DE2737622A1

DE2737622A1 - Keramischer turbinenummantelungsaufbau

Info

Publication number: DE2737622A1
Application number: DE19772737622
Authority: DE
Inventors: Robert James Corsmeier; Ambrose Andreas Hauser; Martin Carl Hemsworth
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-11-22
Filing date: 1977-08-20
Publication date: 1978-05-24
Also published as: GB1574981A; CA1083970A; IT1083915B; FR2371575A1; DE2737622C2; FR2371575B1; US4087199A; JPS5365516A

Description

Keramischer Turbinenummantelungsaufbau

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf Hochtemperatur-Turbinenummantelungen.

In Gasturbinentriebwerken erzeugte Wärme stellt eine Herausforderung für Gasturbinentriebwerkskonstrukteure dar. Dieses Problem ist besonders gravierend in dem Turbinenteil des Triebwerks, wo die durch den stromaufwärts gelegenen Brenner erzeugten Temperaturen am höchsten bzw. problematischsten sind. Beispielsweise sind die den Turbinenströmungspfad begrenzenden Glieder den Verbrennungsprodukten ausgesetzt, und wenn die Brennertemperaturen auf Pegel von mehr als 1o9o C (2ooo F) ansteigen, wird es zunehmend schwieriger, einen Aufbau zu bilden, der solchen Umgebungseinflüssen widerstehen kann. Das Problem liegt ferner bei Gasturbinentriebwerken für Flugzeuganwendungen vor, wo ein geringes Gewicht eine wesentliche Konstruktionsbedeutung hat.

Um das Problem zumindest teilweise zu lindern, wurden grundsätzlich zwei Lösungen in Betracht gezogen. Einerseits wurden verschiedene Verfahren einer Fluidkühlung des Turbinengebildes angewendet. Solche Verfaiiren werden allgemein als Konvek-

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tions-, Prall- und Filmkühlung bezeichnet. Diese Verfahren sind bekannt, wie es sich aus dem US-Patent 3 800 864 ergibt. Alle diese Verfahren neigen zu einem Reduzieren der Spitzenwerte der MeLalltemperaturen und der Temperaturgradienten durch die Verwendung eines Kühlfluids (in typiscner Weise Luft), wodurch eine Verwendung höherer Turbineneinlaßtemperaturen möglich ist. Wenn die Brennertemperaturen ansteigen, steigt auch die zum Aufrechterhalten annehmbarer Metalltemperaturen erforderliche Kühlluftmenge. Da Kühlluft solche Luft ist, die sonst wirksam in dem Rückstoßzyklus ausgenutzt werden kann, und da das Abziehen der Luft für KUhlzwecke die Gesamtleistungsfähigkeit und den Wirkungsgrad des Triebwerks ungünstig beeinflußt, ist es erwünscht, den Pegel des Kühlmittelstroms so klein wie möglich zu halten.

Die zweite Lösung zum Erzielen einer hohen Turbinenbetriebstemperatur besteht in der Schaffung eines Materials, das die hohen Temperaturen mit geringer r ier ohne Fluidkühlung aushalten kann. Kin Materialtyp, der solche Temperaturen aushalten kann, ist Keramik. Moderne warmgepreßte Keramik, wie Siliziumkarbid und Siliziumnitrid, besitzt bei erhöhten Temperaturen eine sehr große Festigkeit. Es wird nun davon ausgegangen, daß diese Hochtemperaturfestigkeit dazu benutzt werden kann, um Gasturbinenkomponenten auszubilden, die wenig oder keine Kühlluft erforderlich macheu_y um bei zulässigen thermischen Belastungspe- <joln angemessen zu arbeiten und hierdurch den Gesamtwirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit der Turbine zu verbessern. Die mit Keramik verbundenen Vorteile bezüglich niedriyer Kosten und eines geringen Gewichts sind zusätzliche Vorteile bezüglich der Anwendungsfälle bei Flugzeuggasturbinentriebwerken.

