CN104169648B - 绕燃烧室的压缩空气旁通装置的热屏蔽元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其用于燃烧室壁(13)的内衬的热屏蔽元件(14)，其包括第一壁(17)，第一壁(17)具有能够被热介质加载的热侧(18)、与热侧(18)相对置的冷侧(19)和环绕的边缘(24)，环绕的边缘(24)在第一壁(17)的第一(20)、第二(21)和第三窄侧(22)上从冷侧(19)上突伸出基本延伸至第一高度(25)，其中，环绕的边缘(24)在第四窄侧(23)上延伸至比第一高度(25)低的第二高度(26)，并且第二壁(27)相对于冷侧(19)大致在第二高度(26)上延伸并且在第四窄侧(23)的宽度上、从第四窄侧(23)开始在与第四窄侧(23)相邻的窄侧(20、22)的长度的一部分上延伸，其中，第二壁(27)在其背离第四窄侧(23)的端部上具有边缘(29)，该边缘(29)延伸至第一高度(25)。本发明还涉及一种燃烧室以及一种燃气涡轮机。

Description

绕燃烧室的压缩空气旁通装置的热屏蔽元件
技术领域
本发明涉及一种燃气涡轮机的燃烧室、尤其环形燃烧室的热屏蔽元件，并且涉及在部分负荷运转时绕燃烧室的压缩空气的旁通。本发明还涉及一种燃烧室和相应的燃气涡轮机设备。
背景技术
由于在燃气涡轮机的功率下降时中心火焰温度的降低，逐渐增大了一氧化碳的排放，直至其在一定的部分负荷下超过法定的排放限值。由此，存在一个容许的最低功率。但是重要的是，机器已能在极低的功率下保持工作。
提高火焰温度并由此降低一氧化碳排放的可能性是，将一部分压缩空气绕所述燃烧输送，并且在进入涡轮机之前再次提供给热气路径。通过计算显示，这种方法在环形燃烧室中是可预见的。在此困难的是，只应在相关的功率范围内激活旁通装置，因为否则会不必要地影响燃气涡轮机的功率。旁通装置必须是可开关的，其中在关闭的旁通装置中也不允许热气侵入其中。
发明内容
相对于所述的现有技术，本发明所要解决的技术问题是，通过提供一种旁通装置在低功率方向上尽可能扩展燃气涡轮机的符合一氧化碳排放的运行范围。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种改进的燃烧室
最后，本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的燃气涡轮机。
第一个技术问题通过一种按照本发明的热屏蔽元件解决，尤其是用于燃烧室壁的内衬的热屏蔽元件，该热屏蔽元件包括第一壁，所述第一壁具有能够被热介质加载的热侧、与所述热侧相对置的冷侧和环绕的边缘，所述环绕的边缘在所述第一壁的第一窄侧、第二窄侧和第三窄侧上突伸出所述冷侧大致一个第一高度，其中，所述环绕的边缘在第四窄侧上延伸至比所述第一高度低的第二高度，并且第二壁相对于所述冷侧大致在所述第二高度上并且在所述第四窄侧的宽度上从所述第四窄侧开始在与所述第四窄侧相邻的窄侧的长度的一部分上延伸，其中，所述第二壁在其背离所述第四窄侧的端部上具有边缘，该边缘延伸至所述第一高度。第二个技术问题通过一种按照本发明的具有燃烧室壁的燃烧室解决，所述燃烧室壁具有燃烧器侧的和涡轮机侧的端部，其中，所述燃烧室壁具有一个周向，所述燃烧室包括一定数量的如前述类似的热屏蔽元件，这些热屏蔽元件在所述燃烧室壁的涡轮机侧的端部上、在分别构成两个腔室的情况下沿周向安置，其中，第四窄侧朝所述涡轮机侧的端部的方向定向。第三个技术问题通过一种按照本发明具有如前述类型的燃烧室的燃气涡轮机解决，其中，所述燃气涡轮机包括至少一个用于压缩空气的抽气装置，所述抽气装置通过至少一条管路借助阀门连通集气室。
