EP2762782A1 - Holding element for holding a heat shield stone to a support structure - Google Patents

Holding element for holding a heat shield stone to a support structure Download PDF

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EP2762782A1
EP2762782A1 EP13154010.6A EP13154010A EP2762782A1 EP 2762782 A1 EP2762782 A1 EP 2762782A1 EP 13154010 A EP13154010 A EP 13154010A EP 2762782 A1 EP2762782 A1 EP 2762782A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat shield
holding
support structure
layers
expansion
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Withdrawn
Application number
EP13154010.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Böttcher
Andre Kluge
Tobias Krieger
Stefan Reich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP13154010.6A priority Critical patent/EP2762782A1/en
Priority to RU2014103768/06A priority patent/RU2014103768A/en
Priority to CN201410044816.4A priority patent/CN103968422A/en
Publication of EP2762782A1 publication Critical patent/EP2762782A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, 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
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/04—Supports for linings
    • 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
    • F23M—CASINGS, 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
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05002—Means for accommodate thermal expansion of the wall liner
    • 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
    • F23R2900/00017—Assembling combustion chamber liners or subparts

Definitions

  • the invention relates to a holding element for holding a heat shield brick held on a support structure and to a heat shield as well as a combustion chamber lined by the heat shield and a gas turbine.
  • heat shields are used which must withstand hot gases of 1000 to 1600 degrees.
  • gas turbines such as those used in power-generating power plants and in aircraft engines, have correspondingly large surfaces to be shielded by heat shields in the interior of the combustion chambers.
  • the heat shield must be composed of a plurality of individual, generally ceramic heat shield bricks, spaced apart from each other with a sufficient gap to a support structure. This gap offers the heat shield bricks, which can also be called heat shield elements, sufficient space for thermal expansion.
  • a generic heat shield thus comprises a support structure and a number of heat shield bricks, which are releasably secured to the support structure by means of holding elements.
  • Each of the heat shields has a cold side facing the support structure and a hot side which is opposite the cold side and can be charged with a hot medium.
  • the generic retaining element has a fastening section which can be fastened to the support structure and a retaining section designed to engage in an engagement device provided on the heat shield block. When the attachment section is fastened to the support structure and the retaining section engaging the heat shield block, the attachment section has an upper side which faces the cold side of the heat shield block.
  • the EP 1 715 248 A1 discloses an initially mentioned heat shield of a burner chamber of a gas turbine having a support structure and a number of heat shield bricks arranged detachably on the support structure.
  • the heat shield bricks are arranged across the surface, leaving expansion gaps on the support structure, wherein each heat shield brick has a cold-side facing the support structure and a hot side which is opposite to the cold side and can be charged with a hot medium.
  • the heat shield bricks are resiliently secured to the support structure with four metal support elements arranged in pairs opposite one another.
  • each holding element comprises a holding portion and a fixing portion.
  • each heat shield block retaining grooves are introduced on two opposite circumferential sides, so that the retaining portions can engage in the retaining grooves opposite to hold the heat shield block.
  • the holding elements which are fastened on the heat shield block in opposite directions are guided with their attachment section in a fastening groove extending below the heat shield block in the support structure.
  • the holding element additionally comprises a projection which engages in a material recess of the heat shield brick and in this case secures the heat shield brick against displacement in a direction parallel to the peripheral surface provided with the groove.
  • the invention has for its object to provide a holding element of the type mentioned, with which a particularly secure attachment of a heat shield brick is made possible on a support structure.
  • the holding element comprises at least partially at least two layers with mutually different expansion coefficients.
  • the layers are designed in such a way that, upon operation of the heat shield brick with hot gas, to increase a holding force of the retaining element, an at least regional curvature of the retaining element is produced.
  • the holding element has a layered structure according to the invention, which causes a deformation of the holding element due to the different expansion coefficients when the heating is operational.
  • the layers are designed in such a way that the deformation, which can also be referred to as curvature, leads to an increase in the holding force of the holding element.
  • the position, extent, thickness of the layers and / or the difference of the expansion coefficients and the fixation of the layers with each other be designed such that upon exposure of the heat shield brick with the operating temperature, the holding member curves in a desired manner, so that a holding force of the holding element is increased.
  • the holding element may be equipped with one or more such areas.
  • such layers may be formed in the holding portion, which cause a curvature of the holding portion such that when hot gas is properly applied, a force fit existing between the holding portion and engaging means with the engaging means is increased.
  • such layers may be arranged in the attachment section. The layers may be formed such that when the heat shield is acted upon by the operating temperature, the upper side of the fastening section has a convex or concave curvature in a longitudinal direction of the fastening section.
  • attachment portion at least partially comprises at least two such layers.
  • the layers are arranged normal to the top one behind the other and extend substantially parallel to the top of the mounting portion.
  • the attachment portion may consist of an elongated plate according to an embodiment of the holding element, which widened at its one end and is guided with this widened end tightly tolerated in a mounting groove of the support structure.
  • the layers may extend as elongated strips in the direction of the longitudinal axis of the attachment portion and the sequence of expansion coefficients be selected such that the top of the attachment portion bulges convexly upon application of the operating temperature in the longitudinal direction of the attachment portion.
  • the coefficient of expansion of the layers in the direction of the upper side decreases with each layer.
  • the attachment portion comprises an elongated base plate made of a first material having a first coefficient of expansion and a leaf spring fixed on the upper side of the elongate base plate made of a second material having a second coefficient of expansion.
  • Leaf spring and base plate consist in this case of correspondingly different material with different coefficients of expansion.
  • the leaf spring extends in the longitudinal direction of the base plate.
  • the second expansion coefficient is smaller than the first one.
  • This embodiment of the invention leads to a curvature of the fastening portion with concave curvature of the top.
  • the two layers consist of different nickel-based superalloys.
  • one of the two layers may consist of HastelloyX.
  • the trade name of the material is a registered trademark of Haynes International Inc. This nickel-based high-temperature superalloy is well-suited for use in gas turbines.
  • the other of the two layers may for example consist of Nimonic90.
  • Nimonic90 is a registered trademark of Special Metals Corporation. It is also a nickel-based superalloy with less expansion coefficient than HastelloyX. Since the coefficient of expansion of a material depends on the temperature range under consideration, the relevant expansion coefficient is given for the two materials as an example for the temperature values 200 and 400 ° C. material Temperature [° C] Coefficient of expansion [10 -6 / K] 200 12.5 30 Nimonic90 400 13, 8 200 14.2 HastelloyX 400 14.7
  • Another object of the invention is to provide a heat shield of the aforementioned type and a lined with such a heat shield gas turbine and combustion chamber, with which a particularly secure attachment of a heat shield brick is made possible on a support structure.
  • the object is achieved in a combustion chamber of the type mentioned above in that it is formed with a heat shield according to claim 7.
  • FIG. 1 schematically shows a gas turbine 1 according to the invention in a longitudinal section.
  • This comprises a compressor section 3, a combustion chamber section 5 and a turbine section 7.
