EP1288601A1 - Heat shield brick and its use in a combustion chamber - Google Patents

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EP1288601A1
EP1288601A1 EP01120506A EP01120506A EP1288601A1 EP 1288601 A1 EP1288601 A1 EP 1288601A1 EP 01120506 A EP01120506 A EP 01120506A EP 01120506 A EP01120506 A EP 01120506A EP 1288601 A1 EP1288601 A1 EP 1288601A1
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EP
European Patent Office
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heat shield
tension element
shield brick
brick
combustion chamber
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EP01120506A
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German (de)
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EP1288601B1 (en
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Ulrich Dr. Bast
Uwe Dr. Rettig
Christine Dr. Taut
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to EP01120506A priority patent/EP1288601B1/en
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Priority to US10/228,743 priority patent/US6711899B2/en
Priority to JP2002247532A priority patent/JP4087665B2/en
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00Casings; Linings; Walls
    • F23M5/02Casings; Linings; Walls characterised by the shape of the bricks or blocks used
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002Wall structures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/007Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
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    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/04Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
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    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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    • F27D1/04Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
    • F27D1/06Composite bricks or blocks, e.g. panels, modules
    • F27D1/08Bricks or blocks with internal reinforcement or metal backing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/14Supports for linings
    • F27D1/145Assembling elements

Definitions

  • the invention relates to a heat shield brick, in particular for lining a combustion chamber wall, with a hot one Medium exposed hot side, one opposite the hot side Wall side and one on the hot side and the wall side adjacent circumferential side.
  • the invention further relates to the use of a heat shield brick, in particular for lining a combustion chamber wall.
  • a thermally and / or thermomechanically highly loaded combustion chamber such as a kiln, a hot gas duct or a combustion chamber of a gas turbine in which a hot medium generated and / or guided, is to protect against too high thermal stress with an appropriate lining Mistake.
  • the lining usually consists of heat-resistant Material and protects a wall of the combustion chamber before direct contact with the hot medium and the associated severe thermal stress.
  • U.S. Patent No. 4,840,131 relates to an attachment of ceramic lining elements on a wall of an oven.
  • a rail system which is attached to the wall and has a plurality of ceramic rail elements, intended. Due to the rail system, the lining elements to be held on the wall.
  • Between one Lining element and the wall of the furnace can be further ceramic layers may be provided, including a layer of loose, partially compressed ceramic fibers, these Layer at least about the same thickness as the ceramic Lining elements or has a greater thickness.
  • the Lining elements have a rectangular shape planar surface and consist of a heat-insulating, refractory ceramic fiber material.
  • U.S. Patent 4,835,831 also deals with application a refractory lining on a wall of a Oven, especially on a vertical wall.
  • a refractory lining on a wall of a Oven especially on a vertical wall.
  • On the metal wall of the furnace becomes one of glass, ceramic or Mineral fiber existing layer applied.
  • This The layer is made using metal clips or glue attached to the wall.
  • On this layer there is a wire mesh network applied with honeycomb meshes.
  • the mesh network also serves to secure the layer of ceramic fibers against falling.
  • On the layer so fastened becomes uniform by means of a suitable spraying method closed surface made of refractory material. The method described largely avoids that refractory striking during spraying Particles are thrown back like a direct one Spray the refractory particles onto the metallic wall would be the case.
  • a ceramic lining of the walls of thermally highly stressed combustion chambers is described in EP 0 724 116 A2.
  • the lining consists of wall elements made of high-temperature-resistant structural ceramics, such as silicon carbide (SiC) or silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • the wall elements are mechanically and resiliently fastened to a metal support structure (wall) of the combustion chamber by means of a central fastening bolt.
  • a thick thermal insulation layer is provided between the wall element and the wall of the combustion chamber, so that the wall element is appropriately spaced from the wall of the combustion chamber.
  • the insulation layer which is about three times thicker than the wall element, consists of a ceramic fiber material that is prefabricated in blocks. The dimensions and the external shape of the wall elements can be adapted to the geometry of the room to be lined.
  • the lining consists of heat shield elements that mechanically are held by a metallic wall of the combustion chamber.
  • the Heat shield elements directly touch the metallic wall.
  • WO 99/47874 relates to a wall segment for a combustion chamber and a combustion chamber of a gas turbine.
  • a Wall segment for a combustion chamber which with a hot Fluid, e.g. a hot gas that can be acted upon with a metallic one Support structure and one on the metallic support structure attached heat protection element specified.
  • a hot Fluid e.g. a hot gas that can be acted upon with a metallic one Support structure and one on the metallic support structure attached heat protection element specified.
  • a hot Fluid e.g. a hot gas that can be acted upon with a metallic one Support structure and one on the metallic support structure attached heat protection element specified.
  • a deformable separating layer Between the metallic support structure and the heat protection element inserted a deformable separating layer, the possible relative movements of the heat protection element and the support structure and should largely compensate.
  • Such relative movements can, for example, in the combustion chamber of a gas turbine, especially an annular combustion chamber, by different Thermal expansion behavior of the materials used or through Puls
  • the separating layer causes the relatively inelastic Overall heat protection element flat on the interface and the metallic support structure, because that Heat protection element partially penetrates the interface.
  • the separating layer can cause unevenness due to the manufacturing process the support structure and / or the heat protection element, the local compensate for an unfavorable force input.
  • the invention is based on the observation that, in particular ceramic, heat shield stones due to their necessary Flexibility with regard to thermal expansion is often only insufficient against mechanical loads, such as Shocks or vibrations are secured.
  • the invention is accordingly based on the object Heat shield stone indicate, which both with regard unlimited thermal expansion as well stability against mechanical, especially shock-like, Guarantees high operational reliability.
  • Another object of the invention is to provide a Use of the heat shield brick, especially for lining a combustion chamber wall.
  • the object directed at a heat shield brick is invented solved by a heat shield stone, in particular for lining a combustion chamber wall, with a hot one Medium exposed hot side, one opposite the hot side Wall side and one on the hot side and the wall side adjacent circumferential side, being on the circumferential side a tension element that can be pretensioned is attached is, with the pretension of the tension element detaching prevents a fragment formed in the event of a break becomes.
  • the invention shows a completely new way, heat shield stones against high accelerations due to Securing shocks or vibrations permanently.
  • the invention is already based on the knowledge that heat shield stones, as usually used to line a combustion chamber wall be used by stationary and / or transient Vibrations in the combustion chamber wall to corresponding Vibrations are excited.
  • significant accelerations above one Limit acceleration occur, taking the heat shield stones lift off the combustion chamber wall and then again crack open.
  • Such a serve on the massive or too partially dampened combustion chamber wall leads to very high forces on the heat shield stones and can cause considerable damage, e.g. Lead to breakage of this.
  • An increase in passive safety is particularly advantageous of the heat shield stone compared to the conventional designs.
  • a material tear or tear is indicated by the biased tension element countered, in the event of a tear removing a fragment of the heat shield brick is prevented.
  • the heat shield brick with the tension element there is still the advantage of a problem-free Prefabrication and easy assembly of the heat shield brick, for example for installation in a combustion chamber.
  • the tension element is simply attached to the circumferential side and pretensioned in the circumferential direction depending on the requirement, a predetermined tensile stress on the tensile element is imprinted.
  • the tension element can be used during assembly also not yet be biased (zero bias); the preload occurs during operation at high temperature by the different coefficients of thermal expansion of tension element and stone. This high Flexibility on the one hand and the achievable durability the heat shield stone, on the other hand, are also in view particularly advantageous from an economic point of view.
  • revision or maintenance intervals for the heat shield brick for example when used in a Combustion chamber of a gas turbine are extended.
  • the heat shield stone does not have to break immediately Operation to be revised because of due to continued operation until increased passive safety at the regular revision interval and even beyond is possible.
  • the heat shield stone is therefore characterized special emergency running properties.
  • one Normal temperature the tension element free of tension and at a The application temperature is above the normal temperature Tension element under the preload.
  • the tension element is there advantageously dimensionable so that a targeted intended mismatch of thermal expansion coefficients between heat shield stone and tension element used for this is in operation, i.e. at an application temperature of up to to 1200 ° C of that hitting the hot side of the heat shield brick hot medium, a sufficiently large, through which Preload of the tension element mediated compressive stress on the Apply heat shield stone.
  • This bias will but at the same time favorably set so low that it not to creep deformation and relaxation of the tension element leads or even in the size of the maximum allowable preload of the tension element comes.
  • the normal temperature at which the Tension element is tension-free is advantageous Room temperature, about 20 ° C, which is a particularly simple one Attach the tension element to the peripheral side of the heat shield brick enabled during assembly.
  • the bias is preferably directed in the circumferential direction, i.e. the bias has at least one component in the circumferential direction of the heat shield brick.
  • the circumferential direction is essentially perpendicular to the surface normal the hot side or the wall side. This will possible fragments of the heat shield stone by a corresponding Compressive stress compressed in the circumferential direction. Removal of the fragments in the direction of the surface normal the hot side becomes due to a wedging effect the fragments prevented.
  • the peripheral side has a Circumferential groove in which the tension element engages.
  • the circumferential groove is designed such that it the traction element largely integrated into the heat shield stone.
  • heat shield stones are circumferential secured by two so-called stone holder pairs, so that at Break in the circumferential direction of each fragment only by respective pair of stone holders is held.
  • the stone holder pairs are on the circumferential side of the heat shield brick arranged opposite sides and put one first axis of the heat shield brick firmly.
  • the hot side of the heat shield brick matches the heat shield stone on the circumferential side of the tension element receiving circumferential groove.
  • the along the second axis opposite sides of the circumferential side also referred to as the face of the heat shield stone.
  • each The end face can have a respective circumferential groove into which engages a respective tension element, which in operation under Preload is there.
  • Engagement of the tension element in the circumferential groove can do this additionally with holes, for example blind holes, be provided at each end of the circumferential groove.
  • This can the traction element is covered and thus fully integrated, so to speak be inserted or inserted into the heat shield stone and is advantageously thereby possibly inflowing hot gas not immediately exposed.
  • holes for example blind holes
  • the peripheral side preferably has a peripheral side surface on, the tension element engaging in the circumferential groove in such a way that the tension element is set back against the peripheral side surface is or is flush with this.
  • the tension element can be done constructively in different ways be and be designed so that a cheap Combination of low-tension design and less expensive Manufacturing is achieved.
  • the cross section of the tension element can be rectangular, round or oval his.
  • the traction element comprises a web, on its axial Each ends essentially perpendicular to the web itself extending finger-shaped anchor is provided. Footbridge and Anchors have essentially the same shape and same cross section. After attaching the tension element the finger-shaped protrude on the circumferential side of the heat shield stone Anchors in respective holes in the heat shield brick into it, the web engaging in the circumferential groove.
  • the web closes flush with the peripheral side surface starting with some play between tension element and the circumferential groove is to be provided, so that an in Thermal curvature of the Heat shield stones in the direction of the surface normal of the Hot side is tolerated.
  • the tension element preferably consists of a ceramic material, in particular of a Si 3 N 4 base ceramic.
  • This high-temperature, creep and corrosion-resistant base ceramic which was specially developed for high-temperature applications in a gas turbine atmosphere, appears to be particularly suitable for use as a tensile element due to the expected high operating temperatures of typically around 1000 ° C, but sometimes up to 1200 ° C.
  • the pulling element can be made from an all-ceramic material, which can additionally be encased with elastic fiber-ceramic material on the finger-shaped anchors with which the pulling element engages in the interior of the heat shield brick. A particularly firm and durable anchoring of the tension element in the heat shield brick can thereby be achieved.
  • the tension element is preferably fastened by means of an adhesive.
  • the tension element is at least partially with the Heat shield stone glued, the adhesive connection between the tension element and heat shield stone preferably in the area the finger-shaped anchor is to be provided.
  • gluing is an additional securing of the tension element against one possible detachment achieved and durability increased accordingly.
  • gluing the tension element with the Heat shield brick can be both a conventional adhesive as well as a high temperature resistant adhesive are used.
  • Silicate-based adhesives can also be used excellent adhesive properties and great temperature resistance exhibit. Has proven to be particularly advantageous use a ceramic for the adhesive connection Material for the tension element.
  • the tension element a channel into which the adhesive for anchoring of the tension element can be introduced.
  • the tension element can, for example, consist of a so-called Ceramic tube material to be made, thereby a Channel or a corresponding variety of channels for the Tension element is realizable.
  • the finger-shaped anchors In a configuration of the tension element with a web of that at a respective axial end perpendicular to the web branches finger-shaped anchors, are the finger-shaped anchors preferably over the entire axial extent of the finger-shaped Anchor and the entire circumference of the anchor with openings Mistake.
  • a filling opening is also provided through which the adhesive can be introduced into the channel.
  • the Adhesive To Inserting the tension element in the heat shield stone is the Adhesive through the fill opening in the channel or Large number of channels are sprayed and emerges from the openings the finger-shaped anchor out. After the adhesive has set can create a large-scale and firm bond between the heat shield brick and the tension element in the area the finger-shaped anchor can be achieved.
  • a further tension element is preferably provided, which is attached to the peripheral side and is opposite the tension element.
  • the tension element and the other is advantageous Traction element on a respective face of the heat shield brick attached, causing crack growth or breakage of the Avoid heat shield stone in the flow direction of the hot gas becomes.
  • the heat shield brick preferably consists of a ceramic Base material, in particular made of a refractory ceramic.
  • a ceramic as the base material for the heat shield brick is the use of the heat shield stone up to very high Guaranteed temperatures, while being oxidative and / or corrosive attacks, such as those applied the hot side of the heat shield brick with a hot medium, e.g. a hot gas, largely harmless to are the heat shield stone.
  • the tension element is advantageous with the ceramic base material of the heat shield brick easy to connect.
  • the fixed connection can also, as already mentioned above, as a detachable connection be designed. In addition to gluing also the attachment of the tension element by means of suitable fastening elements on the circumferential side, e.g.
  • the heat shield stone is advantageously at least at the high application temperature in a kind of solid composite designed with the tension element. This makes it compact Construction and structure of the heat shield brick given, which is extremely high durability and passive Security even with large thermal and / or mechanical Has loads. This is particularly large Advantage when using the heat shield brick in a combustion chamber, because even after a tear or material tear the Heat shield function of the heat shield brick continues to be guaranteed is, especially no fragments in the combustion chamber can reach.
  • the one aimed at using a heat shield brick The object is achieved by using a Heat shield stone according to the above statements in one Combustion chamber, in particular a combustion chamber of a gas turbine.
  • the heat shield brick 1 shows a side view of a heat shield brick 1.
  • the heat shield brick 1 has a hot side 3 and a wall side 5 opposite the hot side 3.
  • a peripheral side 7 of the heat shield brick 1 is adjacent to the hot side 3 and the wall side 5.
  • the peripheral side 7 has a peripheral side surface 9.
  • the hot side 3 is acted upon by a hot medium M, for example a hot gas, when the heat shield brick 1 is used.
  • a tension element 11 is provided which is prestressed in the circumferential direction 17.
  • the tension element 11 is biased to a bias F Z.
  • the peripheral side 7 has a peripheral groove 13, in which the tension element 11 engages.
  • the prestress F Z of the tension element 11 causes a compressive stress F P on the material of the heat shield brick 1, which acts on a surface element A, for example.
  • the tension element 11 is prestressed in such a way that the compressive stress F P acts essentially along the circumferential direction 17 towards the center of the heat shield brick 1.
  • the tension element 11 has a certain elasticity.
  • the thermal expansion coefficient of the base material of the heat shield brick 1 and the tension element 11 is chosen to be greater than the thermal expansion coefficient of the tension element 11.
  • the tension element 11 is under the prestress F Z. This is brought about by the relative thermal expansion between the base material of the heat shield brick 1 and the tension element 11.
  • the tension element 11 is inserted into the heat shield brick 1 in a manner similar to a clamp and causes a centrally directed compressive stress F P on the heat shield brick 1.
  • This clamp function of the tension element 11 firmly clamps it together under operating conditions at the application temperature.
  • the traction element 11 significantly increases the passive safety and thus the durability of the heat shield brick 1 when used in a combustion chamber, for example in the combustion chamber of a gas turbine.
  • the heat shield brick 1 is largely protected, in particular, against the risk of crack formation from the crack propagation on the hot side 3, the wall side 5 or the peripheral side 7.
  • FIG 2 shows a heat shield brick 1 with a tension element 11, wherein a crack 21 extends from the hot side 3 to the wall side 5 completely through the base material of the heat shield brick 1.
  • the fracture of the heat shield brick 1 occurred in a central area of the heat shield brick 1. Due to the considerable thermal or mechanical stress, e.g. B. by impact on a combustion chamber wall, not shown, of a gas turbine, such a crack 21 of the heat shield brick 1 is caused.
  • the crack 21 causes the heat shield brick 1 to be divided into a first fragment 57A and a second fragment 57B.
  • the fragments 57A, 57B are pressed against one another along the circumferential direction 17 by the compressive stress F P mediated by the tension element 11 on the heat shield brick 1.
  • FIG. 2 has a fastening groove 15 for fastening the heat shield brick to a combustion chamber wall (not shown in any more detail), into which a mounting element 25A engages.
  • Another mounting element 25B engages in the fastening groove 15 and is arranged along the circumferential direction 17 opposite the mounting element 25A.
  • the wall side 5 faces a corresponding wall, not shown, of the combustion chamber when the heat shield brick 1 is installed, so that the heat shield brick 1 can be fastened in a spring-elastic manner to the wall, not shown, via the fastening elements 25A, 25B.
  • the heat shield stone 1 essentially has a cuboid shape Geometry and extends along a flow direction 27 and a circumferential direction 17.
  • the flow direction 27 forms when using the heat shield brick 1 in a combustion chamber a gas turbine, preferably also the direction, in which the hot medium M flows and with which the hot side 3 is applied (see also FIG 1 and 2).
  • Through the Fastening groove 15 and the circumferential groove 13 disintegrate the circumferential side 7 functional in different areas 35A, 35B, 37A, 37B, the sections of the hot side 3 and form the wall side 5 adjacent peripheral side 7.
  • the the Fastening groove 15 having partial area of the peripheral side 7 is referred to as the mounting side 35A, 35B during the the circumferential groove 13 receiving the tension element 11A, 11B Sub-area is referred to as the end face 37A, 37B.
  • the tension element 11A is a circumferential groove 13 in the Associated end face 37A, while the tension element 11B on the opposite the end face 37A along the flow direction 27 End face 37B is provided.
  • Each of the tension elements 11A, 11B is designed in the form of a clamp and has one Web 29 and two finger-shaped anchors 31 each.
  • the Finger-shaped anchor 31 is at the two longitudinal ends of the Web 29 arranged and projects substantially perpendicular to Longitudinal extension of the web 29 towards the inside of the Heat shield stones 1.
  • Corresponding to the finger-shaped Anchors 31 have the circumferential groove 13 corresponding to the number of finger-shaped anchor 31 holes 33, e.g. Blind holes, on. In each of these holes 33 is when installing the tension elements 11A, 11B a finger-shaped anchor 31 for anchoring the Pulling element 11A, 11B can be inserted on the respective end face 37A, 37B.
  • the tension elements 11A, 11B proposed various options, one of which is in Figures 4 and 5 exemplarily two preferred variants are illustrated.
  • the Finger-shaped anchor 31 with the ceramic base material 49 the heat shield stone 1 is provided.
  • FIG 4 there is a Adhesive 39 in the bore 33 before inserting the finger-shaped Anchor 31 introduced into the bore 33.
  • the finger-shaped anchor 31 in the adhesive 39 is pushed in.
  • the adhesive 39 has set, for example a ceramic adhesive, is a safe and permanent adhesive connection between the finger-shaped anchor 31 and the ceramic base material 49 of the heat shield brick 1 reached.
  • the peripheral side 7 has a peripheral side surface 9, the tension element 11A, 11B or the web 29 of the tension element 11A, 11B, engages in the circumferential groove 13 in this way, that the tension member 11A, 11B with the peripheral side surface 9 ends flush. It is also possible that the tension element 11A, 11B toward the peripheral side surface in the direction the interior of the heat shield brick 1 is set back. By this configuration, the tension element 11A, 11B is covered and so to speak integrated into the heat shield brick 1 and thus not immediately flowing into a hot medium M. exposed.
  • the proposed game in the form of a Gap 19 between the tension element 11A, 11B enables one largely unimpeded thermal bulging of the heat shield brick 1 in operation.
  • the tension element 11 has a channel 41 for this purpose.
  • the channel 41 has an inlet opening 43, which is provided on the outer side of the tension element 11 on the web side facing away from the peripheral side 7.
  • the channel 41 branches out and opens into a large number of outlet openings 45 in the finger-shaped armature 31.
  • the tension element 11 with the web 29 and the finger-shaped armature 31 are preferably made of a ceramic material, for example an Si 3 N 4 base ceramic.
  • the tension element 11 consists of a ceramic tube material.
  • the finger-shaped armature 31 has, for example, outlet openings 45 distributed over the entire axial extent of the armature 31 and over the entire circumference of the armature 31.
  • adhesive 39 for example a ceramic adhesive
  • the adhesive 39 is preferably injected into the inlet opening, so that a uniform and complete distribution of the adhesive 39 in the entire channel 41 and an escape of the adhesive through the outlet opening 45 is possible.
  • a large-area bond between the ceramic material 49 of the heat shield brick 1 and the finger-shaped anchor 31 is thus achieved.
  • the finger-shaped anchor 31 acts as a hollow anchor, via which the adhesive 39 can be brought very specifically to the regions in the bore 33 to be bonded.
  • FIGS. 6 to 14 there are various constructive designs Variants of one attached to a heat shield brick 1
  • Tension element 11 shown graphically.
  • the finger-shaped anchor 31 extends is essentially perpendicular to the web 29 and points a shaft region 53 and one on the shaft region 53 adjoining end section 55.
  • the end section 55 is slightly enlarged in cross section compared to the shaft region 53, so that the anchor can be anchored particularly cheaply 31 can be achieved in the bore 33.
  • FIGS. 6 and 8 show a tension element 11 as it is according to the Embodiment of FIG 9 attached to a heat shield brick 1 is.
  • the cross section of the tension element is here Essentially rectangular, but can also be square.
  • the circumferential groove 13 corresponds to the selected geometry provided with a gap 19 and a rounding 51.
  • the tension element 11 has a finger-shaped anchor 31 which has a shaft region 53 and an end section 55 includes.
  • Figures 12 to 14 show in an analogous manner Embodiment of the invention in which the tension element 11 has a substantially round or oval cross-sectional area.
  • the tension elements are fastened to the heat shield brick 1 preferably by means of gluing with an adhesive 39, for example a ceramic adhesive.
  • an adhesive 39 for example a ceramic adhesive.
  • the bonding has proven to be particularly favorable for the assembly of the heat shield brick 1 in a combustion chamber, where the heat shield bricks are used at a high application temperature.
  • the adhesive bonding of the tension element 11 prevents the tension element 11 from being detached from the heat shield brick 1 at a normal temperature below the application temperature, that is to say when the tension element is preferably stress-free.
  • the adhesive bonding can be carried out in such a way that a positive connection of the tension element 11 with the heat shield brick 1 is formed after curing.
  • a positive connection between the tension element 11 and the heat shield brick 1 is also possible, it being possible entirely to dispense with an adhesive 39.
  • a certain pretension F Z must be applied to the tension element 11 at a normal temperature, for example room temperature. This bias serves as a holding voltage for securely clamping the tension element 11 to the heat shield brick 1 during assembly.
  • the advantages of the heat shield brick according to the invention lie in a significant increase in operational safety during use the heat shield brick in a combustion chamber, for example in a thermally highly loaded combustion chamber Gas turbine.
  • machine damage as a result of Breakage or crack of the heat shield brick - what as a result of thermal and / or mechanical loads on the Heat shield stone can occur - avoid with great certainty because the pulling element detaches one from one Breakage formed fragment is prevented.
  • the crack growth slows down and on the other hand a larger crack length up to the exchange limit can be approved.
  • a reduction the number and duration of forced stoppages of the Combustion chamber possible, which increases availability a system when using the heat shield brick for lining a combustion chamber wall, increased.