本发明解决所述技术问题，方法是其规定，一种热屏蔽元件、尤其是用于燃烧室壁的内衬的热屏蔽元件，其包括第一壁，所述第一壁具有能够被热介质加载的热侧、与所述热侧相对置的冷侧和环绕的边缘，所述环绕的边缘在所述第一壁的第一、第二和第三窄侧上从所述冷侧上突伸出大致一个第一高度，其中，所述环绕的边缘在第四窄侧上延伸至一个比所述第一高度低的第二高度，并且第二壁相对于所述冷侧大致在所述第二高度上并且在所述第四窄侧的宽度上、从所述第四窄侧开始在与所述第四窄侧相邻的窄侧的长度的一部分上延伸，其中，所述第二壁在其背离所述第四窄侧的端部上具有边缘，该边缘延伸至所述第一高度。
本发明所涉及的想法是，在环形燃烧室中，大部分是以陶瓷热屏蔽元件充当内衬，并且只在进入涡轮机的入口处铺设金属热屏蔽元件的内衬，这将实现在燃烧室壁的金属热屏蔽元件的区域内输送旁通空气，因为应在燃烧的后面尽可能远地进行导入，以便避免火焰的冷却，但又要在涡轮机之前，这是为了实现尽可能高的燃气涡轮机效率。为此，需要金属热屏蔽元件的新的设计。这种设计是本发明的技术方案。
热屏蔽元件被分隔为两个相叠设置的区域，该区域相对彼此密封并且在安装状态下，也就是与燃烧室壁一同构成腔室。第一腔室在热屏蔽元件的整个平面上延伸并且用于金属热屏蔽元件的通常的冷却。
第二腔室在第一腔室之上，位于热屏蔽元件的朝向涡轮机的部分内。
有利的方式是，热屏蔽元件由耐高温的金属或耐高温的金属合金构成，因为这种材料与例如陶瓷相比具有更低的脆性并且相比之下具有较好的导热性和导温性。
在有利的实施方式中，设有多个在环绕的边缘内设置的冷却空气开口，用于冷却热屏蔽元件的压缩空气可以经由这些冷却空气开口漏到燃烧室中。
在此适宜的是，冷却空气开口至少在第二壁的区域内设置在第一和第二壁之间。由此，冷却开口处于用于冷却热屏蔽元件的第一腔室的区域内。
有利的方式的是，热屏蔽元件还包括固定孔，所述固定孔的围边从第一壁延伸至第一高度。由此确保，两个腔室相对彼此密封，并且没有空气通过用于固定热屏蔽元件所需的孔从一个腔室流入另一个腔室。
所述热屏蔽元件用于防止导引热气的部件、尤其燃气涡轮机的燃烧室、优选环形燃烧室的过热，所述燃烧室具有燃烧室壁，所述燃烧室壁具有燃烧器侧的和涡轮机侧的端部，其中，所述燃烧室壁具有一个周向。在此，一定数量的热屏蔽元件在所述燃烧室壁的涡轮机侧的端部上、在分别构成两个腔室的情况下沿周向安置，其中，第四窄侧朝所述涡轮机侧的端部方向定向。
在此，热屏蔽元件优选通过固定螺栓固定在燃烧室壁上。
优选的是，在燃烧室壁内设置钻孔，使得冷却剂能够被输送给热屏蔽元件。
在燃烧室的优选的设计方案中，在燃烧室壁内，至少一个输送通道布置在每个第二壁的区域内的相应的热屏蔽元件，所述输送通道通入至少部分环绕所述燃烧室的集气室(Plenum)内。
其上安装有热屏蔽元件的燃烧室优选是燃气涡轮机的一部分。所述燃气涡轮机包括至少一个用于压缩空气的抽气装置，所述抽气装置通过至少一条管路借助阀门通到集气室。
