steifigkeit bei schiebenden Ausgleichsbewegungen in günstiger Weise zu steuern.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Prinzips kann das Folienband auch mit querverlaufenden Schlitzen versehen sein, wie dies beispielsweise in den Fig. 10,11, 13 und 14 gezeigt ist, durch die die durch den Druck des Arbeitsmediums dichtend angepreßte Fläche noch flexibler und anschmiegsamer besonders im Hinblick auf Form-, Lage- und Maßfehler der benachbarten Behälterenden zueinander gemacht werden kann. Durch ein in die erste Wicklungslage eines derartig gestalteten Folienbands 10 eingelegtes zweites Folienband 10 werden die entstandenen Schlitze abgedeckt, so daß an dieser Stelle kein Leckweg offenbleibt (vgl. Fig.11) Das zweite Folienband kann auch einstückig mit dem ersten ausgebildet sein und somit aus dessen zweiter Wicklung entstehen.

Folienbanddichtungen dieser Art können auch ohne offenen Stoß am Umfang als geschlossener Ring eingesetzt werden, da Unterschiede im Durchmesser der an der Dichtstelle in Wechselwirkung stehenden Teile durch die hohe Flexibilität der in einzelne Lappen aufgelösten Folienfläche ausgeglichen werden.

Da ein solcher geschlossener Folienring unter der Wirkung des auf ihm lastenden Innendrucks Tangentialspannungen aufbaut, kann es erforderlich sein, zusätzlich ein Stützelement 7 vorzusehen, wie dies beispielsweise in Fig. 12 gezeigt ist. Das in Fig. 12 veranschaulichte Stützelement ist

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ein umfangsinäßig geschlossener Stützring. Als Stützelemente können auch Stützringsegmente fungieren, die zusammengesetzt einen geschlossenen Ring ausbilden.

Ein vorstehend beschriebener Stützring ist auch bei einer offenen Folienbandabdichtung nach den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 4 denkbar.

In weiterer Ausgestaltung können Folienbandschlitze auch gegeneinander versetzt sein und sich gegenseitig überlappen, wie dies in den Ausführungsbeispielen nach den Fig.13 und 14 veranschaulicht ist.

Die Schlitze können auch unter einem vom rechten Winkel abweichenden Winkel zur Umfangsrichtung des Folienbandes verlaufen, wie dies in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 15 und 16 gezeigt ist.

Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen selbstwirkenden Spaltabdichtung 1 läßt sich auch mit einem Dichtelement nach Art der Ausführungsbeispiele der Fig. 17 bis 23 verwirklichen. In den Fig. 17 bis 19 sind Dichtungselernente in Form von mehreren nebeneinander und übereinander angeordneten Schuppen 11, Lamellen 13 oder Stäben 12 gezeigt.

Die Schuppen 11, Lamellen 13 oder Stäbe 12 können bei der Herstellung der Dichtung als Packung zusammengelegt werden. Der Aufbau der Dichtung kann aber auch schichtweise erfolgen, wobei eine einzelne Lage von nebeneinander angeordneten Elementen einer Schicht zugeordnet ist, und diese Lagen übereinandergelegt und sodann zur Dichtung komplettiert werden.

Im zweiten Falle kann zur Handhabung während der Herstellung die Lage der nebeneinandergereihten Elemente durch ein Hilfsmittel zusammengehalten werden. Ein derartiges

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Hilfsmittel kann z.B. eine dünne Kunststoffolie sein, mit der die besagten Elemente in der Ordnung ihrer Reihung durch Adhäsion verbunden sind. Der gleiche Zweck kann auch durch die Verbindung der Stirnseiten der Elemente adhäsiv oder stoffschlüssig erfolgen. Auf diese Weise werden die Elemente in der gewünschten gereihten Lage in einem Band angeordnet, wie es insbesondere den Fig. 18 und zu sehen ist.

Derartige Bänder können bei der Herstellung der Dichtung in der gewünschten Anzahl übereinander angeordnet werden. Dabei können die Elemente einer Schicht zu denen der nächsten eine Winkelstellung einnehmen, so daß sie sich teilweise überkreuzen (vgl. Fig.20).

Nach der endgültigen Integration zur Dichtung werden die beschriebenen haltenden Hilfsmittel wieder entfernt.

Die Integration der beschriebenen Packungen oder Schichtungen zum Dichtungsstreifen erfolgt z.B. durch Schweißen oder Löten in der Mitte. Zu diesem Zweck kann zuvor Zusatzmaterial lokal auf das einzelne Element oder die vorgefertigten Schichtstreifen aufgebracht worden sein. Die benötigte Energie zum Verbinden kann in der Weise der bekannten Schweißverfahren z.B. durch elektrisches RoIlnahtschweißen, Flammschweißen oder durch Löten im Ofen oder mit einer Flamme aufgebracht werden.