Es müssen jedoch vor der Durchführung einer zufriedenstellenden Keramikausbildung gewisse Eigenschaften von Keramikmaterialien genannt werden. Insbesondere ist festzustellen, daß es sich hierbei um brüchige Materialien handelt, die eine kleine oder keine Duktilität und eine niedrige Stoßtoleranz haben. Ferner betragen die thermischen Expansionskoeffizienten von keramischen Materialien nur etwa 1o bis 2o % der herkömmlichen NickeL-legierungsmaterialien, wodurch sich Grenz flüchenproblenio ergeben, die mit dein relativ niedrigen Wert der Zug- bzw. Biegumjij t eat Lqkeit verbunden sind.

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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen neuen und verbesserten Turbinenuminantelungsaufbau zu bilden, der über den Spitzen einer sich drehenden Turbinenschaufelreihe anzuordnen ist und keramische Materialien enthält, die die hohen Verbrennungsteniperaturen aushalten.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Turbinenummantelungsaufbaues, der die verschiedenen thermischen Expansionskoeffizienten von keramischen und metallischen bestandteilen aufnehmen kann.

Diese und andere Ziele sowie Vorteile ergeben sich klarer jus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und spezifischen Ausführungsformen, die sämtlich nur beispielhaften Charakter haben und die vorliegende Erfindung in keiner Weise beschränken sollen.

Kurz gesagt werden die obigen Aufgaben mit einem TurbinenuHunantelungsaufbau erreicht, der eine ringähnliche, stationäre Ummantelung über den Spitzen einer sich drehenden Turbinenschduielieihe bildet. Eine Vielzahl von keramischen Blöcken mit einem allyemein rechtwinkligen bzw. rechteckigen Grundriß ist in einem King angeordnet, wobei die inneren überflächen der Blöcke ein gewölbtes i'rofil haben, um teilweise den Turbinenheißgasströmungspfad zu begrenzen. Jeder Block ist mit einem Paar von Schwul benschwanzoberfliichen (dovetail surfaces) versehen, die an entgegengesetzten Seiten des Blocks ausgebildet sind und als Verkeili'iigs- bzw. Festklemmoberflachen iungieren. Bei einer Ausfühiungsform hulten metallische Klemm- bzw. Spannmittel in Form eines Paares von ringförmigen, federähnlichen Gliedern die Blöcke in dem Aufbau, unü diese Klemm- bzw. Spannmittel erzeugen eine ιadiale Vorspannungskiaft gegen die Schwalbenschwanzoberflächen. Diese Vorspannung drückt die Blocke in der radialen Richtung gegen feste bzw. starre Anschläge, die für eine passende ιddiale Position in dem Aufbau sorgen. Das vorbelastete Einspannen der Blöcke führt dazu, daß diese ohne Schrauben- oder Zun<jen-Nut-Befestigungen gehalten werden, wobei dieser Haltevorgany sichergestellt wird, während dennoch das wegen des kleineren thermischen .Expansionskoeffizienten der keramischen Materialien kleinere thermische Wachsen der Blöcke relativ zu dem metal-

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lischen Gebilde aufgenommen wird. Es sind verschiedene thermische Barrieren bzw. Abschirmungen zum Verringern der Wärmeübertragung zwischen der keramischen Ummantelung und metallischen Stützgliedern vorgesehen. Es sind auch alternative Ausführungsformen des neuen Prinzips dargestellt und beansprucht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - im Querschnitt einen Teil eines Gasturbinentriebwerks mit dem Turbinenummantelungsaufbau nach der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 - eine teilweise geschnittene Ansicht längs der Linie 2-2 aus Figur 1,

Figur 3 - eine teilweise geschnittene Ansicht längs der Linie 3-3 aus Figur 2, wobei die Installation von Dichtungen zwischen angrenzenden Ummantelungsblöcken dargestellt ist, Figur 4 - einen vergrößerten Teil des Turbinenummantelungsaufbaus aus Figur 1, wobei die Mittel zum Halten der keramischen Ummantelungsblöcke detaillierter dargestellt sind, Figur 5 - in einer alternativen Ausführungsform den Turbinenummantelungsaufbau aus Figur 1 und

Figur 6 - eine weitere alternative Ausführungsform des Turbinenummantelungsaufbaues aus Figur 1.

