DE3940381A1

DE3940381A1 - Heissgaskanal sowie verschlusselement

Info

Publication number: DE3940381A1
Application number: DE3940381A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Janich
Original assignee: PKS ENGINEERING
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1989-12-06
Filing date: 1989-12-06
Publication date: 1991-06-13

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgaskanal entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verschluß element gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 12.

Ein Heißgaskanal gemäß dem Gattungsbegriff des Anspru ches 1 ist beispielsweise durch die WO 88/09 458 be kannt. Die Abdeckelemente werden hierbei durch einfa che, eben ausgebildete, langgestreckte Schienen gebil det, die die Dehnungsfugen zwischen benachbarten Innen wandblechen überdecken.

Praktische Erfahrungen mit derartigen Heißgaskanälen zeigen jedoch, daß die Halterung der Wärmeisolations schicht durch die Innenwandbleche und die länglichen Abdeckelemente ungenügend ist. Bei dieser bekannten Ausführung wölben sich bei Wärmedehnung die nur einfach überlappten Bleche, weil die Befestigung an den Bolzen eine freie Bewegung häufig verhindert. Das Heißgas (das in Abgaskanälen von Gasturbinen eine Gasgeschwindigkeit bis zu 60 m/s aufweisen kann) hinterspült dann die Ble che und greift die Wärmeisolation an, die nach einer gewissen Betriebszeit aus der Wand des Heißgaskanales herausgerissen wird.

Nachteilig ist bei der bekannten Ausführung ferner, daß die bei Druckbelastung an den dünnen Abdeckblechen wirkenden Kräfte lediglich an den Befestigungsbolzen aufgenommen werden, was leicht zur Folge hat, daß diese Bleche einreißen, was gleichfalls die zuverlässige Halterung der Wärmeisolationsschicht beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Heißgaskanal entsprechend dem Oberbegriff des Anspru ches 1 so auszubilden, daß die Innenwandbleche beson ders zuverlässig durch die Abdeckelemente in ihrer Lage gehalten sind und auf diese Weise die Wärmeisolations schicht auch bei hohen Temperaturen und hohen Strö mungsgeschwindigkeiten des Gases einwandfrei geschützt ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, auch ein in einem Heißgaskanal angeordnetes bewegliches Ver schlußelement so auszubilden, daß die darin enthaltene Wärmeisolationsschicht zuverlässig geschützt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich nenden Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Zweckmä ßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Heißgaskanal enthalten die Abdeckelemente zwei übereinander angeordnete Abdeck schienen, die im Bereich ihrer Längskanten einen Ab stand aufweisen, der etwa der Stärke der Innenwandble che entspricht. In die von den beiden Abdeckschienen eines Abdeckelementes im Bereich der beiden Längskanten gebildeten freien Zwischenräume greifen dabei die be nachbarten Innenwandbleche mit ihrem Rand ein.

Auf diese Weise ergibt sich im Bereich der Ränder der Innenwandbleche durch die beiden Abdeckschienen des Ab deckelementes, die diese Ränder über- bzw. untergrei fen, eine schikanenartige mehrfache Umlenkung für das Gas, das zwischen dem Rand des Innenwandbleches und dem diesen Rand umschließenden Abdeckelement in das Innere der Kanalwandung einzudringen sucht. Im Verlaufe dieser mehrfachen, schikanenartigen Umlenkung wird die Strö mungsenergie des Heißgases so weit abgebaut, daß das Gas - sofern es überhaupt unter die Innenwandbleche ge langt - keine Beschädigungen in der Kanalwandung verur sachen kann. So wird insbesondere das bei der eingangs geschilderten bekannten Ausführung auftretende Verwer fen der Innenwandbleche sowie das Herausreißen der Wär meisolationsschicht zuverlässig vermieden.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Heißgaskanales (von der Innenseite des Kanales her gesehen),

Fig. 2, 3 und 4 Schnitte längs der Linien IIII, III-II bzw. IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 eine Variante (entsprechend dem Schnitt gemäß Fig. 2),

Fig. 6 einen Schnitt (entsprechend Fig. 2) durch den Randbereich,

Fig. 7 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Schwenkklappenanord nung in einem Heißgaskanal.

