EP1939529A1 - CMC-liner for a combustion chamber in double layer design - Google Patents
CMC-liner for a combustion chamber in double layer design Download PDFInfo
- Publication number
- EP1939529A1 EP1939529A1 EP07122980A EP07122980A EP1939529A1 EP 1939529 A1 EP1939529 A1 EP 1939529A1 EP 07122980 A EP07122980 A EP 07122980A EP 07122980 A EP07122980 A EP 07122980A EP 1939529 A1 EP1939529 A1 EP 1939529A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- combustion chamber
- heat protection
- carrier layer
- layer
- protection layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 6
- -1 aluminum silicates Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 claims abstract description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 20
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 2
- 239000012700 ceramic precursor Substances 0.000 claims 1
- 229910019655 synthetic inorganic crystalline material Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 103
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 abstract 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011153 ceramic matrix composite Substances 0.000 description 4
- 238000002370 liquid polymer infiltration Methods 0.000 description 4
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 229920006184 cellulose methylcellulose Polymers 0.000 description 3
- 238000012710 chemistry, manufacturing and control Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 239000012704 polymeric precursor Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000007168 polymer infiltration and pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SXHBILQYQWZSIW-UHFFFAOYSA-L disodium;4-[3,5-dimethyl-n-(4-sulfonatobutyl)anilino]butane-1-sulfonate Chemical compound [Na+].[Na+].CC1=CC(C)=CC(N(CCCCS([O-])(=O)=O)CCCCS([O-])(=O)=O)=C1 SXHBILQYQWZSIW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002289 liquid silicon infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011225 non-oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052575 non-oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/002—Wall structures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/007—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/03042—Film cooled combustion chamber walls or domes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/03044—Impingement cooled combustion chamber walls or subassemblies
Definitions
- DE 19730751 A1 describes a combustion chamber lining, in which the heat protection layer is realized by ceramic components, which in turn rest directly on the entire surface of a carrier layer. Again, the back of the heat protection layer can not be cooled directly by cooling air.
- US 2002/0184891 A1 describes a single layer heat protection layer which is relatively thick to limit susceptibility to vibration by sufficient rigidity.
- the object of the present invention is thus to provide a combustion chamber lining for gas turbines which, in spite of the lowest possible weight, should have the greatest possible rigidity, the heat and heat resistant layer, if possible, being resistant both to the inside and the outside can be cooled.
- the object underlying the invention is achieved in a first embodiment by a combustion chamber lining of gas turbines with a hot gas side facing gas-permeable heat protection layer (1) and one of the heat protection layer (1) by spacer elements (3) separate carrier layer (2).
- the distance of the heat protection layer (1) to the carrier layer (2) is advantageously 3 to 30 mm, since in this area the circulation of the cooling air is particularly efficient and yet a particularly high rigidity and thus a low susceptibility to vibration can be achieved.
- the combustion chamber lining is produced by joining the carrier layer (2) to the heat protection layer (1) if both the fiber material and the matrix material are SiC.
- the liquid siliconization process liquid silicon infiltration, LSI
- a C- and / or SiC-containing joining paste can be used with particular preference, as is known from US Pat DE 19636223 A1 is known or the PIP or LPI method (polymer infiltration and pyrolysis or liquid polymer infiltration) with SiC-forming, polymeric precursors.
- gaseous SiC precursors in the CVI process Cerhemical Vapor Infiltration).
- the carrier layer (2) and the heat protection layer (1) are made in one piece by winding fibers onto a mold, the fibers being coated with a ceramic slurry or ceramic-forming polymeric precursors such as e.g. Poycarbosilanes, polycarbosilazanes, polysiloxanes or MADB / PBS, or carbon-forming, polymeric precursors (for example, phenolic resins) are soaked.
- a ceramic slurry or ceramic-forming polymeric precursors such as e.g. Poycarbosilanes, polycarbosilazanes, polysiloxanes or MADB / PBS, or carbon-forming, polymeric precursors (for example, phenolic resins) are soaked.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkammerauskleidung von Gasturbinen sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Brennkammerauskleidung.The invention relates to a combustion chamber lining of gas turbines and to a method for producing this combustion chamber lining.
