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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Gasturbinenübergangsstücke und spezieller hintere Rahmenanordnungen mit Hitzeschilden für Gasturbinenübergangsstücke.
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Turbinenkomponenten, z.B. Schaufeln (Laufschaufeln), Leitapparate (Leitschaufeln), Übergangsstücke und andere Heißgaspfadkomponenten industrieller und Luftfahrtgasturbinen, können aus Nickel-, Kobalt- oder Superlegierungen auf Eisenbasis mit geeigneten mechanischen und umgebungsbedingten Eigenschaften mit Blick auf Betriebstemperaturen und -bedingungen einer Turbine ausgebildet sein. Da der Wirkungsgrad einer Turbomaschine teilweise von den Betriebstemperaturen abhängt, besteht möglicherweise ein Bedarf nach Bauteilen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln, Leitapparate und Übergangsstücke, die in der Lage sind, zunehmend höheren Temperaturen standzuhalten.
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Gasturbinenanlagen können allgemein einen Verdichter, eine Brennkammeranordnung, eine oder mehrere Brennstoffdüsen und eine Turbine enthalten. Durch eine Luftansaugöffnung tritt Luft in die Gasturbine ein und wird durch den Verdichter verdichtet. Die verdichtete Luft wird anschließend mit Brennstoff vermischt, der mittels der Brennstoffdüsen zugeführt ist. Das Luft/Brennstoff-Gemisch wird der Brennkammer in einer für die Verbrennung spezifizierten Menge zugeführt. Die Verbrennung erzeugt unter Druck stehende Abgase, die Laufschaufeln der Turbine antreiben.
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Die Brennkammeranordnung kann ein Übergangsstück enthalten, um einen Strom von Verbrennungsprodukten (d.h. den Verbrennungsabgasstrom) zu kanalisieren und von der Brennkammer zu einem Leitapparat der ersten Stufe zu lenken. Das Übergangsstück kann ein vorderes Ende und ein hinteres Ende aufweisen. Zwischen dem hinteren Ende des Übergangsstücks und dem Leitapparat der ersten Stufe kann eine hintere Rahmenanordnung für das Übergangsstück angeordnet sein. Der Verbrennungsabgasstrom strömt bei verhältnismäßig hohen Temperaturen durch das Übergangsstück, was die thermische Belastung und Korrosion an dem hinteren Rahmen, z.B. entlang der inneren und äußeren Schienen, steigern kann. In der hinteren Rahmenanordnung des Übergangsstücks können Kühlungslöcher oder -öffnungen ausgebildet sein, um eine Rückführung der verhältnismäßig kühleren Verdichterauslassluft zu unterstützen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Hitzeschild die Hitzerahmenanordnung schützen, indem wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms davon weggelenkt wird. Allerdings wird der Hitzerahmen während der Herstellung, Modifikation (z.B. Reparatur), des Einbaus, Betriebs und/oder Transports möglicherweise äußeren Kräften unterworfen.
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Dementsprechend wären abgewandelte hintere Rahmenanordnungen mit Kühlkanälen in der Technik erwünscht.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In einer Ausführungsform ist eine hintere Rahmenanordnung für ein hinteres Ende eines Gasturbinenübergangsstücks offenbart. Die hintere Rahmenanordnung enthält einen Grundkörper, der an einem hinteren Ende eine stromabwärts weisende Dichtungsfläche aufweist, wobei wenigstens ein Abschnitt der stromabwärts weisenden Dichtungsfläche dazu eingerichtet ist, einem Verbrennungsabgasstrom ausgesetzt zu werden. Die hintere Rahmenanordnung enthält zusätzlich einen Hitzeschild, der in der Nähe des hinteren Endes des Körpers angeordnet ist, wobei der Hitzeschild dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms von dem hinteren Ende des Körpers wegzulenken, und eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen, die an dem Grundkörper angebracht und dazu eingerichtet sind, eine Durchbiegung des Hitzeschilds zurück in Richtung des Grundkörpers zumindest teilweise zu beschränken.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zum Zusammenbau eines Gasturbinenübergangsstücks offenbart. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Anbringen einer hinteren Rahmenanordnung an einem hinteren Ende des Gasturbinenübergangsstücks. Die hintere Rahmenanordnung enthält einen Grundkörper, der an einem hinteren Ende eine stromabwärts weisende Dichtungsfläche aufweist, wobei wenigstens ein Abschnitt der stromabwärts weisenden Dichtungsfläche dazu eingerichtet ist, einem Verbrennungsabgasstrom ausgesetzt zu werden, und einen Hitzeschild, der in der Nähe des hinteren Endes des Körpers angeordnet ist, wobei der Hitzeschild dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms von dem hinteren Ende des Körpers wegzulenken. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Anbringen einer oder mehrerer Hitzeschildabstützungen an dem Grundkörper, wobei die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen dazu eingerichtet sind, eine Durchbiegung des Hitzeschilds zurück in Richtung des Grundkörpers zumindest teilweise zu beschränken.
