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Title:
HEAT-SHIELD ARRANGEMENT, ESPECIALLY FOR STRUCTURAL COMPONENTS OF GAS TURBINE PLANTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/047925
Kind Code:
A1
Abstract:
The object of the invention is a heat-shield arrangement to protect a bearing structure (1) from a hot fluid, with an inner cladding (2a) of heat-resistant material and composed of plate-like heat-shield components (2) arranged side-by-side leaving gaps (2b) and anchored to the bearing structure (1) in a manner allowing heat circulation by bolts (4). The heat-shield components (2) are made of a non-eroding and non-corroding material. Between each heat-shield component (2) and the bearing structure (1) is fitted an insulating block (3) of a fireproof ceramic.

Inventors:
WALZ GUENTHER (DE)
KLEINFELD JENS (DE)
FRANTZHELD ROBERT (DE)
NEUGEBAUER HELMUT (DE)
Application Number:
PCT/DE1997/001169
Publication Date:
December 18, 1997
Filing Date:
June 10, 1997
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
WALZ GUENTHER (DE)
KLEINFELD JENS (DE)
FRANTZHELD ROBERT (DE)
NEUGEBAUER HELMUT (DE)
International Classes:
F23M5/00; F23M5/04; F23R3/00; F27D1/04; F02C7/00; F27D1/14; (IPC1-7): F23R3/00; F27D1/04; F27D1/14; F23M5/04
Foreign References:
EP0216721A11987-04-01
DE3625056A11988-01-28
US5333443A1994-08-02
US5265411A1993-11-30
GB2285477A1995-07-12
EP0224817A11987-06-10
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Claims:
Patentansprüche
1. Hitzeschildanordnung zum Schutz einer Tragstruktur (1) ge¬ genüber einem heißen Fluid mit aus hitzebeständigem Material bestehender Innenauskleidung (2a) , die zusammengesetzt ist aus flächendeckend unter Belassung von Spalten (2b) neben¬ einander angeordneten und wärmebeweglich an der Tragstruktur (1) mittels jeweils zumindest eines Befestigungselementes (4) , insbesondere eines Bolzens (4) , verankerten hochtempera turfesten, im wesentlichen plattenförmigen HitzeschildEle¬ menten (2) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hitze¬ schildElemente (2) aus einem erosions und korrosionsfesten Werkstoff bestehen, und daß zwischen jedem HitzeschildEle ment (2) und der Tragstruktur (1) eine thermische Isolierung (3) ausgebildet ist.
2. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hitze schildElement (2) aus einer Strukturkeramik besteht.
3. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hitze¬ schildElement (2) aus Siliziumcarbid besteht.
4. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hitze¬ schildElement (2) aus Siliziumnitrid besteht.
5. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hitze¬ schildElement (2) aus einer wenigstens einseitig keramisch beschichteten Metallplatte besteht.
6. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens ein dem heißen Fluid zugewandter Randbereich des Hitzeschild Elementes (2) gekrümmt ausgebildet ist.
7. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ther¬ mische Isolierung (3) durch eine Matte aus einem Faserwerk¬ stoff gebildet ist.
8. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ther¬ mische Isolierung (3) durch eine Feuerfestkeramik gebildet ist.
9. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die die Feuerfestkeramik in Form von Isoliersteinen (3) vorliegt.
10. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hitze¬ schildElement (2) und der Isolierstein (3) im wesentlichen dekungsgleich sind.
11. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bolzen (4) aus einer Strukturkeramik besteht, vorzugsweise aus Sili¬ ziumcarbid oder Siliziumnitrid.
12. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ther¬ mische Isolierung (3) einen Kanal (8) aufweist, durch den sich der Bolzen (4) hindurch erstreckt.
13. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bolzen (4) mit Spiel im Kanal (8) angeordnet ist.
14. HitzeSchildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bolzen (4) an einem freien Ende einen Kopf (6) aufweist, und daß das HitzeschildElement (2) eine Durchgangsöffnung (5) aufweist, durch die sich der Bolzen (4) hindurch erstreckt und der Kopf (6) auf dem HitzeschildElement (2) aufliegt.
15. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hitze schildElement (2) einen Sitz (7) für den Kopf (6) aufweist, so daß der Kopf (6) im HitzeschildElement (2) versenkt ist, vorzugsweise plan mit der Oberfläche des HitzeschildElemen¬ tes abschließt.
16. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kopf (6) im wesentlichen gasdicht auf dem HitzeschildElement (2) aufliegt.
17. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bolzen (4) gegen eine Federkraft in axialer Richtung des Bolzens (4) verschieblich ist.
18. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Trag¬ struktur (1) wenigstens eine Wand aufweist, durch die sich wenigstens ein Endabschnitt (11) des Bolzens (4) erstreckt.
19. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an dem Endabschnitt (11) des Bolzens (4) ein Federelement (13) an¬ greift.
20. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Feder¬ element (13) eine Druckfeder ist.
21. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Druck¬ feder (13) den Endabschnitt (11) umgibt.
22. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 19 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an dem Endabschnitt (11) ein Halteelement (14) und an der Wand der Tragstruktur (1) ein Distanzstück (20) angeordnet sind, wobei das Halteelement (14) ein erstes und das Distanzstück (20) ein zweites Widerlager für das Federelement (13) bildet.
23. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hal teelement (14) mit dem Endabschnitt (11) des Bolzens (4) lös¬ bar verbunden ist.
24. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Halteelement (14) und dem Bolzen (4) eine keilförmige Verbindung ausgebildet ist.
25. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 23 oder 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Endab schnitt (11) eine umlaufende Nut (15) aufweist, in die ein am Halteelement (14) ausgebildeter keilförmiger, umlaufender Vorsprung (16) eingreift.
26. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Kappe (18) mit dem Halteelement (14) oder mit dem Distanzstück (20) verbunden ist, so daß die Kappe (18) , daε Halteelement (14) und das Distanzstück (20) eine Kammer (29) begrenzen, wobei die Kappe (18) das Halteelement (14) oder das Distanzstück (20) umgibt.
27. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kappe (18) mit dem Halteelement (14) oder dem Distanzstück (20) lösbar verbunden, vorzugsweise verschraubt, ist.
28. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Di¬ stanzstück (20) ein in den Kanal (8) hineinragendes Führungs röhr (21) aufweist.
29. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ther¬ mische Isolierung (3) , insbesondere der Isolierstein (3) , mittels eines Sicherungsbolzens (22) mit der Tragstruktur (1) verbunden ist.
30. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem HitzeschildElement (2) und der thermischen Isolierung (3), insbesondere einem Isolierstein (3), wenigstens ein Kühlmittelkanal (30) ausgebildet ist, dessen Einlaß mit einem Kühlmittelzuführkanal verbunden ist und dessen Auslaß zur Um¬ gebungsatmosphäre hin offen ist.
31. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hitze¬ schildElement (2) mit Abstand zu der thermischen Isolierung (3) unter Ausbildung eines spaltförmigen Kühlmittelkanals (30) angeordnet ist.
32. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ab¬ stand zwischen 0,3 und 1,5 mm, vorzugsweise 1 mm, beträgt.
33. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 31 oder 32, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h wenigstens einen Ab¬ standhalter (31) , der zwischen dem HitzeschildElement (2) und der thermischen Isolierung (3) ausgebildet ist.
34. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 33, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens drei Abstandshalter (31) auf einem gedachtem Kreisumfang (K) ausgebildet sind, wobei der Mittelpunkt des gedachten Kreis umfangε (K) im wesentlichen im Zentrum (Z) des Hitzeschild Elementes (2) liegt.
35. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 33 oder 34, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ab¬ standshalter (31) an dem HitzeschildElement (2) und/oder der thermischen Isolierung (3) ausgebildet sind.
36. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 35, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ab¬ standshalter (31) einstückig mit dem HitzeschildElement (2) oder der thermischen Isolierung (3) ausgebildet sind.
37. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ab¬ standshalter (31) in Form von Noppen ausgebildet sind.
38. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ab Standshalter (31) eine Auflagefläche zwischen 9 mm2 und 64 mm2, vorzugsweise von 25 mm2, aufweisen.
39. Hitzeschildanordnung nach einem der Ansprüche 38 bis 38, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kühl mittelzuführkanal durch den Kanal (8) im Isolierstein (3) ge¬ bildet ist.
40. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 26 oder 27 und einem der Ansprüche 30 bis 39, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kappe (18) wenigstens eine Kühlmittelzuführbohrung (29) aufweist.
41. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 40, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kühl¬ mittelzuführbohrung (29) eine Drossel für ein Kühlfluid bil¬ det.
42. Hitzeschildanordnung nach Anspruch 40 oder 41, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kappe (18) zur Umgebung hin im wesentlichen luftdicht ausgebildet ist.
Description:
Beschreibung

Hitzeschildanordnung, insbesondere für Strukturteile von Gasturbinenanlagen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hitzeschild¬ anordnung zum Schutz einer Tragstruktur gegenüber einem hei¬ ßen Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Hitzeschildanordnung ist beispielsweise aus der EP 0 224 817 bekannt. Durch diese Schrift wird vorgeschlagen, daß die Hitzeschildanordnung eine aus hitzebeständigem Mate¬ rial bestehende Innenauskleidung aufweiεt. Die Innenausklei¬ dung ist zusammengesetzt aus flächendeckend unter Belasεung von Spalten nebeneinander angeordneten hochtemperaturfesten, plattenförmigen Hitzeschild-Elementen. Die einzelnen Hitze¬ schild-Elemente sind wärmebeweglich an der Tragstruktur mit¬ tels Bolzen verankert.