Üblicherweise werden Brennkammerauskleidungen von Gasturbinen entweder einschichtig ausgeführt oder es werden zwei verschiedene Schichten in direktem Kontakt aufeinander vorgesehen, sodass in beiden Fällen nur eine verhältnismäßig geringe Steifigkeit erzielt werden kann und so relativ hohe Schichtdicken der einzelnen Schichten erforderlich sind. Dadurch kommt es zum einen zu einem unnötig hohen Gewicht der Brennkammerauskleidung und zum anderen zu einer ineffizienten Kühlung derjenigen Schicht, die in direktem Kontakt mit dem Heißgas in Brennkammern von Gasturbinen steht. Bekannte Brennkammerauskleidungen sind auch oft mit Hilfe von Schindeln realisiert, die jedoch den Druckunterschied zwischen Kühlluft auf ihrer Rückseite und der Heißgasseite kompensieren müssen, weshalb relativ hohe Wandstärken für diese Schindeln notwendig sind. Auch sind bereits freitragende Hitzeschutzschichten (Liner) bekannt. Diese weisen jedoch typischerweise eine geringe Steifigkeit und dementsprechend eine hohe Schwingungsanfälligkeit auf.Usually combustor liners of gas turbines are either single-layered or two different layers are provided in direct contact with each other, so that in both cases only a relatively low rigidity can be achieved and thus relatively high layer thicknesses of the individual layers are required. This results, on the one hand, in an unnecessarily high weight of the combustion chamber lining and, on the other hand, in inefficient cooling of the layer which is in direct contact with the hot gas in combustion chambers of gas turbines. Known combustion chamber linings are also often realized with the help of shingles, which must, however, compensate for the pressure difference between cooling air on its back and the hot gas side, which is why relatively high wall thicknesses are necessary for these shingles. Also, self-supporting heat protection layers (liners) are known. However, these typically have a low rigidity and accordingly a high susceptibility to vibration.
Auch
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, eine Brennkammerauskleidung für Gasturbinen zur Verfügung zu stellen, die trotz möglichst geringem Gewicht eine möglichst große Steifigkeit aufweisen soll, wobei die mechanisch und thermisch stark beanspruchte Hitzeschutzschicht nach Möglichkeit sowohl von der Innen- als auch von der Außenseite gekühlt werden kann.The object of the present invention is thus to provide a combustion chamber lining for gas turbines which, in spite of the lowest possible weight, should have the greatest possible rigidity, the heat and heat resistant layer, if possible, being resistant both to the inside and the outside can be cooled.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch eine Brennkammerauskleidung von Gasturbinen mit einer der Heißgasseite zugewandten gasdurchlässigen Hitzeschutzschicht (1) und einer von der Hitzeschutzschicht (1) durch Abstandselemente (3) getrennte Trägerschicht (2).The object underlying the invention is achieved in a first embodiment by a combustion chamber lining of gas turbines with a hot gas side facing gas-permeable heat protection layer (1) and one of the heat protection layer (1) by spacer elements (3) separate carrier layer (2).
Gegenüber dem Stand der Technik ist es besonders vorteilhaft, in Brennkammerauskleidungen die Hitzeschutzschicht (1) beabstandet von der Trägerschicht (2) als Doppelschichtstruktur auszuführen, da durch die höhere Steifigkeit dieser Struktur die Wandstärken gering sein können, was sowohl eine Gewichtsersparnis einbringt, als auch eine effektivere Kühlung der Brennkammerauskleidung bewirkt. Dadurch kann zusätzlich Kühlluft eingespart werden. Durch die hohe Steifigkeit der Doppelschichtstruktur ist eine erfindungsgemäße Brennkammerauskleidung weniger schwingungsanfällig als eine einschichtige Brennkammerauskleidung. Die erfindungsgemäße doppelschichtige Brennkammerauskleidung wird beispielsweise über eine Prall-Diffusionskühlung gekühlt, bei der die Kühlluft zunächst durch die gasdurchlässige Trägerschicht (2) auf die Rückwand der Hitzeschutzschicht (1) strömen kann, diese dadurch kühlt und anschließend durch die gasdurchlässige Hitzeschutzschicht (1) hindurch austreten und einen Kühlluftfilm auf der dem Heißgas zugewandten Seite der Hitzeschutzschicht (1) ausbilden kann. Durch die doppelschichtige Bauweise lässt sich außerdem der Kühlluftmassestrom sehr gut regulieren, was zu einer großen Freiheit bei der Gestaltung der Gasdurchlässigkeit der Hitzeschutzschicht (1) und der Trägerschicht (2) führt.Compared to the prior art, it is particularly advantageous in combustion chamber linings to carry out the heat protection layer (1) spaced from the carrier layer (2) as a double-layer structure, since the wall thicknesses can be low due to the higher rigidity of this structure, which brings about both a weight saving and a reduction in weight effect more effective cooling of the combustion chamber lining. As a result, additional cooling air can be saved. Due to the high rigidity of the double layer structure, a combustion chamber lining according to the invention is less susceptible to vibration than a single-layer combustion chamber lining. The inventive double-layer combustion chamber lining is cooled, for example, by an impingement diffusion cooling in which the cooling air can first flow through the gas-permeable carrier layer (2) onto the rear wall of the heat protection layer (1), cools the latter and then exit through the gas-permeable heat protection layer (1) and form a cooling air film on the hot gas side of the heat protection layer (1). Due to the double-layered construction, the cooling air mass flow can also be regulated very well, which leads to a great freedom in the design of the gas permeability of the heat protection layer (1) and of the carrier layer (2).
