WO2015044413A1

WO2015044413A1 - Hitzeschild für eine brennkammer einer gasturbine und hitzeschildstein für ein derartiges hitzeschild

Info

Publication number: WO2015044413A1
Application number: PCT/EP2014/070774
Authority: WO
Inventors: Claus Krusch; Volker Vosberg
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2015-04-02
Also published as: EP3008389A1; CN105531542A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hitzeschild (20, 40) mit einer Tragstruktur (22) und einer Anzahl von Hitzeschildsteinen (24, 42, 44, 56, 56a), welche im Wesentlichen flächendeckend unter Belassung von Dehnspalten (26a, 74) zwischen den Hitzeschildsteinen an der Tragstruktur angeordnet sind, wobei die Hitzeschildsteine jeweils eine mit Heißgasen beaufschlagbare Heißseite (32), eine der Tragstruktur (22) zugewandte Kaltseite (58) und Seitenflächen (34, 34a, 60a, 60b, 60) aufweisen, welche die Heißseite mit der Kaltseite verbinden. Der erfindungsgemäße Hitzeschild ermöglicht es, eine Verzunderung der Tragstruktur zu vermeiden oder zu reduzieren. Hierzu sind die einander zugewandten Seitenflächen (34, 34a, 60a, 60b, 60) von mindestens zwei aneinander angrenzenden Hitzeschildsteinen (42, 44) mindestens bereichsweise strukturiert ausgebildet, so dass die Strukturen (46, 66) der gegenüberliegenden Seitenflächen derart ineinander greifen, dass mindestens ein Teil der Strukturen mit Strukturen der gegenüberliegenden Seite in Längsrichtung (38a, 48, 72) der Seitenflächen überlappen, so dass die zwischen den Seitenflächen verlaufende Dehnspalte (26a, 74) aufgrund der überlappenden Strukturen mindestens bereichsweise in ihrer Längsausdehnung (27) die Richtung ändert.

Description

Beschreibung

Hitzeschild für eine Brennkammer einer Gasturbine und Hitze^¬ schildstein für ein derartiges Hitzeschild

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hitzeschild, insbesondere zur Anordnung in einer Brennkammer einer Gasturbine. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Hitzeschildstein, der als Bestandteil des Hitzeschilds verwendbar ist sowie auf eine Brennkammer und eine die Brennkammer umfassende Gasturbine, wobei die Brennkammer zumindest bereichsweise mit einem der^¬ artigen Hitzeschild ausgekleidet ist.

In vielen technischen Anwendungen werden Hitzeschilde verwen- det, welche Heißgasen von 1000 bis 1600 Grad widerstehen müs^¬ sen. 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 Allgemeine keramischer Hitzeschildsteine zusammengesetzt werden, die voneinander mit einem ausreichenden Spalt beabstandet an einer Tragstruktur mittels Halteelementen befestigt sind. Dieser Spalt bietet den Hitzeschildsteinen, die auch mit Hitzeschildelementen bezeichnet werden können, ausreichenden Raum für die thermische Ausdehnung .

Ein gattungsgemäßer Hitzeschild umfasst somit eine Tragstruk- tur und eine Anzahl von Hitzeschildsteinen, welche an der

Tragstruktur mittels Halteelementen befestigt sind. Jeder der Hitzeschildsteine weist eine der Tragstruktur zugewandte Kaltseite und eine der Kaltseite gegenüberliegende, mit einem heißen Medium beaufschlagbare Heißseite auf. Die Kaltseite und die Heißseite sind durch Seitenflächen des Hitzeschild^¬ steines verbunden. Die Dehnspalten zwischen den Hitzeschildsteinen weisen eine Mindestbreite auf. Das gattungsgemäße Hitzeschild kann für die Auskleidung einer Brennkammer einer Gasturbine vorgesehen sein. In diesem Fall verläuft die Tragstruktur an der Innenseite einer Brennkammerwand der Brennkammer. Im Allgemeinen sind die Hitzeschild- steine dabei in umlaufenden Reihen an der Tragstruktur befestigt. Die in axialer Richtung verlaufenden Spalten zwischen den Hitzeschildsteinen können auch mit Umfangsspalten bezeichnet werden. Die in umlaufender Richtung - also um eine Längsachse der Brennkammer herum - verlaufenden Dehnungsspal- ten können auch mit Axialspalten bezeichnet werden.

