DE3625056A1 - Feuerfeste auskleidung, insbesondere fuer brennkammern von gasturbinenanlagen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine aus feuerfesten Steinen aufgebaute Auskleidung, insb. für Brennkammern von Gasturbinenanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie zugehörige feuerfeste Steine und Halterungen.

Eine solche feuerfeste Auskleidung ist aus der DE-PS 11 73 734 bekannt.

Die dort beschriebene Anordnung geht davon aus, daß die metallischen Halterungen möglichst nicht direkt mit heißen Gasen in Berührung kommen sollen, sondern durch geeignete Überhänge der von ihnen gehaltenen Steine geschützt werden. Zusätzlich werden auch diese Halterungen, da sie sich im Bereich von Kühlfluidspalten befinden, ständig gekühlt. Die die Halterung schützende Form der Steine ist jedoch nicht völlig unproblematisch in bezug auf thermische Wechselbelastungen, da Beschädigungen der Steine im Bereich der überhängenden schmalen Abschnitte nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine gat­ tungsgemäße feuerfeste Auskleidung, bei welcher die Steine eine für thermische und mechanische Wechselbelastungen besonders geeignete Form aufweisen, und die eine leichte Montage und einen leichten Austausch einzelner Steine zu­ läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine feuerfeste Ausklei­ dung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weitere Ausgestaltungen dieser feuerfesten Auskleidung, der zugehörigen Steine und Halterungen sind in den An­ sprüchen 2 bis 18 angegeben.

Wie anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert wird, weisen die erfindungsgemäßen feuerfesten Steine keine für Schäden durch Wechselbe­ lastungen anfälligen Abschnitte oder Kanten auf. Aller­ dings sind dafür die metallischen Halterungen an ihrer Oberfläche direkt den gleichen Temperaturen ausgesetzt wie die feuerfesten Steine, was zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung erfordert. Diese Kühlung läßt sich jedoch durch Zufuhr von Kühlfluid, welches einerseits eine Prallkühlung der Heißseite der Halterungen bewirkt und andererseits einen Kühlfilm über der gesamten Auskleidung bildet, verwirklichen. Eine federnde Aufhängung der Hal­ terungen, bei der sich die Federelemente in einem ver­ hältnismäßig kühlen Bereich befinden, führt dazu, daß thermische Bewegungen der Auskleidung problemlos ausge­ glichen werden können. In einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel der Erfindung ist sogar die Auswechselbarkeit einzelner Steine von der Innenseite der Brennkammer her gegeben, was gegenüber dem Stand der Technik, bei dem dies nicht problemlos möglich war, von Vorteil ist.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Auskleidung und einzelner Ausführungsbeispiele werden im folgenden an­ hand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungs­ gemäßen feuerfesten Steines,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der feuerfesten Auskleidung in Querschnittsrichtung der Steine und Hal­ terungen,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil der Aus­ kleidung in der Ebene der Halterungen entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4, 5 und 6 einen Längsschnitt bzw. eine Draufsicht und Stirnseitenansicht einer erfindungsgemäßen Halteklammer,