Durch die vorliegende Erfindung wird auch ein lange gehegtes Vorurteil beseitig. Noch in der
Die erfindungsgemäße Brennkammerauskleidung kann sich vorteilhafterweise entweder einstückig über die gesamte auszukleidende Innenfläche des Verbrennungsraumes der Turbine erstrecken. Die erfindungsgemäße Brennkammerauskleidung kann jedoch auch als System von Schindeln ausgebildet sein. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn diese Schindeln jeweils wenigstens ein zwanzigstel der zu verkleidenden Innenfläche des Brennkammerraums bedecken. Vorteilhafterweise erstreckt sich eine einzige Schindel über die gesamte Länge des Brennkammerraums. Es kann jedoch auch besonders vorteilhaft sein, dass sich die Schindel über den gesamten Kreisumfang der Brennkammerinnenseite erstreckt. Durch die im Vergleich zum Stand der Technik großflächige Ausgestaltung der Brennkammerauskleidung wird zum einen der Herstellungsprozess der Brennkammern selbst vereinfacht. Zum anderen können die Brennkammerauskleidung leichter abgedichtet und somit ungewollte Leckageströmungen der Kühlluft in den Brennraum verhindert werden Ferner kann das Heißgas an weniger Stellen (beispielsweise an den Nähten) in den übrigen Turbinenraum dringen und Schäden anrichten.The combustion chamber lining according to the invention may advantageously extend either in one piece over the entire inner surface of the combustion chamber of the turbine to be lined. However, the combustion chamber lining according to the invention can also be designed as a system of shingles. In this case, it is particularly preferred if these shingles in each case at least one twentieth of the inner surface of the combustion chamber space to be covered cover. Advantageously, a single shingle extends over the entire length of the combustion chamber space. However, it may also be particularly advantageous that the shingle extends over the entire circumference of the combustion chamber inside. By compared to the prior art large-scale design of the combustion chamber lining on the one hand, the manufacturing process of the combustion chambers itself is simplified. On the other hand, the combustion chamber lining can be sealed more easily, thus preventing undesired leakage flows of the cooling air into the combustion chamber. Furthermore, the hot gas can penetrate the remaining turbine space at fewer points (for example at the seams) and cause damage.
Der Abstand der Hitzeschutzschicht (1) zur Trägerschicht (2) beträgt vorteilhafterweise 3 bis 30 mm, da in diesem Bereich die Zirkulation der Kühlluft besonders effizient ist und dennoch eine besonders hohe Steifigkeit und somit eine geringe Schwingungsanfälligkeit erzielt werden kann.The distance of the heat protection layer (1) to the carrier layer (2) is advantageously 3 to 30 mm, since in this area the circulation of the cooling air is particularly efficient and yet a particularly high rigidity and thus a low susceptibility to vibration can be achieved.
Vorzugsweise ist die Hitzeschutzschicht (1) und/oder die Trägerschicht (2) mit Öffnungen (4) durchbrochen. Dadurch kann besonders leicht eine kontrollierte Gasdurchlässigkeit bewirkt werden. Diese Öffnungen (4) weisen besonders bevorzugt Durchmesser in einem Bereich von 0,5 bis 3 mm auf. Dadurch kann ein genügend starker Luftstrom durch die Trägerschicht (2) hindurch erzeugt werden, mit dem die Hitzeschutzschicht (1) gekühlt wird. Des Weiteren kann durch diesen Bereich der Lochdurchmesser die Luft besonders effizient durch die Hitzeschutzschicht (1) in den Brennkammerinnenraum abgeführt werden, ohne dass Heißgas durch die Hitzeschutzschicht (1) dringen könnte.Preferably, the heat protection layer (1) and / or the carrier layer (2) is perforated with openings (4). As a result, a controlled gas permeability can be effected particularly easily. These openings (4) particularly preferably have diameters in a range of 0.5 to 3 mm. As a result, a sufficiently strong air flow through the carrier layer (2) can be produced, with which the heat protection layer (1) is cooled. Furthermore, through this area of the hole diameter, the air can be discharged into the combustion chamber interior in a particularly efficient manner through the heat protection layer (1) without hot gas being able to penetrate through the heat protection layer (1).