Die einzelnen Hitzeschild-Elemente sind nach Art eines Pilzes mit einem Hutteil und einem Schaftteil ausgebildet, wobei der Hutteil ein ebener oder räumlicher, polygonaler Plattenkörper ist.

Solche Hitzeschildanordnungen zum Schutz einer Tragstruktur gegenüber einem heißen Fluid mit aus hitzebeständigem Mate¬ rial bestehender Innenauskleidung werden insbesondere zur Ausbildung einer Brennkammer, insbesondere für Gasturbinen, verwendet . In der Brennkammer einer Gasturbine entsteht wäh- rend des Brennvorgangs eine, die Innenauskleidung angreifende Atmosphäre. Während des Betriebs einer Gasturbine wird die Innenauskleidung einer relativ hohen Temperatur ausgesetzt. Neben der thermischen Belastung der Innenauskleidung kann es aufgrund der Temperatur und Gasatmosphäre zu Strukturverände- rungen der Hitzeschild-Elemente kommen. Die einzelnen Hitze¬ schild-Elemente einer Hitzeschildanordnung unterliegen auch einer dynamischen Belastung durch Schwingungen, die während

des Verbrennungsvorgangs in einer Brennkammer einer Gastur¬ bine auftreten. Um die thermische Belastung der Innenausklei¬ dung und somit der einzelnen Hitzeschild-Elemente zu verrin¬ gern, ist es bekannt, die Hitzeschild-Elemente von der Brenn- kammerwand her zu kühlen. Das Kühlmittel umströmt die Unter¬ seite der Hitzeschild-Elemente und strömt durch die Spalte zwischen den einzelnen Hitzeschild-Elementen in die Brennkam¬ mer hinein, die eine Kühlung der Hitzeschild-Elemente vom Heißgas bewirken. Die Einleitung einer Kühlluft in die Brenn- kammer hinein führt zu einem erhöhten Stickoxidausstoß, da die Verbrennung mit Luftüberschuß stattfindet. Der Ausstoß von Stickoxiden ist jedoch unerwünscht. Soll die Gasturbine bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, so ist dies mit einem erhöhten Kühlmittelverbrauch verbunden.

In der DE 41 14 768 AI ist ein Hitzeschild an einer Heißgas führenden, eine Tragwand aufweisenden Struktur, insbesondere einem Flammrohr für eine Gasturbine, bestehend aus einer Vielzahl von Steinen beschrieben. Die Steine sind im wesent- liehen flächendeckend nebeneinander angeordnet und sind je¬ weils mittels zumindest eines zugehörigen Halters an der Tragwand befestigt. Jeder Stein weist eine der Tragwand zuge¬ wandte Kaltseite und eine der Tragwand abgewandte Heißseite und mindestens zwei Flanken auf, welche die Kaltseite mit der Heißseite verbinden. Jeder zugehörige Halter ist an der Trag¬ wand befestigt und enthält mindestens zwei zusammenwirkende Klammerfahnen, die den jeweils zugeordneten Stein an der Kaltseite zwischen den Flanken umgreifen. Jeder Halter be¬ steht vorzugsweise aus Metallblech und jeder Stein aus einer Keramik.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Hitzeschildanordnung der gattungsgemäßen Art, welche bei erhöhten Temperaturen wirkungsvoll ist. Ferner soll durch die Hitzeschildanordnung der Kühlmittelbedarf und -verbrauch verringert werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den Stickoxidausstoß einer Gasturbine zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hitzeschild¬ anordnung mit geschichtetem Aufbau mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestal- tungen der Hitzeschildanordnung sind Gegenstand der abhängi¬ gen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Hitzeschildanordnung zum Schutz einer Tragstruktur gegenüber einem heißen Fluid mit aus hitzebe- ständigem Material bestehender Innenauskleidung zeichnet sich dadurch aus, daß die Hitzeschild-Elemente aus einem erosions- und korrosionsfesten, vorzugsweise hochtemperaturfesten Werk¬ stoff bestehen. Zwischen jedem Hitzeschild-Element und der Tragstruktur ist eine thermische Isolierung ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung der Hitzeschildanordnung wird ein geschichteter Aufbau der Innenauskleidung erreicht. Durch diesen geschichteten Aufbau der Innenauskleidung wird eine funktionale Trennung einzelner Aufgaben der Innenauskleidung erreicht. Nach den bisher bekannten Vorschlägen zur Ausge- staltung einer Innenauskleidung, wie sie beispielsweise in der EP 0 224 817, DE-PS 1 173 734 oder DE-AS 1 052 750 be¬ schrieben ist, mußten die einzelnen Hitzeschild-Elemente in sich vereinigt alle an sie gestellten Anforderungen erfüllen. Hierdurch bedingt ist die Materialauswahl der Hitzeschild- Elemente eingeschränkt. Im Gegensatz hierzu kann durch den geschichteten Aufbau der Innenauskleidung und durch geeignete Werkstoffauswahl die Innenauskleidung an den Verwendungs- bzw. Einsatzzweck besser angepaßt werden. Die Hitzeschild- Elemente haben eine Schutzfunktion bezüglich der Erosions- und Korrosionseinflüsse der Gasatmosphäre. Das Hitzeschild- Element als solches muß nicht zwingend thermischisolierend wirken. Die thermische Isolierung, die zwischen einem jedem Hitzeschild-Element und der Tragstruktur ausgebildet ist, ist vorzugsweise durch eine Matte aus einem Faserwerkstoff oder durch eine Feuerfestkeramik gebildet. Bei der Feuerfestkera¬ mik handelt es sich beispielsweise um einen Isolierstein. Da¬ durch, daß die thermische Isolierung durch ein Hitzeschild-

