Hitzeschild für eine Gasturbine

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Technik der Gasturbinen. Sie betrifft ein Hitzeschild für eine Gasturbinegemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1

[0002] Ein derartiges Hitzeschild ist z.B. aus der Druckschrift US-A-4,650.394 bekannt. Weitere Hitzeschilde sind aus den Druckschriften US-A-4,177,004, US-A-4,551,064, US-A-5,071,313, US-A-5,584,651 oder EP-A1-0 516 322 bekannt.

STAND DER TECHNIK

[0003] Hitzeschilde für Gasturbinen, welche die Laufschaufeln einer Turbinenstufe ringförmig umgeben und einerseits den Heissgaskanal nach aussen begrenzen und anderseits den Spalt zwischen der Aussenwand des Heissgaskanals und den Enden der Laufschaufeln aus Gründen des Wirkungsgrades möglichst klein halten, ohne bei wechselnden Temperaturen eine schleifende Berührung hervorzurufen, sind seit langem bekannt. Derartige Hitzeschilde bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl von kreissegmentförmig gekrümmten Hitzeschildsegmenten, die in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet einen geschlossenen Ring bilden.

[0004] Die einzelnen Hitzeschildsegmente sind häufig an einem Träger lösbar befestigt, der das Hitzeschild konzentrisch umgibt. Aus Gründen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der verschiedenen Einzelteile wird dabei darauf geachtet, das zwischen den Hitzeschildsegmenten und den benachbarten Elementen, welche den Heissgaskanal nach aussen begrenzen, radiale Spalte bzw. ringspaltförmige Hohlräume frei bleiben.

[0005] Das Hitzeschild bzw. die einzelnen Hitzeschildsegmente sind während des Betriebs der Gasturbine einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt. Diese thermische Belastung kann einerseits auf das Hitzeschild selbst negative Auswirkungen haben. Andererseits kann die Hitze durch das Schild nach aussen geleitet werden und dort Schaden hervorrufen. Es werden deshalb üblicherweise Vorkehrungen getroffen, um die Hitzeschildsegmente von der Rückseite bzw. Aussenseite her durch komprimierte Kühlluft, welche meist aus dem Kompressorteil der Gasturbine bzw. dem Plenum stammt, in geeigneter Weise zu kühlen. Diese Kühlung soll möglichst gleichmässig und effizient sein und alle belasteten Bereiche des Hitzeschildes einschliessen. Darüber hinaus sollte verhindert werden, dass Heissgas in die angrenzenden Spalte in der Aussenwand des Heissgaskanals eindringt und die dahinter liegenden Teile der Konstruktion in unerwünschter Weise erhitzt.

[0006] In der US-A-4,177,004 wird ein Hitzeschild für eine Gasturbine offenbart (dortige Fig.1, 2 und 4), bei dem nur auf der stromabwärts gelegenen Längsseite der Hitzeschildsegmente Kühlluft aus dem dahinterliegenden Hohlraum (52) durch Kühlbohrungen (66) in den angrenzenden Zwischenraum (48) geschickt wird und von dort durch Kühlnuten (67) im Klammerteil (43) in den Heissgaskanal geleitet wird (Fig. 4, Fig. 5). Die stromaufwärts gelegene Längsseite des Hitzeschildsegmentes (Fig. 3) wird dagegen nur äusserlich von Kühlluft umspült, die auf anderen Wegen in den dahinterliegenden Hohlraum (62) einströmt. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass das Hitzeschildsegment insgesamt ungleichmässig gekühlt wird, weil auf der stromaufwärts orientierten Längsseite des Hitzeschildsegmentes eine Kühlung von der Rückseite her praktisch nicht stattfindet. Nachteilig ist weiterhin, dass die Kühlnuten (67) in das Klammerelement (43) eingebracht worden sind, was herstellungstechnisch zu einem erheblichen Mehraufwand führt.

[0007] Auch bei der in der US-A-4,551,064 beschriebenen Lösung sind (schräge) Kühlbohrungen (55) nur im Bereich der stromabwärts gelegenen Längskante des Hitzeschildsegmentes angeordnet. Beide an die Hitzeschildsegmente angrenzenden Spalte (64, 68) werden durch Kühlluftströme (59 bzw. 65 in Fig. 1) geflutet, die durch separate Bohrungen (63, 67) von ausserhalb des Hitzeschildes herangeführt werden.

