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Patent Searching and Data


Title:
WEDGE-SHAPED CERAMIC HEAT SHIELD OF A GAS TURBINE COMBUSTION CHAMBER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/036430
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat shield element (22) for a heat shield having a support structure (24). The heat shield element (22) comprises a hot side (26) which can be exposed to hot gas, a cold side (28) opposite the hot side (26), and peripheral sides (30a, 30b) connecting the hot side (26) to the cold side (28). The heat shield element (22) can be fastened to the support structure (24) of the heat shield with the cold side (28) facing the support structure (24) and has a height (34, 36) running vertically to the cold side (26). The heat shield element (22) allows damage to components of a combustion chamber caused by the entry of hot gas to be avoided in a particularly effective manner. For this purpose, the height of the heat shield element (22) increases in a rising direction (32), the rising portion of the heat shield element (22) running in the rising direction (32) substantially up to at least one peripheral side (30a, 30b) or up to a projection (38) that extends the hot side (26) over the base surface of the cold side (28).

Inventors:
LINK MARCO (DE)
TERTILT MARC (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/069289
Publication Date:
March 19, 2015
Filing Date:
September 10, 2014
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
F23R3/00
Foreign References:
GB2441342A2008-03-05
EP2428647A12012-03-14
EP1741981A12007-01-10
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Claims:
Patentansprüche

1. Hitzeschildelement (22, 60) für einen, eine Tragstruktur umfassenden Hitzeschild (20, 56), wobei das Hitzeschildele¬ ment (22) eine mit Heißgas beaufschlagbare Heißseite (26), eine der Heißseite gegenüberliegende Kaltseite (28) und Um- fangsseiten (30a, 30b) umfasst, welche die Heißseite mit der Kaltseite verbinden, wobei das Hitzeschildelement mit der Kaltseite zur Tragstruktur (24, 58) weisend an der Tragstruktur des Hitzeschildes befestigbar ist und normal zur Kaltsei¬ te eine Höhe aufweist,

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 Höhe des Hitzeschildelementes in einer Anstiegsrichtung (32) ansteigt, wobei sich der ansteigende Bereich des Hitze¬ schildelementes in der Anstiegsrichtung im Wesentlichen bis zu mindestens einer Umfangsseite oder bis zu einem die Hei߬ seite über die Grundfläche der Kaltseite verlängernden Vor¬ sprung erstreckt.

2. Hitzeschildelement nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der ansteigende Bereich sich mindestens über die gesamte Grundfläche der Kaltseite erstreckt.

3. Hitzeschildelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

die Höhe des Hitzeschildelementes in dem ansteigenden Bereich in der Anstiegsrichtung stetig, insbesondere linear, an- steigt.

4. Hitzeschildelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstiegsrichtung (32) im Wesentlichen senkrecht auf eine Umfangsseite (30b) weist.

5. Hitzeschildelement nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschildelement an der Umfangsseite, auf welche die Anstiegsrichtung weist, einen sich im Wesentlichen über die Breite der Umfangsseite erstre¬ ckenden Vorsprung (38) umfasst mit einer von der Heißseite (26) umfassten Oberseite (40) und einer gegenüberliegenden Unterseite ( 42 ) .

6. Hitzeschildelement nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che,

dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschildelement (22) aus einem keramischen Material besteht.

7. Hitzeschild (56) mit einer Tragstruktur und einer Anzahl an Hitzeschildelementen (22, 60), welche im Wesentlichen flächendeckend unter Belassung von Dehnungsspalten (61) an der Tragstruktur befestigbar sind,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Hitze¬ schildelemente (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausge¬ bildet ist.

8. Hitzeschild nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild mindestens eine Reihe (71) aus Hitzeschildelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst, wobei die jeweilige Anstiegsrichtung (32) der Hitzeschildelemente auf eine gemeinsame Stirnseite (74) der Reihe weist.

