Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНТАЖА ЭЛЕМЕНТА ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ЭКРАНА

Изобретение касается монтажного устройства, предназначенного для монтажа элемента теплозащитного экрана, способа монтажа элемента теплозащитного экрана и применения монтажного устройства с признаками, указанными в ограничительных частях соответствующих независимых пунктов формулы изобретения.

Во многих случаях технического применения используются керамические теплозащитные экраны высокой мощности, устойчивые к температурам до 1600 градусов Цельсия. В частности, у турбомашин, таких как газовые турбины и турбинные силовые установки, которые находят применение на генерирующих электростанциях и в больших самолетах, у теплозащитных экранов имеются соответственно большие защищаемые теплозащитными экранами поверхности внутри их топочных камер. Из-за термического расширения и из-за больших размеров экран должен состоять из множества отдельных изготовленных из керамики элементов теплозащитного экрана, которые находятся на расстоянии достаточного зазора друг от друга. Этот зазор обеспечивает элементам теплозащитного экрана достаточное пространство для термического расширения. Однако так как этот зазор также обеспечивает возможность непосредственного контакта горячих горючих газов с несущей структурой, на которой установлен теплозащитный экран, в качестве эффективной контрмеры через зазоры в направлении топочной камеры по каналам охлаждения вдувается охлаждающая текучая среда в виде охлаждающего воздуха. Этот охлаждающий воздух применяется также для того, чтобы целенаправленно обдувать и тем самым охлаждать металлические крепления, с помощью которых керамические элементы теплозащитного экрана (CHS, Ceramic Heat Shields) присоединены к несущей структуре.

Чтобы выполнить эти крепления как можно более простыми и цельными, известна конструкция, при которой эти крепления, с одной стороны, могут вдвигаться, входя в зацепление, в паз, выполненный в несущей структуре в окружном направлении и параллельно, а с другой стороны, закрепляются в крепежных пазах с помощью выполненных захватных участков, которые выполнены в боковых кромках керамических элементов теплозащитного экрана. Элементы теплозащитного экрана поочередно вдвигаются креплениями в пазы несущей структуры, при этом последующие элементы стопорят элементы, установленные ранее, в их положениях. Таким образом может быть, например, образован окружной ряд элементов теплозащитного экрана в топочной камере газовой турбины.

Однако последний оставшийся элемент теплозащитного экрана не может монтироваться таким образом, потому что имеющиеся с обеих сторон соседние элементы теплозащитного экрана блокируют тангенциально направленное движение монтажа. Часто такой последний элемент теплозащитного экрана называется декоративным элементом или коротко заглушкой. Следовательно, для установки последнего элемента теплозащитного экрана применяются решения, содержащие резьбовые соединения, которые позволяют осуществлять монтаж элемента теплозащитного экрана в направлении, перпендикулярном плоскости несущей структуры.

В известном резьбовом соединении для этого используются четыре болта, которые входят в зацепление в гнезда, выполненные для этого в боковых кромках элемента теплозащитного экрана. Большой недостаток этого решения заключается в том, что монтаж связан с проблемой манипулирования. Манипулирование четырьмя болтами вынуждает, например, к применению средств фиксации, таких как склеивание или клейкая лента, которые ненадежны, поэтому болты могут потеряться и из-за высокого риска повреждения обязательно должны быть найдены. Кроме того, монтаж с поднятыми над головой руками неудобен, так как из-за фиксации клейкой лентой болты могут перевернуться, и поэтому их нельзя будет больше ввести в предусмотренные отверстия. Так как речь идет о последнем элементе теплозащитного экрана, болты не могут позиционироваться вручную, а должны вставляться в отверстия вслепую с помощью торцевого инструмента. Кроме того, может возникнуть необходимость в использовании двух человек для монтажа последнего элемента теплозащитного экрана, так как четыре болта должны вводиться в соответствующие четыре отверстия в несущей структуре.

В документе EP 1701095 A1 и EP 0558540 B1 в качестве примера описан выполненный, как описано выше, теплозащитный экран, обладающий изложенными преимуществами и недостатками. Часто элементы теплозащитного экрана называются также кирпичами, а удерживающие их крепежные элементы держателями кирпичей.

Настоящее изобретение ставит перед собой задачу, надежным и несложным образом обеспечить монтаж элемента теплозащитного экрана в направлении, перпендикулярном к поверхности несущей структуры теплозащитного экрана, состоящего из множества элементов теплозащитного экрана.

