EP4151836A2 - Hitzeschutzelement für eine lagerkammer einer gasturbine - Google Patents

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EP4151836A2
EP4151836A2 EP22195459.7A EP22195459A EP4151836A2 EP 4151836 A2 EP4151836 A2 EP 4151836A2 EP 22195459 A EP22195459 A EP 22195459A EP 4151836 A2 EP4151836 A2 EP 4151836A2
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EP
European Patent Office
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heat protection
protection element
gas turbine
bearing chamber
axially
Prior art date
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Withdrawn
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EP22195459.7A
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Florian Neuberger
Kaspar Wolf
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
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Definitions

  • the present invention relates to a heat protection element for a gas turbine, in particular an aircraft gas turbine, which is set up to at least partially surround a bearing chamber of the gas turbine. Furthermore, the invention relates to a heat protection unit and a gas turbine with a heat protection element.
  • Bearing chambers in axially rear parts or areas of a gas turbine, in particular aircraft gas turbine, must be insulated from hot cavities in the gas turbine in order not to exceed a permissible temperature of circulating coolants, such as oil or the like.
  • a permissible temperature of circulating coolants such as oil or the like.
  • a bearing chamber is surrounded in the circumferential direction by a radially outer heat shield and a radially inner heat shield.
  • the radially inner heat shield is designed in two parts with a front and a rear heat protection shield, with both the front heat protection shield and the rear heat protection shield being materially connected to the bearing chamber, in particular welded or soldered. Due to the material connection, the inner heat protection shield cannot be removed from the storage chamber. This gives rise to the problem that the storage chamber cannot be inspected, or can only be inspected with difficulty. Furthermore, it has been shown that fretting can occur in particular at the connection points of the rear heat shield with the highly stressed bearing chamber.
  • the object on which the invention is based is seen as specifying a heat shield element for a gas turbine in which the above disadvantages can be avoided.
  • Such a configuration of the heat protection element can prevent fretting-causing contact between the heat protection element and the bearing chamber in the axially rear region. A distance of a few millimeters is formed between the end section and the storage chamber. Such a heat protection element thus enables good thermal shielding of the bearing chamber in its axially rear region, despite the contactless arrangement.
  • the heat protection element can be designed in one piece.
  • a one-piece or one-piece heat protection element arranged radially on the inside is proposed so that there is no longer any multiple parts and in particular a material-locking connection of an axially rear heat protection element can be dispensed with.
  • the heat protection element can be designed in such a way that it forms a heat protection unit together with the protection element of the seal carrier Flange portion of the storage chamber is fastened or fastened.
  • the heat protection unit can be connected to the flange section of the bearing chamber by means of screw connections running in the axial direction.
  • the heat protection element or the heat protection unit can be pushed onto the bearing chamber from the axial front or be removable from it.
  • the heat protection element surrounding the bearing chamber or the heat protection unit can be separated from the bearing chamber so that it can be inspected.
  • this also enables a simplified replacement of a heat protection element or a heat protection unit.
  • At least three tab-like connecting sections distributed in the circumferential direction can be formed in the axially front area.
  • a single circumferential connection section can be formed in the axially front area of the heat protection element, in particular in the form of a circumferential welded or soldered seam.
  • a connection is made by means of a press joint between the heat protection element and the protection element of the seal carrier.
  • the end section can be bent over axially to the front, in particular bent over in the manner of a rim.
  • Sufficient stability or rigidity of the end section can be achieved by such a reshaping of the end section, so that its non-contact arrangement in relation to the bearing chamber can be reliably ensured, in particular also during operation of the gas turbine and under corresponding thermal or mechanical loading.
  • At least three beads which are distributed in the circumferential direction and are shaped radially inward can be formed in the axially central region, which beads serve as respective support sections. It is of course also conceivable that more than three beads are provided. Furthermore, it is also conceivable that a continuous bead in the circumferential direction is formed.
  • a single circumferential support section can be provided in the axially central region, which can be or is in contact with a ring seal arrangement supported on the bearing chamber, in particular a sealing cord.
  • a ring seal arrangement can be accommodated, for example, in a groove-like recess provided on the outer circumference of the bearing chamber.
  • the support section on the heat protection element can also be designed without a special shape, in particular axially straight.
  • a heat protection unit for a bearing chamber of a gas turbine in particular an aircraft gas turbine, consisting of a heat protection element as described above and a further protection element of a seal carrier which is materially connected to the heat protection element in an axially front area of the heat protection unit.
  • a further protection element of a seal carrier which is materially connected to the heat protection element in an axially front area of the heat protection unit.
  • Optional configurations of the heat protection element described above can also be implemented or used for the heat protection unit.
  • the further protective element of the seal carrier can in particular be an essentially ring-shaped sleeve which surrounds and thermally shields a seal carrier for a carbon seal.
