DE8618859U1 - Heat shield - Google Patents
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Description
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Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Unser Zeichen Mülheim VPA 85 P 6112 DE 01Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Our reference Mülheim VPA 85 P 6112 DE 01
HitzeschildHeat shield
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hitzeschildanordnung zum Schutz einer Tragstruktur gegenüber einem heißen Fluid gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 * Eine solche Hitzeschildanordnung ist z, B* zur Auskleidung der Brennkammer-Innenwand einer Gasturbinenanlage bekannt durch .J die DE-PS 11 73 734» Dabei bestehen die Hitzeschild-Elemente aus profilierten Steinen, welche mit gegenseitigem Abstand unter Bildung von Kühllüftspalten mittels Halteklammern aus äüstenitischem Material an der Brennkammerwänd befestigt sind. Die Halteklammern ihrerseits werden von Bolzen, welche die Brennkammerwand durchdringen, gehalten. Die Bolzen sind mittels Excenterbuchsen in der Brennkammerwand justierbar gehalten, damit eine Anpassung der Befestigung an die Abmessungen der Brennkammersteine t die nicht immer übereinstimmen, möglich ist.The present invention relates to a heat shield arrangement for protecting a supporting structure against a hot fluid according to the preamble of claim 1. * Such a heat shield arrangement is known, for example, for lining the inner wall of the combustion chamber of a gas turbine plant from DE-PS 11 73 734. The heat shield elements consist of profiled stones which are attached to the combustion chamber walls at a distance from one another, forming cooling air gaps, by means of retaining clips made of aesthetic material. The retaining clips are in turn held by bolts which penetrate the combustion chamber wall. The bolts are held adjustable in the combustion chamber wall by means of eccentric bushings so that the attachment can be adapted to the dimensions of the combustion chamber stones, which do not always match.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Hitzeschildanordnung der gattungsgemäßen Art, welche sich zur Auskleidung von kompliziert geformten Strukturen eignet. Dabei soll der Kühlluftverbrauch möglichst gering sein und möglichst gleichmäßig über die zu schützende Fläche verteilt werden, ohne daß große Wärinespannungen an den Hitzeschild-Elementen und ihren Verankerungen auftreten können. Dabei soll die Hitzeschildanordnung möglichst nur aus metallischen Bauteilen bestehen.The object of the present invention is to create an improved heat shield arrangement of the generic type, which is suitable for lining complex-shaped structures. The cooling air consumption should be as low as possible and distributed as evenly as possible over the area to be protected, without large thermal stresses occurring on the heat shield elements and their anchors. The heat shield arrangement should, if possible, consist only of metallic components.
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Khf/Knl, 12.02.86Khf/Knl, 12.02.86
-2- VPA 85 P 6T12 PE 01-2- VPA 85 P 6T12 PE 01
ErfindungsgemäJJ wird, diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Hitzeschildanordnung durch die im Kennzeichen des Anspruchs T angegebenen Merkmale gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 15 angegeben. Wie anhand der Zeichnung noch näher erläutert wird, bietet die Erfindung verschiedene Vorteile,. Durch den Aufbau eines einzelnen Hitzeschild—Elementes nach Art eines Pilzes können sich deren Hutteile frei in allen Richtungen vom Schaftteil weg ausdehnen, ohne daß es zu erheblichen Wärmespannungen kommt. Gegebenenfalls können sich die Hutteile an ihrer heißeren Oberfläche stärker ausdehnen V als an ihrer Unterseite., was zwar zu einer leichten Wölbung der Hutteile führt, jedoch nicht zu Wärmespannungen. According to the invention, this object is achieved in a generic heat shield arrangement by the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments are specified in claims 2 to 15. As will be explained in more detail with reference to the drawing, the invention offers various advantages. By constructing a single heat shield element in the manner of a mushroom, its cap parts can expand freely in all directions away from the shaft part without significant thermal stresses occurring. If necessary, the cap parts can expand more on their hotter surface than on their underside, which leads to a slight curvature of the cap parts, but not to thermal stresses.
