-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Demontagewerkzeug für ein Hitzeschildelement, insbesondere für ein Hitzeschildelement eines eine Gasturbinenbrennkammer auskleidenden Hitzeschilds.
-
In vielen technischen Anwendungen werden Hitzeschilde verwendet, welche Heißgasen von 1000 bis 1600 Grad widerstehen müssen. Insbesondere Gasturbinen, wie sie in stromerzeugenden Kraftwerken und in Flugzeugtriebwerken Verwendung finden, weisen entsprechend große durch Hitzeschilde abzuschirmende Flächen im Innern der Brennkammern auf. Wegen der thermischen Ausdehnung und wegen großer Abmessungen muss das Hitzeschild aus einer Vielzahl einzelner, im Allgemeine keramischer Hitzeschildelemente zusammengesetzt werden, die voneinander mit einem ausreichenden Spalt beabstandet an einer Tragstruktur befestigt sind. Dieser Spalt bietet den Hitzeschildelementen, die auch mit Hitzeschildsteinen bezeichnet werden können, ausreichenden Raum für die thermische Ausdehnung. Da jedoch der Spalt auch einen direkten Kontakt der heißen Verbrennungsgase mit der metallischen Tragstruktur und den Halteelementen ermöglicht, wurde zum Schutz der metallischen Halteelemente vorgeschlagen, die Halteabschnitte der Halteelemente nicht wie üblich an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen in das Hitzeschildelement eingreifen zu lassen, sondern statt dessen das Hitzeschildelement mit einer von der Kaltseite aus zugänglichen, im Inneren des Hitzeschildelementes angeordneten Eingriffseinrichtung auszustatten.
-
Der Vorschlag geht somit von einem Hitzeschild aus, welches eine Tragstruktur und eine Anzahl von Hitzeschildsteinen umfasst, welche an der Tragstruktur mittels Halteelementen lösbar befestigt sind. Jeder der Hitzeschildsteine weist eine der Tragstruktur zugewandte Kaltseite und eine der Kaltseite gegenüberliegende, mit einem heißen Medium beaufschlagbare Heißseite auf. Die Kaltseite und die Heißseite sind durch Seitenflächen des Hitzeschildsteines verbunden. Das gattungsgemäße Hitzeschild kann für die Auskleidung einer Brennkammer einer Gasturbine vorgesehen sein. In diesem Fall verläuft die Tragstruktur an der Innenseite einer Brennkammerwand der Brennkammer. Die gemäß dem Vorschlag ausgebildeten Hitzeschildsteine weisen an ihrer Unterseite, also der sogenannten zur Tragstruktur weisenden Kaltseite, eine sich zur Unterseite öffnende Eingriffseinrichtung auf. Die Eingriffseinrichtung ist ein im Inneren des Hitzeschildsteines angeordneter Hohlraum. Zur Befestigung der Halteelemente weist der Hohlraum zwei gegenüberliegende Seitenflächen mit je einem Halteriegel auf. Die Halteriegel sind Vorsprünge der Seitenwand mit je einer von der Tragstruktur abgewandten Auflagefläche.
