CN104662367A - 具有支撑结构的隔热屏和用于冷却支撑结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃气轮机的燃烧室的隔热屏(15)，所述隔热屏(15)具有支撑结构(16)和多个隔热石，所述隔热石借助石支架(2、2a、2b)可拆卸地固定在所述支撑结构(16)上，其中，每个隔热石具有朝向所述支撑结构(16)的冷侧和与所述冷侧相对置的、能够被施加热介质的热侧，并且每个石支架(2、2a、2b)具有用于固定在隔热石上的至少一个夹持段(3)和能够固定在所述支撑结构(16)上的固定段(4)，其中，所述固定段(4)能够固定在所述支撑结构(16)内延伸的固定槽(18)内，其中，为了防护热气而设置有至少一个冷却空气通道(9)。

Description

具有支撑结构的隔热屏和用于冷却支撑结构的方法
本发明涉及一种具有支撑结构的隔热屏和一种用于冷却隔热屏的支撑结构的方法。
本发明还涉及一种具有这种类型的隔热屏的燃烧室和一种燃气轮机。
在多种技术应用中采用了隔热屏，该隔热屏必须承受1000至1600摄氏度的热气。尤其是例如应用在发电厂和飞机推进器中的燃气轮机在燃烧室内部具有较大的、被隔热屏遮盖的面积。由于热膨胀和较大的尺寸，由大量单个的、通常陶瓷的隔热石组成的隔热屏必须彼此以足够的间隙相间隔地固定在支撑结构上。该间隙为隔热屏元件提供了用于热膨胀的足够的空间。但是因为间隙也可以造成热的燃气与金属的支撑结构和夹持元件的直接接触，所以作为应对措施穿过间隙向燃烧室的方向喷射冷却空气。
因此，这种类型的隔热屏包括支撑结构和多个隔热石，该隔热石借助石支架可拆卸地固定在支撑结构上，其中每个隔热石具有朝向支撑结构的冷侧和与冷侧相对置的、能够被施加热介质的热侧。每个石支架具有用于固定在隔热石上的至少一个夹持段和能够固定在支撑结构上的固定段。该固定段能够固定在在支撑结构内延伸的固定槽内。为了防护热气而设置有至少一个冷却空气通道。
为了将石支架固定在支撑结构上，可以在支撑结构内设置圆形延伸的且平行的固定槽。石支架在这种情况下通过其固定段相继地移入固定槽内，其中随后的石支架锁止之前定位的石支架的位置。以这种方式，隔热石的圆形延伸的列可以固定在燃气轮机的燃烧室之内的支撑结构上。
文献EP 1 701 095 A1公开了一种燃气轮机的燃烧室的隔热屏，该隔热屏具有支撑结构和多个可拆卸地安置在支撑结构上的隔热石。为了保护燃烧室壁，隔热石在每个位置上在保留有膨胀间隙的情况下安置在支撑结构上，其中每个隔热石具有朝向支撑结构的冷侧和与冷侧相对置的、能够被施加热介质的热侧。隔热石通过分别两个金属的石支架弹性地固定在支撑结构上。为此，每个石支架包括啮合段形式的夹持段和固定段。在每个隔热石中在两个相对置的周向侧上设有夹持槽或夹持凹口，使得石支架的啮合段为了夹持隔热石可以相对置地嵌入夹持槽中。这种相对置地固定在隔热石上的石支架通过其固定段在支撑结构中在隔热石下方延伸的固定槽内被导引。为了防护热气，金属的石支架的啮合段被冷却。为此，在石支架中在夹持段的区域内和在隔热石的固定锁内设有开口，该开口与布置在支撑结构内的冷却空气孔平齐，使得来自冷却空气孔的冷却空气以直线的方式流动地冲击啮合段的冷侧。