Da die Spalten zwischen den Hitzeschildsteinen auch einen direkten Kontakt der heißen Verbrennungsgase mit der metalli^¬ schen Tragstruktur und den Halteelementen ermöglichen, kann als eine Gegenmaßnahme durch die Spalte in Richtung der

Brennkammer Kühlluft eingedüst werden. Die an der Verbrennung vorbei geführte Kühlluft verschlechtert allerdings die Abgas^¬ werte der Gasturbine. Die Maßnahme ist auch nicht ausrei^¬ chend. Besonders im Bereich der Axialspalten kommt es zu Heißgaseinzug. Dies führt zu einer Verzunderung der Trag^¬ struktur und der Halteelemente, so dass es im schlimmsten Fall zu einem Verlust einzelner Hitzeschildsteine kommen kann, welche bei Eintritt in den Turbinenbereich einen Turbinenschaden verursachen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hitzeschild der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Verzunderung der Tragstruktur vermieden oder reduziert werden kann .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Hitzeschild der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die einander zu^¬ gewandten Seitenflächen von mindestens zwei aneinander angrenzenden Hitzeschildsteinen mindestens bereichsweise struk- turiert ausgebildet sind, so dass die Strukturen der einander zugewandten Seitenflächen derart ineinander greifen, dass mindestens ein Teil der Strukturen mit Strukturen der gegenüberliegenden Seitenfläche in Längsrichtung der Seitenflächen überlappen, so dass die zwischen den Seitenflächen verlaufende Dehnspalte aufgrund der überlappenden Strukturen mindes^¬ tens bereichsweise in ihrer Längsausdehnung die Richtung ändert .

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Seitenflächen verhindert bzw. reduziert die Ausbildung einer zwischen die beiden Seitenflächen eintauchenden Heißgassträhne, so dass der unterhalb der ineinander greifenden Strukturen angeordnete Bereich der Tragstruktur vor Heißgaseinzug geschützt wird. Bevorzugt sind entlang aller Umfangsspalten die angrenzenden Seitenflächen mit derartigen ineinander greifenden Strukturen ausgebildet. Dies verhindert einen Heißgaseinzug über die gesamte Länge der Dehnspalten. Bevorzugt ändert sich die Richtung der Längserstreckung der Dehnspalte mittels der überlappenden

Strukturen in regelmäßigen Abständen und/oder Abfolgen, insbesondere in Abständen, die aufgrund ihrer Kürze ein Ausbil^¬ den und Eintauchen von Heißgassträhnen zwischen den überlappenden Strukturbereichen hindurch im Wesentlichen verhindert. Bevorzugt sind die strukturierten Bereiche der Seitenflächen gegenüberliegend angeordnet.

Die Strukturen können beispielsweise wellenförmige Erhebungen der Seitenflächen sein, deren Wellenfronten senkrecht zur Heißseite verlaufen, so dass ein an der gegenüberliegenden

Seitenfläche angeordneter Wellenberg in das gegenüberliegend angeordnete Wellental hineinragt. Die Wellenberge überlappen sich in Längsrichtung der Seitenflächen, wobei die Längsrichtung senkrecht zu den Wellenfronten verläuft. Diese Ausge- staltung erschwert es einer Heißgassträhne zwischen die bei^¬ den Seitenflächen bis zur Tragstruktur einzutauchen, da die Dehnspalte im Bereich zwischen den beiden Seitenflächen in ihrer Längserstreckung regelmäßig die Richtung wechselt und hierbei einem schlangenförmigen Verlauf aufweist. Mit der Längserstreckung der Dehnspalte ist der Verlauf der Spalte in einer Ebene parallel zur Tragstruktur bzw. Kalt- oder Heißseite gemeint. Sofern bei dem erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung sich der strukturierte Bereich der Seitenfläche von der Heißseite ausgehend über die gesamte Länge der Sei^¬ tenfläche erstreckt, ist der Verlauf der Dehnspalte zwischen den beiden Hitzeschildsteinen von der Heißseite aus betrachtet schlangenförmig . Dies verhindert schon auf Höhe der Heiß- seite ein Eintauchen einer Heißsträhne zwischen die beiden