Element erosions- und korrosionsgeschützt ist, kann die ther¬ mische Isolierung aus einem Werkstoff bestehen, der durch die Gasatmosphäre beispielsweise in einer Brennkammer angegriffen werden könnte. Die Innenauskleidung kann bei Bedarf durch ein Kühlmittel gekühlt werden. Der Kühlmittelverbrauch wird auf¬ grund der geschichteten Ausgestaltung der Innenauskleidung verringert. Handelt es sich bei dem Kühlmittel um Kühlluft, so verringert sich auch die Menge der in die Brennkammer ein¬ geleiteten Luft. Hierdurch kann der Verbrennungsvorgang in der Brennkammer in der Nähe des ideellen Luftverhältnisses betrieben werden, wodurch die Emission von Stickoxiden ver¬ ringert wird. Durch die Hitzeschildanordnung wird auch eine höhere Turbineneintrittstemperatur erreicht. Eine Vergleich¬ mäßigung der Temperatur kann auch durch die Luftfilterung er- reicht werden.

Vorzugsweise besteht das Hitzeschild-Element aus einer Struk¬ turkeramik. Bei der Strukturkeramik handelt es sich vorzugs¬ weise um Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid. Eine Strukturke- ramik, die aus einem solchen Werkstoff besteht, hat die posi¬ tiven Eigenschaften, daß diese bezüglich der Korrosions- und Erosionseinflüsse der Gasatmosphäre unempfindlich sind. Des weiteren zeichnet sich die Strukturkeramik durch hohe Tempe¬ raturbeständigkeit aus. Siliziumcarbid und Siliziumnitrid sind die bevorzugten Werkstoffe, die zur Ausbildung der Hit¬ zeschild-Elemente verwendbar sind. Die Hitzeschild-Elemente können jedoch auch aus anderen keramischen Werkstoffen beste¬ hen, sofern sie in ihren Eigenschaften mit den bevorzugten Werkstoffen ähnlich sind. Die Hitzeschild-Elemente sind vor- zugsweise im wesentlichen plattenformig ausgebildet. Bevor¬ zugt ist eine Ausgestaltung der Hitzeschild-Elemente, bei der wenigstens der dem heißen Fluid zugewandte Randbereich ge¬ krümmt ausgebildet ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind das

Hitzeschild-Element und der Isolierstein im wesentlichen dek- kungsgleich.

Statt einer Strukturkeramik kann das Hitzeschild-Element auch eine keramisch beschichtete Metallplatte sein.