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Gemäß der Erfindung kann eine hintere Rahmenanordnung für ein hinteres Ende eines Gasturbinenübergangsstücks enthalten: einen Grundkörper, der an einem hinteren Ende eine stromabwärts weisende Dichtungsfläche aufweist, wobei wenigstens ein Abschnitt der stromabwärts weisenden Dichtungsfläche dazu eingerichtet ist, einem Verbrennungsabgasstrom ausgesetzt zu werden; einen Hitzeschild, der in der Nähe des hinteren Endes des Körpers angeordnet ist, wobei der Hitzeschild dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms von dem hinteren Ende des Körpers wegzulenken; und eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen, die an dem Grundkörper angebracht und dazu eingerichtet sind, eine Durchbiegung des Hitzeschilds zurück in Richtung des Grundkörpers zumindest teilweise zu beschränken.
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Der Hitzeschild und der Grundkörper können auf einem fortlaufenden Teil basieren.
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Die hintere Rahmenanordnung irgendeiner oben erwähnten Bauart kann ferner an wenigstens einem Abschnitt des Hitzeschilds eine äußere Rinnentrennung von dem Körper enthalten.
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Die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung können an einer Außenfläche des Körpers angebracht sein.
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Die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung können wenigstens teilweise in einer Ausnehmung in einer Außenfläche des Grundkörpers angeordnet sein.
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Die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung können einen Stützarm aufweisen, der sich ausgehend von einem Basisabschnitt erstreckt.
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Der Basisabschnitt einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung kann an einer Außenfläche des Körpers angebracht sein.
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Der Basisabschnitt und der Stützarm einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung können wenigstens teilweise in einer Ausnehmung in der Außenfläche des Grundkörpers angeordnet sein.
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Der Basisabschnitt einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung kann eine oder mehrere Verbindungsspalte aufweisen, wobei der Basisabschnitt mit dem Grundkörper an dem einen oder an mehreren Verbindungsspalten durch Schweißen verbunden ist.
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Die mindestens eine Hitzeschildabstützung einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung kann dazu eingerichtet sein, wenigstens zu Beginn von dem Hitzeschild durch einen Toleranzspalt getrennt zu sein.
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Der Körper einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung kann mehrere Wände aufweisen.
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Jede der mehreren Wände einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung kann mindestens eine Hitzeschildabstützung aufweisen.
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Der Hitzeschild einer beliebigen oben erwähnten hinteren Rahmenanordnung kann die stromabwärts weisende Dichtungsfläche aufweisen.
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Die hintere Rahmenanordnung irgendeiner oben erwähnten Bauart kann ferner eine oder mehrere äußere Kühlungslöcher aufweisen, die strömungsmäßig mit einem oder mehreren inneren Kühlungsauslässen verbunden sind.
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Gemäß der Erfindung kann ein Verfahren zum Zusammenbau eines Gasturbinenübergangsstücks bereitgestellt sein, wobei das Verfahren aufweist: Anbringen einer hinteren Rahmenanordnung an einem hinteren Ende des Gasturbinenübergangsstücks, wobei die hintere Rahmenanordnung enthält: einen Grundkörper, der an einem hinteren Ende eine stromabwärts weisende Dichtungsfläche aufweist, wobei wenigstens ein Abschnitt der stromabwärts weisenden Dichtungsfläche dazu eingerichtet ist, einem Verbrennungsabgasstrom ausgesetzt zu werden; und einen Hitzeschild, der in der Nähe des hinteren Endes des Körpers angeordnet ist, wobei der Hitzeschild dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms von dem hinteren Ende des Körpers wegzulenken; und Anbringen einer oder mehrerer Hitzeschildabstützungen an dem Grundkörper, wobei die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen dazu eingerichtet sind, eine Durchbiegung des Hitzeschilds zurück in Richtung des Grundkörpers zumindest teilweise zu beschränken.
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Das Verfahren kann vorsehen, dass die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen einen Stützarm aufweisen, der sich ausgehend von einem Basisabschnitt erstreckt.
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Das Verfahren jeder beliebigen oben erwähnten Art kann vorsehen, dass der Basisabschnitt einen oder mehrere Verbindungsspalte aufweist, wobei das Verbinden des einen oder mehrerer Hitzeschildabstützungen ein Schweißen an dem einen oder mehreren Verbindungsspalten beinhaltet.
