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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für die thermische und/oder akustische
Isolierung einer Anlage gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Isolierung von ortsfesten
Turbinen wie z. B. Gasturbinen und Dampfturbinen und dient bei solchen
Anlagen dazu, den Wirkungsgrad durch Verringerung des Wärmeverlusts
zu erhöhen.
Eine solche Isolierung ist weiterhin deshalb notwendig, da unisolierte
Anlagen entlang des Anlagenkörpers
zwangsläufig
verschiedene Wärmewiderstände aufweisen, was
zu einer stark unterschiedlichen Temperaturverteilung über die
Anlage führt.
Die resultierenden mechanischen Spannungen und Deformationen solcher Anlagen
können
insbesondere bei den üblichen
hohen Rotationsgeschwindigkeiten zu schweren Schäden oder zumindest zu Unterbrechungen
im Betrieb führen.
Zusätzlich
dient die Isolierung solcher Anlagen dem Arbeitsschutz, da eine
Berührung
mit heißen
Maschinenoberflächen
verhindert wird und ferner eine erheblich akustische Dämmung und
damit Schalldruckminimierung erzielt werden kann.
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Verschiedene
Konzepte zur thermischen bzw. akustischen Isolierung von Anlagen
sind bereits bekannt. Die Druckschrift
DE 33 45 966 C2 offenbart eine
Haltevorrichtung für
Dämmelemente,
welche in einem Abstand von einer Wand wie beispielsweise einer
Außenwand
eines Schornsteins angeordnet sind. Die Druckschrift
DE 42 08 494 C1 beschreibt eine
Halterung zur Befestigung von Isoliermatten zur Wärmedämmung an
der Innenseite einer Flugzeugkabine, wobei verrastende Spreizstifte
vorgesehen sind, um die Isoliermatte nichtlösbar mit der Innenseite der
Flugzeugaußenhaut
zu verbinden. In der Druckschrift
DE 71 15 488 U ist eine Anordnung zur Außenverkleidung
von Fassaden offenbart, wobei flächenhaft
ausgebildete Verbindungselemente mit Abstand zu einer Fassadenwand
an dieser befestigt sind. In der
US
4,422,274 ist eine Anordnung für die thermische Isolierung
einer Anlage offenbart, wobei die Isolierungselemente nicht an der
Wand der Anlage selbst aufliegen, sondern an einem Verkleidungsträger. In
der
EP 0 334 850 B1 die
den Gegenstand des Anspruchs 1 am nächsten kommt, ist eine Isolierung
für einen
Speicherbehälter
beschrieben, wobei mittels einer Spannvorrichtung steife Isolierplatten
an der Speicheraußenhaut
angeordnet sind.
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In
der
DE 1 261 137 wird
eine Vorrichtung zu Isolierung von Isolierbehältern offenbart, bei der mehrere
abwechselnd angeordnete Schichten aus einem thermisch schlecht leitenden
Fasermaterial und aus einem die Wärmestrahlung reflektierenden Material
durch Spannbänder an
die Innenwand eines evakuierten Zwischenraumes angedrückt werden. Der
Nachteil einer solchen Anordnung resultiert daraus, dass komplizierte
räumlichen
Geometrien, die beispielsweise für
Gasturbinen typisch sind, auf diese Weise nur schwer isolierbar
sind. Es ergeben sich somit zahlreiche Teile der Anlagenoberfläche, die
mit solch einer kompletten Umwicklung der Anlage nicht oder nur
schlecht isoliert werden können.
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Als
Alternative hierzu ist das Aufspritzen einer aushärtenden
Isolierschicht auf den gesamten Anlagenkörper bekannt, wobei die Isolierschicht
beispielsweise isolierendes Fasermaterial beinhaltet. Beispielsweise
galten Asbestfasern jahrelang als ideales Material für Wärmeisolierung,
müssen
heute aber aus Umweltschutzgründen
unter strengen Sicherheitsvorkehrungen wieder entfernt werden.