In den Zeichnungen bezeichnen ähnliche Hinweiszahlen einander entsprechende Kiemente. Es wird zunächst auf Figur 1 verwiesen, die in einem Querschnitt einen Teil eines allgemein mit der Hinweiszahl 1o bezeichneten Gasturbinentriebwerks mit einem baulichen Stützrahmen 12 zeigt. Das Triebwerk enthält eine Verbrennungskammer 13 im Bereich 14, wobei unmittelbar stromabwärts eine ringförmige Reihe von stationären Turbineneinlaßdüsenflügein folgt (aus Klarheitsgründen ist nur eine derselben dargestellt), die von entsprechenden inneren sowie äußeren Düsenbändern (nozzle bands) 18 und 2o getragen werden. Stromabwärts von den Düsenflügeln 16 befindet sich eine erste ringförmige Reihe von Turbinenschaufeln 22 (wiederum ist nur eine derselben dargestellt), wobei jede dieser Schaufeln einen Flügelabschnitt 24 und eine sich quer erstreckende Plattform 26 hat, die an der Peripherie eines dreh-

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baren Turbinenrades 28 getragen wird. Die Schaufeln 22 sind von einem Ummantelungsaufbau 3o umgeben, der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung beinhaltet und noch genauer erörtert wird. Eine zweite ringförmige Reihe von stationären Turbinenflügeln (von denen nur eine dargestellt ist) befindet sich stromabwärts von den Turbinenschaufeln 22 und wird zwischen inneren sowie äusseren Strömungspfadbegrenzungsbändern 34, 36 getragen. Ein ringförmiger Heißgaskanal 38 wird somit zwischen den Bändern 18, 34 sowie der Plattform 26 an der Innenseite und Bändern 2o, 36 sowie dem Ummantelungsaufbau 3o an der Außenseite begrenzt. Es ist abzuschätzen bzw. festzustellen, daß jedes dieser den Heißgaskanal 38 begrenzenden und teilweise bestimmenden Glieder der intensiven Hitze unterworfen ist, die mit den aus dem Brenner 13 austretenden Verbrennungsprodukten verbunden ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich vor allem auf den Aufbau einer Turbinenummantelung, die einem solchen Umgebungseinfluß widerstehen kann. Eine Aus führung s form eines Turbinenuiumantelungsaufbaues, der keramisches Material zum Aushalten einer hohen Temperatur Enthält, ist in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dort ist der Turbinenummantelungsaufbau 3o so gezeigt, daß er eine Vielzahl von keramischen Blöcken 4o enthält, die eine allgemein rechtwinklige bzw. rechteckige ebene Form habenjsowie in einem Ring angeordnet sind und wobei jeder Block mit einer gewölbten inneren Oberfläche 42 versehen ist, die teilweise den Heißgaskanal bzw. -durchgang begrenzt. Moderne warmgepreßte Keramik, wie Siliziumkarbid und Siliziumnitrid, sind geeignete repräsentative Materialien. Jeder Block ist (in der radialen Richtung) im Hinblick auf das Problem der vollen Schlagtoleranz (full impact tolerance) von Keramik dick ausgelegt, und die Hauptquellen für eine Stoßbzw. Schlagbeschädigung sind in dem Heißgasstrom mitgerissene Trümmer und ein Reiben der Spitzen der Laufschaufeln 22 an der Ummantelung während eines Ubergangsbetriebes der Turbine. Die Dicke und das Volumen eines jeden Blocks sollten so groß wie möglich sein, was eine angemessene Berücksichtigung der thermischen Belastungsgradienten, des Gewichts, des verfügbaren Spiels und der Tragweite (implications) des Weibull-Parameters ergibt, der in bekannter Weise einen Zusammenhang zu der Wahrscheinlichkeit