  • the carbon seal serves in particular to provide a seal with respect to a shaft of the gas turbine.
  • a gas turbine in particular an aircraft gas turbine, is proposed with at least one bearing chamber around which a heat protection element described above or a heat protection unit described above is arranged.
  • the heat protection element can be provided in the area of a turbine center frame or as part of a turbine center frame.
  • FIG. 1 shows a schematic and simplified view of an aircraft gas turbine 10, which is illustrated purely by way of example as a turbofan engine.
  • the gas turbine 10 includes a fan 12 surrounded by a jacket 14 that is indicated.
  • the fan 12 is followed by a compressor 16, which is accommodated in an indicated inner housing 18 and can be of single-stage or multi-stage design.
  • the compressor 16 is followed by the combustion chamber 20 .
  • Hot exhaust gas flowing out of the combustion chamber then flows through the adjoining turbine 22, which can be of single-stage or multi-stage design.
  • the turbine 22 includes a high-pressure turbine 24 and a low-pressure turbine 26.
  • a hollow shaft 28 connects the high-pressure turbine 24 to the compressor 16, in particular a high-pressure compressor 29, so that they are driven or rotated together.
  • a further inner shaft 30 in the radial direction RR of the turbine connects the low-pressure turbine 26 to the fan 12 and to a low-pressure compressor 32, so that they are driven or rotated together.
  • a thrust nozzle 33 which is only indicated here, is connected to the turbine 22 .
  • a turbine center frame 34 is arranged between the high-pressure turbine 24 and the low-pressure turbine 26, which is arranged around the shafts 28, 30.
  • hot exhaust gases from the high-pressure turbine 24 flow through the turbine center frame 34 .
  • the hot exhaust gas then reaches an annular space 38 of the low-pressure turbine 26.
  • Rotor blade rings 27 of the compressors 28, 32 and the turbines 24, 26 are shown by way of example.
  • guide vane rings 31 that are usually present are shown as an example only for compressor 32 .
  • FIG. 2 shows a heat protection element 50, which can be used in a gas turbine 10, in a simplified, schematic perspective representation.
  • an axis of rotation DA is indicated, which is aligned with the axes of the shafts 28, 30 ( 1 ) of the gas turbine coincide.
  • the heat protection element 50 is arranged in the area of a storage chamber in which at least one shaft 28, 30 of the gas turbine is mounted. Referring to 1 the heat protection element 50 can be arranged in particular in the region of the turbine center frame 34, in particular radially on the inside of the in 1 shown outer region 36 in which hot gas flows.
  • the heat protection element 50 has at least one connection section 52 in an axially front area VB.
  • the connection section(s) 52 are materially connected to a protective element 54 .
  • the protective element 54 surrounds or covers a seal carrier, not shown here.
  • the heat protective element 50 has a main body 56 which extends axially to the rear and has different radii over the axial length. In particular, the radius of the heat protection element 50 increases discretely or continuously in sections from the axial front to the axial rear.
  • a support section 58 is provided in an axially central area MB, which is set up to support the heat protection element 50 radially on a bearing chamber 60 shown in simplified form in the sectional illustrations.
  • the support of the heat protection element 50 can be done via a support element 62 in the 3 and 4 is shown only schematically and representative of different types of support.
  • the heat protection element 50 has an end section 64 which forms a free end 66 of the heat protection element 50 .
  • the end section 64 is shaped or bent over in such a way that the end section 64 surrounds the bearing chamber 60 in a contactless manner. In other words, a distance AB or intermediate space is formed between the end section 64 and the bearing chamber 60 .
  • Heat protection element 50 shown can be formed in one piece.
  • the connection sections 52, support section 58 and end section 64 described above are therefore produced from one workpiece or material.
  • the heat protection element 50 forms a heat protection unit 70 together with the protection element 54 of the seal carrier.
  • the heat protection unit 70 can be attached to an axially front flange section 72 which is 3 is only indicated, the storage chamber 60 can be fastened or fastened.
  • the heat protection unit 70 can, for example, be pushed onto the bearing chamber 60 from the axial front or removed from it.
  • At least three strap-like connecting sections 52 can be formed, distributed in the circumferential direction.
  • Such a configuration is exemplified by the 2 visible, with only two of several connecting sections 52 are shown.
  • the heat protection element 50 can have a single circumferential connection section 52 in the axially front region VB, in particular in the form of a circumferential welded or soldered seam.
  • the end section 64 of the heat protection element 50 is bent forward axially.
  • the end portion 64 can also be described as being bent over like a brim.
  • Such a reshaping of the end section 64 can achieve sufficient stability or rigidity of the end section 64 so that its non-contact arrangement (with distance BA or intermediate space) in relation to the bearing chamber 60 can be reliably ensured, in particular also during operation of the gas turbine 10 and under corresponding thermal or mechanical stress.
