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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit Dichtungen innerhalb einer statischen Konstruktion, beispielsweise in Gasturbinentriebwerken, als äußere Laufschaufel-Luftdichtungen.
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HINTERGRUND
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Gasturbinentriebwerke, wie z.B. solche, mit denen moderne kommerzielle und militärische Flugzeuge betrieben werden, beinhalten typischerweise einen Verdichter zur Druckbeaufschlagung der einströmenden Luft, einen Brenner zum Verbrennen eines Brennstoffs in der Gegenwart der druckbeaufschlagten Luft, sowie eine Turbine zum Extrahieren von Energie aus den resultierenden Verbrennungsgasen. Die Turbine kann typischerweise eine Mehrzahl von drehbaren Laufschaufelanordnungen beinhalten, die durch mehrere stationäre Leitschaufelanordnungen getrennt sind. Eine Turbinenlaufschaufelanordnung ist typischerweise radial innerhalb eines äußeren Laufschaufel-Luftdichtungssystems bzw. einer äußeren Laufschaufel-Luftdichtungsanordnung (im englischen Sprachraum als „blade outer air seal“ bzw. „BOAS“ bekannt und im Folgenden als „BOAS“-System oder -Anordnung bezeichnet) angeordnet. Mit anderen Worten, eine BOAS-Anordnung kann sich über eine äußere Endwand zwischen einer Mehrzahl von statischen Leitschaufelanordnungen erstrecken, die stromaufwärts und stromabwärts von der Laufschaufelanordnung vorgesehen sind. Die BOAS-Anordnung bildet somit eine äußere (zylindrische) Wand, die zum Begrenzen einer Strömung von heißen Nachverbrennungsgasen ausgebildet ist. Ein kleiner Spitzenfreiraum zwischen der Laufschaufel und der BOAS kann wünschenswert sein, um die von der Laufschaufelanordnung extrahierte Arbeit zu maximieren. Jedoch können Wechselwirkungen zwischen der Laufschaufelanordnung und der BOAS unerwünschte Störungen an einer oder beiden Komponenten verursachen.
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Häufig wird der BOAS Kühlluft zugeführt, um einen Betrieb zu ermöglichen, während sie den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist. Diese Kühlluft kann von einem oder mehreren in der Nähe der BOAS befindlichen Lufträumen sowie durch eine oder mehrere in der BOAS angeordnete Zapföffnungen gezapft werden. Möglicherweise ist ein höherer Druck erforderlich, um Kühlluft durch die BOAS zu leiten. Wirksame Dichtungen können die Leckage von Kühlluft zwischen BOAS-Abschnitten oder Segmenten sowie zwischen der BOAS-Anordnung und benachbarten Komponentenanordnungen (z.B. Leitschaufeln oder Leitschaufelanordnungen) verhindern, so dass Kühlluft innerhalb der BOAS-Segmente strömen kann.
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Bei Druckbeaufschlagung und Erwärmung der Turbine durch die Brennerabgase kann es in unerwünschter Weise zu einem Entweichen der Kühlluft in die Turbine kommen, und zwar durch verschiedene Spalte und andere Wege, die als Ergebnis von thermischen und manövrierbedingten Belastungen entstehen, denen die Triebwerksteile während des Betriebs ausgesetzt sind. Die thermischen sowie druckbedingten Verlagerungen von einzelnen Komponenten können es erforderlich machen, dass einige Dichtungen mit beträchtlicher relativer Bewegung zwischen Dichtungsflächen arbeiten. Im Spezielleren können verschiedene BOAS-Systeme in der Lage sein, in Radialrichtung eine Expansion und/oder Kontraktion auszuführen, um eine radiale Bewegung der Laufschaufeln oder Laufschaufelspitzen zu kompensieren, die aus den Kräften resultiert, die während des Betriebs auf die Laufschaufeln ausgeübt werden (z.B. bei einem Manövriervorgang). Somit können verschiedene herkömmliche BOAS-Systeme eine radiale Expansion und Kontraktion ansprechend auf Kräfte ausführen, die als Resultat des Fluges in einer Turbine erzeugt werden. Wie vorstehend beschrieben, können jedoch eine oder mehrere Luftdichtungen zwischen einer BOAS und benachbarten Luftdichtungen vorhanden sein, um einen Kühlluftraum zu erzeugen. Diese Dichtungen können bei verschiedenen herkömmlichen Systemen die radiale Bewegung einer BOAS hemmen oder begrenzen. Beispielsweise kann es während eines Flugzeugmanövers zwar wünschenswert sein, eine BOAS über eine erste radiale Distanz translationsmäßig zu bewegen, um einen Kontakt mit einer oder mehreren Laufschaufelspitzen zu vermeiden, jedoch können die Dichtungen, die eine Leckage zwischen dem einen oder den mehreren Kühllufträumen und der Turbine verhindern, eine solche BOAS-Bewegung begrenzen, beispielsweise indem sie die Bewegung körperlich unterbinden oder nicht mehr wie beabsichtigt arbeiten, so dass die Passage von Kühlluft durch die BOAS vermindert wird.