-
Zur Befestigung des vorgeschlagenen Hitzeschildsteines können bekannte Halteelemente verwendet werden. Diese bekannten Halteelemente weisen im Wesentlichen die Form eines in L-Form gebogenen Streifens auf. Der lange Abschnitt der L-Form wird durch eine Grundplatte ausgebildet, welche an ihrem einen Ende den abgebogenen Halteabschnitt trägt und mit dem gegenüberliegenden Ende in einer in der Tragstruktur verlaufenden Befestigungsnut verschiebbar angeordnet ist. Der Halteabschnitt kann entgegen einer Rückstellkraft aus der Befestigungsnut angehoben werden und mit dem abgebogenen Ende des Halteabschnitts zur Auflage auf eine Auflagefläche eines für gewöhnlich in der Seitenfläche des Hitzeschildsteines angeordneten Halteriegels gebracht werden. Bei den vorgeschlagenen Hitzeschildelementen greift der aus der Befestigungsnut angehobene Halteabschnitt allerdings hinter die in dem Hohlraum angeordneten Halteriegel ein, so dass das abgebogenen Ende des Halteabschnitts zur Auflage auf die von der Kaltseite abgewandten Auflagefläche der im Inneren des Hitzeschildelementes angeordneten Halteriegels kommt. Für gewöhnlich kommen vier paarweise gegenüberliegend angeordnete Halteelemente zur Befestigung des Hitzeschildes zum Einsatz. Bei der Montage des vorgeschlagenen Hitzeschildsteines werden die Halteabschnitte mit je einem Wachskeil angehoben, die sich zur Kaltseite öffnende Eingriffseinrichtung wird über die angehobenen Halteabschnitte gestülpt, der Hitzeschildstein an den Vorgänger-Hitzeschildstein der Reihe unter Belassung einer Dehnspalte heran geschoben, und zur Sicherung der Position gegebenenfalls die Halteelemente der einen Seite in der Befestigungsnut arretiert, so dass beim Betrieb der Brennkammer die Keile schmelzen und sich die Halteabschnitte auf die Halteriegel absenken. Die Rückstellkraft zieht den Hitzeschildstein an die Tragstruktur heran.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Demontagewerkzeug anzugeben, welches die Demontage eines an der Tragstruktur befestigten, gemäß dem Vorschlag ausgebildeten Hitzeschildelements von der Tragstruktur ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Demontagewerkzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es eine Grundplatte und einen Stab umfasst, wobei die Grundplatte eine im Wesentlichen rechteckige Unterseite aufweist, wobei die kurze Seite des Rechtecks im Wesentlichen der Breite einer Befestigungsnut des Hitzeschildelementes entspricht, so dass die Grundplatte in der Befestigungsnut verschiebbar anordenbar ist, und der Stab von der Längsrichtung der Grundplatte ausgehend in Richtung der Oberseitennormalen um einen spitzen Winkel gekippt mit einem ersten Ende an der Grundplatte befestigt ist.
-
Zur Demontage des vorgeschlagenen Hitzeschildsteins kann dieses zunächst von den übrigen, noch nicht demontierten Steinen der Reihe abgerückt werden. Es ist allerdings auch möglich, den Hitzeschildstein zunächst an seiner Position zu belassen und zunächst den mindestens einen Steinhalter auf der dem Reihenende zugwandten Seite zu demontieren. Das Demontagewerkzeug wird in eine unter dem Hitzeschildstein verlaufenden Befestigungsnut mit der vorderen Stirnseite der Grundplatte voran eingesetzt, so dass der Stab von dem Hitzeschildstein weg geneigt ist. Die Stirnseite der Grundplatte wird bis zu dem Befestigungsabschnitt des Steinhalters geschoben und der Halteabschnitt des Steinhalters von dem Halteriegel geschoben.
-
Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass Druck auf die dem Demontagewerkzeug gegenüberliegende Stirnseite des Hitzeschildsteines ausgeübt wird und gleichzeitig mittels des Demontagewerkzeugs der entsprechende Steinhalter an einem Verschieben gehindert wird. Dadurch rutscht der Halteabschnitt des Steinhalters von der Auflagefläche des Halteriegels. Um von Seiten des Demontagewerkzeugs besser Druck ausüben zu können, kann am Stab ein Gegenlager angeordnet sein, beispielsweise in Form eines senkrecht am Stab angeordneten Haltegriffes. Sofern der Hitzeschildstein mit zwei Steinhaltern je Halteriegel befestigt ist, kann beispielsweise dieser zweite Steinhalter mittels eines identischen zweiten Demontagewerkzeugs gleichzeitig vom Halteriegel geschoben werden. Die Demontage kann aber auch nacheinander erfolgen. Die Demontage der auf dem gegenüberliegenden Halteriegel aufliegenden Steinhalter kann in analoger Weise erfolgen, wobei das/die Demontagewerkzeug/e entsprechend auf die gegenüberliegende Seite um positioniert werden.
-
Um die Demontage des Hitzeschildsteines komfortabler zu gestalten, kann es vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass am Stab ein Gegenlager mit einer dem ersten Ende abgewandten Aufschlagfläche angeordnet ist.