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aes Auftretens eines Risses in dem keramischen Material hat. Die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Ränder eines jeden Blocks sind so gestaltet bzw. mit einer entsprechenden Kontur versehen, daß ein Paar von Schwalbenschwanzoberflächen 44 und 46 gebildet wird, die unter einem spitzen Winkel zur inneren gewölbten Oberfläche 42 angeordnet sind. Die verbleibenden seitlichen Ränder eines jeden Blocks sind mit hinein Paar von halbrunden Vertiefungen bzw. Nuten 48 versehen, wobei die aufeinander zu weisenden Nuten von in ümfangsrichtung angrenzenden Blöcken zusammenarbeiten, um sich axial erstreckende Hohlräume 5o (siehe Figuren 2 und 3) zu bilden. In diesen Hohlräumen 5o installierte metallische oder keramische Dichtungen 52 verringern eine Leckerscheinung zwischen den Blöcken in der allgemein radialen Richtung.

Der Turbinenummantelungsaufbau 3o bildet auch eine Abstützung für die Blöcke über ein Paar von unter axialem Abstand angeordneten Ringgliedern 54 sowie 56, die durch einen Ring von Schrauben 58 miteinander verbunden sind, um ein Gebilde mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt zu bilden. Das stromabwärts gelegene Stützglied 56 enthält eine Vielzahl von sich radial einwärts erstreckenden flexiblen Fingern 6o, wobei einer oder mehrere Finger einem jeden keramischen Block zugeordnet sind und die Schwalbenschwanzoberfläche 46 desselben erfassen (siehe Figuren 2 und 4). Eine dem Glied 54 zugeordnete, sich einwärts erstreckende, ringähnliche Verlängerung 66 ist relativ fester als die Finger 6o und erfaßt die Schwalbenschwanzoberfläche 44. Das ringförmige Glied 56 ist seinerseits mit dem baulichen Stützrahmen 12 über einen allgemein konischen Arm 68 sowie eine Schraubverbindung 7o verbunden, während das ringförmige Glied 54 mit dem mit dem konischen Arm 68 einstückigen Flansch 72 verbunden ist.

Die Distanz zwischen den Fingern 6o und der Ringverlängerung 66 des Gliedes 54 ist etwas kleiner als die axiale Distanz zwischen den Schwalbenschwanzoberflächen an ihrem Eingriffspunkt im statischen Kaltzustand. Somit erfolgt während der Montage und des Festziehens der Schrauben 58 ein leichtes Abbiegen der in Segmente unterteilten Finger 6o, wenn diese die Blöcke längs der Schwalbenschwanzoberflächen ergreifen. Diese Vorbelastung ist erforderlich, um die Blöcke einzuklemmen und zu halten, ohne daß

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die Notwendigkeit besteht, die Blöcke direkt an dem Stütz- bzw. Traggebilde anzuschrauben oder sie hiermit mittels Zungen-Nut-Befestigungen zu verbinden. Die Schwalbenschwanzoberflächen bilden im Vergleich zu den Schraub- oder Zungen-Nut-Befestigungsmitteln ein belastungskonzentratlonsarmes Befestigungsmittel. Zusätzlich nehmen die vorbelasteten Finger das relativ zu den metallischen Ringgliedern 54, 56 kleinere thermische Wachstum der Blöcke auf, das sich aufgrund des niedrigeren thermischen ExpansiQ nskoeffizienten von keramischen Materialien im Vergleich zu Metallen ergibt. Da jeder Block seinen bzw. seine eigenen, ihm zugeordneten Finger hat, wird ein fester Griff an jedem Block sichergestellt, obwohl die Blöcke nicht alle exakt dieselbe Größe haben, und zwar infolge zulässiger Herstellungstoleranzen und infolge von Unterschieden in der Betriebstemperatur als ein Ergebnis von Gastemperaturveränderungen in Umfangsrichtung.