[0008] In der US-A-5,584,651 ist ein Hitzeschild offenbart, bei dessen Segmenten in der stromaufwärts gelegenen Kante ein innerer Hohlraum (38) ausgebildet ist (Fig. 2), durch den Kühlluft strömt und durch direkt an der Kante angeordnete Auslassbohrungen (44) in den Heissgaskanal austritt. Im stromabwärts befindlichen Randbereich bzw. im Bereich der dortigen ist demgegenüber keine spezielle Kühlung vorgesehen, so dass auch in diesem Fall eine sehr ungleichmässige Kühlung der Hitzeschildsegmente zu erwarten ist. Besonders betroffen davon sind die stromabwärts gelegenen inneren Arme der Hitzeschildsegmente mit den Kanten (28b in Fig. 1).

[0009] Eine etwas weitergehende Kühlung wird durch die sich weiter stromabwärts erstreckenden Kühlbohrungen (80) beim Hitzeschild aus der EP-A1-0 516 322 erreicht. Jedoch ist auch hier die stromabwärts liegende Längskante der Hitzeschilde mit den inneren Armen (44) praktisch ungekühlt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0010] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hitzeschild für eine Gasturbine zu schaffen, das die Nachteile bekannter Hitzeschilde vermeidet und sich bei gleichzeitig einfachem Aufbau durch eine effiziente und gleichmässige Kühlung über die gesamte thermisch belastete Fläche der Hitzeschildsegmente und insbesondere der an den Längskanten axial abstehenden inneren Arme auszeichnet.

[0011] Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, an beiden Längsseiten der Hitzeschilde, also sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts, aus dem hinter den Segmenten liegenden Hohlraum Kühlluft durch entsprechende Kühlbohrungen in die angrenzenden Spalte zu führen und so gleichzeitig und gleichmässig auch die beiden Längskantenbereiche der Hitzeschildsegmente zu kühlen und die Spalte gegen ein Eindringen von Heissgasen zu fluten. Die gesamten Kühl- und Flutungsvorrichtungen sind dabei (in Form von Kühlbohrungen bzw. Kühlnuten) am Hitzeschildsegment selbst angeordnet, was die Herstellung wesentlich erleichtert und eine Anpassung der übrigen Teile des Heissgaskanals überflüssig macht. Der Abfluss der Kühlluft an beiden Längsseiten der Hitzeschildsegmente hat auch zur Folge, dass die Kühlluft gleichmässiger über die den Hohlraum begrenzenden Aussenseiten der Segmente streicht und so die gesamte Segmentfläche gleichmässig kühlt. Hierdurch wird die thermische Belastung über die gesamte Fläche gleichmässig verringert und die Lebensdauer der Hitzeschildsegmente deutlich verlängert.

[0012] Dazu gehört, dass die Hitzeschildsegmente mittels Klammern am Träger befestigt sind, welche Klammern mit L-förmig nach innen abgebogenen Enden von beiden Seiten unter dem Träger in die zwischen den Armpaaren gebildeten Zwischenräume eingreifen, dass die aus den Kühlbohrungen ausströmende Kühlluft in den Zwischenräumen zwischen den L-förmig nach innen abgebogenen Enden der Klammern und den innenliegenden Armen der Hitzeschildsegmente zu den Spalten geführt wird, und dass zur Führung der aus den Kühlbohrungen austretenden Kühlluft in die Aussenseiten der innenliegenden Arme zu den Kühlbohrungen fluchtende Kühlnuten eingelassen sind. Durch die Kühlnuten in den inneren Armen wird die Wärmeübergangsfläche an den Armen erhöht und die Kühlung der (vom kühlluftgefüllten Hohlraum am weitesten entfernten) Arme wesentlich vergleichmässigt und verbessert.