Vorteilhafterweise sind die Abstandselemente (3) so ausgeführt, dass sie nicht die Bewegungsfreiheit der Hitzeschutzschicht (1) relativ zur Trägerschicht (2) beeinträchtigt. Daher sind die Abstandselemente (3) besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe Stege, Zapfen, Kegel, Rippen und Grate. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand der Hitzeschutzschicht (1) von der Trägerschicht (2) 3 bis 30 mm. Die Abstandselemente (3) befinden sich vorzugsweise auf der Hitzeschutzschicht (1). Darüber hinaus finden sich auf der jeweils anderen Schicht keine zu den Abstandselementen (3) komplementären Elemente wie Nute oder Aussparungen, um die Bewegungsfreiheit der beiden Schichten relativ zu einander nicht zu beschränken.Advantageously, the spacer elements (3) are designed so that they do not affect the freedom of movement of the heat protection layer (1) relative to the carrier layer (2). Therefore, the spacer elements (3) are particularly preferably selected from the group webs, cones, cones, ribs and ridges. Particularly preferably, the distance of the heat protection layer (1) from the carrier layer (2) is 3 to 30 mm. The spacer elements (3) are preferably located on the heat protection layer (1). In addition, no elements complementary to the spacing elements (3), such as grooves or recesses, are found on the respective other layer in order not to limit the freedom of movement of the two layers relative to one another.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Hitzeschutzschicht (1) und/oder die Trägerschicht (2) unabhängig voneinander überwiegend aus faserverstärkter Keramik bestehen, insbesondere bei denen die Fasern und das Matrixmaterial unabhängig von einander aus Materialien bestehen, die ausgewählt sind aus der Gruppe Aluminasilikate, Mullit, Al2O3, SiO2, SiC, SiBNC, SiCN, C, Si3N4, ZrO2 und Mischungen derselben. Besonders bevorzugt besteht die Hitzeschutzschicht (1) aus demselben Material wie die Trägerschicht (2). Insbesondere sind die Fasern Nextel®-Fasern der Firma 3M. Das Matrixmaterial ist besonders bevorzugt Mullit. Bei sehr hohen Einsatztemperaturen > ca. 1200 °C bestehen Hitzeschutzschicht, Abstandselemente und Trägerschicht besonders bevorzugt aus nichtoxidischen keramischen Fasern und Matrices, wie beispielsweise SiBNC, SiC, SiCN.It is particularly advantageous if the heat protection layer (1) and / or the carrier layer (2) consist predominantly of fiber-reinforced ceramic, in particular in which the fibers and the matrix material independently of one another consist of materials which are selected from the group aluminasilicates, Mullite, Al 2 O 3 , SiO 2 , SiC, SiBNC, SiCN, C, Si 3 N 4 , ZrO 2 and mixtures thereof. Particularly preferably, the heat protection layer (1) consists of the same material as the carrier layer (2). In particular, the fibers are fibers Nextel ® from 3M. The matrix material is particularly preferably mullite. At very high temperatures of use> about 1200 ° C heat protection layer, spacers and carrier layer are particularly preferably made of non-oxide ceramic fibers and matrices, such as SiBNC, SiC, SiCN.
Vorteilhafterweise weist die Hitzeschutzschicht (1) oder die Trägerschicht (2) jeweils unabhängig voneinander eine Dicke im Bereich von 1 bis 30 mm, insbesondere im Bereich von 1 bis 6 mm auf Durch diese im Vergleich zu den bekannten Brennkammerauskleidungen geringen Schichtdicken, kann die Hitzeschutzschicht (1)besonders effizient gekühlt werden.Advantageously, the heat protection layer (1) or the carrier layer (2) each independently have a thickness in the range of 1 to 30 mm, in particular in the range of 1 to 6 mm. By these in comparison to the known combustion chamber linings low layer thicknesses, the heat protection layer ( 1) are cooled particularly efficiently.
Die Öffnungen (4) weisen vorteilhafterweise einen Mindestabstand untereinander in einem Bereicht von 2 bis 20 mm und/oder einen Höchstabstand untereinander in einem Bereich von 40 bis 100 mm zueinander auf. Dadurch kann eine besonders hohe mechanische Integrität der Brennkammerauskleidung bei gleichzeitig besonders gleichmäßiger Kühlwirkung erzielt werden.The openings (4) advantageously have a minimum distance from each other in a range of 2 to 20 mm and / or a maximum distance between them in a range of 40 to 100 mm from each other. As a result, a particularly high mechanical integrity of the combustion chamber lining can be achieved while at the same time providing a particularly uniform cooling effect.