  • the above-mentioned, schematically and representatively illustrated support element 62 can, according to embodiments, be designed in such a way that in the axial central region MB at least three beads are formed on heat protection element 50, distributed in the circumferential direction and shaped radially inwards, which act as respective support sections 58 or support element 62 serve.
  • a single circumferential support section 58 can be provided in the axially central area MB, which can be or is in contact with a ring seal arrangement, in particular a sealing cord, supported on the bearing chamber 60 .
  • the support element 62 shown can also be understood as such a ring seal arrangement or represent such.
  • the heat protection unit 70 can, for example, be screwed to the storage chamber 60, which is achieved by the in 2 visible holes 74 in the protective element 54 is illustrated.
  • the axial areas VB, MB, HB can be established or defined, for example, based on a percentage of the axial length of the heat protection element 50 .
  • the front and rear areas VB, HB are each illustrated with approximately 20% of the axial extension of the heat protection element 50, with the central area MB being at approximately 60%.
  • This percentage distribution is purely exemplary; in particular, the front and rear areas VB can also be defined shorter or longer, for example in a range of approximately 5% to 30% of the axial extension of the heat protection element 50.
  • This results in the middle area MB can be about 40% to 90% of the axial extension.
  • a configuration of the heat protection element 50 presented above makes it possible to avoid contact between the heat protection element 50 and the bearing chamber 60 that causes fretting in the axially rear area HB.
  • the distance AB or intermediate space is formed between the end section 64 and the bearing chamber 60 .
  • This distance AB can be a few millimeters.
  • the heat protection element 50 presented here enables good thermal shielding of the bearing chamber 60.
  • heat protection element 50 Due to the one-piece design of the heat protection element 50, in contrast to previous heat protection elements, a one-piece or one-piece heat protection element 50 arranged radially on the inside is described , so that there is no longer a multi-part design and in particular a material-locking connection of an axially rear heat protection element can be dispensed with.

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Abstract

Beschrieben wird ein Hitzeschutzelement (50) für eine Gasturbine (10), insbesondere Fluggasturbine, das dazu eingerichtet ist eine Lagerkammer (60) der Gasturbine (10) zumindest teilweise zu umgeben, mit
wenigstens einem in einem axial vorderen Bereich (VB) angeordneten Verbindungabschnitt (52), der materialschlüssig mit einem Schutzelement (54) eines Dichtungsträgers, insbesondere eines Dichtungsträgers mit einer Kohledichtung, verbindbar oder verbunden ist,
wenigstens einem in einem axial mittleren Bereich (MB) angeordneten Abstützabschnitt (58), der dazu eingerichtet ist, das Hitzeschutzelement (50) radial an der Lagerkammer (60) abzustützen,
einem in einem axial hinteren Bereich (HB) angeordneten Endabschnitt (64), welcher ein freies Ende (66) des Hitzeschutzelements (50) bildet und derart geformt ist, dass der Endabschnitt (64) die Lagerkammer (60) kontaktlos umgibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hitzeschutzelement für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, das dazu eingerichtet ist eine Lagerkammer der Gasturbine zumindest teilweise zu umgeben. Ferner betrifft die Erfindung eine Hitzeschutzeinheit und eine Gasturbine mit einem Hitzeschutzelement.
  • Richtungsangaben wie "Axial-" bzw. "axial", "Radial-" bzw. "radial" und "Umfangs-" sind grundsätzlich auf die Maschinenachse der Gasturbine bezogen zu verstehen, sofern sich aus dem Kontext nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt. Ferner sind Angaben wie axial vorne bzw. axial hinten auf die übliche Hauptströmungsrichtung von Gas in der Gasturbine bezogen zu verstehen, sofern sich aus dem Kontext nicht explizit etwas anderes ergibt.
  • Lagerkammern in axial hinteren Teilen bzw. Bereichen einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, müssen gegenüber heißen Kavitäten in der Gasturbine isoliert werden, um eine zulässige Temperatur von zirkulierenden Kühlmitteln, wie etwa Öl oder dergleichen, nicht zu überschreiten. Hierzu ist es bekannt, Kühlluft bzw. Sperrluft in die Kavität einzublasen oder/und die Kavitäten mittels Hitzeschutzelementen zu isolieren.
