(19)
(11)EP 2 216 601 B1

(12)EUROPEAN PATENT SPECIFICATION

(45)Mention of the grant of the patent:
29.04.2020 Bulletin 2020/18

(21)Application number: 10152664.8

(22)Date of filing:  04.02.2010
(51)International Patent Classification (IPC): 
F23R 3/60(2006.01)
F23M 5/04(2006.01)
F23R 3/00(2006.01)

(54)

Impingement shield assembly

Prallschildanordnung

Ensemble écran d'impact


(84)Designated Contracting States:
AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

(30)Priority: 06.02.2009 US 366913

(43)Date of publication of application:
11.08.2010 Bulletin 2010/32

(73)Proprietor: General Electric Company
Schenectady, NY 12345 (US)

(72)Inventors:
  • Berry, Jonathan Dwight
    Simpsonville, SC 29680 (US)
  • Repikov, Timur Rustemovich
    125466, Moscow (RU)
  • Ostebee, Heath Michael
    Piedmont, SC 29673 (US)

(74)Representative: BRP Renaud & Partner mbB Rechtsanwälte Patentanwälte Steuerberater 
Königstraße 28
70173 Stuttgart
70173 Stuttgart (DE)


(56)References cited: : 
EP-A1- 1 577 614
US-A- 1 806 508
US-A1- 2006 176 671
JP-A- S 594 824
US-A- 2 567 554
US-A1- 2007 180 828
  
      
    Note: Within nine months from the publication of the mention of the grant of the European patent, any person may give notice to the European Patent Office of opposition to the European patent granted. Notice of opposition shall be filed in a written reasoned statement. It shall not be deemed to have been filed until the opposition fee has been paid. (Art. 99(1) European Patent Convention).


    Description

    BACKGROUND OF THE INVENTION



    [0001] The subject matter disclosed herein relates to an impingement shield assembly for a turbine. Such an assembly is known from US 2007/0180828 A1.

    [0002] In the context of turbines used in the generation of electrical energy in a power plant, any time the turbine is not operational affects the profitability and effectiveness of the plant. According, reducing down time of turbines through component life extension is of great importance.

    [0003] One cause of down time may come from having to make repairs to the turbine. For example, the turbine may include a turbine casing connected to a compressed air supply and including within the turbine casing a plurality of combustors and ducts surrounded by impingement sleeve for delivering hot gas to a turbine stage. Currently, the impingement sleeve is secured by welding two portions of the sleeve together utilizing a thin strip of plate (zipper strip) attached by fillet welds.

    [0004] The zipper strip and areas surrounding it may be locations where cracks in the impingement sleeve begin. This may be due to the rigid joint between the two halves of the impingement sleeve at the location of the weld fluxuations in the sleeve shape during normal operation. Such cracks may lead to defects and, accordingly, repairs to the weld whenever they occur. Such repairs, however, are time consuming because, not only may the zipper strip need to be removed, the remnants of weld may have to be ground off of the impingement sleeve itself before a new zipper strip may be used. Further, the utilization of a zipper strip may not allow for the creation of a full penetration butt weld.

    [0005] US 2007/0180828 describes a combustor liner for use in a gas turbine engine, including a heat shield to protect the join line. Parts of the combustor may be joined by welding or a mechanical connector.

    BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION



    [0006] One embodiment is directed to an impingement shield assembly for a turbine that includes a first impingement shield portion and a second impingement shield portion joined to the first impingement shield portion. The assembly also includes a first connection portion formed on the first impingement shield portion, the first connection portion including a first recess, and a second connection portion formed on the first impingement shield portion, the second connection portion including a second recess. The assembly also includes a first wedge strip portion shaped and configured to mate with the first recess and a second wedge strip portion shaped and configured to mate with the second recess. The first wedge strip portion is welded to the second wedge strip portion.

    [0007] Another embodiment is directed to a method of welding two portions of a turbine impingement shield together. The method of this embodiment includes forming a first connection portion on a first portion of the impingement shield; forming a second connection portion on a second portion of the impingement shield; pressing the first portion and the second portion of the impingement shield towards one another; holding the first portion and the second portion of the impingement shield in a substantially fixed relationship to one another; and while holding: mating a first part of a wedge strip with the first connection portion; mating a second part of a wedge strip with the second connection portion; and welding the first part of the wedge strip to the second part of the wedge weld.