Das Verhältnis der Kontaktfläche der Abstandselemente (3) mit der Trägerschicht (2) zu der Gesamtfläche der Trägerschicht (2) liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von 0,01 bis 0,3 bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,2. Dadurch kann eine besonders gute Steifigkeit bei dennoch großer Kühlwirkung erzielt werden.The ratio of the contact surface of the spacer elements (3) with the carrier layer (2) to the total area of the carrier layer (2) is advantageously in a range of 0.01 to 0.3, preferably in the range of 0.1 to 0.2. As a result, a particularly good rigidity can be achieved with a still great cooling effect.
Die Brennkammerauskleidung ist besonders vorteilhaft einstückig ausgebildet. Dadurch ist zum einen eine besonders gute Materialkompatibilität der Trägerschicht (2) mit der Hitzeschutzschicht (1) gewährleistet. Darüber hinaus ist hierdurch die mechanische Integrität und die Steifigkeit der Brennkammerauskleidung und/oder der einzelnen Brennkammerschindeln besonders sowie und der Montageaufwand bei der Produktion einer Turbine besonders niedrig.The combustion chamber lining is particularly advantageously formed in one piece. This ensures on the one hand a particularly good material compatibility of the carrier layer (2) with the heat protection layer (1). In addition, the mechanical integrity and the rigidity of the combustion chamber lining and / or the individual combustion chamber shingles are particularly low as a result, and the installation effort in the production of a turbine is particularly low.
Ist die erfindungsgemäße Brennkammerauskleidung aus einzelnen Schindeln aufgebaut, so sind diese bevorzugt auf der der Hitzeschutzschicht (1) abgewandten Seite der Trägerschicht (2) miteinander verschraubt. Die Brennkammerauskleidung kann jedoch auch vorteilhafterweise als einzelner geschlossener Ring ausgebildet sein.If the combustion chamber lining according to the invention is constructed from individual shingles, these are preferably screwed together on the side of the carrier layer (2) facing away from the heat protection layer (1). However, the combustion chamber lining can also be advantageously designed as a single closed ring.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Brennkammerauskleidung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Trägerschicht (2), das Abstandselement (3) und die Hitzeschutzschicht (1) entweder aus einem Stück herstellt oder die beiden Schichten direkt mit einem Keramikmaterial als Abstandselement zusammenfügt.In a further embodiment, the object underlying the invention is achieved by a method for producing a combustion chamber lining according to the invention, characterized in that one produces the carrier layer (2), the spacer element (3) and the heat protection layer (1) either in one piece or the two layers directly together with a ceramic material as a spacer.
Die hohe Bruchzähigkeit und gute Belastbarkeit moderner CMC-Werkstoffe ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturen. Gerade bei CMCs wie Nextel/Mullit- oder auch SiC/SiC-Werkstoffen ist zudem ein Fügen einzelner Komponenten zu einer komplexen Struktur möglich. Dies ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung doppelschichtiger CMC-Strukturen wobei die beiden Brennkammerauskleidungen (Trägerschicht (2) und Hitzeschutzschicht (1)) während des Herstellungsprozesses zusammengefügt werden können, ohne dass Verschraubungen oder Nieten verwendet werden müssen. Beispielsweise kann eine doppelschichtige CMC-Struktur mit Abstandselementen auch ohne eine Fügung in einem Schritt durch einen Wickelprozess hergestellt werden.The high fracture toughness and good load capacity of modern CMC materials enable the production of complex structures. Particularly with CMCs such as Nextel / Mullit or SiC / SiC materials, it is also possible to join individual components into a complex structure. This allows the inventive method for producing double-layered CMC structures wherein the two combustion chamber linings (support layer (2) and heat protection layer (1)) can be assembled during the manufacturing process, without having to use screws or rivets. For example, a double-layered spacer CMC structure can also be made without a one-step joining by a winding process.
Besonders vorteilhaft wird die Brennkammerauskleidung durch Fügung der Trägerschicht (2) mit der Hitzeschutzschicht (1) hergestellt, wenn sowohl das Fasermaterial als auch das Matrixmaterial SiC ist. Hierbei kann besonders bevorzugt das Flüssigsilicierverahren (Liquid silicon infiltration, LSI) und eine C- und/oder SiC-haltige Fügepaste eingesetzt werden, wie sie aus
Vorteilhafterweise stellt man die Trägerschicht (2) und die Hitzeschutzschicht (1) aus einem Stück durch Aufwickeln von Fasern auf eine Form her, wobei die Fasern mit einem Keramikschlicker oder keramikbildenden, polymeren Precursoren wie z.B. Poycarbosilane, Polycarbosilazane, Polysiloxane oder MADB/PBS, oder kohlenstoffbildenden, polymeren Precursoren (beispielsweise Phenolharze) getränkt sind.Advantageously, the carrier layer (2) and the heat protection layer (1) are made in one piece by winding fibers onto a mold, the fibers being coated with a ceramic slurry or ceramic-forming polymeric precursors such as e.g. Poycarbosilanes, polycarbosilazanes, polysiloxanes or MADB / PBS, or carbon-forming, polymeric precursors (for example, phenolic resins) are soaked.