  • Bei einem gängigen Aufbau ist eine Lagerkammer in Umfangsrichtung von einem radial äußeren Hitzeschild und einem radial inneren Hitzeschild umgegeben. Der radial innere Hitzeschild ist dabei zweiteilig ausgeführt mit einem vorderen und einem hinteren Hitzeschutzschild, wobei sowohl der vordere Hitzeschutzschild, als auch der hintere Hitzeschutzschild materialschlüssig mit der Lagerkammer verbunden, insbesondere verschweißt bzw. verlötet sind. Aufgrund der materialschlüssigen Verbindung ist der innere Hitzeschutzschild nicht von der Lagerkammer demontierbar. Hierdurch ergibt sich das Problem, dass die Lagerkammer nicht oder nur schwer inspizierbar ist. Ferner hat sich gezeigt, dass insbesondere bei den Verbindungsstellen des hinteren Hitzeschilds mit der hochbelasteten Lagerkammer Fretting auftreten kann.
  • Zum technologischen Hintergrund wird beispielhaft auf folgende Druckschriften hingewiesen: US 20190249569A1 , US 9605551B2 und US 10415481B2 , wobei aus diesen Druckschriften lediglich allgemein Hitzeschutzschilde für Gastrubinen bekannt sind, aber keine konkret um eine Lagerkammer angeordneten Hitzeschutzschilde zeigen.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Hitzeschildelement für eine Gasturbine anzugeben, bei dem die obigen Nachteile vermieden werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hitzeschildelement, eine Hitzeschildeinheit und eine Gasturbine mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Patentansprüche. Mögliche vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen enthalten.
  • Vorgeschlagen wird also ein Hitzeschutzelement für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, das dazu eingerichtet ist eine Lagerkammer der Gasturbine zumindest teilweise zu umgeben, mit
    • wenigstens einem in einem axial vorderen Bereich angeordneten Verbindungabschnitt, der materialschlüssig mit einem Schutzelement eines Dichtungsträgers, insbesondere eines Dichtungsträgers mit einer Kohledichtung, verbindbar oder verbunden ist,
    • wenigstens einem in einem axial mittleren Bereich angeordneten Abstützabschnitt, der dazu eingerichtet ist, das Hitzeschutzelement radial an der Lagerkammer abzustützen, und einem in einem axial hinteren Bereich angeordneten Endabschnitt, welcher ein freies Ende des Hitzeschutzelements bildet und derart geformt ist, dass der Endabschnitt die Lagerkammer kontaktlos umgibt.
  • Durch eine derartige Ausgestaltung des Hitzeschutzelements kann in dem axial hinteren Bereich ein Fretting verursachender Kontakt zwischen Hitzeschutzelement und Lagerkammer vermieden werden. Dabei ist zwischen dem Endabschnitt und der Lagerkammer ein Abstand ausgebildet, der wenige Millimeter beträgt. Ein solches Hitzeschutzelement ermöglicht damit trotz der kontaktlosen Anordnung in seinem axial hinteren Bereich eine gute thermische Abschirmung der Lagerkammer.
  • Das Hitzeschutzelement kann einstückig ausgebildet sein. Mit anderen Worten wird in Abkehr von bisherigen Hitzeschutzelementen ein radial innen angeordnetes, einstückiges bzw. einteiliges Hitzeschutzelement vorgeschlagen, so dass keine Mehrteiligkeit mehr gegeben ist und insbesondere auch auf eine materialschlüssige Verbindung von einem axial hinteren Hitzeschutzelement verzichtet werden kann.
  • Das Hitzeschutzelement kann derart ausgebildet sein, dass es zusammen mit dem Schutzelement des Dichtungsträgers eine Hitzeschutzeinheit bildet, die an einem axial vorderen Flanschabschnitt der Lagerkammer befestigbar oder befestigt ist. Insbesondere kann die Hitzeschutzeinheit mittels in Axialrichtung verlaufender Verschraubungen mit dem Flanschabschnitt der Lagerkammer verbunden werden bzw. sein.
  • Das Hitzeschutzelement bzw. die Hitzeschutzeinheit kann dabei von axial vorne auf die Lagerkammer aufschiebbar oder von dieser abnehmbar sein. Somit kann bei einer Inspektion der Gasturbine das die Lagerkammer umgebende Hitzeschutzelement bzw. die Hitzeschutzeinheit von der Lagerkammer getrennt werden, so dass diese inspiziert werden kann. Dies ermöglicht insbesondere auch einen vereinfachten Austausch von einem Hitzeschutzelement bzw. einer Hitzeschutzeinheit.
  • Bei dem Hitzeschutzelement können im axial vorderen Bereich wenigstens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, laschenartige Verbindungabschnitte ausgebildet sein. Mittels dieser laschenartigen Verbindungsabschnitte kann eine Art punktuelle, materialschlüssige Verbindung zwischen dem Hitzeschutzelement und dem Schutzelement des Dichtungsträgers ermöglicht werden.