9. Hitzeschild nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (74) höher ist als ein an die Stirnseite angrenzender Bereich der Tragstruktur und/oder als an die Stirnseite angrenzende Hitzeschild- elemente auf ihrer der Stirnseite zugewandten Seite.

10. Hitzeschild nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hitzeschildele¬ ment (73) der Reihe nach Anspruch 5 ausgebildet ist, wobei der Vorsprung (38) des Hitzeschildelementes über einen je¬ weils angrenzenden Bereich der Tragstruktur ragt und/oder über einen Bereich eines angrenzenden Hitzeschildelements.

11. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe (71) eine keramische

Abschlussreihe des Hitzeschildes ist. 12. Brennkammer (10) für eine Gasturbine,

mit einer Brennkammerwand (48), die einen die Brennkammer durchströmenden Heißgaspfad (50) begrenzt und an ihrem stromab gelegenen Ende einen Brennkammerausgang (52) aufweist, welcher an einem Turbineneintritt der Gasturbine anordnenbar ist, und an ihrem stromauf gelegenen Ende ein Brennkammerkopfende (54) aufweist, wobei das Brennkammerkopfende eine Brenneranordnung (11) umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer ein Hitzeschild nach einem der Ansprüche 7 bis 11 umfasst.

13. Brennkammer nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammerwand (48) an ih¬ rem stromauf gelegenen Ende eine umlaufende Komponente (62) umfasst, in welche mindestens eine ringförmige Nut (64, 66) eingebracht ist, wobei in der Nut ein das Brennkammerkopfende nach innen begrenzender Flammboden (68) befestigt ist und das Hitzeschild mit einer umlaufenden Abschlussreihe (71) an den die Nut nach einer Seite begrenzenden Steg (70) unter Belassung einer Dehnungsspalte (61) angrenzt, wobei die Hitze- schildelemente der Abschlussreihe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind, wobei die jeweilige Anstiegsrichtung (32) der Hitzeschildelemente der Abschlussreihe auf den Steg (70) weist und die dem Steg zugewandten Stirnseite (74) der Abschlussreihe höher ist als der angrenzende Bereich des Ste- ges.

14. Brennkammer nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, dass die Hitzeschildelemente der Ab¬ schlussreihe gemäß Anspruch 5 ausgebildet sind, wobei der Vorsprung (38) über den Bereich des Steges ragt, welcher zwischen Flammboden (68) und Abschlussreihe verläuft.

15. Verfahren zum Auskleiden einer Brennkammer mit einem Hitzeschild,

wobei Hitzeschildelemente in Reihen unter Belassung von Dehnungsspalten (61) zwischen den Hitzeschildelementen (60) an einer an der Brennkammerwand (48) der Brennkammer angeordne¬ ten Tragstruktur (58) des Hitzeschildes (56) befestigt wer¬ den, wobei bis auf eine zuletzt anzuordnende Reihe (76) die Dehnungsspalten zwischen den Reihen auf eine Soll-Dehnungsspaltenbreite angepasst werden, und eine verbleibende Breite der für die zuletzt anzuordnende Reihe belassene Lücke be¬ stimmt wird, aus dieser Breite unter Berücksichtigung der Soll-Dehnungsspaltenbreite eine Soll-Breite der Hitzeschild¬ elemente (60) der zuletzt anzuordnenden Reihe ermittelt wird und die Hitzeschildelemente der zuletzt anzuordnenden Reihe entsprechend der Soll-Breite der Hitzeschildelemente angefer¬ tigt und in der Lücke angeordnet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der für die zuletzt anzuordnende Reihe belassene Lücke bestimmt wird, indem die

Lücke provisorisch mit Hitzeschildelementen vermessener Breite ausgekleidet wird und die Breite mindestens einer an die provisorisch angeordnete Reihe angrenzenden Dehnungsspalte (61) während des Betriebs der Brennkammer bestimmt wird.