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Das Verfahren jeder beliebigen oben erwähnten Art kann vorsehen, dass das Anbringen der einen oder mehrerer Hitzeschildabstützungen an dem Grundkörper ein Anbringen der einen oder mehrerer Hitzeschildabstützungen an einer Außenfläche des Grundkörpers beinhaltet.
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Das Verfahren jeder beliebigen oben erwähnten Art kann vorsehen, dass der Grundkörper mehrere Wände aufweist, wobei das Anbringen der einen oder mehrerer Hitzeschildabstützungen an dem Grundkörper ein Anbringen mindestens einer Hitzeschildabstützung ab jeder der Wände beinhaltet.
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Das Verfahren jeder beliebigen oben erwähnten Art kann vorsehen, dass das Verbinden der einen oder mehrerer Hitzeschildabstützungen ein Trennen mindestens einer Hitzeschildabstützung von dem Hitzeschild durch einen Toleranzspalt aufweist.
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Diese und zusätzliche Merkmale, die durch die hier erörterten Ausführungsformen offenbart sind, werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die anhand der Figuren unterbreiteten Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung und als Beispiele und sollen die durch die Ansprüche definierten Erfindung nicht beschränken. Die folgende detaillierte Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen wird nach dem Lesen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind, verständlich:
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1 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Verbrennungssystem gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsformen;
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer hinteren Rahmenanordnung für ein Übergangsstück mit mehreren Hitzeschildabstützungsorten gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsformen;
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3 zeigt in einer Seitenansicht eine Hitzeschildabstützung für einen Hitzeschild mit einem Toleranzspalt gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsformen;
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4 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht die Hitzeschildabstützung von 3 gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsformen; und
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5 veranschaulicht ein Verfahren zum Zusammenbau eines Gasturbinenübergangsstücks gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsformen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden ein oder mehrere spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine kurzgefasste Beschreibung dieser Ausführungsformen vorzulegen, sind möglicherweise nicht sämtliche Merkmale einer tatsächlichen Verwirklichung in der Beschreibung enthalten. Es sollte erkannt werden, dass bei der Entwicklung einer jeden solchen Verwirklichung, wie in jedem technischen oder konstruktiven Projekt, zahlreiche anwendungsspezifische Entscheidungen zu treffen sind, um spezielle Ziele der Entwickler zu erreichen, z.B. Konformität mit systembezogenen und wirtschaftlichen Beschränkungen, die von einer Verwirklichung zur anderen unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass ein solcher Entwicklungsaufwand zwar komplex und zeitraubend sein könnte, jedoch nichtsdestoweniger für die Fachleute, die über den Vorteil dieser Beschreibung verfügen, eine Routinemaßnahme bei der Entwicklung, Fertigung und Herstellung sein würde.
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Wenn Elemente vielfältiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel "ein", "eine", "der", "die" und "das" bedeuten, dass ein oder mehrere der Elements vorhanden sind. Die Begriffe "enthalten", "beinhalten" und "aufweisen" sind als einschließend zu verstehen und bedeuten, dass möglicherweise zusätzliche Elemente vorhanden sind, die sich von den aufgeführten Elementen unterscheiden.
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Mit Bezugnahme auf 1 ist eine Schnittansicht eines Brennkammersystems 10 veranschaulicht. Bauteile des Brennkammersystems 10 beinhalten ein Übergangsstück 18 zum Umschließen und Kanalisieren von Verbrennungsprodukten mit Blick auf einen Strom von einer Brennkammer 12 einer Gasturbine zu einem Leitapparat 16 der ersten Stufe. Zu beachten ist, dass eine kreisringförmige Gruppe von Brennkammern 12 zum Erzeugen und Leiten von Heißgasen zu einer kreisringförmigen Gruppe von Leitapparaten 16 vorhanden ist, wobei von diesen Brennkammeranordnungen 12, Leitapparaten 16 und Übergangsstücken 18 jeweils ein Exemplar dargestellt ist. Weiter ist ein Abschnitt des Verdichterauslassgehäuses 28 veranschaulicht. Im Betrieb kann Verdichterauslassluft 30 in dem Raum zwischen dem Gehäuse 28 und der Brennkammerwand 14 und dem Übergangsstück 18 zur Kühlung von Bauteilen des Brennkammersystems 10 und als eine Quelle für Verdünnungsluft bereitgestellt sein.
