EP1533574A1

EP1533574A1 - Gasturbinenbrennkammer mit Verkleidungselementen und Verfahren zum Anbringen und/oder Entfernen dieser Verkleidungselemente

Info

Publication number: EP1533574A1
Application number: EP03026911A
Authority: EP
Inventors: Peter Tiemann
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2005-05-25

Abstract

Eine Gasturbinenbrennkammer (1) weist ein mit einem Gehäuseteil (3) und einem Verkleidungselement (5) auf, das mittels einer lösbaren Befestigung (9) an der einem Brennraum (7) zugewandten Innenseite (11) des Gehäuseteils (3) angebracht ist. Das Verkleidungselement (5) weist im angebrachten Zustand eine vom Brennraum (7) abgewandte Rückseite (15) auf, die einen Abstand (19) von der dem Brennraum (7) zugewandten Innenseite (11) des Gehäuseteils (3) aufweist. Im angebrachten Zustand hält die Befestigung (9) das Verkleidungselement (5) am Gehäuseteil (3). Das Verkleidungselement (5) ist hinter der Rückseite (15) des Verkleidungselements (5), an der Innenseite (11) des Gehäuseteils, vom Brennraum (7) aus lösbar befestigt. Trotz des vom Brennraum (7) aus lösbar befestigten Verkleidungsteils (5) ist bei diesem Konzept ein LCF-Problem bei der vorliegenden Gasturbinenbrennkammer (1) vermieden, da die Befestigung (9) vom Brennraum (7) isoliert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine und eine Gasturbinenbrennkammer mit einem Gehäuseteil und einem Verkleidungselement, das mittels einer lösbaren Befestigung an der einem Brennraum zugewandten Innenseite des Gehäuseteils angebracht ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verkleidungselement für eine Gasturbinenbrennkammer sowie ein Klemmelement für eine Befestigungskombination zum Halten eines Verkleidungselements in einer Gasturbinenbrennkammer. Des Weiteren führt die Erfindung auf ein Verfahren zum Anbringen und/oder Entfernen eines Verkleidungselements einer Gasturbinenbrennkammer, mit einem Gehäuseteil, wobei das Verkleidungselement mittels einer lösbaren Befestigung an einer einem Brennraum zugewandten Innenseite des Gehäuseteils lösbar angebracht wird.

Der Brennraum einer Gasturbinenbrennkammer einer Gasturbine ist üblicherweise mit einer Verkleidung versehen, welche die Gehäuseteile der Gasturbine vor den im Brennraum herrschenden Brennkammerbedingungen d. h. insbesondere hohen Temperaturen und Drücken sowie den oxidierenden Wirkungen des Heißgases, schützt und isoliert. Dabei ist insbesondere der Bereich des Gehäuses, der die Befestigung aufweist, insbesondere die Befestigung selbst, zu schützen. Insbesondere schützt die Verkleidung die Gehäuseteile auch vor einer mit der Zeit fortschreitenden Materialermüdung, die umso höher ist, je häufiger und größer Temperatur- und Druckschwankungen im Brennraum sind. Dieses Problem der Materialbelastung wird auch mit dem Begriff "Low Cycle-Fatigue" (LCF-Problem) benannt.

Die Verkleidung ist üblicherweise aus einer Reihe von die Gasturbinenbrennkammer umfänglich auskleidenden Verkleidungselementen gebildet. Ein Verkleidungselement kann vollständig aus Keramik, Metall oder auch in Form einer Metalltafel mit einer Keramikbeschichtung gebildet sein. Ein solches Verbindungselement stellt insbesondere einen Hitzeschild dar.

Infolge einer Abnutzung oder einer Beschädigung der Verkleidung wird es regelmäßig notwendig, ein Verkleidungselement der Verkleidung auszuwechseln, d.h. ein altes Verkleidungselement aus der Verkleidung zu entfernen und ein neues Verkleidungselement in die Verkleidung einzufügen.

Eine erste bekannte Art, ein Verkleidungselement, insbesondere einen Hitzeschild, an einem Gehäuseteil einer Gasturbinenbrennkammer anzubringen besteht darin, das Verkleidungselement von einer Außenseite des Gehäuseteils aus, durch eine Wandung des Gehäuseteils hindurch, an einer der Gehäusewandung zugewandten Außenseite des Verkleidungselements, mittels einer lösbaren Befestigung zu halten. Unter einem Gehäuseteil ist üblicherweise ein Innengehäuse einer Gasturbinenbrennkammer zu verstehen, dass wiederum von einem Außengehäuse umgeben sein kann. Der Gehäuseteil wird auch als Struktur bezeichnet. Diese erste Art der Halterung eines Verkleidungselements hat den Vorteil, dass die ein Verkleidungselement haltende Befestigung selbst den Brennkammerbedingungen des Brennraums nicht ausgesetzt ist und sich deshalb ein oben dargestelltes LCF-Problem bei einer solchen Halterung gering ist. Diese erste Art der Halterung eines Verkleidungselements einer Gasturbinenbrennkammer hat jedoch den Nachteil, dass ein Auswechseln des Verkleidungselements sehr aufwendig ist, da die Befestigung, z.B. ein Gewinde mit Überwurfmutter, von der Außenseite des Gehäuseteils aus, unter Entfernung des Außengehäuses vorgenommen werden muss. Dies ist ein Problem, das möglichst vermieden werden sollte.

