DE3645335C2 - Halterung für Steine einer feuerfesten Auskleidung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für Steine einer feuerfesten Auskleidung einer Tragstruktur, wobei jeder Stein einem Barren mit nahezu trapezförmigem Querschnitt ähnelt, welcher gebildet ist mit einer der Tragstruktur zugewandten Kaltseite, einer der Tragstruktur abgewandten Heißseite sowie mit die Kaltseite mit der Heißseite verbin­ denden, abgeschrägten Flanken.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Halterung, die im Zusammenhang mit einer feuerfesten Auskleidung einer Brennkammer einer Gasturbinenanlage verwendbar ist.

Eine feuerfeste Auskleidung für eine Brennkammer einen Gas­ turbinenanlage mit einer Vielzahl von Steinen sowie einer entsprechenden Halterung ist aus der DE -PS 11 73 734 be­ kannt. Die dort beschriebene Anordnung geht davon aus, daß die metallische Halterung möglichst nicht direkt mit heißen Gasen in Berührung kommen soll, sondern durch geeignete Überhänge der von ihr gehaltenen Steine geschützt wird. Zusätzlich wird die Halterung, da sie sich im Bereich von Kühlfluidspalten in der Tragstruktur, die von der Aus­ kleidung geschützt werden soll, befindet, ständig gekühlt. Die die Halterung schützende Form der Steine ist jedoch nicht völlig unproblematisch in Bezug auf thermische Wechselbelastungen, da Beschädigungen im Bereich der über­ hängenden schmalen Abschnitte nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe einer Halterung der in der Einleitung angegebenen Gattung, bei welcher die Steine eine für thermische und mechanische Wechselbelastun­ gen besonders geeignete Form aufweisen können, und die eine leichte Montage und einen leichten Austausch einzelner Steine zuläßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird eine Halterung für Steine einer feuerfesten Auskleidung einer Tragstruktur, wobei jeder Stein einem Barren mit nahezu trapezförmigem Querschnitt ähnelt, welcher gebildet ist mit einer der Tragstruktur zugewandten Kaltseite, einer der Tragstruktur abgewandten Heißseite sowie mit zwei die Kaltseite mit der Heißseite verbindenden, abgeschrägten Flanken, wobei die Halterung erfindungsgemäß aus federnd an der Tragstruktur befestigten Halteklammern besteht, welche die Flanken der Steine umgreifen und die Steine so gegen die Tragstruktur gedrückt halten können.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Wie anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert wird, müssen die mit der erfindungs­ gemäßen Halterung gehalterten feuerfesten Steine keine für Schäden durch Wechselbelastungen anfälligen Abschnitte oder Kanten aufweisen. Die Halterung ist allerdings direkt den gleichen Temperaturen ausgesetzt wie die feuerfesten Steine, was unter Umständen zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung erfordert. Diese Kühlung läßt sich jedoch durch Zufuhr von Kühlfluid, welches einerseits eine Prallkühlung der Halterung bewirkt und andererseits einen Kühlfilm über der gesamten Auskleidung bildet, verwirklichen. Eine federnde Aufhängung der Halterung, bei der sich die Feder­ elemente in einem verhältnismäßig kühlen Bereich befinden, führt dazu, daß thermische Bewegungen der Auskleidung problemlos ausgeglichen werden können. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist sogar die Auswechselbarkeit einzel­ ner Steine von der Innenseite der Brennkammer her gegeben, was gegenüber dem Stand der Technik, bei dem dies nicht problemlos möglich ist, von Vorteil ist.

Weitere Vorteile werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Dort zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines feuerfesten Steines;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer feuerfesten Auskleidung in Querschnittsrichtung der Steine und Halterung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil der Auskleidung in der Ebene der Halterung entlang der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4, 5 und 6 einen Längsschnitt, eine Draufsicht bzw. eine Stirnseitenansicht einer Halteklammer;