[0013] Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Hitzeschildes zeichnet sich dadurch aus, dass zur Verringerung des Durchbiegens des Hitzeschildes bei Temperaturwechseln auf der Aussenseite der Hitzeschildsegmente im Bereich des Hohlraumes axial verlaufende Versteifungsrippen angeordnet bzw. angeformt sind, dass innerhalb des Hohlraumes und von der Aussenseite der Hitzeschildsegmente beabstandet ein in Umfangsrichtung verlaufendes, mit Oeffnungen versehenes Prallkühlblech angeordnet ist, und dass innerhalb der Versteifungsrippen einzelne, radial nach aussen abstehende Nasen bzw. Pins angeordnet sind, auf welchen das Prallkühlblech aufliegt. Die Versteifungsrippen mit den ausgeformten Nasen versteifen die Hitzeschildsegmente in axialer Richtung und verringern dadurch die Gefahr eines Anstreifens der Laufschaufeln am Hitzeschild. Sie verbessern darüber hinaus den Wärmeübergang zwischen dem Segment und der durch den Hohlraum strömenden Kühlluft. Die Nasen, die zur Auflage des Prallkühlbleches dienen, können dabei zusammen mit den Versteifungsrippen auf einfache Art und Weise beim Giessen der Segmente mit ausgeformt werden.

[0014] Ein unerwünschtes Abfliessen der Kühlluft aus den Spalten nach aussen wird effektiv verhindert, wenn gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oberhalb der Kühlbohrungen zwischen den Klammern und den Längsseiten der Hitzeschildsegmente erste axiale elastische Dichtungen angeordnet sind.

[0015] Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

[0016] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1

in einer teilweise längsgeschnittenen Darstellung in einem Ausschnitt die Anordnung eines Hitzeschildes in einer Gasturbine gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2

den Querschnitt durch ein Segment des Hitzeschildes nach Fig. 1 (ohne Darstellung der Kühlbohrungen und -nuten);

Fig. 3

den Längsschnitt durch das Hitzeschildsegment nach Fig. 2 in der Schnittebene A - A;

Fig. 4

den Schnitt durch die Längskanten des Segmentes aus Fig. 3 in der Schnittebene B - B;

Fig. 5

den Schnitt durch die Längskanten des Segmentes aus Fig. 3 in der Schnittebene C - C;

Fig. 6

den zu Fig. 2 vergleichbaren Querschnitt durch eine Hitzeschildsegment gemäss einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit angeformter, rückseitiger, axialer Versteifungsrippe und Auflagepins für eine Prallkühlblech;

Fig. 7

den Schnitt durch das Hitzeschildsegment aus Fig. 6 in der Schnittebene B - B;

Fig. 8

den Schnitt durch das Hitzeschildsegment aus Fig. 6 in der Schnittebene A - A;

Fig. 9

das Hitzeschildsegment aus Fig. 6 mit aufliegendem Prallkühlblech;

Fig. 10

den Schnitt durch das Hitzeschildsegment aus Fig. 9 in der Schnittebene B - B; und

Fig. 11

ein anderes Ausführungsbeispiel eines Hitzeschildes nach der Erfindung mit mehrfachen axialen Dichtungen zur Verhinderung eines Kühlluftverlustes in den Spalten.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0017] In Fig. 1 ist in einem Ausschnitt die teilweise längsgeschnittene Anordnung eines Hitzeschildes in einer Gasturbine 10 gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus dem (rotationssymmetrischen) Heissgaskanal 11 der Gasturbine, welcher von den heissen Verbrennungsgasen aus der (nicht dargestellten) Brennkammer der Gasturbine in Richtung der eingezeichneten vier parallelen Pfeile durchströmt wird. Im Heissgaskanal 11 sind Leitschaufeln 13 angeordnet, die sich in radialer Richtung erstrecken und an ihrem äusseren Ende in einen Aussenring 14 übergehen, der den Heissgaskanal 11 im Bereich der Leitschaufeln 13 nach aussen hin begrenzt. Auf die Leitschaufeln 13 folgen stromabwärts Laufschaufeln 12, die auf einem (nicht dargestellten) Rotor der Gasturbine befestigt sind und zusammen mit diesem um die Turbinenachse rotieren, wenn sie mit dem im Heissgaskanal 11 strömenden Heissgas beaufschlagt werden. Hinter dem Kranz von Laufschaufeln 12 können stromabwärts weitere Leitschaufel- und Laufschaufelkränze folgen, auf die hier nicht weiter Bezug genommen werden muss. In jedem Fall ist der Heissgaskanal 11 hinter den Laufschaufeln 12 nach aussen hin durch einen Zwischenring 15 oder durch eine dahinterfolgende Leitschaufel begrenzt.