Abstract

The heat shield component (1) is for fitting to a combustion chamber wall and has a hot side (3) for exposure to hot medium (M), opposing wall side (5) and a peripheral side abutting on the hot and wall sides. On the peripheral side (7) is a tractive component (11) to which a tension (Fz) is applicable to securely prevent the loosening of a piece of the heat shield component in the event of a breakage. At normal temperature, the tractive component is without tension and at a usage temperature above that normal, it is under tension. The peripheral side has a peripheral groove (13), in which the tractive component (11) engages.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hitzeschildstein, insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand, mit einer einem heißen Medium aussetzbaren Heißseite, einer der Heißseite gegenüberliegenden Wandseite und einer an die Heißseite und die Wandseite angrenzenden Umfangsseite. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Hitzeschildsteins, insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand.The invention relates to a heat shield brick, in particular for lining a combustion chamber wall, with a hot one Medium exposed hot side, one opposite the hot side Wall side and one on the hot side and the wall side adjacent circumferential side. The invention further relates to the use of a heat shield brick, in particular for lining a combustion chamber wall.

Ein thermisch und/oder thermomechanisch hochbelasteter Brennraum, wie beispielsweise ein Brennofen, ein Heißgaskanal oder eine Brennkammer einer Gasturbine, in dem ein heißes Medium erzeugt und/oder geführt wird, ist zum Schutz vor zu hoher thermischer Beanspruchung mit einer entsprechenden Auskleidung versehen. Die Auskleidung besteht üblicherweise aus hitzeresistentem Material und schützt eine Wandung des Brennraums vor dem direkten Kontakt mit dem heißen Medium und der damit verbundenen starken thermischen Belastung.A thermally and / or thermomechanically highly loaded combustion chamber, such as a kiln, a hot gas duct or a combustion chamber of a gas turbine in which a hot medium generated and / or guided, is to protect against too high thermal stress with an appropriate lining Mistake. The lining usually consists of heat-resistant Material and protects a wall of the combustion chamber before direct contact with the hot medium and the associated severe thermal stress.

