EP1045115A1 - Heat shield for a gas turbine - Google Patents

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EP1045115A1
EP1045115A1 EP99810297A EP99810297A EP1045115A1 EP 1045115 A1 EP1045115 A1 EP 1045115A1 EP 99810297 A EP99810297 A EP 99810297A EP 99810297 A EP99810297 A EP 99810297A EP 1045115 A1 EP1045115 A1 EP 1045115A1
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EP
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heat shield
carrier
segments
segment
gas turbine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99810297A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Nagler
Christof Pfeiffer
Ulrich Wellenkamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings

Definitions

  • the present invention relates to the field of gas turbine technology. It relates to a heat shield for a gas turbine, which heat shield as coaxial ring is formed around the turbine axis and consists of a A plurality of individual heat shield segments arranged one behind the other in the circumferential direction composed, which is releasably attached to the Casings of the gas turbine are connected, and wherein securing means are provided are, which the heat shield segments each against displacement or rotation secure in the circumferential direction.
  • Such a heat shield is e.g. known from US-A-3,864,056.
  • Guide vanes and heat shield segments must be attached in gas turbines in such a way that they are both in the axial direction, i.e. in the direction of the turbine axis, as well are fixed in the circumferential direction.
  • the axial fixation is usually carried out by means of a stop.
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention consists in the already existing parts (fasteners and heat shield segments) so that they can be modified without complicated additional aids in the manner of an anti-rotation device engage with each other stand.
  • the securing element can, for example, be in the heat shield segment inserted or screwed in pin or pin.
  • a first preferred embodiment of the heat shield according to the invention is characterized in that the fastening means an annular carrier comprise, which concentrically surrounds the heat shield, and on which the Heat shield segments are attached by means of laterally arranged brackets, and that the securing element protrudes radially outwards on the heat shield segment molded nose is formed, which in the provided on the carrier Recess engages.
  • a second preferred embodiment is characterized in that the Carrier and the heat shield segments in the axial direction approximately the same width have that the nose is arranged on the edge of the heat shield segment, and that the associated recess is designed as a radial groove on the edge of the carrier is.
  • the invention is based on a gas turbine configuration as comparable in US-A-3,864,056.
  • the blades are in the hot gas area of the rotor each surrounded by an annular heat shield, which consists of a A plurality of ring segment-shaped heat shield segments is formed.
  • the Heat shield segments are attached to the (inner) housing with suitable fasteners attached to the gas turbine. 1 of the present application, the in a section transverse to the circumferential direction (section plane BB in FIG. 2) a preferred one Embodiment of a heat shield according to the invention shows each heat shield segment 14 by means of two brackets 12 and 13 on an annular Carrier 11 attached, which concentrically surrounds the heat shield segments 14.
  • the brackets 12 and 13 grip with hook-shaped inwards Ends in corresponding grooves 15 and 16 on the long sides of the heat shield segments 14 are arranged.
  • the heat shield segments 14 are through Brackets 12, 13 secured against axial displacement.
  • each heat shield segment 14 To prevent rotation in the circumferential direction is on the top or outside of each heat shield segment 14 a protruding radially outward Molded nose 18, with which the segment in a corresponding recess 17 engages the carrier 11. 1 is the Molded nose 18 on the right edge of the heat shield segment 14. Because heat shield segment 14 and carrier have approximately the same width, is the corresponding Recess 17 placed accordingly on the right edge of the carrier 11. This opens up the possibility of the recess 17 in a simple manner as being in a radial In the direction extending groove in the right outside of the carrier 11, as can be seen from Fig. 2. Instead of or in addition to (Right) nose 18 can be provided on the opposite (left) side become.
  • the lateral arrangement of the anti-rotation device 17, 18 then has one in particular Advantage if the cavity 19 between the heat shield segment 14 and the Carrier 11 is used for cooling the heat shield segment 14 with cooling air.
  • the cavity 19 is in this way without restrictions and obstructions available for cooling.
  • the invention results in a heat shield for a gas turbine, at which with slight changes to the already existing parts an easy to manufacture, assemble and functionally secure anti-twist device for the heat shield segments.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