Der in den Fig. 1 bis 4 schematisch veranschaulichte Heißgaskanal, insbesondere für Abgase von Gasturbinen, enthält eine stabile Außenwand 1, an deren Innenseite eine Wärmeisolationsschicht 2 anliegt.

Die Innenseite der Wärmeisolationsschicht 2 wird durch eine in Berührung mit den heißen Gasen stehende Innen wand 3 abgedeckt, die wie folgt aufgebaut ist.

Die Innenwand 3 enthält eine Vielzahl von Innenwandble chen 4, die rechteckig ausgebildet sind und mit Abstand a (vgl. Fig. 1) unter Bildung von Dehnungsfugen neben einander angeordnet sind.

Weiterhin gehören zur Innenwand 3 längliche Abdeckele mente 5, die die Dehnungsfugen zwischen den Innenwand blechen 4 überdecken. Diese Abdeckelemente 5 enthalten zwei übereinander angeordnete Abdeckschienen 6, 7, die im Bereich ihrer Längskanten 6a, 7a einen Abstand auf weisen, der etwa der Stärke der Innenwandbleche 4 ent spricht.

Mit der Außenwand 1 sind Bolzen 8 fest verbunden (beispielsweise verschweißt), die in regelmäßigen Ab ständen angeordnet sind (vgl. Fig. 1) und die Wärmeiso lationsschicht 2 durchdringen. Sie tragen jeweils zwei Halterungsscheiben (9, 10), durch die die Abdeckele mente 5 von unten und oben fixiert sind und - wie noch näher erläutert wird - in Anlage an den Innenwandble chen 4 gehalten werden.

Bei dem in den Fig. 1 bis 4 veranschaulichten Ausfüh rungsbeispiel bestehen die Abdeckelemente 5 jeweils aus zwei profilierten Abdeckschienen 6 und 7, die in ihrem mittleren, eben ausgebildeten Querschnittsbereich an einander anliegen (vgl. Fig. 2) und in ihren durch die Längskanten 6a, 7a begrenzten äußeren Querschnittsbe reichen unter Bildung von freien Zwischenräumen profi liert sind. In diese freien Zwischenräume greifen die Innenwandbleche 4 mit Dehnungsspiel ein.

Die Abdeckschienen 6, 7 der Abdeckelemente 5 sind dabei derart profiliert, daß die benachbarten Längskanten 6a, 7a der Abdeckschienen 6, 7 eines Abdeckelementes 5 in Richtung aufeinander weisen und zwischen diesen Abdeck schienen 6, 7 ein sich nach innen erweiternder Zwi schenraum 11 vorhanden ist, dessen maximale Höhe ein Mehrfaches der Stärke der Innenwandbleche 4 beträgt.

Die Innenwandbleche 4 sind an ihrem Rand 4a abgekröpft und greifen mit diesem abgekröpften Rand 4a in den sich nach innen erweiternden Zwischenraum 11 der Abdeck schienen 6, 7 ein (vgl. Fig. 2).

Zwischen benachbarten, parallel zueinander verlaufenden und von Bolzen 8 fixierten Abdeckelementen 5 sind in Querrichtung verlaufende Abdeckkörper 12 angeordnet (vgl. Fig. 1 und 4), die im Bereich ihrer Enden in den von den Abdeckschienen 6, 7 der angrenzenden Abdeckele mente 5 gebildeten freien Zwischenraum 11 eingreifen.

Die in Querrichtung verlaufenden Abdeckkörper 12 beste hen dabei aus zwei ebenen Abdeckschienen 13, 14 und ei nem dazwischen angeordneten Distanzstück 15, dessen Stärke etwa der Stärke der Innenwandbleche 4 ent spricht.