Seitenflächen. Die wellenförmige Form der Struktur ist allerdings keine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Da die Dehnspalte in ihrer Längserstreckung im Bereich der sich überlappenden Wellenberge ihre Richtung kontinuierlich ändert und keinen geknickten Verlauf aufweist, ist ein Ausbilden einer Heißgassträhne zwar erschwert und ein Heißgaseinzug im Bereich der sich überlappenden Strukturen reduziert. Er ist aber nicht völlig unterbunden. Aus diesem Grund kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass sich die Richtung der Dehnspalte im Bereich der sich überlappenden Strukturen zumindest bereichsweise im Wesentlichen abrupt än^¬ dert . Eine im Wesentlichen abrupte Richtungsänderung kann beispielsweise mit eckigen Strukturen erreicht werden. Die Dehnspalte weist dann bereichsweise in ihrer Längsausdehnung ei^¬ nen geknickten Verlauf auf, wobei an einem Knick die Richtungsänderung mit im Wesentlichen abrupt bezeichnet werden kann. Im Gegensatz hierzu weist der Verlauf in einer Kurve eine kontinuierliche Richtungsänderung auf.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die strukturieren Bereiche regelmäßig strukturiert sind, so dass die Dehnspalte zwischen den Seitenflächen zumindest bereichs^¬ weise in ihrer Längsausdehnung regelmäßig und/oder in regelmäßiger Abfolge die Richtung ändert.

Beispielsweise kann die Dehnspalte auf Höhe der überlappenden Strukturen einen zick-zack-förmigem Verlauf in Längsrichtung aufweisen, so dass die Dehnspalte in ihrer Längsausdehnung beispielsweise die Richtung 5 bis 20mal entlang der Seiten^¬ flächen der beiden Hitzeschildsteine ändern. Der Abstand zwi- sehen zwei Richtungswechseln sollte dabei so kurz gewählt sein, dass sich über die Länge des in eine Richtung verlau^¬ fenden Spaltabschnitts im Wesentlichen keine in diesen Abschnitt der Dehnspalte eintauchende Heißgassträhne ausbilden kann .

Aus diesem Grund kann es als vorteilhaft angesehen werden, dass die strukturierten Bereiche sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Seitenflächen erstrecken.

Dies ermöglicht die Ausbildung einer Dehnspalte, die im We^¬ sentlichen über die gesamte Länge der Seitenfläche in ihrer Längsausdehnung die Richtung wechselt, bevorzugt in regelmä^¬ ßigen Abständen oder in regelmäßigen Abfolgen und/oder in Ab- ständen, die aufgrund ihrer Kürze ein Ausbilden und Eintau^¬ chen von Heißgassträhnen zwischen den überlappenden Strukturbereichen hindurch im Wesentlichen verhindert.

Die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Seiten- fläche erstreckenden strukturierten Bereiche können sich über die gesamte Höhe der Seitenflächen erstrecken oder jeweils nur in einem über die Länge der Seitenfläche verlaufenden Band geringerer Breite. Die einander überlappenden, aber an gegenüberliegenden Seitenflächen angeordneten Strukturen ver- hindern dann ein Ausbilden und Eintauchen einer Heißgassträhne zwischen die beiden Hitzeschildsteine bis zur Tragstruktur .

Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die struktu- rierten Bereiche sich im Wesentlichen von der Heißseite aus bis auf eine erste Höhe in Richtung Kaltseite erstrecken.

Diese Ausgestaltung der Erfindung verhindert eine Ausbildung einer zwischen die beiden Hitzeschildsteine eintauchenden Heißgassträhne bereits auf Höhe der Heißseite. Die Ausgestal^¬ tung kann bevorzugt vorgesehen sein, um Eingriffseinrichtun- gen für die Halteelemente zwischen der Kaltseite und der ers^¬ ten Höhe an der Seitenfläche anzuordnen. Beispielsweise kön- nen zwei Eingriffstaschen für jeweils einen Haltekopf eines Halteelementes in dem Bereich zwischen Kaltseite und erster Höhe in der Seitenfläche angeordnet sein. Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass sich die strukturierten Bereiche zusätzlich von der ersten Höhe aus unter Aussparung von Bereichen in Richtung der Kaltseite erstrecken . Diese Ausbildung der Erfindung ermöglicht eine zusätzliche

Anordnung der Strukturen zwischen und neben den Eingriffsein- richtungen für die Halteelemente.

Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Strukturen jeweils eine Abfolge von parallel angeordneten, stegförmigen Erhebungen umfassen, die sich an der Seitenfläche entlang erstrecken, so dass jeweils zwischen zwei benachbarte Erhebungen eine Erhebung der gegenüberliegenden Seitenfläche hineinragt.

Diese Ausgestaltung der Erfindung lässt sich besonders einfach herstellen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Ausgestaltung verlaufen die stegförmigen Erhebungen senkrecht zur Heißseite an der Seitenfläche entlang.

Die stegförmigen Erhebungen überlappen somit in Längsrichtung der Seitenflächen.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen, dass die stegförmigen Erhebungen einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.

Die Dehnspalte folgt damit im Bereich der ineinandergreifen- den stegförmigen Erhebungen einem zick-zack-förmigem Verlauf in Längsrichtung. Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die steg- förmigen Erhebungen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Von der Heißseite aus betrachtet weist das Hitzeschild an der gemäß der Ausgestaltung der Erfindung ausgebildeten Seite einen zinnenförmigen Verlauf auf, wobei zwischen zwei Zinnen jeweils eine Zinne der gegenüberliegenden Seite hineinragt.

Diese Ausbildung der Erfindung ermöglicht einen Richtungs- Wechsel der Längsausdehnung der Dehnspalte um 180 Grad, wo^¬ durch eine Ausbildung einer zwischen die überlappenden Zinnen eintauchenden Heißgassträhne besonders effektiv vermieden wird . Es kann auch als vorteilhaft angesehene werden, dass

die Seitenflächen und/oder mindestens ein Teil der Strukturen mit Strukturen der gegenüberliegenden Seitenfläche zusätzlich senkrecht zur Heißseite überlappend ausgebildet sind. Die gegenüberliegend angeordneten strukturierten Bereiche der beiden Seitenflächen können sich beispielsweise von der Heißseite bis auf eine erste Höhe erstrecken, wobei die einander zugewandten Seitenflächen auf der ersten Höhe zusätzlich eine sich über die gesamte Länge der Seitenfläche erstreckende Stufe ausbilden, die in Richtung der gegenüberliegenden Seitenfläche einmal hervorragt und gegenüberliegend zurücktritt. Somit weisen die strukturierten Bereiche einander in Längsrichtung überlappende Strukturen auf und die Seitenflächen zusätzlich eine Überlappung in einer Richtung senkrecht zur Tragstruktur. Dies erschwert zusätzlich einen Heißgaseinzug zwischen die erfindungsgemäß ausgebildeten Seitenflächen.

Diese zusätzliche Überlappung in einer Richtung senkrecht zur Tragstruktur lässt sich auch direkt mit den ineinander greifenden Strukturen realisieren. Beispielsweise können hierzu die stegförmigen Erhebungen des Anspruchs 7 sich in einem Winkel zur Längsrichtung entlang der Seitenfläche erstrecken. Beispielsweise unter einem Winkel von im Wesentli^¬ chen 45 Grad zur Längsrichtung. Die parallel verlaufenden Er- hebungen dieses Ausführungsbeispiels überlappen sowohl in Längsrichtung als auch senkrecht zur Heißseite/Tragstruktur. Dadurch wird ein Heißgaseinzug zwischen die beiden Seitenflä^¬ chen ebenfalls zusätzlich erschwert. Die zusätzliche Überlap- pung in einer Richtung senkrecht zur Heißseite lässt sich beispielsweise auch mit den stegförmigen Erhebungen des Anspruchs 8 realisieren. Beispielsweise indem die stegförmigen Erhebungen einmal zwischen der Heißseite und der Kaltseite alle auf gleicher Höhe entlang eines Querschnitts in Längs- richtung um eine Stegbreite verschoben angeordnet werden, so dass sich die ineinander greifenden Erhebungen zusätzlich auch in einer Richtung senkrecht zur Tragstruktur überlappen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass mindestens die in axialer Richtung verlaufenden Umfangsspalten des Hitzeschilds von Hitzeschild- Seitenflächen begrenzt werden, die strukturierte Bereiche ge^¬ mäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfassen. Dies verhindert einen Heißgaseinzug in die Umfangsspalten über die gesamte Länge der Spalten.