Die US-Patentschrift 4,840,131 betrifft eine Befestigung von keramischen Auskleidungselementen an einer Wand eines Ofens. Hierbei ist ein Schienensystem, welches an der Wand befestigt ist und eine Mehrzahl von keramischen Schienenelementen aufweist, vorgesehen. Durch das Schienensystem können die Auskleidungselemente an der Wand gehaltert werden. Zwischen einem Auskleidungselement und der Wand des Ofens können weitere keramische Schichten vorgesehen sein, u.a. eine Schicht aus losen, teilweise komprimierten Keramikfasern, wobei diese Schicht zumindest etwa die selbe Dicke wie die keramischen Auskleidungselemente oder eine größere Dicke aufweist. Die Auskleidungselemente weisen hierbei eine rechteckige Form mit planarer Oberfläche auf und bestehen aus einem wärmeisolierenden, feuerfesten keramischen Fasermaterial. U.S. Patent No. 4,840,131 relates to an attachment of ceramic lining elements on a wall of an oven. Here is a rail system, which is attached to the wall and has a plurality of ceramic rail elements, intended. Due to the rail system, the lining elements to be held on the wall. Between one Lining element and the wall of the furnace can be further ceramic layers may be provided, including a layer of loose, partially compressed ceramic fibers, these Layer at least about the same thickness as the ceramic Lining elements or has a greater thickness. The Lining elements have a rectangular shape planar surface and consist of a heat-insulating, refractory ceramic fiber material.

Die US-Patentschrift 4,835,831 behandelt ebenfalls das Aufbringen einer feuerfesten Auskleidung auf einer Wand eines Ofens, insbesondere auf einer vertikal angeordneten Wand. Auf die metallische Wand des Ofens wird eine aus Glas-, Keramikoder Mineralfasern bestehende Schicht aufgebracht. Diese Schicht wird mittels metallischen Klammern oder durch Kleber an der Wand befestigt. Auf dieser Schicht wird ein Drahtmaschennetz mit wabenförmigen Maschen aufgebracht. Das Maschennetz dient ebenfalls der Sicherung der Schicht aus Keramikfasern gegen ein Herabfallen. Auf die so befestigte Schicht wird mittels eines geeigneten Sprühverfahrens eine gleichmäßige geschlossene Oberfläche aus feuerfestem Material aufgebracht. Mit dem beschriebenen Verfahren wird weitgehend vermieden, dass während des Aufsprühens auftreffende feuerfeste Partikel zurückgeworfen werden, wie dies bei einem direkten Aufsprühen der feuerfesten Partikel auf die metallische Wand der Fall wäre.U.S. Patent 4,835,831 also deals with application a refractory lining on a wall of a Oven, especially on a vertical wall. On the metal wall of the furnace becomes one of glass, ceramic or Mineral fiber existing layer applied. This The layer is made using metal clips or glue attached to the wall. On this layer there is a wire mesh network applied with honeycomb meshes. The mesh network also serves to secure the layer of ceramic fibers against falling. On the layer so fastened becomes uniform by means of a suitable spraying method closed surface made of refractory material. The method described largely avoids that refractory striking during spraying Particles are thrown back like a direct one Spray the refractory particles onto the metallic wall would be the case.

Eine keramische Auskleidung der Wandungen von thermisch hoch beanspruchten Brennräumen, beispielsweise von Gasturbinenbrennkammern, ist in der EP 0 724 116 A2 beschrieben. Die Auskleidung besteht aus Wandelementen aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik, wie z.B. Siliziumkarbid (SiC) oder Siliziumnitrid (Si3N4). Die Wandelemente sind mechanisch mittels eines zentralen Befestigungsbolzens federelastisch an einer metallischen Tragstruktur (Wandung) der Brennkammer befestigt. Zwischen den Wandelement und der Wandung des Brennraumes ist eine dicke thermische Isolationsschicht vorgesehen, sodass das Wandelement von der Wandung der Brennkammer entsprechend beabstandet ist. Die im Verhältnis zum Wandelement etwa dreimal so dicke Isolationsschicht besteht aus einem keramischen Fasermaterial, das in Blöcken vorgefertigt ist. Die Abmessungen und die äußere Form der Wandelemente sind an die Geometrie des auszukleidenden Raums anpassbar. A ceramic lining of the walls of thermally highly stressed combustion chambers, for example gas turbine combustion chambers, is described in EP 0 724 116 A2. The lining consists of wall elements made of high-temperature-resistant structural ceramics, such as silicon carbide (SiC) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). The wall elements are mechanically and resiliently fastened to a metal support structure (wall) of the combustion chamber by means of a central fastening bolt. A thick thermal insulation layer is provided between the wall element and the wall of the combustion chamber, so that the wall element is appropriately spaced from the wall of the combustion chamber. The insulation layer, which is about three times thicker than the wall element, consists of a ceramic fiber material that is prefabricated in blocks. The dimensions and the external shape of the wall elements can be adapted to the geometry of the room to be lined.

Eine andere Art der Auskleidung eines thermisch hoch belasteten Brennraums ist in der EP 0 419 487 B1 angegeben. Die Auskleidung besteht aus Hitzeschildelementen, die mechanisch an einer metallischen Wandung des Brennraums gehaltert sind. Die Hitzeschildelemente berühren die metallische Wandung direkt. Um eine zu starke Erwärmung der Wandung zu vermeiden, z.B. infolge eines direkten Wärmeübergangs vom Hitzeschildelement oder durch Einbringen von heißem Medium in die durch die voneinander angrenzenden Hitzeschildelementen gebildeten Spalte, wird der von der Wandung des Brennraums und dem Hitzeschildelement gebildete Raum mit Kühlluft, der sogenannten Sperrluft beaufschlagt. Die Sperrluft verhindert das Vordringen von heißem Medium bis zur Wandung und kühlt gleichzeitig die Wandung und das Hitzeschildelement.Another type of lining a thermally highly stressed Combustion chamber is specified in EP 0 419 487 B1. The lining consists of heat shield elements that mechanically are held by a metallic wall of the combustion chamber. The Heat shield elements directly touch the metallic wall. To avoid excessive heating of the wall, e.g. due to a direct heat transfer from the heat shield element or by introducing hot medium into each other adjacent column formed heat shield elements, is that of the wall of the combustion chamber and the heat shield element formed space with cooling air, the so-called sealing air applied. The sealing air prevents penetration from hot medium to the wall and at the same time cools the Wall and the heat shield element.

Die WO 99/47874 betrifft ein Wandsegment für einen Brennraum sowie einen Brennraum einer Gasturbine. Hierbei wird ein Wandsegment für einen Brennraum, welcher mit einem heißen Fluid, z.B. einem Heißgas, beaufschlagbar ist, mit einer metallischen Tragstruktur und einem auf der metallischen Tragstruktur befestigten Hitzeschutzelement angegeben. Zwischen die metallische Tragstruktur und das Hitzeschutzelement wird eine verformbare Trennlage eingefügt, die mögliche Relativbewegungen des Hitzeschutzelements und der Tragstruktur aufnehmen und weitgehend ausgleichen soll. Solche Relativbewegungen können beispielsweise in der Brennkammer einer Gasturbine, insbesondere einer Ringbrennkammer, durch unterschiedliches Wärmedehnverhalten der verwendeten Materialien oder durch Pulsationen im Brennraum, wie sie bei einer unregelmäßigen Verbrennung zur Erzeugung des heißen Arbeitsmittels oder durch Resonanzeffekte entstehen können, hervorgerufen werden. Zugleich bewirkt die Trennschicht, dass das relativ unelastische Hitzeschutzelement insgesamt flächiger auf der Trennschicht und der metallischen Tragstruktur aufliegt, da das Hitzeschutzelement teilweise in die Trennschicht eindringt. Die Trennschicht kann so fertigungsbedingt Unebenheiten an der Tragstruktur und/oder dem Hitzeschutzelement, die lokal zu einem ungünstigen Krafteintrag führen können, ausgleichen.WO 99/47874 relates to a wall segment for a combustion chamber and a combustion chamber of a gas turbine. Here is a Wall segment for a combustion chamber, which with a hot Fluid, e.g. a hot gas that can be acted upon with a metallic one Support structure and one on the metallic support structure attached heat protection element specified. Between the metallic support structure and the heat protection element inserted a deformable separating layer, the possible relative movements of the heat protection element and the support structure and should largely compensate. Such relative movements can, for example, in the combustion chamber of a gas turbine, especially an annular combustion chamber, by different Thermal expansion behavior of the materials used or through Pulsations in the combustion chamber, as with an irregular one Combustion to produce the hot working fluid or can be caused by resonance effects. At the same time, the separating layer causes the relatively inelastic Overall heat protection element flat on the interface and the metallic support structure, because that Heat protection element partially penetrates the interface. The separating layer can cause unevenness due to the manufacturing process the support structure and / or the heat protection element, the local compensate for an unfavorable force input.

Die Erfindung geht von der Beobachtung aus, dass, insbesondere keramische, Hitzeschildsteine aufgrund ihrer notwendigen Flexibilität hinsichtlich thermischen Ausdehnungen häufig nur unzureichend gegenüber mechanischen Belastungen, wie beispielsweise Stöße oder Vibrationen, gesichert sind.The invention is based on the observation that, in particular ceramic, heat shield stones due to their necessary Flexibility with regard to thermal expansion is often only insufficient against mechanical loads, such as Shocks or vibrations are secured.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Hitzeschildstein anzugeben, welcher sowohl hinsichtlich unbeschränkter thermischer Ausdehnung als auch hinsichtlich der Stabilität gegenüber mechanischen, insbesondere stoßartigen, Belastungen eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Verwendung des Hitzeschildsteins, insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand.The invention is accordingly based on the object Heat shield stone indicate, which both with regard unlimited thermal expansion as well stability against mechanical, especially shock-like, Guarantees high operational reliability. Another object of the invention is to provide a Use of the heat shield brick, especially for lining a combustion chamber wall.

Die auf einen Hitzeschildstein gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Hitzeschildstein, insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand, mit einer einem heißen Medium aussetzbaren Heißseite, einer der Heißseite gegenüberliegenden Wandseite und einer an die Heißseite und die Wandseite angrenzenden Umfangsseite, wobei an der Umfangsseite ein auf eine Vorspannung vorspannbares Zugelement angebracht ist, wobei durch die Vorspannung des Zugelements ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks verhindert wird.The object directed at a heat shield brick is invented solved by a heat shield stone, in particular for lining a combustion chamber wall, with a hot one Medium exposed hot side, one opposite the hot side Wall side and one on the hot side and the wall side adjacent circumferential side, being on the circumferential side a tension element that can be pretensioned is attached is, with the pretension of the tension element detaching prevents a fragment formed in the event of a break becomes.

Mit der Erfindung wird ein völlig neuer Weg aufgezeigt, Hitzeschildsteine gegenüber hohen Beschleunigungen infolge von Stößen oder Vibrationen dauerhaft zu sichern. Die Erfindung geht dabei bereits von der Erkenntnis aus, dass Hitzeschildsteine, wie sie üblicherweise zur Auskleidung einer Brennkammerwand verwendet werden, durch stationäre und/oder transiente Schwingungen in der Brennkammerwand zu entsprechenden Schwingungen angeregt werden. Dabei können, insbesondere in einem Resonanzfall, erhebliche Beschleunigungen oberhalb einer Grenzbeschleunigung auftreten, wobei die Hitzeschildsteine von der Brennkammerwand abheben und in der Folge wieder aufschlagen. Ein solcher Aufschlag auf die massive oder auch teilweise gedämpfte Brennkammerwand führt zu sehr hohen Kräften auf die Hitzeschildsteine und kann zu erheblichen Beschädigungen, z.B. Bruch an diesen führen. Hinzu kommt die außerordentlich große thermische Belastung des Hitzeschildsteins aufgrund der Beaufschlagung des Hitzeschildsteins mit einem heißen Medium im Betrieb. Sowohl auf der Wandseite als auch auf der Heißseite des Hitzeschildsteins können somit Anrisse auftreten, wobei bei zunehmendem Risswachstum im weiteren Betrieb auch die Gefahr eines Herauslösens von Material aus dem Hitzeschildstein besteht. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Dauerhaltbarkeit eines Hitzeschildsteins, vor allem weil solche Anrisse zu einem Materialdurchriss und somit zu einem Bruch und völligen Versagen des gesamten Hitzeschildsteins führen können. In der Folge besteht die akute Gefahr, dass Bruchstücke in den Brennraum gelangen und weitere Bauteile der Brennkammer oder, beispielsweise beim Einsatz in der Gasturbine, den empfindlichen Beschaufelungsbereich mit Turbinenschaufeln massiv schädigen können.The invention shows a completely new way, heat shield stones against high accelerations due to Securing shocks or vibrations permanently. The invention is already based on the knowledge that heat shield stones, as usually used to line a combustion chamber wall be used by stationary and / or transient Vibrations in the combustion chamber wall to corresponding Vibrations are excited. Here, especially in a resonance case, significant accelerations above one Limit acceleration occur, taking the heat shield stones lift off the combustion chamber wall and then again crack open. Such a serve on the massive or too partially dampened combustion chamber wall leads to very high forces on the heat shield stones and can cause considerable damage, e.g. Lead to breakage of this. Add to that the extraordinary large thermal load on the heat shield brick due to the exposure of the heat shield stone to one hot medium in operation. Both on the wall side as well Cracks can thus appear on the hot side of the heat shield brick occur, with increasing crack growth in further operation also the danger of material coming out of the Heat shield stone exists. This leads to a considerable reduction the durability of a heat shield brick all because such cracks lead to a material breakdown and thus to breakage and complete failure of the entire heat shield brick being able to lead. As a result, there is acute Risk of fragments getting into the combustion chamber and others Components of the combustion chamber or, for example, when in use in the gas turbine, the sensitive blading area massive damage with turbine blades.

