DE10261071A1

DE10261071A1 - Combustion chamber wall element for gas turbine has outer cover plate, porous center layer and inner cover plate interconnected in one piece, and may be interconnected by one or more diffusion welding processes

Info

Publication number: DE10261071A1
Application number: DE2002161071
Authority: DE
Inventors: Michael Ebel; Miklos Dr. Gerendas; Karl Schreiber
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-08

Abstract

The combustion chamber wall element for a gas turbine has an outer cover plate (2) with impingement air recesses (5), a porous center layer (3), and an inner cover plate (4) provided with cooling air outlet holes (6). The outer cover plate, the porous inner layer and the outer cover plate are interconnected in one piece, and may be interconnected by means of one or more diffusion welding processes. The porous center layer is constructed in the form of a wire mesh. The cooling air outlets are in the form of effusion holes or cooling air slots.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennkammerwandelement für eine Gasturbine.The invention relates to a Combustion chamber wall element for a gas turbine.

Moderne Gasturbinenbrennkammern zeichnen sich durch hohe Umweltverträglichkeit, d.h. effiziente Kraftstoffausnutzung und niedrige Schadstoffemissionen, aus. Damit dies erreicht wird und auch in Zukunft noch Verbesserungen erreicht werden können, muss die vom Verdichter bereitgestellte Prozessluft in möglichst großem Umfang dem eigentlichen Verbrennungsprozess zugeführt werden. Luft, die zu Kühlungszwecken benötigt wird, sollte einen geringst möglichen Anteil an der Gesamtluftverteilung der durch den Verdichter gelieferten Prozessluft haben.Draw modern gas turbine combustors is characterized by high environmental compatibility, i.e. efficient use of fuel and low pollutant emissions, out. So that this is achieved and improvements will continue in the future can be achieved The process air provided by the compressor must be in as much as possible great Scope of the actual combustion process. Air used for cooling purposes needed should be the least possible Share in the total air distribution of the air delivered by the compressor Have process air.

Die derzeit effektivste Brennkammerwandkühlung stellt die Prall-Effusions-Kühlung dar; eine Brennkammerwand mit einer Vielzahl von Prallluftlöchern ist mit Brennkammerschindeln aus hochtemperaturfesten Materialien, die ihrerseits mit einer Vielzahl von Effusionsbohrungen versehen sind, ausgekleidet. Um die zur Verfügung stehende Kühlluft möglichst wirksam einzusetzen, ist die Anzahl der Kühllöcher sehr hoch, die Größe der Löcher allerdings entsprechend klein, da die Querschnittsfläche der zur Verfügung stehenden Kühllochfläche durch die benötigte Verbrennungsluft festgeschrieben ist. Die Kühlluft tritt durch die Prallluftlöcher in den durch die Schindel umschlossenen Hohlraum ein und trifft, der Schindel Wärme entziehend, auf die Rückseite der Schindel. Von dort wird die Kühlluft weiter durch die Effusionslöcher in die Brennkammer geleitet. Die unter einem relativ flachen Winkel austretende Kühlluft legt sich als Film auf die heiße Seite der Schindel und hält die heißen Verbrennungsgase von der Schindeloberfläche fern.The currently most effective combustion chamber wall cooling provides the impact effusion cooling group; is a combustion chamber wall with a plurality of impingement air holes with combustion chamber shingles made of high temperature resistant materials are in turn provided with a large number of effusion holes, lined. To the available standing cooling air preferably effective use, the number of cooling holes is very high, but the size of the holes accordingly small, since the cross-sectional area of the available Cooling hole area through the needed Combustion air is committed. The cooling air enters through the baffle holes enters and hits the cavity enclosed by the shingle, the shingle Extracting heat, to the back the clapboard. From there, the cooling air continues through the effusion holes in directed the combustion chamber. The at a relatively flat angle emerging cooling air sets itself as a film on the hot Side of the clapboard and holds they are called Combustion gases away from the shingle surface.

Eine andere Möglichkeit, Brennkammerwände herzustellen, besteht in der Verwendung von porösen Materialien. Ein schon länger bekanntes Material, das eine ähnliche Arbeitsweise der Kühlung benutzt, ist TRANSPLY, ein aus mindestens zwei Schichten bestehendes Material. In beiden Blechen befinden sich senkrechte Bohrungen für den Ein- und Austritt der Kühlluft, die durch feine eingearbeitete Kanäle die Ein- und Austrittsöffnungen miteinander verbinden. Die Bleche werden durch einen Lötprozess miteinander verbunden, sodass dieses mehrschichtige Material als ein homogenes aber luftdurchlässiges (transpirierendes) Blech betrachtet werden kann. Ein ähnliches Material ist LAMILLOY. Der innere Aufbau ist ähnlich dem von TRANSPLY. In beiden Fällen tritt die Kühlluft senkrecht zur Oberfläche in die Brennkammer ein, eine Kühlfilmbildung wird entsprechend schlecht unterstützt.Another way to make combustion chamber walls consists in the use of porous materials. One already longer known material that is similar How cooling works used is TRANSPLY, which consists of at least two layers Material. There are vertical holes in both sheets for the and outlet of the cooling air, the inlet and outlet openings through finely integrated channels connect with each other. The sheets are made through a soldering process bonded together so that this multi-layer material as a homogeneous but breathable (perspiring) sheet can be viewed. A similar Material is LAMILLOY. The internal structure is similar to that of TRANSPLY. In both make the cooling air enters perpendicular to the surface into the combustion chamber, a cooling film is formed accordingly poorly supported.