17. Brennkammer (46) für eine Gasturbine,

mit einer Brennkammerwand (48) , die einen die Brennkammer durchströmenden Heißgaspfad (50) begrenzt und an ihrem stromab gelegenen Ende einen Brennkammerausgang (52) aufweist, welcher an einem Turbineneintritt der Gasturbine anordnenbar ist, und an ihrem stromauf gelegenen Ende ein Brennkammerkopfende (54) aufweist, wobei das Brennkammerkopfende eine Brenneranordnung (11) umfasst, wobei die Brennkammer ein Hit¬ zeschild (56) umfasst, mit einer an der Brennkammerwand ange- ordneten Tragstruktur und einer Anzahl Hitzeschildelementen

(22, 60) , welche im Wesentlichen flächendeckend unter Belas¬ sung von Dehnungsspalten (61) an der Tragstruktur befestigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hitzeschildelemente (22, 60) mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 oder 16 an der Tragstruktur angeordnet sind.

18. Brennkammer nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild (56) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 ausgebildet ist.

19. Gasturbine mit mindestens einer Brennkammer,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Brennkammer (46) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, 17 oder 18 ausgebildet ist .

Description:
Beschreibung

KEILFÖRMIGES KERAMISCHES HITZESCHILD EINER GASTURBINENBRENNKAMMER

Die Erfindung betrifft ein Hitzeschild, insbesondere zur Aus ¬ kleidung einer Brennkammer einer Gasturbine.

Die Wände von Hochtemperaturgasreaktoren, wie z.B. von unter Druck betriebenen Gasturbinen-Brennkammern, müssen mit geeigneten Abschirmungen ihrer tragenden Struktur gegen Heißgasangriff geschützt werden. Die Hitzeschilde umfassen eine Tragstruktur und an der Trag ¬ struktur befestigte, flächendeckend angeordnete Hitzeschild ¬ elemente, die die Tragstruktur und die Brennkammerwand vor Heißgasen schützen. Für das Material der Hitzeschildelemente bieten sich keramische Materialen an. Keramische Materialen weisen im Vergleich zu metallischen Werkstoffen eine hohe

Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und niedrige Wärmeleitfähigkeit auf. Es sind aber auch metallische Hitze ¬ schildelemente bekannt, welche mit einer Wärmeschutzschicht ausgerüstet sind. Wegen materialtypischer Wärmedehnungseigen- schaffen und der im Rahmen des Betriebes typischerweise auf ¬ tretenden Temperaturunterschiede (Umgebungstemperatur bei Stillstand, maximale Temperatur bei Volllast) muss eine tem ¬ peraturabhängige Ausdehnung der Hitzeschildelemente gewähr ¬ leistet sein, damit keine bauteilzerstörenden thermischen Spannungen durch Dehnungsbehinderung auftreten. Dies kann erreicht werden, indem die vor Heißgasangriff zu schützende Wand durch eine Vielzahl von in ihrer Größe begrenzten einzelnen Hitzeschildelementen ausgekleidet wird. Zwischen der Tragstruktur und den einzelnen Hitzeschildelementen muss ein Dehnspalt vorgesehen werden, der aus Sicherheitsgründen auch im Betriebszustand nie völlig geschlossen sein darf. Dabei muss sichergestellt werden, dass das Heißgas nicht über den Dehnspalt die tragende Wandstruktur übermäßig erwärmt. Aufgrund der geometrischen Form der bekannten Hitzeschildelemente in den Gasturbinenbrennkammern werden die freiliegenden Flächen der Tragstruktur (der Dehnspalt) sowie überstehende Kannten der Tragstruktur nicht optimal vor den thermischen