  • a shaft 9 extends through all sections of the gas turbine 1.
  • the shaft 9 is provided with rings of compressor blades 11 and in the turbine section 7 with rings of turbine blades 13.
  • Wreaths of compressor guide vanes 15 are located between the rotor blade rings in the compressor section 3 and rings of turbine guide vanes 17 in the turbine section 17.
  • the guide vanes extend from the housing 19 of the gas turbine installation 1 essentially in the radial direction to the shaft 9.
  • air 23 is sucked in through an air inlet 21 of the compressor section 3 and compressed by the compressor rotor blades 11.
  • the compressed air is supplied to a combustion chamber 25 arranged in the combustion chamber 25, which is configured in the present embodiment as a lined with a heat shield 26 annular combustion chamber, in which a gaseous or liquid fuel via at least one burner 27 is injected.
  • the resulting air-fuel mixture is ignited and burned in the combustion chamber 25.
  • the hot combustion exhaust gases flow from the combustor 25 into the turbine section 7, where they expand and cool, imparting momentum to the turbine blades 13.
  • the turbine guide vanes 17 serve as Nozzles for optimizing the momentum transfer to the blades 13.
  • the rotation of the shaft 9 caused by the momentum transfer is used to drive a load such as an electric generator.
  • the expanded and cooled combustion gases are finally discharged from the gas turbine 1 through an outlet 31.
  • FIG. 2 shows a section of the in the Fig. 1 shown heat shield 26 according to a first embodiment.
  • the axial direction of the combustion chamber is in Fig. 2 indicated by the arrow A.
  • the heat shield 26 has a support structure 40 and heat shield bricks 42 fastened to the support structure 40, which are held on the support structure 40 by means of holding elements 44.
  • the heat shield bricks are arranged under Spaltbemik 46, 48 in a marked with an arrow U circumferential direction U and an axial direction A of the combustion chamber 25 across the support structure 40, wherein the holding elements 44 projecting into the gap 46 extending in the axial direction A gap. To block the column against the entry of hot gas they can be flushed with cooling air.
  • a heat shield brick 42 and a heat shield brick 42 to the support structure 40 fastened holding member 44 according to the in Fig. 2 illustrated embodiment are in Fig. 3 shown in detail.
  • the heat shield brick 42 has a cold side 52 facing the support structure 40, a hot side 54 facing away from the support structure 40 and peripheral sides 58, 60 which connect the cold side 52 with the hot side 54.
  • the circumferential sides 60 extend in the circumferential direction U of the combustion chamber and the peripheral sides 58 in the axial direction A.
  • the two circumferential sides 58 are each provided with a groove 64 which also extends in the axial direction of the combustion chamber. In the groove 64 engages a holding portion 68 of the holding element 44 a.
  • the holding member 44 is provided with a fixing portion (in the Fig. 3 not visible) in a mounting groove 70 of the support structure 40 out.
  • a fixing portion in the Fig. 3 not visible
  • the mounting groove 70 is designed so that it has only in a groove base 72 required for the insertion of the shoe width.
  • the heat shield bricks 42 can be held on two opposite circumferential sides of two retaining elements 44, that is, a total of four retaining elements 44.
  • the holding elements 44 of one of the two sides can be secured to the support structure 40 in the region of the shoe.
  • the backup can be done for example by means of Arretiermaden.
  • the shoes of the retaining elements 44 arranged on the opposite side can not be secured so that they can slide in order not to hinder the thermal expansion of the heat shield block.
  • the Fig. 4 shows that in Fig. 3 shown retaining element 44 according to the invention in a single representation.
  • the holding member 44 includes a fixing portion 80 attachable to a support structure of a heat shield, and a holding portion 68 formed to engage with an engaging device provided on a heat shield brick.
  • the attachment section 80 has an upper side 81 which, with the attachment section 80 fastened to the support structure and the retaining section 68 engaging the heat shield block, faces the cold side of the heat shield block.
  • the attachment portion 80 becomes in the illustrated embodiment by an elongated base plate 82 of a first material having a first coefficient of expansion and a leaf spring 84 fixed on the upper side of the elongate base plate 82 of a second material having a second expansion coefficient different from the first coefficient of expansion.
  • the attachment portion 80 has a first layer 86, which in the present embodiment is identical to the elongate base plate 82, and a second layer 88, which is identical to the leaf spring 84 in the present embodiment, with mutually different expansion coefficients.
  • the leaf spring 84 is fixed on the base plate 82.
  • the two layers 86 and 88 are formed such that upon actuation of the heat shield brick with hot gas to increase a holding force of the holding element an at least partially curvature of the retaining element 44 is caused, namely in the present embodiment, a curvature of the mounting portion 80.
  • a the surface 81 convex Curving deformation leads to an increase in the holding force of the holding element 44 by the restoring force of the holding element 44 is increased.
  • a concave curving deformation of the surface 81 results in an increase in the holding force of the holding member, because the holding portion 68 engages the concave curvature of the fixing portion 80 at a steeper angle in the engagement means of the heat shield brick, thereby slipping out of the holding portion of the engagement means of the heat shield stone - perpendicular to the support structure on the heat shield stone forces acting - counteracted.
  • FIG. 5 schematically shows a section of the in Fig. 1 illustrated heat shield 26 according to the invention in a sectional view.
  • the heat shield 26 comprises a support structure 40 and heat shield bricks 42 fastened to the support structure 40 by means of holding elements 44.
  • the heat shield bricks 42 each have a cold side 52 facing the support structure 40, a hot side 54 facing away from the support structure 40 Circumferential sides 58, 60, which connect the cold side 52 with the hot side 54.
  • engaging means 94 are introduced in the form of grooves 64.
  • the grooves 64 form towards the cold side a retaining bolt 65, which is in each case surrounded by a holding portion 68 of a holding element 44.
  • the heat shield block 42 is held on the opposite circumferential sides 58, 60 by pairs of oppositely arranged holding elements 44.
  • the pairs of oppositely arranged holding elements 44 are arranged with their attachment portion 80 in a support structure 40 extending in the mounting groove 70.
  • one of the retaining elements 44 may be secured with a Arretiermade 96 in the mounting groove 70 and the opposite holding member 44 to move in thermal expansion of the heat shield brick 42 in the mounting groove.
  • the attachment portion 80 of the holding element by an elongated base plate 82 made of a first material having a first expansion coefficient and a fixed to the top 81 of the elongated base plate 82 leaf spring 84 of a second material having a second expansion coefficient different from the first coefficient of expansion educated. If the heat shield 26 is acted upon with hot gas by the two layers, a deformation which increases the holding force, which can also be called a curvature, is caused by the two layers. As the coefficient of expansion of the layers decreases toward the top surface 81, the attachment portion 80 will take a course indicated by the lines 100. This corresponds to a concave curvature of the upper side 81.
  • the holding portion digs more with its resting on the retaining latch end in the engaging means and slipping out of the holding portion of the engagement means 94 is counteracted.
  • the attachment can thus withstand higher, acting on the heat shield block 42 perpendicular to the support structure forces, so that according to the invention, a holding force of the holding element is increased.

Abstract

The holding element (44) has a mounting portion (80), which is mounted on a support structure and a holding portion (68), which is adapted to engage in an engagement unit provided to a heat shield stone. Two layers (86,88) having mutually different coefficients of expansion are provided. The layers are formed in such a way that the actuation of the heat shield stone is caused with hot gas to increase a holding force of the holding element in regions of curvature of the holding element. An independent claim is included for a heat shield for a combustion chamber of a gas turbine.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halteelement zum Halten eines an einer Tragstruktur gehaltenen Hitzeschildsteines und auf ein Hitzeschild sowie eine von dem Hitzeschild ausgekleidete Brennkammer und eine Gasturbine.The invention relates to a holding element for holding a heat shield brick held on a support structure and to a heat shield as well as a combustion chamber lined by the heat shield and a gas turbine.