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DE 690 05 731 T2 zeigt eine Dichtungseinrichtung zum Anbringen an einem Bereich von relativer Drehung zwischen zwei radial beabstandeten Anbringungsteilen einer Reifendruckeinstelleinrichtung. Die Dichtungseinrichtung umfasst ein Paar aus einem ersten und zweiten Dichtungsring, welche in gegenüberliegender Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei jeder von dem ersten und zweiten Dichtungsring folgendes umfasst eine Hauptdichtung von einer Ringform, die eine radial gerichtete Lippe hat, welche auf einem Umfang der Hauptdichtung ausgebildet ist, wobei die Lippe an ihrem distalen Ende eine Lippengleitoberfläche hat, die einen leicht geneigten Teil und einen abrupt geneigten Teil hat, der sich kontinuierlich von dem leicht geneigten Teil aus erstreckt, und eine Hilfsdichtung von einer Ringform, die eine radial gerichtete Lippe hat, welche auf einem Umfang der Hilfsdichtung ausgebildet und zum Gleitkontakt mit dem einen Anbringungsteil geeignet ist, wobei die Hilfsdichtung mit der Hauptdichtung verbunden ist, um dazwischen einen geschlossenen Raum zum Halten von Fett auszubilden. Die Dichtungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, das die Hauptdichtung eine selbstschmierende dünne Platte hat, welche an der Lippengleitoberfläche befestigt und zum Gleitkontakt mit einem der beiden Anbringungsteile geeignet ist, und dass Ventilmittel auf der Hilfsdichtung zum Bewirken des Eintritts und Austritts von Luft relativ zu dem geschlossenen Raum angebracht sind.
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WO 2013/014367 A1 zeigt eine Turbinendüsenleitschaufelanordnung, die eine Vielzahl von Leitschaufeln aus Verbundmaterial umfasst, wobei jede Leitschaufel eine innere Plattform und eine äußere Plattform aufweist, die an der Außenseite Befestigungslaschen aufweist, 1und mindestens einen Klingenabschnitt, der sich zwischen der inneren und der äußeren Plattform erstreckt und daran befestigt ist. Die Schaufelbefestigungslaschen sind an einem Metallbefestigungsring befestigt, der alle Schaufeln trägt, sich kontinuierlich entlang der äußeren Plattformen benachbarter Schaufeln erstreckt und ein separates Befestigungsstück zwischen den Schaufeln und einem Turbinengehäuse bildet.
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KURZBESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine erste Dichtung, die einen ersten Bereich mit einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal sowie einen zweiten Bereich mit einem ersten Vorsprung und einem zweiten Vorsprung aufweist, wobei der erste Vorsprung mit dem ersten Kanal gleitend verschiebbar gekoppelt ist und der zweite Vorsprung mit dem zweiten Kanal gleitend verschiebbar gekoppelt ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen können der erste Bereich und/oder der zweite Bereich mit einer reibungsarmen Substanz beschichtet sein. Darüber hinaus kann die erste Dichtung einer relativen axialen Bewegung Rechnung tragen. Der erste Bereich kann mit einem Laufschaufelträger und/oder einer BOAS gekoppelt sein, und der zweite Bereich kann mit einem ersten BOAS-Träger gekoppelt sein. Die erste Dichtung kann eine radiale Translationsbewegung der BOAS in Reaktion auf ein Flugzeugmanöver ermöglichen.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner eine BOAS mit einer Mehrzahl von Zapföffnungen, die Druckluft über einer Turbinenstufe freisetzen, um die Turbinenstufe während des Betriebs zu kühlen, wobei die BOAS mit einer ersten Dichtung gekoppelt sein kann, die eine radiale Translationsbewegung der BOAS ermöglicht, und/oder kann mit einer zweiten Dichtung gekoppelt sein kann, die ferner die radiale Translationsbewegung der BOAS ermöglicht. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Dichtung einen ersten Bereich aufweisen, der mit einem zweiten Bereich gleitend verschiebbar gekoppelt ist. Der erste Bereich kann ferner einen ersten Kanal aufweisen, der einen sich von dem zweiten Bereich weg erstreckenden ersten Vorsprung gleitend verschiebbar aufnimmt. Ferner kann der erste Bereich einen zweiten Kanal aufweisen, der einen sich von dem weiten Bereich weg erstreckenden zweiten Vorsprung gleitend verschiebbar aufnimmt. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die erste Dichtung und/oder die zweite Dichtung mit einer reibungsarmen Substanz beschichtet sein, wie z.B. mindestens einem von Titannitrid (TiN), Titanaluminiumnitrid oder einem mit Nickel (Ni) versetzten Festschmierstoff.