Eine weitere, zweite bekannte Art der Halterung eines Verkleidungselements einer Gasturbinenbrennkammer sieht zur Lösung dieses Problems vor, ein Verkleidungselement mit einer brennraumseitig am Gehäuseteil angebrachten Pratze d.h. eines einseitigen Hakens, zu halten, wobei an der Pratze eine Schraube vorgesehen ist, mit der ein erstes Verkleidungselement von der Gasturbinenbrennkammer her verschraubt werden kann. Diese zweite Art der Befestigung eines Verkleidungselements erlaubt zwar die Austauschbarkeit eines Verkleidungselements von der Seite der Gasturbinenbrennkammer her, da die Schraube in der brennraumseitigen Pratze vom Brennraum her zugänglich ist, allerdings ist diese zweite Art der Befestigung, insbesondere die Schraube, direkt den Brennkammerbedingungen des Brennraums ausgesetzt, insbesondere den hohen Temperaturen und Temperaturschwankungen in der Gasturbinenbrennkammer. Auch wenn die genannte Schraube dabei durch einen brennraumseitigen, abnehmbaren Stopfen teilweise geschützt werden kann, so wurde dennoch festgestellt, dass die zweite Art der Befestigung eine besonders hohe Materialermüdung, der Befestigung und des gesamten Befestigungsbereichs, insbesondere infolge der aggressiven und stark schwankenden Brennkammerbedingungen im Sinne des oben dargestellten LCF-Problems, zeigt.

Wünschenswert wäre eine Art der Befestigung eines Verkleidungselements, das zum einen die Austauschbarkeit eines Verkleidungselements vom Brennraum einer Gasturbinenbrennkammer aus ermöglicht und darüber hinaus dennoch möglichst unanfällig gegenüber einem LCF-Problem ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Gasturbine und eine Gasturbinenbrennkammer, ein Verkleidungselement und eine Befestigung für ein Verkleidungselement sowie ein Verfahren zum Anbringen und/oder Entfernen eines Verkleidungselement einer Gasturbinenbrennkammer anzugeben, das die Austauschbarkeit des Verkleidungselements vom Brennraum einer Gasturbinenbrennkammer her ermöglicht und LCF-Probleme hinsichtlich des Befestigungsbereichs möglichst gering hält.

Betreffend die Gasturbinenbrennkammer wird die Aufgabe durch eine Gasturbinenbrennkammer der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß

das Verkleidungselement im angebrachten Zustand eine vom Brennraum abgewandte Rückseite aufweist, die einen Abstand von der dem Brennraum zugewandten Innenseite des Gehäuseteils aufweist, wobei
die Befestigung im angebrachten Zustand das Verkleidungselement am Gehäuseteil hält, und hinter der Rückseite des Verkleidungselements, an der Innenseite des Gehäuseteils, vom Brennraum aus lösbar befestigt ist.

Im Unterschied zu der oben genannten zweiten Art der üblichen Befestigung ist bei dem hier vorgeschlagenen Konzept die Befestigung hinter der Rückseite des Verkleidungselements an der Innenseite des Gehäuseteils vom Brennraum befestigt. Der Befestigungsbereich, d.h. insbesondere die Befestigung, ist also im angebrachten Zustand durch die dem Brennraum zugewandte Vorderseite des Verkleidungselement geschützt und somit nicht direkt den aggressiven Brennraumbedingungen ausgesetzt. Diese würden nämlich, wie bei der oben vorgestellten zweiten Art der üblichen Befestigung der Fall, zu einer schnellen Materialermüdung im Befestigungsbereich und damit zu einer hohen Ausfallrate bei der Brennkammerverkleidung führen. Mit dem hier vorgeschlagenen Konzept erweist sich die Verkleidung als besonders unanfällig gegenüber den aggressiven Brennkammerbedingungen.

Darüber hinaus weist das Verkleidungselement im angebrachten Zustand eine vom Brennraum abgewandte Rückseite auf, die einen Abstand von der dem Brennraum zugewandten Innenseite des Gehäuseteils aufweist. D.h. im angebrachten Zustand eines Verkleidungselements ist zwischen der Verkleidung und dem Gehäuseteil praktisch ein Hohlraumsystem gebildet, das für eine Luftkühlung der Verkleidung und des Gehäuses genutzt werden kann. Eine solche Kühlung führt zu einer Nivellierung der ansonsten teilweise stark schwankenden Brennkammerbedingungen gegenüber dem Hohlraumsystem und damit zu einer weitgehenden Vermeidung von starken Schwankungen bei Temperatur- Druck- und sonstigen Umgebungsbedingungen für die im Hohlraumsystem angeordneten Befestigungen der Verkleidungselemente. Der über den oben genannten Abstand zwischen Verkleidungselement und Gehäuseteil zur Verfügung gestellte Hohlraum ist also nicht nur vor den Brennkammerbedingungen durch die Verkleidung geschützt, sondern darüber hinaus kann dieser gekühlt werden, was zu einer wesentlichen Verlängerung der Materiallebensdauer im Befestigungsbereich führt. Dies hat eine maßgebliche Verringerung des LCF-Problems im Rahmen des hier vorgelegten Konzepts zur Folge.