Die Fasern sind vorteilhafterweise ausgewählt aus der Gruppe Aluminasilikatfasern, Mullitfasern, Al2O3-Fasern, SiO2-Fasern, SiC-Fasern, SiBNC-Fasern, SiCN-Fasern, Si3N4-Fasern und ZrO2-Fasern, besonders bevorzugt jedoch Nextel-Fasern der Firma 3M.The fibers are advantageously selected from the group of aluminosilicate fibers, mullite fibers, Al 2 O 3 fibers, SiO 2 fibers, SiC fibers, SiBNC fibers, SiCN fibers, Si 3 N 4 fibers and ZrO 2 fibers, particularly preferred however Nextel fibers from the company 3M.
Besonders bevorzugt benutzt man einen Keramikschlicker auf Wasserbasis, der Materialien ausgewählt aus der Gruppe Aluminasilikate, Mullit, Al2O3, SiO2, SiC, Si3N4 und ZrO2 enthält. Von diesen Materialien ist Mullit besonders bevorzugt. Zum Aufbau einer hochtemperaturbeständigen, nichtoxidischen SiC-Matrix werden besonders vorteilhaft das Flüssigsilicierverfahren, das PIP bzw. LPI - Verfahren (Polymerinfiltration und Pyrolyse bzw. Liquid Polymer Infiltration) oder das CVI-Verfahren (Chemical Vapour Infiltration) eingesetzt.Particular preference is given to using a water-based ceramic slip which comprises materials selected from the group Aluminasilicates, mullite, Al 2 O 3 , SiO 2 , SiC, Si 3 N 4 and ZrO 2 . Of these materials, mullite is particularly preferred. For the construction of a high-temperature resistant, non-oxidic SiC matrix, it is particularly advantageous to use the liquid siliconization process, the PIP or LPI process (polymer infiltration and pyrolysis or liquid polymer infiltration) or the CVI process (chemical vapor infiltration).
In dieser konkreten Ausgestaltungsform ist die Hitzeschutzschicht (1) von der Trägerschicht (2) beabstandet durch Abstandselemente (3) in Form von Rippen bzw. Stegen. Sowohl die Hitzeschutzschicht (1) als auch die Trägerschicht (2) sind mit Öffnungen (4) durchbrochen. Zudem sind in dieser konkreten Ausführungsform zwei Schindeln durch Verschraubung (5) miteinander verbunden.In this specific embodiment, the heat protection layer (1) is spaced from the carrier layer (2) by spacer elements (3) in the form of ribs or webs. Both the heat protection layer (1) and the carrier layer (2) are perforated with openings (4). In addition, two shingles are connected by screwing (5) in this particular embodiment.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006060857.7A DE102006060857B4 (en) | 2006-12-22 | 2006-12-22 | CMC combustion chamber lining in double-layer construction |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1939529A1 true EP1939529A1 (en) | 2008-07-02 |
Family
ID=39257719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP07122980A Withdrawn EP1939529A1 (en) | 2006-12-22 | 2007-12-12 | CMC-liner for a combustion chamber in double layer design |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1939529A1 (en) |
DE (1) | DE102006060857B4 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101254170B1 (en) | 2010-11-30 | 2013-04-18 | 두산중공업 주식회사 | Combustor liner for a gas turbine and the manufacturing method thereof |
EP3054218A1 (en) * | 2015-02-04 | 2016-08-10 | Rolls-Royce plc | A combustion chamber and a combustion chamber segment |
EP3018415A3 (en) * | 2014-11-07 | 2016-08-17 | United Technologies Corporation | Combustor dilution hole cooling |
EP3073196A1 (en) * | 2015-03-26 | 2016-09-28 | United Technologies Corporation | Combustor wall cooling channel |
EP3130853A1 (en) * | 2015-08-13 | 2017-02-15 | Rolls-Royce plc | A combustion chamber and a combustion chamber segment |
US10436446B2 (en) | 2013-09-11 | 2019-10-08 | General Electric Company | Spring loaded and sealed ceramic matrix composite combustor liner |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008010294A1 (en) * | 2008-02-21 | 2009-08-27 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Gas turbine combustor with ceramic flame tube |
Citations (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4838031A (en) * | 1987-08-06 | 1989-06-13 | Avco Corporation | Internally cooled combustion chamber liner |
DE4114768A1 (en) | 1990-05-17 | 1991-11-21 | Siemens Ag | Ceramic heat shield for gas turbine flame tube - comprises number of blocks arranged next to one another clamped on cold side of holder |
US5113660A (en) | 1990-06-27 | 1992-05-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High temperature combustor liner |