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich weiterhin auf eine Turbinenstufe eines Turbinenabschnitts eines Gasturbinentriebwerks mit einer BOAS, einer ersten Dichtung und/oder einer zweiten Dichtung, wobei die erste Dichtung eine radiale Translationsbewegung ausführt, um einer radiale Bewegung der BOAS Rechnung zu tragen, und wobei die zweite Dichtung eine radiale Translationsbewegung ausführt, um der radialen Bewegung der BOAS Rechnung zu tragen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Dichtung einen ersten Bereich mit einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal aufweisen, wobei die erste Dichtung ferner einen zweiten Bereich mit einem ersten Vorsprung und einem zweiten Vorsprung aufweisen kann, wobei der erste Vorsprung mit dem ersten Kanal gleitend verschiebbar zusammenwirken kann, und wobei der zweite Vorsprung mit dem zweiten Kanal gleitend verschiebbar zusammenwirken kann. Die erste Dichtung und/oder die zweite Dichtung können eine Steuerung der von einem Luftraum bzw. einer Luftkammer an die Turbinenstufe abgegebenen Kühlluft ermöglichen. Die Turbinenstufe kann ferner eine Zieheinrichtung aufweisen, die mit der BOAS zusammenwirken kann, um die BOAS in Radialrichtung translationsmäßig zu bewegen. Die Zieheinrichtung kann bei verschiedenen Ausführungsformen die BOAS in einer Radialrichtung translationsmäßig bewegen, und zwar auf der Basis einer Bewegung eines Flugzeugs. Ferner kann zumindest eine von der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung mit einer reibungsarmen Substanz beschichtet sein.
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Figurenliste
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Verschiedene Ausführungsformen sind in dem abschließenden Abschnitt der Beschreibung speziell ausgeführt und einzelnen beansprucht. Nachfolgend ist eine Kurzbeschreibung der Zeichnungsfiguren angegeben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; dann zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 2 eine Schnittdarstellung einer BOAS, die mit einer Mehrzahl von Fingerdichtungen gekoppelt ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 3 eine von der Seite betrachtete Perspektivansicht einer Fingerdichtung mit einem ersten radialen Durchmesser gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
- 4 eine Schnittdarstellung einer Fingerdichtung mit einem zweiten radialen Durchmesser gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
- 5 eine Schnittdarstellung einer Fingerdichtung, die zum Kompensieren von axialer Bewegung ausgebildet ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die ausführliche Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen nimmt auf die Begleitzeichnungen Bezug, die exemplarische Ausführungsformen zur Veranschaulichung sowie im Hinblick auf ihre beste Ausführungsweise zeigen. Während diese exemplarischen Ausführungsformen ausreichend detailliert beschrieben werden, um den Fachleuten die Ausführung der Erfindung zu ermöglichen, versteht es sich, dass andere Ausführungsformen realisiert werden können und dass im Umfang der Erfindung logische chemische und mechanische Änderungen vorgenommen werden können. Die vorliegende ausführliche Beschreibung soll also lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen und keine Einschränkung darstellen. Beispielsweise können die in jedem der beschriebenen Verfahren oder Prozesse genannten Schritte in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden und müssen nicht notwendigerweise auf die angegebene Reihenfolge beschränkt sein. Ferner beinhaltet jegliche Bezugnahme auf eine einzelne Ausführungsform mehrere Ausführungsformen, und jede Bezugnahme auf mehr als eine Komponente oder mehr als einen Schritt kann auch eine einzelne Ausführungsform oder einen einzelnen Schritt beinhalten. Ferner kann jegliche Bezugnahme auf einen befestigten, festgelegten, verbundenen oder ähnlichen Zustand auch die Möglichkeit einer permanenten, lösbaren, vorübergehenden, partiellen, vollständigen und/oder einer beliebigen anderen möglichen Befestigung beinhalten. Weiterhin kann auch jegliche Bezugnahme auf einen Zustand ohne Kontakt (oder ähnliche Ausdrucksweisen) auch einen reduzierten Kontakt oder einen minimalen Kontakt beinhalten.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Gasturbinentriebwerk 20 dargestellt. Bei verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Gasturbinentriebwerk 20 ein Zweiwellen-Niedrig-Bypass-Turbofantriebwerk bzw. -Mantelstromtriebwerk mit Nachbrenner. Das Turbofantriebwerk beinhaltet im Allgemeinen einen Bläserabschnitt 22, einen Verdichterabschnitt 24, einen Brennerabschnitt 26, einen Turbinenabschnitt 28, einen Nachbrennerabschnitt 30, einen Austrittskanalabschnitt 32 sowie ein Düsensystem 34 entlang einer zentralen Triebwerkslängsachse A. Obwohl die Darstellung in dem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel der 1 ein Niedrig-Bypass-Turbofantriebwerk mit Nachbrenner zeigt, versteht es sich, dass die vorliegend beschriebenen Konzepte auch bei anderen Gasturbinentriebwerken anwendbar sind, die Triebwerke ohne Nachbrenner, Triebwerke mit Getriebearchitektur, Direktantrieb-Turbofantriebwerke, Turbostrahl- und adaptive Turbowellen-Mehrstrom-Triebwerke mit variablem Zyklus sowie andere Triebwerksarchitekturen beinhalten. Gasturbinentriebwerke mit variablem Zyklus treiben Flugzeuge über einen Bereich von Betriebsbedingungen an und können ein Nebenstromverhältnis während des Fluges verändern, um zueinander gegenläufige Zielsetzungen zu erreichen, wie z.B. hohen spezifischen Schub für Manöver mit hoher Energie, Optimierung der Treibstoffeffizienz für Reisegeschwindigkeits- und Minimalgeschwindigkeits-Betriebsmoden usw.
