WO2003006799A1 - Vorrichtung zur isolation und verfahren zur montage - Google Patents

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WO2003006799A1
WO2003006799A1 PCT/IB2002/002683 IB0202683W WO03006799A1 WO 2003006799 A1 WO2003006799 A1 WO 2003006799A1 IB 0202683 W IB0202683 W IB 0202683W WO 03006799 A1 WO03006799 A1 WO 03006799A1
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insulation
insulated
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pressing
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PCT/IB2002/002683
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Armin Busekros
Thomas Kollnberger
Matthias Rothbrust
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Alstom Technology Ltd.
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    • 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
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Definitions

  • the invention relates to a device for isolating components according to claim 1. It also relates to a method for assembling the device.
  • the housing in turbomachinery construction, the housing must be thermally insulated on the outer circumference to reduce heat loss and to achieve a reasonably uniform housing temperature distribution.
  • the housings are usually surrounded with a layer of insulation material for insulation, such as mineral wool pillows or mats, which have a low thermal conductivity, the insulation layer itself being surrounded, among other things, with cover elements, for example cover plates with a thickness of 6 to 10 mm, for protection against damage ,
  • the insulation layer must lie as close as possible to the component to be insulated and be pressed against the component to be insulated with a certain contact pressure.
  • this is particularly problematic if, for example, large-area insulation is attached to a cast housing such as the outer cylinder of a gas turbine shall be.
  • the close contact of the insulation on the component to be insulated requires a good geometric match between the component to be insulated and the insulation.
  • this is costly and time-consuming, especially with large housing parts.
  • the invention has for its object to provide a device for isolating components, which avoids the disadvantages of the prior art.
  • the essence of the invention is therefore to decouple the geometry of the generally flexible and formable insulation from that of the mechanically stable cover elements, and to adapt the geometry of the insulation only during assembly. This takes place in that the insulation layer is pressed onto the component by pressing elements, which are supported on a cover element, the depth of the pressing element being adjustable during assembly.
  • One embodiment of the invention is to transmit the contact pressure via a flat element to the insulation layer, which in turn is connected to the cover element via a threaded rod screwed into a cover element.
  • the depth of the pressing element can then be adjusted very easily.
  • the thread is preferably secured against twisting, preferably by welding, caulking, or other positive or material connections; nevertheless, it is also possible to secure by locking, gluing, or other measures familiar to the person skilled in the art for securing threads.
  • the device according to the invention is particularly suitable for insulating the housing of turbomachinery.
  • the device is assembled by first placing the insulation material on the component to be insulated or on the component surface to be insulated and then placing the cover element and fastening it to the component to be insulated; after that the depth of the
  • FIG. 1 shows a detail of a component which is isolated by means of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows the use of the device Device according to the invention for isolating the housing of a turbomachine.
  • a component 1 to be insulated shown in FIG. 1 has two depressions 2, 3 in which insulation pads 4 are to be arranged.
  • the insulated surface is covered with a mechanically stable cover element 5, a cover plate, for example 6 to 10, preferably 6 to 8 mm thick.
  • Both depressions have an identical nominal dimension for the depth; however, the recess 2 has a shallower depth than the target value, while the recess 3 is deeper than the target dimension. If the component 1 was produced as a cast component and no complex post-processing was carried out or other time-consuming and cost-intensive measures were taken in the manufacturing process, such significant tolerances are inherent.
  • the insulation pads are pressed onto the component by pressing devices.
  • the pressing devices are designed here as screw plates and consist of a pressing plate 6 and a threaded bolt 7.
  • the threaded bolt 7 is screwed into the cover element 5; this allows the depth t of the pressing element to be adapted to the circumstances during assembly. If the threaded bolts 7 are tightened with a torque, there is a defined contact pressure of the insulation pads 4 on the component 1, regardless of the depth. After the depth has been set, the threaded bolt 7 is fixed in the thread of the cover element 5 by suitable means, and the protruding part of the
  • Threaded bolt 7 is preferably cut off.