Belastung der Brennkammer geschützt. Dadurch kommt es an diesen Stellen zu thermischen Überbelastungen der Tragstruktur, die aufwendig repariert werden müssen. Erschwerend kommt hin ¬ zu, dass sich die für die thermische Dehnung benötigten Spal- te aufgrund der Toleranzbehafteten Brennkammerbauteile nicht optimal einstellen lassen. Durch das grobe Toleranzfeld der Bauteile kommt es zu übermäßig großen Dehnungsspalten in der Gasturbinenbrennkammer. Dadurch ist es dem Heißgas möglich, in die Dehnungsspalten einzudringen und die metallischen Bau- teile zu beschädigen. Die beschädigten Bauteile müssen entweder ausgetauscht werden oder es kommt ein Ausschleifen der beschädigten Stellen an der Tragstruktur mit anschließenden Auftragsschweißen und Nacharbeiten der betroffenen Stellen in Betracht. Es ist auch möglich, die thermisch belasteten Stel- len mit einer keramischen Schutzschicht zu beschichten oder eine hochtemperaturfeste Legierung auf thermisch hochbelaste ¬ ten Bauteile aufzutragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hitzeschildele- ment, ein Hitzeschild mit mindestens einem derartigen Hitze ¬ schildelement, eine Brennkammer, eine Gasturbine mit mindes ¬ tens einer derartigen Brennkammer und ein Verfahren zur Auskleidung einer Brennkammer mit einem Hitzeschild anzugeben, mit welchem eine Beschädigung von Bauteilen einer Brennkammer durch Heißgaseinzug besonders effektiv vermieden werden kann.

Ein gattungsgemäßes Hitzeschildelement für einen, eine Trag ¬ struktur umfassenden Hitzeschild, weist eine mit Heißgas beaufschlagbare Heißseite, eine der Heißseite gegenüberlie- gende Kaltseite und Umfangsseiten auf. Die Umfangsseiten verbinden die Heißseite mit der Kaltseite. Das Hitzeschildele ¬ ment ist mit der Kaltseite zur Tragstruktur weisend an der Tragstruktur des Hitzeschildes befestigbar und weist normal zur Kaltseite eine Höhe auf.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Hitzeschildelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Höhe des Hitzeschildelementes in einer Anstiegsrichtung ansteigt, wo ¬ bei sich der ansteigende Bereich des Hitzeschildelementes in der Anstiegsrichtung im Wesentlichen bis zu mindestens einer Umfangsseite oder bis zu einem die Heißseite über die Grund- fläche der Kaltseite verlängernden Vorsprung erstreckt..

Das erfindungsgemäße Hitzeschildelement verändert die Strö ¬ mung eines in der Richtung über die Heißseite des Hitze ¬ schildelementes strömenden Heißgases vorteilhaft, so dass ei- nem Heißgaseinzug in den Dehnungsspalt, welcher sich an das

Hitzeschildelement in der Anstiegsrichtung anschließt, entge ¬ gengewirkt wird. Zudem kann der ansteigende Bereich des Hit ¬ zeschildelementes, je nach Einbaulage des Hitzeschildelemen ¬ tes, die angrenzenden Strukturen gegen Wärmestrahlung ab- schirmen. Mit anderen Worten erstreckt sich der Anstieg des ansteigenden Bereichs in der Anstiegsrichtung im Wesentlichen bis zu mindestens einer Umfangsseite oder bis zu einem die Heißseite über die Grundfläche der Kaltseite verlängernden Vorsprung. Der ansteigende Bereich wirkt als Spoiler.

Die Höhe des Hitzeschildelementes kann beispielsweise erst ab der Mitte des Hitzeschildelementes ansteigen. Beispielsweise kann die Höhe stetig ansteigen oder auch nicht. Der Anstieg kann beispielsweise bis zu der Umfangsseite linear verlaufen oder beispielsweise von einem im Wesentlichen linearen Anstieg stetig in einen im Wesentlichen horizontalen Verlauf eines die Heißseite über die Grundfläche der Kaltseite ver ¬ längernden Vorsprungs übergehen. Der Anstieg kann sich aber auch im Bereich des Vorsprungs fortsetzen, so dass der An- stieg sich bis zur Umfangsseite erstreckt, die mit der Stirn ¬ seite des Vorsprungs an die Heißseite angrenzt. Sofern die Anstiegsrichtung senkrecht auf eine Umfangsfläche weist, ist die Höhe der Umfangsseite in der Anstiegsrichtung größer als die Höhe der Umfangsseite in der Gegenrichtung

Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der ansteigende Be- reich sich mindestens über die gesamte Grundfläche der Kalt ¬ seite erstreckt.