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Eine Triebwerksgehäusekonstruktion 36 definiert einen im Allgemeinen ringförmigen Sekundärluftströmungsweg 40 um einen Kernluftströmungsweg 42 herum. Es können verschiedene Gehäusekonstruktionen und Module zum Bilden der Triebwerksgehäusekonstruktion 36 verwendet werden, die ein Außenskelett zum Abstützen der Rotations-Hardware bildet.
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Luft, die in den Bläserabschnitt 22 eintritt, wird zwischen einer Kernluftströmung über den Kernluftströmungsweg und einer Sekundärluftströmung über einen Sekundärluftströmungsweg 40 geteilt. Die Kernluftströmung durchströmt den Brennerabschnitt 26, den Turbinenabschnitt 28, dann den Nachbrennerabschnitt 30, in dem Treibstoff selektiv eingespritzt und verbrannt werden kann, um zusätzlichen Schub durch das Düsensystem 34 zu erzeugen. Es ist darauf hinzuweisen, dass von dem Bläserabschnitt 22 zusätzliche Luftströmungen ausgehen können, wie z.B. die Strömung eines dritten Luftstroms, wie dies für Triebwerksarchitekturen mit variablem Zyklus typisch ist.
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Die Sekundärluftströmung kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, die z.B. die Kühlung und Druckbeaufschlagung beinhalten. Bei der Sekundärluftströmungsweg kann es sich um eine beliebige von der Kernluftströmung verschiedene Luftströmung handeln. Die sekundäre Luftströmung kann letztendlich zumindest teilweise in den Kernluftströmungsweg 42 benachbart dem Austrittskanalabschnitt 32 und dem Düsensystem 34 eingespritzt werden.
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Der Austrittskanalabschnitt 32 kann im Querschnitt kreisförmig sein, wie z.B. bei einem achsensymmetrischen Niedrig-Bypass-Turbofantriebwerk, oder kann im Querschnitt nicht achsensymmetrisch sein, wobei dies z.B. eine Serpentinenform beinhaltet, um eine direkte Sicht auf den Turbinenabschnitt 28 zu blockieren. Zusätzlich zu den verschiedenen Querschnittsformen und den verschiedenen Formen in Längsrichtung kann der Austrittskanalabschnitt 32 in einem konvergenten/divergenten („C/D“) Düsensystem, einem nicht achsensymmetrischen, zweidimensionalen (2D) C/D vektorisierbaren Düsensystem, einer abgeflachten Schlitzdüse mit hohem Seitenverhältnis oder einer anderen Düsenanordnung enden.
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Unter Bezugnahme im Allgemeinen nunmehr auf 2 sind zwar verschiedene Dichtungen (z.B. eine Dichtung 210a und 210b) oder „Fingerdichtungen“ in Relation zu einer äußeren Laufschaufel-Luftdichtung (oder „BOAS“) in verschiedenen Ausführungsformen offenbart, jedoch können die hierin offenbarten Fingerdichtungen zum Bilden einer Dichtung zwischen jeglichen zwei oder mehr Komponenten verwendet werden, insbesondere dort, wo diese Komponenten einer Bewegung relativ zu einer oder mehreren anderen Komponenten ausgesetzt sein können.
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Wie vorstehend beschrieben, kann somit bei verschiedenen Ausführungsformen eine äußere Laufschaufel-Dichtungs- („BOAS“-) Anordnung oder System eine oder mehrere BOAS aufweisen, die um die Turbine 20 oder um bestimmte Stufen oder Abschnitte der Turbine 20 herum angeordnet sind. Beispielsweise können eine oder mehrere Turbinenstufen 201 (z.B. konzentrische Turbinenrotoren oder -Laufschaufeln) von einem zugeordneten BOAS-System umschlossen sein. Gleichermaßen können auch eine oder mehrere Verdichterstufen (z.B. konzentrische Verdichterrotoren oder -Laufschaufeln) von einem zugeordneten BOAS-System umschlossen sein.