  • Alternativ kann bei dem Hitzeschutzelement im axial vorderen Bereich ein einzelner umlaufender Verbindungsabschnitt ausgebildet sein, insbesondere in Form einer umlaufenden Schweiß- oder Lötnaht. Ferner ist es auch denkbar, dass zwischen dem Hitzeschutzelement und dem Schutzelement des Dichtungsträgers eine Verbindung mittels Pressfügung hergestellt ist.
  • Bei dem Hitzeschutzelement kann der Endabschnitt nach axial vorne umgebogen sein, insbesondere krempenartig umgebogen sein. Durch eine derartige Umformung des Endabschnitts kann eine ausreichende Stabilität bzw. Steifigkeit des Endabschnitts erreicht werden, so dass dessen kontaktlose Anordnung in Bezug auf die Lagerkammer sicher gewährleistet werden kann, insbesondere auch im Betrieb der Gasturbine und unter entsprechender thermischer bzw. mechanischer Belastung.
  • Bei dem Hitzeschutzelement können im axial mittleren Bereich wenigstens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, nach radial innen geformte Sicken ausgebildet sind, die als jeweilige Abstützabschnitte dienen. Es ist natürlich auch denkbar, dass mehr als drei Sicken vorgesehen sind. Ferner ist es auch denkbar, dass eine in Umfangrichtung durchgehend ausgebildete Sicke ausgebildet ist.
  • Alternativ hierzu kann bei dem im axial mittleren Bereich ein einziger umlaufender Abstützabschnitt vorgesehen ist, der mit einer an der Lagerkammer abgestützten Ringdichtungsanordnung, insbesondere Dichtschnur, in Kontakt bringbar ist oder steht. Eine solche Ringdichtungsanordnung kann beispielsweise in einer nutartigen Vertiefung aufgenommen sein, die am Außenumfang der Lagerkammer vorgesehen ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der Abstützabschnitt am Hitzeschutzelement auch ohne spezielle Formgebung, insbesondere axial geradlinig, ausgeführt sein.
  • Vorgeschlagen wird ferner eine Hitzeschutzeinheit für eine Lagerkammer einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, aus einem oben beschriebenen Hitzeschutzelement und einem weiteren Schutzelement eines Dichtungsträgers, das in einem axial vorderen Bereich der Hitzeschutzeinheit mit dem Hitzeschutzelement materialschlüssig verbunden ist. Oben beschriebene optionale Ausgestaltungen des Hitzeschutzelements können auch für die Hitzeschutzeinheit umgesetzt bzw. angewendet werden.
  • Das weitere Schutzelement des Dichtungsträgers kann insbesondere eine im Wesentlichen ringförmig ausgebildete Hülse sein, die einen Dichtungsträger für eine Kohledichtung umgibt und thermisch abschirmt. Dabei dient die Kohledichtung insbesondere dazu, eine Abdichtung zu einer Welle der Gasturbine bereitzustellen.
  • Weiter wird eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, vorgeschlagen mit wenigstens einer Lagerkammer, um die herum ein oben beschriebenes Hitzeschutzelement oder eine oben beschriebene Hitzeschutzeinheit angeordnet ist. Dabei kann das Hitzeschutzelement im Bereich eines Turbinenzwischengehäuses oder als Teil eines Turbinenzwischengehäuses vorgesehen sein.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
    • Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten, schematischen Darstellung ein Prinzipbild einer Fluggasturbine.
    • Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten, schematischen Perspektivdarstellung ein Hitzeschutzelement bzw. eine Hitzeschutzeinheit.
    • Fig. 3 zeigt eine vereinfachte, schematische Schnittdarstellung einer Lagerkammer und eines Hitzeschutzelements etwa entsprechend der Schnittlinie III-III der Fig. 2.
    • Fig. 4 zeigt eine vereinfachte, schematische und vergrößerte Schnittdarstellung eines axial mittleren und hinteren Bereichs des Hitzeschildelements und der Lagerkammer, etwa entsprechend dem in Fig. 3 mit dem Rechteck IV gekennzeichneten Bereich.
  • Fig. 1 zeigt schematisch und vereinfacht eine Fluggasturbine 10, die rein beispielhaft als Mantelstromtriebwerk illustriert ist. Die Gasturbine 10 umfasst einen Fan 12, der von einem angedeuteten Mantel 14 umgeben ist. In Axialrichtung AR der Gasturbine 10 schließt sich an den Fan 12 ein Verdichter 16 an, der in einem angedeuteten inneren Gehäuse 18 aufgenommen ist und einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein kann. An den Verdichter 16 schließt sich die Brennkammer 20 an. Aus der Brennkammer ausströmendes heißes Abgas strömt dann durch die sich anschließende Turbine 22, die einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Turbine 22 eine Hochdruckturbine 24 und eine Niederdruckturbine 26. Eine Hohlwelle 28 verbindet die Hochdruckturbine 24 mit dem Verdichter 16, insbesondere einem Hochdruckverdichter 29, so dass diese gemeinsam angetrieben bzw. gedreht werden. Eine in Radialrichtung RR der Turbine weitere innen liegende Welle 30 verbindet die Niederdruckturbine 26 mit dem Fan 12 und mit einem Niederdruckverdichter 32, so dass diese gemeinsam angetrieben bzw. gedreht werden. An die Turbine 22 schließt sich eine hier nur angedeutete Schubdüse 33 an.