Mit anderen Worten ist das gesamte Hitzeschildelement im We ¬ sentlichen spoilerförmig ausgebildet.

Bevorzugt kann die Höhe des Hitzeschildelementes in dem an ¬ steigenden Bereich in der Anstiegsrichtung stetig, insbesondere linear, ansteigen. Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die

Anstiegsrichtung im Wesentlichen senkrecht auf eine Umfangsseite des Hitzeschildelementes weist.

Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Hitze- schildelement an der Umfangsseite, auf welche die

Anstiegsrichtung weist, einen sich im Wesentlichen über die Breite der Umfangsseite erstreckenden Vorsprung umfasst, mit einer von der Heißseite umfassten Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite.

Mittels des Vorsprungs kann das Heißgas zusätzlich an einem Eindringen in einen Dehnungsspalt oder einer Beschädigung angrenzender Strukturen gehindert werden. Hervorstehende Kanten der Brennkammertragstruktur können mittels des Vorsprungs ge- schützt werden. Der Vorsprung kann eine konstante Höhe auf ¬ weisen oder als eine Weiterführung der Rampe bis zur Umfangsseite eine ansteigende Höhe der Oberseite aufweisen.

Bevorzugt besteht das Hitzeschildelement aus einem kerami- sehen Material.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein eingangs ge ¬ nanntes Hitzeschild anzugeben, mit welchem eine Beschädigung von Bauteilen einer Brennkammer durch Heißgaseinzug besonders effektiv vermieden werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Hitzeschild der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Hitzeschild mindestens ein Hitzeschildelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.

Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Hitzeschild mindestens eine Reihe an Hitzeschildelementen umfasst, die nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind, wobei die jeweilige Anstiegsrichtung der Hitzeschildelemente auf eine gemeinsame Stirnseite der Reihe weist. Bevorzugt weist das Hitzeschild in seinen Randbereichen Rei ¬ hen von Hitzeschildelementen auf, die die erfindungsgemäße Spoilerform aufweisen können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Stirnseite höher ist als ein an die Stirn ¬ seite angrenzender Bereich der Tragstruktur und/oder als an die Stirnseite angrenzende Hitzeschildelemente auf ihrer der Stirnseite zugewandten Seite. Dies verändert das Strömungsverhalten eines in der Richtung über die Hitzeschildelemente der Reihe strömenden Heißgases besonders vorteilhaft, so dass sich ein Heißgaseinzug in die angrenzende Dehnungsspalte der Stirnseite besonders effektiv vermeiden lässt.

Um die angrenzenden Strukturen noch besser zu schützen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mindestens ein Hitzeschild ¬ element der Reihe nach Anspruch 5 ausgebildet ist, wobei der Vorsprung des Hitzeschildelementes über einen jeweils angren- zenden Bereich der Tragstruktur ragt und/oder über einen Bereich eines angrenzenden Hitzeschildelements. Bevorzugt ist die Reihe eine keramische Abschlussreihe des Hitzeschildes .

Die keramische Abschlussreihe begrenzt die von den kerami- sehen Hitzeschildelementen überdeckte Fläche an einer Seite der überdeckten Fläche. An die Abschlussreihe kann sich bei ¬ spielsweise eine Reihe aus metallischen Hitzeschildelementen anschließen oder eine metallische Komponente der Tragstruktur des Hitzeschildes oder einer metallischen Komponente der Brennkammerwand. Diese Bereiche können mittels der erfin ¬ dungsgemäßen Ausgestaltung der Abschlussreihe besonders effektiv vor Heißgaseinzug geschützt werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher eine Beschädigung von Bauteilen der Brennkammer durch Heißgaseinzug besonders effektiv vermieden werden kann.