The heat shield has at least one nose-form locking element (18) rigidly fitted to the heat shield segment (14) and protrudin radially from it. The locking element engages with a corresponding opening (17) in the means of fastening which comprise an annu support (11) concentrically enclosing the heat shield (10) and to which the heat shield segments are attached by side clamps (12,13).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Technik der Gasturbinen. Sie betrifft einen Hitzeschild für eine Gasturbine, welcher Hitzeschild als koaxial um die Turbinenachse umlaufender Ring ausgebildet ist und sich aus einer Mehrzahl von einzelnen, in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Hitzeschildsegmenten zusammensetzt, welche über Befestigungsmittel lösbar mit dem Gehäuse der Gasturbine verbunden sind, und wobei Sicherungsmittel vorgesehen sind, welche die Hitzeschildsegmente jeweils gegen eine Verschiebung bzw. Verdrehung in Umfangsrichtung sichern.The present invention relates to the field of gas turbine technology. It relates to a heat shield for a gas turbine, which heat shield as coaxial ring is formed around the turbine axis and consists of a A plurality of individual heat shield segments arranged one behind the other in the circumferential direction composed, which is releasably attached to the Casings of the gas turbine are connected, and wherein securing means are provided are, which the heat shield segments each against displacement or rotation secure in the circumferential direction.

Ein solcher Hitzeschild ist z.B. aus der Druckschrift US-A-3,864,056 bekannt. Such a heat shield is e.g. known from US-A-3,864,056.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Leitschaufeln und Hitzeschildsegmente müssen in Gasturbinen so befestigt sein, dass sie sowohl in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Turbinenachse, als auch in Umfangsrichtung fixiert sind. Die axiale Fixierung erfolgt üblicherweise mittels eines Anschlages. Für die Fixierung bzw. Sicherung in Umfangsrichtung werden - wie dies in Fig. 3 der eingangs genannten Druckschrift gezeigt wird - in radialer Richtung verschiebbar gelagerte, mit einer Feder vorgespannten Stifte oder Bolzen verwendet, die von aussen in eine entsprechende Oeffnung in den Hitzeschildsegmenten eingreifen und eine Verdrehen der Segmente in Umfangsrichtung verhindern.Guide vanes and heat shield segments must be attached in gas turbines in such a way that they are both in the axial direction, i.e. in the direction of the turbine axis, as well are fixed in the circumferential direction. The axial fixation is usually carried out by means of a stop. For fixing or securing in the circumferential direction - as shown in Fig. 3 of the publication mentioned - in radial Pins or bolts that are slidable in the direction of being spring-loaded used from the outside in a corresponding opening in the heat shield segments engage and twist the segments in the circumferential direction prevent.