Fig. 7, 8, 9, 10, 11 ein Ausführungsbeispiel für die Mittel zur Befestigung der Halteklammern an der Trag­ struktur in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen feuerfesten Steines 1. Dieser ähnelt in seiner Form einem Barren mit nahezu trapezförmigem Querschnitt, jedoch mit abgerundeten Kanten. Der Stein 1 weist eine Kaltseite 2, abgeschrägte Flanken 3 und eine Heißseite 4 auf, wobei die Kanten 5 gerundet sind. Dabei kommt es nicht darauf an, daß die genannten Seiten tatsächlich eben sind. Im allgemeinen Fall werden Kalt­ seite 2 und Heißseite 4 leicht gewölbt sein, in Anpassung an die Form der auszukleidenden Struktur, beispielsweise einer Brennkammer für Gasturbinenanlagen. Auch die Flanken 3 müssen nicht zwangsläufig ganz eben sein. Die Stirn­ seiten 6 jedoch sind vorzugsweise eben und bilden eine Anlagefläche für den Nachbarstein. Zwar können auch hier die Kanten gerundet sein, jedoch ist dies nicht unbedingt vorteilhaft, da die Stirnseiten 6 ohnehin durch benach­ barte Steine vollständig geschützt sind.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Auskleidung, wobei zwei Steine und eine Halterung in Querrichtung geschnitten sind. Die Steine 1 liegen an einer Tragstruktur 11, beispielsweise einer Brennkammer­ wand an. Eine Halteklammer 31 ist zwischen den mit etwas Zwischenraum angeordneten Steinen 1 so angeordnet, daß sie die Flanken 3 der Steine 1 zumindest teilweise umgreift und die Steine 1 auf diese Weise haltert. Die Hal­ teklammern 31 sind selbst, wie anhand der Fig. 4, 5 und 6 noch im einzelnen dargestellt ist, so geformt, daß sie den Flanken 3 der Steine 1 und den zwischen den Steinen 1 be­ findlichen Zwischenräumen in ihrer Form entsprechen. Jede Halteklammer 31 ist mit einer Schraube 21, welche die Tragstruktur 11 in einer Durchgangsbohrung 12 durchdringt, gehaltert. Dabei ist die Schraube 21 mittels Gewinde 23 und Mutter 25 gehaltert, wobei ein Federelement 26, vorzugs­ weise eine Schraubenfeder, sich zwischen Tragstruktur 11 und Mutter 25 befindet, so daß jede Halteklammer 31 ent­ sprechend der Federkraft des Federelementes 26 und der mit der Mutter 25 eingestellten Spannung gegen die Steine 1 gedrückt wird und diese dadurch in ihrer Position fest­ hält. Die Schraube 21 weist eine durchgehende Längsbohrung 22 auf, durch welche Kühlfluid zur Halteklammer 31 strömt und dort austritt und zum schützenden Kühlfilm über der Auskleidung beiträgt. Die Schraube 21 ist vorzugsweise mit einem Schlitz oder dergleichen versehen bzw. als Im­ busschraube ausgebildet, so daß eine Betätigung durch eine entsprechende Öffnung 32 in der Oberseite der Halteklammer 31 möglich ist. Durch ein mit der Tragstruktur 11 fest verbundenes Gehäuse 27, welches vorzugsweise einen qua­ dratischen Querschnitt aufweist, wird das Federelement 26 geschützt sowie ein Mitdrehen der in ihrer Form dem Gehäusequerschnitt entsprechenden Mutter 25 beim Drehen der Schraube 21 verhindert.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III durch Fig. 2. Dieser Schnitt, welcher genau in einer Ebene zwischen den Steinen 1 liegt, zeigt die Ausdehnung und Form der Halteklammern 31 in Längsrichtung der Steine 1 sowie die Lage der Kühlfluidöffnungen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Tragstruktur 11 vier Kühl­ fluidöffnungen 13 pro Halteklammer 31 auf, wobei die Kaltseite der Halteklammer 31 entsprechende, mit den Kühlfluidöffnungen 13 fluchtende Öffnungen 34 bzw. Aus­ sparungen hat, so daß Kühlfluid direkt auf die Unter­ seite der Heißseite 37 der Halteklammer 31 treffen kann und diese durch sogenannte Prallkühlung kühlt. Anschlie­ ßend strömt das Kühlfluid zu den Seiten und der Öffnung 32 der Halteklammer 31 und tritt als zusätzlich schützen­ der Kühlfilm an der Oberseite aus. Aus Fig. 3 ist außerdem der Aufbau des Federgehäuses 27 zu erkennen, welches aus vier ebenen Seiten besteht, von denen 2 umgebogene Enden 28 aufweisen, die ein Verlieren der Mutter 25 verhindern. Ansonsten kann das Gehäuse zur Vermeidung von Überlap­ pungen mit den Kühlfluidöffnungen 13 Aussparungen 29 auf­ weisen, damit das Kühlfluid, dessen Weg durch Pfeile an­ gedeutet ist, ungehindert strömen kann.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen Einzelheiten der Halteklammer. Diese besteht vorzugsweise aus einem trapezförmig zusammen­ gebogenen Blech, wobei die Berührungsbereiche 36 des zusammengebogenen Bleches nicht fügetechnisch miteinander verbunden, sondern so gestaltet sind, daß die Flanken 33 des Halters 31 etwas nachgiebig sind. Für die Halterung der Steine kommt es auf das Zusammenwirken der Stein­ flanken 3 und der Flanken 33 der Halteklammern 31 an. Dabei sollte der Winkel β, den die Flanke 33 der Halte­ klammer 31 in bezug auf die Tragstruktur 11 bildet, ge­ ringfügig kleiner sein als der entsprechende Winkel α, den die Steinflanke 3 zur Tragstruktur 11 bildet. Auf diese Weise wird eine definierte Anlagefläche zwischen den beiden Flanken 3, 33 geschaffen, die sich unter Be­ rücksichtigung der federnden Eigenschaften der Halterung und der Halteklammer 31 selbst als gut reproduzierbar er­ weist. Bevorzugt sollten die Winkel α bzw. β in der Größenordnung von 60° liegen, wobei die Differenz zwischen beiden Winkeln beispielsweise zwischen 0,5° und 2° liegen kann.

Weitere Einzelheiten des beschriebenen Ausführungsbei­ spieles bezüglich der Befestigung der Halteklammern 31 an der Tragstruktur 11 sind in den Fig. 7, 8, 9, 10, 11 dargestellt. Dementsprechend ist die Schraube 21 an der Auflagefläche des Schraubenkopfes mit Nuten 24 ausgestat­ tet, welche im Zusammenwirken mit einer Unterlegscheibe 41, welche Höcker 42 aufweist, unter der Federkraft des Federelementes 26 eine Verdrehsicherung gegen das un­ erwünschte Lösen der Schraube 21 bilden. Die Schraube kann durch die Form der Nuten 24 und Höcker 42 zwar unter Kraftaufwand festgezogen und gelöst werden, je­ doch verhindern Nuten 24 und Höcker nach dem Einrasten durch die Federbelastung, daß die Schraube 21 sich löst.