Weiterhin ist es problemlos möglich., beliebige räumliche Flächen von Tragstrukturen mit solchen Hitzeschild-Elementen zu verkleiden. Solche Flächen können immer in Segmente von geeigneter Größe zerlegt werden, wobei es von der speziellen Form abhängt, ob Dreiecke, Polygone oder Segmente einer Rotationskörperoberfläche die günstigste Lösung sind. Auch ist es grundsätzlich möglich, im Raum gekrümmte Hutteile zu verwenden. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, gegebene Strukturflächen nach Möglichkeit durch ebene Dreiecke anzunähern, wobei die ( 25 Größe der Dreiecke von der gewünschten Genauigkeit der Annäherung abhängt. Die dabei entstehenden Dreiecke sind zwar im allgemeinen nicht gleichseitig und untereinander auch nicht völlig gleich, jedoch ist es wünschenswert, nach Möglichkeit nahezu gleichseitige Dreiecke zu ver wenden« An einzelnen Stellen kann dies zu Schwierigkeiten führen, jedoch ist es prinzipiell wünschenswert, Dreiecke mit nicht zu spitzen Winkeln zu verwenden, da sonst die langen Spitzen eine erhöhte T:\.wingungsneigung aufweisen könnten* Zwar müssen die einzelnen Hitzeschild-Elemente nicht unbedingt genau in ihrem Schwerpunkt Verankert Furthermore, it is easily possible to cover any spatial surface of load-bearing structures with such heat shield elements. Such surfaces can always be broken down into segments of suitable size, whereby it depends on the specific shape whether triangles, polygons or segments of a rotational body surface are the best solution. It is also possible in principle to use curved hat parts in space. However, it is particularly advantageous to approximate given structural surfaces using flat triangles wherever possible, whereby the size of the triangles depends on the desired accuracy of the approximation. The triangles created in this way are generally not equilateral and not completely equal to one another, but it is desirable to use triangles that are almost equilateral wherever possible. This can lead to difficulties in some places, but in principle it is desirable to use triangles with angles that are not too acute, since otherwise the long tips could have an increased tendency to bend. The individual heat shield elements do not necessarily have to be anchored exactly at their center of gravity.
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^3^ VPA 85 P 6112 DE 01^3^ VPA 85 P 6112 EN 01
werden^, jedoch ist dies im allgemeinen die günstigste Lösung» Die Art der. Verankerung 'hängt von den jeweiligen Anforderungen ab, so daß verschieden aufwendige Lösungen in Betracht kommen,. Die einfachste Lösung ist die Verankerung mit einem Ankerbolzen, welcher die Tragstruktur in einer Durchgangsbahrung durchdringt und mit wenigstens einer auf sein freies Ende geschraubten Befestigungsmutter gegen die Tragstruktur verspannt ist» Durch geeignete^, however, this is generally the most cost-effective solution. The type of anchoring depends on the respective requirements, so that various complex solutions can be considered. The simplest solution is anchoring with an anchor bolt which penetrates the supporting structure in a through hole and is braced against the supporting structure with at least one fastening nut screwed onto its free end.
TO Mittel, beispielsweise einen Distanzring oder eine Ringschulter, wird ein definierter Abstand zwischen Tragstroktur und Hutteil hergestellt. Eine solche Anordnung ( läßt sich jedoch nur demontieren, wenn die Rückseite derTO means, for example a spacer ring or a ring shoulder, a defined distance is created between the support structure and the hat part. However, such an arrangement (can only be dismantled if the back of the
Tragstruktur zugänglich ist, was beispielsweise bei Heiß-supporting structure is accessible, which is for example the case of hot
T5 gaskanälen von Gasturbinen nicht immer möglich ist« Eine andere Befestigungsart besteht, wie anhand der Zeichnung noch näher erläutert wird, darin, die Hitzeschild^Elemente mittels versenkter Ankerbolzen von der Heißgasseite her festzuschrauben, was natürlich entsprechend befestigte Muttern auf der Rückseite der Tragstruktur erfordert.T5 gas ducts of gas turbines is not always possible. Another method of fastening, as will be explained in more detail in the drawing, is to screw the heat shield elements from the hot gas side using countersunk anchor bolts, which of course requires appropriately fastened nuts on the back of the supporting structure.