Nachteilig ist bei einer solchen Art der Sicherung, dass nicht nur eine Mehrzahl von zusätzlichen Teilen (Stifte bzw. Bolzen, Federn etc.) erforderlich sind, sondern dass auch die Montage einen erheblichen zusätzlichen Aufwand erfordert. Darüber hinaus ist die Funktionssicherheit durch den Einsatz der beweglichen Teile deutlich verringert.The disadvantage of such a type of backup is that not only a plurality of additional parts (pins or bolts, springs etc.) are required, but that assembly also requires considerable additional effort. About that In addition, functional reliability is achieved through the use of moving parts significantly reduced.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Hitzeschild für eine Gasturbine zu schaffen, dessen Segmente auf einfache und sichere Weise gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung gesichert sind.It is therefore an object of the invention to provide a heat shield for a gas turbine create its segments in a simple and safe way against twisting are secured in the circumferential direction.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die ohnehin vorhandenen Teile (Befestigungsmittel und Hitzeschildsegmente) so zu modifizieren, dass sie ohne komplizierte zusätzliche Hilfsmittel nach Art einer Verdrehsicherung miteinander in Eingriff stehen. Das Sicherungselement kann dabei beispielsweise ein in das Hitzeschildsegment eingelassener oder eingeschraubter Bolzen oder Stift sein. The object is achieved by the entirety of the features of claim 1. The essence of the invention consists in the already existing parts (fasteners and heat shield segments) so that they can be modified without complicated additional aids in the manner of an anti-rotation device engage with each other stand. The securing element can, for example, be in the heat shield segment inserted or screwed in pin or pin.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Hitzeschildes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel einen ringförmigen Träger umfassen, welcher den Hitzeschild konzentrisch umschliesst, und an welchem die Hitzeschildsegmente mittels seitlich angeordneter Klammern befestigt sind, und dass das Sicherungselement als radial nach aussen abstehende, am Hitzeschildsegment angeformte Nase ausgebildet ist, welche in die am Träger vorgesehene Ausnehmung eingreift. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, dass keinerlei zusätzliche Teile benötigt werden, sondern dass lediglich Träger und Segmente in ihrer Ausformung verändert werden müssen.A first preferred embodiment of the heat shield according to the invention is characterized in that the fastening means an annular carrier comprise, which concentrically surrounds the heat shield, and on which the Heat shield segments are attached by means of laterally arranged brackets, and that the securing element protrudes radially outwards on the heat shield segment molded nose is formed, which in the provided on the carrier Recess engages. The advantage of this embodiment can be seen in that no additional parts are required, but only carriers and segments in their shape must be changed.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Träger und die Hitzeschildsegmente in axialer Richtung ungefähr dieselbe Breite aufweisen, dass die Nase am Rand des Hitzeschildsegmentes angeordnet ist, und dass die zugehörige Ausnehmung als radiale Nut am Rand des Trägers ausgebildet ist. Dies hat den besonderen Vorteil dass die randseitigen Nuten am Träger auf besonders einfache Weise am Träger angebracht werden können, und dass der zentrale Raum zwischen den Hitzeschildsegmenten und dem Träger ohne Einschränkungen zu Kühlungszwecken zur Verfügung steht.A second preferred embodiment is characterized in that the Carrier and the heat shield segments in the axial direction approximately the same width have that the nose is arranged on the edge of the heat shield segment, and that the associated recess is designed as a radial groove on the edge of the carrier is. This has the particular advantage that the edge grooves on the carrier can be attached to the carrier in a particularly simple manner, and that the central space between the heat shield segments and the carrier without Restrictions for cooling purposes are available.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1
in einem Schnitt quer zur Umfangsrichtung (Schnittebene B - B in Fig. 2) ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hitzeschildes nach der Erfindung mit einer angeformten, nasenförmigen Verdrehsicherung; und
Fig. 2
die Anordnung aus Fig. 1 in einem Längsschnitt (in der Schnittebene A -A in Fig. 1).
The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in connection with the drawing. Show it
Fig. 1
in a section transverse to the circumferential direction (section plane B - B in FIG. 2), a preferred exemplary embodiment of a heat shield according to the invention with an integrally formed, nose-shaped anti-rotation device; and
Fig. 2
the arrangement of Fig. 1 in a longitudinal section (in the sectional plane A -A in Fig. 1).

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

Die Erfindung geht aus von einer Gasturbinenkonfiguration, wie sie vergleichbar in der US-A-3,864,056 dargestellt ist. Im Heissgasbereich sind dabei die Laufschaufeln des Rotors jeweils von einem ringförmigen Hitzeschild umgeben, das aus einer Mehrzahl von ringsegmentförmigen Hitzeschildsegmenten gebildet wird. Die Hitzeschildsegmente sind mit geeigneten Befestigungsmitteln am (inneren) Gehäuse der Gasturbine befestigt. Gemäss Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung, die in einem Schnitt quer zur Umfangsrichtung (Schnittebene B - B in Fig. 2) ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hitzeschildes nach der Erfindung zeigt, ist jedes Hitzeschildsegment 14 mittels zweier Klammern 12 und 13 an einem ringförmigen Träger 11 befestigt, der die Hitzeschildsegmente 14 konzentrisch umgibt. Die Klammern 12 und 13 greifen dabei mit hakenförmig nach innen orientierten Enden in entsprechende Nuten 15 und 16 ein, die an den Längsseiten der Hitzeschildsegmente 14 angeordnet sind. Die Hitzeschildsegmente 14 sind durch Klammern 12, 13 gegen eine axiale Verschiebung gesichert.The invention is based on a gas turbine configuration as comparable in US-A-3,864,056. The blades are in the hot gas area of the rotor each surrounded by an annular heat shield, which consists of a A plurality of ring segment-shaped heat shield segments is formed. The Heat shield segments are attached to the (inner) housing with suitable fasteners attached to the gas turbine. 1 of the present application, the in a section transverse to the circumferential direction (section plane BB in FIG. 2) a preferred one Embodiment of a heat shield according to the invention shows each heat shield segment 14 by means of two brackets 12 and 13 on an annular Carrier 11 attached, which concentrically surrounds the heat shield segments 14. The brackets 12 and 13 grip with hook-shaped inwards Ends in corresponding grooves 15 and 16 on the long sides of the heat shield segments 14 are arranged. The heat shield segments 14 are through Brackets 12, 13 secured against axial displacement.