Bei einer mit Prall-Effusionsschindeln ausgeführten Brennkammerkonstruktion sind erhebliche Schwierigkeiten bei der Befestigung der Schindeln auf der Brennkammerwand vorhanden. Einmal ist die Befestigung mittels einer Bolzen-Mutter-Verbindung sehr aufwendig und zeitintensiv in der Montage, pro Brennkammer sind einige hundert Bolzenverbindungen zu erstellen. Die große Anzahl der Bolzen birgt auch die Gefahr, dass der eine oder andere Bolzen im Laufe des Einsatzes bricht und die Funktion der Schindel innerhalb eines kürzeren Zeitraumes durch Störungen des Kühlluftstromes nicht mehr gewährleistet ist. Auch mit allen Bolzen an Ort und Stelle ist durch die hohen Temperaturgegensätze zwischen Brennkammerwand und Schindel an manchen Stellen ein Abheben der Schindel von der Wand nicht zu verhindern. Wird der Spalt zu groß, entweicht zu viel Kühlluft durch den Spalt und wird nicht, wie vorgesehen und notwendig, durch die Effusionslöcher der Schindel geführt. Schon sehr kleine Spalte mit entsprechenden Leckagen können hier den positiven Effekt der Schindelkonstruktion in das Gegenteil verwandeln, für die selbe Bauteiltemperatur wird mehr Kühlluft verbraucht.One with impact impact shingles executed Combustion chamber design are significant difficulties in the The shingles are attached to the combustion chamber wall. once the attachment by means of a bolt-nut connection is very complex and time-consuming in assembly, there are several hundred bolt connections per combustion chamber to create. The size Number of bolts also carries the risk that one or the other Bolt in the course of use breaks and the function of the clapboard within a shorter Period due to disturbances of the cooling air flow no longer guaranteed is. Even with all bolts in place due to the high Temperature contrasts lifting off in some places between the combustion chamber wall and shingle to prevent the shingle from the wall. The gap becomes too large, too much cooling air escapes through the gap and will not go through as intended and necessary the effusion holes the shingle led. Even very small gaps with corresponding leaks can be found here transform the positive effect of the shingle construction into the opposite, for the the same component temperature, more cooling air is consumed.

Durch die mit Bolzen befestigten Schindeln wird punktuell Last in die Brennkammerwand und die Schindel eingeleitet. Dies ist insbesondere für die Schindel von Bedeutung, da sich bei den angestrebten Bauteiltemperaturen nur noch geringe Materialfestigkeiten einstellen. Die durch die Belastung erzeugten Spannungen können sehr schnell die auf Dauer maximal ertragbaren Spannungsgrößen der Materialien überschreiten. Somit erreichen die Bauteile nur eine geringe Lebensdauer.Through those fastened with bolts Shingles become a load on the combustion chamber wall and the shingle initiated. This is particularly important for the shingle, since the target component temperatures are only low Adjust material strength. The generated by the stress Tensions can very quickly exceed the maximum tolerable stress levels of the materials. The components therefore only have a short lifespan.

Weiterhin wird die Schindelkühlung im Bereich der Bolzen und Schindelränder durch notwendige konstruktive Maßnahmen in ihrer Effizienz gestört oder ganz unterbunden (auslassen von Löchern, steilerer Neigungswinkel der Effusionsbohrungen).Furthermore, the shingle cooling in the Area of bolts and shingle edges through necessary constructive measures in their efficiency disturbed or completely prevented (omitting holes, steeper angle of inclination of the effusion holes).