Die erfindungsgemäße feuerfeste Auskleidung eignet sich insbesondere für Brennkammern von Gasturbinenanlagen und ist wegen der Bauform der Steine wenig anfällig gegen Beschädigungen, läßt sich jedoch leicht ganz oder teil­ weise auswechseln.

Claims (18)

1. Feuerfeste Auskleidung, insbesondere für Brennkammern von Gasturbinenanlagen, wobei die einzel­ nen Steine (1) unter Belassung von Kühlfluidspalten mit metallischen Halteklammern (31) nahezu flächendeckend an einer Tragstruktur (11) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine (1) zumindest an den mit Halteklammern (31) gehalterten Seiten zur Trag­ struktur (11) hin abgeschrägte Flanken (3) aufweisen, welche zumindest teilweise von den ebenfalls angeschrägten Halteklammern (31) überdeckt werden.

2. Feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Tragstruktur abgewandte Heißseite (37) der Halteklammern (31) annähernd mit der der Steine (1) fluchtet oder geringfügig zurückliegt.

3. Feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halteklammer (31) zusammen mit einer oder mehreren anderen federnd auf 2 Steine (1) einwirkt und diese gegen die Trag­ struktur (1) drückt.

4. Feuerfeste Auskleidung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteklammern (31) Vorrichtungen zum Verteilen und Aus­ bilden eines Kühlfluidfilms aufweisen.

5. Stein für eine feuerfeste Auskleidung, insb. gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stein (1) einen näherungsweise trapezförmigen Querschnitt mit gerundeten Ecken (5) auf­ weist, wobei die Kalt- (2) und die Heißseite (4) ent­ sprechend der Form der Tragstruktur (11) leicht gewölbt sein können.

6. Stein nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stein (1) ebene Stirnseiten (6) aufweist.

7. Stein nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stein abgeschrägte Flan­ ken (3) aufweist, welche zur Kaltseite (2) einen Winkel (α) von 45° bis 65°, vorzugsweise etwa 60°, bilden.

8. Für Steine einer feuerfesten Auskleidung, insb. gemäß den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung aus federnd (26) an der Tragstruktur (11) befestigten Halteklammern (31) be­ steht, welche die Flanken (3) der Steine (1) umgreifen und die Steine (1) so gegen die Tragstruktur (11) gedrückt halten.

9. Halterung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halteklammern (31) im Querschnitt etwa Trapezform aufweisen mit einer breiteren Heißseite (37), einer schmaleren Kaltseite und zwei Flanken (33).

10. Halterung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flanken (33) der Halte­ klammern (31) zur Tragstruktur (11) einen Winkel (β) aufweisen, der geringfügig kleiner als der Winkel (α) der Steinflanken (3) ist.

11. Halterung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Halte­ klammern (31) aus einem Blech trapezförmig zusammenge­ bogen sind, wobei die Enden des Bleches nicht fest mit­ einander verbunden sind, so daß die Flanken (33) der so gebildeten Halteklammern (31) unter Druck um einen kleinen Winkel nachgeben können.

12. Halterung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heiß­ seite (37) der Halteklammern (31) länger als die Kaltseite ist.

13. Halterung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Halte­ klammern (31) auf ihrer Kaltseite Kühlfluidöffnungen (34) aufweisen, welche mit entsprechenden Öffnungen (13) in der Tragstruktur (11) fluchten.

14. Halterung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Halte­ klammern (31) mittels je einer durch eine Bohrung (12) in der Tragstruktur (11) führenden Schraube (21) und einer Mutter (25), sowie einem sich an der Tragstruktur (11) und der Mutter (25) abstützenden Federelement (26) fe­ dernd gehaltert sind.

15. Halterung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schrau­ benkopf durch eine Öffnung (32) in der Heißseite (37) der Halteklammer (31) zugänglich ist.

16. Halterung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schrau­ be (21) mit einer durchgehenden Kühlfluidbohrung (22) versehen ist.

17. Halterung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (26) und die Mutter (25) von einem vorzugsweise im Querschnitt etwa quadratischen, an der Tragstruktur (11) befestigten Gehäuse (27) umgeben sind, welches das Federelement (26) schützt und ein Verlieren oder Mitdrehen der Mutter (26) beim Drehen der Schraube (21) verhindert.

18. Halterung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schrau­ benkopf an seiner Unterseite Nuten (24) aufweist, welche mit Höckern (42) auf einer Unterlegscheibe (41) unter Einfluß des Federelementes (26) eine Sicherung gegen ungewolltes Lösen der Schraube (21) bilden.