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Das Übergangsstück 18 kann ein Gehäuse 20 zum Kanalisieren und Lenken der Strömung des Verbrennungsabgasstroms 31 von der Brennkammer 12 zu dem Leitapparat 16 aufweisen. Somit weist das Gehäuse 20 ein vorderes Ende 22 und ein hinteres Ende 24 auf, um die Verbrennungsprodukte aufzunehmen bzw. die Strömung des Verbrennungsabgasstroms 31 in Richtung des Leitapparats 16 durchzuführen. Das vordere Ende 22 des Übergangsstücks 18 kann im Wesentlichen kreisförmig sein. In einer Ausführungsform kann das Übergangsstücks 18 von einem kreisförmigen vorderen Ende 22 im Wesentlichen axial und radial nach innen in Bezug auf die Turbinenachse übergehen und endet in einem geringfügig gekrümmten, allgemein geradlinigen hinteren Ende 24. Zwischen dem hinteren Ende 24 und dem Leitapparat 16 kann eine hintere Rahmenanordnung 50 angeordnet sein. Die hintere Rahmenanordnung 50 kann allgemein geradlinig gestaltet sein, um im Wesentlichen zu der Form des hinteren Endes 24 des Übergangsstücks 18 zu passen und kann an dem Übergangsstück 18 durch Binden (z.B. Hartlöten, Schweißen und dergleichen) der hinteren Rahmenanordnung 50 an das hintere Ende 24 mittels einer beliebigen geeigneten Verbindungstechnik angebracht werden.
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Mit Bezugnahme auf 2–4 ist eine Ausführungsform einer hinteren Rahmenanordnung 50 für ein Übergangsstück 18 gemäß einem Aspekt des hier offenbarten Gegenstands veranschaulicht. Die hintere Rahmenanordnung 50 kann allgemein einen Grundkörper 51 enthalten, der im Wesentlichen geradlinig gestaltet ist. Es sollte jedoch ohne weiteres verständlich sein, dass der Grundkörper 51 eine beliebige gewünschte Form haben kann und nicht die in 2 veranschaulichte spezielle Form aufzuweisen braucht. Beispielsweise kann die hintere Rahmenanordnung 50 kreisförmig sein, die Gestalt eines Ovals oder die Gestalt eines beliebigen geeigneten Polygons aufweisen, indem sie beispielsweise wie veranschaulicht mehrere Wände aufweist. Die Form der hinteren Rahmenanordnung 50 wird weitgehend von der speziellen Gestalt und Konstruktion des Übergangsstücks 18 abhängen.
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Der Körper 51 weist eine Außenfläche 52 (die der Verdichterauslassluft 30 zugewandt ist) und mehrere Innenflächen 53 auf (d.h. Oberflächen, die nicht die Außenfläche 52 sind, wie beispielsweise jene, die dem Verbrennungsabgasstrom 31 zugewandt sind). Insbesondere weist der Grundkörper 51 Innenflächen 53 auf, die eine innere heiße Stirnflächenoberfläche 56 (d.h. die Oberfläche, die dem Inneren des Übergangsstücks 18 zugewandt ist, das die Strömung des Verbrennungsabgasstroms 31 durchführt) und eine stromabwärts weisende Dichtungsfläche 59 (d.h. die Oberfläche, die den stromabwärtigen Leit- und Laufschaufeln der Turbine zugewandt ist) beinhalten. Der Körper 51 kann ferner mindestens einen Befestigungshaken 55 aufweisen, der sich allgemein von dem Körper 51 nach außen erstreckt. Der Befestigungshaken 55 kann dazu eingerichtet sein, den hinteren Rahmen 50 an einer beliebigen Verbrennungsproduktaufnahmevorrichtung oder -einrichtung zu sichern.
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Der Körper 51 kann ferner einen sich seitlich erstreckenden Flansch 54 aufweisen. Der Flansch 54 kann so eingerichtet sein, dass die hintere Rahmenanordnung 50 an einem Übergangsstück 18 eines Brennkammersystems befestigt werden kann. Die hintere Rahmenanordnung 50 kann beispielsweise an das Übergangsstück 18 geschweißt werden. In einer solchen Ausführungsform kann eine Außenlippe des Flansches 54 so eingerichtet sein, dass der Flansch 54 an das hintere Ende 24 (d.h. an das Ende in Richtung der hinteren Seite der Turbine) des Übergangsstücks 18 geschweißt werden kann. Zusätzlich kann der Flansch 54 allgemein eine beliebige Länge und Dicke aufweisen. In einer Ausführungsform beträgt die maximale Flanschlänge 5,1 cm und die Flanschdicke liegt im Bereich von 0,3 cm bis 0,65 cm, z.B. von 0,4 bis 0,6 und sämtlichen anderen Unterbereichen dazwischen.
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Die hintere Rahmenanordnung 50 kann ferner einen Hitzeschild 80 enthalten, der in der Nähe des hinteren Endes 24 des Körpers 51 angeordnet ist. Der Hitzeschild 80 kann eine beliebige Konstruktion aufweisen, die allgemein dazu eingerichtet (z.B. ausgerichtet) ist, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms 31 von dem hinteren Ende 24 des Körpers 51 der hinteren Rahmenanordnung 50 wegzulenken.