Die Herstellungskosten für TRANSPLY und LAMILLOY sind erheblich, müssen doch die entsprechenden Eintritts- und Austrittsöffnungen sowie die Luftkanäle exakt zueinander passen. Desweiteren ist die Herstellung der Luftkanäle sehr aufwendig und somit teuer. Zusätzlich ist die zur Zeit verfügbare Blechgröße stark limitiert. Um eine große Vollringbrennkammer zu bauen, müssen viele Bleche zusammengefügt werden.The manufacturing cost of TRANSPLY and LAMILLOY are substantial, must but the corresponding inlet and outlet openings as well as the air ducts exactly match each other. Furthermore, the manufacture of the air ducts is very complex and therefore expensive. additionally the sheet size currently available is strong limited. To be a big one To build a full ring combustion chamber many sheets joined together become.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennkammerwandelement für eine Gasturbine zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik eine effiziente Kühlung gewährleistet.The invention is based on the object Combustion chamber wall element for to create a gas turbine which is simple in construction and simple cost-effective Producibility while avoiding the disadvantages of the prior art efficient cooling guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention, the object is achieved by Combination of features of the main claim solved. The subclaims show further advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß ist somit ein Brennkammerwandelement vorgesehen, welches ein äußeres Deckblech sowie ein inneres Deckblech umfasst. Zwischen diesen ist in der Art eines Sandwichs eine poröse Mittelschicht angeordnet, wobei das äußere Deckblech, die poröse Mittelschicht und das innere Deckblech einstückig miteinander verbunden sind. Das äußere Deckblech, das innere Deckblech sowie die poröse Mittelschicht bestehen bevorzugter Weise aus metallischen Werkstoffen. Diese sind erfindungsgemäß in besonders günstiger Ausgestaltung der Erfindung mittels eines Diffusionsschweißprozesses miteinander verbunden.According to the invention is thus a Brennkam merwandelement provided, which comprises an outer cover plate and an inner cover plate. A porous middle layer is arranged between them in the manner of a sandwich, the outer cover plate, the porous middle layer and the inner cover plate being connected to one another in one piece. The outer cover plate, the inner cover plate and the porous middle layer preferably consist of metallic materials. According to the invention, these are connected to one another in a particularly advantageous embodiment of the invention by means of a diffusion welding process.

Erfindungsgemäß werden somit die beiden Methoden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, nämlich das Verfahren der Schindelkühlung sowie der Grundgedanke der Verwendung eines Mehrschichtmaterials zugrunde gelegt und entsprechend weiterentwickelt. Dabei wird erfindungsgemäß die Mittelschicht durch ein poröses Material, z.B. ein Geflecht aus Draht, realisiert. Die äußere Mantelschicht (äußeres Deckblech) ist erfindungsgemäß als Prallluftwand ausgeführt, wobei das Material entsprechend den thermischen und mechanischen Erfordernissen ausgewählt werden kann. Die Dichte und Anzahl/Anordnung der Prallluftausnehmungen kann dabei unabhängig von den anderen Schichten des erfindungsgemäßen Brennkammerwandelements den Erfordernissen der Wandkühlung in unterschiedlichen Bereichen durch Hinzufügen oder Entfernen von Prallluftausnehmungen (Löchern) angepasst werden. Die Prallluftausnehmungen werden bevorzugterweise vor dem Schweißen in die äußere Mantelschicht eingebracht.According to the invention, the two methods, which are known from the prior art, namely the method of shingle cooling and the basic idea of using a multilayer material laid and developed accordingly. According to the invention, the middle class through a porous Material, e.g. a braid made of wire. The outer cladding layer (outer cover plate) is according to the invention as a baffle executed the material according to the thermal and mechanical Requirements selected can be. The density and number / arrangement of the baffle openings can do so independently from the other layers of the combustion chamber wall element according to the invention the requirements of wall cooling in different areas by adding or removing baffle openings (Holes) be adjusted. The baffle air recesses are preferred before welding into the outer cladding layer brought in.

Erfindungsgemäß besteht die Mittelschicht bevorzugter Weise aus einem Drahtgeflecht. Dieses Drahtgeflecht wird bevorzugter Weise durch einen Diffusionsprozess mit dem inneren und dem äußeren Deckblech (Metallschicht) flächig verbunden. Die Materialauswahl der Mittelschicht wird bevorzugter Weise so gewählt, dass ein optimaler Verbund mit dem äußeren und dem inneren Deckblech eingegangen wird. Dabei ist darauf zu achten, dass bei dem Schweißvorgang die einzelnen Drähte des Drahtgeflechts der Mittelschicht sich nicht vollständig und luftdicht mit dem äußeren und dem inneren Deckblech (Deckschichten) verbinden und somit einen axialen Austausch des Kühlluftstroms durch und über die einzelnen Drähte verhindern. Das äußere und das innere Deckblech werden entweder durch denselben Diffusionsschweißvorgang oder durch separate Diffusionsschweißvorgänge mit der porösen Mittelschicht (Drahtgeflecht) verbunden. Das innere Deckblech wird bevorzugter Weise vor dem Schweißen mit den Kühlluftaustrittsöffnungen (Bohrungen) für den Austritt der Kühlluft in der Brennkammer versehen. Diese Kühlluftaustrittsöffnungen können vielgestaltig ausgebildet und den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.According to the invention, the middle layer is more preferred Way of a wire mesh. This wire mesh is more preferred Way through a diffusion process with the inner and the outer cover plate (Metal layer) flat connected. The material selection of the middle layer is preferred chosen so that an optimal connection with the outer and the inner cover plate is received. It is important to ensure that during the welding process the individual wires of the wire mesh of the middle layer is not completely and airtight with the outer and connect the inner cover sheet (cover layers) and thus one axial exchange of the cooling air flow through and over the individual wires prevent. The outside and the inner cover plate are either through the same diffusion welding process or by separate diffusion welding processes with the porous middle layer (wire mesh) connected. The inner cover plate is preferably used before welding the cooling air outlet openings (Holes) for the exit of the cooling air provided in the combustion chamber. These cooling air outlet openings can Diverse training and adapted to the respective requirements become.

