DE19950108A1 - Hitzeschild für eine Gasturbine - Google Patents

Abstract

Bei einem Hitzeschild (10) für eine Gasturbine, welches Hitzeschild (10) einen Kranz von Laufschaufeln ringförmig umgibt und aus einer Mehrzahl von gleichartigen Hitzeschildsegmenten (12-15) zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind und mittels seitlich in die Hitzeschildsegmente (12-15) haltend eingreifender Klammersegmente (16-18) an einem das Hitzeschild (10) konzentrisch umgebenden, ringförmigen Träger (11) befestigt sind, wird eine vereinfachte und weniger aufwendige Montage bei gleichzeitiger Verringerung der Kühlluftleckage dadurch erreicht, dass jedes der Klammersegmente (16-18) gleichzeitig mehrere der Hitzeschildsegmente (12-15) hält.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Technik der Gasturbi­ nen. Sie betrifft ein Hitzeschild für eine Gasturbine, welches Hitzeschild einen Kranz von Laufschaufeln ringförmig umgibt und aus einer Mehrzahl von gleicharti­ gen Hitzeschildsegmenten zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung hinter­ einander angeordnet sind und mittels seitlich in die Hitzeschildsegmente haltend eingreifender Klammersegmente an einem das Hitzeschild konzentrisch umge­ benden, ringförmigen Träger befestigt sind.

STAND DER TECHNIK

Hitzeschilde für Gasturbinen, welche die Laufschaufeln einer Turbinenstufe ring­ förmig umgeben und einerseits den Heissgaskanal nach aussen begrenzen und anderseits den Spalt zwischen der Aussenwand des Heissgaskanals und den En­ den der Laufschaufeln aus Gründen des Wirkungsgrades möglichst klein halten, ohne bei wechselnden Temperaturen eine schleifende Berührung hervorzurufen, sind seit langem bekannt. Derartige Hitzeschilde bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl von kreissegmentförmig gekrümmten Hitzeschildsegmenten, die in Um­ fangsrichtung hintereinander angeordnet einen geschlossenen Ring bilden. Ein beispielhaftes Hitzeschildsegment ist in Fig. 3 der US-A-5,071,313 dargestellt.

Die Halterung der einzelnen Hitzeschildsegmente in der Gasturbine kann auf un­ terschiedliche Weise erfolgen. Aus der US-A-4,551,064 ist es beispielsweise be­ kannt, die Hitzeschildsegmente ohne weitere Hilfsmittel direkt in einem Trägerring ("carrier ring") zu halten, der mit entsprechend ausgebildeten ringförmigen Zungen in seitlich angeordnete Nuten der Hitzeschildsegmente eingreift. Die Hitzeschild­ segmente müssen bei der Montage in Umfangsrichtung in die Aussparungen des Trägerrings eingeschoben werden. Damit dies möglich ist, ist der Trägerring in eine Anzahl von Segmenten unterteilt. Nachteilig ist dabei der geteilte Trägerring, der aufgrund der separaten Befestigung der einzelnen Trägerringsegmente eine präzise Positionierung des Trägerringes und damit auch des Hitzeschildes zur Turbinenachse erschwert. Nachteilig ist weiterhin, das die Hitzeschildsegmente nur "lose" in die Trägerringsegmente eingeschoben sind und daher selbst bei prä­ zise eingebautem Trägerring ein erhebliches Spiel haben. Schliesslich ist es von Nachteil, dass wegen der Art der Montage die Stösse zwischen den Träger­ ringsegmenten mit Stössen zwischen den Hitzeschildsegmenten fluchten (Fig. 2 der US-A-4,551,064), wodurch sich eine erhöhte Kühlluftleckage ergibt.

Eine andere bekannte Art der Montage ist im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt. Das Hitzeschild 10 besteht auch hier aus einzelnen in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Hitzeschildsegmenten 13, die - ähnlich wie bei den Segmenten aus der US-A-5,071,313 - seitlich in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 19, 20 auf­ weisen. Die Hitzeschildsegmente 13 sind in diesem Fall mittels separaten Klam­ mersegmenten 16, 18 an einem das Hitzeschild konzentrisch umgebenden, ein­ stückigen, ringförmigen Träger befestigt. Dazu sind die Klammersegmente 16, 18, auf der Unterseite hakenförmig nach innen gebogen und greifen so von aussen in die Nuten 19, 20 der Hitzeschildsegmente 13 ein. Die Klammersegmente 16, 18 sind mit dem Träger 11 verschraubt. Hierdurch kann das Hitzeschild 10 mit präzi­ ser Ausrichtung montiert werden. Weiterhin ist es möglich, auf einfache Weise einzelne Hitzeschildsegmente auszuwechseln. Jedem der Hitzeschildsegmente 13 ist dabei ein eigenes Paar von Klammersegmenten 16, 18 zugeordnet, mittels dessen es am Träger 11 befestigt ist. Die Einzelbefestigung der Hitzeschildseg­ mente hat jedoch auch Nachteile: Sie ist einerseits aufwendig in der Montage, weil jedes Hitzeschildsegment mit den zugehörigen Klammersegmenten einzeln am Träger festgeschraubt werden muss. Sie ist aber auch aufwendig und teuer, weil für jedes der Hitzeschildsegmente die entsprechenden Befestigungselemente her­ gestellt werden müssen. Schliesslich lässt die Einzelbefestigung Spalte zwischen den Segmenten frei, durch die in erhöhten Masse Kühiluft entweichen kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hitzeschild der in Fig. 2 dargestellten Art derart weiterzuentwickeln, dass die o. g. Nachteile vermieden werden, und insbe­ sondere ein Hitzeschild geschaffen wird, das sich schneller montieren lässt, gün­ stiger in der Herstellung ist, und sich durch eine verringerte Kühlluftleckage aus­ zeichnet.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, jeweils für mehrere der Hitzeschildsegmente zur Befestigung ein gemeinsames Klammersegment vorzusehen. Dadurch wird bei verbesserter Montagefreundlichkeit die Anzahl der Befestigungselemente er­ heblich verringert. Gleichzeitig werden bei den zu einem Klammersegment gehö­ renden Hitzeschildsegmenten die Fugen zwischen den Segmenten durch das ge­ meinsame Klammersegment zusätzlich abgedichtet.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform des Hitzeschildes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung zwischen den Klammersegmenten gegenüber der Teilung zwischen den Hitzeschildsegmenten in Umfangsrichtung versetzt angeordnet ist, wobei der Versatz vorzugsweise die Hälfte der Länge ei­ nes Hitzeschildsegmentes in Umfangsrichtung beträgt. Hierdurch ist gewährleistet, dass alle Fugen zwischen den Hitzeschildsegmenten durch eines der Klammer­ segmente abgedeckt werden.