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Beispielsweise kann das Hitzeschild 80, wie in 2–4 veranschaulicht, allgemein eine flanschförmige Wand aufweisen, die sich von dem Körper 51 in der Nähe des hinteren Endes 24 wegerstreckt. Der Hitzeschild 80 und der Grundkörper 51 können auf einem fortlaufenden (einstückigen) Teil basieren, beispielsweise, wenn das Hitzeschild 80 aus dem ursprünglichen Grundkörper 51 spanabhebend herausgearbeitet ist, oder wenn das Hitzeschild 80 (z.B. durch Schweißen, Hartlöten oder dergleichen) an den Grundkörper 51 integral geklebt oder gebunden ist. Beispielsweise kann eine äußere Rinne 82 spanabhebend aus dem Körpers 51 herausgearbeitet werden, um den Hitzeschild 80 hervorzubringen. Die relative Dicke des Hitzeschilds 80 und der äußeren Rinne 82 kann beliebige Abmessungen aufweisen, die dafür geeignet sind, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms 31 zumindest teilweise von dem hinteren Ende 24 des Körpers 51 wegzulenken. In einigen Ausführungsformen kann das Hitzeschild 80 eine zusätzliche Konstruktion aufweisen, die an dem Grundkörper 51 (z.B. mechanisch) angebracht ist.
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Der Hitzeschild 80 kann sich über den gesamten Umfang des hinteren Endes 24 des Körpers 51 erstrecken, kann sich lediglich über einen Abschnitt des Umfangs des hinteren Endes 24 des Körpers 51 erstrecken oder kann sich über mehrere Bereiche des Umfangs des hinteren Endes 24 des Körpers 51 (beispielsweise in mehreren Segmenten) erstrecken. Außerdem kann der Hitzeschild 80 in einigen Ausführungsformen an dem äußersten Rand des hinteren Endes 24 des Körpers 51 angeordnet sein, so dass der Hitzeschild 80 die stromabwärts weisende Dichtungsfläche 59 aufweist. In einigen Ausführungsformen kann der Hitzeschild 80 ausgehend von dem Rand des hinteren Endes 24 des Körpers 51 weiter innen angeordnet sein.
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Der Hitzeschild 80 kann ferner auf einem beliebigen Material oder auf Materialien basieren, die dafür geeignet sind, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms 31 von dem hinteren Ende 24 des Körpers 51 wenigstens teilweise wegzulenken. Beispielsweise kann der Hitzeschild 80 und der Grundkörper 51 in einigen Ausführungsformen, beispielsweise wenn der Hitzeschild 80 und der Grundkörper 51 auf einem fortlaufenden Teil basieren, das gleiche oder im Wesentlichen das gleiche Material aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Hitzeschild 80 und der Grundkörper 51, beispielsweise wenn der Hitzeschild 80 ursprünglich auf einem gesonderten Teil basiert, das darauffolgend an den Grundkörper 51 geklebt, gebunden, befestigt oder anderweitig angebracht wird, unterschiedliche Materialien aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Hitzeschild 80, wenn beispielsweise Diffusionskleben und/oder Hartlöten einzusetzen sind, IN625, IN617, H230, H282, GTD222, FSX414, MarM509, X40/45, L605/Haynes 25, Haynes 188 oder dergleichen aufweisen. Darüber hinaus kann der Hitzeschild 80 ferner eine oder mehrere Beschichtungen aufweisen, die sich für den Einsatz zwischen einem Übergangsstück 18 und dem Leitapparat 16 in einem Verbrennungssystem 10 eignen.
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Noch immer auf 2–4 Bezug nehmend, kann die hintere Rahmenanordnung 50 ferner eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen 90 enthalten. Die eine oder mehreren Hitzeschildabstützungen 90 können auf einem beliebigen Element basieren, das an dem Grundkörper 51 angebracht und dazu eingerichtet ist, eine Durchbiegung (z.B. Biegung) des Hitzeschilds 80 zurück in Richtung des Grundkörpers 51 zumindest teilweise zu beschränken. Solche Hitzeschildabstützungen 90 sind dadurch in der Lage, den Hitzeschild 80 während der Herstellung, einer Änderung (z.B. Reparatur), eines Einbau, Betriebs und/oder Transports zu schützen, indem sie seine durch irgendwelche äußeren Kräfte verursachte Bewegung beschränken.