-
Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, die den Hitzeschildstein befestigenden Steinhalter bzw. deren Halteabschnitte durch Schläge auf die Aufschlagplatte von den Halteriegeln zu klopfen.
-
Das Gegenlager kann beispielsweise zentral von dem Stab durchsetzt sein.
-
Die Demontage eines ersten Steinhalters kann in analoger Weise für alle Steinhalter des Hitzeschildsteines durchgeführt werden. Damit der Hitzeschildstein sich beim Aufschlagen auf die Aufschlagplatte des Demontagewerkzeugs nicht unkontrolliert in Schlagrichtung verschiebt, kann er in seiner Position fixiert werden. Beispielsweise mittels einer Arretierung der gegenüberliegenden, noch nicht demontierten Steinhalter des Hitzeschildsteines. Die Arretierung kann beispielsweise ebenfalls mit einem erfindungsgemäßen Demontagewerkzeug erfolgen. Zum Aufschlagen auf die Aufschlagplatte kann beispielsweise ein separater Hammer verwendet werden.
-
Zur Vermeidung von Verletzungen kann es allerdings vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein Gewicht mit einem von dem Stab durchsetzten Führungskanal an dem Stab angeordnet ist, so dass das Gewicht zum Aufschlagen auf die Aufschlagfläche entlang des Stabes geführt ist.
-
Der Führungskanal kann beispielsweise zentral durch das Gewicht hindurch verlaufen. Vorteilhafterweise ist in diesem Fall das Gegenlager ebenfalls zentral von dem Stab durchsetzt.
-
Für eine weitere Erhöhung der Sicherheit kann es vorgesehen sein, dass an dem Stab ein Abschlusselement angeordnet ist, welches das Gewicht gegen ein Ablösen vom Stab sichert.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass an dem Gewicht ein Griff angeordnet ist.
-
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen.
-
Dabei zeigt die
-
1 eine schematische Darstellung einer Gasturbine nach dem Stand der Technik,
-
2 einen an einer Tragstruktur montierten Hitzeschildstein gemäß dem eingangs genannten Vorschlag in schematischer Darstellung, und
-
3 den in 2 dargestellten Hitzeschildstein vor einer Inbetriebnahme, wobei die Steinhalter zur Montage des dargestellten Hitzeschildsteines mit Wachskeilen vorgespannt sind.
-
4 schematisch ein erfindungsgemäßes Demontagewerkzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
-
5 den in 2 dargestellten Hitzeschildstein zusammen mit dem Demontagewerkzeug der 4.
-
Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Gasturbine 1 nach dem Stand der Technik. Die Gasturbine 1 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 2 drehgelagerten Rotor 3 mit einer Welle 4 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 6, ein Verdichter 8, ein Verbrennungssystem 9 mit einer Anzahl an Brennkammern 10, eine Turbine 14 und ein Abgasgehäuse 15. Die Brennkammern 10 umfassen jeweils eine Brenneranordnung 11 und ein Gehäuse 12, welches zum Schutz vor Heißgasen mit einem Hitzeschild 20 ausgekleidet ist.
-
Das Verbrennungssystem 9 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal. Dort bilden mehrere hintereinander geschaltete Turbinenstufen die Turbine 14. Jede Turbinenstufe ist aus Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums gesehen folgt im Heißkanal einer aus Leitschaufeln 17 gebildeten Reihe eine aus Laufschaufeln 18 gebildete Reihe. Die Leitschaufeln 17 sind dabei an einem Innengehäuse eines Stators 19 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 18 einer Reihe beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe am Rotor 3 angebracht sind. An dem Rotor 3 angekoppelt ist beispielsweise ein Generator (nicht dargestellt).
-
Während des Betriebes der Gasturbine wird vom Verdichter 8 durch das Ansauggehäuse 6 Luft angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 8 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu dem Verbrennungssystem 9 geführt und dort im Bereich der Brenneranordnung 11 mit einem Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird dann mit Hilfe der Brenneranordnung 11 unter Bildung eines Arbeitsgasstromes im Verbrennungssystem 9 verbrannt. Von dort strömt der Arbeitsgasstrom entlang des Heißgaskanals an den Leitschaufeln 17 und den Laufschaufeln 18 vorbei. An den Laufschaufeln 18 entspannt sich der Arbeitsgasstrom impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 18 den Rotor 3 antreiben und dieser den an ihn angekoppelten Generator (nicht dargestellt).