  • one of the pressing elements is provided with an elastic element 8, here a plate spring. This reduces the depth stiffness of the pressure element. If the depth t changes - for example due to differential expansions or by setting the insulation cushion 4 - the contact force changes considerably less than in the embodiment without an elastic element due to the lower rigidity. It goes without saying that According to the invention characterized in the claims, several pressing elements can also act on a larger insulation cushion or a mat made of insulation material which is arranged as an insulation layer.
  • FIG 2 shows schematically the use of an inventive
  • Device for isolating a housing 9 of a gas turbine the latter being only indicated very schematically.
  • the housing is surrounded by an insulation layer made of insulation mats 11.
  • Cover elements 5, which are designed as cover plates of a few mm in thickness, are connected to the housing via housing lugs 10.
  • a number of pressure elements, consisting of pressure plates 6 and threaded rods 7, are screwed and fixed in the cover elements 5 in the manner described above in connection with FIG. 1. Due to the adjustability of the depth of the pressing elements, shape and dimension tolerances of both the housing outer contour and the cover elements can be large, and nevertheless a tight fit of the insulation layer on the housing outer contour can be ensured.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Isolation von Bauteilen, insbesondere Gasturbinengehäusen, wird auf das zu isolierende Bauteil (1) zunächst das Isoliermaterial (4) und darauf ein Deckelement (5) montiert. Erfindungsgemäss ist zwischen dem Deckelement und dem Isoliermaterial ein Anpresselement (6,7) angeordnet, welches in seiner Tiefe (t) bei der Montage einstellbar ist. Dies ermöglicht es, eine eng anliegende Isolation auch bei grossen Form- und Masstoleranzen des zu isolierenden Bauteils und der Deckelemente zu realisieren.

Description

Vorrichtung zur Isolation und Verfahren zur Montage
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Isolation von Bauteilen gemäss dem Anspruch 1. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage der Vorrichtung.
Stand der Technik
Die thermische und akustische Isolation von Maschinen und Machinenteilen ist eine allgemein interessante Problemstellung. So müssen beispielsweise im Turbomaschinenbau die Gehäuse am Aussenumfang thermisch isoliert werden, um Wärmeverluste zu vermindern und eine vernünftig gleichmässige Gehäuse-Temperaturverteilung zu erreichen. Üblicherweise werden die Gehäuse zur Isolation mit einer Schicht Isolationsmaterial umgeben, etwa Mineralwollkissen oder -matten, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben, wobei die Isolationsschicht ihrerseits unter anderem zum Schutz gegen Beschädigungen mit Deckelementen - beispielsweise Deckbleche mit einer Stärke von 6 bis 10 mm - umgeben wird.
Für eine bestmögliche Funktion muss die Isolationsschicht möglichst dicht am zu isolierenden Bauteil anliegen und mit einer gewissen Anpresskraft an das zu isolierende Bauteil angepresst werden. Dies ist aber gerade dann problematisch, wenn beispielsweise auf einem Gussgehäuse wie dem Aussenzylinder einer Gasturbine eine grossflächige Isolation angebracht werden soll. Das dichte Anliegen der Isolation am zu isolierenden Bauteil erfordert nämlich eine gute geometrische Übereinstimmung zwischen dem zu isolierenden Bauteil und der Isolation. Dies zu erreichen ist aber gerade bei grossen Gehäuseteilen kosten- und zeitintensiv.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Isolation von Bauteilen anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Erreicht wird dies hinsichtlich der Vorrichtung durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 , und durch die Montage der Vorrichtung gemäss einem Verfahren nach dem Anspruch 5. Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Kern der Erfindung ist also, die Geometrie der im Allgemeinen flexiblen und formbaren Isolation von derjenigen der mechanisch stabilen Deckelemente zu entkoppeln, und die Anpassung der Geometrie der Isolation erst während der Montage vorzunehmen. Dies erfolgt dadurch, dass die Isolationsschicht durch Anpresselemente, welche an einem Deckelement abgestützt sind, an das Bauteil angepresst wird, wobei die Tiefe des Anpresselements bei der Montage einstellbar ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist, die Anpresskraft über ein flächiges Element auf die Isolationsschicht zu übertragen, das seinerseits über eine in ein Deckelement eingeschraubte Gewindestange mit dem Deckelement verbunden ist. Durch Verstellung der Gewindestange kann dann sehr einfach die Tiefe des Anpresselementes eingestellt werden. Durch ein Anziehen des Gewindes mit einem bestimmten Drehmoment kann unabhängig von der Geometrie eine konstante Anpresskraft der Isolationsschicht auf dem Bauteil gewährleistet werden. Bevorzugt wird das Gewinde nach erfolgter Tiefeneinstellung im Deckelement gegen Verdrehen gesichert, vorzugsweise durch Verschweissen, Verstemmen, oder sonstige form- oder stoffschlüssige Verbindungen; gleichwohl ist es auch möglich, die Sicherung durch Kontern, Kleben, oder sonstige dem Fachmann zur Sicherung von Gewinden geläufige Massnahmen vorzunehmen.
Es kann sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, in das Anpresselement elastische Elemente zu integrieren. Durch die Verminderung der Steifigkeit der Anpresselemente resultieren geometrische Verschiebungen wie
Differenzdehnungen zwischen dem Gehäuse und Deckelementen in einer geringeren Variation der Anpresskraft der Isolationsschicht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Isolation der Gehäuse von Turbomaschinen.
Die Vorrichtung wird montiert, indem auf das zu isolierende Bauteil beziehungsweise auf die zu isolierende Bauteiloberfläche zunächst das Isolationsmaterial aufgelegt wird und darüber das Deckelement angeordnet und am zu isolierenden Bauteil befestigt wird; danach wird die Tiefe des
Anpresselementes eingestellt und das Anpresselement am Deckelement fixiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Die Zeichnung im Sinne der besseren Übersichtlichkeit stark vereinfacht, und alle für das Verständnis der Erfindung nicht unmittelbar notwendigen Elemente sind weggelassen. Im einzelnen zeigen Figur 1 einen Ausschnitt eines Bauteils, welches mittels einer erfindungsgemässen Vorrichtung isoliert ist, und Figur 2 die Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Isolation des Gehäuses einer Turbomaschine.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Ein in Figur 1 dargestelltes zu isolierendes Bauteil 1 weisst zwei Vertiefungen 2, 3 auf, in denen Isolationskissen 4 anzuordnen sind. Zum Schutz der Isolation ist die isolierte Oberfläche mit einem mechanisch stabilen Deckelement 5, einem Abdeckblech von beispielsweise 6 bis 10, bevorzugt 6 bis 8 mm Dicke, abgedeckt. Beide Vertiefungen haben ein identisches Sollmass für die Tiefe; jedoch weisst die Vertiefung 2 eine geringere Tiefe als den Sollwert auf, während die Vertiefung 3 tiefer als das Sollmass ist. Wenn das Bauteil 1 als Gussbauteil hergestellt wurde, und keine aufwändige Nachbearbeitung erfolgte oder sonstige zeit- und kostenintensive Massnahmen im Herstellprozess getroffen wurden, sind derartige signifikante Toleranzen immanent. Die Isolationskissen werden durch Anpressvorrichtungen an das Bauteil angepresst. Die Anpressvorrichtungen sind hier als Schraubteller ausgeführt, und bestehen aus einer Anpressplatte 6 und einem Gewindebolzen 7. Der Gewindebolzen 7 ist in das Deckelement 5 eingeschraubt; dies erlaubt es, die Tiefe t des Anpresselementes bei der Montage entsprechend den Gegebenheiten anzupassen. Wenn die Gewindebolzen 7 mit einem Drehmoment angezogen werden, ergibt sich unabhängig von der Tiefe eine definierte Anpresskraft der Isolationskissen 4 auf das Bauteil 1. Nach erfolgter Tiefeneinstellung wird der Gewindebolzen 7 durch geeignete Mittel in dem Gewinde des Deckelementes 5 fixiert, und der überstehende Teil der
Gewindebolzen 7 wird bevorzugt abgetrennt. Eines der Anpresselemente ist im Ausführungsbeispiel mit einem elastischen Element 8, hier einer Tellerfeder, versehen. Diese vermindert die Tiefensteife des Anpresselementes. Bei einer Veränderung der Tiefe t - beispielsweise durch Differenzdehnungen oder durch ein Setzten des Isolationskissens 4 - verändert sich die Anpresskraft aufgrund der geringeren Steife wesentlich geringer als bei der Ausführungsform ohne elastisches Element. Es versteht sich von selbst, dass gemäss der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung auch mehrere Anpresselemente auf ein grösseres Isolationskissen oder eine Matte aus Isolationsmaterial, welche als Isolationsschicht angeordnet ist, wirken können.