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Wie vorstehend beschrieben, kann somit das BOAS-System eine Mehrzahl von BOAS 204 aufweisen, die zusammen eine Turbinenstufe 301 und/oder eine Verdichterstufe umschließen können. Beispielsweise kann bei verschiedenen Ausführungsformen eine einzelne BOAS 204 zwischen 2 Grad und 18 Grad eines Umfangs eines BOAS-Systems ausmachen. Somit kann bei verschiedenen Ausführungsformen ein BOAS-System zwischen 20 und 180 BOAS aufweisen.
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Wie vorstehend beschrieben, kann eine Turbinenstufe bei 101 und/oder eine Verdichterstufe einen Turbinenrotor aufweisen (der je nach dem eine Mehrzahl von konzentrischen Turbinenlaufschaufeln oder Verdichterlaufschaufeln aufweist). Ferner kann, wie vorstehend beschrieben, aufgrund der Tatsache, dass sich die thermische Umgebung um jede Turbinen- oder Verdichterstufe herum während des Betriebs ändern kann, der Freiraumbereich zwischen den Turbinen- oder den Verdichter-Laufschaufelspitzen und der die Turbinenstufe oder die Verdichterstufe umgebenden BOAS-Anordnung kleiner werden, bis die Turbinen- oder Verdichter-Laufschaufelspitzen im unkontrollierten Zustand mit der BOAS-Anordnung in Berührung gelangen würden.
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Zum Aufrechterhalten eines angemessenen Freiraumbereichs bzw. Zwischenraums zwischen einer Laufschaufel 202, die eine Turbinen- oder Verdichterstufe bildet, und einer BOAS 204 kann somit Kühlluft von dem Verdichterabschnitt 24 beispielsweise durch eine Turbinenstufe 201 des Turbinenabschnitts 28 geleitet werden, um den Wirkungen der Wärmeausdehnung der Laufschaufel 202 entgegenzuwirken und dadurch die Expansion der Laufschaufel 202 zu vermindern oder zu verlangsamen. Wie vorstehend beschrieben, kann kühlere druckbeaufschlagte Luft in einem oder mehreren Lufträumen bevorratet werden, wie z.B. einem Luftraum bzw. Luftkammer 206, und über eine oder mehrere Zapföffnungen 208a, 208b, 208c, 208d, 208e und/oder 208f kanalisiert werden, die in der BOAS 204 angeordnet sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine Zapföffnung 208a, 208b, 208c, 208d, 208e und/oder 208f einen Bereich der BOAS 204 aufweisen, der durch einen Fluidströmungskanal oder Fluidströmungsweg gebildet ist, durch den druckbeaufschlagte Luft von einem Luftraum 206 durch die BOAS 204 strömen kann.
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Wie vorstehend beschrieben, kann jedoch die in dem Luftraum 206 bereitgehaltene Luft unter einem Druck vorgehalten werden, der zum Hervorrufen einer Leckage zwischen dem Luftraum 206 und der BOAS 204 ausreichend ist, insbesondere in Situationen, in denen die thermische Umgebung des Turbinenabschnitts 28 Schwankungen unterliegt. Daher können eine oder mehrere Dichtungen, wie z.B. eine erste Dichtung 210a und/oder eine zweite Dichtung 210b, zwischen dem Luftraum 206 und der BOAS 204 angeordnet werden, um aus einer schwankenden thermischen Umgebung resultierende Leckage zu vermindern oder zu eliminieren. Bei den Dichtungen 210a und/oder 210b kann es sich um „Fingerdichtungen“ handeln. Eine Dichtung 210a und/oder 210b kann mit einer BOAS 204 gekoppelt sein (z.B. durch von der Dichtung 210a und/oder 210b auf die BOAS 204 ausgeübten Druck und/oder mittels eines Festhalteclips 310). In ähnlicher Weise kann eine erste Dichtung 210a mit einem ersten Leitschaufelträger 212a gekoppelt sein, und/oder eine zweite Dichtung 210b kann mit einem zweiten Leitschaufelträger 212b gekoppelt sein (z.B. durch von der Dichtung 210a und/oder 210b auf den ersten Leitschaufelträger 212a und/oder dem zweiten Leitschaufelträger 212b ausgeübten Druck und/oder mittels eines Festhalteclips). Ferner kann eine erste Dichtung 210a mit einem ersten BOAS-Träger 214a gekoppelt sein und/oder eine zweite Dichtung 210b kann mit einem zweiten BOAS-Träger 214b gekoppelt sein (z.B. durch von der Dichtung 210a und/oder 210b auf den ersten BOAS-Träger 214a und/oder den zweiten BOAS-Träger 214b ausgeübten Druck und/oder mittels eines Festhalteclips). Außerdem kann eine erste Dichtung 210a und/oder eine zweite Dichtung 210b mit einem beliebigen von dem ersten BOAS-Träger 214a, dem zweiten BOAS-Träger 214b, dem ersten Laufschaufelträger 212a, dem zweiten Laufschaufelträger 212b, der BOAS 204 und/oder einer beliebigen anderen Konstruktion über eine oder mehrere Laschen oder Einschnapp-Laschen gekoppelt sein, die das Einschnappen oder Einclipsen von einer Komponente in eine andere Komponente ermöglichen.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 kann die erste Dichtung 210a einen ersten Bereich 302 und/oder einen zweiten Bereich 304 aufweisen. Obwohl im Folgenden die erste Dichtung 210a unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben wird, kann auch die zweite Dichtung 210b die Elemente und Funktionen beinhalten, die hierin in Bezug auf die erste Dichtung 210a beschrieben werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Bereich 302 eine Mehrzahl von Aussparungen oder Kanälen aufweisen, wie z.B. einen ersten Kanal 306a und/oder einen zweiten Kanal 306b. Weiterhin kann bei verschiedenen Ausführungsformen der zweite Bereich 304 eine Mehrzahl von Vorsprüngen oder „Fingern“ aufweisen, wie z.B. einen ersten Vorsprung oder Finger 308a und/oder einen zweiten Vorsprung oder Finger 308b. Die Vorsprünge 308a und/oder 308b können sich in verschiedenen Ausführungsformen in die Kanäle 306a und/oder 306b hinein erstrecken. Insbesondere kann sich der erste Vorsprung 308a in den ersten Kanal 306a hinein erstrecken, während sich der zweite Vorsprung 308b in den zweiten Kanal 306b hinein erstrecken kann. Somit können die Kanäle 306a und/oder 306b die Vorsprünge 308a und/oder 308b jeweils in gleitend verschiebbarer Weise aufnehmen.
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Wie ferner unter Bezugnahme auf 3 gezeigt ist, können sich die Vorsprünge 308a und/oder 308b bei verschiedenen Ausführungsformen bis auf eine erste Tiefe in die Kanäle 306a und/oder 306b hinein erstrecken. Bei der ersten Tiefe kann es sich um eine Tiefe über eine vollständige Erstreckung handeln. Wie in 4 gezeigt, können sich ferner bei verschiedenen Ausführungsformen die Vorsprünge 308a und/oder 308b bis auf eine zweite Tiefe in die Kanäle 306a und/oder 306b hinein erstrecken. Die zweite Tiefe kann eine beliebige von einer Mehrzahl von Tiefen (nicht über die vollständige Erstreckung oder eine Tiefe über eine partielle Erstreckung) innerhalb der Kanäle 306a und/oder 306b aufweisen. Da ferner einer oder beide von dem ersten Bereich 302 der Dichtung 210a (und/oder 210b) und/oder dem zweiten Bereich 304 der Dichtung 210a (und/oder 210b) in Relation zu dem jeweils anderen Bereich variieren können, können die Bereiche 302 und/oder 306 der Dichtungen 210a und/oder 210b relativ zueinander variieren oder verschiebbar sein. Dies kann ein Einstellen der Dichtungen 210a und/oder 210b in Abhängigkeit von ihrer Orientierung axial und/oder radial ermöglichen. Beispielsweise kann bei verschiedenen Ausführungsformen der erste Bereich 302 einer Dichtung 210a und/oder 210b eine Translationsbewegung axial und/oder radial ausführen, während der zweite Bereich 304 der Dichtung 210a und/oder 210b relativ statisch bleiben kann (und sich stattdessen in Reaktion auf die thermische Umgebung bewegen kann). Jedoch kann bei verschiedenen Ausführungsformen diese Anordnung umgekehrt sein, so dass der erste Bereich 302 relativ statisch bleiben kann, während der zweite Bereich 304 eine Translationsbewegung axial und/oder radial ausführen kann. Somit können die Dichtungen 210a und/oder 210b einer BOAS 204 eine Translationsbewegung axial und/oder radial in Bezug auf eine oder mehrere Bläser-Laufschaufeln, wie z.B. die Bläser-Laufschaufel 202, ermöglichen.