Mit dem vorgeschlagenen Hitzeschildstein mit einem an der Umfangsseite auf eine Vorspannung vorspannbares Zugelement, wird erstmals eine äußerst effiziente und langzeitstabile Sicherung für einen Hitzeschildstein angegeben. Hierbei ist das Zugelement vorteilhafterweise in Umfangsrichtung auf eine Vorspannung vorspannbar, wobei eine entsprechende Druckspannung im Inneren des Hitzeschildsteins erzeugt wird, die den Stein zusammenklammert. Somit wird der Hitzeschildstein durch das Zugelement unter Druck-Vorspannung gehalten, so dass auf den Hitzeschildstein wirkende Biege-Zugkräfte verringert und das Risswachstum damit verlangsamt wird. Durch diese Druckspannung, die zumindest teilweise in Richtung des Inneren des Hitzeschildsteins gerichtet ist, wird der Hitzeschildstein bereits bei einer vergleichsweise geringen Vorspannung des Zugelements gesichert. Hierdurch wird einem möglichen Materialanriss, beispielsweise infolge einer Stoßbelastung oder einer thermischen Belastung, wirkungsvoll entgegengetreten. Vorhandene Materialanrisse können sich bei entsprechender geometrischer Ausgestaltung und Anordnung des Zugelements nicht oder nur in eingeschränktem Maße entlang der Heißseite des Hitzeschildstein weiterbilden oder ausdehnen. Das Zugelement hält den Hitzeschildstein sozusagen zusammen und sichert ihn einerseits gegenüber Materialanrissen und andererseits vor allem gegenüber einem vollständigen Materialdurchriss. Neben dieser primären Sicherungsfunktion wird zusätzlich der Gefahr eines Herauslösens oder Herausfallens von kleineren oder größeren Bruchstücken im Falle eines möglichen Materialdurchrisses oder Bruchs wirkungsvoll entgegengetreten. Die durch die Vorspannung des Zugelements bewirkte Druckspannung verhindert ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks.With the proposed heat shield stone with one on the circumferential side tension element that can be pretensioned, becomes an extremely efficient and long-term stable backup for the first time specified for a heat shield stone. Here is that Tension element advantageously in the circumferential direction on a Preload can be preloaded, with a corresponding compressive stress is generated inside the heat shield brick that the Stone clings together. Thus the heat shield stone is through the tension element is held under pressure pre-tensioning, so that on the bending tensile forces acting on the heat shield stone are reduced and the crack growth is slowed down. Because of this compressive stress, which at least partially towards the inside of the Heat shield stone is directed, the heat shield stone even with a comparatively low preload of the Tension element secured. In this way, a possible material tear, for example as a result of a shock load or thermal load, effectively countered. Existing material cracks can change with a corresponding geometric Design and arrangement of the tension element not or only to a limited extent along the hot side of the Develop or expand the heat shield stone. The tension element holds the heat shield stone together, so to speak, and secures it on the one hand against material cracks and on the other hand all compared to a complete material rupture. Next this primary safeguarding function also adds to the danger loosening or falling out of smaller or larger ones Fragments in the event of a possible material breakdown or break effectively countered. The through the Pre-tensioning of the tensile element causes compressive stress a detachment of a fragment formed in the event of a break.

Von besonderem Vorteil ist eine Erhöhung der passiven Sicherheit des Hitzeschildsteins gegenüber den herkömmlichen Ausgestaltungen. Einem Materialanriss oder -durchriss wird durch das vorgespannte Zugelement entgegengetreten, wobei im Durchrissfall ein Herauslösen eines Bruchstücks des Hitzeschildstein unterbunden wird.An increase in passive safety is particularly advantageous of the heat shield stone compared to the conventional designs. A material tear or tear is indicated by the biased tension element countered, in the event of a tear removing a fragment of the heat shield brick is prevented.

Durch die Ausgestaltung des Hitzeschildsteins mit dem Zugelement ergibt sich weiterhin der Vorteil einer problemlosen Vorfertigbarkeit und einfachen Montierbarkeit des Hitzeschildsteins, beispielsweise zur Montage in einer Brennkammer. Das Zugelement wird einfach an der Umfangsseite angebracht und in Umfangsrichtung je nach Anforderung vorgespannt, wobei eine vorgegebene Zugspannung dem Zugelement aufgeprägt wird. Bei der Montage kann das Zugelement aber auch noch nicht vorgespannt sein (Vorspannung gleich Null); die Vorspannung entsteht während des Betriebes bei hoher Temperatur und zwar durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Zugelement und Stein. Diese hohe Flexibilität einerseits sowie die erreichbare Dauerhaltbarkeit des Hitzeschildsteins andererseits sind auch im Hinblick auf wirtschaftliche Gesichtspunkte von besonderem Vorteil. Insbesondere Revisions- oder Wartungsintervalle für den Hitzeschildstein, beispielsweise bei einer Anwendung in einer Brennkammer einer Gasturbine, werden verlängert. Im Falle eines Bruchs des Hitzeschildsteins muss nicht unmittelbar der Betrieb zur Revision der Anlage eingestellt werden, weil aufgrund der erhöhten passiven Sicherheit ein Weiterbetrieb bis zum turnusgemäßen Revisionsintervall und sogar darüber hinaus möglich ist. Der Hitzeschildstein zeichnet sich mithin durch besondere Notlaufeigenschaften aus.By designing the heat shield brick with the tension element there is still the advantage of a problem-free Prefabrication and easy assembly of the heat shield brick, for example for installation in a combustion chamber. The tension element is simply attached to the circumferential side and pretensioned in the circumferential direction depending on the requirement, a predetermined tensile stress on the tensile element is imprinted. The tension element can be used during assembly also not yet be biased (zero bias); the preload occurs during operation at high temperature by the different coefficients of thermal expansion of tension element and stone. This high Flexibility on the one hand and the achievable durability the heat shield stone, on the other hand, are also in view particularly advantageous from an economic point of view. In particular, revision or maintenance intervals for the heat shield brick, for example when used in a Combustion chamber of a gas turbine are extended. in case of a The heat shield stone does not have to break immediately Operation to be revised because of due to continued operation until increased passive safety at the regular revision interval and even beyond is possible. The heat shield stone is therefore characterized special emergency running properties.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist bei einer Normaltemperatur das Zugelement spannungsfrei und bei einer Anwendungstemperatur oberhalb der Normaltemperatur steht das Zugelement unter der Vorspannung. Das Zugelement ist dabei vorteilhafter Weise so dimensionierbar, dass eine gezielt vorgesehene Fehlanpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Hitzeschildstein und Zugelement dazu genutzt wird, im Betrieb, d.h. bei einer Anwendungstemperatur von bis zu 1200 °C des auf die Heißseite des Hitzeschildsteins auftreffenden heißen Mediums, eine hinreichend große, durch die Vorspannung des Zugelements vermittelte Druckspannung auf den Hitzeschildstein aufzubringen. Diese Vorspannung wird zugleich aber günstiger Weise so gering eingestellt, dass sie nicht zu Kriechverformung und Relaxation des Zugelements führt oder gar in die Größe der maximal zulässigen Vorspannung des Zugelements kommt. Die Normaltemperatur bei der das Zugelement spannungsfrei ist, ist dabei vorteilhafter Weise Zimmertemperatur, also ca. 20 °C, was ein besonders einfaches Anbringen des Zugelements an die Umfangsseite des Hitzeschildstein bei einer Montage ermöglicht.In a particularly preferred embodiment, one Normal temperature the tension element free of tension and at a The application temperature is above the normal temperature Tension element under the preload. The tension element is there advantageously dimensionable so that a targeted intended mismatch of thermal expansion coefficients between heat shield stone and tension element used for this is in operation, i.e. at an application temperature of up to to 1200 ° C of that hitting the hot side of the heat shield brick hot medium, a sufficiently large, through which Preload of the tension element mediated compressive stress on the Apply heat shield stone. This bias will but at the same time favorably set so low that it not to creep deformation and relaxation of the tension element leads or even in the size of the maximum allowable preload of the tension element comes. The normal temperature at which the Tension element is tension-free, is advantageous Room temperature, about 20 ° C, which is a particularly simple one Attach the tension element to the peripheral side of the heat shield brick enabled during assembly.

Vorzugsweise ist die Vorspannung in Umfangsrichtung gerichtet, d.h. die Vorspannung weist zumindest eine Komponente in der Umfangsrichtung des Hitzeschildsteins auf. Die Umfangsrichtung ist dabei im Wesentlichen senkrecht zur Oberflächennormalen der Heißseite oder der Wandseite. Hierdurch werden eventuelle Bruchstücke des Hitzeschildsteins durch eine entsprechende Druckspannung in Umfangsrichtung zusammengedrückt. Ein Herauslösen der Bruchstücke in Richtung der Oberflächennormalen der Heißseite wird infolge eines Verkeilungseffekts der Bruchstücke unterbunden.The bias is preferably directed in the circumferential direction, i.e. the bias has at least one component in the circumferential direction of the heat shield brick. The circumferential direction is essentially perpendicular to the surface normal the hot side or the wall side. This will possible fragments of the heat shield stone by a corresponding Compressive stress compressed in the circumferential direction. Removal of the fragments in the direction of the surface normal the hot side becomes due to a wedging effect the fragments prevented.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Umfangsseite eine Umfangsnut auf, in die das Zugelement eingreift. Die Umfangsnut ist derart ausgestaltet, dass sie das Zugelement weitgehend in den Hitzeschildstein integriert.In a preferred embodiment, the peripheral side has a Circumferential groove in which the tension element engages. The circumferential groove is designed such that it the traction element largely integrated into the heat shield stone.

Im Allgemeinen sind Hitzeschildsteine in Umfangsrichtung durch zwei sogenannte Steinhalterpaare gesichert, so dass bei Bruch in Umfangsrichtung jedes Bruchstück nur noch durch ein jeweiliges Steinhalterpaar gehalten wird. Die Steinhalterpaare sind dabei an der Umfangsseite des Hitzeschildsteins auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet und legen eine erste Achse des Hitzeschildsteins fest. Entlang einer zweiten Achse, die senkrecht zu der ersten Achse gerichtet ist und im Allgemeinen mit der Strömungsrichtung des heißen Mediums entlang der Heißseite des Hitzeschildstein übereinstimmt, weist der Hitzeschildstein auf der Umfangsseite die das Zugelement aufnehmende Umfangsnut auf. Die entlang der zweiten Achse einander gegenüberliegenden Seiten der Umfangsseite werden auch als Stirnseiten des Hitzeschildstein bezeichnet. Jede Stirnseite kann eine jeweilige Umfangsnut aufweisen, in die ein jeweiliges Zugelement eingreift, welches im Betrieb unter Vorspannung steht. Für einen besonders vorteilhaften und sicheren Eingriff des Zugelements in die Umfangsnut kann diese zusätzlich mit Bohrungen, beispielsweise Sacklochbohrungen, an jedem Ende der Umfangsnut versehen sein. Hierdurch kann das Zugelement verdeckt und damit sozusagen voll integriert in den Hitzeschildstein eingesetzt bzw. eingelegt werden und ist vorteilhafter Weise dadurch eventuell einströmendem Heißgas nicht unmittelbar ausgesetzt. Zur Vermeidung von mechanischen oder thermomechanischen Spannungsüberhöhungen ist die Umfangsnut und ggf. die zusätzlichen Bohrungen abgerundet ausgestaltet.Generally, heat shield stones are circumferential secured by two so-called stone holder pairs, so that at Break in the circumferential direction of each fragment only by respective pair of stone holders is held. The stone holder pairs are on the circumferential side of the heat shield brick arranged opposite sides and put one first axis of the heat shield brick firmly. Along a second Axis perpendicular to the first axis and in Generally along the flow direction of the hot medium the hot side of the heat shield brick matches the heat shield stone on the circumferential side of the tension element receiving circumferential groove. The along the second axis opposite sides of the circumferential side also referred to as the face of the heat shield stone. each The end face can have a respective circumferential groove into which engages a respective tension element, which in operation under Preload is there. For a particularly advantageous and safe Engagement of the tension element in the circumferential groove can do this additionally with holes, for example blind holes, be provided at each end of the circumferential groove. This can the traction element is covered and thus fully integrated, so to speak be inserted or inserted into the heat shield stone and is advantageously thereby possibly inflowing hot gas not immediately exposed. To avoid mechanical or thermomechanical voltage increases Circumferential groove and possibly the additional holes rounded designed.

