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Title:
CERAMIC THERMAL SHIELD WITH INTEGRATED REINFORCING ELEMENTS, ESPECIALLY FOR LINING THE WALL OF A GAS TURBINE COMBUSTION CHAMBER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/043058
Kind Code:
A2
Abstract:
The aim of the invention is to provide a highly durable, high-strength thermal shield element (26) for the interior lining of the combustion chamber (4) of a gas turbine (1). For this purpose, the thermal shield element (26) comprises a base (28) produced from a solidified cast ceramic material into which a plurality of reinforcing elements (30) are integrated.

Inventors:
GROTE HOLGER (DE)
KOLLENBERG WOLFGANG (DE)
TERTILT MARC (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/012142
Publication Date:
May 12, 2005
Filing Date:
October 27, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
GROTE HOLGER (DE)
KOLLENBERG WOLFGANG (DE)
TERTILT MARC (DE)
International Classes:
C21B7/06; F23R3/00; F27D1/00; F27D1/04; F27D1/08; F27D1/10; (IPC1-7): F27D/
Foreign References:
GB2080928A1982-02-10
US4189301A1980-02-19
EP0350647A11990-01-17
US2867112A1959-01-06
EP0180553A11986-05-07
Other References:
DATABASE WPI Section Ch, Week 197711 Derwent Publications Ltd., London, GB; Class J09, AN 1977-19569Y XP002275667 "Furnace lining heat insulating panel" -& SU 521 428 A (USKOV N N) 9. August 1976 (1976-08-09)
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Hitzeschildelement (26), insbesondere für die Innenaus kleidung der Brennkammer (4) einer Gasturbine (1), mit einem aus einem verfestigten gegossenen keramischen Werkstoff ge bildeten Grundkörper (28), in den eine Anzahl von Verstär kungselementen (30) eingebracht ist.
2. Hitzeschildelement (26) nach Anspruch 1, bei dem das oder jedes Verstärkungselement (30) aus einem keramischen Verbund material gebildet ist.
3. Hitzeschildelement (26) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das oder jedes Verstärkungselement (30) eine Anzahl von Si cken und oder Aufdickungen aufweist.
4. Hitzeschildelement (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das oder jedes Verstärkungselement (30) eine parallel und zur Oberfläche des Grundkörpers (28) beabstandet angeord nete ebene Platte umfasst.
5. Hitzeschildelement (26) nach Anspruch 4, dessen platten förmig ausgebildetes Verstärkungselement (30) eine Anzahl von Aussparungen aufweist.
6. Hitzeschildelement (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das oder jedes Verstärkungselement (30) eine Gitter struktur aufweist.
7. Hitzeschildelement (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Verstärkungselement (30) eine stabförmige Form auf weist und längs einer Umfangskante des Grundkörpers (28) ver läuft.
8. Hitzeschildelement (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Verstärkungselement (30) eine kreuzförmige Form auf weist, wobei die Enden im Bereich der Ecken des Grundkörpers (28) positioniert sind.
9. Hitzeschildelement (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Verstärkungselement (30) eine ringförmige geschlossene Form aufweist und längs des Umfangs des Grundkörpers (28) verläuft.
10. Brennkammer (4) mit einer Innenwandauskleidung aus Hitze schildelementen (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Gasturbine (1) mit einer Brennkammer (4) nach Anspruch 10.
Description:
Beschreibung Hitzeschildelement, insbesondere zur Auskleidung einer Brenn- kammerwand Die Erfindung bezieht sich auf ein Hitzeschildelement, insbe- sondere für die Innenauskleidung einer Brennkammer oder eines Ofens. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkammer mit einer aus Hitzeschildelementen gebildeten Innenauskleidung sowie eine Gasturbine mit einer Brennkammer.

Ein thermisch und/oder thermomechanisch hoch belasteter Brennraum, wie beispielsweise ein Brennofen, ein Heißgaskanal oder eine Brennkammer in einer Gasturbine, in dem ein heißes Medium erzeugt und/oder geführt wird, ist zum Schutz vor zu hoher thermischer Beanspruchung mit einer entsprechenden Aus- kleidung versehen. Die Auskleidung besteht üblicherweise aus hitzeresistentem Material und schützt eine Wandung des Brenn- raums vor dem direkten Kontakt mit dem heißen Medium und der damit verbundenen starken thermischen Belastung.