[0018] Der Kranz der Laufschaufeln 12 ist von einem Hitzeschild konzentrisch umgeben, das sich aus einer Vielzahl von kreissegmentförmig gekrümmten einzelnen, in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten, Hitzeschildsegmenten 17 zusammensetzt. Ein solches Hitzeschildsegment 17 ist in Fig. 1 innerhalb der Gesamtanordnung und in Fig. 2 für sich genommen im Querschnitt wiedergegeben. Das Hitzeschild insgesamt begrenzt den Heissgaskanal 11 im Bereich der Laufschaufeln 12 und bestimmt gleichzeitig den Spalt zwischen der Kanalwand und dem äusseren Ende der Laufschaufeln 12.

[0019] Die einzelnen Hitzeschildsegmente 17 sind gekrümmte Platten, die an ihren Längsseiten, d.h., den quer zur Strömungsrichtung bzw. zur Turbinenachse orientierten Seiten, in Umfangsrichtung verlaufende, möglicherweise mit Einschnitten versehene, Schienen aufweisen, die jeweils ein Paar in axialer Richtung abstehender, parallel verlaufender und voneinander beabstandeter Arme 21, 22 bzw. 23, 24 umfassen (siehe dazu auch die vergleichbare Fig. 3 der US-A-5,071,313). Die Hitzeschildsegmente 17 sind unter Bildung eines Hohlraumes 20 auf der Innenseite eines konzentrisch umlaufenden, ringförmigen Trägers 16 befestigt. Die Befestigung erfolgt jeweils über zwei Klammern 18 und 19, die mit L-förmig nach innen abgebogenen Enden von beiden Seiten unter dem Träger 16 in die zwischen den Armpaaren 21, 22 bzw. 23, 24 gebildeten Zwischenräume 25 bzw. 26 eingreifen. Um ausreichend Spiel für unterschiedliche thermische Ausdehnung zu haben, sind zwischen den Klammern 18 und 19 und den jeweils angrenzenden Wandelementen 15 und 14 radiale Spalte 29 und 30 freigelassen.

[0020] Die Kühlung der Hitzeschildsegmente 17 erfolgt von aussen über den Hohlraum 20. In diesen Hohlraum wird an einer (nicht gezeigten) Stelle komprimierte Kühlluft aus dem Plenum der Gasturbine eingelassen, die dann durch an beiden Längsseiten des Hitzeschildsegmentes 17 angeordnete Kühlbohrungen 27, 28 in die Zwischenräume 25 und 26 zwischen den Armpaaren 21, 22 und 23, 24 ausströmt (siehe die gekrümmten Pfeile im Hohlraum 20 der Fig. 1). Die Kühlbohrungen 27, 28 sind so angeordnet, dass die Kühlluft zwischen den Innenseiten (Unterseiten) der L-förmig abgebogenen Enden der Klammern 18, 19 und den Aussenseiten (Oberseiten) der innenliegenden Arme 21, 23 hindurch nach aussen in die Spalte 29 und 30 strömt und von dort in den Heissgaskanal 11 austritt. Damit die Kühlluftströmung weitgehend ungehindert stattfinden kann, sind auf den Aussenseiten der innenliegenden Arme 21, 23 zu den Kühlbohrungen 27, 28 fluchtend Kühlnuten 31, 32 eingelassen. Fig. 3 zeigt diese Kühlnuten 31, 32 in der Draufsicht, die Fig. 4 und 5 zeigen die Kühlnuten bzw. Kühlbohrungen im Querschnitt.

