DE2246810C2 - Dichtungsanordnung für nicht mehr demontierbare Gehäuse von Maschinen, Geräten, Apparaten o.dgl., insbesondere für Brennkammerköpfe von Flüssigkeitsraketentriebwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung mit einer Einrichtung zum nachträglichen Aufeinanderdrücken der Dichtungen von außen durch ein Druckglied, für nicht mehr demontierbare Gehäuse von Maschinen, Geräten, Apparaten od. dgl., insbesondere für Brennkammerköpfe von Flüssigkeitsraketentriebwerken kleinster Leistung.

Aus besonderen Gründen sind zuweilen Gehäuse von Maschinen, Geräten und Apparaten so konstruiert, daß sie nach dem Zusammenbau nicht mehr demontierbar sind. Dies trifft zu, wenn die einzelnen Bauteile des Gehäuses bei der Montage miteinander verschweißt werden, wie dies z. B. bei einer Bauart von extrem kleinen Flüssigkeitsraketentriebwerken der Fall ist. Hierbei stellt sich unter anderem die Forderung, die Gesamtkonstruktion des Brennkammerkopfes so zu gestalten, daß von Ringflächen gebildete Abdichtungen, welche die radial äußeren Zulaufringkanäle für die beiden Treibstoffkomponenten gegen die radial innen gelegenen Drallräume abgrenzen, auch nach dem Zusammenschweißen der einzelnen Bauteile des Brennkammerkopfes und dieses mit der eigentlichen Brennkammer noch absolut funktionssicher sind. Da bei extrem kleinen Triebwerken die durchzusetzenden Treibstoffmengen äußerst klein sind, ist es aus Gründen der Erzeugung einer ausreichenden Rotationsenergie in der Dralldüse oder in der Brennkammer erforderlich, daß die gesamten Treibsioffmengen durch die in den Dichtflächen verlaufenden tangentialen Drallbohrungen in die Drallräume gelangen. Trotz äußerster Präzision bei der Fertigung und beim Zusammenbau kann es vorkommen, daß die in Rede stehenden Ringflächendichtungen nach dem Zusammenschweißen des Gehäuses durch Verziehen desselben undicht sind, was erst nach dem Zusammenbau des Gehäuses durch eine nachträgliche Druckprüfung anhand eines auftretenden Druckabfalles festgestellt werden kann. Liegen aber diese Dichtflächen nicht absolut druckdicht aufeinander, so tritt ein Teil der Treibstoffe in unerwünschter Weise vom äußeren Zulaufringkanal über die Dichtfläche im wesentlichen in radialer Richtung in den Drallraum mit großen Energieverlusten ohne Drall über. Diese Leckmengen fallen mengen- und energiemäßig für die erforderliche Drallerzeugung aus, so daß die noch durch die tangentialen Bohrungen in die Drallkammer einströmenden Restmengen an Treibstoff nicht mehr ausreichend sind, die erforderliche Zerstäubung bzw. den gewünschten Brennprozeß in der Brennkammer zu erzeugen. Da ein Dichtungsschaden, wie bereits gesagt, erst nach dem Zusammenschweißen des Gehäuses feststellbar ist, ist er nicht mehr reparabel, so daß die gesamte Brennkammer als Ausschuß angesehen werden muß.

Abdichtungen der vsrschiedensten Ausführungsformen sind für viele Anwendungsmöglichkeiten im Maschinenbau bekannt. So zeigt z.B. das DE-GM 16 91 451 eine Abdichtung mit mehreren Dichtringen aus elastischem Material für einen Deckel eines Behälters, in dem ein flüssiges Gut, wie Milch, behandelt wird. Das Vorspannen und Nachspannen der elastischen Dichtungen erfolgt von außen durch Schraubenbolzen über einen Druckring, der die einzelnen Dichtungen zusammenpreßt

Ferner offenbart die US-PS 31 36 557 eine Wellenabdichtung iiiit einem in Abhängigkeit von thermischen Wechselbelastungen selbsttätig sich einstellenden elastischen Dichtring.

Weiter beinhaltet der Aufsatz >Der heutige Stand der Hochvakuumtechnik II« aus der Fachzeitschrift »Feinwerktechnik«, 1960, auf Seite 15 eine mehrschichtige paketförmige Abdichtung, bei der abwechselnd aufeinanderfolgend mehrere Metallscheiben und Gummischeiben übereinander angeordnet sind und das ganze Dichtungspaket unter der Vorspannung von im Dichtungsgehäuse eingeschraubten Druckbolzen steht, die von außen verstellbar sind.