Vorzugsweise weist die Umfangsseite eine Umfangsseitenfläche auf, wobei das Zugelement derart in die Umfangsnut eingreift, dass das Zugelement gegen die Umfangsseitenfläche zurückversetzt ist oder mit dieser bündig abschließt. Das Zugelement kann hierbei konstruktiv auf unterschiedliche Arten ausgeführt sein und dabei so gestaltet werden, dass eine günstige Kombination aus spannungsarmem Design und kostengünstiger Herstellung erreicht wird. Der Querschnitt des Zugelements kann sowohl rechteckig als auch rund oder oval ausgestaltet sein. Vorteilhafter Weise werden hier weder an dem Zugelement noch an der Umfangsnut oder ggf. den zusätzlichen Bohrungen im Hitzeschildstein scharfe Ecken oder Kanten erzeugt.The peripheral side preferably has a peripheral side surface on, the tension element engaging in the circumferential groove in such a way that the tension element is set back against the peripheral side surface is or is flush with this. The tension element can be done constructively in different ways be and be designed so that a cheap Combination of low-tension design and less expensive Manufacturing is achieved. The cross section of the tension element can be rectangular, round or oval his. Advantageously, neither the tension element here still on the circumferential groove or possibly the additional holes sharp corners or edges created in the heat shield stone.

In besonders einfacher und bevorzugter geometrischer Ausgestaltung umfasst das Zugelement einen Steg, an dessen axialen Enden jeweils ein im Wesentlichen senkrecht zum Steg sich erstreckender fingerförmiger Anker vorgesehen ist. Steg und Anker weisen hierbei im Wesentlichen die gleiche Form und gleichen Querschnitt auf. Nach dem Anbringen des Zugelements an die Umfangsseite des Hitzeschildsteins ragen die fingerförmigen Anker in jeweilige Bohrungen im Hitzeschildstein hinein, wobei der Steg in die Umfangsnut eingreift. Vorteilhafter Weise schließt hierbei der Steg bündig mit der Umfangsseitenfläche ab, wobei ein gewisses Spiel zwischen Zugelement und der Umfangsnut vorzusehen ist, so dass eine im Allgemeinen im Betrieb auftretende thermische Verwölbung des Hitzeschildsteins in Richtung der Oberflächennormale der Heißseite toleriert wird.In a particularly simple and preferred geometric configuration the traction element comprises a web, on its axial Each ends essentially perpendicular to the web itself extending finger-shaped anchor is provided. Footbridge and Anchors have essentially the same shape and same cross section. After attaching the tension element the finger-shaped protrude on the circumferential side of the heat shield stone Anchors in respective holes in the heat shield brick into it, the web engaging in the circumferential groove. Favorable In this way, the web closes flush with the peripheral side surface starting with some play between tension element and the circumferential groove is to be provided, so that an in Thermal curvature of the Heat shield stones in the direction of the surface normal of the Hot side is tolerated.

Vorzugsweise besteht das Zugelement aus einem keramischen Material, insbesondere aus einer Si3N4-Basiskeramik. Diese speziell für Hochtemperaturanwendungen unter Gasturbinenatmosphäre entwickelte, hochwarmfeste, kriech- und korrosionsbeständige Basiskeramik erscheint aufgrund der zu erwartenden hohen Betriebstemperaturen von typischerweise etwa 1000 °C, zeitweise aber auch bis zu 1200 °C für die Anwendung als Zugelement besonders geeignet. Das Zugelement kann dabei aus einer Vollkeramik gefertigt werden, die an den fingerförmigen Ankern, mit denen das Zugelement in das Innere des Hitzeschildsteins eingreift, zusätzlich mit elastischem Faserkeramischem Material umhüllt sein kann. Dadurch ist eine besonders feste und dauerhaltbare Verankerung des Zugelements in dem Hitzeschildstein erreichbar.The tension element preferably consists of a ceramic material, in particular of a Si 3 N 4 base ceramic. This high-temperature, creep and corrosion-resistant base ceramic, which was specially developed for high-temperature applications in a gas turbine atmosphere, appears to be particularly suitable for use as a tensile element due to the expected high operating temperatures of typically around 1000 ° C, but sometimes up to 1200 ° C. The pulling element can be made from an all-ceramic material, which can additionally be encased with elastic fiber-ceramic material on the finger-shaped anchors with which the pulling element engages in the interior of the heat shield brick. A particularly firm and durable anchoring of the tension element in the heat shield brick can thereby be achieved.

Vorzugsweise ist das Zugelement mittels eine Klebstoffs befestigt. Das Zugelement ist dabei zumindest teilweise mit dem Hitzeschildstein verklebt, wobei die Klebeverbindung zwischen dem Zugelement und Hitzeschildstein vorzugsweise im Bereich der fingerförmigen Anker vorzusehen ist. Durch die Verklebung wird eine zusätzliche Sicherung des Zugelements gegenüber einem möglichen Herauslösen erreicht und die Dauerhaltbarkeit entsprechend erhöht. Beim Verkleben des Zugelements mit dem Hitzeschildstein kann sowohl ein konventioneller Klebstoff als auch ein hochtemperaturfester Kleber zum Einsatz kommen. Auch können Kleber auf Silikatbasis zum Einsatz kommen, die hervorragende Klebereigenschaften und eine große Temperaturbeständigkeit aufweisen. Als besonders vorteilhaft erweist sich bei der Klebeverbindung die Verwendung eines keramischen Werkstoffs für das Zugelement.The tension element is preferably fastened by means of an adhesive. The tension element is at least partially with the Heat shield stone glued, the adhesive connection between the tension element and heat shield stone preferably in the area the finger-shaped anchor is to be provided. By gluing is an additional securing of the tension element against one possible detachment achieved and durability increased accordingly. When gluing the tension element with the Heat shield brick can be both a conventional adhesive as well as a high temperature resistant adhesive are used. Silicate-based adhesives can also be used excellent adhesive properties and great temperature resistance exhibit. Has proven to be particularly advantageous use a ceramic for the adhesive connection Material for the tension element.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist das Zugelement einen Kanal auf, in den der Klebstoff zur Verankerung des Zugelements einbringbar ist.In a particularly preferred embodiment, the tension element a channel into which the adhesive for anchoring of the tension element can be introduced.

Hierzu kann das Zugelement beispielsweise aus einem sogenannten keramischen Röhrenmaterial gefertigt sein, wodurch ein Kanal oder eine entsprechende Vielzahl von Kanälen für das Zugelement realisierbar ist.For this purpose, the tension element can, for example, consist of a so-called Ceramic tube material to be made, thereby a Channel or a corresponding variety of channels for the Tension element is realizable.

Bei einer Ausgestaltung des Zugelements mit einem Steg von dem an einem jeweiligen axialen Ende senkrecht zum Steg ein fingerförmiger Anker abzweigt, sind die fingerförmigen Anker vorzugsweise über die gesamte axiale Erstreckung des fingerförmigen Ankers und den gesamten Umfang des Ankers mit Öffnungen versehen. Daneben ist eine Einfüllöffnung vorgesehen über die der Klebstoff in den Kanal einbringbar ist. Nach Einsetzen des Zugelements in den Hitzeschildstein wird der Klebstoff durch die Einfüllöffnung in den Kanal oder die Vielzahl von Kanälen gespritzt und tritt aus den Öffnungen der fingerförmigen Anker heraus. Nach Abbindung des Klebstoffs kann hierdurch eine großflächige und feste Bindung zwischen dem Hitzeschildstein und dem Zugelement im Bereich der fingerförmigen Anker erzielt werden.In a configuration of the tension element with a web of that at a respective axial end perpendicular to the web branches finger-shaped anchors, are the finger-shaped anchors preferably over the entire axial extent of the finger-shaped Anchor and the entire circumference of the anchor with openings Mistake. A filling opening is also provided through which the adhesive can be introduced into the channel. To Inserting the tension element in the heat shield stone is the Adhesive through the fill opening in the channel or Large number of channels are sprayed and emerges from the openings the finger-shaped anchor out. After the adhesive has set can create a large-scale and firm bond between the heat shield brick and the tension element in the area the finger-shaped anchor can be achieved.

Vorzugsweise ist ein weiteres Zugelement vorgesehen, welches an der Umfangsseite angebracht ist und dem Zugelement gegenüberliegt.A further tension element is preferably provided, which is attached to the peripheral side and is opposite the tension element.

Dabei ist vorteilhafter Weise das Zugelement und das weitere Zugelement an einer jeweiligen Stirnseite des Hitzeschildsteins angebracht, wodurch Risswachstum oder ein Bruch des Hitzeschildsteins in Strömungsrichtung des Heißgases vermieden wird.The tension element and the other is advantageous Traction element on a respective face of the heat shield brick attached, causing crack growth or breakage of the Avoid heat shield stone in the flow direction of the hot gas becomes.

Bevorzugt besteht der Hitzeschildstein aus einem keramischen Grundmaterial, insbesondere aus einer Feuerfestkeramik. Durch die Wahl einer Keramik als Grundmaterial für den Hitzeschildstein ist der Einsatz des Hitzeschildsteins bis zu sehr hohen Temperaturen sicher gewährleistet, wobei zugleich oxidative und/oder korrosive Angriffe, wie sie bei einer Beaufschlagung der Heißseite des Hitzeschildsteins mit einem heißen Medium, z.B. einem Heißgas, auftreten, weitestgehend unschädlich für den Hitzeschildstein sind. Vorteilhafter Weise ist das Zugelement mit dem keramischen Grundmaterial des Hitzeschildsteins dadurch gut verbindbar. Die feste Verbindung kann dabei auch, wie bereits oben angesprochen, als lösbare Verbindung ausgestaltet sein. Infrage kommen neben einer Verklebung auch das Anbringen des Zugelements mittels geeigneten Befestigungselementen an der Umfangsseite, z.B. durch eine geeignete Verklammerung oder durch eine Verschraubung. Durch die Wahl eines Zugelements, welches aber zumindest teilweise aus einem keramischen Material besteht, ist auch eine gute Anpassung an das keramische Grundmaterial des Hitzeschildsteins hinsichtlich der thermomechanischen Eigenschaften erreicht. Durch die feste Verankerung des Zugelements mit dem Grundmaterial ist der Hitzeschildstein vorteilhafter Weise zumindest bei der hohen Anwendungstemperatur in einer Art festen Verbund mit dem Zugelement ausgestaltet. Dadurch ist eine kompakte Bauweise und Struktur des Hitzeschildsteins gegeben, die eine außerordentlich hohe Dauerhaltbarkeit und passive Sicherheit selbst bei großen thermischen und/oder mechanischen Belastungen aufweist. Dies ist von besonders großem Vorteil beim Einsatz des Hitzeschildsteins in einer Brennkammer, weil selbst nach einem Anriss oder Materialdurchriss die Hitzeschildfunktion des Hitzeschildsteins weiterhin gewährleistet ist, insbesondere keine Bruchstücke in den Brennraum gelangen können.The heat shield brick preferably consists of a ceramic Base material, in particular made of a refractory ceramic. By the choice of a ceramic as the base material for the heat shield brick is the use of the heat shield stone up to very high Guaranteed temperatures, while being oxidative and / or corrosive attacks, such as those applied the hot side of the heat shield brick with a hot medium, e.g. a hot gas, largely harmless to are the heat shield stone. The tension element is advantageous with the ceramic base material of the heat shield brick easy to connect. The fixed connection can also, as already mentioned above, as a detachable connection be designed. In addition to gluing also the attachment of the tension element by means of suitable fastening elements on the circumferential side, e.g. by an appropriate one Stapling or by screwing. Through the Choice of a tension element, but at least partially a ceramic material is also a good match to the ceramic base material of the heat shield brick achieved in terms of thermomechanical properties. By firmly anchoring the tension element to the base material the heat shield stone is advantageously at least at the high application temperature in a kind of solid composite designed with the tension element. This makes it compact Construction and structure of the heat shield brick given, which is extremely high durability and passive Security even with large thermal and / or mechanical Has loads. This is particularly large Advantage when using the heat shield brick in a combustion chamber, because even after a tear or material tear the Heat shield function of the heat shield brick continues to be guaranteed is, especially no fragments in the combustion chamber can reach.

Wirtschaftlich ergibt sich hieraus einerseits der Vorteil, dass im normalen Betriebsfall keine außerordentliche Wartung und/oder Revision einer den Hitzeschildstein aufweisenden Brennkammer erforderlich ist. Andererseits verfügt der Hitzeschildstein im Fall besonderer Vorkommnisse über Notlaufeigenschaften, sodass Folgeschäden für eine Turbine, beispielsweise die Beschaufelung der Turbine, vermieden werden können. Die Brennkammer kann zumindest mit den üblichen Wartungszyklen betrieben werden, wobei aber zudem eine Verlängerung der Standzeiten aufgrund der mit dem Zugelement erhöhten passiven Sicherheit erzielbar ist.Economically, this has the advantage on the one hand that in normal operation no extraordinary maintenance and / or revision of a heat shield stone Combustion chamber is required. On the other hand, the heat shield stone in the event of special occurrences about emergency running properties, causing consequential damage to a turbine, for example the blading of the turbine can be avoided. The combustion chamber can at least with the usual maintenance cycles operated, but also an extension of Downtimes due to the increased passive with the traction element Security can be achieved.