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Beide
bisher genannten Verfahren zur thermischen Isolierung weisen außerdem den
Nachteil auf, dass die Isolierung im Bedarfsfall nur schwer entfernt
bzw. partiell geöffnet
und anschließend
wieder verschlossen werden kann. Dies führt nämlich im Allgemeinen zur lokalen
Zerstörung
solcher Isolationen, die nur kosten- und zeitintensiv wieder rückgängig gemacht
werden kann. Das Öffnen
und Wiederverschließen
der Isolierung ist aber bei Anlagen häufig notwendig, da beispielsweise
in regelmäßigen Abständen Revisions-
und Wartungsarbeiten durchgeführt
werden müssen.
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Um
die beschriebenen Probleme zu umgehen, ist in der
DE 101 34 043 A1 eine Vorrichtung
zur Isolation von Gasturbinengehäusen
offenbart, bei der ein Isoliermaterial mittels eines Anpresselements
gegen eine zu isolierende Anlagenwand gedrückt wird. Damit ist ein Entfernen
und anschließendes
Wiederanbringen zwar möglich,
doch handelt es sich bei dieser Anordnung um ein relativ kompliziertes,
mechanisches System bestehend aus einem Abdeckgehäuse, Gewindestangen
und Elementen zur Kraftaufnahme. Außerdem bleiben zwischen den
Isolationselementen, die auch Isolationsmatten sein können, Fugen
mit reduzierter thermischer Isolation bestehen. Da als Widerlager
für die
Anpresselemente ein Abdeckgehäuse
vorgesehen ist, welches starr ausgeformt den kompletten Querschnitt
des zu isolierenden Bereichs der Analge umfassen muss, ist ferner eine
solche Isolierung von großen
Anlagenoberflächen
komplex und kostenintensiv.
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Die
DE 41 21 340 A1 beschreibt
eine thermische Isolierungsschicht für Maschinen, Apparate, Gasturbinen
und dergleichen, bei der mittels Klettverschlüssen oder elastischer Federn
Isolationsmatten um einen gewölbten
Maschinenkörper
gespannt werden. Die tangentiale Federspannung erzeugt über den
gewölbten
Maschinenkörper
einen Anpressdruck, welcher die Matten gleichmäßig gegen die heiße Oberfläche drücken soll.
Zusätzlich
können
Gurte über
die Mattenlage gespannt werden. Die Wärmeabstrahlung an den Trennfugen
zwischen den Matten wird reduziert, indem die Isoliermatten mittels
komplementärer
Abstufungen überlappen.
Die Klettverschlüsse
bzw. Haken für
die elastischen Federn werden auf die Matten aufgenäht und sind
vorgesehen, um jeweils benachbarte Matten miteinander zu verbinden.
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Alternativ
wird auch die Möglichkeit
verwendet, mit Druckköpfen
eine entsprechende Verbindung zwischen jeweils benachbarten Isoliermatten
zu ermöglichen.
Dies bedeutet zwar, dass die Matten beispielsweise für Revisionsarbeiten
relativ einfach entfernt und anschließend wieder angebracht werden können, weist
aber ebenfalls einige gewichtige Nachteile auf. Da z. B. die Matten
selbst an der Befestigung mitwirken, ist die Isolierung kräftemäßig beeinträchtigt.
So ist z. B. an einer Turbinenunterseite der Anpressdruck der Isoliermatten
deutlich geringer als an der Oberseite der Turbine, da durch das
Eigengewicht der Isoliermatten diese an der Unterseite von der Turbinenwand
weggezogen werden. Es ist damit insgesamt schwierig, die Isolierung
so zu gestalten, dass alle Matten gleichmäßig mit einem möglichst homogenen
Druck auf die Turbine gedrückt
werden. Die Dämmwirkung
der Isoliermatten ist stellenweise dadurch reduziert, dass die Matten
lokal zu schwach an die Anlagenwand angepresst werden oder umgekehrt,
wenn sie lokal durch die notwendige starke Spannung von Federelementen
und eventuell der Gurte lokal zusammengedrückt werden und somit an diesen
Stellen ihre Isolationswirkung verlieren. Ähnliche Nachteile ergeben sich,
wenn durch Zusammennähen
von Isoliermatten eine passende Isolierhülle für eine Anlage geschaffen wird.