Schließlich ist über eine entsprechende Ausgestaltung des Verkleidungselements gemäß dem vorgelegten Konzept ein Auswechseln eines Verkleidungselements von der Seite des Brennraums einer Gasturbinenbrennkammer her möglich. Die Probleme hinsichtlich der oben genannten ersten Art eines üblichen Verkleidungselements, bei dem ein Außengehäuse zum Auswechseln des Verkleidungselements abgenommen werden muss, sind bei dem hier vorgelegten Konzept beseitigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das Verkleidungselement oder die Befestigung oder das Gehäuseteil einer hier erläuterten Gasturbine und Gasturbinenbrennkammer so auszugestalten, dass ein Verkleidungselement besonders einfach vom Brennraum her ausgewechselt werden kann und zum anderen ein LCF-Problem oder sonstige Materialermüdung im Befestigungsbereich möglichst beseitigt wird.

Prinzipiell könnte ein Verkleidungselement bei einer Gasturbinenbrennkammer obiger Art ausgewechselt werden, indem über irgendeine Öffnung im Verkleidungselement auf die hinter der Rückseite des Verkleidungselements an der Innenseite des Gehäuseteils befestigte Befestigung zugegriffen wird. Gemäß einer besonderes vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verkleidungselement eine mit der Befestigung ausgerichtete zu öffnende und verschließbare Öffnung, insbesondere in der brennraumseitigen Wand des Verkleidungselements, auf. Die genannte Öffnung könnte durch einen Pfropfen, insbesondere durch einen einschraubbaren Pfropfen, verschlossen werden. Im geöffneten Zustand gibt die Öffnung vom Brennraum her, über den Abstand zwischen Verkleidungselement und Gehäuseteil hinweg, einen direkten Weg zur Befestigung frei, so dass die Befestigung vom Brennraum her gelöst oder angebracht werden kann.

Bevorzugt ist das Verkleidungselement über die Befestigung und über einen hinter der Rückseite des Verkleidungselements gebildeten Anschlag des Verkleidungselements gegen die Innenseite des Gehäuseteils halten. Grundsätzlich kann das Verkleidungselement dazu eine beliebig profilierte Form aufweisen, solange die Rückseite des Verkleidungselements von der dem Brennraum zugewandten Innenseite des Gehäuseteils beabstandet ist und ein Anschlag hinter der Rückseite des Verkleidungselements gebildet ist. Der Anschlag könnte auch direkt an der Rückseite angebracht sein. In jedem Fall ist auf diese Weise ein Befestigungsbereich, also insbesondere die Befestigung selbst und der Anschlag, vor den Brennkammerbedingungen und damit auch vor einer frühzeitigen Materialermüdung geschützt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Anschlag in Form einer Hinterschneidung, insbesondere als Hinterschneidung zu einer brennkammerseitigen Wand des Verkleidungselements, gebildet ist. Als ganz besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, dass das Verkleidungselement in Form eines U-förmigen Hohlprofils mit einer dem Brennraum zugewandten Basis und mit Schenkel unterschiedlicher Länge gebildet ist, wobei an jedem der Schenkel der Anschlag des Verkleidungselements in Form eines Balkons gebildet ist. Die Basis bildet eine brennraumseitige Wand, die Schenkel seitliche Wände. Diese Form eines Verkleidungselements ermöglicht es Verkleidungselemente zu einer vollständigen Verkleidung der Gasturbinenbrennkammer aneinander zu setzen. Dabei liegen die Schenkel nebeneinander liegender Verkleidungselemente nebeneinander. Vorzugsweise liegen die Anschläge nebeneinander liegender Verkleidungselemente aufeinander. Dadurch ist das Gehäuseteil durch die isolierende Wirkung des über den Abstand hinter der Rückseite des Gehäuseteils gebildeten Hohlraums vor den Brennkammerbedingungen geschützt.

Ein Anschlag kann im Prinzip über eine beliebige Befestigung an einem Gehäuseteil gehalten werden. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die Befestigung in Form einer Befestigungskombination gebildet ist. Die Befestigungskombination weist ein vom Brennraum aus lösbares Befestigungselement und ein Klemmelement auf. Das Befestigungselement greift von der Seite des Brennraums aus in das Gehäuseteil ein. Auf diese Weise wird eine Klemmkraft auf das Klemmelement ausgeübt. Diese Klemmkraft wird durch das Klemmelement das Verkleidungselement, insbesondere auf einen Anschlag des Verkleidungselements, übertragen. Das Befestigungselement könnte beispielsweise in Form einer Schraube gebildet sein und das Klemmelement in Form eines Klemmrings. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die Befestigungskombination durch ein vom Verkleidungselement getrenntes Befestigungselement und Klemmelement gebildet ist.