Die entscheidende Wirkung der Hitzeschildanordnung wird durch die Art der Kühlung der Hitzeschild-Elemente erreicht. Ein Kühlfluid, vorzugsweise Luft, wird durch eine ' 25 Vielzahl von Bohrungen in der Tragstruktur gegen die Unterseite der Hutteile geleitet. Diese Luft trifft nahezu senkrecht auf die zu kühlende Fläche auf und strömt an ihr entlang zu den Seiten ab (sogenannte Prallkühlung). Schon dieser Effekt kühlt die Hutteile ganz erheblich. Außerdem strömt das Kühlfluid zu den Rändern der Hutteile und durch die Spalten zwischen den Hutteilen hindurch und bildet so umgelenkt durch das vorbeiströmende heiße Fluid zusätzlich einen Kühlfilm auf der Oberseite der Hutteile.The decisive effect of the heat shield arrangement is achieved by the type of cooling of the heat shield elements. A cooling fluid, preferably air, is directed through a large number of holes in the support structure against the underside of the hat parts. This air hits the surface to be cooled almost vertically and flows along it to the sides (so-called impact cooling). This effect alone cools the hat parts considerably. The cooling fluid also flows to the edges of the hat parts and through the gaps between the hat parts and, diverted by the hot fluid flowing past, forms an additional cooling film on the top of the hat parts.
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Da die meisten Spalte nicht in Strömungsrichtung verlaufen, kann sich ein sehr gleichmäßiger, effektiver Kühlfilm ausbilden.Since most of the gaps do not run in the direction of flow, a very uniform, effective cooling film can form.
5 Da die Kühlfluidspalte zwischen den Hitzeschild-Elementen in Abhängigkeit von der Temperatur und anderen Parametern unterschiedliche und wechselnde Breiten haben, eignen sich diese Spalte nur begrenzt als definierte Drosselstelle für den Kühlfluidstrom. Es ist daher günstig, gegenüber diesen Spalten auf der Tragstruktur Sockel-5 Since the cooling fluid gaps between the heat shield elements have different and changing widths depending on the temperature and other parameters, these gaps are only of limited use as defined throttling points for the cooling fluid flow. It is therefore advantageous to install base plates opposite these gaps on the supporting structure.
leisten anzuordnen, welche einen definierten Abstand zu ( . den Hutteilen bilden. Diese Sockelleisten können an ihrer Oberseite auch definierte, quer zum Verlauf der Sockelleiste liegende Vertiefungen aufweisen, die einen Mindestkühlfluidstrom auch bei aufliegenden Hitzeschild-Elementen sicherstellen. Es kann sogar vorteilhaft sein, die Sockelleisten and Mitzeschild-Elemente so zu bemessen, daß diese bei der Erstm^ntage aneinanderliegen, und daß sich erst bei Inbetriebnahme, bedingt durch Wärmeeinflüsse, evtl.. ein Spalt 20 ausbildet.strips which form a defined distance from the hat parts. These skirting boards can also have defined recesses on their upper side which are perpendicular to the course of the skirting board and which ensure a minimum flow of cooling fluid even when heat shield elements are in place. It can even be advantageous to dimension the skirting boards and heat shield elements in such a way that they lie against one another during initial assembly and that a gap 20 only forms during commissioning due to heat influences.
&iacgr; Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung&iacgr; Further details of the invention are shown in the drawing
anhand einzelner Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.explained in more detail using individual examples.
Es zeigenShow it
\ 25 Figur 1 in schematischer Darstellung eine Ansicht von oben auf eine erfindungsgemäße Hitzeschildanordnung, \ 25 Figure 1 is a schematic view from above of a heat shield arrangement according to the invention,
Figur 2 einen Schnitt durch diese Anordnung, ebenfalls in vereinfachter Darstellung, entlang der Linie H-II, Figur 3 einen Schnitt durch ein spezielles Ausführungs-30 beispiel der Erfindung mit versenkten Ankerbolzen, Figur U einen schematischen Schnitt entlang der Linie IV-IVFigure 2 shows a section through this arrangement, also in a simplified representation, along the line H-II, Figure 3 shows a section through a special embodiment of the invention with countersunk anchor bolts, Figure U shows a schematic section along the line IV-IV
durch Fig. 3,by Fig. 3,
Figur 5 eine Ansicht von oben auf ein Hitzeschild-Element gemäß Figur 4 Und
Figur 6 ein Beispiel für eine in Dreiecke UnterteilteFigure 5 is a top view of a heat shield element according to Figure 4 and