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Wie am besten in 3 und 4 veranschaulicht, kann die Hitzeschildabstützung 90 in einigen Ausführungsformen einen Basisabschnitt 91 und einen Stützarm 92 aufweisen. Der Basisabschnitt 91 kann einen beliebigen Abschnitt beinhalten, der dazu eingerichtet ist, an dem Grundkörper 51 angebracht zu werden, während der Stützarm 92 einen beliebigen Abschnitt beinhalten kann, der sich von dem Basisabschnitt 91 weg erstreckt, der in der Lage ist, eine Durchbiegung des Hitzeschilds 80 zurück in Richtung des Grundkörpers zumindest teilweise physikalisch zu beschränken.
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Beispielsweise kann der Basisabschnitt 91 einen erweiterte Abschnitt aufweisen, um die Oberflächenberührungspunkte mit dem Grundkörper 51 zu vergrößern. Solche Ausführungsformen können insbesondere vorgesehen sein, wenn der Basisabschnitt 91 eine im Wesentlichen kreisförmige, längliche, ovale, rechtwinklig oder ähnliche Geometrie aufweist. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Basisabschnitt 91, wie beispielsweise in 3 und 4 veranschaulicht, einen oder mehrere Verbindungsspalte 97 aufweisen, die Hohlräume in dem Basisabschnitt 91 haben, die genutzt werden können, um den Basisabschnitt (z.B. mittels Schweißen) an dem Grundkörper 51 zu sichern, wie es weiter unten erläutert wird.
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Desgleichen kann der Stützarm 92 einen beliebigen Abschnitt aufweisen, der sich von dem Körperabschnitt 91 in Richtung des Hitzeschilds 80 weg erstreckt. Der Stützarm 92 kann eine starre Konstruktion aufweisen, so dass er den Hitzeschild 80 daran hindern würde, sich in Richtung des Grundkörpers 51 zurück zu biegen. In einigen Ausführungsformen kann der Stützarm 92, wie veranschaulicht, eine im Wesentlichen rechteckige Konstruktion aufweisen. In weiteren Ausführungsformen kann der Stützarm 92 beliebige von dem Basisabschnitt 91 ausgehende Verlängerung sonstiger Gestalt aufweisen. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Hitzeschildabstützung 90 ein einzelnes längliches Element ohne deutliche Konturierung zwischen einem Basisabschnitt 91 und einem Stützarm 92 beinhalten. In weiteren Ausführungsformen kann die Hitzeschildabstützung 90 mehrere Basisabschnitte 91 und/oder mehrere Stützarme 92 aufweisen. Beispielsweise kann die Hitzeschildabstützung 90 mehrere Stützarme 92 aufweisen, die sich ausgehend von einem einzelnen Basisabschnitt 91 erstrecken. Alternativ kann sich ein einzelner Stützarm 92 ausgehend von einem einzelnen Basisabschnitt 91 erstrecken. Während spezielle Beispiele und Konfigurationen von Hitzeschildabstützungen hier beschrieben und veranschaulicht wurden, versteht sich, dass diese nicht als beschränkend zu bewerten sind und lediglich als Beispiele dienen; es kann auch eine beliebige abgewandelte Konfiguration durchgeführt werden, die zur Beschränkung der Durchbiegung des Hitzeschilds 80 in Richtung des Grundkörpers 51 geeignet ist.
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Die Hitzeschildabstützung 90 kann in einer Reihe unterschiedlicher Konfigurationen an dem Grundkörper 51 angebracht werden. Beispielsweise kann die Hitzeschildabstützung 90 in einigen Ausführungsformen mit dem Grundkörper 51 verschweißt werden. Beispielsweise kann in Ausführungsformen, bei denen die Hitzeschildabstützung einen Basisabschnitt 91 mit einem oder mehreren Verbindungsspalten 97 aufweist, in dem einen oder in mehreren Verbindungsspalten 97 eine Schweißnaht angeordnet sein, um die Hitzeschildabstützung an Ort und Stelle zu sichern. In einigen Ausführungsformen kann die Hitzeschildabstützung 90 mit dem Grundkörper 51 hartverlötet, darin eingepflockt, daran mechanisch befestigt oder dergleichen sein.
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Die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen 90 können an unterschiedlichen Orten angeordnet sein. Beispielsweise in einigen Ausführungsformen können die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen 90 an der Außenfläche 52 des Körpers 51 angebracht sein. In einigen Ausführungsformen können die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen 90, wie beispielsweise in 3 und 4 veranschaulicht, wenigstens teilweise in einer Ausnehmung 95 in der Außenfläche 52 des Körpers 51 angeordnet sein.