-
Die 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt eines Hitzeschildes 22 im Längsschnitt. Der Hitzeschild 22 umfasst eine Tragstruktur 24, an der mittels Steinhaltern (die auch mit Halteelementen bezeichnet werden können) lösbar eine Vielzahl von Hitzeschildsteinen befestigt sind. Der dargestellte Ausschnitt des Hitzeschildes 22 zeigt einen Hitzeschildstein 30 gemäß dem oben genannten Vorschlag. Der Hitzeschildstein 30 liegt mit einer Kaltseite 32 auf der Tragstruktur 24 auf. Gegenüberliegend der Kaltseite weist der Hitzeschildstein 30 eine mit Heißgasen beaufschlagbare Heißseite 34 auf. Die Kaltseite 32 und die Heißseite 34 sind durch Seitenflächen 36 verbunden. In der Kaltseite 32 ist eine sich zur Kaltseite hin öffnende Ausnehmung 38 angeordnet. Die Ausnehmung 38 ist bis auf die Öffnung 40 in der Kaltseite 32 des Hitzeschildsteines 30 als geschlossene Tasche ausgebildet und umfasst von der Öffnung 40 ausgehend in ihrem Inneren zwei profilierte, gegenüber liegende Seitenflächen 42 und 44, welche jeweils einen Haltriegel 46 und 48 ausbilden. Die Ausnehmung 38 dient als Eingriffseinrichtung 50, in welche zur Befestigung des Hitzeschildsteins 30 an der Tragstruktur 24 Steinhalter 26 und 28 eingreifen. Hierzu sind die Steinhalter 26 und 28 jeweils mit einem Befestigungsabschnitt 54, 56 in einer Befestigungs-Nut 58 in der Tragstruktur 24 geführt. Die Steinhalter 26, 28 weisen an ihrem dem Befestigungsabschnitt gegenüberliegenden Ende jeweils einen Halteabschnitt 60 auf, welcher aus der Befestigungs-Nut herausgezogen wird und mit einem Haltekopf 62 hinter einen Haltriegel 46, 48 greift, so dass der Haltekopf 62 des Halteelementes 26, 28 auf einer der Kaltseite 32 abgewandten Auflagefläche 64 des Halteriegels 46, 48 zur Auflage kommt und den Hitzeschildstein 30 lösbar an der Tragstruktur 24 hält. Der Hitzeschildstein 30 ermöglicht eine besonders sichere Befestigung an der Tragstruktur, da die Halteriegel 46, 48 und die Auflageflächen 64 im Inneren des Hitzeschildsteines 30 angeordnet sind. Die den Hitzeschildstein 30 haltenden Steinhalter 26 und 28 sind somit vor Heißgasen besonders effektiv geschützt. Zur Erleichterung der Montage des Hitzeschildsteines 30 verlaufen zumindest die inneren Seitenflächen 42 und 44 der Eingriffseinrichtung parallel zu den Seitenflächen 36 des Hitzeschildsteines 30.
-
Wie in 3 gezeigt, können zur Montage des Hitzeschildsteines 30 die Steinhalter 26 und 28 mit Wachskeilen 68 vorgespannt werden. Der Hitzeschildstein 30 lässt sich dann mit der Eingriffseinrichtung 50 über die angehobenen Halteabschnitte 60 der Steinhalter 26, 28 stülpen, so dass sich die Halteköpfe 62 über den Auflageflächen 64 und von diesen beabstandet befinden. Bei Beaufschlagung des Hitzeschilds 22 mit Heißgas schmelzen die Wachskeile 68 und die Halteköpfe 62 senken sich auf die Auflageflächen 64 ab, so dass der Befestigungszustand wie in 2 dargestellt erreicht wird.