  • Im dargestellten Beispiel einer Fluggasturbine 10 ist zwischen der Hochdruckturbine 24 und der Niederdruckturbine 26 ein Turbinenzwischengehäuse 34 angeordnet, das um die Wellen 28, 30 angeordnet ist. In seinem radial äußeren Bereich 36 wird das Turbinenzwischengehäuse 34 von heißen Abgasen aus der Hochdruckturbine 24 durchströmt. Das heiße Abgas gelangt dann in einen Ringraum 38 der Niederdruckturbine 26. Von den Verdichtern 28, 32 und den Turbinen 24, 26 sind beispielhaft Laufschaufelkränze 27 dargestellt. Üblicherweise vorhandene Leitschaufelkränze 31 sind aus Gründen der Übersicht beispielhaft nur bei dem Verdichter 32 dargestellt.
  • Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten, schematischen Perspektivdarstellung ein Hitzeschutzelement 50, das in einer Gasturbine 10 verwendet werden kann. In der Fig. 2 ist eine Drehachse DA angedeutet, die mit den Achsen der Wellen 28, 30 (Fig. 1) der Gasturbine zusammenfallen. Das Hitzeschutzelement 50 wird im Bereich einer Lagerkammer angeordnet, in welcher zumindest eine Welle 28, 30 der Gasturbine gelagert ist. Bezugnehmend auf Fig. 1 kann das Hitzeschutzelement 50 insbesondere im Bereich des Turbinenzwischengehäuses 34 angeordnet sein, insbesondere radial innen von dem in Fig. 1 dargestellten äußeren Bereich 36, in dem Heißgas strömt.
  • Das Hitzeschutzelement 50 weist in einem axial vorderen Bereich VB wenigstens einen Verbindungabschnitt 52 auf. Der bzw. die Verbindungsabschnitt(e) 52 sind materialschlüssig mit einem Schutzelement 54 verbunden. Das Schutzelement 54 umgibt einen hier nicht weiter dargestellten Dichtungsträger bzw. deckt diesen ab. Ausgehend von der Verbindung mit dem Schutzelement 54 weist das Hitzeschutzelement 50 einen sich nach axial hinten erstreckenden Hauptkörper 56 auf, der über die axiale Länge unterschiedliche Radien aufweist. Insbesondere nimmt der Radius des Hitzeschutzelements 50 von axial vorne nach axial hinten abschnittsweise diskret oder stetig zu.
  • Für die weitere Beschreibung des Hitzeschutzelements 50 wird gleichzeitig auch auf die Schnittdarstellungen der Fig. 3 und 4 Bezug genommen.
  • In einem axial mittleren Bereich MB ist ein Abstützabschnitt 58 vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, das Hitzeschutzelement 50 radial an einer in den Schnittdarstellungen vereinfacht dargestellten Lagerkammer 60 abzustützen. Die Abstützung des Hitzeschutzelements 50 kann dabei über ein Abstützelement 62 erfolgen, das in den Fig. 3 und 4 lediglich schematisch und stellvertretend für unterschiedliche Abstützarten dargestellt ist.
  • In einem axial hinteren Bereich HB weist das Hitzeschutzelement 50 einen Endabschnitt 64 auf, welcher ein freies Ende 66 des Hitzeschutzelements 50 bildet. Dabei ist der Endabschnitt 64 derart geformt bzw. umgebogen ist, dass der Endabschnitt 64 die Lagerkammer 60 kontaktlos umgibt. Mit anderen Worten ist zwischen dem Endabschnitt 64 und der Lagerkammer 60 ein Abstand AB bzw. Zwischenraum ausgebildet.
  • Das in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Hitzeschutzelement 50 kann einstückig ausgebildet sein. Dabei sind also die oben beschriebenen Verbindungsabschnitte 52, Abstützabschnitt 58 und Endabschnitt 64 aus einem Werkstück bzw. Material hergestellt.
  • Das Hitzeschutzelement 50 bildet zusammen mit dem Schutzelement 54 des Dichtungsträgers eine Hitzeschutzeinheit 70. Die Hitzeschutzeinheit 70 kann an einem axial vorderen Flanschabschnitt 72, der in Fig. 3 lediglich angedeutet ist, der Lagerkammer 60 befestigbar oder befestigt sein. Dabei kann die Hitzeschutzeinheit 70 beispielsweise von axial vorne auf die Lagerkammer 60 aufschiebbar oder von dieser abnehmbar sein.