Для решения этой задачи изобретение в первом аспекте исходит из монтажного устройства, предназначенного для монтажа плоскостно выполненного элемента теплозащитного экрана, включающего в себя множество элементов теплозащитного экрана, установленных рядом друг с другом, с помощью по меньшей мере одного болтового соединения на несущей структуре. При этом направление монтажа указывает в направлении, перпендикулярном к поверхности несущей структуры. Кроме того, в элементе теплозащитного экрана имеется по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для продевания монтажного инструмента, в частности, винтового инструмента.

Чтобы с помощью описанного монтажного устройства решить задачи изобретения, имеется рама, снабженная средствами для удержания по меньшей мере одного винтового инструмента и по меньшей мере одним крепежным устройством, предназначенным для фиксации элемента теплозащитного экрана на этой раме, таким образом, что положение по меньшей мере одного винтового инструмента и по меньшей мере одного крепежного устройства друг относительно друга сохраняется.

Крепежное устройство, предназначенное для фиксации элемента теплозащитного экрана на раме, предпочтительно выполнено в виде вакуумного присоса, с помощью которого на обычно гладкой поверхности элемента теплозащитного экрана может быть получено хорошее соединение посредством присасывания.

Кроме того, крепежное устройство, предназначенное для фиксации элемента теплозащитного экрана на раме, может быть неподвижно соединено с рамой.

По другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения крепежное устройство, предназначенное для фиксации элемента теплозащитного экрана на раме, может быть соединено с рамой с возможностью перестановки по высоте. Благодаря этому становится возможной адаптация монтажного устройства к выполняемой задаче.

По меньшей мере одно средство, предназначенное для удержания по меньшей мере одного винтового инструмента, выполнено с возможностью вращения и/или опрокидывания и/или линейного смещения относительно рамы.

Средство, предназначенное для удержания по меньшей мере одного винтового инструмента, выполнено в виде шарового шарнира, и этот шаровой шарнир нагружен определенной заданной тяжестью хода или трением, благодаря чему винтовой инструмент может гибко регулироваться и одновременно фиксироваться в достигнутом положении.

Предлагаемое изобретением монтажное устройство может адаптироваться для монтажа имеющихся декоративных элементов теплозащитного экрана с помощью четырех резьбовых соединений, если, в частности, предусмотрены четыре винтовых инструмента для каждого из четырех соответствующих крепежных болтов.

Для простого ручного манипулирования по меньшей мере один винтовой инструмент оснащен ручкой, служащей для ручного манипулирования винтовым инструментом. Эта ручка, например, в простейшем случае выполнена в виде цилиндрического утолщения области головки винтового инструмента.

Кроме того, по меньшей мере один винтовой инструмент может вставляться своим острием в фасонное углубление, выполненное в головке крепежного болта. Фасонное углубление соответствующего винтовому инструменту крепежного болта по меньшей мере одного болтового соединения элемента теплозащитного экрана предпочтительно выполнено в виде сопряжения с внутренним шестигранником, с крестообразным или поперечным шлицом, или иначе выполненного углубления, обеспечивающего зацепление.

В технологическом аспекте задачи изобретения решаются с помощью способа монтажа элемента теплозащитного экрана с помощью монтажного устройства по одному из описанных выше предпочтительных вариантов осуществления.

Для этого

- по меньшей мере один крепежный болт элемента теплозащитного экрана вставляется в предусмотренное для крепежного болта гнездо или отверстие,

- по меньшей мере один вакуумный присос крепежного устройства, предназначенного для фиксации элемента теплозащитного экрана на раме монтажного устройства, путем прижатия к поверхности горячей стороны элемента теплозащитного экрана приводится в соединение посредством присасывания,

- по меньшей мере один винтовой инструмент вставляется в фасонное углубление, выполненное в головке крепежного болта,

- элемент теплозащитного экрана с помощью установленного на нем монтажного устройства монтажным движением, направленным по перпендикуляру к поверхности несущей структуры теплозащитного экрана, направляется в предусмотренное для него положение,

- по меньшей мере один крепежный болт с помощью соединенного с ним винтового инструмента вводится в выполненное в несущей структуре соответствующее отверстие для резьбового соединения, так что происходит подготовка к процессу резьбового соединения,

- по меньшей мере один винтовой инструмент с крепежным болтом ввертывается в отверстие для резьбового соединения, и

- монтажное устройство снимается с элемента теплозащитного экрана, при этом вакуумный присос отсоединяется, и по меньшей мере один винтовой инструмент вынимается из фасонного углубления по меньшей мере одного крепежного болта. Затем каждый крепежный болт затягивается динамометрическим ключом до определенного желаемого момента затяжки.