Auch die FR-PS 12 61039 zeigt bei einer z.B. in ölförderleitungen installierten Armatur elastische Dichtringe, die von außen über Druckglieder nachstellbar sind.
Die bekannten Abdichtungen weisen grundsätzlich den wesentlichen Nachteil auf, daß sie, um die gegebenen Abdichtprobleme beherrschen zu können, elastische Dichtglieder verwenden müssen, die jedoch, insbesondere bei während des Betriebes auftretenden extremen thermischen Belastungen und vor allen Dingen unter chemischen Angriffen aggressiver Medien, nicht immer höchste Betriebssicherheit garantieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine solche Abdichtungsanordnung zu schaffen, die unter Vermeidung von elastischen Dichtungselementen trotzdem noch ein nachträgliches Aufeinanderpressen bzw. Nachstellen der jeweils zusammenwirkenden Dichtflächen von außen, wie an sich bekannt, ermöglicht
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch einen ringförmigen, radial nach innen gerichteten, mit dem Gehäuse bzw. dem Brennkammerkopf einstückig verbundenen Dichtungsträger mit auf beiden Stirnseiten vorgesehenen Dichtflächen, der in beiden axialen Richtungen durch beidseitig an seiner Wurzel vorgesehene Ringnuten in geringen Grenzen beweglich ist, und durch eine im Gehäuse bzw. im Brennkammerkopf durchdicht eingesetzte bzw. eingeschweißte

Verschiußbüchse mit elastischem Boden, in der ein Druckglied verstellbar geführt ist, insbesondere eingeschraubt ist, das über ein axial bewegliches Druckstück mit einer Gegendichtfläche den Dichtträj-er gegen eine gehäusefeste Stirnwand mit einer Gegendichtfläche preßt

In Ausgestaltung der Erfindung bilden die Ringnuten Treibstoffringkanäle.

Die Erfindung ermöglicht es, noch nach der Fertigmontage des Maschinengehäuses bzw. der Brennkammer die durch Montagevorgänge, insbesondere durch Schweißen infolge Verziehens des Gehäuses möglichenfalls leck gewordenen ringförmigen Dichtflächen auf einfach«; Weise von außen her zusammenzupressen, so daß deren Dichtigkeit nachträglich trotz des hermetischen Abschlusses des Druckraumes nach außen wieder herstellbar ist Dabei erlaubt die gestaltungstechnisch erzeugte Nachgiebigkeit des mit dem Gehäuse einstückigen Dichtungsträgers und die Plastizität der Membranwand das gegenseitige Anpressen der zusammenwirkenden Dichtflächen über das bewegliche Dichtstück, wobei der Dichtungsträger und das Nachstellglied hermetisch voneinander getrennt sind und nur mittelbar über die elastische Membrane miteinander in beweglicher Funktionsverbindung stehen. Die erfindungsgemäße Ausführung einer nach der Fertigmontage nicht mehr zugänglichen Abdichtung bleibt daher wartungsfrei.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Doppelfunktion der erfindungsgemäß konzipierten Ringnuten, die einerseits gestaltungsgemäß den Dehnkragen bilden und andererseits diese Gestaltung ausnutzen und z. B. als Ringkanäle für den Treibstoffzulauf bei einem Raketentriebwerk kleinster Bauart dienen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil einer Raketenbrennkammer mit Brennkammerkopf und die