Besonders vorteilhaft schützt eine Isolierung den gesamten Befestigungsbereich, insbesondere die Befestigung selbst und den Anschlag. Eine Isolierung gemäß dieser Weiterbildung ist bereits dadurch gegeben, dass eine Anzahl von Verkleidungselementen zur Bildung einer Verkleidung der Gasturbinenbrennkammer nebeneinander angeordnet werden. Dabei wird über den Abstand zwischen der vom Brennraum abgewandten Rückseite und der dem Brennraum zugewandten Innenseite des Gehäuseteils ein vom Brennraum isolierter Hohlraum gebildet, der von den aggressiven Brennkammerbedingungen isoliert ist, vorzugsweise zusätzlich gekühlt werden kann, und damit besonders günstige Bedingungen für den im Hohlraum angeordneten Befestigungsbereich schafft. D.h. der Befestigungsbereich, insbesondere die Befestigung und der Anschlag, ist von den aggressiven Brennkammerbedingungen abgetrennt und isoliert, jedenfalls den Brennkammerbedingungen nicht unmittelbar ausgesetzt. Eine weitere Verbesserung der obigen Isolierung gegen die Brennkammerbedingungen kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass eine Dichtung zwischen aneinander liegenden Teilen benachbarter Verkleidungselemente, insbesondere im Bereich der Schenkel oder Anschläge, vorgesehen wird.

Insbesondere im Zusammenhang mit der oben genannten U-förmigen Hohlprofilausbildung eines Verkleidungselements ergibt sich eine besonders zu bevorzugende Weiterbildung einer Gasturbinenbrennkammer, bei der eine Klemmkraft durch eine an einem Klemmelement angebrachte erste Nase auf den Anschlag des Verkleidungselements übertragen wird. Diese Form eines Klemmelements erlaubt es, einen Anschlag an der Innenseite des Gehäuseteils fest gedrückt zu halten, und insbesondere übereinander liegende Anschläge benachbarter U-förmiger Hohlprofile der oben genannte Weiterbildung gegen die Innenseite des Gehäuseteils zu halten.

Bevorzugt ist das oben genannte Klemmelement ringförmig ausgebildet, wobei sich die erste Nase von einer oberen Deckseite des Klemmelements über einen ringförmigen Umfang des Klemmelements radial hinaus erstreckt, so dass eine untere Seite der ersten Nase an einer Oberseite des Anschlags anliegt. Dabei kann eine mittlere Ringöffnung des Klemmelements ein Befestigungselement, beispielsweise eine Schraube, aufnehmen. Vorteilhaft ist ein innen liegender, umlaufender Balkon vorgesehen, der als Anschlag für das Befestigungselement, beispielsweise den Schraubenkopf, dient. Zur Aufnahme eines solchen ringförmig ausgebildeten Klemmelements ist vorteilhaft eine entsprechende Ausnehmung, vorliegend eine kreisförmige Ausnehmung, an der Innenseite des Gehäuseteils vorgesehen.

Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Klemmelement verdrehbar ausgebildet, wobei sich eine zweite Nase von einer unteren Deckseite des Klemmelements über den ringförmigen Umfang des Klemmelements radial hinaus erstreckt, so dass eine Seite der zweiten Nase eine Verdrehbegrenzung bewirkt, d.h. die Nase schlägt mit einer ihrer Seiten beim Verdrehen gegen ein anderes Bauteil an. Es hat sich darüber hinaus als besonders vorteilhaft erwiesen, bei dem hier vorgesehenen Klemmelement durch Anordnung oder Ausformung der Nase eine Verdrehbegrenzung genau vorzubestimmen. Das Hin- und wieder Wegdrehen eines ringförmigen Klemmelements der vorliegenden Weiterbildung kann auf diese Weise nämlich beim Ein- und Ausbau eines Verkleidungselements vorbestimmt werden und damit der Ein- und Ausbau erleichtert werden.

Die vorliegende Erfindung führt insbesondere auf eine Gasturbine mit einer Gasturbinenbrennkammer obiger Art.

Des Weiteren führt die Erfindung auf ein Verkleidungselement für eine Gasturbinenbrennkammer, bei dem das Verkleidungselement erfindungsgemäß eine als U-förmiges Hohlprofil ausgebildete Form aufweist, mit einer Basis, wobei die Basis eine verschließbare Öffnung aufweist, und mit Schenkeln unterschiedlicher Länge, wobei an jedem der Schenkel ein Anschlag in Form eines Balkons gebildet ist.

Die Erfindung führt auch auf ein Klemmelement für eine Befestigungskombination zum Halten eines Verkleidungselements in einer Gasturbinenbrennkammer, wobei das Klemmelement erfindungsgemäß eine ringförmige Ausbildung und eine erste Nase aufweist, die sich von einer oberen Deckseite des Klemmelements über einen ringförmigen Umfang des Klemmelements radial hinaus erstreckt, und eine zweite Nase aufweist, die sich von einer unteren Deckseite des Klemmelements über einen ringförmigen Umfang des Klemmelements radial hinaus erstreckt.

Die vorliegende Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Anbringen und/oder Entfernen eines Verkleidungselements einer Gasturbinenbrennkammer der eingangs genannten Art, wobei erfindungsgemäß über eine mit der Befestigung ausgerichtete zu öffnende und zu verschließende Öffnung beim Anbringen folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

Das Verkleidungselement wird mit einer vom Brennraum abgewandten Rückseite in einem Abstand von der dem Brennraum zugewandten Innenseite des Gehäuseteils angebracht.

Die Befestigung wird hinter der Rückseite des Verkleidungselements, an der Innenseite des Gehäuseteils, vom Brennraum aus lösbar befestigt und hält das Verkleidungselement am Gehäuseteil.

Beim Entfernen wird die Befestigung hinter der Rückseite des Verkleidungselements an der Innenseite des Gehäuseteils vom Brennraum aus gelöst und das Verkleidungselement wird vom Gehäuseteil entfernt.