Hierzu umfasst die Brennkammer ein Hitzeschild nach einem der Ansprüche 7 bis 11.

Bevorzugt geht die Erfindung von einer Brennkammer aus, deren Brennkammerwand an ihrem stromauf gelegenen Ende eine umlau ¬ fende Komponente umfasst, in welche mindestens eine ringför- mige Nut eingebracht ist, wobei in der Nut ein das Brennkam ¬ merkopfende nach innen begrenzender Flammboden befestigt ist und das Hitzeschild mit einer umlaufenden Abschlussreihe an den die Nut nach einer Seite begrenzenden Steg unter Belassung einer Dehnungsspalte angrenzt.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Hitze ¬ schildelemente der Abschlussreihe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind, wobei die Anstiegsrichtung der Hitze ¬ schildelemente der Abschlussreihe auf den Steg weist und die dem Steg zugewandten Stirnseite der Abschlussreihe höher ist als der angrenzende Bereich des Steges. Der Steg wird bei Silobrennkammern auch mit F-Ring bezeichnet. Durch die Spoiler-Form der Hitzeschildelemente wird die Rezirkulationszone des Heißgases positiv beeinflusst. Dadurch wird das Eindringen des Heißgases in die Dehnungsspalte zwi- sehen der Abschlussreihe dem F-Ring erschwert und eine mögli ¬ che Beschädigung der Tragstruktur verhindert. Zusätzlich schirmt die Spoiler-Form den F-Ring gegen Wärmestrahlung ab.

Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Hit- zeschildelemente der Abschlussreihe gemäß Anspruch 5 ausge ¬ bildet sind, wobei der Vorsprung über den Bereich des Steges ragt, welcher zwischen Flammboden und Abschlussreihe verläuft . Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Auskleiden einer Brennkammer mit einem Hitzeschild anzugeben, wobei Hitzeschildelemente in Reihen unter Belassung von Dehnungsspalten zwischen den Hitzeschildelementen an einer an der Brennkammerwand der Brennkammer angeordneten Tragstruktur des Hitzeschildes befestigt werden.

Mit dem Verfahren kann eine Beschädigung von Bauteilen der Brennkammer durch Heißgaseinzug besonders effektiv vermieden werden . Hierzu werden bis auf eine zuletzt anzuordnende Reihe die

Dehnungsspalten zwischen den Reihen auf eine Soll-Dehnungsspaltenbreite angepasst. Dann wird eine verbleibende Breite der für die zuletzt anzuordnende Reihe belassene Lücke be ¬ stimmt und aus dieser Breite unter Berücksichtigung der Soll- Dehnungsspaltenbreite eine Soll-Breite der Hitzeschildelemen ¬ te der zuletzt anzuordnenden Reihe ermittelt. Es werden die Hitzeschildelemente der zuletzt anzuordnenden Reihe entspre ¬ chend der Soll-Breite der Hitzeschildelemente angefertigt und in der Lücke angeordnet.

Mit dem Verfahren können trotz der erheblichen Toleranzwerte in den Abmessungen der Bauteile die Dehnungsspalten auf eine Sollwert-Breite minimiert werden. Um die Hitzeschildelemente der zuletzt anzuordnenden Reihe auf eine Soll-Breite anzupassen, kann beispielsweise ein Hit ¬ zeschildelement mit Überlänge auf eine entsprechende Länge gekürzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Längentoleranzen der einzelnen Brennkammerbauteile zu kompensieren. Dadurch können die benötigten Dehnungsspalten zwischen den Reihen in der Brennkammer auf ein Minimum reduziert werden, wodurch die Größe der freiliegenden Tragstruk- tur effektiv verringert und so vor dem Heißgas abgeschirmt wird .

Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Breite der für die zuletzt anzuordnende Reihe belassene Lücke bestimmt wird, indem die Lücke provisorisch mit Hitzeschildelementen vermessener Breite ausgekleidet wird und die Breite mindes ¬ tens einer an die provisorisch angeordnete Reihe angrenzenden Dehnungsspalte während des Betriebs der Brennkammer bestimmt wird .