Die Distanzstücke 15 der Abdeckkörper 12 sind an ihren Enden 15a abgekröpft und greifen mit diesen abgekröpf ten Enden 15a in den sich erweiternden Zwischenraum 11 der Abdeckschienen 6, 7 der Abdeckelemente 5 ein.

Die beiden Abdeckschienen 6, 7 der Abdeckelemente 5 weisen im nicht verformten Zustand im Bereich ihrer beiden Längskanten 6a, 7a zweckmäßig einen Abstand auf, der etwas kleiner als die Stärke der Innenwandbleche 4 ist. Werden dann bei der Montage des Heißgaskanales die Innenwandbleche 4 mit ihren Rändern 4a in die Abdeck schienen 7 eingelegt und anschließend die Abdeckschie nen 6 aufgesetzt und mittels der Halterungsscheiben 10 fixiert, so ergibt sich eine leichte elastische Verfor mung der Abdeckschienen 6 und 7 in ihren äußeren Quer schnittsbereichen, so daß die Längskanten 6a, 7a der Abdeckschienen 6 und 7 mit Druck auf den Innenwandble chen 4 aufliegen. Auf diese Weise wird eine besonders gute Abdichtung zwischen den Abdeckschienen 6, 7 und den Innenwandblechen 4 erreicht, was das Eindringen von Gas aus dem Heißgaskanal in die Wärmeisolationsschicht 2 weitgehend ausschließt.

Die Abkröpfung der Innenwandbleche 4 an ihrem in die Abdeckelemente 5 eingreifenden Rand 4a gewährleistet, daß die Innenwandbleche 4 auch unter extremen Beanspru chungen, wie bei betriebsbedingten Druckstößen und bei stark pulsierendem Druck, nicht aus den Abdeckelementen 5 herausrutschen können.

Die Abkröpfung der Enden 15a der Distanzstücke 15 der in Querrichtung verlaufenden Abdeckkörper 12 dient dem gleichen Zweck und gewährleistet einen sicheren Zusam menhalt der Abdeckelemente 5 und der quer hierzu ver laufenden Abdeckkörper 12.

Die Abdeckelemente 5 sind in Abständen (beispielsweise von einigen Metern) unterteilt. Im mittleren Bereich ihrer Länge sind sie jeweils auf einem Bolzen 8 fi xiert. Im übrigen Bereich ihrer Länge weisen sie Langlöcher 16 (vgl. Fig. 1) auf, die zur Halterung der Abdeckelemente 5 auf Bolzen 8 bestimmt sind, jedoch eine thermische Ausdehnung der Abdeckelemente 5 in Längsrichtung relativ zu diesen Bolzen gestatten.

Während die Abdeckschienen 6, 7 der Abdeckelemente 5 bei dem in den Fig. 1 bis 4 veranschaulichten Ausfüh rungsbeispiel profiliert ausgebildet sind, zeigt Fig. 5 eine vereinfachte Variante, bei der die Abdeckschienen 6′, 7′ eben ausgebildet sind, wobei zwischen diesen ebenen Abdeckschienen 6′, 7′ ein (mit der Abdeckschiene 7′ verbundenes) Distanzstück 17 vorgesehen ist, dessen Stärke etwa der Stärke der Innenwandbleche 4 ent spricht. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich damit durch den Eingriff der Innenwandbleche 4 in die Abdeckelemente 5′ eine schikanenartige Umlenkung für das Gas, das aus dem Innenraum des Heißgaskanales zwischen den Innenwandblechen 4 und den Abdeckschienen 6′, 7′ hindurch in die Wärmeisolationsschicht 2 zu ge langen sucht.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich.