US5291731A (en) | 1993-03-23 | 1994-03-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Torpedo with external combustion engine having an expansion chamber |
US5291732A (en) | 1993-02-08 | 1994-03-08 | General Electric Company | Combustor liner support assembly |
DE19502730A1 (en) | 1995-01-28 | 1996-08-01 | Abb Management Ag | Ceramic lining |
US5553455A (en) | 1987-12-21 | 1996-09-10 | United Technologies Corporation | Hybrid ceramic article |
DE19730751A1 (en) | 1996-07-24 | 1998-01-29 | Siemens Ag | Ceramic component for heat-protective cladding |
DE19636223A1 (en) | 1996-09-06 | 1998-03-12 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | A method for permanently connecting at least two component components to a solid body |
DE19727407A1 (en) | 1997-06-27 | 1999-01-07 | Siemens Ag | Gas-turbine combustion chamber heat shield with cooling arrangement |
EP1128131A1 (en) | 2000-02-23 | 2001-08-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Heat shield element, combustion chamber and gas turbine |
EP1152191A2 (en) | 2000-05-05 | 2001-11-07 | General Electric Company | Combustor having a ceramic matrix composite liner |
EP1235032A2 (en) | 2001-02-26 | 2002-08-28 | United Technologies Corporation | Low emissions combustor for a gas turbine engine |
US20020184891A1 (en) | 2001-06-06 | 2002-12-12 | Snecma Moteurs | Architecture for a combustion chamber made of ceramic matrix material |
EP0943867B1 (en) | 1998-03-17 | 2002-12-18 | ALSTOM (Switzerland) Ltd | Ceramic lining for a combustor |
DE102004009262A1 (en) | 2003-03-04 | 2005-03-10 | Snecma Propulsion Solide S A | Method for producing a multiply perforated part made of a composite material with ceramic matrix |
EP1528322A2 (en) | 2003-10-23 | 2005-05-04 | United Technologies Corporation | Combustor |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10155420A1 (en) * | 2001-11-12 | 2003-05-22 | Rolls Royce Deutschland | Heat shield arrangement with sealing element |
-
2006
- 2006-12-22 DE DE102006060857.7A patent/DE102006060857B4/en active Active
-
2007
- 2007-12-12 EP EP07122980A patent/EP1939529A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4838031A (en) * | 1987-08-06 | 1989-06-13 | Avco Corporation | Internally cooled combustion chamber liner |
US5553455A (en) | 1987-12-21 | 1996-09-10 | United Technologies Corporation | Hybrid ceramic article |
DE4114768A1 (en) | 1990-05-17 | 1991-11-21 | Siemens Ag | Ceramic heat shield for gas turbine flame tube - comprises number of blocks arranged next to one another clamped on cold side of holder |
US5113660A (en) | 1990-06-27 | 1992-05-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High temperature combustor liner |
US5291732A (en) | 1993-02-08 | 1994-03-08 | General Electric Company | Combustor liner support assembly |
US5291731A (en) | 1993-03-23 | 1994-03-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Torpedo with external combustion engine having an expansion chamber |
DE19502730A1 (en) | 1995-01-28 | 1996-08-01 | Abb Management Ag | Ceramic lining |
DE19730751A1 (en) | 1996-07-24 | 1998-01-29 | Siemens Ag | Ceramic component for heat-protective cladding |
DE19636223A1 (en) | 1996-09-06 | 1998-03-12 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | A method for permanently connecting at least two component components to a solid body |
DE19727407A1 (en) | 1997-06-27 | 1999-01-07 | Siemens Ag | Gas-turbine combustion chamber heat shield with cooling arrangement |
EP0943867B1 (en) | 1998-03-17 | 2002-12-18 | ALSTOM (Switzerland) Ltd | Ceramic lining for a combustor |
EP1128131A1 (en) | 2000-02-23 | 2001-08-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Heat shield element, combustion chamber and gas turbine |
EP1152191A2 (en) | 2000-05-05 | 2001-11-07 | General Electric Company | Combustor having a ceramic matrix composite liner |
EP1235032A2 (en) | 2001-02-26 | 2002-08-28 | United Technologies Corporation | Low emissions combustor for a gas turbine engine |
US20020184891A1 (en) | 2001-06-06 | 2002-12-12 | Snecma Moteurs | Architecture for a combustion chamber made of ceramic matrix material |
DE102004009262A1 (en) | 2003-03-04 | 2005-03-10 | Snecma Propulsion Solide S A | Method for producing a multiply perforated part made of a composite material with ceramic matrix |
EP1528322A2 (en) | 2003-10-23 | 2005-05-04 | United Technologies Corporation | Combustor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