[0021] Durch die beschriebene Art der Kühlluftführung werden mehrere Anforderungen sicher und auf einfache Weise erfüllt: Da die Kühlluft gleichmässig an beiden Längsseiten aus dem Hohlraum 20 austritt, ist der Boden des Hohlraumes 20 bzw. die Aussenseite des Hitzeschildsegmentes gleichmässig und ganzflächig mit Kühlluft beaufschlagt, so dass lokale Ueberhitzungen sicher vermieden werden. Gleichzeitig wird verhindert, dass zu viel Hitze durch Wärmeleitung in die äusseren Arme 22, 24 und von dort weiter in den Träger gelangt. Weiterhin werden die Klammern 18, 19 an ihrem abgewinkelten Ende effektiv gekühlt, so dass auch sie nur wenig Wärme nach aussen leiten. Darüber hinaus sind auch die innenliegenden Arme 21, 23 effektiv gegen Ueberhitzung geschützt. Schliesslich werden durch die austretende Kühlluft die Spalte 29, 30 mit Kühlluft geflutet, wodurch eine unerwünschtes Eindringen von Heissgas in die Spalte sicher vermieden wird. In diesem Zusammenhang ist es strömungstechnisch besonders günstig, wenn die Kühlbohrungen 27, 28 und die damit fluchtenden Kühlnuten 31, 32 - wie aus der Darstellung in Fig. 3 ersichtlich ist - in der Ebene des Hitzeschildsegmentes 17 aus der axialen Richtung heraus zur Drehrichtung 42 der Laufschaufel 12 bzw. Gasturbine hin verkippt angeordnet sind.

[0022] Wie bereits weiter oben erwähnt, bestimmt die Lage der Hitzeschildsegmente 17 massgeblich den Spalt zwischen Hitzeschild und dem äusseren Ende der Laufschaufeln 12. Dieser Spalt soll einerseits möglichst klein sein, Wirkungsgradverluste zu minimieren. Andererseits muss der Spalt ausreichend gross sein, um bei verschiedenen Temperaturen und den damit verbundenen unterschiedlichen Ausdehnungen der Elemente eine schleifendes Berühren zwischen Laufschaufeln und Hitzeschild nach Möglichkeit zu vermeiden. Um die Toleranzen eng halten zu können, ist es von Vorteil, das temperaturbedingte Verbiegen der Hitzeschildsegmente dadurch zu verringern, dass gemäss Fig. 6 bis 10 auf der Aussenseite der Hitzeschildsegmente 17' von einer zur anderen Längsseite verlaufende axiale Versteifungsrippen 33 angeordnet werden. Diese Versteifungsrippen 33 können beim Giessen der Hitzeschildsegmente 17' vorteilhafterweise mit angeformt werden.

[0023] Besonders günstig ist es, wenn mit den und innerhalb der Versteifungsrippen 33 gleichzeitig auch noch verteilt radial nach aussen abstehende Nasen bzw. Pins 34, 35 angeformt werden, auf denen sich dann ein innerhalb der Hohlräume 20 um das Hitzeschild umlaufendes Prallkühlblech 36 (Fig. 9, 10) abstützen kann. Das Prallkühlblech 36 kann so ohne spezielle Formgebung nahe an der Aussenseite der Hitzeschildsegmente 17' plaziert werden, wodurch die Kühlwirkung der durch die Oeffnungen 37 im Prallkühlblech 36 strömenden Kühlluft deutlich erhöht wird. Gleichzeitig erhöhen die Nasen bzw. Pins 34 die Wärmeübergangsfläche und sorgen für eine zusätzliche Verwirbelung der Kühlluft.

[0024] Eine weitere Verbesserung der Kühlung lässt sich erreichen bzw. eine örtliche Ueberhitzung durch einen unerwünschten Kühlluftaustritt verhindern, wenn unerwünschte Kühlluftverluste wirksam begrenzt oder ganz vermieden werden. Hierzu können gemäss Fig. 11 zwischen den L-förmig gebogenen Enden der Klammern 18, 19 und den gegenüberliegenden Längsseiten der Hitzeschildsegmente 17 axiale elastische Dichtungen 39, 41 vorgesehen werden, die ein Abfliessen der aus den Kühlbohrungen 27, 28 ausströmenden Kühlluft in die Spalte zwischen den Klammern 18, 19 und dem Träger 16 verhindert. Da die Kühlluft an den Dichtungen 39 direkt vorbeistreicht, sind die Dichtungen gleichzeitig wirksam gekühlt. Zusätzliche axiale elastische Dichtungen 38, 40, die zwischen den Klammern 18, 19 und dem Träger 16 angeordnet sind, verbessern die Abdichtung weiter. Der Vorteil dieser abgedichteten Anordnung besteht einerseits darin, dass verhindert wird, dass Heissgas einbrechen kann und zu örtlicher Ueberhitzung führt. Andererseits wird die Kühlluftleckage minimiert und die Kühlluft an den Stellen zum Kühlen verwendet, an denen sie tatsächlich erforderlich ist. Die reduzierte Leckage und die gezielte Verwendung von Kühlluft führen zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades der Turbinenstufe bzw. der Maschine insgesamt.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0025] 