Dies ermöglicht es, für die Sollwert-Breite der Dehnungsspal ¬ ten einen verringerten Wert auf das im Betrieb der Maschine benötigte Maß anzusetzen. Um bei einer Gasturbine mit mindestens einer Brennkammer eine Beschädigung von Bauteilen durch Heißgaseinzug besonders effektiv zu vermeiden, können zur Minimierung der Dehnspalten die Hitzeschildelemente mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 oder 16 an der Tragstruktur angeordnet werden und in einer besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich oder alternativ das Hitzeschild nach einem der Ansprüche 7 bis 11 ausgebildet sein, um einen Heiß ¬ gaseinzug in die Dehnungsspalten effektiv zu reduzieren. 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.l schematisch einen Längsschnitt durch eine Gasturbi- en nach dem Stand der Technik, schematisch ein Hitzeschildelement gemäß einem ers ¬ ten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt, schematisch einen Ausschnitt einer Brennkammer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt, und eine Vergrößerung des in Figur 2 umkreisten Abschnitts der Brennkammer im Bereich des F-Ringes am Brennkammerkopfende .

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 Ro- tor 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 mindestens einer Brennkammern 10, eine Turbine 14 und ein Abgasgehäuse 15. Die Brennkammern 10 umfassen jeweils eine Brenneranordnung 11 und ein Gehäuse 12, welches zum Schutz vor Heißgasen mit einem Hitzeschild 20 ausgekleidet ist. Bei der Brennkammer 10 kann es sich beispielsweise um eine Ringbrennkammer oder eine Rohrbrennkammer oder eine Silobrennkammer handeln.

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 3 angebracht sind. An dem Rotor 3 ange ¬ koppelt ist beispielsweise ein Generator (nicht dargestellt) . Während des Betriebes der Gasturbine wird vom Verdichter 8 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 schematisch ein Hitzeschildelement 22 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem

Längsschnitt .

Das Hitzeschildelement 22 ist an einer von einem Hitzeschild umfassten Tragstruktur 24 befestigbar. Beispielsweise mittels Halteelementen (nicht dargestellt) , die in entsprechende Ein ¬ griffseinrichtungen (nicht dargestellt) am Hitzeschildelement 22 eingreifen. Das Hitzeschildelement 22 weist eine mit

Heißgas beaufschlagbare Heißseite 26 und eine der Heißseite gegenüberliegende Kaltseite 28 auf. Das Hitzeschildelement 22 ist mit der Kaltseite 28 zur Tragstruktur 24 weisend an der Tragstruktur 24 befestigbar. Das Hitzeschildelement 22 um- fasst auch vier Umfangsseiten, von denen zwei gegenüberliegende Umfangsseiten 30a, 30b in der Ansicht zu erkennen sind. Die Umfangsseiten verbinden die Kaltseite mit der Heißseite. Erfindungsgemäß weist das Hitzeschildelement 22 eine

Spoilerform auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das gesamte Hitzeschildelement bis auf einen die Heißsei- te über die Grundfläche der Kalteseite 28 hinaus verlängern ¬ den Vorsprung 38 als ansteigender Bereich ausgebildet, so dass die Höhe des Hitzeschildelementes in einer

Anstiegsrichtung 32 über die gesamte Länge der Kaltseite 28 ansteigt. Das Hitzeschildelement 22 ist somit im Wesentlichen spoilerförmig ausgebildet. Die Höhe 34 des Hitzeschildelementes ist im Bereich der mindestens einen Umfangsseite 30b, auf welche die Anstiegsrichtung 32 weist, größer als die Höhe 36 des Hitzeschildelementes im Bereich der mindestens einen Um ¬ fangsseite 30a in der Gegenrichtung.