Die effektive Fläche der Prallluftausnehmungen bzw. der Eintrittsöffnungen der Kühlluft in die Brennkammer muss von vornherein um einen bestimmten Betrag größer ausfallen, da das Drahtgewebe nicht notwendiger Weise nach den Ausnehmungen des äußeren Deckblechs bzw. des inneren Deckblechs ausgerichtet wird oder ausgerichtet werden kann und somit ein Teil der Kühlluftaustrittsöffnungen bzw. der Prallluftausnehmungen durch einzelne Drähte blockiert werden könnte. Erfindungsgemäß ist es besonders günstig, wenn das Einstellen der gewünschten Druckverluste beim Durchströmen des erfindungsgemäßen Brennkammerwandelements bei einem gegebenen Kühlluftmassenstrom des jeweiligen Deckblechs vorab erfolgt, beispielsweise durch experimentelle oder statistische Methoden.The effective area of the air baffle or the entry openings the cooling air must be in the combustion chamber from the outset by a certain amount turn out bigger since the wire mesh is not necessarily after the recesses of the outer cover plate or the inner cover plate is aligned or aligned can become part of the cooling air outlet openings or the baffle air recesses could be blocked by individual wires. It is according to the invention very cheap, when setting the desired one Pressure drops when flowing through the Combustion chamber wall element according to the invention for a given cooling air mass flow of each cover plate is done in advance, for example by experimental or statistical methods.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Diffusionsschweißen ermöglicht die Verbindung von Metallen, die durch herkömmliche Schweißverfahren nicht miteinander verbindbar sind oder von ihrer Grundkomposition überhaupt nicht schweißbar waren. Von Vorteil ist auch, dass erfindungsgemäß für das äußere Deckblech und das innere Deckblech unterschiedliche Materialien eingesetzt werden können, die entsprechend ihren thermischen und mechanischen Erfordernissen ausgewählt werden. Das äußere Deckblech kann beispielsweise aus einem Material gefertigt werden, welches fest und duktil ist, um die auftretenden Strukturkräfte zu übertragen, während das innere Deckblech hinsichtlich der Thermoschockbeständigkeit und der Oxidationsbeständigkeit optimiert werden kann.The diffusion welding provided according to the invention enables Connection of metals by conventional welding processes are not connectable with each other or from their basic composition at all not weldable were. It is also advantageous that according to the invention for the outer cover sheet and the inner one Different materials can be used for the cover plate selected according to their thermal and mechanical requirements. The outer cover plate can for example be made of a material which is firm and ductile in order to transfer the structural forces that occur, while the inner cover plate with regard to thermal shock resistance and oxidation resistance can be optimized.

