DE19963371A1 - Gekühltes Hitzeschild - Google Patents

Abstract

Bei einem Hitzeschild (10), insbesondere für den Stator von Gasturbinen, welches Hitzeschild (10) aus einer Mehrzahl von einzelnen Segmenten (10a, b; 20a, b) zusammengesetzt ist, die jeweils mit ihren Stirnseiten (15a, b) unter Bildung eines Spaltes (12) aneinanderstoßen, und die zur Kühlung im Bereich der Stirnseiten (15a, b) Kühlbohrungen (13a, b) aufweisen, durch welche ein Kühlfluid in den Spalt (12) ausgeblasen wird, wird eine Kühlung auch bei geschlossenem Spalt dadurch gewährleistet, dass im Bereich des Spaltes (12) eine gegenüber dem Spalt (12) verbreiterte Kammer (11) angeordnet ist, in welche die Kühlbohrungen (13a, b) münden.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Maschi­ nen. Sie betrifft ein Hitzeschild, insbesondere für Gasturbinen, gemäss dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Ein solches Hitzeschild ist z. B. aus den Druckschriften US-A-4,573,866 oder EP- A1-0 516 322 bekannt.

STAND DER TECHNIK

Bei thermischen Maschinen wie Gasturbinen gibt es bestimmte Konturen (z. B. die ringförmigen, statorseitigen Hitzeschilde, welche die Laufschaufeln des Rotors umgeben), die aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt sind, die unter Bil­ dung von Spalten mit ihren Stirnseiten aneinanderstossen. Derartige segmentierte Konturen erfordern eine Kühlung der Flanken durch Ausblasen eines Kühlfluids, in der Regel Kühlluft. Dazu werden spezielle Kühlbohrungen vorgesehen (88 in Fig. 2 der EP-A1-0 516 322 bzw. C in Fig. 3 der US-A-4,573,866), durch die Kühlfluid in die Spalte ausgeblasen wird.

Bei bestimmten Betriebszuständen können sich jedoch die Spalte zwischen den Segmenten praktisch schliessen. Die Oeffnungen der in die Spalte mündenden Kühlbohrungen werden dann durch die Seitenwände der benachbarten Segmente abgedeckt, was zu einem Versagen der Kühlung in diesem Bereich führt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hitzeschild zu schaffen, welches die ge­ nannten Nachteile bekannter Hitzeschilde vermeidet und insbesondere eine aus­ reichende Kühlung der spaltnahen Segmentränder auch beim Schliessen der Spalte sicherstellt.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, im Bereich der Ausströmöffnungen der Kühlbohrungen einen erweiterten Raum zu vorzusehen, der auch beim vollständi­ gen Schliessen des Spaltes einen ungehinderten Austritt des Kühlfluids gewähr­ leistet.

Besonders einfach lässt sich die Erfindung verwirklichen, wenn gemäss einer be­ vorzugten Ausführungsform die Kammer als Vertiefung ausgebildet ist, welche sich von der thermisch belasteten Seite des Hitzeschildes ausgehend in den Spalt hinein erstreckt. Die Tiefe der Kammer macht dabei vorzugsweise einen vorgege­ benen Prozentsatz, insbesondere zwischen 10% und 90%, der Dicke des Hitze­ schildes im Bereich des Spaltes aus.

Die Länge der Kammer macht vorzugsweise einen vorgegebenen Prozentsatz der Breite der Hitzeschildes, insbesondere zwischen 10% und 80%, aus.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam­ menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Turbinenachse (I-I in Fig. 2) durch ein Hitzeschild gemäss einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 das Hitzeschild aus Fig. 1 in der Draufsicht von aussen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt einen Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Turbinenachse durch ein Hitzeschild 10 gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Vom insgesamt ringförmigen Hitzeschild 10 sind ausschnittweise zwei bogenför­ mige Segmente 10a und 10b gezeigt, die mit Stirnseiten 15a und 15b an unter Bildung eines Spaltes 12 aneinanderstossen. Das Hitzeschild 10 wird von aussen mit einem Kühlfluid, üblicherweise Kühlluft, beaufschlagt, das auch die auf den Aussenseiten der Segmente 10a und 10b vorgesehenen Bereitstellungsräume 14a und 14b erfüllt. Von den Bereitstellungsräumen 14a und 14b, die als Ausneh­ mungen ausgebildet sind, strömt das Kühlfluid unter anderem durch entspre­ chende Kühlbohrungen 13a und 13b zum Spalt 12 hin und wird dort in eine Kam­ mer 11 ausgelassen.

