EP1712840A1 - Hitzeschildanordnung mit einem Befestigungsbolzen - Google Patents

Hitzeschildanordnung mit einem Befestigungsbolzen Download PDF

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EP1712840A1
EP1712840A1 EP05008093A EP05008093A EP1712840A1 EP 1712840 A1 EP1712840 A1 EP 1712840A1 EP 05008093 A EP05008093 A EP 05008093A EP 05008093 A EP05008093 A EP 05008093A EP 1712840 A1 EP1712840 A1 EP 1712840A1
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EP
European Patent Office
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heat shield
fastening bolt
support structure
hot gas
gas space
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Withdrawn
Application number
EP05008093A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Claudia Barbeln
Marcus Fischer
Jens Kleinfeld
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/04—Supports for linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/007—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/60—Support structures; Attaching or mounting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00017—Assembling combustion chamber liners or subparts

Definitions

  • the invention relates to a heat shield arrangement for a hot gas space, in particular a combustion chamber of a gas turbine, with a support structure, at least one fastening bolt and at least one heat shield, which can be fastened to the support structure by turning the at least one fastening bolt. Furthermore, the invention relates to a gas turbine with such a heat shield assembly.
  • Heat shield assemblies are provided, for example, as inner walls of the combustion chamber of a gas turbine, thereby shielding the support structure of the combustion chamber against the enormously high temperatures inside the combustion chamber.
  • the fastening bolts serve to actually secure the heat shields to the support structure and often function in the manner of a bayonet lock.
  • the thus twisted fastening bolt engages with a projecting pin portion in front of a catch portion of the heat shield and thereby holds the heat shield to the support structure in position. To rotate the mounting bolts they must be accessible from the inside of the combustion chamber or the hot gas space.
  • the manhole is known as access for assembly and repair work in the combustion chamber. It also serves as an exit for the person who is to attach the heat shields in the combustion chamber.
  • An object of the invention is to provide an arrangement of a heat shield on a hot gas chamber, which is also suitable for attaching heat shields in the region of a manhole of the hot gas chamber.
  • the object is achieved according to the invention with an arrangement of the generic type, in which the fastening bolt is provided at its end remote from the hot gas space end portion with a key approach, with which the fastening bolt from outside the hot gas space is rotated. Furthermore, the object is achieved with a gas turbine which is provided with such a heat shield arrangement according to the invention, in particular in the region of a manhole.
  • fastening bolts for attaching heat shields According to the locking concept of previously known fastening bolts for attaching heat shields has been fundamentally changed by the fastening bolt is not to be operated from the interior of the hot gas chamber to be disguised, but from the outside.
  • a fastening bolt is provided according to the invention, which can be rotated from the outside by means of a key or other suitable tool.
  • the heat shields as far as possible and also inventively designed fastening bolts are used before the fitter leaves the combustion chamber through the manhole.
  • the installer then optionally uses the last heat shield from the outside and finally locks all fastening bolts according to the invention from the outside of the combustion chamber. With this locking the associated heat shields are finally positioned and kept substantially stationary in this position for the operation of the associated gas turbine.
  • the fastening bolts designed according to the invention furthermore have the advantage that they can be designed particularly simply on the end region facing the interior of the combustion chamber because they do not have to be actuatable from there.
  • the invention is also in contrast to possible large-area recesses, which could in principle be provided next to each fastening bolt in the support structure in order to actuate through them the inner fastening bolts.
  • the inventively designed fastening bolt can be pre-assembled in a fundamentally similar manner and subsequently also secured in its final position, and thus also on positive experience from known Constructs can be used, it is advantageous if the fastening bolt is provided at its end remote from the hot gas space end portion with a threaded portion on the outside of the support structure, a threaded nut is screwed.
  • the length of the threaded portion of this can also be designed such that the fastening bolt is rotatable with a little screwed nut for securing the at least one heat shield and is secured with a fully tightened nut against reverse rotation.
  • the solution according to the invention is particularly advantageous for those regions of a hot gas chamber which are expedient in which an internal assembly of heat shields is difficult or even impossible.
  • One of the most important of these areas is the manhole at combustion chambers of modern gas turbines.
  • the figure is a perspective view of an embodiment of an inventively designed fastening bolt.
  • a fastening bolt 10 for attaching a heat shield 11 is also shown in dashed lines illustrated supporting structure 12 of a further not illustrated combustion chamber of a gas turbine danot.
  • the fastening bolt 10 has a substantially disk-shaped head 14, projecting from the diametrically two projecting head portions 16 and 18.
  • From the head 14 further protrudes from a shaft 20 which is passed through a through hole 22 which is formed in the support structure 12.
  • the head 14 is directed towards a hot gas space or combustion chamber 24 and the shaft 20 is designed such that the shaft 20 has an end region 26 which comes to rest on the side of the support structure 12 facing away from the hot gas space.
  • a threaded portion 28 is formed on the shaft 20.
  • the actual end of the shaft 20 is designed with a key approach 30, for example in the form of a square.
  • the fastening bolt 10 thus formed is used during assembly of the heat shields 11 together with a threaded nut 32 and a key 34 or tool as follows.
  • the heat shield (s) is roughly prepositioned on the support structure 12 and then at least one of the fastening bolts 10 is arranged there.
  • at least one of the fastening bolts 10 may first be inserted in the associated through-opening 22 and subsequently roughly positioned in the vicinity thereof at least one heat shield 11.
  • the threaded nut 32 is first screwed onto the threaded portion 28 for a short distance. This screwing is done only as far as then the fastening bolt 10 can be rotated at least about an angle of 90 °.
  • the rotation by 90 ° is done with the key 34, which can be placed on the key approach 30 from outside the hot gas space 24 and also from outside the support structure 12.
  • the threaded nut 32 is finally screwed onto the threaded portion 28 until it rests against the support structure 12. In this position, the threaded nut 32 may optionally be secured against loosening by a rotation, not shown.