Die Hitzeschild-Elemente sind mittels eines Befestigungsele¬ mentes, insbesondere eines Bolzens, an der Tragstruktur ver¬ ankert . Bei dem Bolzen handelt es sich vorzugsweise um einen aus einem keramischen Werkstoff, vorzugsweise aus dem glei¬ chen Werkstoff wie das Hitzeschild-Element, insbesondere aus Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid, bestehenden Bolzen. Der Bolzen weist vorzugsweise an einem freien Ende einen Kopf auf. Das Hitzeschild-Element weist eine Durchgangsöffnung auf, durch die sich der Bolzen hindurcherstreckt, wobei der Kopf des Bolzens auf dem Hitzeschild-Element aufliegt. Durch den Kopf des Bolzens wird das Hitzeschild-Element zum einen festgehalten und zum anderen dichtet der Kopf des Bolzens die Durchgangsöffnung des Hitzeschild-Elementes ab. Bevorzugt weist das Hitzeschild-Element einen Sitz für den Kopf des Bolzens auf, so daß der Kopf im Hitzeschild-Element versenkt ist. Hierdurch wird eine plane Fläche des Hitzeschild-Elemen¬ tes erreicht. Zur Vereinfachung der Montage weist der Iso¬ lierstein vorzugsweise einen Kanal auf, durch den sich der Bolzen hindurcherstreckt. Um unterschiedliche Wärmeausdehnun¬ gen des Bolzens, des Hitzeschild-Elementes und des Isolier- steins zu kompensieren, ist der Bolzen vorzugsweise mit Spiel im Kanal des Isoliersteins angeordnet.

Das Hitzeschild-Element ist vorzugsweise wärmebeweglich an der Tragstruktur mittels des Befestigungselementes, des Bol- zens, verankert. Zur Kompensation der unterschiedlichen Wär¬ meausdehnungen, die aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdeh¬ nungskoeffizienten der Werkstoffe entstehen, ist der Bolzen vorzugsweise gegen eine Federkraft in axialer Richtung des Bolzens verschieblich. Die Verankerung erfolgt vorzugsweise an der, der Innenauskleidung abgewandten, Wand der Tragstruk¬ tur. Hierzu weist die Tragstruktur wenigstens eine Wand auf, durch die sich wenigstens ein Endabschnitt des Bolzens er-

streckt. An dem Endabschnitt des Bolzens greift ein Federele¬ ment an, vorzugsweise eine Druckfeder. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Druckfeder den Endabschnitt des Bolzens umgibt. Vorzugsweise ist an dem Endabschnitt des Bolzens ein Halteelement angeord¬ net, das ein erstes Widerlager für die Druckfeder bildet. An der Wand der Tragstruktur ist vorzugsweise ein Distanzstück angeordnet, welches ein zweites Widerlager für die Druckfeder bildet.

Das Halteelement ist mit dem Endabschnitt des Bolzens lösbar, vorzugsweise keilförmig, verbunden. Hierzu weist der Endab¬ schnitt eine umlaufende Nut auf, in die ein Keil, vorzugs¬ weise ein am Halteelement ausgebildeter keilförmiger, umlau- fender Vorsprung, eingreift. Um sicherzustellen, daß die

Druckfeder ihre Federeigenschaften nicht durch Schmutzablage¬ rungen oder Korrosion verliert, ist vorzugsweise eine Kappe so mit dem Halteelement verbunden, daß die Kappe, das Hal¬ teelement und das Distanzstück eine Kammer bilden, wobei die Kappe das Distanzstück umgibt. Alternativ kann die Kappe mit dem Distanzstück verbunden sein, wobei in diesem Fall die Kappe das Halteelement umgibt. In der letztgenannten Ausfüh¬ rungsform erfolgt eine Verschiebung des Halteelementes inner¬ halb der Kappe nach Art einer Kolben-/Zylinderanordnung. Zur Überprüfung der Druckfeder ist die Kappe mit dem Halteelement bzw. mit dem Distanzstück lösbar verbunden, vorzugsweise ver¬ schraubt.

Nach einer der Ausgestaltungen der Hitzeschildanordnung er- folgt die Montage der Hitzeschildanordnung dadurch, daß auf einen Isolierstein ein Hitzeschild-Element angeordnet wird. Anschließend wird der Bolzen durch das Hitzeschild-Element und den Isolierstein hindurchgeführt. Ein Endabschnitt des Bolzens ragt aus dem Isolierstein hervor. Dieser Endabschnitt ist anschließend durch eine in der Brennkammerwand ausgebil¬ dete Bohrung hindurchzuführen. Zur Vereinfachung der Montage wird vorgeschlagen, daß das Distanzstück ein in den Kanal des

Isoliersteins hineinragendes Führungsrohr aufweist. Durch diese Ausgestaltung kann eine Vormontage des Isoliersteins am Führungsrohr des Distanzstücks folgen. Bei der Ausbildung der Hitzeschildanordnung können daher zunächst alle Isoliersteine durch die Führungsrohre an der Brennkammerwand montiert wer¬ den. Anschließend werden die Hitzeschild-Elemente mit den Bolzen an den Isoliersteinen montiert.

Um sicherzugehen, daß im Falle eines Versagens des Bolzens bzw. des Hitzeschild-Elementes der Isolierstein mit der

Struktur verbunden bleibt, sind diese vorzugsweise mittels eines Sicherungsbolzens mit der Struktur verbunden.