Die US-Patentschrift 4,840, 131 betrifft eine Befestigung von keramischen Auskleidungselementen an einer Wand eines Ofens.

Hierbei ist ein Schienensystem, welches an der Wand befestigt ist. Die Auskleidungselemente weisen eine rechteckige Form mit planarer Oberfläche auf und bestehen aus einem Wärme iso- lierenden, feuerfesten, keramischen Fasermaterial.

Die US-Patentschrift 4,835, 831 behandelt ebenfalls das Auf- bringen einer feuerfesten Auskleidung aus einer Wand eines Ofens, insbesondere einer vertikal angeordneten Wand. Auf die metallische Wand des Ofens wird eine aus Glas-, Keramik-, oder Mineralfasern bestehende Schicht aufgebracht. Diese Schicht wird durch metallische Klammern oder durch Kleber an der Wand befestigt. Auf dieser Schicht wird ein Drahtnetz mit wabenförmigen Maschen aufgebracht. Das Maschennetz dient ebenfalls der Sicherung der Schicht aus Keramikfasern gegen

ein Herabfallen. Zusätzlich befestigt wird mittels eines Bol- zens eine gleichmäßige geschlossene Oberfläche aus feuerfes- tem Material aufgebracht. Mit dem beschriebenen Verfahren wird weitgehend vermieden, dass während des Aufsprühens auf- treffende feuerfeste Partikel zurückgeworfen werden, wie dies bei einem direkten Aufsprühen der feuerfesten Partikel auf die metallische Wand der Fall wäre.

Eine keramische Auskleidung der Wandungen von thermisch hoch beanspruchten Brennräumen, beispielsweise von Gasturbinen- brennkammern, ist in der EP 0 724 116 A2 beschrieben. Die Auskleidung besteht aus Wandelementen aus hochtemperaturbe- ständiger Strukturkeramik, wie z. B. Siliziumcarbid (SiC) oder Siliziumnitrit (Si3N4). Die Wandelemente sind mechanisch mittels eines zentralen Befestigungsbolzens federelastisch an einer metallischen Tragstruktur (Wandung) der Brennkammer be- festigt. Zwischen dem Wandelement und der Wandung des Brenn- raums ist eine dicke thermische Isolationsschicht vorgesehen, so dass das Wandelement von der Wandung der Brennkammer ent- sprechend beabstandet ist. Die im Verhältnis zum Wandelement etwa drei mal so dicke Isolationsschicht besteht aus kerami- schem Fasermaterial, das in Blöcken vorgefertigt ist. Die Ab- messungen und die äußere Form der Wandelemente sind an der Geometrie des auszukleidenden Raumes anpassbar.

Eine andere Art der Auskleidung eines thermisch hoch belaste- ten Brennraums ist in der EP 0 419 787 B1 angegeben. Die Aus- kleidung besteht aus Hitzeschildelementen, die mechanisch an einer metallischen Wandung des Brennraumes gehaltert sind.

Die Hitzeschildelemente berühren die metallische Wandung di- rekt. Um eine zu starke Erwärmung der Wand zu vermeiden, z. B. in Folge eines direkten Wärmeübergangs vom Hitzeschild- element oder durch Eindringen von heißem Medium in die durch die voneinander angrenzenden Hitzeschildelementen gebildeten Spalte, wird der von der Wandung des Brennraums und dem Hit- zeschildelement gebildete Raum mit Kühl-bzw. Sperrluft be- aufschlagt. Die Sperrluft verhindert das Vordringen von hei-

ßen Medium bis zur Wandung und kühlt gleichzeitig die Wandung und das Hitzeschildelement.