Außerdem
ist bei der letztgenannten Lösung
wiederum das Auswechseln von Matten zeitaufwendig.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für die thermische
und/oder akustische Isolierung einer Anlage, zu schaffen, wobei
einerseits die Isolierung bei Bedarf lokal oder ganzflächig einfach
entfernt und wieder angefügt werden
kann und wobei ferner eine möglichst
homogene Wärme-
bzw. Schalldämmung
der gesamten zu isolierenden Anlagenfläche ermöglicht wird.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch
eine Isolierungsanordnung gemäß Anspruch
1.
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Bei
der Erfindung ist vorteilhaft, dass durch das Befestigen der Isolierungselemente
mit lösbaren Halteelementen,
die an einem an der Anlagenwand befestigten Gestänge vorgesehen sind und bei
denen es sich vorzugsweise um Spannbänder handelt, die Isolierungselemente,
die insbesondere als Isolierungsmatten ausgebildet sein können, gleichmäßig an die
Anlagenwand gedrückt
werden, wodurch die Dämmfähigkeit
der Isolierungselemente erhöht
wird und eine homogene Isolierung der Anlage erzielt wird. Unregelmäßigkeiten
bei der Verteilung des Anpressdrucks werden so reduziert, weil jedes
einzelne Isolierungselement unabhängig von den anderen gelagert
und angepresst wird. Durch die Verringerung der Temperaturunterschiede über die
Anlage, die daraus resultiert, werden einerseits Verluste im Wirkungsgrad
reduziert und vor allem wird die Gefahr, dass sich die Anlage aufgrund
thermischer Spannung verzieht, deutlich gemindert. Die Gefahr, dass sich
einzelne Isolierungselemente, insbesondere an der Anlagenunterseite
lösen,
ist gegenüber
bisherigen Verfahren, bei welchen zum Beispiel Klettverschlüsse oder
Druckknöpfe
verwendet werden, ebenfalls deutlich reduziert. Zudem ermöglicht die
erfindungsgemäße Lösung durch
die Verwendung eines Gestänges
mit Halteelementen eine Montage bezüglich der Außenhülle der
zerstörungsfreie
Montage, d. h. die Befestigung dringt nicht in die Isolierungselemente
ein, wie z. B. bei Lochen, Nähen
oder Stanzen notwendig, sondern umgürtet die Isolierungselemente.
Damit entstehen hier keine auch keine Wärmebrücken oder potenzielle Druckstellen.
Die Isolierungselemente geraten zudem weniger leicht in Bewegung
und können
nicht verrutschen. Ein weiterer Vorteil sind die Einsparungsmöglichkeiten,
die sich daraus ergeben, dass die Anlage im Wartungs- oder Reparaturfall
nicht komplett ausgepackt werden muss oder größere Stellen der Isolierung
aufgeschnitten werden müssen
und hinterher erneuert werden müssen,
sondern dass nur einzelne Isolierungselemente durch Lösen der
Halteelemente entfernt werden müssen,
die hinterher wieder eingesetzt werden können. Durch diese Art der Herstellung
und Befestigung der Isoliermatten ergibt sich somit insgesamt auch
eine längere
Lebensdauer der Isolierungselemente.
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Bei
der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise die Isolierelemente,
z. B. Isoliermatten, für eine
zu isolierende Anlage nach einem individuellen Schnittmuster gefertigt.