Da die vorbelasteten federähnlichen Finger 6o auf abgewinkelte Schwalbenschwanzoberflächen einwirken, erzeugen sie auf die Blöcke auch eine Kraftkomponente, die die Blöcke radial nach außen zu drücken neigt. Dementsprechend sind die ringförmigen Stützglieder 54 und 56 mit Stopp- bzw. Anschlagmitteln in Form von beiderseits bzw. gegenseitig weisenden, sich axial erstreckenden Schultern 74 und 76 (siehe Figur 4) versehen, auf denen die Blöcke durch die Finger und die abgewinkelten Schwalbenschwanzoberflächen aufgekeilt (wedged) sind und die die passende radiale Position der Blöcke in dem Aufbau herstellen. Somit sorgen die Finger 6o und die Ringverlängerung 66 des Gliedes 54 für ein axial haltendes Einklemmen der Blöcke in dem Aufbau, und sie stellen in Verbindung mit den Schultern 74 sowie 76 eine passende radiale Ausrichtung der Blöcke sicher.

Wegen des extrem hohen Temperaturpegels, der längs des Heißgaskanals 38 auftreten kann, sind Mittel zum Bilden einer thermischen Barriere vorgesehen, um große Wärmeflüsse von den keramischen Blöcken in das metallische Stützgebilde zu vermeiden. Im einzelnen reduziert eine Vielzahl von Zähnen 78, 8o, 82 sowie 84, die in die Finger 6o, die Ringverlängerung 66 und die Schultern 74, 76 eingearbeitet sind (und die das einzige, mit den keramischen Blöcken in Berührung befindliche metallische Gebilde

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sind) die Kontaktfläche, durch die Wärme fließen kann. Während es zwar nicht dargestellt ist, kann es jedoch in einigen Anwendungsfällen wünschenswert sein, unter Umfangsabstand angeordnete axiale Schlitze in den Zähnen auszubilden, um eine Luftzirkulation zwischen den Blöcken 4o und den Gliedern 54, 56 zu ermöglichen und hierdurch die Temperatur längs der Rückseite der Blöcke wie auch die Temperatur der Abstützung zu reduzieren. Zusätzlich könnte eine Vielzahl von Löchern 86 vorgesehen sein, um eine Luftzirkula-? tion vom Raum 88 hinter den Blöcken in den Hohlraum 9o zu ermöglichen, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Diese kleine Kühlluftmenge ist ausreichend, um die Finger 6o zu kühlen und eiijständiges Deformieren bzw. Verformen derselben zu vermeiden. In einem solchen Fall könnte sich der Raum 88 in einer bekannten Weise in Fluidströmungsverblndung mit einem Kühlfluid (wie Kompressorabzapfluft) befinden.

Eine ringförmige Wärmeabschirmung 92, die eine axiale Verlängerung der Schulter 74 aufweist, vermindert eine Wärmeübertragung durch Strahlung sowie Leitung zwischen den keramischen Blöcken und dem Teil 94 des Ringgliedes 56, das die Basis des U-förmigen Klemmgebildes aufweist. Die Wärmeabschirmung 92 wird an ihrem stromabwärts gelegenen Ende von einer Lippe 96 abgestützt, die von dem Schulterteil 76 des Ringgliedes 56 vorsteht. Ein Loch 98 ermöglicht ein Abführen von Kühlluft aus dem Raum 88 und ein Kühlen der Rückseite der Blöcke 4o.