Figure 6 an example of a triangle divided
Tragstruktur j nämlich einen Teil eines Heißgaskänals einer ! j Gasturbine*Supporting structure j namely a part of a hot gas duct of a ! j gas turbine*
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-^Sr- VPA 85 P 6112 DE 01-^Sr- VPA 85 P 6112 EN 01
Die in Figur t und 2 schematisch vereinfacht dargestellte Hitzeschildanordnung ist insbesondere für Gasturbinenanlagen geeignet., und dabei vor allem, für die Turbineninnengehäuse,, welcheThe heat shield arrangement shown schematically in Figure t and 2 is particularly suitable for gas turbine systems, and in particular for the turbine inner casings, which
von den heißen, von der Brennkammer kommenden Gasen durchströmt werden» Bisher war es schwierig, solche Tragstrukturen 1 zu. kühlen bzw» durch Hitzeschildanordnungen zu schützen» Daher wurden solche Tragstrukturen unter Inkaufnähme der Nachteile meist ohne Kitzeschilde verwendet. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nunmehr die Tragstruktur 1 mit Kühlluftdurchlässen 2 versehen, welche ' ) gleichmäßig oder entsprechend dem Kühlbedarf über die Tragstruktur 1 verteilt sind. Zur Veranschaulichung der Anordnung der Kühlluftdurchlässe 2 ist in Figur 1 ein Hitzeschild-Element entfernt, so daß die darunterliegenden Einzelheiten erkennbar sind. Mit HG ist die Heißgasseite, mit KG die Kaltgasseite bezeichnet; von letzterer wird Kühlluft unter überdruck durch die Durchlässe 2 gedrückt, wie mit Pfeilen angedeutet ist. An der Tragstruktur 1 sind Hitzeschild-Elemente verankert, welche nach Art eines Pilzes einen Hutteil 3 und einen Schaftteil 5 besitzen. Der Schaftteil besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Ankerbolzen 5, welcher die Trag-■ 25 struktur 1 in einer Durchgangsbohrung 8 durchdringt. Er ist mittels einer Ringschulter 5.2 an ihrem verstärkten Kopf 5.1 zur Heißgasseite HG der Tragstruktur 1 auf Abstand al gehalten und jeweils von einer auf ihr freies Ende aufgeschraubten Befestigungsmutter 5.3 gegen die Tragstruktur T verspannt, wobei die Befestigungsmuttern durch einen nicht dargestellten Schweißpunkt noch verdrehsicher mit der Kaltgasseite KG der Tragstruktur 1 Verbunden sind» Die durch die Kühlluftdurchlässe 2 strömende Kühlluft gelangt in den Zwischenraum 6 zwischen 35 Tragstruktur und Hutteil, prallt gegen die Unterseite 3.1are flowed through by the hot gases coming from the combustion chamber. Up to now it has been difficult to cool such support structures 1 or to protect them by means of heat shield arrangements. Therefore, such support structures have mostly been used without cooling shields, despite the disadvantages. According to the present invention, the support structure 1 is now provided with cooling air openings 2, which are distributed over the support structure 1 evenly or in accordance with the cooling requirement. To illustrate the arrangement of the cooling air openings 2, a heat shield element has been removed in Figure 1 so that the details underneath can be seen. HG designates the hot gas side, KG the cold gas side; from the latter, cooling air is pressed through the openings 2 under excess pressure, as indicated by arrows. Heat shield elements are anchored to the support structure 1, which have a hat part 3 and a shaft part 5 in the manner of a mushroom. In the present embodiment, the shaft part consists of an anchor bolt 5 which penetrates the support structure 1 in a through hole 8. It is held at a distance from the hot gas side HG of the support structure 1 by means of an annular shoulder 5.2 on its reinforced head 5.1 and is clamped against the support structure T by a fastening nut 5.3 screwed onto its free end, whereby the fastening nuts are connected to the cold gas side KG of the support structure 1 in a rotationally secure manner by a welding point (not shown). The cooling air flowing through the cooling air openings 2 reaches the gap 6 between the support structure and the hat part and strikes the underside 3.1
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- 6 - VPA 85 P 6112 DE 01- 6 - VPA 85 P 6112 EN 01