10

Gasturbine

11

Heissgaskanal

12

Laufschaufel

13

Leitschaufel

14

Aussenring

15

Zwischenring

16

Träger

17,17'

Hitzeschildsegment

18,19

Klammer

20

Hohlraum (für Kühlluft)

21,22

Arm

23,24

Arm

25,26

Zwischenraum

27,28

Kühlbohrung

29,30

Spalt

31,32

Kühlnut

33

Versteifungsrippe (axial)

34,35

Nase (Pin)

36

Prallkühlblech

37

Oeffnung

38-41

axiale Dichtung (elastisch)

42

Drehrichtung (Laufschaufel 12)

Ansprüche

1. Hitzeschild für eine Gasturbine (10), welches Hitzeschild die im Heissgaskanal (11) der Gasturbine (10) rotierenden Laufschaufeln (12) einer Stufe der Gasturbine (10) ringförmig umschliesst und aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten, kreissegmentförmig gekrümmten und von aussen gekühlten Hitzeschildsegmenten (17, 17') besteht, deren Längsseiten als in Umfangsrichtung verlaufende, entsprechend gekrümmte Schienen mit jeweils einem Paar in axialer Richtung abstehender, parallel verlaufender und voneinander beabstandeter Arme (21, 22 bzw. 23, 24) ausgebildet sind, wobei die Hitzeschildsegmente (17, 17') unter Bildung eines mit Kühlluft beaufschlagbaren Hohlraumes (20) an der Innenseite eines ringförmigen Trägers (16) befestigt sind, welcher den Hitzeschild konzentrisch umgibt, derart, dass zwischen den Längsseiten der Hitzeschildsegmente (17, 17') und den angrenzenden Elementen (14, 15), welche den Heissgaskanal (11) nach aussen begrenzen, jeweils ein radialer Spalt (29, 30) gebildet wird, wobei in beiden Längsseiten der Hitzeschildsegmente Kühlbohrungen (27, 28) vorgesehen sind, durch welche Kühlluft aus dem Hohlraum (20) in die zwischen den Armpaaren (21, 22 bzw. 23, 24) gebildeten Zwischenräume (25, 26) und von dort in die Spalte (29, 30) einströmen und dem Eindringen von Heissgasen aus dem Heissgaskanal (11) in die Spalte (29, 30) entgegenwirken kann, wobei die Hitzeschildsegmente (17, 17') mittels Klammern (18, 19) am Träger (16) befestigt sind, welche Klammern (18, 19) mit L-förmig nach innen abgebogenen Enden von beiden Seiten unter dem Träger (16) in die zwischen den Armpaaren (21, 22 bzw. 23, 24) gebildeten Zwischenräume (25, 26) eingreifen, und wobei die aus den Kühlbohrungen (17, 28) ausströmende Kühlluft in den Zwischenräumen (25, 26) zwischen den L-förmig nach innen abgebogenen Enden der Klammern (18, 19) und den innenliegenden Armen (21, 23) der Hitzeschildsegmente (17, 17') zu den Spalten (29, 30) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung der aus den Kühlbohrungen (27, 28) austretenden Kühlluft in die Aussenseiten der innenliegenden Arme (21, 23) zu den Kühlbohrungen (27, 28) fluchtende Kühlnuten (31, 32) eingelassen sind.

2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbohrungen (27, 28) und Kühlnuten (31, 32) in der Ebene des Hitzeschildsegmentes (17, 17') aus der axialen Richtung heraus zur Drehrichtung der Gasturbine (10) hin verkippt angeordnet sind.

3. Hitzeschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Durchbiegens des Hitzeschildes bei Temperaturwechseln auf der Aussenseite der Hitzeschildsegmente (17, 17') im Bereich des Hohlraumes (20) axial verlaufende Versteifungsrippen (33) angeordnet bzw. angeformt sind.