In vielen technischen Anwendungen werden Hitzeschilde verwendet, welche Heißgasen von 1000 bis 1600 Grad widerstehen müssen. Insbesondere Gasturbinen, wie sie in stromerzeugenden Kraftwerken und in Flugzeugtriebwerken Verwendung finden, weisen entsprechend große durch Hitzeschilde abzuschirmende Flächen im Innern der Brennkammern auf. Wegen der thermischen Ausdehnung und wegen großer Abmessungen muss das Hitzeschild aus einer Vielzahl einzelner, im Allgemeinen keramischer Hitzeschildsteine zusammengesetzt werden, die voneinander mit einem ausreichenden Spalt beabstandet an einer Tragstruktur befestigt sind. Dieser Spalt bietet den Hitzeschildsteinen, die auch mit Hitzeschildelementen bezeichnet werden können, ausreichenden Raum für die thermische Ausdehnung.In many technical applications, heat shields are used which must withstand hot gases of 1000 to 1600 degrees. In particular, gas turbines, such as those used in power-generating power plants and in aircraft engines, have correspondingly large surfaces to be shielded by heat shields in the interior of the combustion chambers. Because of thermal expansion and large dimensions, the heat shield must be composed of a plurality of individual, generally ceramic heat shield bricks, spaced apart from each other with a sufficient gap to a support structure. This gap offers the heat shield bricks, which can also be called heat shield elements, sufficient space for thermal expansion.

Ein gattungsgemäßes Hitzeschild umfasst somit eine Tragstruktur und eine Anzahl von Hitzeschildsteinen, welche an der Tragstruktur mittels Halteelementen lösbar befestigt sind. Jeder der Hitzeschildsteine weist eine der Tragstruktur zugewandte Kaltseite und eine der Kaltseite gegenüberliegende, mit einem heißen Medium beaufschlagbare Heißseite auf. Das gattungsgemäße Halteelement weist einen an der Tragstruktur befestigbaren Befestigungsabschnitt und einen zum Eingriff in eine am Hitzeschildstein vorhandene Eingriffeinrichtung ausgebildeten Halteabschnitt auf. Der Befestigungsabschnitt weist bei an der Tragstruktur befestigtem Befestigungsabschnitt und am Hitzeschildstein eingreifendem Halteabschnitt eine Oberseite auf, welche der Kaltseite des Hitzeschildsteins zugewandt ist.A generic heat shield thus comprises a support structure and a number of heat shield bricks, which are releasably secured to the support structure by means of holding elements. Each of the heat shields has a cold side facing the support structure and a hot side which is opposite the cold side and can be charged with a hot medium. The generic retaining element has a fastening section which can be fastened to the support structure and a retaining section designed to engage in an engagement device provided on the heat shield block. When the attachment section is fastened to the support structure and the retaining section engaging the heat shield block, the attachment section has an upper side which faces the cold side of the heat shield block.

Die EP 1 715 248 A1 offenbart ein eingangs genanntes Hitzeschild einer Brennerkammer einer Gasturbine mit einer Tragstruktur und einer Anzahl von lösbar an der Tragstruktur angeordneten Hitzeschildsteinen. Zum Schutz der Brennkammerwand sind die Hitzeschildsteine flächendeckend unter Belassung von Dehnungsspalten an der Tragstruktur angeordnet, wobei jeder Hitzeschildstein eine der Tragstruktur zugewandte Kaltseite und eine der Kaltseite gegenüberliegende, mit einem heißen Medium beaufschlagbare Heißseite aufweist. Die Hitzeschildsteine sind mit je vier, paarweise gegenüberliegend angeordneten metallischen Halteelementen federnd an der Tragstruktur befestigt. Hierzu umfasst jedes Halteelement einen Halteabschnitt und einen Befestigungsabschnitt. In jeden Hitzeschildstein sind an zwei gegenüberliegenden Umfangsseiten Haltenuten eingebracht, so dass zum Halten des Hitzeschildsteins die Halteabschnitte gegenüberliegend in die Haltenuten eingreifen können. Die derart am Hitzeschildstein gegenüberliegend befestigten Halteelemente sind mit ihrem Befestigungsabschnitt in einer unterhalb des Hitzeschildsteins verlaufenden Befestigungs-Nut in der Tragstruktur geführt. Während des Betriebs der Gasturbine können thermoakustische, sich aufschaukelnde Druckschwankungen in der Brennkammer entstehen. Diese Druckschwankungen können derart hohe Kräfte auf die Hitzeschildsteine ausüben, dass die federnd befestigten Hitzeschildsteine auf die Tragstruktur aufschlagen oder sich von den Halteelementen lösen können. Der Verlust oder die Beschädigung eines Hitzeschildsteines in der Brennkammer kann zu Folgeschäden an der nachfolgend angeordneten Turbine führen. Diesem Problem wird im Stand der Technik u. a. damit begegnet, dass zur Erhöhung der Haltekräfte die Halteelemente verkürzt ausgeführt und/oder mittels Blattfedern verstärkt werden. Die in der EP 1 715 248 A1 offenbarten Halteelemente weisen zur Erhöhung der in Richtung Tragstruktur weisenden Rückstellkraft im Bereich der Befestigungsabschnitte eine Verstärkung mittels Blattfeder auf.The EP 1 715 248 A1 discloses an initially mentioned heat shield of a burner chamber of a gas turbine having a support structure and a number of heat shield bricks arranged detachably on the support structure. To protect the combustion chamber wall, the heat shield bricks are arranged across the surface, leaving expansion gaps on the support structure, wherein each heat shield brick has a cold-side facing the support structure and a hot side which is opposite to the cold side and can be charged with a hot medium. The heat shield bricks are resiliently secured to the support structure with four metal support elements arranged in pairs opposite one another. For this purpose, each holding element comprises a holding portion and a fixing portion. In each heat shield block retaining grooves are introduced on two opposite circumferential sides, so that the retaining portions can engage in the retaining grooves opposite to hold the heat shield block. The holding elements which are fastened on the heat shield block in opposite directions are guided with their attachment section in a fastening groove extending below the heat shield block in the support structure. During operation of the gas turbine thermoacoustic, aufschaukelnde pressure fluctuations can arise in the combustion chamber. These pressure fluctuations can exert such high forces on the heat shield bricks that the spring-mounted heat shield bricks can strike the support structure or detach from the support elements. The loss or damage of a heat shield brick in the combustion chamber can lead to consequential damage to the subsequently arranged turbine. This problem is encountered in the prior art, inter alia, that to increase the holding forces, the holding elements shortened running and / or reinforced by leaf springs. The in the EP 1 715 248 A1 disclosed holding elements have to increase the pointing in the direction of the support structure restoring force in the region of the mounting portions on a reinforcement by means of leaf spring.

Um die Sicherheit der Halterung weiter zu erhöhen, umfasst das Halteelement zusätzlich einen Vorsprung, der in eine Materialaussparung des Hitzeschildsteines eingreift und hierbei den Hitzeschildstein gegen ein Verschieben in eine Richtung parallel zu der mit der Nut versehenen Umfangsfläche sichert.In order to further increase the safety of the holder, the holding element additionally comprises a projection which engages in a material recess of the heat shield brick and in this case secures the heat shield brick against displacement in a direction parallel to the peripheral surface provided with the groove.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halteelement der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine besonders sichere Befestigung eines Hitzeschildsteines an einer Tragstruktur ermöglicht wird.The invention has for its object to provide a holding element of the type mentioned, with which a particularly secure attachment of a heat shield brick is made possible on a support structure.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Halteelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Halteelement zumindest bereichsweise mindestens zwei Schichten mit untereinander unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten umfasst. Die Schichten sind derart ausgebildet, dass bei betriebsgemä-βer Beaufschlagung des Hitzeschildsteines mit Heißgas zur Erhöhung einer Haltekraft des Halteelementes eine zumindest bereichsweise Krümmung des Halteelementes hervorgerufen ist.The object is achieved in a holding element of the type mentioned above in that the holding element comprises at least partially at least two layers with mutually different expansion coefficients. The layers are designed in such a way that, upon operation of the heat shield brick with hot gas, to increase a holding force of the retaining element, an at least regional curvature of the retaining element is produced.