Die auf eine Verwendung eines Hitzeschildsteins gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines Hitzeschildstein gemäß den obigen Ausführungen in einer Brennkammer, insbesondere einer Brennkammer einer Gasturbine. The one aimed at using a heat shield brick The object is achieved by using a Heat shield stone according to the above statements in one Combustion chamber, in particular a combustion chamber of a gas turbine.

Die Vorteile einer Verwendung des Hitzeschildsteins in einer Brennkammer, insbesondere einer Brennkammer einer Gasturbine, ergeben sich entsprechend den Ausführungen zu dem Hitzeschildstein.The benefits of using the heat shield brick in one Combustion chamber, in particular a combustion chamber of a gas turbine, arise according to the explanations of the heat shield stone.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen hierbei schematisch und teilweise vereinfacht:

FIG 1 und 2
jeweils eine Seitenansicht eines Hitzeschildsteins mit Zugelement,
FIG 3
eine perspektivische Ansicht eines Hitzeschildsteins in einer Explosionsdarstellung,
FIG 4 und 5
jeweils eine Variante der Verklebung des Hitzeschildsteins mit dem Zugelement,
FIG 6
einen Hitzeschildstein,
FIG 7 und 8
eine jeweilige Ansicht des Zugelements des in FIG 6 gezeigten Hitzeschildsteins,
FIG 9
eine Hitzeschildstein mit einer Variante der geometrischen Ausgestaltung von Umfangsnut und Zugelement.
FIG 10 u. 11
eine jeweilige Detailansicht des in FIG 9 gezeigten Zugelements,
FIG 12
einen Hitzeschildstein mit einer weiteren geometrischen Variante des in die Umfangsnut eingreifenden Zugelements,
FIG 13 u. 14
jeweilige detaillierte Darstellungen des in FIG 12 gezeigten Zugelements.
The invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawing. They show schematically and partially simplified:
1 and 2
each a side view of a heat shield brick with tension element,
FIG 3
2 shows a perspective view of a heat shield brick in an exploded view,
4 and 5
each a variant of the gluing of the heat shield brick to the tension element,
FIG 6
a heat shield stone,
7 and 8
6 shows a respective view of the tension element of the heat shield brick shown in FIG. 6,
FIG 9
a heat shield brick with a variant of the geometric design of the circumferential groove and tension element.
FIG 10 u. 11
5 shows a respective detailed view of the tension element shown in FIG. 9,
FIG 12
a heat shield brick with a further geometric variant of the tension element engaging in the circumferential groove,
FIG 13 u. 14
respective detailed representations of the tension element shown in FIG.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.The same reference numerals have in the different figures same meaning.

FIG 1 zeigt in einer Seitenansicht einen Hitzeschildstein 1. Der Hitzeschildstein 1 weist eine Heißseite 3 und eine der Heißseite 3 gegenüberliegende Wandseite 5 auf. An die Heißseite 3 und die Wandseite 5 grenzt eine Umfangsseite 7 des Hitzeschildsteins 1 an. Die Umfangsseite 7 weist eine Umfangsseitenfläche 9 auf. Die Heißseite 3 ist beim Einsatz des Hitzeschildsteins 1 mit einem heißen Medium M, beispielsweise einem heißen Gas, beaufschlagt. An der Umfangsseite 7 des Hitzeschildsteins 1 ist ein in Umfangsrichtung 17 vorgespanntes Zugelement 11 vorgesehen. Das Zugelement 11 ist hierbei auf eine Vorspannung FZ vorgespannt. Die Umfangsseite 7 weist eine Umfangsnut 13 auf, in die das Zugelement 11 eingreift. Durch die Vorspannung FZ des Zugelements 11 wird auf das Material des Hitzeschildsteins 1 eine Druckspannung FP bewirkt, die beispielsweise auf ein Flächenelement A einwirkt. Das Zugelement 11 ist dabei derart vorgespannt, dass die Druckspannung FP im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung 17 zum Zentrum des Hitzeschildsteins 1 hin wirkt. Zur Erzeugung einer Vorspannung FZ in Umfangsrichtung 17 weist das Zugelement 11 eine gewisse Elastizität auf. Durch Materialanpassung des Zugelements 11 und des Grundmaterials des Hitzeschildsteins 1 kann erreicht werden, dass bei einer Normaltemperatur das Zugelement 11 spannungsfrei ist, d. h. die Vorspannung FZ = 0 ist. Die Normaltemperatur ist hierbei vorzugsweise Zimmertemperatur, also etwa 20 °C. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Anbringen des Zugelements 11 an der Umfangsseite 7 des Hitzeschildsteins 1, indem das Zugelement 11 in die Umfangsnut 13 eingeführt wird. Zusätzlich ist hierzu im Einbauzustand ein gewisses Spiel zwischen dem Zugelement 11 und der Umfangsnut 13 vorgesehen, was durch den Spalt 19 erreicht ist.1 shows a side view of a heat shield brick 1. The heat shield brick 1 has a hot side 3 and a wall side 5 opposite the hot side 3. A peripheral side 7 of the heat shield brick 1 is adjacent to the hot side 3 and the wall side 5. The peripheral side 7 has a peripheral side surface 9. The hot side 3 is acted upon by a hot medium M, for example a hot gas, when the heat shield brick 1 is used. On the circumferential side 7 of the heat shield brick 1, a tension element 11 is provided which is prestressed in the circumferential direction 17. The tension element 11 is biased to a bias F Z. The peripheral side 7 has a peripheral groove 13, in which the tension element 11 engages. The prestress F Z of the tension element 11 causes a compressive stress F P on the material of the heat shield brick 1, which acts on a surface element A, for example. The tension element 11 is prestressed in such a way that the compressive stress F P acts essentially along the circumferential direction 17 towards the center of the heat shield brick 1. To generate a bias F Z in the circumferential direction 17, the tension element 11 has a certain elasticity. By adapting the material of the tensile element 11 and the base material of the heat shield brick 1, it can be achieved that the tensile element 11 is stress-free at a normal temperature, ie the pretension F Z = 0. The normal temperature is preferably room temperature, ie about 20 ° C. This enables a particularly simple attachment of the tension element 11 to the peripheral side 7 of the heat shield brick 1 by inserting the tension element 11 into the peripheral groove 13. In addition, a certain play is provided between the tension element 11 and the circumferential groove 13 in the installed state, which is achieved through the gap 19.

Durch gezielte Einstellung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Grundmaterials des Hitzeschildsteins 1 und des Zugelements 11 wird erreicht, dass im Betrieb des Hitzeschildsteins 1 eine hinreichend große Vorspannung FZ auf den Hitzeschildstein 1 aufbringbar ist. Hierzu wird der thermische Ausdehnungskoeffizient des Grundmaterials des Hitzeschildsteins 1 größer gewählt als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Zugelements 11. Bei einer Anwendungstemperatur oberhalb der Normaltemperatur, welche bei einem Einsatz des Hitzeschildsteins 1 in einer Gasturbine bei bis zu 1200 °C liegen kann, ist erreicht, dass das Zugelement 11 unter der Vorspannung FZ steht. Dies wird durch die relative thermische Ausdehnung zwischen dem Grundmaterial des Hitzeschildsteins 1 und dem Zugelement 11 herbeigeführt. Das Zugelement 11 ist dabei ähnlich wie eine Klammer in den Hitzeschildstein 1 eingeführt und bewirkt eine zentral gerichtete Druckspannung FP auf den Hitzeschildstein 1. Durch diese Klammerfunktion des Zugelements 11 wird dieses unter Betriebsbedingungen bei der Anwendungstemperatur fest zusammengeklammert. Mit dem Zugelement 11 ist eine deutliche Erhöhung der passiven Sicherheit und damit Dauerhaltbarkeit des Hitzeschildsteins 1 beim Einsatz in einem Brennraum, beispielsweise in der Brennkammer einer Gasturbine, erreicht. Der Hitzeschildstein 1 ist insbesondere gegenüber der Gefahr einer Rissbildung der Rissausbreitung auf der Heißseite 3, der Wandseite 5 oder der Umfangsseite 7 weitgehend geschützt.By setting the thermal expansion coefficient of the base material of the heat shield brick 1 and the tension element 11 in a targeted manner, it is achieved that a sufficiently large prestress F Z can be applied to the heat shield brick 1 during operation of the heat shield brick 1. For this purpose, the thermal expansion coefficient of the base material of the heat shield brick 1 is chosen to be greater than the thermal expansion coefficient of the tension element 11. At an application temperature above the normal temperature, which can be up to 1200 ° C. when the heat shield brick 1 is used in a gas turbine, this is achieved the tension element 11 is under the prestress F Z. This is brought about by the relative thermal expansion between the base material of the heat shield brick 1 and the tension element 11. The tension element 11 is inserted into the heat shield brick 1 in a manner similar to a clamp and causes a centrally directed compressive stress F P on the heat shield brick 1. This clamp function of the tension element 11 firmly clamps it together under operating conditions at the application temperature. The traction element 11 significantly increases the passive safety and thus the durability of the heat shield brick 1 when used in a combustion chamber, for example in the combustion chamber of a gas turbine. The heat shield brick 1 is largely protected, in particular, against the risk of crack formation from the crack propagation on the hot side 3, the wall side 5 or the peripheral side 7.

Zur Illustration dieses Sachverhalts zeigt FIG 2 einen Hitzeschildstein 1 mit einem Zugelement 11, wobei ein Riss 21 sich von der Heißseite 3 zu der Wandseite 5 vollständig durch das Grundmaterial des Hitzeschildsteins 1 erstreckt. Der Bruch des Hitzeschildsteins 1 dabei in einem mittleren Bereich des Hitzeschildsteins 1 aufgetreten. Infolge der erheblichen thermischen oder mechanischen Belastung, z. B. durch Aufprall auf eine nicht näher dargestellte Brennkammerwand einer Gasturbine, wird ein derartiger Riss 21 des Hitzeschildsteins 1 verursacht. Der Riss 21 führt dazu, dass der Hitzeschildstein 1 in ein erstes Bruchstück 57A und ein zweites Bruchstück 57B geteilt ist. Durch die über das Zugelement 11 vermittelte Druckspannung FP auf den Hitzeschildstein 1 werden die Bruchstücke 57A,57B entlang der Umfangsrichtung 17 gegeneinander gedrückt. Hierdurch wird ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks 57A,57B sicher verhindert. Ohne das unter Vorspannung FZ stehenden Zugelements 11 bestünde dagegen die akute Gefahr des Herauslösens eines Bruchstücks 57A,57B aus dem Verbund in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Oberflächennormale der Heißseite 3. Die Gefahr, dass die Bruchstücke 57A,57B in den nicht näher dargestellten Brennraum einer Gasturbine gelangen und weitere Bauteile einer Brennkammer oder, beispielsweise beim Einsatz in einer Gasturbine, den empfindlichen Beschaufelungsbereich der Turbinenschaufeln massiv schädigen, wird durch das Vorsehen des Zugelements 11 wirksam entgegengetreten. Der in FIG 2 dargestellt Hitzeschildstein weist zur Befestigung des Hitzeschildsteins an einer nicht näher dargestellten Brennkammerwand eine Befestigungsnut 15 auf, in die ein Halterungselement 25A eingreift. Ein weiteres Halterungselement 25B greift in die Befestigungsnut 15 und ist entlang der Umfangsrichtung 17 dem Halterungselement 25A gegenüberliegend angeordnet. Die Wandseite 5 ist beim Einbau des Hitzeschildsteins 1 einer entsprechenden nicht näher dargestellten Wandung der Brennkammer zugewandt, sodass der Hitzeschildstein 1 über die Befestigungselemente 25A, 25B federelastisch an der nicht näher dargestellten Wandung befestigbar ist.To illustrate this, FIG 2 shows a heat shield brick 1 with a tension element 11, wherein a crack 21 extends from the hot side 3 to the wall side 5 completely through the base material of the heat shield brick 1. The fracture of the heat shield brick 1 occurred in a central area of the heat shield brick 1. Due to the considerable thermal or mechanical stress, e.g. B. by impact on a combustion chamber wall, not shown, of a gas turbine, such a crack 21 of the heat shield brick 1 is caused. The crack 21 causes the heat shield brick 1 to be divided into a first fragment 57A and a second fragment 57B. The fragments 57A, 57B are pressed against one another along the circumferential direction 17 by the compressive stress F P mediated by the tension element 11 on the heat shield brick 1. This reliably prevents a fragment 57A, 57B formed in the event of a break from being detached. Without the tension element 11 under prestress F Z , on the other hand, there would be an acute risk of a fragment 57A, 57B being released from the composite in a direction essentially parallel to the surface normal of the hot side 3. The danger that the fragments 57A, 57B in those not shown in more detail Coming into the combustion chamber of a gas turbine and massively damaging further components of a combustion chamber or, for example when used in a gas turbine, the sensitive blading area of the turbine blades is effectively countered by the provision of the tension element 11. The heat shield brick shown in FIG. 2 has a fastening groove 15 for fastening the heat shield brick to a combustion chamber wall (not shown in any more detail), into which a mounting element 25A engages. Another mounting element 25B engages in the fastening groove 15 and is arranged along the circumferential direction 17 opposite the mounting element 25A. The wall side 5 faces a corresponding wall, not shown, of the combustion chamber when the heat shield brick 1 is installed, so that the heat shield brick 1 can be fastened in a spring-elastic manner to the wall, not shown, via the fastening elements 25A, 25B.