F i g. 2 und 3 Schnitte 1I-II und IH-HI gemäß F i g. 1.
Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist der Brennkammerkopf 1 eines Raketentriebwerks mit der Brennkammer 2 durch eine Schweißnaht a, insbesondere erzeugt durch Elektronenstrahlschweißen, unlösbar verbunden. Einstückig mit dem Brennkammerkopf 1 ist eine Dralldüse für eine Treibstoffkomponente, ζ. Β. Brennstoff, vorgesehen. Die Verbindung zwischen dieser Dralldüse und dem eigentlichen Brennkammerkopf 1, d. h. der Träger 4 der Dralldüse 3 ist als Dehnzone bzw. Dehnkragen ausgebildet und dient zur beidseitigen Anordnung von ringförmigen Dichtflächen, einer nach außen zeigenden Dichtfläche 5 und einer nach innen (zur Brennkammer hin) zeigenden Dichtfläche 6. Im Brennkammerkopf 1 ist in einer abgestuften Ausnehmung ein Druckstück 7 axial verschiebbar eingesetzt, das einen nach innen zeigenden Ringbund 8 mit einer Dichtfläche 9 aufweist, die zusammen mit der Dichtfläche 5 eine Abdichtung bildet und zwar zwischen dem Drallraum 10 der Dralldüse 3 und einem Ringkanal 11 für die Zufuhr einer Treibstoffkomponente, ζ. B. Brennstoff. Dieser läuft, wie insbesondere die Fig.2 zeigt, über im Querschnitt dreieckförmige, im Ringbund 8 eingearbeitete Tangentialschlitze 12 dem Drallraum 10 zu, wobei sich hier eine Rotationsströmung zum Zwecke der Zerstäubung des Brennstoffes an der Mündung der Düse 3 ausbildet

Die Gestaltung des Trägers 4 für die Dralldüse 3 als Dehnkragen erfolgt durch beidseitig am Träger 4 vorgesehene Ringnuten 13 und 14. Dabei begrenzt die Ringnut 13 teilweise den Ringkanal 11, zu dem ein Zufuhrkanal 15 verläuft während die Ringnut 14 einen weiteren Ringkanal 16 teilweise begrenzt der von einem Zufuhrkanal 17 mit einer zweiten Treibstoff komponente, z. B. einem mit dem Brennstoff hypergol reagierenden Sauerstoffträger, versorgt wird. Der Ringkanal i6 wird andererseits begrenzt durch eine Nut 18, die in der vorderen Brennkammerstirnwand 19 vorgesehen ist Radial innerhalb des Ringkanales 16 befindet sich an der Brennkammerstirnwand 19 ein Ringbund 20, dessen nach außen zeigende Stirnfläche eine Dichtfläche 21 bildet und in dem, wie insbesondere die F i g. 3 zeigt, dreieckförmige Tangentialschlitze 22 verlaufen. Diese münden in einem um die Düse 3 liegenden Drallraum 23.

In der abgestuften Bohrung des Brennkammerkopfes 1 ist durch eine Schweißnaht b ferner eine Büchse 24 befestigt, in die ein Gewindebolzen als Druckglied 25 eingeschraubt ist. Das innere Ende der Büchse 24 bzw. deren Boden ist als elastische Trennwand bzw. Membrane (24a,) ausgebildet.

Sollte nach dem Zusammenbau des Brennkammerkopfes 1 bzw. der Gesamtbrennkammer die von den ringförmigen Dichtflächen 5 und 9 sowie 6 und 21 gebildeten Abdichtungen r.icht funktionieren, d. h. nicht absolut druckdicht sein, so wird das Druckglied 25 entsprechend angezogen, das über die Membrane 24a auf das Druckstück 7 drückt, wodurch die vorgenannten Dichtflächen aufgrund des in geringen Grenzen nachgiebig ausgebildeten Dichtungsträgers 4 dichtend aufeinander gepreßt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung mit einer Einrichtung zum nachträglichen Aufeinanderdrücken der Dichtungen von außen durch ein Druckglied, für nicht mehr demontierbare Gehäuse von Maschinen, Geräten, Apparaten o. dgl., insbesondere für Brennkammerköpfe von Flüssigkeitsraketentriebwerken kleinster Leistung, gekennzeichnet durch einen ringförmigen, radial nach innen gerichteten, mit dem Gehäuse bzw. dem Brennkammerkopf (1) einstückig verbundenen Dichtungsträger (4) mit auf beiden Stirnseiten vorgesehenen Dichtflächen (9 und 21), der in beiden axialen Richtungen durch beidseitig an seiner Wurzel vorgesehene Ringnuten (Ϊ3 und 14) in geringen Grenzen beweglich ist, und durch eine im Gehäuse bzw. im Brennkammtrkopf (I) dreckdicht eingesetzte bzw. eingeschweißte Verschlußbüchse (24) mit elastischem Boden (24a), in der ein Druckglied (25) verstellbar geführt, insbesondere eingeschraubt ist, das über ein axial bewegliches Druckstück (7) mit einer Gegendichtfläche (9) den Dichtungsträger (4) gegen eine gehäusefeste Stirnwand (19) mit einer Gegendichtfläche (21) preßt.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten (13 und 14) Treibstoffringkanäle (11 und 16) bilden.