Die nach den Beispielen der Fig. 17 bis 23 ausgeführten Dichtungskonfigurationen bedürfen unter Umständen im Bereich des zu überbrückenden Spalts 2 eines stützenden Elements, wie bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig.12 beschrieben, das die aus dem Innendruck wirkenden Radialkräfte durch Tangential- oder Biegekräfte abzutragen vermag.

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Es kann vorteilhaft sein, zwischen den Schichten aus Lamellen oder Stäben nach den Fig. 17 bis 20 einen Folienstreifen einzulegen.

Dichtungen nach den vorgeschlagenen Bauweisen der Fig. 17 bis 20 können auch in einer Weise ausgebildet sein, daß die Elemente an den beiden seitlichen Rändern beweglich miteinander verbunden, insbesondere miteinander verknüpft sind. Das kann beispielsweise im Falle des Aufbaus aus Schuppen im Ausführungsbexspiel nach Fig. 23 gezeigt erfolgen, wobei seitliche flexible Stäbe oder Schnüre vorgesehen sind. Im Falle der Ausführungen nach den Fig. 17 bis 20 können Lagen am Rande auch miteinander verwoben sein.

Um dem Verschleiß der Dichtung unter der Wirkung der Verschiebungen der zu überbrückenden Behälterränder genügend Widerstand entgegenzusetzen, kann es erforderlich sein, die der reibenden Relativbewegung ausgesetzten Oberflächen mit verschleißfesten Schutzschichten zu versehen.

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Claims

hk-ba-fr MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÜNCHEN GMBH München, 10. Januar 1984 Patentansprüche

1. Selbstwirkende Spaltabdichtung mit einem elastischen Dichtelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (2) nebst Spaltumfangsbereich einer aus Moduln (3,3',3") zusammengesetzten Wandung (6) eines Druckbehälters (5) mit zumindest einem flächigen elastischen dünnwandigen Dichtelement an der Innenseite der Behälterwandung (6) abgedeckt ist.

2. Spaltabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .im Spalt (2) zumindest ein Stützelement (7) für das Dichtelement vorgesehen ist (Fig. 12).

3. Spaltabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß behalterinnenseitig Halteplatten oder -ringe (8) für Dichtelemente vorgesehen sind (Fig.2).

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4. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltumfangsbereich der Behälterwandung (6) ausgespart und in der Aussparung (9) das Dichtelement bei seitlicher Lagefixierung angeordnet ist.

5. Spaltabdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (9) der Behälterwandung (6) innensei tig Haltestege (14) für das Dichtelement aufweist.

6. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Spalt (2) vorgesehen ist.

7. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtelement zumindest ein im wesentlichen ringförmiges Folienband (10) vorgesehen ist, deren Enden sich überlappen (Fig.9).

8. Spaltabdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wicklungen eines Folienbandes (10) vorgesehen sind (Fig.2).

9. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienband (9) im Bereich der Abdichtungsstelle des Spaltes (2) größere Dicke aufweist und/oder rippenartig verstärkt und/oder gewellt ist (Fig. 5 bis 8) .

10. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienband (10)im Bereich des Spaltumfangs perforiert oder geschlitzt ist.

11. Spaltabdichtung nach den. Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienband (10) perforiert oder geschlitzt ist und aus zumindest zwei sich überdeckenden Wicklungen besteht.

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12. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei perforierte oder geschlitzte Folienbänder (10) vorgesehen sind, die sich überdeckend in abdichtender Weise angeordnet sind.

13.Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente aus einer Vielzahl von nebeneinander und übereinander angeordneten Schuppen (11), Lamellen (13) oder Stäben (12) gebildet sind (Fig.17).

14. Spaltabdichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuppen (11) Lamellen (13) oder Stäbe (12) zumindest teilweise ausgerichtet sind (Fig.20).

15. Spaltabdichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente als Packung zusammengelegt bzw. angeordnet sind.

16. Spaltabdichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente schichtartig aufgebaut sind.

17. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Wicklungen von- Dichtelementen vorgesehen sind (Fig.19).

18. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelschichten oder -packungen miteinander verschweißt oder verlötet sind.

19. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Folienstreifen zwischen den Schuppen (11) Lamellen (13) oder Stäben (12) eingelegt angeordnet sind.

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20. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente an den beiden seitlichen Rändern beweglich miteinander verbunden sind (Fig. 21 bis 23).

21. Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement mit einer verschleißfesten Schutzschicht versehen bzw. beschichtet ist.

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