С помощью предлагаемого изобретением способа обеспечивается возможность выполнения монтажа элемента теплозащитного экрана в любой желаемой ориентации или положении, в том числе также под любым углом наклона или с поднятыми над головой руками.

По одному из аспектов, касающемуся технологии применения, задачи изобретения решаются путем применения монтажного устройства, предназначенного для монтажа последнего элемента теплозащитного экрана, замыкающего ряд смонтированных ранее соседних элементов теплозащитного экрана.

При этом теплозащитный экран служит предпочтительно для облицовки обтекаемых горячими горючими газами стенок турбомашины, которая, в частности, может быть выполнена в виде газовой турбины. Такие турбомашины применяются в качестве приводных агрегатов электрогенераторов на электростанциях или в качестве силовых установок в больших самолетах.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в остальных признаках, указанных в зависимых пунктах формулы изобретения. Кроме того, другие признаки, свойства и преимущества изобретения содержатся в последующем описании примеров осуществления со ссылкой на прилагаемые фигуры.

Ниже изобретение поясняется на одном из примеров осуществления с помощью соответствующего чертежа. Показано:

фиг.1: вид в перспективе одного из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением монтажного устройства при применении с элементом теплозащитного экрана.

Показанный на фиг.1 предпочтительный вариант осуществления предлагаемого изобретением монтажного устройства установлен на элементе 14 теплозащитного экрана известной конструкции.

Элемент 14 предназначен для перпендикулярного резьбового соединения с несущей структурой 17, и для этого на каждой из двух отвернутых друг от друга боковых кромок снабжен двумя углублениями 4, которые при этом предпочтительно выполнены прямоугольными, чтобы вставляемые в каждое из них шайбы или, соответственно, уголки 2 фиксировались от прокручивания. Каждое углубление 4 снабжено также боковым гнездом 1, в которое сбоку вставляется корпус стержня крепежного болта 18.

Крепежный болт 18 с шайбой или, соответственно, уголком 2 может, таким образом, сбоку вставляться в боковое гнездо 1 и углубление 4. В головке крепежного болта 18 предусмотрено фасонное углубление для помещения выполненного в соответствующей форме острия винтового инструмента. Это фасонное углубление и острие инструмента предпочтительно выполнены в виде одного из известных торцовых соединений с внутренним шестигранником, однако может иметь и другие формы, такие как крестообразный или поперечный шлиц.

В осевом направлении над фасонным углублением головки 3 крепежного болта 18 с горячей стороны 21 элемента 14 теплозащитного экрана проделано сквозное входное отверстие 5 до пространства, образованного углублением 4. Размер диаметра этого входного отверстия 5 существенно меньше, чем диаметр головки 2 крепежного болта 18, и выбран так, чтобы он был достаточен для прохождения винтового инструмента 6. Поэтому при эксплуатации теплозащитного экрана горячие горючие газы только в ограниченной степени попадают через эти сокращенные до минимума входные отверстия 5 в углубления 4 к металлическим шайбам 2 и головкам 3 крепежных болтов 18. Кроме того, углубления 4 омываются охлаждающей текучей средой, которая вдувается через промежуточные зазоры d со стороны несущей структуры 17 в топочную камеру, чтобы запереть углубления 4 от входа горячего газа. Часть охлаждающей текучей среды, которая чаще всего представляет собой охлаждающий воздух, может также попадать в топочную камеру через входное отверстие 5. Промежуточный зазор d предусмотрен для того, чтобы обеспечивать достаточное пространство для термического расширения отдельных элементов 8, 14 теплозащитного экрана.

Каждый крепежный болт 18 ввертывается в болтовое соединение в несущей структуре 17, которая в настоящем примере соответственно выполнена в виде пакета 19 тарельчатых пружин. (Не изображенная) резьбовая гайка служит для того, чтобы сжимать пакет 19 тарельчатых пружин. Предварительно натянутые пакеты 19 тарельчатых пружин предназначены для пружинящего податливого крепления элемента 14 теплозащитного экрана, которое необходимо для того, чтобы, например, компенсировать движения, обусловленные термическими и термоакустическими условиями.

При традиционном монтаже четыре крепежных болта 18 с шайбами 2 должны вставляться сбоку в соответствующие боковые углубления 4 и гнезда 1 и фиксироваться от выпадения во время монтажа.