Bei zwei unterschiedlichen Materialien für das äußere Deckblech und das innere Deckblech kann erfindungsgemäß in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Auswahl des Materials für die poröse Mittelschicht entsprechend ausgewählt werden. Bei Verwendung eines Drahtgeflechtmaterials für die poröse Mittelschicht kann dieses so gestaltet werden, dass es für das äußere und das innere Deckblech geeignet ist, um diese miteinander zu verbinden. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, die poröse Mittelschicht (Drahtgeflecht) aus einer Materialkombination zu wählen, bei welcher für das äußere Deckblech und das innere Deckblech unterschiedliche Drähte bei einem speziell gewebten Drahtgeflecht zur Anwendung kommen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass mindestens bei jedem zweiten Draht des Drahtgeflechts der porösen Mittelschicht eine optimale Verbindung zu einem der Deckbleche hergestellt werden kann. Da der Draht aus dem jeweiligen Material mit dem jeweiligen Deckblech eine optimale Verbin dung eingehen kann, ergibt sich im Extremfall ein Aufbau, bei dem die beiden Drahtmaterialien sich untereinander nicht oder nur teilweise verschweißen, sodass ein loser Aufbau des Brennkammerwandelements entsteht, welcher über das Drahtgeflecht verkettete äußere und innere Deckbleche umfasst. Diese können sich in bevorzugter Weise entsprechend der thermischen Ausdehnungen relativ zueinander verschieben.With two different materials for the outer cover plate and the inner cover plate can, according to the invention, in a preferred embodiment Invention the selection of the material for the porous middle layer accordingly selected become. When using a wire mesh material for the porous middle layer this can be designed so that it is for the outer and the inner cover plate is suitable to connect them together. However, it is according to the invention also possible that porous Middle layer (wire mesh) to choose from a material combination, at which for the outer cover plate and the inner cover plate different wires in a specially woven wire mesh come into use. This ensures that at least every other wire of the wire mesh of the porous middle layer an optimal connection to one of the cover plates can be established can. Because the wire made of the respective material with the respective Cover plate can enter into an optimal connection results in In an extreme case, a structure in which the two wire materials meet do not weld to each other or only partially, so that they can be set up loose of the combustion chamber wall element, which is linked via the wire mesh outer and covers inner cover plates. These can be in a preferred manner shift relative to each other according to the thermal expansion.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des inneren Deckblechs ergibt die Möglichkeit, in spezieller Weise einen Kühlfilm zu erzeugen und die Effizienz des Kühlfilms vorzuwählen. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das innere Deckblech aus einem geschlossenen Ring besteht, der mit den Kühlluftaustrittsöffnungen (Effusionsbohrungen) in geeigneter Anordnung versehen wurde. Die Anordnung der Kühlluftaustrittsöffnungen kann entsprechend den Kühlluftanforderungen der Brennkammerwand ausgewählt werden. Die End- und Anfangsbereiche bleiben dabei offen, die dort austretende Kühlluft wird durch geeignete Maßnahmen als Starterfilm oder Leitschaufelkühlfilm verwendet.The design of the interior according to the invention Cover plate gives the possibility a cooling film in a special way to generate and preselect the efficiency of the cooling film. there it can be particularly advantageous if the inner cover plate is made of there is a closed ring with the cooling air outlet openings (Effusion holes) was provided in a suitable arrangement. The Arrangement of the cooling air outlet openings can according to the cooling air requirements the combustion chamber wall selected become. The end and beginning areas remain open, those there escaping cooling air through appropriate measures used as starter film or vane cooling film.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung kann das innere Deckblech in Form von kurzen Blechreifen mit keilförmigen Vorder- und Hinterkanten ausgebildet sein. Diese Reifen haben einen, entsprechend den Druckverlustanforderungen und den Massenstromanforderungen axialen Abstand zueinander, aus dem die Kühlluft austreten kann. Die axiale Länge der Reifen richtet sich dabei nach der Lauflänge des Kühlfilms. Um in Umfangsrichtung keine zu großen Spannungen durch blockierte thermische Dehnung aufkommen zu lassen, können die Reifen der Innenwand (inneres Deckblech) an mehreren Stellen aufgeschnitten werden, sodass sich Ringsegmente ergeben. Hieraus besteht die Möglichkeit, dass sich die Innenwandsegmente auf dem relativ flexiblen Draht geflecht in jeder Richtung ausdehnen können. Eine Anordnung dieser Blechstreifen kann auch mehr oder weniger diagonal verlaufen, definiert über einen Winkel und optimiert hinsichtlich der Kraftverläufe in der Brennkammerstruktur. Hierdurch können die einzelnen Blechstreifen und die dazwischen liegenden Lücken hinsichtlich der Steifigkeitssprünge so verteilt werden, dass ein Versagen der Brennkammerstruktur durch diese Steifigkeitssprünge nicht stattfinden kann. Diese Ringsegmente können in Umfangsrichtung oder auch mit axialer Komponente sehr klein ausgebildet werden. Die Größe der Bleche oder Blechstreifen wird nur durch die wirtschaftlich erreichbare Spaltbreite unter besonderer Berücksichtigung der Toleranz zwischen den Blechstreifen und den Blechen zueinander bestimmt. Erfindungsgemäß ergeben sich somit vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten, um das Brennkammerwandelement den Anfordernissen anzupassen.In a further, preferred embodiment the inner cover plate in the form of short sheet metal tires with wedge-shaped Be front and rear edges formed. These tires have one according to pressure drop requirements and mass flow requirements axial distance from each other, from which the cooling air can escape. The axial length the tire depends on the length of the cooling film. To circumferentially none too big To cause stresses due to blocked thermal expansion, can the tires of the inner wall (inner cover plate) in several places be cut open so that there are ring segments. This consists of the possibility, that the inner wall segments are braided on the relatively flexible wire can expand in any direction. An arrangement of these metal strips can more or less run diagonally, defined by an angle and optimized with regard to the force curves in the Combustion chamber structure. This can the individual sheet metal strips and the gaps between them of the stiffness jumps be distributed so that failure of the combustion chamber structure occurs these leaps in stiffness cannot take place. These ring segments can in the circumferential direction or be made very small with an axial component. The size of the sheets or sheet metal strip is only through the economically achievable Gap width with special consideration the tolerance between the metal strips and the metal sheets to each other certainly. According to the invention thus diverse Modifications and modifications, to adapt the combustion chamber wall element to the requirements.

Die Summe aller Spaltflächen ist dabei durch die Rahmenbedingungen der Kühlung vorgegeben und muss an diese angepasst werden, die Toleranz der Spaltbreite bleibt aber nahezu gleich und spielt daher bei geringeren Spaltbreiten eine immer größere Rolle.The sum of all gap areas is given by the general conditions of cooling and must be these are adjusted, but the tolerance of the gap width remains almost the same and therefore plays a role with smaller gap widths ever greater role.