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Abstract

Eine Hitzeschildanordnung für einen Heißgasraum (24), insbesondere eine Brennkammer einer Gasturbine, mit einer Tragstruktur (12), mindestens einem Befestigungsbolzen (10) und mindestens einem Hitzeschild (11), welches durch Verdrehen des mindestens einen Befestigungsbolzens (10) an der Tragstruktur (12) befestigbar ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbolzen (10) an seinem vom Heißgasraum (24) abgewandten Endbereich (26) mit einem Schlüsselansatz (30) versehen ist, mit dem der Befestigungsbolzen (10) von außerhalb des Heißgasraumes (24) verdrehbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hitzeschildanordnung für einen Heißgasraum, insbesondere eine Brennkammer einer Gasturbine, mit einer Tragstruktur, mindestens einem Befestigungsbolzen und mindestens einem Hitzeschild, welches durch Verdrehen des mindestens einen Befestigungsbolzens an der Tragstruktur befestigbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Gasturbine mit einer derartigen Hitzeschildanordnung.
  • Hitzeschildanordnungen werden beispielsweise als Innenwände der Brennkammer einer Gasturbine vorgesehen, um dadurch die Tragstruktur der Brennkammer gegen die enorm hohen Temperaturen im Innern der Brennkammer abzuschirmen.
  • Damit das Material der dabei vorgesehenen Hitzeschilder bei den großen Temperaturunterschieden nicht übermäßig großen Dehnungsspannungen ausgesetzt wird, werden solche Hitzeschildanordnungen mit speziellen Befestigungsbolzen versehen.
  • Die Befestigungsbolzen dienen zum eigentlichen Befestigen der Hitzeschilder an der Tragstruktur und funktionieren oftmals in der Art eines Bajonettverschlusses. Dies bedeutet, dass der einzelne Befestigungsbolzen zunächst verdrehbar an der Tragstruktur angebracht wird. Nachfolgend wird dann an dem Befestigungsbolzen ein Hitzeschild angeordnet und der Befestigungsbolzen beispielsweise um einen Winkel von zirka 90 ° gedreht. Der derart verdrehte Befestigungsbolzen fasst mit einem auskragenden Bolzenabschnitt vor einen Fangabschnitt des Hitzeschildes und hält dadurch das Hitzeschild an der Tragstruktur in Position. Zum Verdrehen der Befestigungsbolzen müssen diese von der Innenseite der Brennkammer bzw. des Heißgasraumes aus erreichbar sein.
  • Es besteht nun die Schwierigkeit, dass mit den genannten Hitzeschildern auch der Bereich eines Mannlochs in der Brennkammer ausgekleidet sein soll. Das Mannloch dient bekanntlich als Zugang für Montage- und Reparaturarbeiten in der Brennkammer. Es dient damit aber auch als Ausstieg für die Person, welche die Hitzeschilder in der Brennkammer befestigen soll.
  • Weil es bei bekannten Gasturbinen für ein Anbringen von Hitzeschildern am Mannloch aber letztendlich notwendig wäre, dass eine Person in der Brennkammer verbleibt, können solche Hitzeschilder derzeit mit den genannten Befestigungsbolzen nicht im Bereich des Mannlochs angebracht werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung eines Hitzeschildes an einer Heißgaskammer zu schaffen, welche auch zum Anbringen von Hitzeschildern im Bereich eines Mannlochs der Heißgaskammer geeignet ist.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Anordnung der gattungsgemäßen Art gelöst, bei der der Befestigungsbolzen an seinem vom Heißgasraum abgewandten Endbereich mit einem Schlüsselansatz versehen ist, mit dem der Befestigungsbolzen von außerhalb des Heißgasraumes verdrehbar ist. Ferner ist die Aufgabe mit einer Gasturbine gelöst, die mit einer derartigen erfindungsgemäßen Hitzeschildanordnung insbesondere im Bereich eines Mannloches versehen ist.
  • Erfindungsgemäß ist das Verriegelungskonzept bisher bekannter Befestigungsbolzen zum Anbringen von Hitzeschildern grundsätzlich geändert worden, indem der Befestigungsbolzen nicht mehr vom Inneren der zu verkleidenden Heißgaskammer aus zu betätigen ist, sondern von deren Außenseite. Um diese geänderte Art der Betätigung zu erreichen, ist gemäß der Erfindung ein Befestigungsbolzen vorgesehen, welcher von außen mittels eines Schlüssels oder eines anderen geeigneten Werkzeugs verdreht werden kann.
  • Auf diese Weise ist es möglich, dass beispielsweise an einem Mannloch einer Gasturbine die Hitzeschilder soweit wie möglich angebracht und ferner die erfindungsgemäß gestalteten Befestigungsbolzen eingesetzt werden, bevor der Monteur die Brennkammer durch das Mannloch verlässt. Der Monteur setzt dann gegebenenfalls von außen noch das letzte Hitzeschild ein und verriegelt abschließend sämtliche erfindungsgemäßen Befestigungsbolzen von der Außenseite der Brennkammer aus. Mit diesem Verriegeln werden die zugehörigen Hitzeschilder endgültig positioniert und in dieser Stellung für den Betrieb der zugehörigen Gasturbine im Wesentlichen ortsfest gehalten.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildeten Befestigungsbolzen weisen darüber hinaus den Vorteil auf, dass sie an dem zum Inneren der Brennkammer gewandten Endbereich besonders einfach gestaltet sein können, weil sie von dort nicht betätigbar sein müssen.