Diese Schnittmuster sind so entworfen, dass nach dem Zusammensetzen
der einzelnen Isolierungselemente eine optimal an die geometrische
Form der Anlage angepasste Isolierungshülle entsteht. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
werden die als Matten ausgebildeten Isolierungselemente zur Montage
einzeln mit speziellen Bändern
umschlossen, die an dem an der Anlage angebrachten Gestänge einseitig
fixiert sind. Durch das Schließen
der Bänder
mittels Haken und Schließelementen
wird ein im Wesentlichen gleicher Anpressdruck aller Matten auf
die Anlagenaußenwand
gewährleistet
und die Wärme- bzw. Schalldämmung über die
Anlagenoberfläche
homogenisiert. Die Spannbänder
fixieren nur jeweils eine Matte und brauchen damit nicht so stark
gespannt sein wie bei bekannten Anordnungen, wo die Spannbänder jeweils über den
gesamten Umfang der Anlage verlaufen. Dadurch werden die Isolierungselemente
lokal nicht so stark deformiert und weisen deshalb über ihre
Fläche
eine homogenere Wärmedämmung auf. Durch
eine erfindungsgemäße Isolierung
einer Gasturbine kann beispielsweise bei dort typischen Innentemperaturen
im Betrieb von 50–630°C eine Außentemperatur
auf der Isoliermattenoberfläche
von maximal 55°C
erzielt werden.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Isolierungsanordnung für eine Anlage;
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2 einen
Längsschnitt
durch eine Gasturbine mit einer Isolierungsanordnung; und
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III der Gasturbine von 2.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Isolierungsanordnung 10 in
einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Dabei sind auf die Wand 24 einer
Anlage Stützelemente 16 angebracht,
vorzugsweise angeschweißt.
Diese Stützelemente 16 sind
vorzugsweise aus Bandstahl, insbesondere aus Edelstahl hergestellt.
An den Stützelementen 16 sind
Stangen 14 angebracht, welche ebenfalls vorzugsweise aus
Edelstahl gefertigt sind. Die Stützelemente 16 und
die Stangen 14 bilden zusammen ein Gestänge, in welches als Matten,
z. B. in rechteckiger Form, ausgebildete Isolierungselemente 12 eingelegt
werden. Die Stangen 14 verlaufen im wesentlichen parallel
zueinander, wobei der horizontale und der vertikale Abstand zweier
benachbarter Stangen 14 jeweils so gewählt ist, dass er der Breite
bzw. der Dicke des jeweiligen Isolierungselements 12 entspricht.
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Die
Stangen 14 dienen dabei als Haltepunkte einerseits für Spannbänder 18 und
andererseits für Schließelemente 22.
Die Spannbänder 18 sind
aus flexiblem Bandmaterial gefertigt und weisen an dem Ende, das
von der jeweiligen als Haltepunkt dienenden Stange 14 weg
weist, ein als Spannverschluss bzw. verstellbares Kappenschloss
ausgebildetes Schließelement 22 auf,
welches an seinem freien Ende mit einem Haken 20 versehen
ist. Diese Haken 20 werden jeweils in eine der Stangen 14 eingehängt, so
dass durch Schließen
der Schließelemente 22 das jeweilige
Spannband 18 unter Zugspannung gebracht wird. Die zwischen
den Stangen 14 und den Stützelementen 16 liegenden
Isolierungselemente 12 sind nun durch die Spannbänder 18 fixiert.
Das andere Ende des jeweiligen Spannbands 18 ist mittels
Verschweißen
oder Vernieten entweder fest mit jeweiligen Stange 14 verbunden
oder entlang dieser verschiebbar.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind
zwei Lagen A und B von Isolierungselementen 12 aufeinander
gestapelt auf der Wand 24 der thermischen Anlage angebracht.
Um einen Wärmeverlust
durch Trennfugen 26 zwischen jeweils zwei Isolierungselementen 12 zu
vermeiden, sind die beiden Lagen A und B der Isolierungselemente 12 nach
der Art von Ziegeln in einer Mauer seitlich versetzt fixiert. Die
richtige Positionierung der Isolierungselemente 12 wird
gewährleistet,
indem die Stützelemente 16 treppenförmig ausgebildet
sind, wobei die Stufentiefe der Versetzungsdistanz der beiden Isolierungslagen
A und B entspricht. Die Stangen 14 der oberen und unteren
Isolierungslage A und B sind an den Stützelementen 16 fixiert
und ebenfalls um eine entsprechende Versetzungsdistanz versetzt.