Ein Verkleidungselement kann also auf besonders einfache Weise vom Brennraum her ausgewechselt werden. Die Vorteile einer oben genannten Weiterbildung der Gasturbinenbrennkammer für ein Verkleidungselement oder ein Klemmelement sind auch für das Verfahren nützlich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen in:

FIG 1: eine Schnittzeichnung einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Gasturbinenbrennkammer in der Umgebung eines Befestigungsbereichs für zwei benachbarte besonders bevorzugte Ausführungsformen eines Verkleidungselements, die mit einer Befestigungskombination an einem Gehäuseteil der Gasturbinenbrennkammer angebracht sind;
FIG 2: eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Klemmelements bei der besonders bevorzugten Ausführungsform der Gasturbinenbrennkammer der Fig. 1;
FIG 3: eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Gehäuseteils bei der besonders bevorzugten Ausführungsform der Gasturbinenbrennkammer der Fig. 1.

Die Schnittzeichnung der Figur 1 zeigt einen Teil einer Wandung einer Gasturbinenbrennkammer 1 mit einem Gehäuseteil 3 im Bereich zweier benachbarter Verkleidungselemente 5. Vorliegend ist das Verkleidungselement 5 in Form eines Hitzeschildes ausgeführt. Die Aneinanderreihung einer Vielzahl solcher Hitzeschilde bildet die Innenverkleidung einer einen Brennraum 7 umgebenden Gasturbinenbrennkammer 1. Im Brennraum 7 herrschen beim Betrieb der Gasturbine üblicherweise Temperaturen im Bereich von 1350 °C oder darüber. Des Weiteren können hohe Temperaturschwankungen auftreten, wie z.B. im Falle eines Schnellschlusses der Gasturbine. Das den Brennraum ausfüllende Heizgas greift außerdem, u.a. oxidierend, die Brennraumberandung an. Diese Art von Brennkammerbedingungen im Brennraum 7 sind schädlich für die üblicherweise metallischen Bauteile des Gehäuseteils 3, das deshalb durch die eine Verkleidung bildende Anordnung von Hitzeschilden geschützt ist. Die Figur 1 zeigt zwei als Hitzeschilde ausgeführte Verkleidungselemente 5 im Bereich Ihrer Befestigung an dem Gehäuseteil 3, das auch als Brennkammerstruktur bezeichnet wird. Das Verkleidungselement 5 ist mittels einer lösbaren Befestigung 9 an der dem Brennraum 7 zugewandten Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 angebracht. Das Verkleidungselement 5 weist eine dem Brennraum 7 zugewandte Vorderseite 13 und eine vom Brennraum 7 abgewandte Rückseite 15 auf. Die Vorderseite 13 und die Rückseite 15 sind Teil der dem Brennraum 7 zugewandten Wandung 17 der als Hitzeschild wirkenden Verkleidung 5. Das Verkleidungselement 5 ist vorliegend so ausgeformt, dass die Rückseite 15 einen Abstand 19 von der dem Brennraum 7 zugewandten Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 hat. Das Gehäuseteil 3 ist im vorliegenden Fall ein Innengehäuse einer Gasturbine, das von einem weiteren, hier nicht gezeigten Außengehäuse der Gasturbine umgeben ist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Figur 1 der Gasturbinenbrennkammer 1 ist das Verkleidungselement 5 in Form eines U-förmigen Hohlprofils ausgebildet. Dabei bildet die dem Brennraum 7 zugewandte Wandung 17 des Verkleidungselements 5 die Basis des U-förmigen Hohlprofils. Die Schenkel des U-förmigen Hohlprofils werden über eine erste Seitenwand 21 und eine zweite Seitenwand 23 gebildet. Dabei weist die erste Seitenwand 21 eine geringere Länge auf als die zweite Seitenwand 23 des Verkleidungselements 5. An der ersten Seitenwand 21 ist ein erster Anschlag 25 in Form eines Balkons gebildet. An der zweiten Seitenwand 23 ist ein weiterer Anschlag 27 ebenfalls in Form eines Balkons gebildet. Die beiden gleich ausgebildeten, benachbarten Verkleidungselemente 5 können also vorteilhaft so nebeneinander angeordnet werden, dass die erste Seitenwand 21 und die zweite Seitenwand 23 nebeneinander zu liegen kommen. Der erste Anschlag 25 liegt dabei auf dem zweiten Anschlag 27 auf. Der zwischen der ersten Seitenwand 21 und der zweiten Seitenwand 23 gebildete Spalt 29 dient bei dieser Ausführungsform zum Ausgleich thermischer Längenänderungen eines Verkleidungselements 5. Durch die oben beschriebene Ausbildung des U-förmigen Hohlprofils und die gezeigte Aneinanderreihung der Verkleidungselemente 5 mit aufeinander aufliegendem ersten Anschlag 25 und zweiten Anschlag 27 führt zur Ausbildung eines hinter der Rückseite 15 des Verkleidungselements 5 angeordneten Hohlraums 31. Der Hohlraum 31, der sich über den Abstand 19 erstreckt, kann mit Kühlluft beaufschlagt werden, so dass einerseits die dem Brennraum 7 zugewandte Wandung 17 der als Hitzeschild wirkenden Verkleidung 5 gekühlt ist und zum anderen die dem Brennraum zugewandte Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 von den Brennkammerbedingungen im Brennraum 7 ausreichend isoliert ist. Vorliegend wird die Kühlung der Wandung 17 des Verkleidungselements 5 durch auf der Rückseite 15 des Verkleidungselements 5 angebrachte Kühlrippen 33 unterstützt.