尽管根据现有技术对啮合段进行冷却，但是在隔热屏被施加热气时还可能造成热气进入隔热石之间的膨胀间隙的区域内。随后，热气可以在隔热屏的下方扩散并导致支撑结构生成氧化皮。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有支撑结构的隔热屏、一种具有具备这种隔热屏的燃烧室的燃气轮机和一种用于冷却支撑结构的方法，由此可以特别有效地避免支撑结构由于热气侵入而生成氧化皮。
所述技术问题按照本发明通过一种前述类型的隔热屏解决，作为对固定槽的补充，在支撑结构内还设置至少一个冷却空气槽，其中，所述冷却空气槽在隔热石固定在支撑结构上时至少部分地被遮盖，从而构成通道形状的凹槽段，至少一个冷却空气通道通入凹槽段，使得从冷却空气通道中流出的冷却空气能够基本上向冷却空气槽的纵向偏转。
通过按照本发明的隔热屏可以对支撑结构冷却。在此，冷却空气借助所布置的冷却空气通道和被部分遮盖的冷却空气槽限定了流出方向，该流出方向避免了对隔热石的冲击冷却。由此，至少一个冷却空气槽的布置和延伸可以自由的选择并且尤其在隔热石下方，沿着对于固定隔热石特别重要的支撑结构的区域导引。这可以实现支撑结构的特别有效的冷却。从冷却空气通道流出的冷却空气借助沿纵向被遮盖的冷却空气槽可被转向，并且由此顺着遮盖部流动具有沿冷却空气槽的纵向的分速度地离开冷却空气槽。通过冷却空气倾斜地流出冷却空气槽，可以在避免对隔热石的冲击冷却的情况下实现冷却空气的有利的导入。冷却空气槽尤其可以在支撑结构内在隔热石的下方延伸并且冷却空气可以被导入隔热石下方的间隙内。概念“隔热石下方和支撑结构上方之间的间隙”在此理解为一种间隙，其从隔热石的冷侧延伸至支撑结构的朝向隔热石的冷侧的表面。概念“隔热石下方的支撑结构”理解为支撑结构的朝向隔热石的冷侧的区域。
在支撑结构内例如多个按照本发明的冷却空气槽可以彼此成列地或者相互分离地在支撑结构上分布地布置。至少一个冷却空气槽例如可以平行于槽底板或者在固定槽的槽底板之内延伸。但冷却空气槽也可以布置在支撑结构的另外的区域内。冷却空气可以在此指向支撑结构的优选待冷却的区域。冷却空气槽例如可以基本上居中地在隔热石的下方在一个区域内延伸，在该区域内石支架通过其固定段固定在支撑结构上。因为该区域的损伤在最坏的情况下会导致被石支架夹持的隔热石的损失。
冷却空气槽可以是直线形的或具有其他延伸走向。但延伸走向优选地是直线形的，因为这种冷却空气槽可以特别简单地设置在支撑结构内。如果冷却空气槽具有弯曲的延伸走向，则在冷却空气槽的延伸走向上的相应的切线方向被标记为冷却空气槽的纵向。
按照本发明，冷却空气槽沿纵向被部分遮盖，从而构成通道形状的凹槽段。替代概念“遮盖”也可以使用概念“覆盖”。通道形状的凹槽段基本上是闭合的，使得从冷却空气通道流出的冷却空气有效地向冷却空气槽偏转。
按照本发明隔热屏例如如此实现，即冷却空气通道和延伸至此的冷却空气槽被设置在支撑结构内，使得冷却空气通道通入槽内，并且冷却空气槽从冷却空气通道开始被部分遮盖。由于其简单的结构，使本发明也尤其适用于冷却空气槽之后装入也安装的隔热屏中。在这种情况下，为了实现按照本发明的隔热屏，使用已在支撑结构中存在的冷却空气通道。
以有利的方式可以规定，冷却空气槽的未被遮盖的区域在隔热石的冷侧的下方延伸并且在被所述石支架伸展的区域以外延伸。
以这种方式，从冷却空气槽流出的冷却空气可以流入隔热屏下方的间隙内并且在那里分散。由此，隔热石下方的支撑结构的区域被有效地冷却。冷却空气并不会立即从设置在隔热石之间的膨胀间隙漏出。