    [0008] These and other advantages and features will become more apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.

    BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS



    [0009] There follows a detailed description of embodiments of the invention by way of example only with reference to the accompanying drawings, in which:

    FIG. 1 cross-section of a welded wedge strip assembly according to one embodiment of the present invention;

    FIG. 2 is a side-view of a base weld piece according to one embodiment of the present invention.

    FIG. 3 is a detailed view of a wedge weld portion of an embodiment of the present invention;

    FIGs. 4a and 4b show an example not covered by the present invention; and

    FIG. 5 shows a method of forming a weld according to one embodiment of the present invention.


    DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION



    [0010] FIG. 1 shows an impingement shield assembly according to one embodiment of the present invention.

    [0011] The weld assembly includes a first portion 100 and a second portion 101 that are to be welded together. The first and second portions, 100 and 101, may be any two pieces of material that may need to be welded together. The first and second portions, 100 and 101, are the two halves on an impingement sleeve utilized in a turbine. The first and second portions 100 and 101 may be formed of metal or any other type substance that may withstand welding.

    [0012] Both the first portion 100 and the second portion 101 include a weld base piece 102 attached thereto. In one embodiment, both the first portion 100 and the second portion 101 have a weld base piece 102 welded thereto. In such an embodiment, the weld between the first portion 100 and the weld base piece 102 may be a full penetration butt weld. Of course, the weld between the second portion 101 and the base weld piece 102 may also be a full penetration butt weld.

    [0013] The weld base piece 102 includes an interlock portion 103 that extends outwardly from the, for example, first portion 100 when the weld base piece 102 is welded to or otherwise attached thereto. Further details of the interlock portion are discussed below.

    [0014] The assembly shown in FIG. 1 also includes a wedge clamp 104 that holds the weld base pieces 102 attached to the first and second portions 100 and 101 in a substantially constant position relative to one another. Of course, in one embodiment, the weld base pieces 102 may have some relative movement between them.

    [0015] The wedge clamp 104 is formed by two pieces 104a and 104b that are attached to one another by clamp weld 106. The wedge clamp 104 is constructed such that it includes a portion that interlocks with the interlock portion 103. This interlocking serves to hold the weld base pieces 102 substantially in the same position relative to one another. The two portions of the wedge clamp 104 may collectively be referred to herein as a "wedge strip."

    [0016] FIG. 2 shows a more detailed view of a base weld piece 102 according to one embodiment of the present invention. The base weld piece 102 includes a base portion 202. Extending up from the base portion 202 is an interlock portion 103. The interlock portion 103 shown in FIG. 2 includes an upward projection 204 that extends upwardly from the base portion 202. In one embodiment, and as shown if FIG. 2, the upward projection 204 extends from an edge of the base weld piece 103. Of course, the upward projection 204 need not extend from an edge and could be located, for example, in the middle of the base portion 202.

    [0017] The interlock portion 103 also includes an upper portion 206 at a far end away from the base portion 202 of the upward projection 204. The upper portion 206 forms an angle θ with a downward edge 208. The downward edge 208 connects the upper portion 206 with the base portion 202. In one embodiment, the angle θ between upper portion 206 and the downward edge is less than 90 degrees. The downward edge 208 is configured to mate with an edge of the wedge clamp 104 (FIG. 1).

    [0018] FIG. 3 shows an example of a one half of a wedge clamp 104 loosely mated with a base weld piece 102. The wedge clamp 104 includes a mating edge 302 designed and configured to mate with the downward edge 208 of the base weld piece 102. The wedge clamp 104 includes a top edge 304 arranged such that angle θ exists between them. As shown in FIG. 3, the downward edge 302 and the top edge 304 are straight edges. Of course, these edges could be of any shape or configuration as long as they mate with the shape of the base weld piece 102.