4. Hitzeschild nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hohlraumes (20) und von der Aussenseite der Hitzeschildsegmente (17, 17') beabstandet ein in Umfangsrichtung verlaufendes, mit Oeffnungen (37) versehenes Prallkühlblech (36) angeordnet ist, und dass innerhalb der Versteifungsrippen (33) einzelne, radial nach aussen abstehende Nasen bzw. Pins (34, 35) angeordnet sind, auf welchen das Prallkühlblech (36) aufliegt.

5. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung des Abfliessens von Kühlluft nach aussen oberhalb der Kühlbohrungen (27, 28) zwischen den Klammern (18, 19) und den Längsseiten der Hitzeschildsegmente (17, 17') erste axiale elastische Dichtungen (39, 41) angeordnet sind.

6. Hitzeschild nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klammern (18, 19) und dem Träger (16) zusätzlich zweite axiale, elastische Dichtungen (38, 40) angeordnet sind.

Claims

1. Heat shield for a gas turbine (10), which heat shield encloses in an annular manner the moving blades (12), rotating in the hot-gas duct (11) of the gas turbine (10), of a stage of the gas turbine (10) and consists of a plurality of heat-shield segments (17, 17') which are arranged one behind the other in the circumferential direction, are curved in the shape of a segment of a circle and are cooled from outside, and the longitudinal sides of which are designed as correspondingly curved rails running in the circumferential direction and having in each case a pair of arms (21, 22 and 23, 24 resp.) which project in the axial direction, run in parallel and are at a distance from one another, the heat-shield segments (17, 17'), while forming a cavity (20) to which cooling air can be admitted, are fastened to the inside of an annular carrier (16), which concentrically surrounds the heat shield in such a way that in each case a radial gap (29, 30) is formed between the longitudinal sides of the heat-shield segments (17, 17') and the adjacent elements (14, 15) which define the hot-gas duct (11) on the outside, cooling holes (27, 28) being provided in both longitudinal sides of the heat-shield segments, through which cooling holes (27, 28) cooling air flows from the cavity (20) into the intermediate spaces (25, 26) formed between the arm pairs (21, 22 and 23, 24 resp.) and flows from there into the gaps (29, 30) and can counteract the ingress of hot gases from the hot-gas duct (11) into the gaps (29, 30), the heat-shield segments (17, 17') being fastened to the carrier (16) by means of clamps (18, 19), which, with ends bent inward in an L-shape, engage from both sides under the carrier (16) in the intermediate spaces (25, 26) formed between the arm pairs (21, 22 and 23, 24 resp.), and the cooling air flowing out of the cooling holes (27, 28) being directed in the intermediate spaces (25, 26) between the ends, bent inward in an L-shape, of the clamps (18, 19) and the inner arms (21, 23) of the heat-shield segments (17, 17') to the gaps (29, 30), characterized in that cooling slots (31, 32) in alignment with the cooling holes (27, 28) are made in the outsides of the inner arms (21, 23) in order to direct the cooling air discharging from the cooling holes (27, 28).

2. Heat shield according to Claim 1, characterized in that the cooling holes (27, 28) and cooling slots (31, 32) are arranged in the plane of the heat-shield segment (17, 17') in such a way as to slant away from the axial direction in the direction of rotation of the gas turbine (10).

3. Heat shield according to Claim 1 or 2, characterized in that, to reduce the deflection of the heat shield during temperature changes, axially running stiffening ribs (33) are arranged or integrally formed on the outside of the heat-shield segments (17, 17') in the region of the cavity (20).

4. Heat shield according to Claim 3, characterized in that an impingement-cooling plate (36) running in the circumferential direction and provided with openings (37) is arranged inside the cavity (20) and at a distance from the outside of the heat-shield segments (17, 17'), and in that individual lugs or pins (34, 35), which project radially outward and on which the impingement-cooling plate (36) is supported, are arranged inside the stiffening ribs (33).

5. Heat shield according to Claim 1, characterized in that, to prevent the cooling air from flowing off to the outside, first axial elastic seals (39, 41) are arranged above the cooling holes (27, 28) between the clamps (18, 19) and the longitudinal sides of the heat-shield segments (17, 17').