Die WO 99/47874 betrifft ein Wandsegment für einen Brennraum sowie einen Brennraum einer Gasturbine. Hierbei wird ein Wandsegment für einen Brennraum, welcher mit einem heißen Fluid, z. B. ein Heißgas, beaufschlagbar ist, mit einer me- tallischen Tragstruktur und einem auf der metallischen Trag- struktur befestigten Hitzeschildelements angegeben. Zwischen die metallische Tragstruktur und das Hitzeschildelement wird eine verformbare Trennlage eingefügt, die mögliche Relativbe- wegungen des Hitzeschildelements und der Tragstruktur aufneh- men und ausgleichen soll. Solche Relativbewegungen können beispielsweise in der Brennkammer einer Gasturbine, insbeson- dere einer Ringbrennkammer, durch unterschiedliches Wärme- dehnverhalten der verwendeten Materialien und durch Pulsatio- nen im Brennraum, die bei einer unregelmäßigen Verbrennung zur Erzeugung des heißen Arbeitsmediums entstehen können, hervorgerufen werden. Zugleich bewirkt die Trennschicht, dass das relativ unelastische Hitzeschildelement insgesamt flächi- ger auf der Trennschicht und der metallischen Tragstruktur aufliegt, da das Hitzeschildelement teilweise in die Trenn- schicht eindringt. Die Trennschicht kann so fertigungsbeding- te Unebenheiten an der Tragstruktur und/oder dem Hitzeschild- element, die lokal zu einem ungünstigen punktuellen Kraftein- trag führen können, ausgleichen.

Insbesondere bei Wänden von Hochtemperaturgasreaktoren, wie z. B. von unter Druck betriebenen Gasturbinenbrennkammern, müssen mit geeigneten Brennkammerauskleidungen ihre tragenden Strukturen gegen einen Heißgasangriff geschützt werden. Kera- mische Materialien bieten sich hierfür im Vergleich zu metal- lischen Werkstoffen aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständig- keit, Korrosionsbeständigkeit und niedrigen Wärmeleitfähig- keit idealerweise an.

Wegen materialtypischer Wärmedehnungseigenschaften unter im Rahmen des Betriebs typischerweise auftretenden Temperaturun- terschieden (Umgebungstemperatur bei Stillstand, maximale Temperatur bei Vollast) muss die Wärmebeweglichkeit kerami- scher Hitzeschilde in Folge temperaturabhängiger Dehnung ge- währleistet sein, damit keine bauteilzerstörenden Wärmespan- nungen durch Dehnungsbehinderung auftreten. Dies kann er- reicht werden, indem die vor Heißgasangriff zu schützende Wand durch eine Vielzahl von in ihrer Größe begrenzten, ein- zelnen keramischen Hitzeschildern, z. B. Hitzeschildelemente aus einer technischen Keramik, ausgekleidet wird. Wie bereits oben im Zusammenhang mit der EP 0 419 487 B1 diskutiert, müs- sen zwischen den einzelnen keramischen Hitzeschildelementen entsprechende Dehnspalten vorgesehen werden, die aus Sicher- heitsgründen auch im Heißzustand auslegungsgemäß nie völlig geschlossen sein dürfen. Es muss dabei sichergestellt werden, dass das Heißgas nicht über die Dehnspalte die tragende Wand- struktur übermäßig erwärmt. Der einfachste und sicherste Weg, um dies in einer Gasturbinenbrennkammer zu vermeiden, ist da- bei die Spülung der Dehnspalte mit Luft, so genannte Sperr- luftkühlung. Hierzu kann die Luft verwendet werden, die ohne- hin zur Kühlung von Halterungselementen für die keramischen Hitzeschilde erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hitzeschildele- ment anzugeben, das bei einer hohen Festigkeit eine besonders lange Lebensdauer aufweisen. Des Weiteren sollen eine beson- ders wartungsarme Brennkammer sowie eine Gasturbine mit einer derartigen Brennkammer angegeben werden.

Bezüglich des Hitzeschildelements wird diese Aufgabe erfin- dungs gemäß gelöst mit einem aus einem verfestigten gegossen keramischen Werkstoff gebildeten Grundkörper, in den eine An- zahl von Verstärkungselementen eingebracht ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein für eine besonders hohe Lebensdauer ausgelegtes Hitzeschildele-

ment in besonderem Maße an die extremen Einsatzbedingungen angepasst sein sollte. Um dies zu ermöglichen und eine beson- ders hohe Zahl an Freiheitsgraden für individuelle Anpas- sungsmaßnahmen bereitzustellen, ist unter Abkehr von der bis- her üblichen Herstellung der Hitzeschildelemente durch Pres- sen nunmehr eine Herstellung durch Gießen vorgesehen. Aller- dings könnte bei einem gegossenen Keramikhitzeschild aufgrund einer vergleichsweise nur geringen Zugfestigkeit insbesondere in Längs-und Querrichtung des Hitzeschildelementes die Le- bensdauer des Hitzeschildelementes begrenzt sein. Um daher ein auf einem gegossenen Grundkörper basierendes Hitzeschild- element zur Nutzung der damit erreichbaren gestalterischen Freiheitsgrade zum Einsatz in einer Brennkammer nutzbar zu machen, sollten für eine lange Lebensdauer und eine erhöhte passive Sicherheit besondere Maßnahmen zur strukturellen Ver- stärkung des Grundkörpers vorgenommen werden, die insbesonde- re auch den Zusammenhalt des Grundkörpers im Falle einer mög- lichen Rissbildung verbessern.