Figur 5 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit alternativen Möglichkeiten

zum Reduzieren des Wärmeflusses von den keramischen Blöcken zm dem metallischen Stützgebilde. Dabei ersetzen zylindrische Oberflächen 1oo, 1o2, 1o4 und 1o6 entsprechend die Dichtungszähsie 78, 8o, 82 und 84 und ermöglichen nur eine Linienberührung (line contact) zwischen den metallischen sowie keramischen Elementen. Diese etwas vereinfachte Lösung vermeidet das Erfordernis des kostspieligeren Bearbeitungsvorgangs, der mit den Dichtungszähnen verbunden ist. Zum weiteren Vermeiden eines Wärmeübergangs bzw. einer Wärmeübertragung ist eine metallische Wärmeabschirmung 1o8, die der Schwalbenschwanzlorm der keramischen Blöcke 4o angepaßt ist, zwischen den Blöcken und den metallischen Ringgliedern 54,

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b6 angeordnet. Diese Abschirmung kann aus einem geschichteten Aufbau mit zwei Verkleidungsatreifen (facing sheets) 11ο, 112 bestehen, die durch einen wabenartigen oder gewellten Kern 114 getrennt sind, um dazwischen eine freie Kühlluftzirkulation zu ermöglichen. Eine solche Abschirmung reduziert die durch Leitung und Strahlung erfolgende Wärmeübertragung von dem Block zu den metallischen Stützgliedern. Während Figur 1 eine Ausführungsform zeigt, die zum Reduzieren einer Wärmeübertragung nur Zähne benutzt, und Figur die Verwendung von zylindrischen Oberflächen für einen solchen Zweck darstellt, ist es klar, daß die Wahl des einen oder anderen Verfahrens nicht notwendigerweise ausschließlich ist und daß einige der Berührungsoberflächen in irgendeiner vielfältigen Weise und andere Berührungsflächen anders ausgebildet sein können. Die Wahl wird allgemein durch Herstellungs- und Fabrikationsbetrachtungen vorgegeben. ,

Die Aufmerksamkeit wird nunmehr auf Figur 6 gerichtet, in der eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt dargestellt ist. Hierbei unterscheidet sich das Verfahren zum Halten der Blöcke 4o etwas von demjenigen gemäß Figur 1, und zwar dadurch, daß die Blöcke statt eines längs der Schwalbenschwanzoberflächen 44, 46 radial auswärts erfolgenden Verkeilens bzw. Festklemmens nunmehr radial einwärts verkeilt bzw. festgeklemmt werden. Im einzelnen weist ein etwas abgewandelter Turbinenaufbau 116 ein Paar von ringförmigen Gliedern 118, 12o auf, die miteinander und mit einem Rahmen weitgehend wie bei der Ausführungsform aus Figur 1 verbunden sind. Statt mit federähnlichen Fingern sind jedoch die Glieder 118, 12o mit relativ starren, sich einwärts erstreckenden, ringförmigen Schenkeln bzw. Stegen 122, 124 versehen, die zwischen sich eine Aussparung bzw. Fuge zum Aufnehmen von Blöcken 4o bilden. Von den Stegen steht» ein Paar von zylindrischen Oberflächen 126 vor, und zwar zum verschiebbaren Erfassen der Blöcke 4o, wenn diese in die Aussparung eingesetzt sind.

Eine in Segmente unterteilte ringförmige Feder 128 erstreckt sich axial von dem Glied 118 und enthält an der radial innenliegenden Seite ein Paar von zylindrischen Auswüchsen bzw. Vorsprüngen 13o, die so bemessen sind, daß sie die rückseitige