J. KIMMEL; J. PRICE ET AL., PROCEEDINGS OF ASME TURBO EXPO 2003 POWER FOR LAND, June 2003 (2003-06-01) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101254170B1 (en) | 2010-11-30 | 2013-04-18 | 두산중공업 주식회사 | Combustor liner for a gas turbine and the manufacturing method thereof |
US10436446B2 (en) | 2013-09-11 | 2019-10-08 | General Electric Company | Spring loaded and sealed ceramic matrix composite combustor liner |
EP3018415A3 (en) * | 2014-11-07 | 2016-08-17 | United Technologies Corporation | Combustor dilution hole cooling |
EP3054218A1 (en) * | 2015-02-04 | 2016-08-10 | Rolls-Royce plc | A combustion chamber and a combustion chamber segment |
US20160258624A1 (en) * | 2015-02-04 | 2016-09-08 | Rolls-Royce Plc | Combustion chamber and a combustion chamber segment |
US10502421B2 (en) * | 2015-02-04 | 2019-12-10 | Rolls-Royce Plc | Combustion chamber and a combustion chamber segment |
EP3073196A1 (en) * | 2015-03-26 | 2016-09-28 | United Technologies Corporation | Combustor wall cooling channel |
US10480787B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-11-19 | United Technologies Corporation | Combustor wall cooling channel formed by additive manufacturing |
EP3130853A1 (en) * | 2015-08-13 | 2017-02-15 | Rolls-Royce plc | A combustion chamber and a combustion chamber segment |
US10634350B2 (en) | 2015-08-13 | 2020-04-28 | Rolls-Royce Plc | Combustion chamber and a combustion chamber segment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102006060857A1 (en) | 2008-06-26 |
DE102006060857B4 (en) | 2014-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102006060857B4 (en) | CMC combustion chamber lining in double-layer construction | |
DE19746598C2 (en) | Ceramic composite and its use | |
DE60224691T2 (en) | CERAMIC HYBRID MATERIAL OF CERAMIC INSULATING AND CONSTRUCTION LAYERS | |
DE60224412T2 (en) | CERAMIC MATRIX COMPOSITE STRUCTURE WITH INTEGRATED COOLING CHANNEL AND MANUFACTURING METHOD | |
EP2986916A1 (en) | Heat shield tile for a heat shield of a combustion chamber | |
DE112009004286T5 (en) | Ceramic matrix composite blade with integral platform structures and method of making the same | |
EP1528343A1 (en) | Refractory tile with reinforcing members embedded therein, as liner for gas turbine combustion chamber | |
WO2005049312A1 (en) | High-temperature layered system for dissipating heat and method for producing said system | |
WO2007128837A1 (en) | Pressure-resistant body that is supplied with fluid | |
DE10126926B4 (en) | Internal combustion chamber of a ceramic composite material and method of manufacture | |
EP1544565A2 (en) | Plate heat exchanger, process for manufacturing a plate heat exchanger, and ceramic fibre reinforced composite material, more particularly for plate heat exchanger | |
DE102010043336B4 (en) | combustion chamber device | |
DE102004029029B4 (en) | Injection head | |
DE102007024130A1 (en) | Exhaust gas turbocharger with double-shell housing | |
DE4343319A1 (en) | Combustion chamber with a ceramic lining | |
DE19937812A1 (en) | Composite heat exchanger, which uses materials that enable it to operate at high elevated temperatures, such as for in a nuclear fusion reactor | |
DE10230231B4 (en) | Multilayer composite material | |
DE102008020198B4 (en) | Nozzle extension for an engine and method for producing and cooling a nozzle extension | |
WO2019141438A1 (en) | Fibre composite material having ceramic fibres, component, gas turbine and method | |
WO2016026986A1 (en) | Pipeline for hot gases, and method for producing same | |
EP1718578A1 (en) | Structural element and method for producing said element | |
DE10327095A1 (en) | Support for structural components to be thermally treated, comprises frame with limbs, and grid of intersecting strands | |
WO2009087126A2 (en) | Plate-shaped ceramic heat radiating element of a planar infrared radiator | |
DE19920655A1 (en) | High temperature insulation used for lining combustion chambers and inner components of gas turbines has a multilayer structure whose first layer is in contact with a hot medium | |
DE102011052413A1 (en) | Combustion chamber device or thrust chamber device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA HR MK RS |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20081216 |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20090210 |
|
AKX | Designation fees paid |
Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20130131 |