Erfindungsgemäß wird somit zur Erhöhung der Haltekraft der Halteelemente vorgeschlagen, die bei betriebsgemäßer Beaufschlagung des Hitzeschildsteines mit Heißgas hervorgerufene Erwärmung des Halteelementes zur Erhöhung der Haltekraft zu nutzen. Hierzu weist das Halteelement einen erfindungsgemäßen schichtförmigen Aufbau auf, welcher bei einer betriebgemäßen Erwärmung eine Verformung des Halteelementes aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten hervorruft. Die Schichten sind derart ausgebildet, dass die Verformung, die auch mit Krümmung bezeichnet werden kann, zu einer Erhöhung der Haltekraft des Halteelementes führt. Beispielsweise kann die Lage, Ausdehnung, Dicke der Schichten und/oder die Differenz der Ausdehnungskoeffizienten sowie die Fixierung der Schichten untereinander derart ausgebildet sein, dass bei Beaufschlagung des Hitzeschildsteines mit der Betriebstemperatur das Halteelement sich in einer gewünschten Weise krümmt, so dass eine Haltekraft des Halteelementes erhöht ist.According to the invention, it is thus proposed to increase the holding force of the holding elements, to use the heating of the holding element caused by increasing the holding force when hot-gas is acted upon by the heat-shielding brick in accordance with the operation. For this purpose, the holding element has a layered structure according to the invention, which causes a deformation of the holding element due to the different expansion coefficients when the heating is operational. The layers are designed in such a way that the deformation, which can also be referred to as curvature, leads to an increase in the holding force of the holding element. For example, the position, extent, thickness of the layers and / or the difference of the expansion coefficients and the fixation of the layers with each other be designed such that upon exposure of the heat shield brick with the operating temperature, the holding member curves in a desired manner, so that a holding force of the holding element is increased.

Das Halteelement kann mit einem oder mehreren solchen Bereichen ausgestattet sein. Zum Beispiel können derartige Schichten im Halteabschnitt ausgebildet sein, die eine Krümmung des Halteabschnittes derart hervorrufen, dass bei betriebsgemäßer Beaufschlagung mit Heißgas ein mit der Eingriffseinrichtung bestehender Kraftschluss zwischen Halteabschnitt und Eingriffseinrichtung erhöht ist. Gemäß zwei weiteren Ausführungsbeispielen können derartige Schichten im Befestigungsabschnitt angeordnet sein. Die Schichten können derart ausgebildet sein, dass bei Beaufschlagung des Hitzeschildes mit der Betriebstemperatur die Oberseite des Befestigungsabschnitts in einer Längsrichtung des Befestigungsabschnittes eine konvexe oder konkave Krümmung aufweist. Dadurch lässt sich gemäß der ersten Alternative eine Rückstellkraft des Halteelementes erhöhen bzw. gemäß der zweiten Alternative ein Herausrutschen des Halteabschnitts aus der Eingriffseinrichtung entgegenwirken. Die Haltekraft ist also dadurch erhöht, dass die Befestigung stärkeren, an dem Hitzeschildstein angreifenden Kräften widerstehen kann.The holding element may be equipped with one or more such areas. For example, such layers may be formed in the holding portion, which cause a curvature of the holding portion such that when hot gas is properly applied, a force fit existing between the holding portion and engaging means with the engaging means is increased. According to two further embodiments, such layers may be arranged in the attachment section. The layers may be formed such that when the heat shield is acted upon by the operating temperature, the upper side of the fastening section has a convex or concave curvature in a longitudinal direction of the fastening section. As a result, according to the first alternative, a restoring force of the retaining element can be increased or, according to the second alternative, a slipping-out of the retaining section from the engagement device can be counteracted. The holding force is thus increased by the fact that the attachment can withstand stronger, acting on the heat shield stone forces.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.Advantageous embodiments of the invention are set forth in the following description and in the dependent claims, the features of which can be used individually and in any combination with each other.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Befestigungsabschnitt zumindest bereichsweise mindestens zwei derartige Schichten umfasst. Die Schichten sind normal zur Oberseite hintereinander angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zur Oberseite des Befestigungsabschnittes.An advantageous embodiment of the invention may provide that the attachment portion at least partially comprises at least two such layers. The layers are arranged normal to the top one behind the other and extend substantially parallel to the top of the mounting portion.

Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht zum Beispiel je nach Ausgestaltung der Schichten eine Erhöhung der Rückstellkraft des Halteelementes und/oder des Kraftschlusses zwischen dem Halteabschnitts und dem Hitzeschildstein. Hierzu kann der Befestigungsabschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel des Halteelementes aus einer länglichen Platte bestehen, welche an ihrem einen Ende verbreitert ist und mit diesem verbreiterten Ende eng toleriert in einer Befestigungs-Nut der Tragstruktur geführt ist. Zur Erhöhung der Rückstellkraft des länglichen Befestigungsabschnitts können die Schichten als längliche Streifen in Richtung der Längsachse des Befestigungsabschnitts verlaufen und die Abfolge der Ausdehnungskoeffizienten derart gewählt sein, dass die Oberseite des Befestigungsabschnittes sich bei Beaufschlagung mit der Betriebstemperatur in Längsrichtung des Befestigungsabschnitts konvex wölbt.This embodiment of the invention allows, for example, depending on the design of the layers, an increase in the restoring force of the retaining element and / or the frictional connection between the holding portion and the heat shield stone. For this purpose, the attachment portion may consist of an elongated plate according to an embodiment of the holding element, which widened at its one end and is guided with this widened end tightly tolerated in a mounting groove of the support structure. To increase the restoring force of the elongate attachment portion, the layers may extend as elongated strips in the direction of the longitudinal axis of the attachment portion and the sequence of expansion coefficients be selected such that the top of the attachment portion bulges convexly upon application of the operating temperature in the longitudinal direction of the attachment portion.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erhöhung des Kraftschlusses zwischen dem Halteabschnitt und dem Hitzeschildstein die Abfolge der Ausdehnungskoeffizienten andersherum gewählt sein, so dass die Oberseite eine konkave Wölbung erfährt.According to a further advantageous embodiment of the invention may be chosen the other way round to increase the frictional connection between the holding portion and the heat shield block, the sequence of expansion coefficients, so that the top experiences a concave curvature.

Gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nimmt der Ausdehnungskoeffizient der Schichten in Richtung Oberseite mit jeder Schicht ab.According to this advantageous embodiment of the invention, the coefficient of expansion of the layers in the direction of the upper side decreases with each layer.

Vorteilhafter Weise kann weiter vorgesehen sein, dass der Befestigungsabschnitt eine längliche Grundplatte aus einem ersten Material mit einem ersten Ausdehnungskoeffizienten und eine auf der Oberseite der länglichen Grundplatte fixierte Blattfeder aus einem zweiten Material mit einem zweiten Ausdehnungskoeffizienten umfasst.Advantageously, it can further be provided that the attachment portion comprises an elongated base plate made of a first material having a first coefficient of expansion and a leaf spring fixed on the upper side of the elongate base plate made of a second material having a second coefficient of expansion.