Die Hitzeschildsteine werden im Allgemeinen in umlaufenden Reihen montiert, wobei bei der Montage die Hitzeschildsteine einer Reihe an die bereits montierten Hitzeschildsteine der Reihe heran geschoben werden. Zwischen den Hitzeschildsteinen einer Reihe verlaufen die erfindungsgemäß ausgebildeten Um- fangsspalten . Die Hitzeschildsteine können alle gleich ausge^¬ bildet sein, wobei an den gegenüberliegenden Seitenflächen eines Hitzeschildes jeweils strukturierte Bereiche angeordnet sind, die ineinander greifen könnten. Es können aber auch zwei unterschiedliche Hitzeschildsteinsorten abwechselnd in einer Reihe angeordnet werden, wobei die Hitzeschildsteine identische Strukturen auf ihren gegenüberliegenden Seitenflächen aufweisen.

Um auch die Axialspalten erfindungsgemäß auszubilden, müssten die Hitzeschildsteine in einer Montagebewegung senkrecht zur Tragstruktur befestigt werden. Ein aneinander vorbeischieben der Hitzeschildsteine ist in diesem Fall nicht möglich. Es könnte aber vorteilhaft vorgesehen sein, die Seitenflächen entlang der Axialspalten in einer Richtung senkrecht zur Heißseite/Tragstruktur überlappend auszubilden. Diese Ausbildung der Seitenflächen kann aneinander vorbeigeschoben wer- den .

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hitzeschild der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem

eine Verzunderung der Tragstruktur vermieden oder reduziert werden kann.

Hierzu ist mindestens eine Seitenfläche des Hitzeschildsteins mindestens bereichsweise strukturiert ausgebildet, so dass der Hitzeschildstein als Bestandteil des Hitzeschilds nach einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendbar ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer der eingangs genannten Art und eine Gasturbine mit mindestens einer derartigen Brennkammer anzugeben, mit der eine Verzun- derung der Tragstruktur vermieden oder reduziert werden kann.

Hierzu umfasst die Brennkammer ein Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und die Gasturbine mindestens eine Brenn^¬ kammer nach Anspruch 14.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin^¬ dung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispie^¬ len der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile ver- weisen.

Dabei zeigt die

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbine nach dem Stand der Technik in einem Längsschnitt,

Fig.2 schematisch einen Ausschnitt eines Hitzeschildes gemäß dem Stand der Technik in einer Draufsicht, Fig.3 schematisch einen Ausschnitt eines Hitzeschilds ge^¬ mäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht,

Fig.4 einen erfindungsgemäßen Hitzeschildstein gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung und perspektivischer Ansicht, und Fig.5 den in Figur 4 dargestellten Hitzeschildstein in einer Anordnung zusammen mit einem weiteren erfindungsgemäßen Hitzeschildstein in einer perspektivischen Ansicht.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Gas- turbine 1 nach dem Stand der Technik. Die Gasturbine 1 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 2 drehgelagerten Rotor 3 mit einer Welle 4 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 6, ein Verdichter 8, ein Verbrennungssystem 9 mit einer Anzahl an Brennkammern 10, eine Turbine 14 und ein Abgasgehäuse 15. Die Brennkammern 10 umfassen jeweils eine Brenneranordnung 11 und ein Gehäuses 12, welches zum Schutz vor Heißgasen mit einem Hitzeschild 20 ausgekleidet ist. Das Verbrennungssystem 9 kommuniziert mit einem beispielswei^¬ se ringförmigen Heißgaskanal. Dort bilden mehrere hinterei^¬ nander geschaltete Turbinenstufen die Turbine 14. Jede Turbi^¬ nenstufe ist aus Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums gesehen folgt im Heißkanal einer aus Leitschaufeln 17 gebildeten Reihe eine aus Laufschaufeln 18 gebildete Reihe. Die Leitschaufeln 17 sind dabei an einem Innengehäuse eines Stators 19 befestigt, wohingegen die Lauf^¬ schaufeln 18 einer Reihe beispielsweise mittels einer Turbi^¬ nenscheibe am Rotor 03 angebracht sind. An dem Rotor 3 ange- koppelt ist beispielsweise ein Generator (nicht dargestellt) .