Insbesondere für eine erhöhte Zugfestigkeit und zur Reduzie- rung von Risslängen, die durch thermische und thermomechani- sche Belastungen auftreten könnten, sind daher Verstärkungs- elemente vorgesehen, die in den Grundkörper des Hitzeschild- elements integriert sind. Dabei sollten diese Verstärkungs- elemente fest mit dem Hitzeschildelement verbunden sein, um die Materialeigenschaft der Zugfestigkeit der Verstärkungs- elemente auf das Hitzeschildelement zu übertragen. Diese Funktion wird von den innerhalb der Hitzeschildelementen po- sitionierten Verstärkungselementen erfüllt, die durch den ke- ramischen Gießwerkstoff in den Grundkörper eingegossen und dadurch fest mit diesem bzw. mit der Keramik verbunden sind.

Vorteilhafterweise werden die mit der Verwendung einer Gieß- technik einhergehenden konstruktiven Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Hitzeschildelemente insbesondere dafür ge- nutzt, durch geeignete Geometrien oder lokale Variationen von charakteristischen Materialparametern eine besonders hohe Be-

lastbarkeit auch bei wechselnden thermischen Belastungen des Hitzeschildelements sicherzustellen.

Damit ein Verstärkungselement an die hohen Temperaturen ange- passt ist, dem ein Hitzeschildelement ausgesetzt ist, und sich außerdem beim Gießprozess fest mit dem keramischen Gieß- werkstoff verbindet, ist das jeweilige Verstärkungselement vorteilhafterweise aus einem keramischen Werkstoff gebildet, vorzugsweise aus einem oxidkeramischen Werkstoff mit einem Al203-Anteil von mindestens 60 Gew.-% und mit einem Si02-An- teil von höchstens 20 Gew.-%. Dieses weist eine vergleichs- weise hohe Zugfestigkeit auf und verbindet sich aufgrund der ähnlichen keramischen Materialien bei der Verfestigung fest mit dem keramischen Gießwerkstoff. Außerdem ist die thermi- sche Dehnung des Verstärkungsmaterials ähnlich dem restlichen keramischen Material des Hitzeschildelementes, so dass bei Temperaturveränderungen keine ungünstigen Spannungen im Hit- zeschildelement auftreten. Weiterhin kann das Verstärkungs- element zweckmäßigerweise aus keramischen Fasern wie bei- spielsweise CMC-Werkstoffen oder aus strukturkeramischem Werkstoff mit einem Porenanteil von höchstens 10 % gefertigt sein.

Das jeweilige Verstärkungselement ist vorzugsweise in der Art eines lang ausgedehnten, Rund-Keramik-Stabs in der Art einer Bewehrung ausgeführt. Um ein Verstärkungselement besonders fest in ein Hitzeschildelement zu integrieren und um das Ver- stärkungselement möglichst steif auszulegen, weist dieses zweckmäßigerweise eine Anzahl von Sicken und Aufdickungen auf. Über diese ist das Verstärkungselement in dem umgebenden Keramikmaterial verankert, wodurch sich die Zugfestigkeit der Verstärkungselementes auf das gesamte Hitzeschildelement überträgt. Bei stangenförmiger Ausgestaltung kann das Ver- stärkungselement dabei insbesondere an seinen Endbereichen Verdickungen aufweisen, so dass sich eine Knochenform ergibt.

Durch derartige aufgedickte Enden oder auch durch rippenarti- ge Verdickungen wird eine formschlüssige Verbindung zwischen

Verstärkungselement und Grundkörper sichergestellt. Alterna- tiv oder zusätzlich kann diese Verbindung auch kraftschlüs- sig, beispielsweise über einen Sintervorgang oder eine Kör- nung, ausgeführt sein.