Die erfindungsgemäß beschriebene Art der Befestigung der Brennkammerinnenwandteile (inneres Deckblech) mittels Diffusionsschweißprozess auf einem Abstandshalter, nämlich der porösen Mittelschicht/dem Drahtgeflecht, ermöglicht auch den Einsatz von hauptsächlich keramischen Schindeln. Diese Schindeln sind bevorzugter Weise von minimal sinnvoller Größe. Eine metallische Grundstruktur wird dabei mit einem Metallgewebe belegt und verschweißt. Dieses Bauteil kann dann auf der Gewebeseite mit Keramik beschichtet werden. Das fertig beschichtete Bauteil wird dann, wie zuvor beschrieben, auf die mit einem Drahtgewebe beschichtete Brennkammeraußen wand (äußeres Deckblech) mittels Diffusionsschweißen befestigt. Bei entsprechender Größe und Form der Schindeln kann sich die gesamte Innenwand der Brennkammer auf einige wenige Grundformen beschränken.The type of attachment described in the invention the combustion chamber inner wall parts (inner cover plate) by means of a diffusion welding process on a spacer, namely the porous Middle layer / the wire mesh, also allows the use of mainly ceramic shingles. These shingles are preferably from minimally meaningful size. A metallic basic structure is covered with a metal mesh and welded. This component can then be coated with ceramic on the fabric side become. The finished coated component is then opened as described above the outside of the combustion chamber coated with a wire mesh (outer cover plate) by means of diffusion welding attached. With the appropriate size and shape the shingles can cover the entire inner wall of the combustion chamber restrict a few basic forms.

Ein Verfahren zur Aufbringung einer keramischen Schicht auf einen metallischen Grundkörper ist aus der deutschen Patentanmeldung 101 24 398.7 vorbekannt. Es wird voll inhaltlich auf diese Anmeldung Bezug genommen.A method of applying a ceramic layer on a metallic base body is made the German patent application 101 24 398.7 previously known. It gets crowded referred to this application in terms of content.

Erfindungsgemäß kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weiterhin die Struktur des Drahtgewebes so ausgebildet sein, dass bei einer gewebten Struktur die Kett- und Schussdrähte entsprechend den Hauptbelastungsrichtungen ausgerichtet werden. Sie wirken somit als Querschnittsvergrößerung in Kraftrichtung und als Riss-Stopper quer zur Kraftrichtung. Vorstellbar ist auch, dass das Drahtgeflecht der porösen Mittelschicht mehr in Form eines Filzes ausgebildet ist, der isotrope Eigenschaften in der Fläche aufweist. Auch dieser Filz kann aus Drähten unterschiedlichen Materials hergestellt sein. In DIN ISO 4783 sind verschiedene Arten von Geflechten dargestellt, die sich prinzipiell dazu eignen, als poröse Mittelschicht verwendet zu werden. Als Beispiel von besonderer Bedeutung sei das beidseitig vorgekröpfte einseitige Gitter genannt. Dieses hat den Vorteil, die Berührungsfläche zwischen Deckblech und Gitter zu maximieren.According to the invention in an advantageous development the invention further the structure of the wire mesh so formed be that with a woven structure the warp and weft wires correspond to the main load directions be aligned. They thus act as a cross-sectional enlargement Direction of force and as a crack stop across the direction of force. imaginable is also that the wire mesh of the porous middle layer is more in the form of a Felt is formed, which has isotropic properties in the surface. This felt can also be made of wires be made of different materials. In DIN ISO 4783 are different types of braids are shown, which are principally are suitable as porous Middle class to be used. As an example of particular importance be the one cranked on both sides called one-sided lattice. This has the advantage of being the interface between Maximize cover plate and grille.

Eine bessere Verbindung zwischen den Drähten der porösen Mittelschicht und den Deckblechen kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung auch durch die Verwendung von Drähten mit einem rechteckigen Querschnitt erreicht werden. Die Flachseiten des jeweiligen Drahtes sind dann in optimalerer Weise mit den jeweiligen Deckblechen verschweißbar, da von Anfang an eine größere Berührungsfläche zwischen Draht und Deckblech vorhanden ist, ohne dass das Drahtgeflecht so weit zusammensacken oder zusammengepresst werden müsste, wie es bei einem runden Draht der Fall sein kann. Ein nicht so stark zusammengesackter und gepresster Draht hätte mehr Porosität. Diese wirkt sich vorteilhaft für den Kühlluftstrom durch die Brennkammerwand aus.A better connection between the wires the porous Middle layer and the cover plates can be in an advantageous further development the invention also through the use of wires with a rectangular Cross-section can be achieved. The flat sides of the respective wire can then be welded to the respective cover plates in a more optimal manner, since from the beginning a larger contact area between Wire and cover plate is present without the wire mesh like that would collapse far or be pressed together, like it may be the case with a round wire. A not that strong collapsed and compressed wire would have more porosity. This is beneficial for the cooling air flow through the combustion chamber wall.

Im Hinblick auf die oben stehenden Erläuterungen ergibt sich, dass der flächenhafte Verbund von innerer und äußerer Brennkammerwand (äußeres Deckblech und inneres Deckblech) die bei den vorbekannten Schindelkonstruktionen auftretenden Probleme hinsichtlich der Befestigung und Verformung unter Temperatureinfluss vollständig beseitigt. Eine flächenhafte Anbindung der "Schindel" mittels eines Drahtgeflechts (poröse Mittelschicht) führt zu vielen kleinen, lokalen Lastspitzen, die vom Bauteil sehr viel besser ertragen werden können, als dies bei einer Konstruktion mit wenigen konkreten Lastpunkten der Fall ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt.With regard to the above explanations, it follows that the two-dimensional connection of the inner and outer combustion chamber wall (outer cover plate and inner cover plate) completely eliminates the problems with the known shingle constructions with regard to fastening and deformation under the influence of temperature. A flat connection of the "shingle" by means of a wire mesh (porous middle layer) leads to many small, local load peaks that can be endured much better by the component than is the case with a construction with few concrete load points, as from the state of the art Technology known.