Dies hat den Vorteil geringer Herstellungskosten, da auf Standardbauteile für die Blattfeder und die Grundplatte zurückgegriffen werden kann. Blattfeder und Grundplatte bestehen in diesem Fall aus entsprechend unterschiedlichem Material mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizient. Die Blattfeder erstreckt sich in Längsrichtung der Grundplatte.This has the advantage of lower manufacturing costs, since standard components for the leaf spring and the base plate can be used. Leaf spring and base plate consist in this case of correspondingly different material with different coefficients of expansion. The leaf spring extends in the longitudinal direction of the base plate.

Vorteilhafter Weise ist der zweite Ausdehnungskoeffizient kleiner als der erste.Advantageously, the second expansion coefficient is smaller than the first one.

Diese Ausgestaltung der Erfindung führt zu einer Krümmung des Befestigungsabschnitts mit konkaver Wölbung der Oberseite.This embodiment of the invention leads to a curvature of the fastening portion with concave curvature of the top.

Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die beiden Schichten aus unterschiedlichen, nickelbasierten Superlegierungen bestehen.Furthermore, it can be advantageously provided that the two layers consist of different nickel-based superalloys.

Beispielsweise kann eine der beiden Schichten aus HastelloyX bestehen. Der Handelsname des Materials ist eine eingetragene Marke der Firma Haynes International Inc.. Diese nickelbasierte Superlegierung (nickel based high-temperature superalloy) eignet sich bekannterweise gut für den Einsatz in Gasturbinen.For example, one of the two layers may consist of HastelloyX. The trade name of the material is a registered trademark of Haynes International Inc. This nickel-based high-temperature superalloy is well-suited for use in gas turbines.

Hierzu passend kann die andere der beiden Schichten beispielsweise aus Nimonic90 bestehen.For this purpose, the other of the two layers may for example consist of Nimonic90.

Der Handelsname des Materials Nimonic90 ist eine eingetragene Marke der Firma Special Metals Corporation. Es handelt sich hierbei ebenfalls um eine nickelbasierte Superlegierung mit gegenüber HastelloyX geringerem Ausdehnungskoeffizienten. Da der Ausdehnungskoeffizient eines Materials vom betrachteten Temperaturbereich abhängt, sei für die beiden Materialien beispielhaft für die Temperaturwerte 200 und 400 °C Celsius der jeweils zugehörige Ausdehnungskoeffizient angegeben. Material Temperatur [°C] Ausdehnungskoeffizient [10-6 / K] 200 12,5 30 Nimonic90 400 13, 8 200 14,2 HastelloyX 400 14,7 The trade name of the material Nimonic90 is a registered trademark of Special Metals Corporation. It is also a nickel-based superalloy with less expansion coefficient than HastelloyX. Since the coefficient of expansion of a material depends on the temperature range under consideration, the relevant expansion coefficient is given for the two materials as an example for the temperature values 200 and 400 ° C. material Temperature [° C] Coefficient of expansion [10 -6 / K] 200 12.5 30 Nimonic90 400 13, 8 200 14.2 HastelloyX 400 14.7

Die beiden genannten Materialien eignen sich allgemein für die Realisierung der Erfindung und können zur Ausgestaltung der Schichten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet werden.The two materials mentioned are generally suitable for the realization of the invention and can be used for the design of the layers according to one of claims 1 to 9.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hitzeschild der eingangs genannten Art sowie eine mit einem derartigen Hitzeschild ausgekleidete Gasturbine und Brennkammer anzugeben, mit welchem eine besonders sichere Befestigung eines Hitzeschildsteines an einer Tragstruktur ermöglicht wird.Another object of the invention is to provide a heat shield of the aforementioned type and a lined with such a heat shield gas turbine and combustion chamber, with which a particularly secure attachment of a heat shield brick is made possible on a support structure.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Hitzeschild der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mindestens ein Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.The object is achieved in a heat shield of the type mentioned in that at least one holding element according to one of claims 1 to 6 is formed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Brennkammer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sie mit einem Hitzeschild gemäß Anspruch 7 ausgebildet ist.The object is achieved in a combustion chamber of the type mentioned above in that it is formed with a heat shield according to claim 7.

Auch wird die Aufgabe bei einer Gasturbine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mindestens eine Brennkammer gemäß Anspruch 8 ausgebildet ist.The object is also achieved in a gas turbine of the type mentioned in that at least one combustion chamber is formed according to claim 8.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen.Further expedient refinements and advantages of the invention are the subject matter of the description of embodiments of the invention with reference to the figure of the drawing, wherein like reference numerals refer to the same acting components.

Dabei zeigt die

Fig. 1
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gasturbine in einem Längsschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2
schematisch einen Ausschnitt des in Fig.1 dargestellten erfindungsgemäßen Hitzeschildes in einer Draufsicht,
Fig. 3
eine Seitenansicht eines Hitzeschildsteins und eines Halteelements des in Fig.2 dargestellten Hitzeschildes im Detail,
Fig. 4
das in Fig. 3 dargestellte Halteelement in einer Einzeldarstellung, und
Fig. 5
schematisch einen Ausschnitt des in Fig.1 dargestellten erfindungsgemäßen Hitzeschildes in einer Schnittdarstellung.
It shows the
Fig. 1
FIG. 2 a schematic representation of a gas turbine according to the invention in a longitudinal section according to an exemplary embodiment, FIG.
Fig. 2
schematically a section of the in Fig.1 illustrated heat shield according to the invention in a plan view,
Fig. 3
a side view of a heat shield stone and a holding element of in Fig.2 shown heat shield in detail,
Fig. 4
this in Fig. 3 illustrated holding element in a single representation, and
Fig. 5
schematically a section of the in Fig.1 illustrated heat shield according to the invention in a sectional view.

Die Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Gasturbine 1 in einem Längsschnitt. Diese umfasst einen Verdichterabschnitt 3, einen Brennkammerabschnitt 5 und einen Turbinenabschnitt 7. Eine Welle 9 erstreckt sich durch alle Abschnitte der Gasturbine 1. Im Verdichterabschnitt 3 ist die Welle 9 mit Kränzen von Verdichterlaufschaufeln 11 und im Turbinenabschnitt 7 mit Kränzen von Turbinenlaufschaufeln 13 ausgestattet. Zwischen den Laufschaufelkränzen befinden sich im Verdichterabschnitt 3 Kränze von Verdichterleitschaufeln 15 und im Turbinenabschnitt 7 Kränze von Turbinenleitschaufeln 17. Die Leitschaufeln erstrecken sich vom Gehäuse 19 der Gasturbinenanlage 1 im Wesentlichen in Radialrichtung zur Welle 9.The FIG. 1 schematically shows a gas turbine 1 according to the invention in a longitudinal section. This comprises a compressor section 3, a combustion chamber section 5 and a turbine section 7. A shaft 9 extends through all sections of the gas turbine 1. In the compressor section 3, the shaft 9 is provided with rings of compressor blades 11 and in the turbine section 7 with rings of turbine blades 13. Wreaths of compressor guide vanes 15 are located between the rotor blade rings in the compressor section 3 and rings of turbine guide vanes 17 in the turbine section 17. The guide vanes extend from the housing 19 of the gas turbine installation 1 essentially in the radial direction to the shaft 9.