也能有利地规定，冷却空气槽设置在固定槽的槽底板内。
以这种方式可以实现固定槽的侧壁的特别有效的冷却，固定槽用于石支架在支撑结构上的固定。
还有利地规定，借助石支架的固定段实现所述遮盖。
本发明的这种设计方案具有特别容易实现的结构。冷却空气槽的遮盖在此在将隔热石安置在支撑结构上时实现，其中夹持隔热石的石支架与固定槽嵌接，并且在冷却空气槽之上滑动，使得冷却空气槽沿纵向被部分遮盖。在这种设计方案中省去了用于遮盖冷却空气槽的额外的构件。这减少了这种隔热屏的成本。
在本发明的有利的改进方案中规定，冷却空气槽的未被遮盖的区域在固定槽的槽底板内在两个相对置的石支架的两个固定段之间的区域内延伸。
根据这种改进方案的冷却空气槽的布置特别适用于对固定槽的用于固定石支架而设置的边缘的冷却。根据这种改进方案，冷却空气槽在将隔热石固定在支撑结构上时基本居中地在隔热石的下方延伸。
还有利地规定，在支撑结构内布置有至少两个相邻延伸的冷却空气槽，其中冷却空气槽的各自的遮盖部布置在两个冷却空气槽的对置的端部上。
从两个冷却空气槽中流出的冷却空气由此沿相反的方向流动。本发明的该改进方案可以实现冷却空气在支撑结构区域上的均匀的分布。
还有利地规定，冷却空气通道基本上垂直于冷却空气槽的纵向通入冷却空气槽内。
冷却空气通道的这种定向可特别简单地在支撑结构内设置。从冷却空气通道中流出的冷却空气由此垂直地朝着通道形状的凹槽段的与连通处相对置设置的侧壁冲击，并且朝向冷却空气槽的纵向偏转。所述侧壁可以是石支架的朝向冷却空气槽的槽底板的底侧。
还有利地规定，冷却空气槽基本上居中地布置在隔热石的下方。
本发明的该设计方案可以实现冷却空气在隔热屏下方的特别长的留存时间，避免对隔热石的冲击冷却。由此，在冷却空气从隔热石之间的膨胀间隙中漏出之前，可以实现安置在隔热屏下方的支撑结构的有效的冷却。
本发明所要解决的另外的技术问题是，提供一种用于冷却这种类型的隔热屏的支撑结构的方法，由此可以特别有效地避免由于热气的侵入而导致支撑结构生成氧化皮。
所述技术问题通过一种用于冷却隔热屏的支撑结构的方法解决，为此规定，除了固定槽以外，在支撑结构内还布置有至少一个作为冷却空气槽的另外的槽，其中，通入冷却空气槽的冷却空气通道设置或已布置在支撑结构内。所述槽沿纵向被部分遮盖，使得从冷却空气通道中流出的冷却空气能够借助所述遮盖部朝冷却空气槽的纵向偏转。
这可以在避免对隔热石的冲击冷却的情况下实现支撑结构的特别有效的冷却。
关于方法的优点和设计方案可行性类似于按照本发明的隔热屏的所述内容。
通过按照本发明的方法使得可特别有效地冷却支撑结构、尤其在石支架的固定段的区域内。方法例如可以在维护已安装的隔热屏时被应用，方法是，作为固定槽的补充，在支撑结构内还设置有至少一个作为冷却空气槽的另外的槽以及按照权利要求9构成。
根据方法的有利的改进方案可以规定，冷却空气槽布置在支撑结构内的与隔热石相间隔的区域内，使得在安装了隔热石时，从冷却空气槽顺着遮盖部流动的冷却空气能够流入隔热石的冷侧和支撑结构之间的空间内。
在此可以有利地规定，冷却空气槽设置在固定槽的槽底板内。
为了遮盖冷却空气槽，例如至少一个石支架可以通过其固定段移到冷却空气槽之上，使得冷却空气槽沿纵向被部分遮盖。冷却空气槽的未被遮盖的区域基本上在被石支架夹持的隔热石的中央延伸。
概念“居中地”在此不应狭义地理解。它表示一个区域，该区域不是位于隔热石的边缘区域的下方。