des Hutteiles 3 und strömt dann ail dieser Unterseite 3*1 entlang zu den Kühliuftspälten H zwischen den einzelnen Hutteilen Jj.- Sockelleisten 1*4 im Zwischenraum 6 unterhalb der kühiiuffcspäite 4 bewirken definierte Drösseistellen und Verhindern das Eindringen von Heißgas in den Zwischenraum 6. Die aus den KühÜuftspalten M austretende Kühlluft Wird auf der Heißgasseite HG von der dort herrschenden Gasströmung umgelenkt und bildet so einen Kühlluftfilm auf der Oberseite der Hutteile 3* wodurch ein zusätzlicher kühleffekt auftritt. Die Hutteile 3 der einzelnen Hitzeschild-Elemente und ihre Ankerbolzen 5 bestehen bevorzugt beide z. B1 aus höchwärmfestern Stähl, so däß sie problemlos miteinander verschweißt werden können. Dementsprechend sind die Ankerbolzen 5 jeweils mit dem ZeIl-tralbereich verschweißt 7. Im vorliegenden Ausführungen beispiel ist zunächst zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung vereinfachend angenommen, daß die Hitzeschild-Elemente gleichartige Hutteile von der Form gleich- |of the hat part 3 and then flows along this underside 3*1 to the cooling air gaps H between the individual hat parts Jj.- Baseboards 1*4 in the gap 6 below the cooling gap 4 create defined throttling points and prevent hot gas from penetrating the gap 6. The cooling air emerging from the cooling air gaps M is diverted on the hot gas side HG by the gas flow prevailing there and thus forms a cooling air film on the top side of the hat parts 3*, which creates an additional cooling effect. The hat parts 3 of the individual heat shield elements and their anchor bolts 5 are preferably both made of high-temperature-resistant steel, for example 1 , so that they can be welded together without any problems. Accordingly, the anchor bolts 5 are each welded to the cell region 7. In the present embodiment, it is initially assumed for the sake of simplicity, in order to illustrate the principle of the invention, that the heat shield elements are similar hat parts of the same shape.
I seitiger Dreiecke haben - Im allgemeinen Fall, wie in Fig. |I sided triangles - In the general case, as in Fig. |
6 dargestellt, muß eine unregelmäßig gekrümmte Oberfläche |6, an irregularly curved surface |
aus unterschiedlichen Polygonen, vorzugsweise Dreiecken, Jof different polygons, preferably triangles, J
zusammengesetzt werden. Zwar besitzen solche Polygone bzw. fAlthough such polygons or f
Dreiecke immer einen genau definierbaren Schwerpunkt, ; jedoch müssen die Ankerbolzen nicht unbedingt genau inTriangles always have a precisely defined center of gravity, ; however, the anchor bolts do not necessarily have to be exactly in
( 25 diesem Schwerpunkt befestigt sein. Dies wird zwar im all- ] ( 25 be fixed to this centre of gravity. This is indeed the case in all- ]
gemeinen von Vorteil sein, jedoch kann aus Gründen der ) common advantage, but for reasons of )
Schwingungsneigung einzelner Abschnitte der Polygone eine \ Verankerung außerhalb des Schwerpunktes von Vorteil sein, IVibration tendency of individual sections of the polygons, an anchoring outside the center of gravity may be advantageous, I
Das Vorhandensein nur eines Verankerungspunktes für jedes 3 Hitzeschild-Element hat jedenfalls den Vorteil, daß Wärmedehnungen der Hitzeschild-Elemente nicht behindert werden und größte Wärmespannungen somit nicht auftreten können. :■The presence of only one anchoring point for each 3 heat shield elements has the advantage that thermal expansion of the heat shield elements is not hindered and therefore extreme thermal stresses cannot occur. :■
••III)••III)
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( ) - 7 - VPA 85 P 6112 DB Ö1( ) - 7 - VPA 85 P 6112 DB Ö1
Da auf der Kaltgässeite KG eine DürchschnittsteitipefatUr von beispielsweise etwa 1JOO0 C im Betrieb besteht und an der Unterseite 3 * 1 der Hutteile 3 eine DurChSchnittstemperätur von beispielsweise 750° C herrscht, so ergeben sich Differenzdehnungen zwischen der Tragstruktur und den Hitzeschild-Elementen, die aber nicht behindert sind, da sich die Hutteile 3 nach allen Seiten frei ausdehnen können, ebenso wie die Bolzenköpfe 5.1. Die Ankerbolzen 5 werden unter Vorspannung festgeschraubt, so daß auch bei Erwärmung auf Betriebstemperatur ein Lockerwerden nicht zu befürchten ist. Auch die Hutteile selbst,.Since on the cold gas side KG there is an average temperature of, for example, about 100 ° C during operation and on the underside 3 * 1 of the cap parts 3 there is an average temperature of, for example, 750° C, differential expansions occur between the supporting structure and the heat shield elements, which are not hindered, however, since the cap parts 3 can expand freely in all directions, as can the bolt heads 5.1. The anchor bolts 5 are screwed tight under pre-tension, so that there is no risk of them becoming loose even when heated to operating temperature. The cap parts themselves, too.