Im Betrieb der Gasturbine 1 wird Luft 23 durch einen Lufteinlass 21 des Verdichterabschnittes 3 eingesaugt und von den Verdichterlaufschaufeln 11 komprimiert. Die komprimierte Luft wird einer im Brennkammerabschnitt 5 angeordneten Brennkammer 25, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine mit einem Hitzeschild 26 ausgekleidete Ringbrennkammer ausgestaltet ist, zugeleitet, in die auch ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff über wenigstens einen Brenner 27 eingedüst wird. Das dadurch entstehende Luft-Brennstoff-Gemisch wird gezündet und in der Brennkammer 25 verbrannt. Entlang des Strömungspfades 29 strömen die heißen Verbrennungsabgase von der Brennkammer 25 in den Turbinenabschnitt 7, wo sie expandieren und abkühlen und dabei Impuls auf die Turbinenlaufschaufeln 13 übertragen. Die Turbinenleitschaufeln 17 dienen dabei als Düsen zum Optimieren des Impulsübertrages auf die Laufschaufeln 13. Die durch den Impulsübertrag herbeigeführte Rotation der Welle 9 wird dazu genutzt, einen Verbraucher, beispielsweise einen elektrischen Generator, anzutreiben. Die entspannten und abgekühlten Verbrennungsgase werden schließlich durch einen Auslass 31 aus der Gasturbine 1 abgeleitet.During operation of the gas turbine 1, air 23 is sucked in through an air inlet 21 of the compressor section 3 and compressed by the compressor rotor blades 11. The compressed air is supplied to a combustion chamber 25 arranged in the combustion chamber 25, which is configured in the present embodiment as a lined with a heat shield 26 annular combustion chamber, in which a gaseous or liquid fuel via at least one burner 27 is injected. The resulting air-fuel mixture is ignited and burned in the combustion chamber 25. Along the flow path 29, the hot combustion exhaust gases flow from the combustor 25 into the turbine section 7, where they expand and cool, imparting momentum to the turbine blades 13. The turbine guide vanes 17 serve as Nozzles for optimizing the momentum transfer to the blades 13. The rotation of the shaft 9 caused by the momentum transfer is used to drive a load such as an electric generator. The expanded and cooled combustion gases are finally discharged from the gas turbine 1 through an outlet 31.

Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt des in der Fig. 1 dargestellten Hitzeschildes 26 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Axialrichtung der Brennkammer ist in Fig. 2 durch den mit A bezeichneten Pfeil angedeutet.The FIG. 2 shows a section of the in the Fig. 1 shown heat shield 26 according to a first embodiment. The axial direction of the combustion chamber is in Fig. 2 indicated by the arrow A.

Das Hitzeschild 26 weist eine Tragstruktur 40 und an der Tragstruktur 40 befestigte Hitzeschildsteine 42 auf, welche mittels Halteelementen 44 an der Tragstruktur 40 gehalten sind. Die Hitzeschildsteine sind unter Spaltbelassung 46, 48 in einer mit einem Pfeil U gekennzeichneten Umfangsrichtung U und einer Axialrichtung A der Brennkammer 25 flächendeckend an der Tragstruktur 40 angeordnet, wobei die Halteelemente 44 in die in Axialrichtung A verlaufende Spaltbelassung 46 hineinragen. Zum Sperren der Spalte gegen den Eintritt von Heißgas können diese mit Kühlluft gespült werden.The heat shield 26 has a support structure 40 and heat shield bricks 42 fastened to the support structure 40, which are held on the support structure 40 by means of holding elements 44. The heat shield bricks are arranged under Spaltbelassung 46, 48 in a marked with an arrow U circumferential direction U and an axial direction A of the combustion chamber 25 across the support structure 40, wherein the holding elements 44 projecting into the gap 46 extending in the axial direction A gap. To block the column against the entry of hot gas they can be flushed with cooling air.

Ein Hitzeschildstein 42 sowie ein den Hitzeschildstein 42 an der Tragstruktur 40 befestigendes Halteelement 44 gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in Fig. 3 im Detail dargestellt. Der Hitzeschildstein 42 weist eine der Tragstruktur 40 zugewandte Kaltseite 52, eine der Tragstruktur 40 abgewandte Heißseite 54 sowie Umfangsseiten 58, 60 auf, welche die Kaltseite 52 mit der Heißseite 54 verbinden. Dabei erstrecken sich die Umfangsseiten 60 in Umfangsrichtung U der Brennkammer und die Umfangsseiten 58 in Axialrichtung A. Die beiden Umfangsseiten 58 sind jeweils mit einer Nut 64 versehen, die sich ebenfalls in Axialrichtung der Brennkammer erstreckt. In die Nut 64 greift ein Halteabschnitt 68 des Halteelementes 44 ein.A heat shield brick 42 and a heat shield brick 42 to the support structure 40 fastened holding member 44 according to the in Fig. 2 illustrated embodiment are in Fig. 3 shown in detail. The heat shield brick 42 has a cold side 52 facing the support structure 40, a hot side 54 facing away from the support structure 40 and peripheral sides 58, 60 which connect the cold side 52 with the hot side 54. In this case, the circumferential sides 60 extend in the circumferential direction U of the combustion chamber and the peripheral sides 58 in the axial direction A. The two circumferential sides 58 are each provided with a groove 64 which also extends in the axial direction of the combustion chamber. In the groove 64 engages a holding portion 68 of the holding element 44 a.

Das Halteelement 44 ist mit einem Befestigungsabschnitt (in der Fig. 3 nicht sichtbar) in einer Befestigungs-Nut 70 der Tragstruktur 40 geführt. Hierbei greift ein verbreitertes Ende des Befestigungsabschnitts (in Fig. 3 nicht sichtbar) des Halteelementes 44, der sogenannte Schuh des Halteelementes 44, eng toleriert in die parallel zur Oberfläche der Tragstruktur 40 eingelassenen Befestigungs-Nut 70 ein. Die Befestigungs-Nut 70 ist so ausgeführt, dass sie nur in einem Nutgrund 72 die für das Einschieben des Schuhs erforderliche Breite aufweist. Bei einem Hochziehen des Halteelementes 44 in der Befestigungs-Nut 70 stützt dieses sich an einem engen Bereich 76 der Befestigungs-Nut 70 ab, wodurch eine das Halteelement 44 haltende Haltekraft vermittelt wird. Ein nicht verbreiterter Teil des Halteelementes 44 kann ungehindert in der Befestigungs-Nut 70 angehoben werden.The holding member 44 is provided with a fixing portion (in the Fig. 3 not visible) in a mounting groove 70 of the support structure 40 out. Here engages a widened end of the attachment portion (in Fig. 3 not visible) of the holding element 44, the so-called shoe of the holding element 44, closely tolerated in the parallel to the surface of the support structure 40 recessed mounting groove 70 a. The mounting groove 70 is designed so that it has only in a groove base 72 required for the insertion of the shoe width. When pulling up the retaining element 44 in the fastening groove 70, this is supported on a narrow region 76 of the fastening groove 70, whereby a holding force holding the retaining element 44 is mediated. A non-widened part of the retaining element 44 can be lifted freely in the fastening groove 70.

Die Hitzeschildsteine 42 können an zwei gegenüberliegenden Umfangsseiten von jeweils zwei Halteelementen 44, also insgesamt von vier Halteelementen 44, gehalten werden. Die Halteelemente 44 einer der beiden Seiten können im Bereich des Schuhs an der Tragstruktur 40 gesichert sein. Die Sicherung kann beispielsweise mittels Arretiermaden erfolgen. Die Schuhe der an der gegenüberliegenden Seite angeordneten Halteelemente 44 können nicht gesichert sein, sodass sie gleiten können, um die thermische Dehnung des Hitzeschildsteines nicht zu behindern.The heat shield bricks 42 can be held on two opposite circumferential sides of two retaining elements 44, that is, a total of four retaining elements 44. The holding elements 44 of one of the two sides can be secured to the support structure 40 in the region of the shoe. The backup can be done for example by means of Arretiermaden. The shoes of the retaining elements 44 arranged on the opposite side can not be secured so that they can slide in order not to hinder the thermal expansion of the heat shield block.