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Oberfläche 132 der Blöcke 4o berühren. Die Feder 128 ist so vorbelastet bzw. vorgespannt, daß die Blöcke 4o in dem kalten statischen Zustand radial einwärts gedrückt werden, wobei die Schwalbenschwanzoberflächen 44, 46 gegen die zylindrischen Oberflächen 126 der Glieder 122, 124 geklemmt werden. Und wiederum ist die Vorspannung erforderlich, um ein Halten des Blocks sicherzustellen, während das kleinere thermische Wachsen der Blöcke relativ zu den ringförmigen Stützgliedern 118, 12o aufgenommen wird. Dem Wesen nach fungieren die Oberflächen 126 als Anschläge zum Herstellen der passenden Radialposition der Blöcke 4o in dem Aufbau wie auch als Mittel zum Halten der Blöcke in dem Aufbau. Es ist klar, aaß anstelle der zylindrischen Oberflächen 126, 13o zum Verringern einer Wärmeleitung Zähne wie in Figur 1 vorgesehen werden können. Es ist auch festzustellen, daß die Feder 128 eine doppelte Funktion hat, indem sie eine Vorspannungskraft auf die Blöcke zum Halten derselben in dem Aufbau und auch eine Wärmeabschirmung ^ zum Reduzieren einer Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen den Blöcken und den Basisteilen 134 des Gliedes 12o bildet.

Dem Fachmann ist es klar, daß im Rahmen der vorliegenden, oben beschriebenen Erfindung gewisse Änderungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann das vorliegende Prinzip bei vielfältigen Schaufelgebilden angewendet werden, und es ist nicht notwendigerweise auf eine Anwendung bei den Turbinenteilen von Gasturbinentriebwerken beschränkt. Ferner sind die Prinzipien bei Abschnitten bzw. Grenzflächen anwendbar, wo es erwünscht ist, Keramik in einem grundsätzlich metallischen Gebilde zu halten, und wo große Temperaturänderungen erwartet werden. Es ist beabsichtigt, daß die zugehörigen Ansprüche diese und alle anderen Variationen der vielfältigen Möglichkeiten der vorliegenden Erfindung umfassen.

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Claims

Ansprüche

. Turbinenummantelungsaufbau, gekennzeichnet durch einen kerami- ^ sehen iilock (4o) mit einer einen allgemein ringförmigen Heißgaskanal (38) teilweise begrenzenden gewölbten Innenfläche (42) und einem Paar von Schwalbenschwanzoberflächen (44, 46), die an entgegengesetzten Seiten bzw. Rändern des Blocks (4o) unter einem Winkel zu der Innenfläche (42) angeordnet sind, durch Mittel zum Festklemmen der Schwalbenschwanzoberflächen (44, 46) sowie zum Aufbringen einer radial gerichteten Kraftkomponente auf den Block (4o), um diesen in dem Aufbau zu halLen, und durch feste Stopp- bzw. Anschlagmittel, gegen die der Block (4o) von den Spann- bzw. Kiemmitteln zum Herstellen seiner radialen Position in dem Aufbau gedrückt wird.
2. Aufbau nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von in einem Ring angeordneten Keramikblöcken (4o), die jeweils eine den Heißgaskanal (38) teilweise begrenzende gewölbte Innenfläche (42) und ein Paar von Schwalbenschwanzoberflächen (44, 46) aufweisen, die an entgegengesetzten Seiten bzw. Rändern unter einem spitzen Winkel zur Innenfläche (42) angeordnet sind.
3. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemm-Lw. Spannmittel ein Paar von unter axialem Abstand angeordneten ringförmigen Stutzgliedern (,54, 56) aufweisen, wobei eines der Glieder (56) mit einer Vielzahl von sich radial einwärts erstreckenden flexiblen Fingern (6o) zum Erfassen der keramischen Blöcke (4o) versehen ist, und Mittel (58) zum gegensei-