  • Im axial vorderen Bereich VB können beispielsweise wenigstens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, laschenartige Verbindungabschnitte 52 ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung ist beispielhaft aus der Fig. 2 ersichtlich, wobei lediglich zwei von mehreren Verbindungsabschnitten 52 dargestellt sind.
  • Alternativ kann das Hitzeschutzelement 50 im axial vorderen Bereich VB einen einzelnen umlaufenden Verbindungsabschnitt 52 aufweisen, insbesondere in Form einer umlaufenden Schweiß- oder Lötnaht.
  • Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich, ist der Endabschnitt 64 des Hitzeschutzelements 50 nach axial vorne umgebogen. Der Endabschnitt 64 kann auch als krempenartig umgebogen beschrieben werden. Durch eine derartige Umformung des Endabschnitts 64 kann eine ausreichende Stabilität bzw. Steifigkeit des Endabschnitts 64 erreicht werden, so dass dessen kontaktlose Anordnung (mit Abstand BA bzw. Zwischenraum) in Bezug auf die Lagerkammer 60 sicher gewährleistet werden kann, insbesondere auch im Betrieb der Gasturbine 10 und unter entsprechender thermischer bzw. mechanischer Belastung.
  • Das oben erwähnte, schematisch und stellvertretend dargestellte Abstützelement 62 kann gemäß Ausführungsformen so ausgeführt sein, dass im axial mittleren Bereich MB wenigstens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, nach radial innen geformte Sicken am Hitzeschutzelement 50 ausgebildet sind, die als jeweilige Abstützabschnitte 58 bzw. Abstützelement 62 dienen.
  • Alternativ kann im axial mittleren Bereich MB ein einziger umlaufender Abstützabschnitt 58 vorgesehen sein, der mit einer an der Lagerkammer 60 abgestützten Ringdichtungsanordnung, insbesondere Dichtschnur, in Kontakt bringbar ist oder steht. Mit anderen Worten kann das darstellte Abstützelement 62 auch als eine solche Ringdichtungsanordnung verstanden werden bzw. eine solche repräsentieren.
  • Die Hitzeschutzeinheit 70 kann beispielsweise mit der Lagerkammer 60 verschraubt werden, was durch die in Fig. 2 ersichtlichen Bohrungen 74 im Schutzelement 54 illustriert ist.
  • Bezüglich der axialen Bereiche VB, MB, HB wird darauf hingewiesen, dass diese beispielsweise basierend auf einer Prozentangabe der axialen Länge des Hitzeschutzelements 50 festgelegt bzw. definiert werden können. Bezogen auf die Fig. 3 sind der vordere und der hintere Bereich VB, HB jeweils mit etwa 20% der axialen Ausdehnung des Hitzeschutzelements 50 illustriert, wobei der mittlere Bereich MB bei etwa 60% liegt. Diese prozentuale Verteilung ist rein beispielhaft, insbesondere können der vordere bzw. hintere Bereich VB auch kürzer oder länger definiert werden, beispielsweise in einem Bereich von etwa 5% bis 30% der axialen Ausdehnung des Hitzeschutzelements 50. Hierdurch ergibt sich, dass der mittlere Bereich MB bei etwa 40% bis 90% der axialen Ausdehnung liegen kann.