, welche an der Heißgasseite HG eine höhere Temperatur als an, which has a higher temperature on the hot gas side HG than on
v ihrer Unterseite 3.1 haben können, sind in ihrer Wärmedehnung nicht behindert. Sie nehmen ggf. eine von der Heißgasseite HG gesehen konvexe Wölbung an, was jedoch Ungehindert möglich ist. Die Sockelleisten 1.4 bewirken dabei definierte Drosselstellen für das Kühlgas, welche sich, wie oben erläutert, von selbst auf gleichmäßige Querschnitte einstellen. Auf die genaue Breite der Kühlluftspalte 4 zwischen den Hutteilen 3 kommt es daher nicht an, sofern diese genügend breit sind. Dies ist auch von Vorteil, da diese Spalte sich bei unterschiedlichen Betriebszustanden ständig verändern. v their underside 3.1 are not hindered in their thermal expansion. They may take on a convex curvature as seen from the hot gas side HG, but this is possible without hindrance. The baseboards 1.4 create defined throttling points for the cooling gas, which, as explained above, adjust themselves to uniform cross-sections. The exact width of the cooling air gaps 4 between the hat parts 3 is therefore not important, provided they are wide enough. This is also an advantage, since these gaps are constantly changing in different operating conditions.
(^ 25 In den Fig. 3, 4 und 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das Kühlprinzip bleibt gleich, lediglich die Befestigung der einzelnen Hitzeschild-Elemente ist verändert. Außerdem zeigt dieses Ausführungsbeispiel die Anordnung von Hitzeschild-Elementen auf einer unebenen Trägstruktur. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil der Hitzeschildanordnung, Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 3 entlang der Linie IV-IV und Fig. 5 eine Ansicht von oben auf ein Hitzeschild-Element. Die Tragstruktur 31 weist wiederum Kühlluft-(^ 25 In Figs. 3, 4 and 5, a further embodiment of the invention is described. The cooling principle remains the same, only the fastening of the individual heat shield elements is changed. In addition, this embodiment shows the arrangement of heat shield elements on an uneven support structure. Fig. 3 shows a longitudinal section through part of the heat shield arrangement, Fig. 4 a section through Fig. 3 along the line IV-IV and Fig. 5 a view from above of a heat shield element. The support structure 31 again has cooling air
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if * 8 - VPA 85 P 6112 DE if * 8 - VPA 85 P 6112 DE
bohrungen 32 auf sowie fest verankerte Hitzeschild-Ele·*- mente mit dreieckigen Hutteilen 33. Zwischen den einzelnenHutteilen 33 bestehen Kühlluftspälte der Breite ä33. Zwischen der Trägstrüktur 31 und der Unterseite 33*1 der Hutteile 33 befindet sich ein Zwischenraum 36 der Breite a31· Die Hutteile 33 weisen in ihrem Zentralbereich eine topfartige Ausformung 33-2, 33 - 3 auf, welche in ihrer Unterseite 33-3 eine Durchgangsbohrung 33.4 aufweist. DurQh diese Bohrung 33=4 sowie eirt6 ent--spre<=h6nde Pür<=hgangsbohrung 38 in der Tragstruktur 31 ist ein Bolzen 35holes 32 and firmly anchored heat shield elements with triangular hat parts 33. Cooling air gaps of width ä33 exist between the individual hat parts 33. Between the support structure 31 and the underside 33*1 of the hat parts 33 there is a gap 36 of width a31. The hat parts 33 have a pot-like shape 33-2, 33-3 in their central area, which has a through hole 33.4 in their underside 33-3. A bolt 35 is inserted through this hole 33=4 and a corresponding through hole 38 in the support structure 31.