Die Außenkontur des Hitzeschild-Elementes kann unterschied- licher Geometrie sein. Um sicherzustellen, daß durch mögliche Verschiebungen bzw. Verdrehungen des Isoliersteins dieser nicht mit benachbarten Isoliersteinen in Kontakt tritt, ist der Isolierstein vorzugsweise mit dem Hitzeschild-Element formschlüssig verbunden. Hierzu weist der Isolierstein vor- zugsweise in einer Fläche eine Ausnehmung auf, in die ein am Hitzeschild-Element korrespondierend ausgebildeter Vorsprung eingreift. Hierdurch wird eine Verschiebung bzw. Verdrehung des Isoliersteins relativ zum Hitzeschild-Element verhindert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Hitze¬ schildanordnung wird diese mit einem Kühlmittel gekühlt. Die Kühlung einer Hitzeschildanordnung ist an und für sich be¬ kannt. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen wird ein Kühl¬ mittel zwischen dem Hitzeschild-Element und dem Isolierstein hindurchgeleitet, wozu wenigstens ein Kühlmittelkanal zwi¬ schen dem Hitzeschild-Element und dem Isolierstein vorgesehen ist. Der Kühlmittelkanal weist einen Einlaß, der mit einem Kühlmittelzuführkanal verbunden ist, und einen Auslaß auf, der zur Umgebungsatmosphäre hin offen ist. Die Ausbildung des Kühlmittelkanals erfolgt vorzugsweise dadurch, daß das Hitze¬ schild-Element mit Abstand zu der thermischen Isolierung un¬ ter Ausbildung eines spaltförmigen Kühlmittelkanals angeord-

θ net ist. Der Abstand zwischen dem Hitzeschild-Element und der thermischen Isolierung beträgt zwischen 0,3 und 1,5 mm, vor¬ zugsweise 1 mm. Zur Einhaltung eines solchen Abstandes zwi¬ schen dem Hitzeschild-Element und der thermischen Isolierung ist vorzugsweise wenigstens ein Abstandshalter zwischen die¬ sen Bauteilen ausgebildet. Bevorzugt ist eine Ausbildung, bei der der Abstand zwischen 0,3 und 1,5 mm, vorzugsweise 1 mm, beträgt. Vorzugsweise werden drei Abstandshalter vorgesehen, die auf einem gedachten Kreisumfang angeordnet sind, wobei der Mittelpunkt des gedachten Kreisumfangs im wesentlichen im Zentrum des Hitzeschild-Elementes liegt. Bei einer solchen Ausbildung ist der Bolzen, der am Hitzeschild-Element an¬ greift, im Zentrum des Hitzeschild-Elementes angeordnet.

Die Abstandshalter sind an dem Hitzeschild-Element und/oder dem Isolierstein ausgebildet. Bevorzugt ist eine Ausbildung, bei der die Abstandshalter einen integralen Bestandteil des Hitzeschild-Elementes oder des Isoliersteins bilden. Die Ab¬ standshalter sind in Form von Noppen ausgebildet. Sie können beispielsweise pyramidenstumpfartig ausgebildet sein. Die

Auflagefläche der Abstandshalter, auf denen das Hitzeschild- Element bzw. der Isolierstein aufliegt, beträgt vorzugsweise zwischen 9 und 64 mm 2 , insbesondere 25 mm 2 .

Der Kühlmittelkanal kann im Isolierstein und/oder im Hitze¬ schild-Element teilweise ausgebildet sein. Die Zuführung ei¬ nes Kühlmittels erfolgt über den im Isolierstein ausgebilde¬ ten Kanal. Es wird vorgeschlagen, daß die Kappe wenigstens eine Kühlmittelzuführbohrung aufweist. Durch die Ausbildung der Kühlmittelzuführbohrungen in der Kappe kann die Kühlung regelbar sein. Die Kühlmittelzuführbohrungen bilden jeweils eine Drossel für ein Kühlfluid. Um die Verluste des Kühlmit¬ tels möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, daß die Kammer zur Umgebung hin im wesentlichen luftdicht abgeschlos- sen ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Hitze¬ schildanordnung werden anhand dreier in der Zeichnung darge¬ stellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Vollschnitt durch eine Hitzeschildanordnung ei¬ nes ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Unteransicht der Anordnung nach Figur 1,

Fig. 3 einen Vollschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Hitzeschildanordnung,

Fig. 4 eine Vorderansicht eines Hitzeschild-Elementes mit Abstandshaltern,

Fig. 5 das Hitzeschild-Element nach Fig. 4 in einer Unteran¬ sicht.