-
Die 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Demontagewerkzeug 72 zur Demontage des vorgeschlagenen Hitzeschildsteines, der wie in der 2 an einer Tragstruktur eines Hitzeschildes befestigt ist. Das Demontagewerkzeug 72 umfasst eine Grundplatte 74, die eine rechteckförmige Platte ist. Die Grundplatte weist eine vordere Stirnseite 76 und eine hintere Stirnseite 78 und eine im Wesentlichen rechteckige Unterseite 80 auf, wobei die kurze Seite 82 des Rechtecks im Wesentlichen der Breite einer Befestigungsnut (nicht dargestellt) eines zu demontierenden Hitzeschildsteines entspricht, so dass die Grundplatte mit der Stirnseite 76 voraus und der Unterseite am Nutboden entlang in die Befestigungsnut (nicht dargestellt) einsetzbar ist.
-
Das Demontagewerkzeug umfasst zudem einen Stab 86, der von einer Längsrichtung 88 der Grundplatte 74 ausgehend in Richtung der Oberseitennormalen 90 um einen spitzen Winkel 92 gekippt mit einem ersten Ende 94 an der Grundplatte 74 befestigt ist. Am Stab 86 ist ein Gegenlager 96 mit einer dem ersten Ende abgewandten Aufschlagfläche 98 angeordnet. Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Demontagewerkzeugs umfasst zudem ein Gewicht 100, welches auf den Stab 86 aufgefädelt ist. Der Stab 86 durchsetzt das Gewicht 100 entlang eines Führungskanals 102, so dass das Gewicht 100 zum Aufschlagen auf die Aufschlagfläche 98 entlang des Stabes 86 geführt ist. Um ein Ablösen des Gewichts vom Stab zu verhindern, ist zu seiner Sicherung ein Abschlusselement 104 vorgesehen.
-
5 zeigt den in 2 dargestellten Hitzeschildstein 30 zusammen mit dem Demontagewerkzeug 72 der 4. Das Demontagewerkzeug ist mit der Stirnseite 76 der Grundplatte 74 voraus und mit der Unterseite 80 auf dem Nutboden in der Befestigungsnut 58 angeordnet und an den Befestigungsabschnitt des Steinhalters 28 heran geschoben. Zum Demontieren des Steinhalters 28 wird das Gewicht 100 entlang des Stabs auf die Aufschlagfläche 98 mit Schwung bewegt, so dass sich die Grundplatte in der mit dem Pfeil 108 gekennzeichneten Richtung bewegt und gegen die hintere Stirnseite des Befestigungsabschnitts des Steinhalters 28 schlägt. Dadurch wird der Haltekopf 62 des Steinhalters 28 von der Auflagefläche 64 des Halteriegels in der mit dem Pfeil 110 gekennzeichneten Richtung geklopft. Der Halteabschnitt des Steinhalters 28 rutscht vom Halteriegel herunter und wird aufgrund der Federkräfte zurück in die Befestigungsnut 58 gezogen. In dieser Position ragt der Steinhalter allerdings immer noch aus der Befestigungsnut heraus, so dass der Hitzeschildstein nicht einfach über den Steinhalter 28 geschoben werden kann. Zur vollständigen Demontage des Hitzeschildsteines können die verbleibenden Steinhalter 26 in analoger Weise mittels des Demontagewerkzeugs von den Halteriegeln 46 und 48 geklopft werden, so dass der Hitzeschildstein 30 nach der Demontage aller den Stein haltenden Steinhalter senkrecht zur Tragstruktur abgezogen werden kann. Für eine schnellere Demontage können mit zwei in Gegenrichtung in die Befestigungsnut 58 eingesetzten Demontagewerkzeugen 72 die beiden Steinhalter 26 und 28 gleichzeitig demontiert werden. Dies setzt allerdings voraus, dass der Stein 30 bereits von dem Ende der noch nicht demontierten Hitzeschildreihe abgerückt wurde, so dass die Grundplatten der beiden Werkzeuge in Richtung der gegenüberliegenden Seiten des Hitzeschildsteines in die Befestigungsnut 58 eingesetzt und an die Befestigungsabschnitte der Steinhalter 26 und 28 heran geschoben werden können.