Die Anstiegsrichtung 32 weist senkrecht auf die Umfangsseite 30b. Der ansteigende Bereich erstreckt sich somit in der Anstiegsrichtung 32 bis zu dem Vorsprung 38, wobei der ansteigende Bereich in der Gegenrichtung von der Umfangsseite 30a begrenzt wird.

Die Umfangsseite 30b, auf welche die Anstiegsrichtung 32 weist, umfasst einen sich über die Breite der Umfangsseite 30b erstreckenden Vorsprung 38. Der Vorsprung 38 weist eine von der Heißseite umfasste Oberseite 40 und einer gegenüber ¬ liegenden Unterseite 42 auf. Das Hitzeschildelement 22 be ¬ steht bevorzugt aus einem keramischen Material. Die Höhe des Hitzeschildelementes steigt über die gesamte Breite (die Breite verläuft hier senkrecht zur Zeichenebene) des Hitze- schildelementes in der Anstiegsrichtung 32 im Wesentlichen über die gesamte Länge der Kaltseite stetig und linear an, wobei im Übergang zu der Oberseite des Vorsprungs der Anstieg stetig in den horizontalen Verlauf der Oberseite des Vor ¬ sprungs übergeht.

Die Figur 3 zeigt stark schematisch vereinfacht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Brennkammer 46 im Längsschnitt. Die Brennkammer 46 umfasst eine Brennkammerwand 48, die einen die Brennkammer durchströmenden Heißgaspfad 50 begrenzt und an ihrem stromab gelegenen Ende einen nicht näher dargestellten Brennkammerausgang 52 aufweist, welcher an einem Turbineneintritt der Gasturbine anordnenbar ist. An ihrem stromauf gelegenen Ende umfasst die Brennkammer ein Brennkammerkopfende 54, wobei das Brennkammerkopfende 54 eine Bren ¬ neranordnung (nicht dargestellt) umfasst. Die Brennkammer 46 ist zum Schutz vor Heißgasen mit einem Hitzeschild 56 ausgekleidet. Das Hitzeschild 56 umfasst eine Tragstruktur 58 und einer Anzahl an Hitzeschildelementen 60, 73 auf, welche im

Wesentlichen flächendeckend unter Belassung von Dehnungsspalten 61 an der Tragstruktur 58 befestigt sind.

Die Brennkammerwand 48 umfasst an ihrem stromauf gelegenen Ende eine umlaufende Komponente 62, wobei dieser Bereich der Brennkammer in der Figur 4 vergrößert dargestellt ist. Wie in der Figur 4 zu erkennen ist, sind in die umlaufende Komponente 62 zwei ringförmige Nuten 64, 66 eingebracht. In der Nut 64 ist ein das Brennkammerkopfende 54 nach innen begrenzender Flammboden 68 befestigt. Der Hitzeschild grenzt mit einer um ¬ laufenden, keramischen Abschlussreihe 71 an den die Nut 64 nach einer Seite begrenzenden Steg 70 unter Belassung einer Dehnungsspalte 61 an. Die Hitzeschildelemente der Abschluss ¬ reihe 71 sind erfindungsgemäß ausgebildet, wobei die

Anstiegsrichtung der spoilerförmig ausgebildeten Hitzeschildelemente auf den Steg 70 weist und die dem Steg 70 zugewand ¬ ten Stirnseite 74 der Abschlussreihe 71 höher ist als der an ¬ grenzende Bereich des Steges 70. Die dem Steg zugewandte Umfangsseite der Hitzeschildelemente 73 weist einen Vorsprung 38 auf, wobei der Vorsprung 38 über den Bereich des Steges 70 ragt, welcher zwischen Flammboden 68 und Abschlussreihe 71 verläuft. Um die Brennkammerwand 48 zusätzlich vor Heißgasen zu schüt ¬ zen, können die Hitzeschildelemente des Hitzeschilds 56 mit ¬ tels des Verfahrens nach Anspruch 15 oder 16 verlegt werden. Beispielsweise kann die Reihe 76 als eine zuletzt anzuordnen ¬ de Reihe verwendet werden.