Die Kammer 11, die als Vertiefung von der Heissgasseite (in Fig. 1 von unten) her in den Spaltbereich eingelassen ist, weist eine gegenüber dem Spalt 12 deutlich vergrösserte Breite auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass, falls der Spalt 12 sich schliessen sollte, das Kühlfluid gleichwohl ohne Behinderung aus den Kühlboh­ rungen 13a und 13b ausströmen und in den vom Hitzeschild 10 umschlossenen Heissgasraum austreten kann.

Die Tiefe T der vertieften Kammer 11 hängt im wesentlichen von der Dicke D des Hitzeschildes 10 ab und sollte einen bestimmten Prozentsatz von D betragen. Als zweckmässig hat sich dabei ein Prozentsatz von zwischen 10% und 90% ergeben, d. h., 0,1D < T < 0,9D.

Die Gestaltung und Lage der Kammer 11 des Ausführungsbeispiels in axialer Richtung geht aus Fig. 2 hervor. Die Länge L der Kammer 11 beträgt dabei eben­ falls einen bestimmten Prozentsatz der Breite B der Hitzeschildes 10, der vor­ zugsweise zwischen 10% und 80% liegt, d. h., 0,1B < L < 0,8B.

Die Kühlbohrungen 13a und 13b verlaufen von den Bereitstellungsräumen 14a, 14b zur Kammer 11 - wie aus Fig. 1 ersichtlich ist - zweckmässigerweise schräg nach innen. Desgleichen verlaufen gemäss Fig. 2 die Kühlbohrungen 13a, b schräg in Richtung der Heissgasströmung 16, um ein optimales Zusammenwirken von Heissgasströmung und ausströmendem Kühlfluid zu gewährleisten.

Es versteht sich von selbst, dass im Rahmen der Erfindung die Kammer 11 auch anders ausgestaltet und im Spaltbereich angeordnet sein kann. Desgleichen ist es denkbar, bei mehreren Kühlbohrungen für jede der Kühlbohrungen eine eigene Kammer vorzusehen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

,

20

Hitzeschild

10

a, b Segment (Hitzeschild)

11

Kammer (Vertiefung)

12

,

22

Spalt

13

a, b Kühlbohrung

14

a, b Bereitstellungsraum

15

a, b Stirnseite

16

Heissgasströmung

Claims (5)

1. Hitzeschild (10), insbesondere für den Stator von Gasturbinen, welches Hitzeschild (10) aus einer Mehrzahl von einzelnen Segmenten (10a, b; 20a, b) zu­ sammengesetzt ist, die jeweils mit ihren Stirnseiten (15a, b) unter Bildung eines Spaltes (12) aneinanderstossen, und die zur Kühlung im Bereich der Stirnseiten (15a, b) Kühlbohrungen (13a, b) aufweisen, durch welche ein Kühlfluid in den Spalt (12) ausgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Spaltes (12) eine gegenüber dem Spalt (12) verbreiterte Kammer (11) angeordnet ist, in welche die Kühlbohrungen (13a, b) münden.

2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (11) als Vertiefung ausgebildet ist, welche sich von der thermisch belasteten Seite des Hitzeschildes (10) ausgehend in den Spalt (12) hinein erstreckt.

3. Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (T) der Kammer (11) einen vorgegebenen Prozentsatz, vorzugsweise zwischen 10% und 90%, der Dicke (D) des Hitzeschildes (11) im Bereich des Spaltes (12) aus­ macht.

4. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Kammer (11) einen vorgegebenen Prozentsatz der Breite (B) der Hitzeschildes (10), vorzugsweise zwischen 10% und 80%, ausmacht.

5. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbohrungen (13a, b) in Richtung der Heissgasströmung schräg verlaufen.