Während des Betriebes der Gasturbine wird vom Verdichter8 durch das Ansauggehäuse 6 Luft angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 8 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu dem Verbrennungssystem 9 geführt und dort im Bereich der Brenneranordnung 11 mit einem Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird dann mit Hilfe der Brenneranord- nung 11 unter Bildung eines Arbeitsgasstromes im Verbrennungssystem 9 verbrannt. Von dort strömt der Arbeitsgasstrom entlang des Heißgaskanals an den Leitschaufeln 17 und den Laufschaufeln 18 vorbei. An den Laufschaufeln 18 entspannt sich der Arbeitsgasstrom impulsübertragend, so dass die Lauf- schaufeln 18 den Rotor 3 antreiben und dieser den an ihn angekoppelten Generator (nicht dargestellt) .

Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines Hitzeschilds 20 ge^¬ mäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung und in einer Draufsicht.

Das Hitzeschild 20 weist eine Tragstruktur 22 auf, an der ei^¬ ne Anzahl von Hitzeschildsteinen 24 im Wesentlich flächendeckend unter Belassung von Dehnspalten angeordnet ist. Die mit Axialspalt 28 bezeichneten Dehnspalten verlaufen in Umfangs- richtung U. Die Längsausdehnung 27 der Axialspalten 28 weist ebenfalls in Umfangsrichtung U. Die mit Umfangsspalt 26 be^¬ zeichneten Dehnspalten verlaufen in Axialrichtung A. Ebenso deren Längsausdehnung. Die Hitzeschildsteine 24 weisen eine mit Heißgasen beaufschlagbare Heißseite 32 auf, eine der Tragstruktur 22 zugewandte Kaltseite (in der Figur nicht sichtbar) und die Heißseite mit der Kaltseite verbindende Seitenflächen 34. Zur Befestigung der Hitzeschildsteine 24 an der Tragstruktur verlaufen in der Tragstruktur 22 in Umfangs- richtung Befestigungsnuten. In diesen sind Halteelemente 30 verschiebbar angeordnet, die mit einem Haltekopf in die, die Umfangsspalten 26 begrenzenden Seitenflächen 34 der Hitzeschildsteine 32 eingreifen. Für die Seitenfläche 34a ist bei^¬ spielhaft deren Längsrichtung mit dem Doppelpfeil 38a kennt^¬ lich gemacht.

Zum Sperren der Umfangsspalten 26 und der Axialspalten 28 können diese gegen den Eintritt von Heißgas von der Trag^¬ struktur aus mit Kühlluft gespült werden. Diese Maßnahme ist erfahrungsgemäß nicht ausreichend, um eine Verzunderung der Tragstruktur 22 und der Halteelemente 30 zu verhindern.

Die Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfin- dungsgemäßen Hitzeschilds 40. Die einander zugewandten Seitenflächen von zwei aneinander angrenzenden Hitzeschildsteinen 42 und 44 sind erfindungsgemäß strukturiert ausgebildet, so dass die Strukturen 46 der gegenüberliegenden Seitenflächen derart ineinander greifen, dass die Strukturen der einen Seite mit den Strukturen der anderen Seite in Längsrichtung 48 der Seitenflächen überlappen, so dass die zwischen den Seitenflächen verlaufende Dehnspalte 26a aufgrund der über^¬ lappenden Strukturen 46 zwischen den Hitzeschildsteinen 44 und 42 in ihrer Längsausdehnung mehrfach die Richtung ändert. Die strukturierten Bereiche der einander zugewandten Seitenflächen erstrecken sich über die gesamte Länge 50 der beiden Seitenflächen. Die Hitzeschildsteine 42 und 44 weisen an ihren einander zugewandten Seitenflächen Strukturen 46 auf, die aus einer Abfolge von parallel angeordneten, stegförmigen Er- hebungen 52 bestehen, die sich senkrecht zur Heißseite 32 entlang der Seitenflächen erstrecken, so dass jeweils zwischen zwei benachbarte Erhebungen 52 eine Erhebung 52 der gegenüberliegenden Seitenfläche hineinragt. Die stegförmigen Erhebungen 52 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, so dass die Dehnspalte 26a in ihrem Abschnitt zwischen den bei^¬ den Hitzeschildsteinen 42 und 44 auf Höhe der Heißseite einen zinnenförmigem Verlauf mit abrupten Richtungsänderungen in Längsrichtung der Seitenflächen aufweist. Sofern die stegförmigen Erhebungen 52 sich bis zu Kaltseite erstrecken, ändert die Umfangsspalte 26a somit auf dem Abschnitt zwischen den beiden Hitzeschildsteinen auf jeder Höhe zwischen Kalt- und Heißseite in ihrer Längsausdehnung mehrfach die Richtung. Dies verhindert ein Eintauchen einer Heißgassträhne in den Umfangsspalt im Bereich zwischen den Hitzeschildsteinen 42 und 44.