    [0019] FIGs. 4a and 4b show an example not covered by the present invention. In this example, rather than including a separate base weld piece, the first portion 100 and the second portion 101 themselves are formed to include projections 400 and 401, respectively, that curve up and away from the first and second portions 100 and 101 in such a manner as to create a recess 404 for receiving a wedge clamp. This embodiment may require, in the case of an impingement sleeve, rolling an edge of the sleeve back.

    [0020] FIG. 4b shows a wedge clamp 104 (after the two halves thereof have been welded together) mated with the first portion 100 and the second portion 101.

    [0021] FIG. 5 shows a method of forming an impingement shield assembly according to one embodiment of the present invention. At a block 502 connections are formed on the pieces to be joined. As discussed above, this may include either welding a base weld piece to the pieces to be joined or forming the connection pieces from the pieces to joined themselves. At a block 504 the edges of the pieces to be joined are forced or pressed together with hand clamps or weld fixtures. At a block 506 the two portions that make up the wedge clamp 504 (FIG. 1) are placed such that they mate with the connection pieces. At a block 508 the clamp weld pieces are welded together. In one embodiment, this may allow for a full penetration weld and may hold the pieces to be joined in a substantially fixed relationship relative to one another.

    [0022] In the prior art, in the event that a zipper strip may have to be removed multiple steps had to be employed. These steps may include first cutting the zipper strip along its length into halves with a cutoff wheel. Then, the welds on each side of the zipper strip may have to be cut. After cutting the welds, the zipper strip may have had to have been chiseled or ground off of the pieces welded together. In some instances, the remnants of the weld may have had to have been ground off from the pieces that were welded together. Finally, some blending or smoothing the blemishes off the pieces so that a new a zipper weld may be placed may also have been required. According the present invention, all that needs to be done is to cut the wedge clamp and remove it. A new wedge clamp may then be affixed as described above and, thereby, greatly reducing downtime and repair time due to any repairs that require removal of the wedge clamp.


    Claims

    1. An impingement shield assembly for a turbine, the assembly comprising:

    a first impingement shield portion (100);

    a second impingement shield portion (101) joined to the first impingement shield portion;

    a first connection portion (102, 103) formed on the second impingement shield portion, the first connection portion including a first base portion (102) coupled to the second impingement shield portion and a first interlock portion (103) that extends outwardly from the first base portion, wherein the first interlock portion (103) includes a first upper portion (206) and a first downward edge (208) having a fixed relationship between them, and wherein the first upper portion and the first downward edge define a first recess; and

    a second connection portion (102, 103) formed on the first impingement shield portion, the second connection portion including a second base portion (102) coupled to the first impingement shield portion and a second interlock portion (103) that extends outwardly from the second base portion, wherein the second interlock portion (103) includes a second upper portion (206) and a second downward edge (208) having a fixed relationship between them, and wherein the second upper portion and the second downward edge define a second recess;

    a first wedge strip portion (104) shaped and configured to mate with the first recess, wherein the first wedge strip portion (104) includes a first top edge and a first mating edge, wherein the first top edge and the first mating edge have a fixed relationship between them that is an inverse of the fixed relationship between the first upper portion and the first downward edge; and

    a second wedge strip portion (104) shaped and configured to mate with the second recess, wherein the second wedge strip portion (104) includes a second top edge and a second mating edge, wherein the second top edge and the second mating edge have a fixed relationship between them that is an inverse of the fixed relationship between the second upper portion and the second downward edge;

    wherein the first wedge strip portion is welded to the second wedge strip portion.


     
    2. The assembly of claim 1, wherein the first connection portion (102) and second connection portion (103) are integral with and formed from the impingement shield.
     
    3. The assembly of claim 1 or 2, wherein the first connection portion (102, 103) is welded to the first impingement shield (100) and the second connection portion (102, 103) is welded to the second impingement shield portion (101).
     
    4. The assembly of any of the preceding claims, wherein the weld between the first wedge strip portion and the second wedge strip portion is a full penetration butt weld.
     