  • Die Erfindung steht schließlich auch im Gegensatz zu möglichen großflächigen Aussparungen, welche grundsätzlich neben jedem Befestigungsbolzen in der Tragstruktur vorgesehen werden könnten, um durch sie hindurch die innen liegenden Befestigungsbolzen zu betätigen.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hitzeschildanordnung ist in der Tragstruktur jeweils eine einfach herzustellende Durchgangsöffnung vorgesehen, durch welche der Befestigungsbolzen hindurchragt. Solche Durchgangsöffnungen können insbesondere erheblich kostengünstiger hergestellt werden, als beispielsweise die oben genannten grundsätzlich möglichen großflächigen Aussparungen, durch welche hindurch allein innen liegende Befestigungsbolzen betätigt werden könnten.
  • Damit der erfindungsgemäß gestaltete Befestigungsbolzen in grundsätzlich ähnlicher Weise vormoniert und nachfolgend in seiner Endposition auch gesichert werden kann, und damit dabei auch auf positive Erfahrungen aus bekannten Konstruktionen zurückgegriffen werden kann, ist es von Vorteil, wenn der Befestigungsbolzen an seinem vom Heißgasraum abgewandten Endbereich mit einem Gewindeabschnitt versehen ist, auf den außenseitig von der Tragstruktur eine Gewindemutter aufgeschraubt ist.
  • Durch eine besondere Gestaltung insbesondere der Länge des Gewindeabschnitts kann dieser dabei auch derart gestaltet sein, dass der Befestigungsbolzen mit einer wenig aufgeschraubten Gewindemutter zum Befestigen des mindestens einen Hitzeschildes verdrehbar ist und mit einer vollständig angezogenen Gewindemutter gegen ein Zurückdrehen gesichert ist.
  • Um schließlich die vollständig aufgeschraubte Gewindemutter während des Betriebs in ihrer Endlage dauerhaft zu sichern, sollte für sie eine Losdrehsicherung vorgesehen sein, die vorteilhaft in Gestalt einer Nordlockscheibe ausgestaltet sein kann.
  • Wie oben bereits erwähnt ist die erfindungsgemäße Lösung besonders vorteilhaft für jene Bereiche einer Heißgaskammer zielführend, an denen eine innenseitige Montage von Hitzeschildern nur schwer oder gar nicht möglich ist. Einer der wichtigsten solcher Bereiche ist das Mannloch an Brennkammern moderner Gasturbinen.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hitzeschildanordnung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • Die Figur eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß gestalteten Befestigungsbolzens.
  • In der Figur ist ein Befestigungsbolzen 10 zum Anbringen eines Hitzeschildes 11 an einer ebenfalls gestrichelt dargestellten Tragstruktur 12 einer weiter nicht veranschaulichten Brennkammer einer Gasturbine dagestellt.
  • Der Befestigungsbolzen 10 weist einen im Wesentlichen scheibenförmigen Kopf 14 auf, von dem diametral zwei auskragende Kopfabschnitte 16 und 18 abstehen.
  • Vom Kopf 14 steht ferner ein Schaft 20 ab, der durch eine Durchgangsöffnung 22 hindurchgeführt ist, welche in der Tragstruktur 12 ausgebildet ist.
  • Der Kopf 14 ist derart zu einem Heißgasraum bzw. Brennraum 24 gerichtet und der Schaft 20 so gestaltet, dass der Schaft 20 einen Endbereich 26 aufweist, der an der vom Heißgasraum abgewandten Seite der Tragstruktur 12 zu liegen kommt. An diesem Endbereich 26 ist am Schaft 20 ein Gewindeabschnitt 28 ausgebildet. Das eigentliche Ende des Schafts 20 ist mit einem Schlüsselansatz 30, beispielsweise in Form eines Vierkants gestaltet.
  • Der derart gestaltete Befestigungsbolzen 10 wird während der Montage der Hitzeschilder 11 zusammen mit einer Gewindemutter 32 und einem Schlüssel 34 bzw. Werkzeug wie folgt verwendet.
  • An der Tragstruktur 12 wird zunächst das bzw. die Hitzeschild/er grob vorpositioniert und dann mindestens einer der Befestigungsbolzen 10 dort angeordnet. Alternativ kann auch zuerst mindestens einer der Befestigungsbolzen 10 in der zugehörigen Durchgangsöffnung 22 eingefügt und nachfolgend in dessen Nähe mindestens ein Hitzeschild 11 grob positioniert werden.
  • Nach dem Einbringen des mindestens einen Befestigungsbolzens 10 wird an diesem auf den Gewindeabschnitt 28 die Gewindemutter 32 zunächst ein kurzes Stück aufgeschraubt. Dieses Aufschrauben geschieht nur so weit, wie danach der Befestigungsbolzen 10 zumindest noch um zirka einen Winkel von 90 ° gedreht werden kann.
  • Das Drehen um 90° geschieht mit dem Schlüssel 34, der von außerhalb des Heißgasraums 24 und auch von außerhalb der Tragstruktur 12 auf den Schlüsselansatz 30 aufgesetzt werden kann.
  • Beim Drehen gelangen die auskragenden Kopfabschnitte 16 und 18 hinter Fangabschnitte an dem/n Hitzeschild/ern 11 und bringen diese/s in seine gesicherte Lage.
  • Damit nach diesem "Einfangen" der Hitzeschilder 11 ein unbeabsichtigtes Zurückdrehen des Befestigungsbolzens 10 sicher verhindert ist, wird abschließend die Gewindemutter 32 soweit auf den Gewindeabschnitt 28 aufgeschraubt, bis sie an der Tragstruktur 12 anliegt. In dieser Lage kann die Gewindemutter 32 gegebenenfalls durch eine nicht dargestellte Verdrehsicherung gegen Losdrehen gesichert sein.