В этом отношении предлагаемое изобретением монтажное устройство может применяться существенно эффективнее. У монтажного устройства имеется рама 12, которая, например, включает в себя крепежную крестовину 11 в качестве расположенного в середине держателя. В центральной точке крепежной крестовины 11 перпендикулярно раме 12 неподвижно или в одном из предпочтительных вариантов осуществления с возможностью перестановки по высоте расположена тяга 13, служащая крепежным устройством для вакуумного присоса 15. Возможность перестановки по высоте может быть реализована, например, с помощью резьбы, выполненной на тяге 13. Ручка 10 в форме цилиндрического утолщения служит для вращения тяги 13 и вместе с тем для адаптации высоты крепежного устройства 15.

В соответствующих углах прямоугольной рамы 12 установлено по одному винтовому инструменту 6, при этом положения этих винтовых инструментов 6 выбраны так, что они соответствуют положениям четырех резьбовых соединений в несущей структуре 17.

Каждый винтовой инструмент 6 установлен в соответствующей угловой области рамы 12 предпочтительно с возможностью откидывания, вращения и перестановки по высоте или, соответственно, смещения по высоте. В одном из предпочтительных вариантов осуществления это выполнено, например, с помощью шарового шарнира 7, в котором винтовой инструмент 6 установлен с возможностью, в частности, перпендикулярного линейного смещения. Предпочтительно все движения нагружаются предварительно заданным трением с желаемой тяжестью хода, благодаря чему равным образом возможно свободное движение винтового инструмента для адаптации положения, для вращения винтового инструмента 6 и для смещения винтового инструмента 6 в высоту, а также фиксация в достигнутом положении. Благодаря такой фиксации рабочий может последовательно вставить все четыре винтовых инструмента 6 в соответствующие головки 2 крепежных болтов, без необходимости одновременного удерживания всех их четырех. Каждый винтовой инструмент 6 на своем наружном конце снабжен ручкой 9, которая облегчает ручное манипулирование винтовым инструментом 6.

Процесс монтажа осуществляется, например, таким образом, что рабочий сначала вставляет элемент 14 теплозащитного экрана с четырьмя крепежными болтами с соответствующими шайбами 2 в каждое из четырех боковых углублений 4 и гнезд 1 и располагает его горячей стороной 21 предпочтительно вверх.

Затем предпочтительно сверху устанавливают монтажное устройство с четырьмя винтовыми инструментами, один за другим, в каждое входное отверстие 5 и вставляют соответствующее острие инструмента в фасонное углубление головки 3 крепежного болта 18. Когда все четыре крепежных болта 18 вставлены, рабочий адаптирует высоту тяги 13 таким образом, чтобы вакуумный присос 15 пришел в соприкосновение с горячей стороной 21 элемента 14 теплозащитного экрана, и при прижатии вакуумного присоса образовалось соединение посредством присасывания. Для этого может также прижиматься вниз рама 12, благодаря чему винтовые инструменты 6 в своих креплениях сдвигаются против силы трения.

Альтернативно наоборот, сначала вакуумный присос 15 путем прижатия может быть приведен в соединение посредством присасывания с горячей стороной 21 элемента 14 теплозащитного экрана, и только потом отдельные винтовые инструменты 6 в своих креплениях путем опрокидывания, вращения и смещения вставляются в головки 2 крепежных болтов.

Установленный таким образом на монтажном устройстве элемент 14 теплозащитного экрана может быть теперь поднят одним единственным рабочим и в произвольно ориентированном положении монтажа вставлен между смонтированными ранее соседними теплозащитными экранами 8. При этом рабочий может удобно один за другим вдевать крепежные болты 18 путем опрокидывания, вращения и смещения винтовых инструментов 6 в соответствующие отверстия 20 для резьбового соединения и пакеты 19 тарельчатых пружин и осуществлять резьбовое соединение путем завинчивания винтовых инструментов 6 до тех пор, насколько это позволят моменты затяжки, создаваемые вручную.

Когда таким образом будут наживлены все четыре болтовых соединения, монтажное устройство может быть снято, при этом изготовленный из упругого материала вакуумный присос отсоединяется. Для этого вакуумный присос может быть, например, снабжен клапаном для выпуска и впуска воздуха, управляемым посредством рычага, или просто подниматься вручную.

После отсоединения монтажного устройства рабочий может, например, с помощью динамометрического ключа затянуть крепежные болты 18 до заданного момента затяжки.