    5. A method of welding two portions of a turbine impingement shield together, the method comprising:

    forming a first connection portion (102, 103) on a first portion (100) of the impingement shield by welding a base portion of the first connection portion to the first impingement shield portion and wherein the first connection portion includes an interlock portion which extends outwardly from the base portion, wherein the interlock portion includes an upper portion and a downward edge having a fixed relationship between them;

    forming a second connection portion (102, 103) on a second portion (101) of the impingement shield;

    pressing the first portion and the second portion of the impingement shield towards one another;

    holding the first portion and the second portion of the impingement shield in a substantially fixed relationship to one another; and

    while holding:

    mating a first part of a wedge strip (104) with the first connection portion;

    mating a second part of a wedge strip (104) with the second connection portion; and

    welding the first part of the wedge strip to the second part of the wedge strip;

    wherein the first part of the wedge strip includes a top edge and a mating edge, wherein the top edge and the mating edge have a fixed relationship between them that is an inverse of the fixed relationship between the upper portion and the downward edge of the first connection portion.


     
    6. The method of claim 5, wherein the first connection portion and second connection portion are integral with and formed from the impingement shield.
     
    7. The method of claim 5 or 6, wherein forming a second connection portion (102, 103) on a second portion (101) of the impingement shield comprises:
    welding a base portion of the second connection portion to the second impingement shield portion, the second connection portion including an interlock portion which extends outwardly from the base portion, the interlock portion including an upper portion and a downward edge having a fixed relationship between them.
     


    Ansprüche

    1. Prallschildanordnung für eine Turbine, die Anordnung umfassend:

    einen ersten Prallschildabschnitt (100);

    einen zweiten Prallschildabschnitt (101), der mit dem ersten Prallschildabschnitt verbunden ist;

    einen ersten Verbindungsabschnitt (102, 103), der auf dem zweiten Prallschildabschnitt ausgebildet ist, wobei der erste Verbindungsabschnitt einen mit dem zweiten Prallschildabschnitt gekoppelten ersten Basisabschnitt (102) und einen sich von dem ersten Basisabschnitt nach außen erstreckenden ersten Verriegelungsabschnitt (103) einschließt, wobei der erste Verriegelungsabschnitt (103) einen ersten oberen Abschnitt (206) und eine erste nach unten gerichtete Kante (208) einschließt, die in einer festen Beziehung zueinander stehen, und wobei der erste obere Abschnitt und die erste nach unten gerichtete Kante eine erste Aussparung definieren; und

    einen zweiten Verbindungsabschnitt (102, 103), der auf dem ersten Prallschildabschnitt ausgebildet ist, wobei der zweite Verbindungsabschnitt einen mit dem ersten Prallschildabschnitt gekoppelten zweiten Basisabschnitt (102) und einen sich von dem zweiten Basisabschnitt nach außen erstreckenden zweiten Verriegelungsabschnitt (103) einschließt, wobei der zweite Verriegelungsabschnitt (103) einen zweiten oberen Abschnitt (206) und eine zweite nach unten gerichtete Kante (208) einschließt, die in einer festen Beziehung zueinander stehen, und wobei der zweite obere Abschnitt und die zweite nach unten gerichtete Kante eine zweite Aussparung definieren;

    einen ersten Klemmstreifenabschnitt (104), der so geformt und konfiguriert ist, dass er mit der ersten Aussparung zusammenpasst, wobei der erste Klemmsreifenabschnitt (104) eine erste Oberkante und eine erste Passkante einschließt, wobei die erste Oberkante und die erste Passkante in einer festen Beziehung zueinander stehen, die eine Umkehrung der festen Beziehung zwischen dem ersten oberen Abschnitt und der ersten nach unten gerichteten Kante ist; und

    einen zweiten Klemmstreifenabschnitt (104), der so geformt und konfiguriert ist, dass er mit der zweiten Aussparung zusammenpasst, wobei der zweite Klemmstreifenabschnitt (104) eine zweite Oberkante und eine zweite Passkante einschließt, wobei die zweite Oberkante und die zweite Passkante in einer festen Beziehung zueinander stehen, die eine Umkehrung der festen Beziehung zwischen dem zweiten oberen Abschnitt und der zweiten nach unten gerichteten Kante ist;

    und wobei der erste Klemmstreifenabschnitt mit dem zweiten Klemmstreifenabschnitt verschweißt ist.