Hierdurch ergibt sich erfindungsgemäß eine höhere Lebensdauer der inneren und äußeren Brennkammerwand. Letztlich wird durch das Nichtabheben der Schindel und der dadurch nicht auftretenden Leckageluft ein besserer Kühlmittelwirkungsgrad erreicht. Insbesondere ist die einfache Herstellung der Brennkammerinnenwand (inneres Deckblech) aus mehr oder weniger großen Blechstücken sehr kostengünstig. Im Vergleich zum Stand der Technik können teure Fertigungsverfahren und Halbfertigprodukte entfallen. Weiterhin können Deformationen durch Fertigungsprozesse (Verformung durch Laserbohren) durch den Diffusionsschweißprozess rückgängig gemacht werden bzw. stören dann nicht mehr.According to the invention, this results in a longer service life the inner and outer combustion chamber wall. Ultimately, by not lifting the shingle and thereby leakage air that does not occur achieves a better coolant efficiency. In particular, the simple manufacture of the combustion chamber inner wall (inner cover plate) from more or less large pieces of sheet metal very inexpensively. in the Compared to the prior art, expensive manufacturing processes can and semi-finished products are eliminated. Furthermore, deformations can be caused by manufacturing processes (Deformation by laser drilling) reversed by the diffusion welding process will or disrupt then no more.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:The invention is described below of embodiments described in connection with the drawing. It shows:

1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Brennkammerwandelements, 1 2 shows a schematic, perspective illustration of a partial area of a combustion chamber wall element according to the invention,

2 eine Schnittansicht durch das in 1 gezeigte Brennkammerwandelement, 2 a sectional view through the in 1 shown combustion chamber wall element,

3 eine perspektivische Darstellung, ähnlich 1, einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennkammerwandelements, 3 a perspective view, similar 1 , a further embodiment of the combustion chamber wall element according to the invention,

4 eine Schnittansicht durch die Anordnung der 3, 4 a sectional view through the arrangement of the 3 .

5 eine Ansicht gemäß Pfeil A in 4, 5 a view according to arrow A in 4 .

6 eine weitere Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels, analog 4, 6 another sectional view of an embodiment, analog 4 .

7 eine Ansicht gemäß Pfeil B von 6, und 7 a view according to arrow B of 6 , and

8 eine Ausgestaltung der Mittelschicht als beidseitig vorgekröpftes Gitter in Teil-Seitenansicht. 8th an embodiment of the middle layer as a cranked grid on both sides in partial side view.

Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Brennkammerwandelements 1 mit einem äußeren Deckblech 2, welches mit einer Vielzahl von Prallluftausnehmungen 5 (Prallluftbohrungen) versehen ist. Das Brennkammerwandelement weist eine poröse Mittelschicht 3 auf, welche in Form eines Metallgeflechts ausgebildet ist. Unter diesem ist ein inneres Deckblech 4 befestigt, welches mit Kühlluftaustrittsöffnungen 6 (Effusionsbohrungen) versehen ist. Der Aufbau ist in 2 im Schnitt verdeutlicht, wobei durch den Pfeil 16 die Brennkammerströ mung dargestellt ist. Der Pfeil 15 zeigt den Kühlluftaustritt, während der Pfeil 14 den Kühllufteintritt wiedergibt. Die schraffierten Bereiche verdeutlichen einen freien Strömungsdurchtritt 7.The 1 shows a perspective view of a portion of a combustion chamber wall element according to the invention 1 with an outer cover plate 2 , which has a variety of air baffles 5 (Baffle holes) is provided. The combustion chamber wall element has a porous middle layer 3 on, which is designed in the form of a metal mesh. Under this is an inner cover sheet 4 attached, which with cooling air outlet openings 6 (Effusion holes) is provided. The structure is in 2 illustrated in section, with the arrow 16 the combustion chamber flow is shown. The arrow 15 shows the cooling air outlet while the arrow 14 represents the cooling air inlet. The hatched areas indicate a free flow passage 7 ,