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In dieser Weise können die Dichtungen 210a und/oder 210b gleichzeitige Zielsetzungen erreichen. Beispielsweise können die Dichtungen 210a und/oder 210b ein ungewolltes Entweichen von Kühlluft aus dem Luftraum 206 in die Turbinenstufe 201 eliminieren oder reduzieren. Ferner können die Dichtungen 210a und/oder 210b axialer und/oder radialer Expansion und/oder Kontraktion der BOAS 204 Rechnung tragen. Während ein Flugzeug Manövriervorgänge ausführt, können die Dichtungen 210a und/oder 210b somit das Zuführen einer kontrollierten Menge an Kühlluft zu der Turbinenstufe 201 ermöglichen und können ferner auch einer kontrollierten axialen und/oder radialen Expansion und/oder Kontraktion der BOAS 204 (und somit des BOAS-Systems) Rechnung tragen. Bei verschiedenen Ausführungsformen, wie in 2 gezeigt, kann eine BOAS 204 eine Translationsbewegung in Radialrichtung ausführen, indem auf die BOAS eine Zugbewegung oder Drückbewegung von einem Element oder einer „Zieheinrichtung“ 216 ausgeübt wird. Die Zieheinrichtung 216 kann mit der BOAS 204 gekoppelt sein und die BOAS 204 in Abhängigkeit von einer Operation eines Flugzeugs in Radialrichtung (z.B. einer radialen Expansionsrichtung oder Kontraktionsrichtung) ziehen oder drücken. Eine Zieheinrichtung 216 kann durch ein computerbasiertes System gesteuert werden, wie z.B. einen Prozessor, der mit einem konkreten nicht-transienten Speicher gekoppelt ist und in Verbindung steht, in dem Anweisungen für den Betrieb der Zieheinrichtung auf der Basis eines erwarteten oder tatsächlichen Manövers oder Vorgangs gespeichert sind, das bzw. der von einem Flugzeug ausgeführt wird.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen können der erste Bereich 302 der Dichtung 210b (und/oder 210a) und/oder der zweite Bereich 304 der Dichtung 210 (und/oder 210a) mit einer reibungsarmen oder verschleißarmen Beschichtung oder Substanz beschichtet sein. Im Spezielleren können bei verschiedenen Ausführungsformen die Vorsprünge 308a und/oder 308b und/oder die Kanäle 306a und/oder 306b mit einer reibungsarmen oder verschleißarmen Beschichtung oder Substanz beschichtet sein. Derartige Substanzen können Titannitrid (TiN), Titanaluminiumnitrid, eine mit Festschmierstoff gefüllte Nickelplatte (Ni), wie z.B. stromlos aufgebrachtes Nickel mit hexagonalen Bornitrid-Einschlüssen, beinhalten. Bei verschiedenen Ausführungsformen können jeglicher der hierin beschriebenen reibungsarmen und/oder verschleißreduzierenden Substanzen eines oder mehrere der Materialien Aluminium (AI), Chrom (Cr), Yttrium (Y) und dergleichen zugesetzt werden, wie diese für Umgebungen mit hohen Betriebstemperaturen vorteilhaft sein können. Ferner kann jede der hierin beschriebenen reibungsarmen oder verschleißreduzierenden Substanzen durch einen chemischen Plattierungsvorgang und/oder durch den Einschluss von Elementpartikeln und/oder Legierungspartikeln während der Plattierung einer metallischen Matrix und/oder einer Legierungsmatrix, wie z.B. einer Nickel- (Ni-) Matrix hergestellt werden. Darüber hinaus können bei verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Trockenfilmschmiermittel, wie z.B. Molybdändisulfid (MoS2) zum Bilden einer reibungsarmen und/oder verschleißreduzierenden Beschichtung verwendet werden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen können alle und/oder ein Teil der Vorsprünge
308a und/oder
308b und/oder der Kanäle
306a und/oder
306b ein oder mehrere Materialien aufweisen, die feste, halbfeste und/oder teilweise feste Schmierpartikel beinhalten. Beispielsweise können die Vorsprünge
308a und/oder
308b und/oder die Kanäle
306a und/oder
306b MAXMET aufweisen, wobei es sich um einen MAX-Phasen-Teilchenverbundwerkstoff mit einer Metallmatrix handelt, wie z.B. das MAXMET-Material, das in der provisorischen
US-Patentanmeldung Nr. 61/788,056 beschrieben ist, die hiermit durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
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Ferner können bei verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Dichtungen (z.B. die Dichtungen 210a und/oder 210b) einen oder mehrere geteilte Bereiche oder Kanäle beinhalten. Diese geteilten Bereiche können der Montage der jeweiligen Dichtung 210a und/oder 210b zuträglich sein. Ferner können ein oder mehrere geteilte Bereiche einer Bewegung eines ersten Dichtungsbereichs (z.B. des Bereichs 304) relativ zu einem zweiten Dichtungsbereich (z.B. dem Bereich 302) und/oder in der Konstruktion entstehenden Wärmegradienten Rechnung tragen. Somit kann ein geteilter Bereich einer Dichtung 210a und/oder 210b beispielsweise ermöglichen, sich in Umfangsrichtung zu öffnen. Dies kann radialer Bewegung sowie einem damit verbundenen Anstieg beim Dichtungsumfang Rechnung tragen.
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Darüber hinaus können bei verschiedenen Ausführungsformen ein oder mehrere Vorsprünge oder Finger 308a und/oder 308b beispielsweise durch eine Anzahl verschiedener geeigneterer Prozesse hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Vorsprung durch einen Gießvorgang, einen Lasersintervorgang, spanende Bearbeitung, Schleifen, Fräsen, Drehen, elektrische Entladungsbearbeitung, Schichtung von Metallflächenkörpermaterial (z.B. durch einander abwechselnde Schichten aus Metallblech zum Erzeugen von sich überlappenden Hälften) und dergleichen erfolgen.