     
    2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der erste
    Verbindungsabschnitt (102) und der zweite Verbindungsabschnitt (103) fest mit dem Prallschild verbunden sind und von diesem ausgebildet sind.
     
    3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste
    Verbindungsabschnitt (102, 103) mit dem ersten Prallschild (100) verschweißt ist und der zweite Verbindungsabschnitt (102, 103) mit dem zweiten
    Prallschildabschnitt (101) verschweißt ist.
     
    4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißnaht zwischen dem ersten Klemmstreifenabschnitt und dem zweiten Klemmstreifenabschnitt eine durchgeschweißte Stumpfnaht ist.
     
    5. Verfahren zum Zusammenschweißen von zwei Abschnitten eines Turbinenprallschilds, das Verfahren umfassend:

    Bilden eines ersten Verbindungungsabschnitts (102, 103) auf einem ersten Abschnitt (100) des Prallschilds durch Verschweißen eines Basisabschnitts des ersten Verbindungsabschnitts mit dem ersten Prallschildabschnitt und wobei der erste Verbindungsabschnitt einen Verriegelungsabschnitt einschließt, der sich von dem Basisabschnitt nach außen erstreckt, wobei der Verriegelungsabschnitt einen oberen Abschnitt und eine nach unten gerichtete Kante einschließt, die eine feste Beziehung zueinander aufweisen;

    Bilden eines zweiten Verbindungsabschnitts (102, 103) auf einem zweiten Abschnitt (101) des Prallschilds;

    Drücken des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts des Prallschilds aufeinander zu;

    Halten des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts des Prallschilds in einer im Wesentlichen festen Beziehung zu einander; und

    während des Haltens:

    Zusammenfügen eines ersten Teils eines Klemmstreifens (104) mit dem ersten Verbindungsabschnitt;

    Zusammenfügen eines zweiten Teils eines Klemmstreifens (104) mit dem zweiten Verbindungsabschnitt; und

    Verschweißen des ersten Teils des Klemmstreifens mit dem zweiten Teil des Klemmstreifens;

    wobei der erste Teil des Klemmstreifens eine Oberkante und eine Passkante einschließt, wobei die Oberkante und die Passkante in einer festen Beziehung zueinander stehen, die eine Umkehrung der festen Beziehung zwischen dem oberen Abschnitt und der nach unten gerichteten Kante des ersten Abschnitts ist.


     
    6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei der erste Verbindungsabschnitt und der zweite Verbindungsabschnitt fest mit dem Prallschild verbunden sind und von diesem ausgebildet sind.
     
    7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Bilden eines zweiten Verbindungsabschnitts (102, 103) auf einem zweiten Abschnitt (101) des Prallschilds umfasst:
    Verschweißen eines Basisabschnitts des zweiten Verbindungsabschnitts mit dem zweiten Prallabschildabschnitt, wobei der zweite Verbindungsabschnitt einen Verriegelungsabschnitt einschließt, der sich von dem Basisabschnitt nach außen erstreckt, wobei der Verriegelungsabschnitt einen oberen Abschnitt und eine nach unten gerichtete Kante einschließt, die eine feste Beziehung zueinander aufweisen.
     


    Revendications

    1. Ensemble écran d'impact pour une turbine, l'ensemble comprenant :

    une première partie d'écran d'impact (100) ;

    une seconde partie d'écran d'impact (101) jointe à la première partie d'écran d'impact ;

    une première partie de raccordement (102, 103) formée sur la seconde partie d'écran d'impact, la première partie de raccordement incluant une première partie de base (102) couplée à la seconde partie d'écran d'impact et une première partie de verrouillage (103) qui s'étend vers l'extérieur à partir de la première partie de base, dans lequel la première partie de verrouillage (103) comprend une première partie supérieure (206) et un premier bord descendant (208) ayant une relation fixe entre eux, et dans lequel la première partie supérieure et le premier bord descendant définissent une première cavité ; et