So können die Abdeckschienen 13, 14 der Abdeckkörper 12 (Fig. 3) mit den Distanzstücken 15 auch verschraubt (statt verschweißt) sein, wobei zweckmäßig im mittleren Bereich der Länge ein Festpunkt gewählt wird und im üb rigen Langlöcher vorgesehen werden, um ein Dehnungs spiel zu ermöglichen.

Weiterhin können die Ränder 4a der Innenwandbleche 4 (Fig. 2) sowie die Enden 15a der Distanzstücke 15 (Fig. 4) statt nach unten auch nach oben abgebogen sein. Eine derartige Ausführung ermöglicht eine vereinfachte Montage, die weitgehend im Werk vorbereitet werden kann.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind in der Mitte der von den Innenwandblechen 4 gebil deten Feldern zusätzliche Bolzen 8′ vorgesehen. Diese zentralen Festpunkte der Innenwandbleche 4 sind jedoch nicht in allen Fällen erforderlich, sondern können ins besondere bei kleineren Abmessungen der Innenwandbleche 4 weggelassen werden.

Fig. 6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel für die Gestaltung der Abdeckelemente 5 im Randbereich. Die Ab deckschienen 6, 7 sind hierbei auf einer Seite um 90° abgebogen und übergreifen mit diesem abgebogenen Be reich 6b, 7b die freie Stirnseite der Wärmeisolations schicht 2. Die Enden der Bereiche 6b, 7b können noch mals abgekröpft werden, um die Außenwand 1 zu hinter greifen.

Fig. 7 zeigt ferner ein Ausführungsbeispiel eines in ei nem Heißgaskanal angeordneten, beweglichen Verschluß elementes, und zwar einer Schwenkklappenanordnung 20, die zwei Schwenkklappen 21, 22 enthält, die mittels An triebseinrichtungen 23, 24 um Achsen 25, 26 in die Öff nungs- oder Schließstellung geschwenkt werden können. Hierbei ist die Schwenkklappe 21 in der Öffnungsstel lung und die Schwenkklappe 22 in der Schließstellung veranschaulicht. Das gemeinsame Klappengehäuse beider Schwenkklappen ist mit 27 bezeichnet. Es wird als Zwi schenstück in den (nicht veranschaulichten) Heißgaska nal eingefügt.

Die beiden Schwenkklappen 21, 22 sind in der Art und Weise aufgebaut, wie dies anhand der Fig. 1 bis 6 für die Wand des Heißgaskanales erläutert wurde.

Die Schwenkklappen enthalten somit eine Wärmeisolati onsschicht, die zumindest auf einer Seite durch eine Wand 3′ abgedeckt ist, die aus einer Vielzahl von mit Abstand unter Bildung von Dehnungsfugen nebeneinander angeordneten Wandblechen 4′ sowie aus die Dehnungsfugen überdeckenden länglichen Abdeckelementen 5′′ bzw. quer hierzu verlaufenden Abdeckkörpern 12′′ besteht.

Wie bei dem anhand der Fig. 1 bis 6 erläuterten Ausfüh rungsbeispiel sind ferner Bolzen 8′′ vorgesehen, die die Wärmeisolationsschicht in regelmäßigen Abständen durch setzen und Halterungsscheiben tragen, durch die die Ab deckelemente 5′′ in Anlage an den Wandblechen 4′ gehal ten werden.

Die Abdeckelemente 5′′ enthalten - wie dies anhand der Fig. 1 bis 6 bereits erläutert wurde - zwei übereinander angeordnete Abdeckschienen, die im Bereich ihrer Längs kanten einen Abstand aufweisen, der etwa der Stärke der Wandbleche 4′ entspricht.

In die von den beiden Abdeckschienen eines Abdeckele mentes 5′′ im Bereich der beiden Längskanten gebildeten freien Zwischenräume greifen die benachbarten Wandble che 4′ mit ihrem Rand ein. Zweckmäßig sind diese Ränder abgebogen (wie anhand von Fig. 2 bereits erläutert).