Die Isolierung des Hohlraums 31 von den durch das Heizgas bestimmten Brennkammerbedingungen des Brennraums 7 wird vorliegend durch die nebeneinander angeordneten erste und zweite Seitenwand 21 und 23 erreicht als auch durch die aufeinander aufliegenden Anschläge 25 und 27. Die Isolierung wird darüber hinaus noch verbessert durch eine zwischen dem ersten Anschlag 25 und dem zweiten Anschlag 27 angeordnete Dichtung 35.

Durch den bei der hier vorliegenden Ausführungsform eines Verkleidungselements 5 ausgebildeten Abstand 19, der hier im Wesentlichen durch die Länge einer Seitenwand 21, 23 bestimmt ist, wird also auf vorteilhafte Weise eine Isolierung des Gehäuseteils 3 zum Verkleidungselement 5 verbessert und zum anderen ein Hohlraum 31 zur Verfügung gestellt, der die Isolierung unterstützt und darüber hinaus gekühlt werden kann.

Auf diese Weise ist der Befestigungsbereich 37, in dem das Verkleidungselement 5 durch die Befestigung 9 am Gehäuseteil 3 angebracht ist, nicht nur von der Heißgasseite des Brennraums 7 vorteilhaft isoliert, sondern darüber hinaus auch gekühlt. Dies Maßnahmen führen dazu, dass die Brennkammerbedingungen des Brennraums 7, insbesondere die hohen Temperaturen und die Temperaturschwankungen vom Befestigungsbereich 37 ferngehalten werden und in ihrem Ausmaß nivelliert sind. Die Materialermüdung im Befestigungsbereich 37 aufgrund des Low-Cycle-Fatigue (LCF-Problem) ist auf diese Weise vorteilhaft reduziert.

Darüber hinaus ist der Verkleidungselement 5 aber dennoch vom Brennraum 7 aus lösbar am Gehäuseteil 3 befestigt. Das Verkleidungselement 5 weist nämlich eine mit der Befestigung 9 ausgerichtete Öffnung 39 auf. Die Ausrichtung wird vorliegend dadurch erreicht, dass die Öffnung 39 und die Befestigung 9 auf einer Achse 41 angeordnet sind. Die Öffnung 39 ist für den Betriebszustand durch einen Pfropfen 43 verschlossen, der vorliegend in Form einer Imbusschraube ausgebildet ist. Zum Öffnen der Öffnung 39 wird der Pfropfen 43 entfernt, zum Verschließen der Öffnung 39 wird der Pfropfen 43 eingeschraubt.

Zum Anbringen des Verkleidungselements 5 wird die Befestigung 9 hinter der Rückseite 15 des Verkleidungselements 5, an der Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 vom Brennraum 7, durch die Öffnung 39 hindurch lösbar befestigt, so dass das als Hitzeschild wirkende Verkleidungselement 5 am Gehäuseteil 3 gehalten ist.

Zum Entfernen wird die Befestigung 9 hinter der Rückseite 15 des Verkleidungselements 5 an der Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 vom Brennraum 7 durch die Öffnung 39 gelöst und das Verkleidungselement 5 vom Gehäuseteil 11 entfernt.

Auf diese Weise lässt sich die gesamte als Hitzeschild wirkende Verkleidung vom Brennraum aus lösen und aufgrund der oben erläuterten Ausbildung des Verkleidungselements 5 ist dennoch ein LCF-Problem weitgehend bei dieser Ausführungsform einer Gasturbinenbrennkammer 1 beseitigt.

Bei der hier gezeigten Ausführungsform einer Gasturbinenbrennkammer 1 ist die Befestigung 9 in Form einer Befestigungskombination mit einem Befestigungselement 45, in Form einer Schraube, und einem Klemmelement 47, in Form eines Klemmrings ausgebildet. Das Befestigungselement 45 wird durch das Klemmelement 47 hindurch über ein Gewinde 49 in das Gehäuseteil 3 eingeschraubt und übt durch eine am Klemmelement 47 angebrachte erste Nase 51 eine Klemmkraft auf das Verkleidungselement 5 aus. Wie in Figur 1 gezeigt, liegt dabei die erste Nase 51 auf dem ersten balkonförmigen Anschlag 25 auf, der wiederum auf dem zweiten balkonförmigen Anschlag 27 aufliegt. Auf diese Weise werden beide Verkleidungselemente 5 gleichzeitig gegen die Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 gehalten und des Weiteren gleichzeitig über die Dichtung 35 gegeneinander gepresst und isolieren auf diese Weise den Hohlraum 31. Außerdem werden die benachbarten Verkleidungselemente 5 relativ zueinander im Abstand des für eine Wärmeausdehnung vorgesehenen Spaltes 29 gehalten.

Die in einer Ausnehmung 53 angebrachte Befestigung 9 ist in Figur 2 genauer gezeigt. Die Ausnehmung 53 ist in Figur 3 genauer gezeigt.