Besonders günstig ist es in der Praxis, wenn gemäss einer anderen Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemässen Hitzeschildes jedes der Klammersegmente im Mittel drei der Hitzeschildsegmente hält.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam­ menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 im Längsschnitt in der Ebene I-I in Fig. 2 ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel eines Hitzeschildes nach der Erfindung;

Fig. 2 im Querschnitt in der Ebene II-II in Fig. 1 die generelle Art der Befestigung, wie sie beim Hitzeschild gemäss Fig. 1 zur Anwen­ dung kommt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt in einem Ausschnitt den Längsschnitt durch ein Hitzeschild gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Hitzeschild 10 um­ fasst eine Mehrzahl von einzelnen Hitzeschildsegmenten 12, . . ., 15 mit dem in Fig. 2 dargestellten Querschnittsprofil. Die Hitzeschildsegmente 12, . . ., 15 sind in Um­ fangsrichtung der Gasturbine hintereinander angeordnet und bilden so einen (weitgehend) geschlossenen Ring. Die einzelnen Hitzeschildsegmente 12, . . ., 15 werden an einem durchgehenden ringförmigen Träger 11 befestigt, der sich kon­ zentrisch um das Hitzeschild herum erstreckt. Zur Befestigung dienen Klammer­ segmente 16, 17 und 18, die oben am Träger 11 angeschraubt sind und mit ihren unteren, hakenförmig nach innen gebogenen Enden in entsprechende Nuten 19, 20 an den Seiten der Hitzeschildsegmente 12, . . ., 15 eingreifen.

Die Klammersegmente 16, . . ., 18 sind in ihrer Länge (in Umfangsrichtung) so ge­ wählt, dass sie sich (im Mittel) über drei aufeinanderfolgende Hitzeschildsegmente erstrecken. Da die Teilung der Klammersegmente 16, . . ., 18 gegenüber der Teilung der Hitzeschildsegmente 12, . . ., 15 um die halbe Länge eines Hitzeschildsegmentes versetzt ist, erstreckt sich z. B. das Klammersegment 16 im Beispiel der Fig. 1 über das halbe Hitzesegment 12, über die beiden Hitzeschildsegmente 13 und 14, so­ wie über das halbe Hitzeschildsegment 15. Auf der verbleibenden Hälfte des Hit­ zeschildsegmentes 12 greift dann das benachbarte Klammersegment 17 ein. Ent­ sprechendes gilt für die verbleibende Hälfte des Hitzeschildsegmentes 15 (das anschliessende Klammersegment ist hier nicht eingezeichnet).

Man erkennt sofort, dass bei dieser Art der Befestigung nicht nur die Zahl der Be­ festigungsteile auf ein Drittel und die Montagezeit entsprechend reduziert wird, sondern dass auch jeder der Spalte zwischen benachbarten Hitzeschildsegmen­ ten durch ein Klammersegment abgedeckt ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Hitzeschild

11

Träger (ringförmig)

12-15

Hitzeschildsegment

16-18

Klammersegment

19

,

20

Nut

Claims (5)

1. Hitzeschild (10) für eine Gasturbine, welches Hitzeschild (10) einen Kranz von Laufschaufeln ringförmig umgibt und aus einer Mehrzahl von gleicharti­ gen Hitzeschildsegmenten (12-15) zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind und mittels seitlich in die Hitzeschildsegmente (12-15) haltend eingreifender Klammersegmente (16-18) an einem das Hitzeschild (10) konzentrisch umgebenden, ringförmigen Träger (11) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Klammersegmente (16-18) gleichzeitig mehrere der Hitzeschildsegmente (12-15) hält.

2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung zwischen den Klammersegmenten (16-18) gegenüber der Teilung zwischen den Hitzeschildsegmenten (12-15) in Umfangsrichtung versetzt angeordnet ist.

3. Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz die Hälfte der Länge eines Hitzeschildsegmentes (12-15) in Umfangsrichtung be­ trägt.

4. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Klammersegmente (16-18) im Mittel drei der Hitzeschildsegmente (12-15) hält.

5. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hitzeschildsegmente (12-15) an den seitlichen Rändern mit in Umfangs­ richtung sich erstreckenden Nuten (19, 20) versehen sind, und dass die Klammer­ segmente (16-18) mit hakenförmig nach innen gebogenen Kanten in die Nuten (19, 20) der Hitzeschildsegmente (12-15) eingreifen.