Claims (7)

  1. Hitzeschildanordnung für einen Heißgasraum (24), insbesondere eine Brennkammer einer Gasturbine, mit einer Tragstruktur (12), mindestens einem Befestigungsbolzen (10) und mindestens einem Hitzeschild, welches durch Verdrehen des mindestens einen Befestigungsbolzens (10) an der Tragstruktur (12) befestigbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbolzen (10) an seinem vom Heißgasraum (24) abgewandten Endbereich (26) mit einem Schlüsselansatz (30) versehen ist, mit dem der Befestigungsbolzen (10) von außerhalb des Heißgasraumes (24) verdrehbar ist.
  2. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Tragstruktur (12) eine Durchgangsöffnung (22) vorgesehen ist, durch welche der Befestigungsbolzen (10) hindurchragt.
  3. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbolzen (10) an seinem vom Heißgasraum (24) abgewandten Endbereich mit einem Gewindeabschnitt (28) versehen ist, auf den außenseitig von der Tragstruktur (12) eine Gewindemutter aufgeschraubt ist.
  4. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt (28) derart gestaltet ist, dass der Befestigungsbolzen (10) mit einer wenig aufgeschraubten Gewindemutter zum Befestigen des mindestens einen Hitzeschildes verdrehbar ist und mit einer vollständig angezogenen Gewindemutter gegen ein Zurückdrehen gesichert ist.
  5. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass für die an dem Gewindeabschnitt (28) des Befestigungsbolzens (10) angeordnete Gewindemutter eine Losdrehsicherung, insbesondere eine Nordlockscheibe vorgesehen ist.
  6. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass diese an einem Mannlochdeckel einer Gasturbine angebracht ist.
  7. Gasturbine mit einer Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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