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In einigen Ausführungsformen kann die hintere Rahmenanordnung 50 mehrere Hitzeschildabstützungen 90 aufweisen. Beispielsweise kann der Grundkörper 51, wie am besten in 2 veranschaulicht, mehrere Wände (z.B. vier Wände) aufweisen. In solchen Ausführungsformen kann jede der Wände mindestens eine Hitzeschildabstützung 90 aufweisen. Die mehreren Hitzeschildabstützungen 90 können gleichmäßig verteilt sein oder können dort, wo äußere Kräfte möglicherweise am höchsten sind, konzentriert angeordnet sein.
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In einigen Ausführungsformen kann die Hitzeschildabstützung 90 den Hitzeschild 80 nach dem Einbau berühren oder sogar damit verbunden sein, um jede Durchbiegung des Hitzeschilds 80 zurück in Richtung des Grundkörpers 51 zu verhindern. Allerdings kann die Hitzeschildabstützung 90 in einigen Ausführungsformen dazu eingerichtet sein, wenigstens zu Beginn durch einen Toleranzspalt 99 von dem Hitzeschild 80 getrennt zu sein. Der Toleranzspalt 99 kann einen beliebigen anfänglichen Abstandswert aufweisen, der es dem Hitzeschild 80 ermöglicht, sich über den Abstandswert des Toleranzspalts 99 in Richtung des Grundkörpers 51 zu biegen, bevor er die Hitzeschildabstützung 90 berührt. In solchen Ausführungsformen kann die Hitzeschildabstützung 90 eine Durchbiegung des Hitzeschilds 80 zurück in Richtung des Grundkörpers 51 zumindest teilweise beschränken, indem sie das Maß der Gesamtdurchbiegung, die auftreten kann, begrenzt.
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In einigen Ausführungsformen kann die hintere Rahmenanordnung 50 ferner ein oder mehrere äußere Kühlungslöcher aufweisen, die mit einem oder mehreren inneren Kühlungsauslässen strömungsmäßig verbunden sind. Das eine oder mehrere äußere Kühlungslöcher können an der Außenfläche 52 des Körpers 51 angeordnet sein, um Verdichterauslassluft 30 außerhalb des Übergangsstücks 18 einzufangen. Beispielsweise können sich das eine oder mehrere äußere Kühlungslöcher von der Außenfläche 52 unter einem Winkel nach innen in Richtung des Grundkörpers 51 erstrecken. Wie hierin verständlich, können das eine oder mehrere äußere Kühlungslöcher mit einer beliebigen gegenseitigen Position um die hintere Rahmenanordnung 50 angeordnet sein und eine beliebige geeignete Konstruktion/Ausrichtung aufweisen, die das Einfangen von Verdichterauslassluft 30 mit Blick auf eine anschließende Verteilung ermöglichen.
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Desgleichen können das eine oder mehrere innere Kühlungsauslässe auf einer oder mehreren der Innenflächen 53 (beispielsweise auf der inneren heißen Stirnflächenoberfläche 56 des Körpers 51 und/oder auf der stromabwärts weisenden Dichtungsfläche 59 des Körpers 51) angeordnet sein, um die Verdichterauslassluft 30 zu entlassen, die von mindestens dem einem oder mehreren äußeren Kühlungslöchern aufgefangen wurde. Durch ihre Positionierung an der inneren heißen Stirnflächenoberfläche 56 können das eine oder mehrere innere Kühlungsauslässe Verdichterauslassluft 30 in das Innere der hinteren Rahmenanordnung 50 entlassen, was die Steuerung der Temperatur der Heißgaspfadbauteile erleichtern kann. Beispielsweise können Kühlungsauslässe an der inneren heißen Stirnflächenoberfläche 56 angeordnet sein, um die Kühlung des Inneren des Übergangsstücks 18 zu erleichtern. Desgleichen können Kühlungsauslässe an der stromabwärts weisenden Dichtungsfläche 59 angeordnet sein, um Kühlluft gegen Leitapparate oder Schaufeln der ersten Stufe zu lenken.
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In solchen Ausführungsformen können das eine oder mehrere innere Kühlungsauslässe mit einer beliebigen gegenseitigen Position in der hinteren Rahmenanordnung 50 angeordnet sein und eine beliebige geeignete Konstruktion/Ausrichtung (z.B. Löcher, Rinnen oder dergleichen) aufweisen, die das Ausströmen aufgefangener Verdichterauslassluft 30 ermöglichen. Wie hier klar sein sollte, kann die hintere Rahmenanordnung 50 in einigen Ausführungsformen aufgrund einer ausreichenden Verteilung von aufgefangener Verdichterauslassluft 30 beispielsweise mehr innere Kühlungsauslässe als äußere Kühlungslöcher aufweisen. Solche Ausführungsformen können eine ausreichende Bauteilkühlung mit weniger Verdichterauslassluft 30 ermöglichen, um den Wirkungsgrad des Brennkammersystems 10 zu steigern.