Die Fig. 4 zeigt das in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Halteelement 44 in einer Einzeldarstellung. Das Halteelement 44 umfasst einen an einer Tragstruktur eines Hitzeschildes befestigbaren Befestigungsabschnitt 80 und einen Halteabschnitt 68, der zum Eingriff in eine an einem Hitzeschildstein vorhandene Eingriffseinrichtung ausgebildet ist. Der Befestigungsabschnitt 80 weist eine Oberseite 81 auf, die bei an der Tragstruktur befestigtem Befestigungsabschnitt 80 und am Hitzeschildstein eingreifendem Halteabschnitt 68 der Kaltseite des Hitzeschildsteins zugewandt ist. Der Befestigungsabschnitt 80 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine längliche Grundplatte 82 aus einem ersten Material mit einem ersten Ausdehnungskoeffizienten und einer auf der Oberseite der länglichen Grundplatte 82 fixierte Blattfeder 84 aus einem zweiten Material mit einem vom ersten Ausdehnungskoeffizient verschiedenen zweiten Ausdehnungskoeffizienten gebildet. Somit weist der Befestigungsabschnitt 80 eine erste Schicht 86, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der länglichen Grundplatte 82 identisch ist, und eine zweite Schicht 88, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Blattfeder 84 identisch ist, auf mit untereinander unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Die Blattfeder 84 ist hierbei auf der Grundplatte 82 fixiert. Beispielsweise mittels löten oder schweißen. Somit sind die zwei Schichten 86 und 88 derart ausgebildet, dass bei betriebsgemäßer Beaufschlagung des Hitzeschildsteines mit Heißgas zur Erhöhung einer Haltekraft des Halteelementes eine zumindest bereichsweise Krümmung des Halteelementes 44 hervorgerufen ist, nämlich im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Krümmung des Befestigungsabschnitts 80. Eine die Oberfläche 81 konvex krümmende Verformung führt zu einer Erhöhung der Haltekraft des Halteelementes 44, indem die Rückstellkraft des Halteelementes 44 erhöht ist. Eine die Oberfläche 81 konkav krümmende Verformung führt zu einer Erhöhung der Haltekraft des Halteelementes, da der Halteabschnitt 68 durch die konkave Krümmung des Befestigungsabschnitts 80 unter einem steileren Winkel in die Eingriffseinrichtung des Hitzeschildsteines eingreift, wodurch einem Herausrutschen des Halteabschnitts aus der Eingriffseinrichtung des Hitzeschildsteines - bei senkrecht zur Tragstruktur auf den Hitzeschildstein einwirkenden Kräften - entgegengewirkt wird.The Fig. 4 shows that in Fig. 3 shown retaining element 44 according to the invention in a single representation. The holding member 44 includes a fixing portion 80 attachable to a support structure of a heat shield, and a holding portion 68 formed to engage with an engaging device provided on a heat shield brick. The attachment section 80 has an upper side 81 which, with the attachment section 80 fastened to the support structure and the retaining section 68 engaging the heat shield block, faces the cold side of the heat shield block. The attachment portion 80 becomes in the illustrated embodiment by an elongated base plate 82 of a first material having a first coefficient of expansion and a leaf spring 84 fixed on the upper side of the elongate base plate 82 of a second material having a second expansion coefficient different from the first coefficient of expansion. Thus, the attachment portion 80 has a first layer 86, which in the present embodiment is identical to the elongate base plate 82, and a second layer 88, which is identical to the leaf spring 84 in the present embodiment, with mutually different expansion coefficients. The leaf spring 84 is fixed on the base plate 82. For example, by means of soldering or welding. Thus, the two layers 86 and 88 are formed such that upon actuation of the heat shield brick with hot gas to increase a holding force of the holding element an at least partially curvature of the retaining element 44 is caused, namely in the present embodiment, a curvature of the mounting portion 80. A the surface 81 convex Curving deformation leads to an increase in the holding force of the holding element 44 by the restoring force of the holding element 44 is increased. A concave curving deformation of the surface 81 results in an increase in the holding force of the holding member, because the holding portion 68 engages the concave curvature of the fixing portion 80 at a steeper angle in the engagement means of the heat shield brick, thereby slipping out of the holding portion of the engagement means of the heat shield stone - perpendicular to the support structure on the heat shield stone forces acting - counteracted.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Hitzeschildes 26 in einer Schnittdarstellung. Das Hitzeschild 26 umfasst eine Tragstruktur 40 und an der Tragstruktur 40 mittels Halteelementen 44 befestigte Hitzeschildsteine 42. Die Hitzeschildsteine 42 weisen jeweils eine der Tragstruktur 40 zugewandte Kaltseite 52, eine der Tragstruktur 40 abgewandte Heißseite 54 sowie Umfangsseiten 58, 60 auf, welche die Kaltseite 52 mit der Heißseite 54 verbinden. In den Umfangsseiten 58, 60 sind Eingriffseinrichtungen 94 in Form von Nuten 64 eingebracht. Die Nuten 64 bilden zur Kaltseite hin einen Halteriegel 65 aus, der jeweils von einem Halteabschnitt 68 eines Halteelementes 44 umfasst ist. Dadurch ist der Hitzeschildstein 42 an den gegenüberliegenden Umfangsseiten 58, 60 von paarweise gegenüberliegend angeordneten Halteelementen 44 gehalten. Die paarweise gegenüberliegend angeordneten Halteelemente 44 sind mit ihrem Befestigungsabschnitt 80 in einer in der Tragstruktur 40 verlaufenden Befestigungs-Nut 70 angeordnet. Zusätzlich kann eines der Halteelemente 44 mit einer Arretiermade 96 in der Befestigungs-Nut 70 gesichert sein und das gegenüberliegende Halteelement 44 sich bei thermischer Ausdehnung des Hitzeschildsteines 42 in der Befestigungs-Nut verschieben. Zur Erhöhung der Haltekraft der Halteelemente 44 ist, wie bereits zu Fig. 4 näher beschrieben, der Befestigungsabschnitt 80 des Halteelementes gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine längliche Grundplatte 82 aus einem ersten Material mit einem ersten Ausdehnungskoeffizienten und einer auf der Oberseite 81 der länglichen Grundplatte 82 fixierten Blattfeder 84 aus einem zweiten Material mit einem vom ersten Ausdehnungskoeffizienten verschiedenen zweiten Ausdehnungskoeffizienten gebildet. Bei betriebsgemäßer Beaufschlagung des Hitzeschildes 26 mit Heißgas wird durch die beiden Schichten eine die Haltekraft erhöhende Verformung, die auch mit Krümmung bezeichnet werden kann, hervorgerufen. Verringert sich der Ausdehnungskoeffizient der Schichten zur Oberseite 81 hin, dann wird der Befestigungsabschnitt 80 einen durch die Linien 100 angedeuteten Verlauf nehmen. Dies entspricht einer konkaven Krümmung der Oberseite 81. Dadurch gräbt sich der Halteabschnitt mit seinem auf dem Halteriegel aufliegenden Ende stärker in die Eingriffseinrichtung ein und einem Herausrutschen des Halteabschnitts aus der Eingriffseinrichtung 94 wird entgegengewirkt. Die Befestigung kann somit höheren, an dem Hitzeschildstein 42 senkrecht zur Tragstruktur angreifenden Kräften widerstehen, so dass erfindungsgemäß eine Haltekraft des Halteelementes erhöht ist. Fig. 5 schematically shows a section of the in Fig. 1 illustrated heat shield 26 according to the invention in a sectional view. The heat shield 26 comprises a support structure 40 and heat shield bricks 42 fastened to the support structure 40 by means of holding elements 44. The heat shield bricks 42 each have a cold side 52 facing the support structure 40, a hot side 54 facing away from the support structure 40 Circumferential sides 58, 60, which connect the cold side 52 with the hot side 54. In the peripheral sides 58, 60 engaging means 94 are introduced in the form of grooves 64. The grooves 64 form towards the cold side a retaining bolt 65, which is in each case surrounded by a holding portion 68 of a holding element 44. As a result, the heat shield block 42 is held on the opposite circumferential sides 58, 60 by pairs of oppositely arranged holding elements 44. The pairs of oppositely arranged holding elements 44 are arranged with their attachment portion 80 in a support structure 40 extending in the mounting groove 70. In addition, one of the retaining elements 44 may be secured with a Arretiermade 96 in the mounting groove 70 and the opposite holding member 44 to move in thermal expansion of the heat shield brick 42 in the mounting groove. To increase the holding force of the holding elements 44, as already to Fig. 4 described in more detail, the attachment portion 80 of the holding element according to the illustrated embodiment by an elongated base plate 82 made of a first material having a first expansion coefficient and a fixed to the top 81 of the elongated base plate 82 leaf spring 84 of a second material having a second expansion coefficient different from the first coefficient of expansion educated. If the heat shield 26 is acted upon with hot gas by the two layers, a deformation which increases the holding force, which can also be called a curvature, is caused by the two layers. As the coefficient of expansion of the layers decreases toward the top surface 81, the attachment portion 80 will take a course indicated by the lines 100. This corresponds to a concave curvature of the upper side 81. As a result, the holding portion digs more with its resting on the retaining latch end in the engaging means and slipping out of the holding portion of the engagement means 94 is counteracted. The attachment can thus withstand higher, acting on the heat shield block 42 perpendicular to the support structure forces, so that according to the invention, a holding force of the holding element is increased.