Bei der Befestigung 9 wird das Klemmelement 47 durch eine Feder 55 gegen das Befestigungselement 45 gehalten.

In Figur 2 ist in Teil (a) eine dreidimensionale Ansicht des Befestigungselements 47 gezeigt, in Teil (b) eine Schnittzeichnung des Befestigungselements 47. Das Klemmelement 47 ist vorliegend in Form eines Rings ausgebildet und mit einer Ringöffnung 61 versehen. Diese Ringöffnung 61 ist so ausgebildet, dass sie ein Befestigungselement 45 der Befestigung 9 aufnehmen kann.

Das Klemmelement 47 weist eine erste Nase 51 auf, die sich von einer oberen Deckseite 65 des Klemmelements 47 über einen in Figur 2 angedeuteten, ringförmigen Umfang 67 des Klemmelements 47 radial hinaus erstreckt. Wie in Figur 1 gezeigt, kommt im eingebauten Zustand eine Unterseite 69 der ersten Nase 51 an einer Oberseite des Anschlags 25 eines Verkleidungselements 5 zu liegen und überträgt eine Klemmkraft des Klemmelements 47 auf den Anschlag 25, 27 der benachbarten Verkleidungselemente 5.

Bei dieser Ausführungsform ist das Klemmelement 47 verdrehbar ausgebildet und weist eine zweite Nase 71 auf, die sich von einer unteren Deckseite 73 des Klemmelements 47 über den ringförmigen Umfang 67 des Klemmelements 47 radial hinaus erstreckt, so dass eine Seite 75 der zweiten Nase 71 als Verdrehbegrenzung dient. Dies hat den Vorteil, dass trotz schlechter Erreichbarkeit der ersten Nase 51 beim Ein- und Ausbau ein kontrolliertes Hin- und wieder Wegdrehen der ersten Nase 51 erreicht wird, da dies durch die zweite Nase 71 vorgegeben ist. Beim Einbau wird nämlich die erste Nase 51 durch die in Figur 1 gezeigte Feder 55, die vorliegend als Tellerfeder ausgebildet ist, an das Befestigungselement 45 gedrückt, bis der Anschlag 69 der ersten Nase 51 am ersten Anschlag 25 des Verkleidungselements 5 anliegt. Das im vorliegenden Fall als Schraube ausgebildete Befestigungselement 45 wird darauf hin weitergedreht, gegen die Reibung zwischen federangedrücktem Klemmelement 47 zum Befestigungselement 45. Das Befestigungselement 45 wird so lange weitergedreht, bis das Klemmelement 47 mit seiner Unterseite 73 voll am Gehäuseteil 3, am Boden der Ausnehmung 53, anliegt und damit gesichert ist. Beim Ausbau wird wiederum das Klemmelement 47 an das Befestigungselement 45 gepresst und dreht sich bis die zweite Nase 71 mit einer ihrer Seiten 75 an einer Begrenzung durch das Gehäuseteil 3 anschlägt. Damit ist das Verkleidungselement 5 frei für den Ausbau.

Die Ausnehmung 53 auf der Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 ist genauer in Figur 3 gezeigt. Die Ausnehmung 53 weist eine gefräste Nut 81 und eine gebohrte Vertiefung 83 zur Aufnahme des Befestigungselements 45 auf. Die Nut 81 bildet an einer ersten Oberfläche 85 einen Anschlag für die Unterseite 73 des Klemmelements 47. Die Öffnung 83 nimmt die in Figur gezeigte Feder 55 auf ihrer Oberfläche 87 auf. Der weitere Teil 89 der Vertiefung 83 ist mit einem in Figur 1 gezeigten Gewinde 49 versehen, in das ein entsprechend ausgebildetes Gewinde 49 des Befestigungsmittels 45 eingreift.

Zusammenfassend ist vorliegend eine Gasturbinenbrennkammer 1 mit einem Gehäuseteil 3 und einem Verkleidungselement 5 angegeben worden, das mittels einer lösbaren Befestigung 9 an der einem Brennraum 7 zugewandten Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 angebracht ist. Gemäß dem neuen Konzept weist das Verkleidungselement 5 im angebrachten Zustand eine vom Brennraum 7 abgewandte Rückseite 15 auf, die einen Abstand 19 von der dem Brennraum 7 zugewandten Innenseite 11 des Gehäuseteils 3 aufweist. Im angebrachten Zustand hält die Befestigung 9 das Verkleidungselement 5 am Gehäuseteil 3. Das Verkleidungselement 5 ist hinter der Rückseite 15 des Verkleidungselements 5, an der Innenseite 11 des Gehäuseteils 3, vom Brennraum 7 aus lösbar befestigt. Trotz des vom Brennraum 7 aus lösbar befestigten Verkleidungsteils 5 ist bei diesem Konzept ein LCF-Problem bei der vorliegenden Gasturbinenbrennkammer 1 vermieden, da die Befestigung 9 vom Brennraum 7 isoliert ist.