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Indem nun zusätzlich auf 5 eingegangen wird, ist ein Verfahren 100 zum Zusammenbau eines Gasturbinenübergangsstücks veranschaulicht. Das Verfahren weist in Schritt 110 als Erstes ein Anbringen einer hinteren Rahmenanordnung 50 an einem hinteren Ende 24 eines Gasturbinenübergangsstücks 18 auf. Wie oben erörtert, kann die hintere Rahmenanordnung 50 einen Körperabschnitt 51 aufweisen, der an einem hinteren Ende 24 eine stromabwärts weisende Dichtungsfläche 59 aufweist, wobei wenigstens ein Abschnitt der stromabwärts weisenden Dichtungsfläche 59 dazu eingerichtet ist, einem Verbrennungsabgasstrom 31 ausgesetzt zu werden. Die hintere Rahmenanordnung 50, die in Schritt 110 an dem Gasturbinenübergangsstück 18 angebracht wird, enthält ferner einen Hitzeschild 80, der in der Nähe des hinteren Endes 24 des Körpers 51 angeordnet ist, wobei der Hitzeschild 80 dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms 31 von dem hinteren Ende 24 des Körpers 51 wegzulenken.
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Mit weiterem Bezug auf 5 weist das Verfahren 100 ferner in Schritt 120 ein Anbringen einer oder mehrerer Hitzeschildabstützungen 90 an dem Grundkörper 51 auf. Wie oben erörtert, können die eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen 90 dazu eingerichtet sein, eine Durchbiegung des Hitzeschilds 80 zurück in Richtung des Grundkörpers 51 zumindest teilweise zu beschränken. Das Anbringen der einen oder mehrerer Hitzeschildabstützungen 90 in Schritt 120 kann vor dem Anbringen der hinteren Rahmenanordnung 50 an dem Gasturbinenübergangsstück 18 in Schritt 110 des Verfahrens 100, danach, zeitgleich mit diesem oder in Kombinationen davon erfolgen.
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Es sollte nun klar sein, das Hitzeschildabstützungen eine Durchbiegung des Hitzeschilds zurück in Richtung des Grundkörpers in einer hinteren Rahmenanordnung eines Übergangsstücks zumindest teilweise beschränken können, indem sie den Hitzeschild physikalisch blockieren und/oder stützen. Eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen können den Schutz des Hitzeschilds dadurch unterstützen, dass sie dazu beitragen, dass er seine Gestalt und Lage mit Blick auf irgendwelche äußere Kräfte, die während der Herstellung, einer Änderung (z.B. Reparatur), eines Einbaus, Betriebs und/oder Transports erfahren werden können, beibehält.
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Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsformen beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorhergehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist vielmehr lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
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Hintere Rahmenanordnungen für hintere Enden von Gasturbinenübergangsstücken enthalten einen Grundkörper, der an einem hinteren Ende eine stromabwärts weisende Dichtungsfläche aufweist, wobei wenigstens ein Abschnitt der stromabwärts weisenden Dichtungsfläche dazu eingerichtet ist, einem Verbrennungsabgasstrom ausgesetzt zu werden, einen Hitzeschild, der in der Nähe des hinteren Endes des Körpers angeordnet ist, wobei der Hitzeschild dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Teil des Verbrennungsabgasstroms von dem hinteren Ende des Körpers wegzulenken, und eine oder mehrere Hitzeschildabstützungen, die an dem Grundkörper angebracht und dazu eingerichtet sind, eine Durchbiegung des Hitzeschilds zurück in Richtung des Grundkörpers zumindest teilweise zu beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungssystem
- 12
- Brennkammeranordnung
- 14
- Brennkammerwand
- 16
- Leitapparate
- 18
- Übergangsstück
- 20
- Gehäuse
- 22
- vorderes Ende
- 24
- hinteres Ende
- 28
- Verdichterauslassgehäuse
- 30
- Verdichterauslassluft
- 31
- Verbrennungsabgasstrom
- 50
- hintere Rahmenanordnung
- 51
- Grundkörper
- 52
- Außenfläche
- 53
- Innenfläche
- 54
- Flansch
- 55
- Befestigungshaken
- 56
- innere heiße Stirnflächenoberfläche
- 59
- stromabwärts weisende Dichtungsfläche
- 80
- Hitzeschild
- 82
- äußere Rinne
- 90
- Hitzeschildabstützung
- 91
- Basisabschnitt
- 92
- Stützarm
- 95
- Ausnehmung (des Körpers)
- 97
- Verbindungsspalte
- 99
- Toleranzspalt
- 100
- Verfahren
- 110
- Schritt (hintere Rahmenanordnung)
- 120
- Schritt (Hitzeschildabstützung)