通过本发明，使旁通空气可以被输入热气路径中，而无需在引导热气的构件上进行额外的改装。因此，该应用相比之下估计是更为廉价的。确保了即便在旁通装置被关闭时也没有热气的渗入，因为第二腔室始终被冲洗并且其出口有利于流动地位于热屏蔽元件和涡轮机叶片1之间。
附图说明
结合附图进一步阐述本发明。在附图中示意性地且未按比例地：
图1示出根据现有技术的环形燃烧室的剖面图，
图2示出按照本发明的金属热屏蔽元件，和
图3示出按照本发明的环形燃烧室的剖面图，其具有用于压缩空气旁通装置的抽气系统。
具体实施方式
图1示意地且示例性地示出在壳体2内的根据现有技术的环形燃烧室1的燃烧系统。由封闭的环构成的环形燃烧室1环绕旋转轴线3安置。燃烧器4在燃烧室1的上部区域内安置在进口5内。在那里，燃料6与压缩空气7相混合。在燃烧室1内实现自身的燃烧。热的燃烧气体穿过在环形燃烧室1的涡轮机侧的端部的出口进入涡轮机9，在该处燃烧气体与第一叶片10相接触。为了在点火之前进行保护，环形燃烧室1内衬有陶瓷热屏蔽元件11和金属热屏蔽元件12，它们固定在燃烧室壁13上。
按照本发明，应在金属热屏蔽元件12的区域内进行旁通空气的引入，因为这种引入应尽可能远地在燃烧的后面实现，并且由此避免对火焰的冷却，但是仍然应在涡轮机9之前进行，以便尽可能实现较高的燃气涡轮机效率。
图2示出按照本发明的金属热屏蔽元件14，其固定在燃烧室壁13上并且由此构成第一腔室15和沿涡轮机的方向开口的第二腔室16，它们相互密封。
金属热屏蔽元件14自身包括第一壁17，其具有被热介质加载的热侧18、与热侧18相对置的冷侧19和四个位于所述热侧和冷侧之间的窄侧20、21、22、23。环绕的边缘24从每个窄侧20、21、22、23突伸出冷侧19。边缘24在第一20、第二21和第三22窄侧大致延伸至相对于第一壁17的冷侧19的第一高度25，并且在第四窄侧23上仅延伸至较低的第二高度26。由此，安装后的金属热屏蔽元件14在三个窄侧20、21、22的边缘上贴靠在燃烧室壁13上。
第二壁27相对冷侧19大致在第二高度26上。第二壁27在第四窄侧23的宽度上延伸，并且从第四窄侧23开始在与第四窄侧23相邻的窄侧20、22的长度的一部分上延伸。此外，第二壁27在其背离第四窄侧23的端部28上具有边缘29，该边缘29从第二高度26延伸至第一高度25。
为了冷却金属热屏蔽元件14，在环绕的边缘24内在第一腔室15的区域内设置有多个冷却空气开口30。
如根据现有技术的热屏蔽元件12，通过穿过燃烧室壁13的钻孔向第一腔室15供应用于冷却的压缩空气。该压缩空气通过冷却空气开口30从金属热屏蔽元件14中漏出。
金属热屏蔽元件14具有固定孔31，该固定孔31的围边32从第一壁17延伸至第一高度25。通过该固定孔31，热屏蔽元件14借助固定螺栓被固定在燃烧室壁13上。
向着沿涡轮机9的方向开口的第二腔室16供应由两部分组成的压缩空气。一个部分是，通过若干贯穿燃烧室壁13的钻孔持续地向第二腔室16供应用于冲洗的一些压缩空气，由此当旁通装置断开时，热气不会侵入第二腔室16。
另一部分是，可开关地通过旁通质量流施加给第二腔室16。其通过相比较、也就是与用于冲洗的钻孔相比较大的钻孔被导入燃烧室壁13内。旁通质量流随后在金属热屏蔽元件14和第一叶片10之间的间隙中通过后边棱上的开口漏出，也就是热屏蔽元件14的朝向燃烧室一侧上的开口，在该侧上环绕的边缘24仅达到最大第二高度26。