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tigen Verbinden der ringförmigen Glieder (54, 56), um dazwischen die Blöcke (4o) einzuspannen.
4. Aufbau nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoppbzw. Anschlagmittel eine Schulter aufweisen, die sich axial von einem der ringförmigen Stützglieder (54, 56) erstreckt und radial außerhalb der Blöcke (4o) angeordnet ist.
5. Aufbau nach Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch thermische Barriere- bzw. Abschirmungsmittel (92, 1o8, 128) zwischen den ringförmigen Stützgliedern und den keramischen Blöcken (4o), um dazwischen eine Wärmeübertragung zu verringern.
b. Aufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Barriere- bzw. Abschirmungsmittel eine im wesentlichen ringförmige Wärmeabschirmung aufweisen, die die keramischen Blöcke (4o) allgemein umgibt und eine axiale Verlängerung eines der ringförmigen Stützglieder aufweist.
7. aufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Barriere- bzw. Abschirmungsmittel eine Vielzahl von Zähnen (78, 8o) enthalten, die an den die keramischen Blöcke (4o) berührenden Fingern (6o, 66) ausgebildet sind.
8. Aufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Barriere- bzw. Abschirmungsmittel eine zylindrische bzw. walzenförmige Oberfläche (124, 126) enthalten, die an den Fingern (122, 124) ausgebildet ist, um eine Linienberührung zwischen dieser Oberfläche (124, 126) und den keramischen Blöcken (4o) zu bilden.
9. Aufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke

(4o) im Grundriß im wesentlichen rechtwinklig bzw. rechteckig sind, wobei die Schwalbenschwanzoberflächen (44, 4t>j an den stromaufwärts sowie stromabwärts gelegenen Rändern derselben ausgebildet sind, während ein Paar von Nuten (48) an den übrigen zwei Rändern ausgebildet sind, wobei gegenseitig weisende

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Nuten (48) von in Umfangsrichtung angrenzenden Blöcken (4o) einen Hohlraum (5o) zum Aufnehmen einer Dichtung (52) bilden, die dazu dient, ein Strömungsleck zwischen den Blöcken (4o) zu unterbinden.
10. Aufbau nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (5o) im wesentlichen rohrförmig ist.
11. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbzw. Kiemmittel den Block (4o) gegen die Stopp- bzw. Anschlagmittel radial auswärts drücken.
12. Turbinenummantelungsaufbau, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von in einem Ring angeordneten keramischen Blöcken (4o), d e jeweils einen im wesentlichen rechtwinkligen bzw. rechteckigen Grundriß, ferner eine einen Heißgaskanal (38) teilweise beyrenzende gewölbte Innenfläche (42) und ein Paar von Schwalbenschwanzoberflächen (44, 46) haben, die an entgegengesetzten Rändern des Blocks (4o) unter einem Winkel zur Innenfläche (42) angeordnet sind, und durch Stützmittel, die ein Paar von gegenseitig weisenden festen Anschlägen mit einem dazwischen befindlichen Spalt zum Aufnehmen der Schwalbenschwanzoberflächen (44, 46) sowie zum Halten der Blöcke (4o) in dem Aufbau und Federmittel zum Drücken der Blöcke (4o) in der radialen Richtung gegen die Anschläge zum Herstellen einer passenden radialen Position in dem Aufbau enthalten.
13. Aufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke

(4o) in der radialen Einwärtsrichtung gegen die Anschläge gedruckt werden.
14. Turbinenummantelungsaufbau, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von in einem Ring angeordneten keramischen Blöcken (4o), die jeweils einen im wesentlichen rechtwinkligen bzw. rechteckigen Grundriß, ferner eine teilweise einen Heißgaskanal (38) begrenzende gewölbte Innenfläche (42) und ein Paar von Schwalbenschwanzober flächen (44, 46) haben, die an entgegengesetzten

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Rändern des Blocks (4o) unter einem Winkel zur Innenfläche (42) angeordnet sind, und durch Stützmittel, die zumindest einen Ring aus flexiblen Fingern zum Einspannen bzw. Festklemmen der Schwalbenschwanzoberflächen (44, 46) sowie zum Erzeugen einer radialen Vorspannungskraftkomponente gegen die Blöcke (4o) zum Aufnehmen von thermischen Expansionsunterschieden der keramischen Blöcke (4o) sowie der Stützmittel und schließlich feste Stopp- bzw. Anschlagmittel enthalten, gegen die die Blöcke (4o) zum Herstellen ihrer passenden radialen Position in dem Aufbau von den Fingern gedrückt werden.

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