6. Heat shield according to Claim 5, characterized in that second axial, elastic seals (38, 40) are additionally arranged between the clamps (18, 19) and the carrier (16).

Revendications

1. Bouclier thermique pour une turbine à gaz (10), lequel bouclier thermique entoure annulairement les aubes mobiles (12) en rotation dans le canal de gaz chauds (11) de la turbine à gaz (10) d'un étage de la turbine à gaz (10) et se compose d'une pluralité de segments de bouclier thermique (17, 17') disposés les uns derrière les autres dans la direction périphérique, de courbure en forme de segments de cercle et refroidis depuis l'extérieur, dont les longs côtés sont réalisés sous forme de rails s'étendant dans la direction périphérique, de courbure correspondante, ayant chacun une paire de bras (21, 22, respectivement 23, 24) saillant dans la direction axiale, s'étendant parallèlement et espacés les uns des autres, les segments de bouclier thermique (17, 17') étant fixés, en formant un espace creux (20) sollicité par de l'air de refroidissement, au côté interne d'un support annulaire (16) qui entoure concentriquement le bouclier thermique, de telle sorte qu'entre les longs côtés des segments de bouclier thermique (17, 17') et les éléments adjacents (14, 15), qui délimitent le canal de gaz chauds (11) vers l'extérieur, une fente radiale respective (29, 30) soit formée, des alésages de refroidissement (27, 28) étant prévus dans les deux longs côtés des segments de bouclier thermique, à travers lesquels de l'air de refroidissement peut s'écouler hors de l'espace creux (20) dans les espaces intermédiaires (25, 26) formés entre les paires de bras (21, 22, respectivement 23, 24) et de là dans les fentes (29, 30) et peut s'opposer à la pénétration de gaz chauds hors du canal de gaz chauds (11) dans les fentes (29, 30), les segments de bouclier thermique (17, 17') étant fixés au support (16) au moyen de pinces (18, 19), lesquelles viennent en prise par des extrémités recourbées en forme de L vers l'intérieur des deux côtés sous le support (16) dans les espaces intermédiaires (25, 26) formés entre les paires de bras (21, 22, respectivement 23, 24), et l'air de refroidissement s'écoulant hors des alésages de refroidissement (17, 28) étant guidé dans les espaces intermédiaires (25, 26) entre les extrémités recourbées vers l'intérieur en forme de L des pinces (18, 19) et les bras situés à l'intérieur (21, 23) des segments de bouclier thermique (17, 17') vers les fentes (29, 30), caractérisé en ce que pour le guidage de l'air de refroidissement sortant des alésages de refroidissement (27, 28), des rainures de refroidissement (31, 32) en affleurement avec les alésages de refroidissement (27, 28) sont pratiquées dans les côtés extérieurs des bras situés à l'intérieur (21, 23).

2. Bouclier thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les alésages de refroidissement (27, 28) et les rainures de refroidissement (31, 32) sont disposés de manière basculée hors de la direction axiale vers la direction de rotation de la turbine à gaz (10) dans le plan du segment de bouclier thermique (17, 17').

3. Bouclier thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour réduire la flexion du bouclier thermique en cas de changements de températures, on dispose ou on forme sur le côté extérieur des segments de bouclier thermique (17, 17') des nervures de renforcement (33) s'étendant axialement (20) dans la région de l'espace creux.

4. Bouclier thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'espace creux (20) et à distance du côté extérieur des segments de bouclier thermique (17, 17') est disposée une tôle de refroidissement par impact (36) pourvue d'ouvertures (37) et s'étendant dans la direction périphérique, et en ce qu'à l'intérieur des nervures de renforcement (33) sont disposés des ergots ou des goupilles (34, 35) individuels saillants radialement vers l'extérieur, sur lesquels repose la tôle de refroidissement par impact (36).

5. Bouclier thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour empêcher l'écoulement d'air de refroidissement vers l'extérieur au-dessus des alésages de refroidissement (27, 28) on dispose entre les pinces (18, 19) et les côtés longs des segments de bouclier thermique (17, 17') des premiers joints d'étanchéité axiaux élastiques (39, 41).

6. Bouclier thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'en outre des deuxièmes joints d'étanchéité axiaux élastiques (38, 40) sont disposé entre les pinces (18, 19) et le support (16).

Zeichnung