Um ein Hitzeschildelement über die gesamte Fläche zu verstär- ken, kann ein Verstärkungselement zweckmäßigerweise auch plattenförmig ausgestaltet sein, wobei insbesondere eine par- allel und zur Oberfläche des Hitzeschildelementes beabstandet angeordnete ebene Platte vorgesehen sein kann. Dabei kann je- weils eine Platte an der dem Arbeitsmedium zugewandten Seite positioniert sein, während der kühleren Seite des Hitze- schildelementes ebenfalls eine Platte zur Verstärkung zuge- ordnet ist.

Um einen möglichst festen Materialverbund zwischen einem als Platte ausgebildeten Verstärkungselement und dem umgebenden Keramikmaterial zu erreichen, weist eine derartige Platte vorteilhafterweise eine Anzahl von Aussparungen auf. Dadurch kann beim Gießprozess des Hitzeschildelementes die keramische Gießmasse in die Aussparungen gelangen und sich auch dort verfestigen. Die Platte kann dabei insbesondere als Lochplat- te ausgeführt sein, wobei Anzahl, Größe und Positionierung der Löcher zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von Eingangs- zweck und Materialparametern geeignet gewählt sind.

In alternativer oder zusätzlicher vorteilhafter Ausgestaltung weist ein Verstärkungselement eines Hitzeschildelementes vor- zugsweise eine Gitterstruktur auf. Dabei können die Gitter- elemente ein mit rautenförmigen oder quadratischen Aussparun- gen strukturiertes Gitter ausbilden. Ein Verstärkungselement kann auch durch eine Platte gebildet sein, die kreisrunde Aussparungen aufweist, die in gleichmäßigen Abständen vonein- ander positioniert sind, so dass eine gitterförmige Struktur entsteht.

Um ein Hitzeschildelement besonders an den Seiten zu verfes- tigen oder zu verstärken, ist ein Verstärkungselement zweck- mäßigerweise stabförmig ausgebildet und längs einer Umfangs- kante des Hitzeschildelementes positioniert.

Um die strukturelle Integrität des Hitzeschildelements selbst bei einsetzender Rissbildung über seinen gesamten Umfang hin- weg sicherzustellen, hat ein Verstärkungselement vorzugsweise eine ringförmig geschlossene Form und verläuft längs des Um- fangs des Hitzeschildelementes.

Um die Festigkeit eines derartig ringförmigen Verstärkungs- elementes und damit auch die des Hitzeschildelementes noch zu erhöhen oder möglichst verwindungssteif zu gestalten, ist ein Verstärkungselement zweckmäßigerweise als kreisrunder Ring ausgeführt.

Für eine Stabilisierung und Verfestigung der Ecken eines Hit- zeschildelementes hat ein Verstärkungselement vorteilhafter- weise eine kreuzförmige Form, wobei die Enden im Bereich der Ecken des Hitzeschildelementes positioniert sind. Für eine geeignete Verspannung des kreuzförmigen Verstärkungselementes im Hitzeschildelemente, die die Zugfestigkeit erhöht, können die Enden des kreuzförmigen Verstärkungselementes verdickt sein, so dass das Verstärkungselement im Hitzeschildelement verankert ist.

Zweckmäßigerweise sind Hitzeschildelemente der oben beschrie- benen Art Bestandteile der Innenauskleidung einer Brennkam- mer. Diese Brennkammer ist vorteilhafterweise Bestandteil ei- ner Gasturbine. Die Brennkammer könnte dabei als siloförmige Brennkammer oder als aus mehreren kleineren Verbrennungssys- temen zusammengesetzte Brennkammer ausgeführt sein, ist aber vorzugsweise als Ringbrennkammer ausgebildet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde- re in der Möglichkeit, unter Rückgriff auf ein Gießverfahren

mit den dadurch möglichen gestalterischen Freiheitsgraden Hitzeschildelemente herzustellen, die eine besonders hohe Zugfestigkeit aufweisen. Durch die Integration von Verstär- kungselementen in Hitzeschildelemente, die aus einem gegosse- nen keramischen Werkstoff bestehen, ist es möglich, die Mate- rialeigenschaften der Verstärkungselemente wie insbesondere die Zugfestigkeit auf ein Hitzeschildelement zu übertragen.