hindurchgeführt, wobei sich der Bolzenkopf 35.1 in der j / >. topfartigen Ausformung 33*2, 33*3 befindet, vorzugsweise fluchtend mit der Oberfläche des Hutteils 33 an der Heißgasseite HG. Dabei kann der Bolzenkopf 35.1 z. B. einen Innensechskant oder eine ähnliche Angriffsmöglichkeit für ein Werkzeug zum Festziehen aufweisen. Dieser Bolzen ist mittels einer Mutter gegen die Kaltgasseite KG der Trägstruktur 31 verspannt, wobei die Mutter 35.2 klauenförmige Ausleger 35.3 aufweist, welche sich gegen die Tragstruktur 31 abstützen und mit dieser verschweißt 35.4 sind. Die Mutter 35.2 selbst braucht dabei die Tragstruktur 31 nicht zu berühren, so daß sich durch die klauenförmigen Arme 35.3 eine geeignete Vorspannung erzielen läßt. Außerdem kann, sofern die Durchgangsbohrung ( > 25 38 in der Trägstruktur 31 und die entsprechende Bohrung \ 33.4 zumindest in Teilbereichen deutlich breiter sind alsthrough, the bolt head 35.1 being located in the pot-shaped formation 33*2, 33*3, preferably flush with the surface of the hat part 33 on the hot gas side HG. The bolt head 35.1 can have, for example, a hexagon socket or a similar means of engagement for a tool for tightening. This bolt is braced against the cold gas side KG of the support structure 31 by means of a nut, the nut 35.2 having claw-shaped arms 35.3 which are supported against the support structure 31 and are welded to it 35.4. The nut 35.2 itself does not need to touch the support structure 31, so that a suitable preload can be achieved by the claw-shaped arms 35.3. In addition, if the through hole ( > 25 38 in the support structure 31 and the corresponding hole \ 33.4 are at least in some areas significantly wider than
der Durchmesser des Bolzens 35, Kühlluft an dem Bolzen entlangströmen und somit diesen und vor allem dessen Kopf 35.1 kühlen. Geeignete Abflußkanäle 33-6 müssen in der topfartigen Ausformung 33-2, 33.? Vorgesehen werden. Es sind auch andere lösungen für die Aufrechterhaltung der Vorspannkraft des Bolzens 35 denkbar, wie Dehnschrauben, Federteller u. ä. Zur genauen Positionierung der Hitzeschild-Elemente ist es vorteilhaft, wenn sich die topfartige Ausformung 33-2, 33-3 in einer formschlüssigen Nut 31.3 gegen die Tragstruktur 31 abstützt.the diameter of the bolt 35, cooling air can flow along the bolt and thus cool it and especially its head 35.1. Suitable drainage channels 33-6 must be provided in the pot-shaped formation 33-2, 33.? Other solutions for maintaining the preload force of the bolt 35 are also conceivable, such as expansion screws, spring plates, etc. For the precise positioning of the heat shield elements, it is advantageous if the pot-shaped formation 33-2, 33-3 is supported in a form-fitting groove 31.3 against the support structure 31.
Zusätzliche Kühlfluiddurchlässe, z.B. in Form von Bohrun-. , gen 33.6, können in der topf-Additional cooling fluid passages, e.g. in the form of holes 33.6, can be provided in the pot-
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I &igr; ' - 9 - VPA 85 P 6112 DEI &igr; ' - 9 - VPA 85 P 6112 DE
artigen Ausformürig 33*2, 33*3 vorgesehen werden. AlVsh anlike shape 33*2, 33*3 are provided. AlVsh on
= besonders zU kühlenden Stellen der Hitzeschild'-filemente= particularly cooling areas of the heat shield'-files
ti 33 können zusätzliche KühlflUiddUrchlasse 33*7 vorgesehenti 33 additional cooling fluid passages 33*7 can be provided
I werden» die jedoch nicht mit den KühlfluidbohrUngen 32I are» which are not connected to the cooling fluid holes 32
< 5 fluchten sollten. Fig. 3 zeigt ferner realistische An-< 5 should be aligned. Fig. 3 also shows realistic
\ Ordnungen für Sockelleisten 31.4, 31-6, 31.7 als Drossel- \ Regulations for skirting boards 31.4, 31-6, 31.7 as throttle
' stellen 39 für den Kühlgasstrom. Diese Sockelleisten kön-' represent 39 for the cooling gas flow. These skirting boards can
j nen bei der Formgebung der Tragstruktur 31 z. B. durchj nen in the shaping of the supporting structure 31, e.g. by
\ Gießen Von Anfang an berücksichtigt oder aber später \ Watering Considered from the beginning or later
! 1Ö aufgebracht werden. Sie sollten, wie bei der Sockelleiste! 1Ö should be applied. As with the skirting board,
\ 31.4 dargestellt, eine dem Verlauf der angrenzenden Hu t- \ 31.4, a following the course of the adjacent Hu t-
I , \ teile 33 angepaßte Oberflächenform 31-5 aufweisen, wasI , \ parts 33 have adapted surface shape 31-5, which