Eine perspektivische Ansicht in einer Explosionsdarstellung des Hitzeschildsteins 1 ist in FIG 3 gezeigt. Der Hitzeschildstein 1 hat dabei im Wesentlichen eine quaderförmige Geometrie und erstreckt sich entlang einer Strömungsrichtung 27 sowie einer Umfangsrichtung 17. Die Strömungsrichtung 27 bildet beim Einsatz des Hitzeschildsteins 1 in einer Brennkammer einer Gasturbine vorzugsweise zugleich auch die Richtung, in der das heiße Medium M strömt und mit der die Heißseite 3 beaufschlagt ist (vgl. auch FIG 1 und 2). Durch die Befestigungsnut 15 und die Umfangsnut 13 zerfällt die Umfangsseite 7 funktional in verschiedene Bereiche 35A,35B,37A,37B, die Teilbereiche der an die Heißseite 3 und die Wandseite 5 angrenzende Umfangsseite 7 bilden. Der die Befestigungsnut 15 aufweisende Teilbereich der Umfangsseite 7 wird als Befestigungsseite 35A,35B bezeichnet, während der die das Zugelement 11A,11B aufnehmende Umfangsnut 13 aufweisende Teilbereich als Stirnseite 37A,37B bezeichnet wird. In der Explosionsdarstellung der FIG 3 sind zwei Zugelemente 11A,11B gezeigt, die der Verdeutlichung halber nicht in die Umfangsnut 13 eingesetzt, sondern aus dieser herausgenommen sind. Das Zugelement 11A ist dabei einer Umfangsnut 13 in der Stirnseite 37A zugeordnet, während das Zugelement 11B auf der der Stirnseite 37A entlang der Strömungsrichtung 27 gegenüberliegenden Stirnseite 37B vorgesehen ist. Jedes der Zugelemente 11A,11B ist klammerförmig ausgestaltet und weist einen Steg 29 sowie jeweils zwei fingerförmige Anker 31 auf. Der fingerförmige Anker 31 ist dabei an den beiden Längsenden des Stegs 29 angeordnet und ragt im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Stegs 29 in Richtung des Inneren des Hitzeschildsteins 1. Korrespondierend zu den fingerförmigen Ankern 31 weist die Umfangsnut 13 entsprechend der Anzahl der fingerförmigen Anker 31 Bohrungen 33, z.B. Sacklochbohrungen, auf. In jede dieser Bohrungen 33 ist beim Einbau der Zugelemente 11A,11B ein fingerförmiger Anker 31 zur Verankerung des Zugelements 11A,11B an der jeweiligen Stirnseite 37A,37B einführbar.An exploded perspective view of the heat shield brick 1 is shown in FIG 3. The heat shield stone 1 essentially has a cuboid shape Geometry and extends along a flow direction 27 and a circumferential direction 17. The flow direction 27 forms when using the heat shield brick 1 in a combustion chamber a gas turbine, preferably also the direction, in which the hot medium M flows and with which the hot side 3 is applied (see also FIG 1 and 2). Through the Fastening groove 15 and the circumferential groove 13 disintegrate the circumferential side 7 functional in different areas 35A, 35B, 37A, 37B, the sections of the hot side 3 and form the wall side 5 adjacent peripheral side 7. The the Fastening groove 15 having partial area of the peripheral side 7 is referred to as the mounting side 35A, 35B during the the circumferential groove 13 receiving the tension element 11A, 11B Sub-area is referred to as the end face 37A, 37B. In the exploded view of FIG 3 are two tension elements 11A, 11B, which are not shown in FIG Circumferential groove 13 used, but removed from this are. The tension element 11A is a circumferential groove 13 in the Associated end face 37A, while the tension element 11B on the opposite the end face 37A along the flow direction 27 End face 37B is provided. Each of the tension elements 11A, 11B is designed in the form of a clamp and has one Web 29 and two finger-shaped anchors 31 each. The Finger-shaped anchor 31 is at the two longitudinal ends of the Web 29 arranged and projects substantially perpendicular to Longitudinal extension of the web 29 towards the inside of the Heat shield stones 1. Corresponding to the finger-shaped Anchors 31 have the circumferential groove 13 corresponding to the number of finger-shaped anchor 31 holes 33, e.g. Blind holes, on. In each of these holes 33 is when installing the tension elements 11A, 11B a finger-shaped anchor 31 for anchoring the Pulling element 11A, 11B can be inserted on the respective end face 37A, 37B.

Ein möglicher im Wesentlichen mittiger, Riss 21, durch den der Hitzeschildstein in ein erstes Bruchstück 57A und eine zweites Bruchstück 57B zerteilt wird wird mit den Zugelementen 11A,11B überbrückt. Durch die auf das Zugelement 11A,11B aufgebrachte Vorspannung FZ ist, wie im Zusammenhang mit der Diskussion bei den Figuren 1 und 2 bereits beschrieben, ein Herauslösen der Bruchstücke 57A,57B verhindert.A possible substantially central crack 21, through which the heat shield brick is divided into a first fragment 57A and a second fragment 57B, is bridged with the tension elements 11A, 11B. The pretension F Z applied to the tension element 11A, 11B, as already described in connection with the discussion in FIGS. 1 and 2, prevents the fragments 57A, 57B from being removed.

Zur Befestigung oder Verankerung der Zugelemente 11A,11B werden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, von denen in den Figuren 4 und 5 beispielhaft zwei bevorzugte Varianten illustriert sind. In beiden Varianten ist eine Verklebung des fingerförmigen Ankers 31 mit dem keramischen Grundmaterial 49 des Hitzeschildsteins 1 vorgesehen. In FIG 4 ist hierfür ein Klebstoff 39 in die Bohrung 33 vor dem Einführen des fingerförmigen Ankers 31 in die Bohrung 33 eingebracht. Zur Befestigung des Zugelements 11A,11B wird der fingerförmige Anker 31 in die mit dem Klebstoff 39 versehene Bohrung 33 eingeführt, wobei der fingerförmige Anker 31 in den Klebstoff 39 hineingedrückt wird. Nach Abbindung des Klebstoffs 39, beispielsweise eines keramischen Klebers, ist eine sichere und dauerhafte Klebeverbindung zwischen dem fingerförmigen Anker 31 und dem keramischen Grundmaterial 49 des Hitzeschildsteins 1 erreicht. Die Umfangsseite 7 weist eine Umfangsseitenfläche 9 auf, wobei das Zugelement 11A,11B, respektive der Steg 29 des Zugelements 11A, 11B, derart in die Umfangsnut 13 eingreift, dass das Zugelement 11A,11B mit der Umfangsseitenfläche 9 bündig abschließt. Es ist auch möglich, dass das Zugelement 11A,11B gegenüber der Umfangsseitenfläche in Richtung des Inneren des Hitzeschildsteins 1 zurückversetzt ist. Durch diese Ausgestaltung ist das Zugelement 11A,11B verdeckt und sozusagen integriert in den Hitzeschildstein 1 eingesetzt und somit einem eventuell einströmenden heißen Medium M nicht unmittelbar ausgesetzt. Das vorgesehene Spiel in Form eines Spalts 19 zwischen dem Zugelement 11A,11B ermöglicht eine weitgehend ungehinderte thermische Aufwölbung des Hitzeschildsteins 1 im Betriebsfall.For fastening or anchoring the tension elements 11A, 11B proposed various options, one of which is in Figures 4 and 5 exemplarily two preferred variants are illustrated. In both variants, the Finger-shaped anchor 31 with the ceramic base material 49 the heat shield stone 1 is provided. In FIG 4 there is a Adhesive 39 in the bore 33 before inserting the finger-shaped Anchor 31 introduced into the bore 33. For fixing of the tension element 11A, 11B becomes the finger-shaped anchor 31 inserted into the bore 33 provided with the adhesive 39, the finger-shaped anchor 31 in the adhesive 39 is pushed in. After the adhesive 39 has set, for example a ceramic adhesive, is a safe and permanent adhesive connection between the finger-shaped anchor 31 and the ceramic base material 49 of the heat shield brick 1 reached. The peripheral side 7 has a peripheral side surface 9, the tension element 11A, 11B or the web 29 of the tension element 11A, 11B, engages in the circumferential groove 13 in this way, that the tension member 11A, 11B with the peripheral side surface 9 ends flush. It is also possible that the tension element 11A, 11B toward the peripheral side surface in the direction the interior of the heat shield brick 1 is set back. By this configuration, the tension element 11A, 11B is covered and so to speak integrated into the heat shield brick 1 and thus not immediately flowing into a hot medium M. exposed. The proposed game in the form of a Gap 19 between the tension element 11A, 11B enables one largely unimpeded thermal bulging of the heat shield brick 1 in operation.

FIG 5 zeigt eine gegenüber FIG 4 alternative Variante der Verklebung des Zugelements 11 mit dem keramischen Grundmaterial 49 im Bereich der Bohrung 33. Das Zugelement 11 weist hierzu einen Kanal 41 auf. Der Kanal 41 weist eine Eintrittsöffnung 43 auf, die von der Umfangsseite 7 abgewandt stegseitig an der Außenfläche des Zugelements 11 vorgesehen ist. Der Kanal 41 verzweigt sich und mündet in eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 45 in dem fingerförmigen Anker 31. Das Zugelement 11 mit dem Steg 29 und dem fingerförmigen Anker 31 sind dabei vorzugsweise aus einem keramischen Material, beispielsweise einer Si3N4-Basiskeramik. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der FIG 5 besteht das Zugelement 11 aus einem keramischen Röhrenmaterial. Der fingerförmige Anker 31 weist beispielsweise über die gesamte axiale Erstreckung des Ankers 31 und über den gesamten Umfang des Ankers 31 verteilte Austrittsöffnungen 45 auf. Zum Verkleben des Zugelements 11 mit dem Material 49 des Hitzeschildsteins 1 im Bereich der Bohrung 33 wird Klebstoff 39, beispielsweise ein keramischer Kleber, durch die Eintrittsöffnung 39 dem Kanal 41 zugeführt. Der Klebstoff 39 wird vorzugsweise in die Eintrittsöffnung eingespritzt, sodass eine gleichmäßige und vollständige Verteilung des Klebstoffs 39 im gesamten Kanal 41 und ein Austreten des Klebstoffs durch die Austrittsöffnung 45 möglich ist. Eine großflächige Bindung zwischen dem keramischen Material 49 des Hitzeschildsteins 1 und dem fingerförmigen Anker 31 ist somit erreicht. Der fingerförmige Anker 31 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel als Hohlanker, über den der Klebstoff 39 sehr gezielt zu den zu verklebenden Bereichen in der Bohrung 33 gebracht werden kann.5 shows an alternative to FIG. 4 of gluing the tension element 11 to the ceramic base material 49 in the region of the bore 33. The tension element 11 has a channel 41 for this purpose. The channel 41 has an inlet opening 43, which is provided on the outer side of the tension element 11 on the web side facing away from the peripheral side 7. The channel 41 branches out and opens into a large number of outlet openings 45 in the finger-shaped armature 31. The tension element 11 with the web 29 and the finger-shaped armature 31 are preferably made of a ceramic material, for example an Si 3 N 4 base ceramic. In the present exemplary embodiment in FIG. 5, the tension element 11 consists of a ceramic tube material. The finger-shaped armature 31 has, for example, outlet openings 45 distributed over the entire axial extent of the armature 31 and over the entire circumference of the armature 31. To glue the tension element 11 to the material 49 of the heat shield brick 1 in the region of the bore 33, adhesive 39, for example a ceramic adhesive, is supplied to the channel 41 through the inlet opening 39. The adhesive 39 is preferably injected into the inlet opening, so that a uniform and complete distribution of the adhesive 39 in the entire channel 41 and an escape of the adhesive through the outlet opening 45 is possible. A large-area bond between the ceramic material 49 of the heat shield brick 1 and the finger-shaped anchor 31 is thus achieved. In this exemplary embodiment, the finger-shaped anchor 31 acts as a hollow anchor, via which the adhesive 39 can be brought very specifically to the regions in the bore 33 to be bonded.