Dabei kann die Formgestaltung eines Hitzeschildelementes fle- xibel gehalten werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Wahlmöglichkeit verschiedener Ausführungsfor- men von Verstärkungselementen und die Positionierung dieser im Hitzeschildelement eine individuelle Anpassung an die auf ein Hitzeschildelement einwirkenden thermischen und mechani- schen Belastungen ermöglicht wird. Aufgrund der erhöhten Fe- stigkeit der Hitzeschildelemente verlängert sich auch die Le- bensdauer eines Hitzeschildelementes, da die Ausbreitung von Rissen reduziert und die strukturelle Integrität des Bauteils (passive Sicherheit) erhöht wird.

Der Vorteil eines Gießvorgangs besteht in der Möglichkeit, komplexere Formen von Hitzeschildelemente herzustellen. So kann einerseits die äußere Grundform vergleichsweise leicht und preisgünstig variiert werden. Andererseits ist es bei ei- nem Gießvorgang möglich, Vorrichtungen für die Befestigung der Hitzeschildelemente an der Brennkammerwand mit einzugie- ßen. So können in gegossenen Hitzeschildelementen beispiels- weise Nuten, Bohrungen, Gewinde oder auch Halterungsvorrich- tungen eingegossen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen : FIG 1 einen Halbschnitt durch eine Gasturbine, FIG 2 die Brennkammer der Gasturbine nach FIG 1,

FIG 3 ein Hitzeschildelement mit plattenförmigen Verstär- kungselementen, FIG 4 ein Hitzeschildelement mit einem gitterförmigen Verstärkungselement, FIG 5 ein Hitzeschildelement mit stabförmigen Verstär- kungselementen, FIG 6 ein Hitzeschildelement mit einem ringförmigen Ver- stärkungselement, und FIG 7 ein Hitzeschildelement mit einem kreuzförmigen Ver- stärkungselement.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei- chen versehen.

Die Gasturbine 1 gemäß FIG 1 weist einen Verdichter 2 für Verbrennungsluft, eine Brennkammer 4 sowie eine Turbine 6 zum Antrieb des Verdichters 2 und eines nicht dargestellten Gene- rators oder einer Arbeitsmaschine auf. Dazu sind die Turbine 6 und der Verdichter 2 auf einer gemeinsamen, auch als Turbi- nenläufer bezeichneten Turbinenwelle 8 angeordnet, mit der auch der Generator bzw. die Arbeitsmaschine verbunden ist, und die um ihre Mittelachse 9 drehbar gelagert ist. Die in der Art einer Ringbrennkammer ausgeführte Brennkammer 4 ist mit einer Anzahl von Brennern 10 zur Verbrennung eines flüs- sigen oder gasförmigen Brennstoffs bestückt.

Die Turbine 6 weist eine Anzahl von mit der Turbinenwelle 8 verbundenen, rotierbaren Laufschaufeln 12 auf. Die Laufschau- feln 12 sind kranzförmig an der Turbinenwelle 8 angeordnet und bilden somit eine Anzahl von Laufschaufelreihen. Weiter- hin umfasst die Turbine 6 eine Anzahl von feststehenden Leit- schaufeln 14, die ebenfalls kranzförmig unter der Bildung von Leitschaufelreihen an einem Innengehäuse 16 der Turbine 6 be-

festigt sind. Die Laufschaufeln 12 dienen dabei zum Antrieb der Turbinenwelle 8 durch Impulsübertrag vom die Turbine 6 durchströmenden Arbeitsmedium M. Die Leitschaufeln 14 dienen hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums M zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gese- hen aufeinanderfolgenden Laufschaufelreihen oder Laufschau- felkränzen. Ein aufeinanderfolgendes Paar aus einem Kranz von Leitschaufeln 14 oder einer Leitschaufelreihe und aus einem Kranz von Laufschaufeln 12 oder einer Laufschaufelreihe wird dabei auch als Turbinenstufe bezeichnet.

Jede Leitschaufel 14 weist eine auch als Schaufelfuß bezeich- nete Plattform 18 auf, die zur Fixierung der jeweiligen Leit- schaufel 14 am Innengehäuse 16 der Turbine 6 als Wandelement angeordnet ist. Die Plattform 18 ist dabei ein thermisch ver- gleichsweise stark belastetes Bauteil, das die äußere Begren- zung eines Heizgaskanals für das die Turbine 6 durchströmende Arbeitsmedium M bildet. Jede Laufschaufel 12 ist in analoger Weise über eine auch als Schaufelfuß bezeichnete Plattform 20 an der Turbinenwelle 8 befestigt.