Claims

Gasturbinenbrennkammer (1) mit einem Gehäuseteil (3) und einem Verkleidungselement (5), das mittels einer lösbaren Befestigung (9) an der einem Brennraum (7) zugewandten Innenseite (11) des Gehäuseteils (3) angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, dass

das Verkleidungselement (5) im angebrachten Zustand eine vom Brennraum (7) abgewandte Rückseite (15) aufweist, die einen Abstand (19) von der dem Brennraum (7) zugewandten Innenseite (11) des Gehäuseteils (3) aufweist, wobei

die Befestigung (9) im angebrachten Zustand das Verkleidungselement (5) am Gehäuseteil (3) hält, und hinter der Rückseite (15) des Verkleidungselements (5), an der Innenseite (11) des Gehäuseteils (3), vom Brennraum (7) aus lösbar befestigt ist.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verkleidungselement (5) eine mit der Befestigung (9) ausgerichtete, zu öffnende und zu verschließende Öffnung (39) aufweist.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verkleidungselement (5) über die Befestigung (9) und einen hinter der Rückseite (15) des Verkleidungselements (5) gebildeten Anschlag (25, 27) des Verkleidungselements (5) gegen die Innenseite (11) des Gehäuseteils (3) gehalten ist.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anschlag (25, 27) in Form einer Hinterscheidung gebildet ist.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 3 oder 4
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verkleidungselement (5) in Form eines U-förmigen Hohlprofils mit einer dem Brennraum (7) zugewandten Basis und mit Schenkeln unterschiedlicher Länge gebildet ist, wobei an jedem der Schenkel der Anschlag (25, 27) des Verkleidungselements (5) in Form eines Balkons gebildet ist.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5
dadurch gekennzeichnet, dass
die Befestigung (9) in Form einer Befestigungskombination gebildet ist, die ein vom Brennraum (7) aus lösbares Befestigungselement (45)und ein Klemmelement (47) aufweist, wobei das Befestigungselement (45) von der Seite des Brennraums (7) aus in das Gehäuseteil (3) eingreift und eine Klemmkraft auf das Klemmelement (47) ausübt, welche durch das Klemmelement (47) auf das Verkleidungselement (5) übertragen wird.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass
ein die Befestigung (9) umfassender Befestigungsbereich (37) vom Brennraum (7) isoliert ist.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass
eine Klemmkraft durch eine an einem Klemmelement (47) angebrachte erste Nase (51) auf den Anschlag (25, 27) des Verkleidungselements (5) übertragen wird.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klemmelement (47) ringförmig ausgebildet ist und sich die erste Nase (51) von einer oberen Deckseite (65) des Klemmelements (47) über einen ringförmigen Umfang (67) des Klemmelements (47) radial hinaus erstreckt, so dass eine Unterseite (69) der ersten Nase (51) an einer Oberseite des Anschlags (25) anliegt.
Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 8 oder 9
dadurch gekennzeichnet, dass
das Klemmelement (47) verdrehbar ausgebildet ist, wobei sich eine zweite Nase (71) von einer unteren Deckseite (73) des Klemmelements (47) über einen ringförmigen Umfang (67) des Klemmelements (47) radial hinaus erstreckt, so dass eine Seite (75) der zweiten Nase (71) eine Verdrehbegrenzung bewirkt.
Gasturbine mit einer Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verkleidungselement (5) für eine Gasturbinenbrennkammer (1) gekennzeichnet durch
eine als U-förmiges Hohlprofil ausgebildete Form, mit einer Basis, wobei die Basis eine verschließbare Öffnung (39) aufweist, und mit Schenkeln unterschiedlicher Länge, wobei an jedem der Schenkel ein Anschlag (25, 27) in Form eines Balkons gebildet ist.
Klemmelement (47) für eine Befestigungskombination zum Halten eines Verkleidungslements (5) in einer Gasturbinenbrennkammer (1), gekennzeichnet durch
eine ringförmige Ausbildung und eine erste Nase (51), die sich von einer oberen Deckseite (65) des Klemmelements (47) über einen ringförmigen Umfang (67) des Klemmelements (47) radial hinaus erstreckt, und eine zweite Nase (71), die sich von einer unteren Deckseite (73) des Klemmelements (47) über einen ringförmigen Umfang (67) des Klemmelements (47) radial hinaus erstreckt.
Verfahren zum Anbringen und/oder Entfernen eines Verkleidungselements (5) einer Gasturbinenbrennkammer (1), mit einem Gehäuseteil (3), wobei das Verkleidungselement (5) mittels einer lösbaren Befestigung (9) an einer einem Brennraum (7) zugewandten Innenseite (11) des Gehäuseteils (3) lösbar angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass
über eine mit der Befestigung ausgerichtete zu öffnende und zu verschließende Öffnung (39)
beim Anbringen

das Verkleidungselement (5)
mit einer vom Brennraum (7) abgewandten Rückseite (15) in einem Abstand (19) von der dem Brennraum (7) zugewandten Innenseite (11) des Gehäuseteils (3) angebracht wird, wobei

die Befestigung (9)
hinter der Rückseite (15) des Verkleidungselements (5), an der Innenseite (11) des Gehäuseteils (3), vom Brennraum (7) aus lösbar befestigt wird, und das Verkleidungselement (5) am Gehäuseteil (3) hält,

und beim Entfernen

die Befestigung (9)
hinter der Rückseite (15) des Verkleidungselements (5), an der Innenseite (11) des Gehäuseteils (3), vom Brennraum (7) aus gelöst wird, und

das Verkleidungselement (5)
vom Gehäuseteil (3) entfernt wird.