    une seconde partie de raccordement (102, 103) formée sur la première partie d'écran d'impact, la seconde partie de raccordement comprenant une seconde partie de base (102) couplée à la première partie d'écran d'impact et une seconde partie de verrouillage (103) qui s'étend vers l'extérieur à partir de la seconde partie de base, dans lequel la seconde partie de verrouillage (103) comprend une seconde partie supérieure (206) et un second bord descendant (208) ayant une relation fixe entre eux, et dans lequel la seconde partie supérieure et le second bord descendant définissent une seconde cavité ;

    une première partie de bande de calage (104) formée et configurée pour s'accoupler avec la première cavité, la première partie de bande de calage (104) comprenant un premier bord supérieur et un premier bord d'accouplement, dans lequel le premier bord supérieur et le premier bord d'accouplement ont une relation fixe entre eux, qui est un inverse de la relation fixe entre la première partie supérieure et le premier bord descendant ; et

    une seconde partie de bande de calage (104) formée et configurée pour s'accoupler avec la seconde cavité, la seconde partie de bande de calage (104) comprenant un second bord supérieur et un second bord d'accouplement, dans lequel le second bord supérieur et le second bord d'accouplement ont une relation fixe entre eux, qui est un inverse de la relation fixe entre la seconde partie supérieure et le second bord descendant ;

    dans lequel la première partie de bande est soudée à la seconde partie de bande de calage.


     
    2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la première partie de raccordement (102) et la seconde partie de raccordement (103) sont d'un seul tenant avec et formées à partir de l'écran d'impact.
     
    3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première partie de raccordement (102, 103) est soudée au premier écran d'impact (100) et la seconde partie de raccordement (102, 103) est soudée à la seconde partie d'écran d'impact (101).
     
    4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la soudure entre la première partie de bande de calage et la seconde partie de bande de calage est une soudure bout à bout à pénétration complète.
     
    5. Procédé de soudage à deux parties d'un écran d'impact pour une turbine, le procédé comprenant :

    la formation d'une première partie de raccordement (102, 103) sur une première partie (100) de l'écran d'impact en soudant une partie de base de la première partie de raccordement à la première partie d'écran d'impact et dans lequel la première partie de raccordement comprend une partie de verrouillage, qui s'étend vers l'extérieur depuis la partie de base, la première partie de verrouillage comprenant une partie supérieure et un bord descendant ayant une relation fixe entre eux ;

    la formation d'une seconde partie de raccordement (102, 103) sur une seconde partie (101) de l'écran d'impact ;

    la pression de la première partie et de la seconde partie de l'écran d'impact l'une vers l'autre ;

    le maintien de la première partie et la seconde partie de l'écran d'impact dans une relation sensiblement fixe l'une par rapport à l'autre ; et

    tout en maintenant :

    l'accouplement d'une première partie d'une bande de calage (104) avec la première partie de raccordement ;

    l'accouplement d'une seconde partie de bande de calage (104) avec la seconde partie de raccordement ; et

    la soudure de la première partie de la bande de calage à la seconde partie de la bande de calage ;

    dans lequel la première partie de la bande de calage comprend un bord supérieur et un bord d'accouplement, dans lequel le bord supérieur et le bord d'accouplement ont une relation fixé entre eux, qui est un inverse de la relation fixe entre la partie supérieure et le bord descendant de la première partie de raccordement.


     
    6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la première partie de raccordement et la seconde partie de raccordement sont d'un seul tenant avec et formées à partir de l'écran d'impact.
     
    7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la formation d'une seconde partie de raccordement (102, 103) sur une seconde partie (101) de l'écran d'impact comprend :
    le soudage d'une partie de base de la seconde partie de raccordement à la seconde partie d'écran d'impact, la seconde partie de raccordement comprenant une partie de verrouillage, qui s'étend vers l'extérieur depuis la partie de base, la partie de verrouillage comprenant une partie supérieure et un bord descendant ayant une relation fixe entre eux.
     




    Drawing




















    Cited references

    REFERENCES CITED IN THE DESCRIPTION



    This list of references cited by the applicant is for the reader's convenience only. It does not form part of the European patent document. Even though great care has been taken in compiling the references, errors or omissions cannot be excluded and the EPO disclaims all liability in this regard.

    Patent documents cited in the description