Für die Gestaltung der in Querrichtung verlaufenden Ab deckkörper 12′′ gilt das bereits zu Fig. 4 Ausgeführte.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der der Wand 3′ gegenüberliegenden Seite der Wärme isolation ein stabiler Tragrahmen 28 vorgesehen, unter dem sich ein Blech 29 befindet, auf das dann die (in der Zeichnung nicht sichtbare) Wärmeisolationsschicht folgt.

Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, die Wärmeisolationsschicht 2 auf beiden Breitseiten mit ei ner Wand 3′, d. h. mit der anhand der Fig. 1 bis 6 im einzelnen erläuterten Abdeckung zu versehen.

Claims

1. Heißgaskanal, insbesondere für Abgase von Gasturbi nen, enthaltend

a) eine Außenwand (1),
b) eine an der Innenseite der Außenwand (1) anlie gende Wärmeisolationsschicht (2)
c) eine die Innenseite der Wärmeisolationsschicht (2) abdeckende Innenwand (3), bestehend aus
- c₁) einer Vielzahl von mit Abstand unter Bildung von Dehnungsfugen nebeneinander angeordneten Innenwandblechen (4),
- c₂) sowie länglichen Abdeckelementen (5, 5′), die die Dehnungsfugen überdecken,
d) mit der Außenwand (1) fest verbundene, in regel mäßigen Abständen angeordnete Bolzen (8), die die Wärmeisolationsschicht (2) durchdringen und Halterungsscheiben (9, 10) tragen, durch die die Abdeckelemente (5, 5′) in Anlage an den Innen wandblechen (4) gehalten werden,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

e) die Abdeckelemente (5, 5′) enthalten zwei über einander angeordnete Abdeckschienen (6, 7 bzw. 6′, 7′), die im Bereich ihrer Längskanten (z. B. 6a, 7a) einen Abstand aufweisen, der etwa der Stärke der Innenwandbleche (4) entspricht;
f) in die von den beiden Abdeckschienen (6, 7 bzw. 6′, 7′) eines Abdeckelementes (5 bzw. 5′) im Be reich der beiden Längskanten (z. B. 6a, 7a) ge bildeten freien Zwischenräume (11) greifen die benachbarten Innenwandbleche (4) mit ihrem Rand (4a) ein.

2. Heißgaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Abdeckelemente (5′) aus zwei ebenen Ab deckschienen (6′, 7′) und einem dazwischen angeord neten Distanzstück (17) bestehen, wobei die Stärke des Distanzstückes (17) etwa der Stärke der Innen wandbleche (4) entspricht.

3. Heißgaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Abdeckelemente (5) aus zwei profilier ten Abdeckschienen (6, 7) bestehen, die in ihrem mittleren, eben ausgebildeten Querschnittsbereich aneinander anliegen und in ihren durch die Längskan ten (6a, 7a) begrenzten äußeren Querschnittsberei chen unter Bildung der zum Eingriff der Innenwand bleche (4) bestimmten freien Zwischenräume (11) pro filiert sind.

4. Heißgaskanal nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Abdeckschienen (6, 7) der Abdeckelemente (5) sind derart profiliert, daß die benachbarten Längskanten (6a, 7a) der Abdeckschienen (6, 7) eines Abdeckelementes (5) in Richtung aufeinan der weisen und zwischen diesen Abdeckschienen (6, 7) ein sich nach innen erweiternder Zwi schenraum (11) vorhanden ist, dessen maximale Höhe ein Mehrfaches der Stärke der Innenwandble che (4) beträgt;
b) die Innenwandbleche (4) sind an ihrem Rand (4a) abgekröpft und greifen mit diesem abgekröpften Rand in den sich nach innen erweiternden Zwi schenraum (11) der Abdeckschienen (6, 7) ein.

5. Heißgaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zwischen benachbarten, parallel zueinander verlaufenden und durch Bolzen (8) fixierten Abdeck elementen (5) in Querrichtung verlaufende Abdeckkör per (12) angeordnet sind, die im Bereich ihrer Enden in den von den Abdeckschienen (6, 7) der angrenzen den Abdeckelemente (5) gebildeten freien Zwischen raum (11) eingreifen.

6. Heißgaskanal nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die in Querrichtung verlaufenden Abdeckkör per (12) aus zwei ebenen Abdeckschienen (13, 14) und einem dazwischen angeordneten Distanzstück (15) be stehen, wobei die Stärke des Distanzstückes (15) etwa der Stärke der Innenwandbleche (4) entspricht.

7. Heißgaskanal nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzstücke (15) der Ab deckkörper (12) an ihren Enden (15a) abgekröpft sind und mit diesen abgekröpften Enden (15a) in den sich erweiternden Zwischenraum (11) der Abdeckschienen (6, 7) der Abdeckelemente (5) eingreifen.

8. Heißgaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die beiden Abdeckschienen (6, 7) der ein zelnen Abdeckelemente (5) im nicht verformten Zu stand im Bereich ihrer beiden Längskanten (6a, 7a) einen Abstand aufweisen, der etwas kleiner als die Stärke der Innenwandbleche (4) ist, so daß bei im Zwischenraum (11) zwischen den Abdeckschienen (6, 7) befindlichen Innenwandblechen (4) die elastisch ver formten Abdeckschienen (6, 7) mit Druck auf den In nenwandblechen (4) aufliegen.

9. Heißgaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Bolzen (8) jeweils mit zwei Halterungs scheiben (9, 10) fest verbunden sind, zwischen denen die einzelnen Abdeckelemente (5) angeordnet sind.

10. Heißgaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die in Abständen unterteilten Abdeckele mente (5) jeweils im mittleren Bereich ihrer Länge auf einem Bolzen (8) fixiert sind und im übrigen Be reich ihrer Länge zur Halterung der Abdeckelemente (5) auf weiteren Bolzen (8) bestimmte Langlöcher (16) aufweisen, die eine thermische Ausdehnung der Abdeckelemente (5) in Längsrichtung relativ zu die sen weiteren Bolzen (8) gestatten.

11. Heißgaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Abdeckschienen (6, 7) der am Rand ange ordneten Abdeckelemente (5) auf einer Seite um 90° abgebogen sind und mit diesem abgebogenen Bereich (6b, 7b) die freie Stirnseite der Wärmeisolations schicht (2) übergreifen.

12. In einem Heißgaskanal angeordnetes, bewegliches Ver schlußelement, wie Jalousieklappe, Schwenkklappe oder Schieberklappe, gekennzeichnet duch folgende Merkmale:

a) Das Verschlußelement enthält eine Wärmeisolati onsschicht, die zumindest auf einer Seite durch eine Wand (3′) abgedeckt ist, die aus einer Vielzahl von mit Abstand unter Bildung von Deh nungsfugen nebeneinander angeordneten Wandble chen (4′) sowie aus die Dehnungsfugen überdeckenden länglichen Abdeckelementen (5′′) bestehen;
b) es sind die Wärmeisolationsschicht in regelmäßi gen Abständen durchsetzende Bolzen (8′′) vorgese hen, die Halterungsscheiben tragen, durch die die Abdeckelemente (5′′) in Anlage an den Wand blechen (4′) gehalten werden;
c) die Abdeckelemente (5′′) enthalten zwei überein ander angeordnete Abdeckschienen, die im Bereich ihrer Längskanten einen Abstand aufweisen, der etwa der Stärke der Wandbleche (4′) entspricht;
d) in die von den beiden Abdeckschienen eines Ab deckelements (5′′) im Bereich der beiden Längs kanten gebildeten freien Zwischenräume greifen die benachbarten Wandbleche (4′) mit ihrem Rand ein.