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Weiterhin können bei verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Dichtungen (z.B. Fingerdichtungen, wie die Dichtungen 210a und/oder 210b) zum Bilden einer Dichtung zwischen jeglicher Oberfläche verwendet werden, die eine Translationen oder Bewegung relativ zu einer anderen Oberfläche ausführt. Beispielsweise können eine oder mehrere Fingerdichtungen zwischen Bereichen eines Brennerabschnitts 26, wie z.B. zwischen einer BOAS und einem Luftraum vorgesehen sein, der sich in der Nähe eines Bereichs eines Brennerabschnitts 26 befindet und/oder den Brennerabschnitt 26 insgesamt oder einen Teil desselben bildet. In ähnlicher Weise können bei verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Fingerdichtungen in verschiedenen anderen Anwendungen verwendet werden, einschließlich Anwendungen, bei denen Wärme erzeugt wird. Beispielsweise können eine oder mehrere Fingerdichtungen in einer Anzahl von verschiedenen Ofen- oder Brennersystemen verwendet werden, wie z.B. solchen, mit denen militärische und/oder kommerzielle Flugzeuge herkömmlicherweise betrieben werden.
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Wie ferner in Bezug auf 5 veranschaulicht ist, kann eine erste Dichtung 210a und/oder eine zweite Dichtung 210b innerhalb einer Konstruktion (beispielsweise in Relation zu einer BOAS 204, einem BOAS-Träger 214a und/oder 214b und/oder einem Leitschaufelträger 212a und/oder 212b) derart angeordnet sein, dass die erste und/oder zweite Dichtung 210a und/oder 210b einer relativen axialen Bewegung zwischen jeglicher von der BOAS 204, einem BOAS-Träger (214a und/oder 214b) und/oder einem Leitschaufelträger (212a und/oder 212b) und/oder durch jegliche der vorstehend genannten Komponenten Rechnung tragen kann. Somit kann eine Dichtung 210a und/oder 210b einer relativen axialen Bewegung Rechnung tragen, die beispielsweise als Resultat einer schwankenden thermischen Umgebung entstehen kann, wie diese beispielsweise in einer Turbinenstufe, einer Verdichterstufe und/oder einer Brennerstufe und dergleichen auftreten kann.
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Vorzüge, weitere Vorteile und Lösungen von Problemen sind vorstehend im Hinblick auf spezielle Ausführungsformen beschrieben worden. Die Vorzüge, Vorteile, Lösungen von Problemen sowie jegliche Elemente, die zum Auftreten eines beliebigen Vorzugs, Vorteils oder Lösung oder zu einer Steigerung hiervon führen können, sind jedoch nicht als kritische, notwendige oder essenzielle Merkmale oder Elemente der Erfindung zu betrachten. Der Umfang der Erfindung ist daher ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche begrenzt, in denen die Bezugnahme auf ein Element im Singular nicht bedeuten soll, das „eines und nur eines“ gemeint ist, falls dies nicht ausdrücklich so angegeben ist, sondern ist im Sinn von „einem oder mehreren“ zu verstehen. Bei Verwendung eines Ausdrucks wie „mindestens eines von A, B oder C“ in den Ansprüchen, ist dies so zu verstehen, dass A alleine in einer Ausführungsform vorhanden sein kann, B alleine einer Ausführungsform vorhanden sein kann, C alleine in einer Ausführungsform vorhanden sein kann, oder dass eine beliebige Kombination der Elemente A, B und C in einer einzelnen Ausführungsform vorhanden sein kann; beispielsweise A und B, A und C, B und C, oder A und B und C. Darüber hinaus ist kein Element, keine Komponente, kein Verfahrensschritt in dieser Offenbarung dazu gedacht, der Öffentlichkeit gewidmet zu sein, unbeachtlich dessen, ob das Element, die Komponente oder der Verfahrensschritt explizit in den Ansprüchen genannt ist. Der Begriff benachbart, wie er hierin verwendet wird, kann in unmittelbarer Nähe zu bedeuten, erfordert jedoch nicht notwendigerweise eine Berührung. Kein Anspruchselement hierin ist nach Maßgabe von 35 U.S.C. See. 112, sechster Absatz auszulegen, sofern das Element nicht ausdrücklich unter Verwendung des Ausdrucks „Einrichtung für ...“ genannt wird. Die Begriffe „aufweist“, „aufweisend“ sowie jegliche andere Variation davon, sollen eine nicht ausschließliche Aufzählung beinhalten, so dass ein Prozess, Verfahren, Gegenstand oder Vorrichtung, die eine Liste von Elementen beinhalten, nicht nur diese Elemente umfassen sondern auch andere Elemente umfassen können, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder in einem derartigen Prozess, Verfahren, Gegenstand oder Vorrichtung inhärent vorhanden sind.
