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Multifunktionale Befestigung keramischer Hitzeschilde fuer Anwendungen in Brennkammern stationaer betriebener Gasturbinen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000011876D
Original Publication Date: 2003-Apr-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Apr-25
Document File: 1 page(s) / 90K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Waende von modernen Gasturbinenbrennkammern werden mit Hitzeschilden verkleidet, die aus keramischen Materialen hergestellt sind. Wegen ihrer hohen Temperaturbestaendigkeit koennen diese keramischen Hitzeschilde (Ceramic Heat Shield, CHS) thermischen und mechanischen Belastungen in einer Brennkammer standhalten. Mit der Zeit fuehren die hohen Belastungen trotzdem zur Bildung von Rissen. Zur Reduzierung der Spannungen werden keramische Dichtungen zwischen den CHS eingesetzt. Die Dichtungen schuetzen metallische Steinhalter und verhindern den Heissgaseinzug. Dadurch laesst sich die erforderliche Kuehlluft vermindern und mit ihr auch die Verbrennungstemperatur, so dass die Belastung der Hitzeschilde sinkt. Bisher werden die keramischen Dichtungen nur in Umfangsrichtung zwischen den CHS eingesetzt. In axialer Richtung konnten sie nicht verwendet werden, da noch keine Befestigungsmoeglichkeit vorhanden war. Ausserdem existiert in axialer Richtung keine Fixierung der CHS. Infolgedessen ist eine Verschiebung der CHS gegeneinander moeglich, die zu einer Veraenderung der Axial- und der Umfangspalte fuehrt. Bei der Montage der CHS ist eine individuelle Nacharbeit erforderlich, da die Axialposition nicht genau definiert ist und Mindestspaltmasse zur ungehinderten Waermeausdehnung einzuhalten sind. Gegenstand der Erfindung ist eine Klammerkonstruktion (Abb. 1), die sowohl eine Fixierung in axialer Richtung sicherstellt, als auch die Moeglichkeit zum Einsatz einer axialen keramischen Dichtung bietet. Zusaetzlich ist ein Schutz gegen das Herausfallen des Hitzeschildes im Falle eines durchgehenden axialen Risses gewaehrleistet. Die Klammer wird aus einem hochtemperaturbestaendigen Werkstoff (z.B. Nimonic 90) gefertigt und in die Nut zwischen den CHS platziert (Abb. 2). Die Nuten in der Nabe und in der Aussenschale muessen zusaetzlich eingestochen werden. Pro CHS werden vier Klammern gebraucht. Um die Klammer einbauen zu koennen, ist eine Modifikation an den CHS erforderlich, so dass fuer eine Serienanfertigung eine Aenderung der Pressformen erfolgen muss. Bei der Montage wird die Klammer zunaechst durch Vorspannung in der Nut gehalten, dann werden die keramischen Dichtungen in die Klammer eingelegt und zusammen mit ihr eingebaut. Die Demontage erfolgt mit Hilfe einer Spezialanlage, welche die Halter der Klammer zusammendrueckt.

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S

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Multifunktionale Befestigung keramischer Hitzeschilde fuer Anwendungen in Brennkammern stationaer betriebener Gasturbinen

Idea: Marc Tertilt, DE-Muelheim; Andreas Heilos, DE-Muelheim; Holger Grote, DE-Muelheim; Olga Deiss, DE-Muelheim

Die Waende von modernen Gasturbinenbrennkammern werden mit Hitzeschilden verkleidet, die aus keramischen Materialen hergestellt sind. Wegen ihrer hohen Temperaturbestaendigkeit koennen diese keramischen Hitzeschilde (Ceramic Heat Shield, CHS) thermischen und mechanischen Belastungen in einer Brennkammer standhalten. Mit der Zeit fuehren die hohen Belastungen trotzdem zur Bildung von Rissen. Zur Reduzierung der Spannungen werden keramische Dichtungen zwischen den CHS eingesetzt. Die Dichtungen schuetzen metallische Steinhalter und verhindern den Heissgaseinzug. Dadurch laesst sich die erforderliche Kuehlluft vermindern und mit ihr auch die Verbrennungstemperatur, so dass die Belastung der Hitzeschilde sinkt.

Bisher werden die keramischen Dichtungen nur in Umfangsrichtung zwischen den CHS eingesetzt. In axialer Richtung konnten sie nicht verwendet werden, da noch keine Befestigungsmoeglichkeit vorhanden war. Ausserdem existiert in axialer Richtung keine Fixierung der CHS. Infolgedessen ist eine Verschiebung der CHS gegeneinander moeglich, die zu einer Veraenderung der Axial- und der Umfangspalte fuehrt. Bei der Montage der CHS ist eine individuelle Nacharbeit erforderlich, da die Axialposition nicht genau definiert ist und Mindestspaltmasse zur ungehinderten Waermeausdehnung einzuhalten sind.

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