图3示出用于旁通装置的压缩空气如何首先通过抽气装置33从燃气涡轮机中导出。在燃气涡轮机的外部实现通过阀门34的连通。之后，空气通过管路35被导回至燃气涡轮机内，并且进入围绕环形燃烧室1延伸的集气室36。从那里，分支管道37或针孔延伸至相应金属热屏蔽元件14的相应的第二腔室16。
在图3的实施例中，分别仅示出一个抽气装置33、阀门34、管路35和集气室36。但是具有更多抽气装置、阀门、管路和集气室的技术方案也是可能的。

Claims (10)

1.一种用于燃烧室壁(13)的内衬的热屏蔽元件(14)，该热屏蔽元件包括第一壁(17)，所述第一壁(17)具有能够被热介质加载的热侧(18)、与所述热侧(18)相对置的冷侧(19)和环绕的边缘(24)，所述环绕的边缘(24)在所述第一壁(17)的第一窄侧(20)、第二窄侧(21)和第三窄侧(22)上突伸出所述冷侧(19)大致一个第一高度(25)，其特征在于，所述环绕的边缘(24)在第四窄侧(23)上延伸至比所述第一高度(25)低的第二高度(26)，并且第二壁(27)相对于所述冷侧(19)大致在所述第二高度(26)上并且在所述第四窄侧(23)的宽度上从所述第四窄侧(23)开始在与所述第四窄侧(23)相邻的窄侧(20、22)的长度的一部分上延伸，其中，所述第二壁(27)在其背离所述第四窄侧(23)的端部上具有边缘(29)，该边缘(29)延伸至所述第一高度(25)。
2.如权利要求1所述的热屏蔽元件(14)，其中，所述热屏蔽元件(14)由耐高温的金属构成。
3.如权利要求1或2所述的热屏蔽元件(14)，其中，设有多个在所述环绕的边缘(24)内设置的冷却空气开口(30)。
4.如权利要求3所述的热屏蔽元件(14)，其中，所述冷却空气开口(30)至少在所述第二壁(27)的区域内设置在所述第一壁(17)和第二壁(27)之间。
5.如权利要求1所述的热屏蔽元件(14)，该热屏蔽元件还包括固定孔(31)，所述固定孔的围边(32)从所述第一壁(17)延伸至所述第一高度(25)。
6.一种具有燃烧室壁的燃烧室(1)，所述燃烧室壁具有燃烧器侧的和涡轮机侧的端部(8)，其中，所述燃烧室壁(13)具有一个周向，所述燃烧室(1)包括一定数量的如前述权利要求之一所述的热屏蔽元件(14)，这些热屏蔽元件(14)在所述燃烧室壁(13)的涡轮机侧的端部(8)上、在分别构成两个腔室(15、16)的情况下沿周向安置，其中，第四窄侧(23)朝所述涡轮机侧的端部(8)的方向定向。
7.如权利要求6所述的燃烧室(1)，其中，所述热屏蔽元件(14)通过固定螺栓固定在所述燃烧室壁(13)上。
8.如权利要求6所述的燃烧室(1)，其中，在所述燃烧室壁(13)内设置钻孔，使得冷却剂能够被输送给所述热屏蔽元件(14)。
9.如权利要求6至8之一所述的燃烧室(1)，其中，在所述燃烧室壁(13)内，至少一个输送通道布置在每个热屏蔽元件(14)的相应的第二壁(27)的区域内，所述输送通道通入至少部分环绕所述燃烧室(1)的集气室(36)内。
10.一种具有如权利要求6至9之一所述的燃烧室(1)的燃气涡轮机，其中，所述燃气涡轮机包括至少一个用于压缩空气的抽气装置(33)，所述抽气装置(33)通过至少一条管路(35)借助阀门(34)连通集气室(36)。
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