  • Durch eine oben vorgestellte Ausgestaltung des Hitzeschutzelements 50 kann in dem axial hinteren Bereich HB ein Fretting verursachender Kontakt zwischen Hitzeschutzelement 50 und Lagerkammer 60 vermieden werden. Dabei ist zwischen dem Endabschnitt 64 und der Lagerkammer 60 der Abstand AB bzw. Zwischenraum ausgebildet. Dieser Abstand AB kann wenige Millimeter betragen. Das hier vorgestellte Hitzeschutzelement 50 ermöglicht somit trotz der kontaktlosen Anordnung in seinem axial hinteren Bereich HB eine gute thermische Abschirmung der Lagerkammer 60. Aufgrund der einstückigen Ausgestaltung des Hitzeschutzelements 50 wird in Abkehr von bisherigen Hitzeschutzelementen ein radial innen angeordnetes, einstückiges bzw. einteiliges Hitzeschutzelement 50 beschrieben, so dass keine Mehrteiligkeit mehr gegeben ist und insbesondere auch auf eine materialschlüssige Verbindung von einem axial hinteren Hitze schutzelement verzichtet werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fluggasturbine
    12
    Fan
    14
    Mantel
    16
    Verdichter
    18
    inneres Gehäuse
    20
    Brennkammer
    22
    Turbine
    24
    Hochdruckturbine
    26
    Niederdruckturbine
    28
    Hohlwelle
    29
    Hochdruckverdichter
    30
    Welle
    31
    Leitschaufelkranz
    32
    Niederdruckverdichter
    33
    Schubdüse
    34
    Turbinenzwischengehäuse
    36
    radial äußerer Bereich
    38
    Ringraum
    50
    Hitzeschutzelement
    52
    Verbindungsabschnitt
    54
    Schutzelement
    56
    Hauptkörper
    58
    Abstützabschnitt
    60
    Lagerkammer
    62
    Abstützelement
    64
    Endabschnitt
    66
    freies Ende
    70
    Hitzeschutzeinheit
    72
    Flanschabschnitt
    74
    Bohrung
    AB
    Abstand bzw. Zwischenraum
    AR
    Axialrichtung
    RR
    Radialrichtung
    HB
    axial hinterer Bereich
    MB
    axial mittlerer Bereich
    VB
    axial vorderer Bereich

Claims (12)

  1. Hitzeschutzelement (50) für eine Gasturbine (10), insbesondere Fluggasturbine, das dazu eingerichtet ist eine Lagerkammer (60) der Gasturbine (10) zumindest teilweise zu umgeben, mit
    wenigstens einem in einem axial vorderen Bereich (VB) angeordneten Verbindungabschnitt (52), der materialschlüssig mit einem Schutzelement (54) eines Dichtungsträgers, insbesondere eines Dichtungsträgers mit einer Kohledichtung, verbindbar oder verbunden ist,
    wenigstens einem in einem axial mittleren Bereich (MB) angeordneten Abstützabschnitt (58), der dazu eingerichtet ist, das Hitzeschutzelement (50) radial an der Lagerkammer (60) abzustützen,
    einem in einem axial hinteren Bereich (HB) angeordneten Endabschnitt (64), welcher ein freies Ende (66) des Hitzeschutzelements (50) bildet und derart geformt ist, dass der Endabschnitt (64) die Lagerkammer (60) kontaktlos umgibt.
  2. Hitzeschutzelement (50) nach Anspruch 1, wobei es einstückig ausgebildet ist.
  3. Hitzeschutzelement (50) nach Anspruch 1 oder 2, wobei es derart ausgebildet ist, dass es zusammen mit dem Schutzelement (54) des Dichtungsträgers eine Hitzeschutzeinheit (70) bildet, die an einem axial vorderen Flanschabschnitt (72) der Lagerkammer (60) befestigbar oder befestigt ist.
  4. Hitzeschutzelement (50) nach Anspruch 3, wobei die Hitzeschutzeinheit (70) von axial vorne auf die Lagerkammer (60) aufschiebbar oder von dieser abnehmbar ist.
  5. Hitzeschutzelement (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im axial vorderen Bereich (VB) wenigstens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, laschenartige Verbindungabschnitte (52) ausgebildet sind.
  6. Hitzeschutzelement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im axial vorderen Bereich (VB) ein einzelner umlaufender Verbindungsabschnitt (52) ausgebildet ist, insbesondere in Form einer umlaufenden Schweiß- oder Lötnaht.
  7. Hitzeschutzelement (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Endabschnitt (64) nach axial vorne umgebogen ist, insbesondere krempenartig umgebogen ist.
  8. Hitzeschutzelement (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im axial mittleren Bereich (MB) wenigstens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, nach radial innen geformte Sicken ausgebildet sind, die als jeweilige Abstützabschnitte (58, 62) dienen.
  9. Hitzeschutzelement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im axial mittleren Bereich (MB) ein einziger umlaufender Abstützabschnitt (58) vorgesehen ist, der mit einer an der Lagerkammer abgestützten Ringdichtungsanordnung (62), insbesondere Dichtschnur, in Kontakt bringbar ist oder steht.
  10. Hitzeschutzeinheit (70) für eine Lagerkammer (60) einer Gasturbine (10), insbesondere Fluggasturbine, aus einem Hitzeschutzelement (50) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einem weiteren Schutzelement (54) eines Dichtungsträgers, das in einem axial vorderen Bereich (VB) der Hitzeschutzeinheit (70) mit dem Hitzeschutzelement (50) materialschlüssig verbunden ist.
  11. Gasturbine (10), insbesondere Fluggasturbine mit wenigstens einer Lagerkammer (60), um die herum ein Hitzeschutzelement (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eine Hitzeschutzeinheit (70) gemäß Anspruch 10 angeordnet ist.
  12. Gasturbine (10) nach Anspruch 11, wobei das Hitzeschutzelement (50) im Bereich eines Turbinenzwischengehäuses (34) oder als Teil eines Turbinenzwischengehäuses (34) vorgesehen ist.
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