Figur 1 zeigt ein Segment einer Hitzeschildanordnung zum Schutz einer Tragstruktur 1 gegenüber einem heißen Fluid. Das Segment bildet eine Innenauskleidung 2a. Die Innenauskleidung 2a ist zusammengesetzt aus flächendeckend unter Belassung von Spalten 2b nebeneinander angeordneten Hitzeschild-Elementen 2. Das Hitzeschild-Element 2 besteht aus einem erosions- und korrosionsfesten Werkstoff. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine keramisch beschichtete Metallplatte. Zwischen dem Hitzeschild-Element 2 und der Tragstruktur 1 ist ein Iso¬ lierstein 3 angeordnet. Der Isolierstein 3 besteht aus einer feuerfesten Keramik.

Die Verbindung des Hitzeschild-Elementes 2 mit der Tragstruk¬ tur 1 erfolgt mittels eines Befestigungselements, insbeson¬ dere eines Bolzens 4. Der Bolzen 4 erstreckt sich durch eine im Hitzeschild-Element 2 ausgebildete Durchgangsöffnung 5. Der Bolzen 4 weist an einem freien Ende einen Kopf 6 auf, der auf dem Hitzeschild-Element 2 aufliegt. Das Hitzeschild-Ele-

ment 2 weist einen Sitz 7 für den Kopf 6 des Bolzens 4 auf, so daß der Kopf 6 im Hitzeschild-Element 2 versenkt ist.

Der Isolierstein 3 weist einen Kanal 8 auf, durch den sich der Bolzen 4 hindurcherstreckt. Der Isolierstein 3 liegt auf der Tragstruktur 1 auf. Der Isolierstein 3 weist in seiner, dem Hitzeschild-Element 2 zugewandten Fläche eine Ausnehmung 9 auf, in die ein am Hitzeschild-Element 2 korrespondierend ausgebildeter Vorsprung 10 hineingreift.

Wie aus der Darstellung in der Figur 1 ersichtlich ist, weist der Bolzen 4 einen Endabschnitt 11 auf, der sich durch die Wand der Tragstruktur 1 hindurcherstreckt. Hierzu weist die Wand der Tragstruktur 1 eine Durchgangsbohrung 12 auf. Der Endabschnitt 11 des Bolzens 4 ist umgeben von einem Federele¬ ment 13, das in Form einer Druckfeder ausgebildet ist. Das eine Widerlager des Federelementes 13 ist durch ein Halteele¬ ment 14 gebildet. Das Halteelement 14 weist eine sich konisch erweiternde Bohrung 17 auf, durch die sich der Endabschnitt 11 des Bolzens 4 hindurcherstreckt. Der Bolzen 4 weist an seinem Endabschnitt 1 eine umlaufende Nut 15 auf, in die ein Keil 16 eingreift. Der Keil 16 liegt an der konisch sich er¬ weiternden Bohrung 17 des Federelementes an. Durch die Keil- verbindung wird das Halteelement 14 am Bolzen 4 gehaltert. Mit dem Halteelement 14 ist eine Kappe 18 verschraubt. Die Kappe 18 weist einen Mantel 19 auf, der sich zur Wand der Haltestruktur 1 hin erstreckt. Die Kappe 18 ist zylinderför- mig ausgebildet. Der, dem Halteelement 14 gegenüberliegende Abschnitt der Kappe 18 umgreift ein an der Tragstruktur 1 an- geordnetes Distanzstück 20. Das Distanzstück 20 weist eine Ausnehmung auf, in die das Federelement 13 eingreift. Des weiteren ist das Distanzstück 20 mit einem Führungsrohr 21 versehen, welches wenigstens teilweise in den Isolierstein 3 hineinragt. Der Innenquerschnitt des Führungsrohrs 21 ist größer als der Querschnitt des Schaftes des Bolzens 4. Das

Federelement 13 ist mit Vorspannung zwischen dem Distanzstück 20 und dem Halteelement 14 angeordnet. Durch die Federkraft

des Federelementes 13 wird über das Halteelement 14 eine nach außen hin gerichtete Kraft in den Bolzen 4 eingebracht. Diese Kraft wird über den Kopf 6 des Bolzens auf das Hitzeschild- Element 2 übertragen, wodurch das Hitzeschild-Element 2 gegen den Isolierstein 3 gedrückt wird, der an der Wand der Tragstruktur 1 anliegt.

Die Kappe 18 ist so bemessen, daß sie mit Abstand zur Wand der Tragstruktur 1 endet, wodurch eine Relativbewegung der Kappe 18 in axialer Richtung des Bolzens 4 zugelassen wird.

Zur zusätzlichen Sicherung des Isoliersteins 3 ist mit der Wand der Tragstruktur 1 ein Sicherungsbolzen 22 verbunden. Der Sicherungsbolzen 22 erstreckt sich durch eine in der Wand der Tragstruktur 1 ausgebildete Bohrung 23 hindurch.