Fig. 7, 8, 9, 10, 11 Ausführungsbeispiele für die Mittel zur Befestigung der Halteklammern an der Tragstruktur in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines feuer­ festen Steines 1, der in seiner Form einem Barren mit nahe­ zu trapezförmigem Querschnitt ähnelt und abgerundete Kanten 5 aufweist. Der Stein 1 hat eine Kaltseite 2, abgeschrägte Flanken 3 und eine Heißseite 4. Es kommt nicht darauf an, daß die genannten Seiten tatsächlich eben sind. Im Regel­ fall werden die Kaltseite 2 und die Heißseite 4 leicht gewölbt sein in Anpassung an die Form der auszukleidenden Tragstruktur 11. Auch die Flanken 3 müssen nicht zwangs­ läufig ganz eben sein. Die Stirnseiten 6 des Steines 1 jedoch sind vorzugsweise eben und bilden jeweils eine An­ lagefläche für einen benachbarten Stein. Zwar können auch an einer Stirnseite 6 die Kanten gerundet sein, jedoch ist dies nicht unbedingt vorteilhaft, da die Stirnseiten 6 ohnehin durch benachbarte Steine vollständig geschützt sind.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Auskleidung einer Tragstruktur 11, wobei zwei Steine 1 und eine Halteklammer 31 in Querrichtung geschnitten sind. Die Steine 1 liegen an der Tragstruktur 11, die beispielsweise die Wand einer Brennkammer sein kann, an. Die Halteklammer 31 ist zwischen den mit etwas Zwischenraum angeordneten Steinen 1 so angeordnet, daß sie die Flanken 3 der Steine 1 zumin­ dest teilweise umgreift und die Steine 1 auf diese Weise haltert. Die Halteklammer 31 ist, wie anhand der Fig. 4, 5 und 6 noch im einzelnen dargestellt ist, so geformt, daß sie den Flanken 3 und dem zwischen jeweils zwei Stei­ nen 1 befindlichen Zwischenraum in ihrer Form entspricht. Die Halteklammer 31 ist mit einer Schraube 21, welche die Tragstruktur 11 in einer Durchgangsbohrung 12 durchdringt, gehaltert. Diese Halterung erfolgt mittels Gewinde 23 und Mutter 25, wobei ein Federelement 26, vorzugsweise eine Schraubenfeder, sich zwischen Tragstruktur 11 und Mutter 25 befindet, so daß die Halteklammer 31 entsprechend der Federkraft des Federelementes 26 und der mit der Mutter 25 eingestellten Spannung gegen die Steine 1 gedrückt wird. Dadurch werden die Steine 1 in ihren Positionen festgehal­ ten. Die Schraube 21 hat eine durchgehende Längsbohrung 22, durch welche Kühlfluid zur Halteklammer 31 strömen, dort austreten und zum schützenden Kühlfilm über der Auskleidung beitragen kann. Die Schraube 21 ist vorzugsweise mit einem Schlitz, Innensechskant oder dergleichen versehen, so daß eine Betätigung durch eine entsprechende Öffnung 32 in einer Heißseite der Halteklammer 31 möglich ist. Durch ein mit der Tragstruktur 11 fest verbundendes Gehäuse, welches vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt hat, wird das Federelement 26 geschützt sowie ein Mitdrehen der ihrer Form nach im Querschnitt des Gehäuses 27 entsprechenden Mutter 25 beim Drehen der Schraube 21 verhindert.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2. Dieser Schnitt, welcher genau in einer Ebene zwischen den Steinen 1 liegt, zeigt die Ausdehnung und Form der Halteklammer 31 in Längsrichtung der Steine 1 so­ wie die Lage der Kühlfluidöffnungen 13 bzw. 34. Im darge­ stellten Beispiel hat die Tragstruktur 11 vier Kühlfluid­ öffnungen 13 pro Halteklammern 31, wobei die Kaltseite der Halteklammer 31 entsprechende, mit dem Kühlfluidöffnungen 13 fluchtende Öffnungen 34 bzw. Aussparungen hat, so daß Kühlfluid direkt auf die Unterseite der Heißseite 37 der Halteklammer 31 treffen kann und diese durch Prallkühlung kühlt. Anschließend kann das Kühlfluid zu den Seiten und der Öffnung 32 der Halteklammer strömen und als zusätzlich schützender Kühlfilm an der Oberseite der Auskleidung aus­ treten. Aus Fig. 3 ist außerdem der Aufbau des Gehäuses 27 für das Federelement 26 zu erkennen, welches Gehäuse 27 vier ebene Seiten hat, von denen zwei umgebogene Enden 28 aufweisen, die ein Verlieren der in dem Gehäuse 27 befind­ lichen Mutter 25 verhindern. Ansonsten kann das Gehäuse 27 zur Vermeidung von Überlappungen mit den Kühlfluidöffnun­ gen Aussparungen 29 aufweisen, damit das Kühlfluid, dessen Weg durch Pfeile angedeutet ist, ungehindert strömen kann.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen Einzelheiten einer Halteklammer 31. Diese besteht vorzugsweise aus einem trapezförmig zusammengebogenen Blech, wobei die Berührungsbereiche 36 an den Enden des Bleches nicht fügetechnisch miteinander verbunden, sondern frei und so gestaltet sind, daß die Flanken 33 der Halteklammer 31 etwas nachgiebig sind. Für die Halterung der Steine 1 kommt es auf das Zusammenwirken deren Flanken 3 und der Flanken 33 der Halteklammer 31 an. Dabei sollte der Winkel β den die Flanke 33 der Halte­ klammer 31 bezüglich der Tragstruktur 11 bildet, gering­ fügig kleiner sein als der entsprechende Winkel α, den die Flanke 3 des Steins 1 zur Tragstruktur 11 bildet. Auf diese Weise wird eine definierte Anlagefläche zwischen den Flanken 3, 33 geschaffen, die sich unter Berücksichtigung der federnden Eigenschaften der Halterung unter Einschluß der federnden Eigenschaften der Halteklammer 31 selbst als gut reproduzierbar erweist. Bevorzugterweise sollten die genannten Winkel in der Größenordnung von 60° liegen, wobei die Differenz zwischen beiden Winkeln beispielsweise zwischen 0,5° und 2° liegen kann.