Die Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Hitzeschildstein 56 mit einer mit Heißgasen beaufschlagbaren Heißseite 32, einer gegenüberliegenden Kaltseite 58 und die Heißseite mit der Kaltseite verbindenden Seitenflächen 60, wobei eine Seitenfläche 60a erfindungsgemäß ausgebildet ist. Die Seitenfläche 60a umfasst einen strukturierten Bereich 62, der sich über die gesamte Länge der Seitenfläche 60a und von der Heißseite 32 ausgehend bis zu einer ersten Höhe 64 sich entlang der Seitenfläche erstreckt. Der strukturierte Bereich 62 ist re^¬ gelmäßige strukturiert, wobei die Strukturen 66 durch eine Abfolge von parallel angeordneten, stegförmigen Erhebungen 68 ausgebildet werden, die sich an der Seitenfläche 60a entlang erstrecken und senkrecht zur Heißseite 32 an der Seitenfläche 60a entlang verlaufen. Die stegförmigen Erhebungen 68 weisen einen dreieckigen Querschnitt auf. Der strukturierte Bereich 62 erstreckt sich zusätzlich von der ersten Höhe 64 unter Aussparung von Bereichen in Richtung Kaltseite. Die ausgesparten Bereiche sind Eingriffseinrichtungen 70 für Halteelemente (nicht dargestellt) . Die Seitenfläche 60b kann ähnlich zur Seitenfläche 60a ausgebildet sein, wobei die stegförmigen Erhebungen 68 aber in Längsrichtung 72 der Seitenflächen 60a, 60b um eine Breite der Erhebung 68 verschoben an der Seitenfläche 60b angeordnet sind, damit eine Anzahl von Hitze^¬ schildsteinen, die alle gemäß dem Hitzeschildstein 56 ausgebildet sind, in einer Reihe erfindungsgemäß aneinandergereiht werden können.

Die Figur 5 zeigt den Hitzeschildstein 56 der Figur 4 benachbart zu einem Hitzeschildstein 56a, der gleich dem Hitzeschildstein 56 ausgebildet ist. Die einander zugewandten Seitenflächen 60a, 60b sind erfindungsgemäß strukturiert ausge- bildet, so dass die Strukturen 66 der einander zugewandten Seitenflächen 60a, 60b derart ineinander greifen, dass die Strukturen der einen Seite mit den Strukturen der anderen Seite in Längsrichtung 72 der Seitenflächen überlappen, so dass die zwischen den Seitenflächen verlaufende Dehnspalte 74 in Längsrichtung 72 einen zick-zack-förmigen Verlauf aufweist und hierbei aufgrund der überlappenden Strukturen 66 in ihrer Längsausdehnung in regelmäßiger Abfolge abrupt die Richtung ändert. Dies verhindert bei einer Beaufschlagung der Heißsei- te 32 mit in Längsrichtung 72 strömendem Heißgas eine Ausbildung und ein Eintauchen einer Heißsträhne in die Dehnspalte 74.