Figur 2 zeigt schematisch die Verwendung einer erfindungsgemässen
Vorrichtung zur Isolation eines Gehäuses 9 einer Gasturbine, wobei letzteres nur sehr schematisch angedeutet ist. Das Gehäuse ist mit einer Isolationsschicht aus Isolationsmatten 11 umgeben. Deckelemente 5, welche als Deckbleche von einigen mm Dicke ausgeführt sind, sind über Gehäusenasen 10 mit dem Gehäuse verbunden. Am Umfang ist eine Anzahl von Anpresselementen, bestehend aus Anpressplatten 6 und Gewindestangen 7, auf die oben in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebene Weise in die Deckelemente 5 eingeschraubt und fixiert. Aufgrund der Einstellbarkeit der Tiefe der Anpresselemente können Form- und Masstoleranzen sowohl der Gehäuseaussenkontur als auch der Deckelemente gross sein, und es kann dennoch ein dichtes Anliegen der Isolationsschicht an der Gehäuseaussenkontur gewährleistet werden.
Bezugszeichenliste 1 zu isolierendes Bauteil
2 Vertiefung
3 Vertiefung
4 Isolationskissen, Isolationsmaterial, Isolationsschicht
5 Deckelement 6 Anpressplatte
7 Gewindebolzen
8 elastisches Element
9 Turbomaschinengehäuse
10 Gehäusenasen 11 Isolationsmatten t Tiefe

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Isolation von Bauteilen, beinhaltend die folgenden Elemente: - wenigstens ein zu isolierendes Bauteil (1); wenigstens eine Isolationsschicht (4) aus einem Isolationsmaterial, welche auf dem zu isolierenden Bauteil aufgebracht ist; wenigstens ein Deckelement (5); wobei an dem Deckelement und zwischen dem Deckelement und dem Isolationsmodul wenigstens ein Anpresselement (6, 7) angeordnet ist, welches eine Anpresskraft der Isolationsschicht auf das Bauteil vermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t) des Anpresselementes bei der Montage einstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Anpresselement ein Schraubteller ist, welcher mittels einer Gewindestange (7) im Deckelement (5) eingeschraubt ist, und mittels einer Anpressplatte (6) die Anpresskraft auf die Isolationsschicht (4) überträgt.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anpresselement ein elastisches Element (8) integriert ist.
4. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Isolation des Gehäuses einer Turbomaschine.
5. Verfahren zur Montage einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten:
Auflegen der Isolationsschicht auf das Bauteil; - Befestigung des Deckelementes an dem Bauteil;
Einstellen der Tiefe des Anpresselementes; Fixierung des Anpresselementes am Deckelement.
PCT/IB2002/002683 2001-07-12 2002-07-08 Vorrichtung zur isolation und verfahren zur montage WO2003006799A1 (de)

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