Die 3 bis 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem wiederum ein äußeres Deckblech 2 mit einer porösen Mittelschicht 3 (Metallgeflecht, Drahtgeflecht) diffusionsverschweißt ist. Unterhalb der porösen Mittelschicht 3 ist ein inneres Deckblech 8 angeordnet, welches in Form von einzelnen Reifen mit Kühlluftschlitzen 9 (Kühlluftaustrittsöffnungen) ausgestaltet ist. Die Schnittansicht der 4 zeigt wiederum den Kühllufteintritt 14 sowie den Kühlluftaustritt 15. Es ergibt sich, dass die Kühlluftschlitze 9 schräg angeordnet sind, analog den Kühlluftaustrittsöffnungen 6 gemäß 1 und 2.The 3 to 5 show a further embodiment, in which in turn an outer cover plate 2 with a porous middle layer 3 (Metal mesh, wire mesh) is diffusion welded. Below the porous middle layer 3 is an inner cover plate 8th arranged, which is in the form of individual tires with cooling air slots 9 (Cooling air outlet openings) is designed. The sectional view of the 4 again shows the cooling air inlet 14 as well as the cooling air outlet 15 , It turns out that the cooling air vents 9 are arranged obliquely, analogous to the cooling air outlet openings 6 according to 1 and 2 ,

Die 5 zeigt, dass die einzelnen Reifen in Längsrichtung mit einer Umfangstrennung 10 versehen sein können. Die Kühlluftschlitze 9 sind in einem Winkel A zur Brennkammerumfangsrichtung 16 ausgerichtet.The 5 shows that the individual tires in the longitudinal direction with a circumferential separation 10 can be provided. The cooling air slots 9 are at an angle A to the combustion chamber circumferential direction 16 aligned.

Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist als inneres Deckblech eine Schindel 11 als Keramikträger für eine Keramikschicht 12 vorgesehen. Hierbei können rechteckige Schindeln verwendet werden, so wie dies in 7 gezeigt ist.At the in 6 The embodiment shown is a shingle as the inner cover plate 11 as a ceramic support for a ceramic layer 12 intended. Rectangular shingles can be used here, as shown in 7 is shown.

Die 8 zeigt eine Ausgestaltung als beidachsig vorgekröpftes einseitig glattes Drahtgeflecht 13.The 8th shows an embodiment as a biaxial cranked one-sided smooth wire mesh 13 ,

Es versteht sich, dass das äußere Deckblech 2 die kalte Seite des Brennkammerwandelements bildet, während das innere Deckblech 4 bzw. 8 die heiße Seite bildet.It is understood that the outer cover plate 2 the cold side of the combustion chamber wall element forms, while the inner cover plate 4 respectively. 8th forms the hot side.

11: Brennkammerwandcombustion chamber wall
22: äußeres Deckblechouter cover plate
33: poröse Mittelschicht (Metallgeflecht, Drahtgeflecht)porous middle layer (Metal mesh, wire mesh)
44: inneres Deckblechinner cover sheet
55: PrallluftausnehmungenPrallluftausnehmungen
66: Kühlluftaustrittsöffnungen (Effusionsbohrungen)Cooling air outlet openings (Effusion holes)
77: freier Strömungsquerschnittfree Flow area
88th: inneres Deckblech in Reifenausführung mit Kühlluftinner Tire cover plate with cooling air
: schlitzenslit
99: KühlluftschlitzCooling air slot
1010: Umfangstrennung der Reifenextensive separation the mature
1111: Schindel als Keramikträgershingle as a ceramic support
1212: Keramikschichtceramic layer
1313: beidachsig vorgekröpftes einseitig glattes Geflechtbeidachsig vorgekröpftes braid smooth on one side
1414: KühllufteintrittCooling air inlet
1515: KühlluftaustrittCooling air outlet
1616: Brennkammerströmungcombustor flow

Claims

Combustion chamber wall element for a gas turbine, with an outer, with impact air recesses ( 5 ) provided cover plate ( 2 ), with a porous middle layer ( 3 ), and with an inner one, with cooling air outlet openings ( 6 . 9 ) provided cover plate ( 4 . 8th ), the outer cover plate ( 2 ), the porous middle layer ( 3 ) and the inner cover plate ( 4 . 8th ) are integrally connected.

Combustion chamber wall element according to claim 1, characterized in that the porous middle layer ( 3 ) is in the form of a wire mesh.

Combustion chamber wall element according to claim 1 or 2, characterized in that the outer cover plate ( 2 ), the porous middle layer ( 3 ) and the inner cover plate ( 4 . 8th ) are connected to one another by means of one or more diffusion welding processes.

Combustion chamber wall element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the effective area of the impingement air recesses ( 5 ) and / or the cooling air outlet openings ( 6 . 9 ) is larger than the web diameter or wire diameter of the porous middle layer ( 3 ).

Combustion chamber wall element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cooling air outlet openings in the form of effusion bores ( 6 ) are trained.

Combustion chamber wall element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cooling air outlet openings in the form of cooling air slots ( 9 ) are trained.

Combustion chamber wall element according to one of claims 1 to 6, characterized in that on the inner cover plate ( 4 . 8th ) Shingles ( 11 ) with a ceramic coating ( 12 ) are attached.

Combustion chamber wall element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the porous middle layer ( 3 ) forming wire mesh warp and weft wires corresponding to the main loading directions of the combustion chamber wall element.

Combustion chamber wall element according to one of claims 1 to 8, characterized in that the porous middle layer ( 3 ) forming wire mesh is felt-like with isotropic properties.

Combustion chamber wall element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the wire mesh forming the porous middle layer, here the wires, each consist of different metal alloys.