Zur Sicherung gegen eine Verdrehen in Umfangsrichtung ist auf der Oberseite bzw. Aussenseite jedes Hitzeschildsegmentes 14 eine radial nach aussen abstehende Nase 18 angeformt, mit welcher das Segment in eine entsprechende Ausnehmung 17 am Träger 11 eingreift. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Nase 18 am rechten Rand des Hitzeschildsegmentes 14 angeformt. Da Hitzeschildsegment 14 und Träger in etwa die gleiche Breite haben, ist die zugehörige Ausnehmung 17 entsprechend am rechten Rand des Trägers 11 plaziert. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Ausnehmung 17 auf einfache Weise als sich in radialer Richtung erstreckende Nut in die rechte Aussenseite des Trägers 11 einzubringen, wie dies aus Fig. 2 zu entnehmen ist. Anstelle von der oder zusätzlich zur (rechten) Nase 18 kann auf der gegenüberliegenden (linken) Seite eine Nase vorgesehen werden. Weitere (zusätzliche) Nasen mit entsprechenden Ausnehmungen am Träger 11 sind ebenfalls denkbar. Darüber hinaus ist es denkbar, die Nase 18 nicht - wie in Fig. 2 gezeigt - in der auf die Umfangsrichtung bezogenen Mitte des Hitzeschildsegmentes 14 anzuordnen, sondern an einer beliebigen anderen Stelle des Segmentes. Schliesslich ist es auch denkbar, die Nase seitlich abstehend auszubilden, und eine zugehörige Ausnehmung in einer der Klammern 12, 13 vorzusehen.To prevent rotation in the circumferential direction is on the top or outside of each heat shield segment 14 a protruding radially outward Molded nose 18, with which the segment in a corresponding recess 17 engages the carrier 11. 1 is the Molded nose 18 on the right edge of the heat shield segment 14. Because heat shield segment 14 and carrier have approximately the same width, is the corresponding Recess 17 placed accordingly on the right edge of the carrier 11. This opens up the possibility of the recess 17 in a simple manner as being in a radial In the direction extending groove in the right outside of the carrier 11, as can be seen from Fig. 2. Instead of or in addition to (Right) nose 18 can be provided on the opposite (left) side become. Further (additional) noses with corresponding recesses on the carrier 11 are also conceivable. In addition, it is conceivable that Nose 18 not - as shown in Fig. 2 - in the circumferential direction Arrange center of the heat shield segment 14, but on any other Position of the segment. Finally, it is also conceivable to have the nose on the side protrude, and an associated recess in one of the brackets 12, 13 to be provided.

Die seitliche Anordnung der Verdrehsicherung 17, 18 hat insbesondere dann einen Vorteil, wenn der Hohlraum 19 zwischen dem Hitzeschildsegment 14 und dem Träger 11 zur Kühlung des Hitzeschildsegmentes 14 mit Kühlluft verwendet wird. Der Hohlraum 19 steht auf diese Weise ohne Einschränkungen und Behinderungen für die Kühlung zur Verfügung.The lateral arrangement of the anti-rotation device 17, 18 then has one in particular Advantage if the cavity 19 between the heat shield segment 14 and the Carrier 11 is used for cooling the heat shield segment 14 with cooling air. The cavity 19 is in this way without restrictions and obstructions available for cooling.

Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein Hitzeschild für eine Gasturbine, bei welchem mit geringfügigen Veränderungen an den ohnehin vorhandenen Teilen eine einfach herzustellende und zu montierende sowie funktionssichere Verdrehsicherung für die Hitzeschildsegmente verwirklicht ist.Overall, the invention results in a heat shield for a gas turbine, at which with slight changes to the already existing parts an easy to manufacture, assemble and functionally secure anti-twist device for the heat shield segments.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SIGN LIST

1010th
HitzeschildHeat shield
1111
Träger (ringförmig)Carrier (ring-shaped)
12,1312.13
KlammerBracket
1414
HitzeschildsegmentHeat shield segment
15,1615.16
Nut (Hitzeschildsegment)Groove (heat shield segment)
1717th
Nut (Träger)Groove
1818th
Nasenose
1919th
Hohlraumcavity

Claims (3)

Hitzeschild (10) für eine Gasturbine, welcher Hitzeschild (10) als koaxial um die Turbinenachse umlaufender Ring ausgebildet ist und sich aus einer Mehrzahl von einzelnen, in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Hitzeschildsegmenten (14) zusammensetzt, welche über Befestigungsmittel (11, 12, 13) lösbar mit dem Gehäuse der Gasturbine verbunden sind, und wobei Sicherungsmittel (17, 18) vorgesehen sind, welche die Hitzeschildsegmente (14) jeweils gegen eine Verschiebung bzw. Verdrehung in Umfangsrichtung sichern, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsmittel wenigstens ein am Hitzeschildsegment (14) fest angebrachtes, vom Hitzeschildsegment (14) abstehendes Sicherungselement (18) umfassen, welches mit einer entsprechenden Ausnehmung (17) an den Befestigungsmitteln (11, 12, 13) in Eingriff steht.Heat shield (10) for a gas turbine, which heat shield (10) as coaxial around the Turbine axis circumferential ring is formed and consists of a plurality of individual heat shield segments arranged one behind the other in the circumferential direction (14), which is releasably attached via fastening means (11, 12, 13) are connected to the casing of the gas turbine, and securing means (17, 18) are provided, each of which the heat shield segments (14) against one Secure displacement or rotation in the circumferential direction, characterized in that that the securing means at least one on the heat shield segment (14) fixed securing element protruding from the heat shield segment (14) (18), which has a corresponding recess (17) on the fastening means (11, 12, 13) is engaged. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel einen ringförmigen Träger (11) umfassen, welcher den Hitzeschild (10) konzentrisch umschliesst, und an welchem die Hitzeschildsegmente (14) mittels seitlich angeordneter Klammern (12, 13) befestigt sind, und dass das Sicherungselement als radial nach aussen abstehende, am Hitzeschildsegment (14) angeformte Nase (18) ausgebildet ist, welche in die am Träger (11) vorgesehene Ausnehmung (17) eingreift.Heat shield according to claim 1, characterized in that the fastening means an annular support (11) comprising the heat shield (10) concentrically encloses, and on which the heat shield segments (14) are fastened by means of laterally arranged brackets (12, 13), and that the securing element as radially projecting outwards on the heat shield segment (14) molded nose (18) is formed, which in the provided on the carrier (11) Recess (17) engages. Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) und die Hitzeschildsegmente (14) in axialer Richtung ungefähr dieselbe Breite aufweisen, dass die Nase (18) am Rand des Hitzeschildsegmentes (14) angeordnet ist, und dass die zugehörige Ausnehmung als radiale Nut am Rand des Trägers (11) ausgebildet ist.Heat shield according to claim 2, characterized in that the carrier (11) and the heat shield segments (14) in the axial direction approximately the same width have the nose (18) arranged on the edge of the heat shield segment (14) and that the associated recess as a radial groove on the edge of the carrier (11) is formed.
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