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Bei
den Isolierungselementen 12 handelt es sich vorzugsweise
um Isoliermatten, welche jeweils aus einer temperaturbeständigen Hülle, vorzugsweise
aus Thermoglasgewebe oder einem synthetischen Gewebe oder einem
Gemisch von beiden, bestehen, welche auch mit Edelstahldraht durchwirkt sein
können,
wobei die Hülle
mit einer Füllung
aus Mineralwolle, Steinwolle, Silikatfaser, Glasfaser und/oder anderen
geeigneten Dämmstoffen
aufgefüllt
ist.
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Auf ähnlich schnelle
und einfache Art und Weise wie bei der Montage können bei Bedarf, wenn z. B.
Revisionsarbeiten an der Anlage notwendig sind, die Isolierelemente 12 nach
Lösen der
Haken 20, der Schließelemente 22 und
der Spannbänder 18 wieder
entfernt werden. Da jedes Isolierelement 12 im Prinzip
separat befestigt ist, ist es möglich,
nur die Isolierelemente 12 in den Bereichen zu entfernen,
die für
die auszuführenden
Arbeiten zugänglich
gemacht werden müssen.
Da ferner bei einem Entfernen der Isolierungselemente 12 keine
Teile der thermischen Isolierungsanordnung 10 zerstört werden,
können die
selben Isolierungselemente nach Abschluß der Revisionsarbeiten wieder
an ihrem entsprechenden Platz auf der Anlage befestigt werden.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Anlage 100,
bei der es sich in diesem Ausführungsbeispiel
um eine Gasturbine handelt, wobei der Schnitt entlang der Achse
der Gasturbine verläuft.
Es sind hier zahlreiche Isolierungselemente 112 schraffiert
dargestellt, die in mehreren Lagen auf eine Wand 124 der
Gasturbine aufgebaut sind. Wie in der 2 dargestellt,
sind die Isolierungselemente 112 von unterschiedlicher
Form und Dicke, wodurch gewährleistet
wird, dass die thermische Isolierungsanordnung eine die Gasturbine
eng umfassende Hülle
bildet. Dabei wird in der Regel jedes Isolierungselement 112 für eine bestimmte
Position auf der thermischen Anlage 100 maßgeschneidert.
Entsprechend der lokalen Gegebenheiten wie z. B. der lokalen Form
der Gasturbinenwand 124 oder der lokalen Temperatur, kann
die thermische/akustische Isolierungsanordnung, bestehend aus den
verschiedenen Schichten von Isolierungselementen 112, lokal
unterschiedlich dick gefertigt werden.
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Dies
ist schematisch in 3 dargestellt, wo ein Schnitt
entlang der Linie III-III von 2 gezeigt ist.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind in radialer Richtung von
der Mitte der Gasturbine nach außen je nach lokaler Geometrie
der Gasturbine zwei bis vier Lagen von Isolierungselementen 112 aufeinander gestapelt.
Wie bei der Ausführungsform
von 1 sind auch hier Stangen 114 und Stützelemente 116 an
der Wand 124 der Gasturbine angebracht, vorzugsweise angeschweißt. Auch
in diesem Fall wird als Material für die Stangen 114 und
die Stützelemente 116 vorzugsweise
Edelstahl verwendet, ebenso wie für die hier nicht dargestellten
Spannbänder,
Haken und Schließelemente.
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Falls
erforderlich, kann auf der von der zu isolieren Wand weg weisenden
Seite der Isolierungselemente ein Trittschutz aus Blech in Form
einer Ummantelung angebracht werden (in den Figuren nicht gezeigt).
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Die
Erfindung kann grundsätzlich
zum thermischen und/oder akustischen Isolieren von Anlagen, insbesondere
Maschinen, aller Art verwendet werden, bei deren Betrieb Temperaturen,
die sich wesentlich von der Umgebungstemperatur unterscheiden, bzw.
zu hohe Schallemissionen auftreten. Vorzugsweise wird Erfindung
jedoch für
Gasturbinen eingesetzt.