Claims (9)

Halteelement (44) zum Halten eines Hitzeschildsteines (42) an einer Tragstruktur (40) mit wenigstens einem an der Tragstruktur (40) befestigbaren Befestigungsabschnitt (80) und wenigstens einem Halteabschnitt (68), der zum Eingriff in eine am Hitzeschildstein (42) vorhandene Eingriffseinrichtung (94) ausgebildet ist, wobei der Befestigungsabschnitt (80) bei an der Tragstruktur (40) befestigtem Befestigungsabschnitt (80) und am Hitzeschildstein (42) eingreifendem Halteabschnitt (68) eine der Kaltseite (52) des Hitzeschildsteins zugewandte Oberseite (81) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Halteelement (44) zumindest bereichsweise mindestens zwei Schichten (86, 88) mit untereinander unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten umfasst, wobei die Schichten (86, 88) derart ausgebildet sind, dass bei betriebsgemäßer Beaufschlagung des Hitzeschildsteines (42) mit Heißgas zur Erhöhung einer Haltekraft des Halteelementes (44) eine zumindest bereichsweise Krümmung des Halteelementes (44) hervorgerufen ist.Retaining element (44) for holding a heat shield brick (42) on a support structure (40) with at least one attachment portion (80) attachable to the support structure (40) and at least one retention portion (68) adapted to engage a heat shield brick (42) Engagement means (94) is formed, wherein the fastening portion (80) at the attached to the support structure (40) mounting portion (80) and the heat shield brick (42) engaging the holding portion (68) one of the cold side (52) of the heat shield brick facing top (81) .
characterized in that
the holding element (44) at least partially comprises at least two layers (86, 88) with mutually different coefficients of expansion, wherein the layers (86, 88) are formed such that upon energetic loading of the heat shield brick (42) with hot gas to increase a holding force of the holding element (44) an at least partially curvature of the holding element (44) is caused. Halteelement (44) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsabschnitt (80) zumindest bereichsweise mindestens zwei derartige Schichten (86, 88) umfasst, wobei die Schichten (86, 88) normal zur Oberseite (81) hintereinander angeordnet sind und im Wesentlichen parallel zur Oberseite (81) des Befestigungsabschnittes (80) verlaufen.Retaining element (44) according to claim 1,
characterized in that
the attachment portion (80) at least partially comprises at least two such layers (86, 88), wherein the layers (86, 88) are arranged normal to the top (81) one behind the other and substantially parallel to the top (81) of the attachment portion (80) , Halteelement (44) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausdehnungskoeffizient der Schichten (86, 88) in Richtung Oberseite (81) mit jeder Schicht (86, 88) abnimmt.Retaining element (44) according to claim 1 or 2,
characterized in that
the coefficient of expansion of the layers (86, 88) towards the top (81) decreases with each layer (86, 88). Halteelement (44) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsabschnitt (80) eine längliche Grundplatte (82) aus einem ersten Material mit einem ersten Ausdehnungskoeffizienten und eine auf der Oberseite (81) der länglichen Grundplatte (82) fixierte Blattfeder (84) aus einem zweiten Material mit einem zweiten Ausdehnungskoeffizienten umfasst.Retaining element (44) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the attachment portion (80) comprises an elongated base plate (82) of a first material having a first coefficient of expansion and a leaf spring (84) of a second material having a second coefficient of expansion fixed to the upper surface (81) of the elongate base plate (82). Halteelement (44) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Ausdehnungskoeffizient kleiner als der erste ist.Retaining element (44) according to claim 4,
characterized in that
the second expansion coefficient is smaller than the first one. Halteelement (44) nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Schichten (86, 88) aus unterschiedlichen, nickelbasierten Superlegierungen bestehen.Retaining element (44) according to claim 4 or 5,
characterized in that
the two layers (86, 88) consist of different nickel-based superalloys. Hitzeschild (26) für eine Brennkammer (25) einer Gasturbine (1), mit einer Tragstruktur (40) und einer Anzahl von Hitzeschildsteinen (42), welche an der Tragstruktur (40) mittels Halteelementen (44) lösbar befestigt sind, wobei jeder Hitzeschildstein (42) eine der Tragstruktur (40) zugewandte Kaltseite (52) und eine der Kaltseite (52) gegenüberliegende, mit einem heißen Medium beaufschlagbare Heißseite (54) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Halteelement (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.A heat shield (26) for a combustor (25) of a gas turbine (1), having a support structure (40) and a plurality of heat shield bricks (42) releasably secured to the support structure (40) by retaining members (44), each heat shield brick (42) has a cold side (52) facing the support structure (40) and a hot side (54) which is opposite to the cold side (52) and can be charged with a hot medium,
characterized in that
at least one holding element (44) according to one of claims 1 to 6 is formed. Brennkammer (25), welche mit einem Hitzeschild (26) ausgekleidet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hitzeschild (26) nach Anspruch 7 ausgebildet ist.Combustion chamber (25), which is lined with a heat shield (26),
characterized in that
the heat shield (26) is formed according to claim 7. Gasturbine (1) mit mindestens einer Brennkammer (25),
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Brennkammer (25) nach Anspruch 8 ausgebildet ist.Gas turbine (1) with at least one combustion chamber (25),
characterized in that
at least one combustion chamber (25) is formed according to claim 8.
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