Claims

Patentansprüche

1. Hitzeschild (20, 40) mit einer Tragstruktur (22) und einer Anzahl von Hitzeschildsteinen (24, 42, 44, 56, 56a), welche im Wesentlichen flächendeckend unter Belassung von Dehnspalten (26a, 74) zwischen den Hitzeschildsteinen an der Tragstruktur angeordnet sind, wobei die Hitzeschildsteine jeweils eine mit Heißgasen beaufschlagbare Heißseite (32), eine der Tragstruktur (22) zugewandte Kaltseite (58) und Seitenflächen (34, 34a, 60a, 60b, 60) aufweisen, welche die Heißseite mit der Kaltseite verbinden,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die einander zugewandten Seitenflächen (34, 34a, 60a, 60b, 60) von mindestens zwei aneinander angrenzenden Hitzeschild- steinen (42, 44) mindestens bereichsweise strukturiert ausge^¬ bildet sind, so dass die Strukturen (46, 66) der gegenüber^¬ liegenden Seitenflächen derart ineinander greifen, dass mindestens ein Teil der Strukturen mit Strukturen der gegenüberliegenden Seitenfläche in Längsrichtung (38a, 48, 72) der Seitenflächen überlappen, so dass die zwischen den Seitenflächen verlaufende Dehnspalte (26a, 74) aufgrund der überlap^¬ penden Strukturen mindestens bereichsweise in ihrer Längsaus^¬ dehnung (27) die Richtung ändert.

2. Hitzeschild (20, 40) nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Richtungsänderung im Wesentlichen abrupt ist.

3. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die strukturierten Bereiche (62) regelmäßige strukturiert sind, so dass die Dehnspalte (26a, 74) zwischen den Seiten^¬ flächen (60a, 60b) zumindest bereichsweise in ihrer Längsaus^¬ dehnung regelmäßig und/oder in einer regelmäßigen Abfolge die Richtung ändert.

4. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die strukturierten Bereiche (62) sich im Wesentlichen über die gesamte Länge (50) der Seitenflächen erstrecken.

5. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die strukturierten Bereiche (62) sich im Wesentlichen von der Heißseite (32) aus bis auf eine erste Höhe (64) in Richtung Kaltseite erstrecken.

6. Hitzeschild nach Anspruch 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die strukturierten Bereiche (62) sich zusätzlich von der ersten Höhe (64) aus unter Aussparung von Bereichen in Richtung Kaltseite erstrecken.

7. Hitzeschild (20, 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Strukturen (46, 66) jeweils eine Abfolge von parallel an- geordneten, stegförmigen Erhebungen (52, 68) umfassen, die sich an der Seitenfläche entlang erstrecken, so dass jeweils zwischen zwei benachbarte Erhebungen (52, 68) eine Erhebung der gegenüberliegenden Seitenfläche hineinragt.

8. Hitzeschild (20, 40) nach Anspruch 7,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die stegförmigen Erhebungen (52, 68) senkrecht zur Heißseite (32) an der Seitenfläche (34, 34a, 60a, 60b, 60) entlang ver^¬ laufen .

9. Hitzeschild nach Anspruch 7 oder 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die stegförmigen Erhebungen (68) einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.

10. Hitzeschild nach Anspruch 7 oder 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die stegförmigen Erhebungen (52) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

11. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Seitenflächen und/oder mindestens ein Teil der Strukturen mit Strukturen der gegenüberliegenden Seitenfläche zusätzlich senkrecht zur Heißseite überlappend ausgebildet sind.

12. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens die in axialer Richtung verlaufenden Umfangsspal- ten (28) des Hitzeschilds von Hitzeschild-Seitenflächen begrenzt werden, die strukturierte Bereiche gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassen.

13. Hitzeschildstein (56, 56a) mit einer mit Heißgas

beaufschlagbaren Heißseite (32), einer gegenüberliegenden Kaltseite (58) und mit die Heißseite mit der Kaltseite ver- bindenden Seitenflächen (24, 42, 44, 56, 56a, 60a, 60b, 60), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens eine Seitenfläche mindestens bereichsweise struk^¬ turiert ausgebildet ist, so dass der Hitzeschildstein als Be^¬ standteil des Hitzeschilds (20, 40) nach einem der vorherge- henden Ansprüche verwendbar ist.

14. Brennkammer (10) für eine Gasturbine (1),

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s sie ein Hitzeschild (20, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.

15. Gasturbine (1) mit mindestens einer Brennkammer (10), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens eine Brennkammer (10) nach Anspruch 14 ausgebildet ist.