Der Sicherungsbolzen 22 ist über eine Verschraubung 24 mit der Wand der Tragstruktur 1 verbunden. In dem Isolierstein 3 ist eine Sacklochbohrung 25 ausgebildet, in die der Siche- rungsbolzen 22 hineinragt. In den Sicherungsbolzen 22 und durch diesen hindurch erstreckt sich ein Sicherungsstift 26. Der Sicherungsstift 26 ist im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Sicherungsbolzens 22 positioniert. Zur Ein¬ bringung des Sicherungsstiftes 26 ist in dem Isolierstein 3 eine Bohrung 27 ausgebildet.

Die Figur 2 zeigt eine Unteransicht der in der Figur 1 darge¬ stellten Anordnung. Mit der Schnittlinie A-A ist die Ansicht nach Figur 1 gekennzeichnet.

In der Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Hit¬ zeschildanordnung dargestellt. Der prinzipielle Aufbau dieser Anordnung entspricht der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Anordnung. Insoweit wird, um Wiederholungen zu vermeiden auf die Beschreibung der Figuren 1 und 2 verwiesen.

Bei der in der Figur 3 dargestellten Hitzeschildanordnung zum Schutz einer Tragstruktur 1 gegenüber einem heißen Fluid ist die Möglichkeit einer Kühlung der Hitzeschild-Elemente und des Isoliersteins 3 dargestellt. Hierzu weist die Kappe 18 Bohrungen 29 auf, die in der Kammer 28 münden. Die Kammer 28 ist durch das Distanzstück 20, die Kappe 18 sowie das Halte¬ element 14 begrenzt. An die Bohrungen 29 können Kühlfluidan- schlußleitungen angeschlossen werden. Ein Kühlfluid strömt durch die Bohrungen 29 in die Kammer 28 hinein. Von der Kam- mer 28 strömt das Kühlfluid durch das Führungsrohr 21 in den im Isolierstein 3 ausgebildeten Kanal 8 hinein. Zwischen dem Isolierstein 3 und dem Hitzeschild-Element 2 ist ein auswärts gerichteter Kanal 30 ausgebildet, durch den das Kühlfluid auε dem Kanal 8 aus der Anordnung herausströmt. Der Kanal 30 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 3 ausgebildet. Der Kanal 30 kann auch durch Ausnehmungen im Hitzeschild-Element 2 und im Isolierstein 3 sowie lediglich im Hitzeschild-Ele¬ ment 2 ausgebildet sein.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Hitzeschild-Ele¬ mentes 2 im Längsschnitt. Das Hitzeschild-Element 2 besteht beispielsweise aus Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid. Es weist an der einem nicht dargestellten Isolierstein zugewand¬ ten Fläche Abstandshalter 31 auf. Die Abstandshalter 31 sind im wesentlichen pyramidenstumpfförmig ausgebildet. Sie haben eine Höhe von ca. 1 mm und eine Auflagefläche von ca. 25 mm 2 .

Die Abstandshalter 31 sind auf einem gedachten Kreisumfang K ausgebildet . Bevorzugt sind die Abstandshalter äquidistant zueinander angeordnet. Der Mittelpunkt des gedachten Kreis- umfangs K liegt im wesentlichen im geometrischen Zentrum des Hitzeschild-Elementes 2, vorzugsweise fällt der Mittelpunkt des gedachten Kreisumfangs K mit dem geometrischen Mittel¬ punkt des Hitzeschild-Elementes 2 zusammen.

Im Zentrum Z ist die Durchgangsöffnung 5 ausgebildet, durch die ein Bolzen 4, wie er beispielsweise in der Fig. 1 bzw. 3 dargestellt ist, hindurch erstreckbar ist.

Die Abstandshalter 31 gewährleisten, daß das Hitzeschild-Ele¬ ment 2 mit Abstand zu einem Isolierstein 3 auf diesem ange¬ ordnet ist. Ein Kühlfluid strömt dann zwischen dem Isolier¬ stein 3 und dem Hitzeschild-Element 2 hindurch, wodurch das Hitzeschild-Element 2 gekühlt wird. Zwischen dem Hitzeschild- Element 2 und einem Isolierstein 3 ist durch die Abstandshal¬ ter 31 ein spaltförmiger Kühlkanal 30 ausgebildet.

Es versteht sich, daß die Abstandshalter 31 auch an einem Isolierstein 3 ausgebildet sein können. Die Höhe bzw. die Spaltgröße des Kühlkanals 30, der durch die Abstandshalter 31 sich ergibt, kann an die thermische Aufgabenstellung angepaßt werden.