Neben der Verwendung eines keramischen Röhrenmaterials für den Zuganker 11 ist aber auch die Verwendung einer Vollkeramik möglich, wie beispielsweise in FIG 4 gezeigt. Zusätzlich zur Verwendung eines Klebstoffs 39 zur Verklebung, kann der fingerförmige Anker 31, mit denen das Zugelement 11 in den Hitzeschildstein 1 eingreift, mit dem elastischen faserkeramischen Material umhüllt werden. Dies verstärkt die Anbindung und die Dauerhaltbarkeit der Klebeverbindung zwischen Anker 31 und dem keramischen Material 49 in der Sackbohrung 33.In addition to using a ceramic tube material for the tie rod 11 is also the use of an all-ceramic possible, as shown for example in FIG. 4. additionally to use an adhesive 39 for gluing, the finger-shaped anchor 31 with which the tension element 11 in the Heat shield stone 1 engages with the elastic fiber ceramic Material to be wrapped. This strengthens the connection and the durability of the bond between anchor 31 and the ceramic material 49 in the blind hole 33.

In den nachfolgenden Figuren 6 bis 14 sind verschiedene konstruktive Varianten eines an einem Hitzeschildstein 1 angebrachten Zugelements 11 graphisch dargestellt. Hierbei ist im Wesentlichen der Querschnitt des Zugelements 11 sowie die das Zugelement 11 aufnehmenden korrespondierenden Umfangsnut 13 geometrisch variiert. Es ist darauf zu achten, dass weder an dem Zugelement 11 noch an der Umfangsnut 13 scharfe Ecken oder Kanten bestehen. Hierzu sind in den kritischen Bereichen Abrundungen 51 am Zugelement 11 und entsprechend an der Umfangsnut 13 vorgesehen. FIG 7 und FIG 8 zeigen zwei Seitenansichten des Zugelements 11, wie es in den Hitzeschildstein 1 gemäß FIG 6 eingesetzt ist. Der fingerförmige Anker 31 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zum Steg 29 und weist einen Schaftbereich 53 sowie einen an den Schaftbereich 53 sich anschließenden Endabschnitt 55 auf. Der Endabschnitt 55 ist in Querschnitt gegenüber dem Schaftbereich 53 etwas vergrößert, sodass eine besonders günstige Verankerung des Ankers 31 in der Bohrung 33 erzielt werden kann.In the following FIGS. 6 to 14, there are various constructive designs Variants of one attached to a heat shield brick 1 Tension element 11 shown graphically. Here is in Essentially the cross section of the tension element 11 and that Corresponding circumferential groove 13 receiving tension element 11 varies geometrically. Care should be taken to ensure that neither the pulling element 11 or sharp corners on the circumferential groove 13 Edges exist. To do this are in the critical areas Rounding 51 on the tension element 11 and accordingly on the circumferential groove 13 provided. 7 and 8 show two side views of the tension element 11, as it is in the heat shield brick 1 6 is used. The finger-shaped anchor 31 extends is essentially perpendicular to the web 29 and points a shaft region 53 and one on the shaft region 53 adjoining end section 55. The end section 55 is slightly enlarged in cross section compared to the shaft region 53, so that the anchor can be anchored particularly cheaply 31 can be achieved in the bore 33.

FIG 10 und FIG 11 zeigen ein Zugelement 11, wie es gemäß dem Ausführungsbeispiel der FIG 9 an einen Hitzeschildstein 1 angebracht ist. Der Querschnitt des Zugelements ist hierbei im Wesentlichen rechteckig, kann aber auch quadratisch sein. Entsprechend der gewählten Geometrie ist die Umfangsnut 13 unter Vorsehung eines Spalts 19 und einer Abrundung 51 ausgestaltet.. Analog zu dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6 bis 8 weist das Zugelement 11 einen fingerförmigen Anker 31 auf, welcher einen Schaftbereich 53 und einen Endabschnitt 55 umfasst. In analoger Weise zeigen die Figuren 12 bis 14 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der das Zugelement 11 eine im Wesentlichen runde oder ovale Querschnittsfläche aufweist.10 and 11 show a tension element 11 as it is according to the Embodiment of FIG 9 attached to a heat shield brick 1 is. The cross section of the tension element is here Essentially rectangular, but can also be square. The circumferential groove 13 corresponds to the selected geometry provided with a gap 19 and a rounding 51. Analogous to the exemplary embodiment in FIGS. 6 to 8, the tension element 11 has a finger-shaped anchor 31 which has a shaft region 53 and an end section 55 includes. Figures 12 to 14 show in an analogous manner Embodiment of the invention in which the tension element 11 has a substantially round or oval cross-sectional area.

In allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Befestigung der Zugelemente an dem Hitzeschildstein 1 vorzugsweise mittels einer Verklebung mit einem Klebstoff 39, z.B. einem keramischen Kleber. Die Verklebung erweist sich als besonders günstig für die Montage des Hitzeschildsteins 1 in eine Brennkammer, wo die Hitzeschildsteine bei einer hohen Anwendungstemperatur zum Einsatz kommen. Die Verklebung des Zugelements 11 verhindert dabei ein Herauslösen des Zugelements 11 aus dem Hitzeschildstein 1 bei einer Normaltemperatur unterhalb der Anwendungstemperatur, also wenn das Zugelement vorzugsweise spannungsfrei ist. Die Verklebung kann dabei so ausgeführt werden, dass nach dem Aushärten ein Formschluss des Zugelements 11 mit dem Hitzeschildstein 1 gebildet ist. Dadurch kann das Zugelement nicht herausfallen, selbst wenn der ausgehärtete Klebstoff 39 brechen sollte, da sich eventuelle Bruchstücke des ausgehärteten Klebstoffs verhaken würden. In einer alternativen Ausgestaltung ist auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Zugelement 11 und Hitzeschildstein 1 möglich, wobei auf einen Klebstoff 39 gänzlich verzichtet werden kann. In diesem Falle ist eine gewisse Vorspannung FZ auf das Zugelement 11 bereits bei einer Normaltemperatur, z.B. Zimmertemperatur, aufzubringen. Diese Vorspannung dient als Haltespannung zur sicheren Verklammerung des Zugelements 11 mit dem Hitzeschildstein 1 bei der Montage.In all of the above-described exemplary embodiments, the tension elements are fastened to the heat shield brick 1 preferably by means of gluing with an adhesive 39, for example a ceramic adhesive. The bonding has proven to be particularly favorable for the assembly of the heat shield brick 1 in a combustion chamber, where the heat shield bricks are used at a high application temperature. The adhesive bonding of the tension element 11 prevents the tension element 11 from being detached from the heat shield brick 1 at a normal temperature below the application temperature, that is to say when the tension element is preferably stress-free. The adhesive bonding can be carried out in such a way that a positive connection of the tension element 11 with the heat shield brick 1 is formed after curing. As a result, the tension element cannot fall out, even if the hardened adhesive 39 should break, since any fragments of the hardened adhesive would get caught. In an alternative embodiment, a positive connection between the tension element 11 and the heat shield brick 1 is also possible, it being possible entirely to dispense with an adhesive 39. In this case, a certain pretension F Z must be applied to the tension element 11 at a normal temperature, for example room temperature. This bias serves as a holding voltage for securely clamping the tension element 11 to the heat shield brick 1 during assembly.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Hitzeschildsteins liegen in einer deutlichen Erhöhung der Betriebssicherheit beim Einsatz des Hitzeschildsteins in einer Brennkammer, beispielsweise in einer thermisch hochbelasteten Brennkammer einer Gasturbine. Insbesondere werden Maschinenschäden infolge eines Bruches oder Durchrisses des Hitzeschildsteins - was infolge von thermischen und/oder mechanischen Belastungen des Hitzeschildsteins vorkommen kann - mit großer Sicherheit vermeiden, da durch das Zugelement ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks verhindert wird. Damit einher geht eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer des Hitzeschildsteins, da einerseits das Risswachstum verlangsamt wird und andererseits eine größere Risslänge bis hin zur Austauschgrenze zugelassen werden kann. Folglich ist eine Reduzierung der Anzahl und der Dauer von Zwangsstillständen der Brennkammer möglich, wodurch sich insbesondere auch die Verfügbarkeit einer Anlage bei Verwendung des Hitzeschildsteins zur Auskleidung einer Brennkammerwand, erhöht.The advantages of the heat shield brick according to the invention lie in a significant increase in operational safety during use the heat shield brick in a combustion chamber, for example in a thermally highly loaded combustion chamber Gas turbine. In particular, machine damage as a result of Breakage or crack of the heat shield brick - what as a result of thermal and / or mechanical loads on the Heat shield stone can occur - avoid with great certainty because the pulling element detaches one from one Breakage formed fragment is prevented. Along with it is a significant increase in the life of the heat shield brick, because on the one hand the crack growth slows down and on the other hand a larger crack length up to the exchange limit can be approved. Hence a reduction the number and duration of forced stoppages of the Combustion chamber possible, which increases availability a system when using the heat shield brick for lining a combustion chamber wall, increased.

Claims (11)

Hitzeschildstein (1), insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand, mit einer einem heißen Medium (M) aussetzbaren Heißseite (3), einer der Heißseite (3) gegenüberliegenden Wandseite (5) und einer an die Heißseite (3) und die Wandseite (5) angrenzenden Umfangsseite (7),
dadurch gekennzeichnet, dass an der Umfangsseite (7) ein auf eine Vorspannung (FZ) vorspannbares Zugelement (11, 11A) angebracht ist, wobei durch die Vorspannung (FZ) des Zugelements (11, 11A, 11B) ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks (57A,57B) verhindert wird.
Heat shield brick (1), in particular for lining a combustion chamber wall, with a hot side (3) which can be exposed to a hot medium (M), a wall side (5) opposite the hot side (3) and one on the hot side (3) and the wall side (5) adjacent peripheral side (7),
characterized in that on the circumferential side (7) a tension element (11, 11A) which can be pretensioned to a pretension (F Z ) is attached, the pretension (F Z ) of the tension element (11, 11A, 11B) releasing one at a time Breakage formed fragment (57A, 57B) is prevented.
Hitzeschildstein (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Normaltemperatur das Zugelement (11,11A,11B) spannungsfrei ist, und dass bei einer Anwendungstemperatur oberhalb der Normaltemperatur das Zugelement (11,11A,11B) unter der Vorspannung (FZ) steht.
Heat shield brick (1) according to claim 1,
characterized in that the tension element (11, 11A, 11B) is stress-free at a normal temperature, and that the tension element (11, 11A, 11B) is under the pretension (F Z ) at an application temperature above the normal temperature.
Hitzeschildstein (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung (FZ) in Umfangsrichtung (17) gerichtet ist.
Heat shield brick (1) according to claim 1 or 2,
characterized in that the bias (F Z ) is directed in the circumferential direction (17).
Hitzeschildstein (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsseite (7) eine Umfangsnut (13) aufweist, in die das Zugelement (11,11A,11B) eingreift.
Heat shield brick (1) according to claim 1, 2 or 3,
characterized in that the circumferential side (7) has a circumferential groove (13) into which the tension element (11, 11A, 11B) engages.
Hitzeschildstein (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsseite (7) eine Umfangsseitenfläche (9) aufweist, wobei das Zugelement (11,11A,11B) derart in die Umfangsnut (13) eingreift, dass das Zugelement (11,11A,11B) gegenüber der Umfangsseitenfläche (9) zurück versetzt ist oder mit dieser bündig abschließt.
Heat shield brick (1) according to claim 4,
characterized in that the peripheral side (7) has a peripheral side surface (9), the tension element (11, 11A, 11B) engaging in the peripheral groove (13) such that the tension element (11, 11A, 11B) is opposite the peripheral side surface (9 ) is set back or is flush with it.
Hitzeschildstein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (11,11A,11B) aus einem keramischen Material (47), insbesondere aus einer Si3N4-Basiskeramik, besteht.Heat shield brick (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tension element (11, 11A, 11B) consists of a ceramic material (47), in particular of a Si 3 N 4 base ceramic. Hitzeschildstein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (11,11A,11B) mittels eines Klebstoffs (39) befestigt ist.Heat shield brick (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tension element (11, 11A, 11B) is fastened by means of an adhesive (39). Hitzeschildstein (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (11,11A,11B) einen Kanal (41) aufweist, in den der Klebstoff (39) zur Verankerung des Zugelements (11,11A,11B) einbringbar ist.
Heat shield brick (1) according to claim 7,
characterized in that the tension element (11, 11A, 11B) has a channel (41) into which the adhesive (39) for anchoring the tension element (11, 11A, 11B) can be introduced.
Hitzeschildstein nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Zugelement (11B) vorgesehen ist, welches an der Umfangsseite (7) angebracht ist und dem Zugelement (11A) gegenüberliegt.
Heat shield brick according to one of the preceding claims,
characterized in that a further tension element (11B) is provided, which is attached to the peripheral side (7) and lies opposite the tension element (11A).
Hitzeschildstein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus einem keramischen Grundmaterial (49), insbesondere aus einer Feuerfestkeramik, besteht.Heat shield brick (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of a ceramic base material (49), in particular of a refractory ceramic. Verwendung eines Hitzeschildsteins (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Brennkammer einer Gasturbine.Use of a heat shield brick (1) according to one of the preceding claims in a combustion chamber of a gas turbine.
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