Zwischen den beabstandet voneinander angeordneten Plattformen 18 der Leitschaufeln 14 zweier benachbarter Leitschaufelrei- hen ist jeweils ein Führungsring 21 am Innengehäuse 16 der Turbine 6 angeordnet. Die äußere Oberfläche jedes Führungs- rings 21 ist dabei ebenfalls dem heißen, die Turbine 6 durch- strömenden Arbeitsmedium M ausgesetzt und in radialer Rich- tung vom äußeren Ende 22 der ihm gegenüber liegenden Lauf- schaufel 12 durch einen Spalt beabstandet. Die zwischen be- nachbarten Leitschaufelreihen angeordneten Führungsringe 21 dienen dabei insbesondere als Abdeckelemente, die die Innen- wand 16 oder andere Gehäuse-Einbauteile vor einer thermischen Überbeanspruchung durch das die Turbine 6 durchströmende hei- ße Arbeitsmedium M schützt.

Die Brennkammer 4 ist im Ausführungsbeispiel, wie in FIG 2 dargestellt, als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet,

bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Turbinen- welle 8 herum angeordneten Brennern 10 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer 4 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 8 herum positioniert ist.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 4 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1200 °C bis 1500 °C ausgelegt.

Um auch bei diesen für die Materialien ungünstigen Betriebs- parametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- lichen, ist die Brennkammerwand 24 auf ihrer dem Arbeitsmedi- um M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 26 gebildeten Innenauskleidung versehen. Aufgrund der hohen Tem- peraturen im Inneren der Brennkammer 4 ist für die Hitze- schildelemente 26 ein Kühlsystem vorgesehen.

Die Hitzeschildelemente 26 sind insbesondere für eine lange Lebensdauer ausgelegt, so dass möglichst wenig Beschädigungen durch die extremen Einflüsse, wie die hohe Temperatur und Vi- brationen der Brennkammer 4, auftreten. Dazu bestehen diese aus einem aus einem gegossenen keramischen Werkstoff gebilde- ten Grundkörper 28, in den Verstärkungselemente 30 integriert sind. Für eine geeignete Temperaturbeständigkeit der Verstär- kungselemente bestehen diese aus einem keramischen Werkstoff oder Verbundmaterial. Die Verstärkungselemente 30 können dazu für die auf ein Hitzeschildelement 26 einwirkenden Einflüsse ausgelegt werden. In den Figuren 3 bis 7 sind verschiedene Ausführungsformen von Hitzeschildelementen 26 mit Verstär- kungselementen 30 aufgeführt.

In FIG 3 ist ein Hitzeschildelement 26 mit plattenförmigen Verstärkungselementen 30 dargestellt, wobei jeweils für die dem Arbeitsmedium M und die der gekühlten Seite zugewandte Oberfläche ein Verstärkungselement 30 vorgesehen ist. In FIG 4 ist ersichtlich, dass die plattenförmige Verstärkungs- elemente 30 für einen besseren Verbund mit der umgebenden Ke-

ramik mit einer gitterförmigen Struktur versehen werden kön- nen bzw. als Gitter ausgeführt sind, insbesondere als Kreuz- gitter (FIG 4a) oder als Lochgitter (FIG 4b).

Für eine besonders hohe Verstärkung der Randbereiche eines Hitzeschildelementes 26 können, wie in FIG 5 dargestellt, stabförmige Verstärkungselemente 30 eingesetzt werden, die entlang den Seitenkanten eines Hitzeschildelementes 26 ver- laufen und mit Sicken oder Aufdickungen (FIG 5a) oder ver- dichteten Enden (FIG 5b) versehen sind, um eine feste Veran- kerung in der umgebenden Keramik 28 sicherzustellen. Aus FIG 6 ist ersichtlich, dass für eine Verstärkung eines Hitze- schildelementes 26 entlang seines Umfanges eine ringförmige Struktur (FIG 6a) der Verstärkungselemente 30 eingesetzt wer- den kann, wobei diese in einer besonders verwindungssteifen Ausführung kreisrund (FIG 6b) ausgeführt sein kann. In dem in FIG 7 dargestellten Hitzeschildelement 26 ist für eine stabi- lisierend wirkende Verspannung der Ecken eines Hitzeschild- elementes 26 ein kreuzförmiges Verstärkungselement 30 vorge- sehen, dass an seinen Enden jeweils Verdickungen zur Veranke- rung im keramischen Werkstoff 26 aufweist.