Weitere Einzelheiten des Ausführungsbeispiels im Hinblick auf die Befestigung der Halteklammer 31 an der Tragstruk­ tur 11 sind den Fig. 7, 8, 9, 10 und 11 entnehmbar. Dementsprechend ist die Schraube 21 an der Auflagefläche des Schraubenkopfes mit Nuten 24 ausgestattet, welche im Zusammenwirken mit einer Unterlegscheibe 41, die ihrer­ seits Höcker 42 aufweist, unter der Federkraft des Feder­ elementes 26 eine Sicherung gegen das unerwünschte Lösen der Schraube 21 bilden. Die Schraube 21 kann durch die Form der Nuten 24 mit Höckern 42 zwar unter Kraftaufwand festgezogen und gelöst werden, jedoch verhindern die Nuten 24 und die Höcker 42, die durch die Federbelastung inein­ ander einrasten, daß die Schraube 21 sich selbsttätig löst.

Claims (11)

1. Halterung für Steine (1) einer feuerfesten Auskleidung einer Tragstruktur (11), wobei jeder Stein (1) einem Barren mit nahezu trapezförmigem Querschnitt ähnelt, wel­ cher gebildet ist mit einer der Tragstruktur (11) zuge­ wandten Kaltseite (2), einer der Tragstruktur (11) abge­ wandten Heißseite (4) sowie mit zwei die Kaltseite (2) mit der Heißseite (4) verbindenden, abgeschrägten Flanken (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus federnd (26) an der Tragstruktur (11) be­ festigten Halteklammern (31) besteht, welche die Flanken (3) der Steine (1) umgreifen und die Steine (1) so gegen die Tragstruktur (11) gedrückt halten.

2. Halterung nach Anspruch 1, bei der die Halteklammern (31) im Querschnitt etwa Trapezform aufweisen mit einer breiteren Heißseite (37), einer schmaleren Kaltseite und zwei Flanken (33).

3. Halterung nach Anspruch 2, bei der die Flanken (33) der Halteklammern (31) zu ihrer jeweiligen Heißseite (37) einen Winkel (β) aufweisen, der geringfügig kleiner als ein Winkel (α) zwischen einer Flanke (3) und einer Kaltseite (2) eines Steines (1), für den die Halterung bestimmt ist, ist.

4. Halterung nach Anspruch 2 oder 3, bei der jede Halte­ klammer (31) aus einem Blech trapezförmig zusammengebogen ist, wobei die Enden des Bleches nicht fest miteinander verbunden sind, so daß die Flanken (33) der so gebildeten Halteklammer (31) unter Druck um einen kleinen Winkel nach­ geben können.

5. Halterung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Heißseite (37) jeder Halteklammer (31) länger als die zu­ gehörige Kaltseite ist.

6. Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer Tragstruktur (11), wobei die Halteklammern (31) der Tragstruktur (11) zugewendete Kühlfluidöffnungen (34) auf­ weisen, welche mit entsprechenden Öffnungen (13) in der Tragstruktur (11) fluchten.

7. Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer Tragstruktur (11), bei der die Halteklammern (31) mittels je einer durch eine Bohrung (12) der Tragstruktur (11) führenden Schraube (21) und einer Mutter (25) sowie einem sich an der Tragstruktur (11) und der Mutter (25) abstützenden Federelement (26) federnd gehaltert sind.

8. Halterung an einer Tragstruktur (11) nach Anspruch 7, bei der die Schraube (21) einen Schraubenkopf hat, welcher durch eine Öffnung (32) in der Heißseite (37) der Halte­ klammer (31) zugänglich ist.

9. Halterung an einer Tragstruktur (11) nach Anspruch 7 oder 8, bei der jede Schraube (21) mit einer durchgehenden Kühlfluidbohrung (22) versehen ist.

10. Halterung an einer Tragstruktur (11) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der das Federelement (26) und die Mutter (25) von einem an der Tragstruktur (11) befestigten Gehäuse (27) umgeben sind, welches das Federelement (26) schützt und ein Verlieren oder Mitdrehen der Mutter (25) beim Drehen der Schraube (21) verhindert.

11. Halterung an einer Tragstruktur nach einem der An­ sprüche 7 bis 10, bei der jeder Schraubenkopf an seiner Unterseite Nuten (24) aufweist, welche mit Höckern (42) auf einer Unterlegscheibe (41) unter Einfluß des Feder­ elementes (26) eine Sicherung gegen ungewolltes Lösen der Schraube (21) bilden.