I jedoch nicht zwingend nötig ist, sofern nur eine definier-I is not absolutely necessary, provided that only a defined
\ te Drosselstelle gebildet wird. Schwierigkeiten kann \ th throttle point is formed. Difficulties can
j 15 wegen zu großer Materialansammlungen die Anordnung vonj 15 due to excessive accumulation of material, the arrangement of
!' Sockelleisten im Bereich der Berührungspunkte mehrerer!' Skirting boards in the area of contact points of several
&iacgr; Hitzeschild-Elemente darstellen. Hier muß die Sockelleiste,&iacgr; represent heat shield elements. Here the skirting board,
'; was im übrigen auch ansonsten möglich ist, ggf. spezielle'; which is also possible in other ways, if necessary special
I Formen aufweisen, &zgr;. B. wie anhand der SockelleistenI have shapes, &zgr;. B. as shown by the skirting boards
\ 20 31.6, 31,7 dargestellt, einen ringförmigen Verlauf mit \ 20 31.6, 31.7, a ring-shaped course with
I einer beispielsweise halbkugelförmigen Aussparung 31·8 I a hemispherical recess 31·8
&Ggr; im Innern. So bleiben definierte Drosselstellen 39 mitΓ inside. This leaves defined throttle points 39 with
I einem geeigneten Abstand a32 bestehen, ohne daß zu viel Material an einer Stelle angehäuft wird.I at a suitable distance a32 without too much material being accumulated in one place.
1 ) 25 1 ) 25
Wie in Fig. 4 angedeutet, kann es günstig sein, in den Sockelleisten 31.7 an der Oberseite 31.8 quer zum VerlaufAs indicated in Fig. 4, it may be advantageous to insert a groove in the skirting boards 31.7 on the top side 31.8 transverse to the course
j der Sockelleiste verlaufende Vertiefungen 31.9 vorzusehen,j recesses 31.9 shall be provided in the skirting board,
die auch' beim Aufliegen der Hitzeschild-Elemente 33 einen Mindeststromwhich also' when the heat shield elements 33 are in contact with a minimum current
' 30 an Kühlfluid gewährleisten. Solche Vertiefungen können auch, in die' 30 of cooling fluid. Such recesses can also be used to
Unterseite der Hutteile 33 eingebracht werden.Underside of the hat parts 33.
Schließlich zeigt Fig. 6 ein Beispiel für die Aufteilung einer gekrümmten Fläche in geeignete Dreiecke. So läßt sich beispielsweise ein Innengehäuse einer Gasturbine mit 35 relativ wenigen Dreiecken recht gut annähern, ohne daß dieFinally, Fig. 6 shows an example of the division of a curved surface into suitable triangles. For example, an inner casing of a gas turbine can be approximated quite well with 35 relatively few triangles, without the
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einzelnen Hitzeschild-Elemente gekrümmt sein müßten. Eine bessere Annäherung der Form ist grundsätzlich entweder durch eine größere Zahl von Polygonen, insb. Dreiecken, möglich oder durch Verwendung gekrümmter Hitzeschild Elemente. Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung von Dreiecken ist jedoch, daß drei Punkte immer eine Ebene definieren, so daß die Unterteilung einer gekrümmten Fläche in Dreiecke die wenigsten Probleme bei der späteren Fertigung der Hitzeschild-Elemente mit sich bringt.individual heat shield elements would have to be curved. A better approximation of the shape is basically possible either through a larger number of polygons, especially triangles, or through the use of curved heat shield elements. However, a significant advantage of using triangles is that three points always define a plane, so that the division of a curved surface into triangles causes the least problems during the subsequent manufacture of the heat shield elements.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Heißgaskanäle, Brennräume und ähnliche Teile von Gasturbinen, ist jedoch nicht auf solche Anwendungsfälle beschränkt. Diese Hitzeschildanordnung ermöglicht höhere Temperaturen im Innern einer Tragstruktur bzw. vereinfacht deren Aufbau und verringert deren Belastungen.The present invention is particularly suitable for hot gas ducts, combustion chambers and similar parts of gas turbines, but is not limited to such applications. This heat shield arrangement enables higher temperatures inside a supporting structure or simplifies its construction and reduces its loads.
6 Figuren
15 •-ffnsprüche6 figures
15 •-open claims
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•I »» III Il 1II1III »t•I »» III Il 1 II 1 III »t
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