本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种燃烧室和一种具有至少一个燃烧室的燃气轮机，其使得可以对燃烧室所具有的隔热屏的支撑结构进行特别有效的冷却。
所述技术问题按照本发明通过一种燃烧室和一种燃气轮机解决，方法是，隔热屏按照权利要求1至8之一构成。
本发明另外的适宜的设计方案和优点参照附图由本发明的实施例的说明获得，其中相同的附图标记示出相同功能的构件。
在附图中：
图1示出根据实施例的按照本发明的隔热屏的冷却空气槽和石支架的立体示意图，
图2示出按照本发明的隔热屏在固定槽和图1所示的冷却空气槽区域内的局部剖面示意图，和
图3示出图2所示的局部视图的俯视图。
图1示出按照本发明的隔热屏的根据实施例的冷却空气槽1和石支架2。石支架2包括夹持段3，该夹持段3垂直地布置在固定段4上。固定段4在远离夹持段3的端部上扩展，从而构成所谓的靴形部5。冷却空气槽1沿纵向7延伸，其中冷却空气槽在纵向7上部分被固定段4遮盖，使得冷却空气槽1的部分被遮盖的区域构成通道形状的凹槽段8。冷却空气通道9通入通道形状的凹槽段8中。冷却空气通道9垂直于纵向7地通入冷却空气槽中。沿流动方向12流过冷却空气通道9的冷却空气到达通道形状的凹槽段8内，并且由于冷却空气槽被石支架2遮盖，而沿冷却空气槽的纵向7转向，使得冷却空气顺着通道形状的凹槽段8流动，沿流出方向14离开冷却空气槽。冷却空气流在此具有沿冷却空气槽的纵向7的分速度。由于冷却空气从冷却空气槽的倾斜的流出方向14，可以在避免结构的冲击冷却的情况下在冷却空气槽的上方有利地导入冷却空气。
图2示出按照本发明的隔热屏15在图1所示的冷却空气槽1的区域内的局部剖面图。隔热屏15包括支撑结构16，其中剖切面穿过安装在支撑结构16内的固定槽18延伸。在固定槽18内在所示区段内布置有石支架2a和石支架2b。石支架2a、2b分别通过其固定段4放置在固定槽18的槽底板19上。
在所示的实施例中，为了将石支架2a、2b固定在支撑结构16上，固定段4的扩展段、即所谓的石支架的靴形部5以较小的公差嵌入凹槽底部的平行于支撑结构的表面延伸的扩展部。固定段4的未扩展的区域可以无阻碍地在固定槽18内抬升。石支架的分别垂直地安置在固定段4上的夹持段3在此从固定槽18中突伸出，并且夹持住未示出的隔热石。因为石支架通常由金属构成，被石支架夹持的隔热石以这种方式弹性地固定在固定槽18上。
在支撑结构16内在固定槽18的槽底板19内设置有冷却空气槽1。冷却空气槽1在石支架2a的所示位置中被固定段4沿冷却空气槽1的纵向7部分遮盖。冷却空气槽1的未被遮盖的区域由此在固定槽18的槽底板19内在两个对置的石支架2a、2b的两个固定段4之间的区域内延伸，并且在被两个石支架夹持的(未示出的)隔热石的冷侧的下面延伸，并且在被石支架2a、2b伸展的区域以外延伸。在所示的实施例中，冷却空气槽1也基本上居中地在被两个石支架2a、2b夹持的(未示出的)隔热石下方延伸。
借助所述遮盖构成通道形状的凹槽段8。冷却空气通道9垂直于纵向7通入凹槽段8内。沿流动方向12流过冷却空气通道9的冷却空气借助所述遮盖向冷却空气槽1的纵向7偏转，并且顺着冷却空气槽1的遮盖段流动，沿流出方向14离开，这例如由箭头示出。当在石支架2a、2b上固定有隔热石时，冷却空气进入隔热石和支撑结构之间的空间内，由此可以对支撑结构进行有效的冷却。在此确保避免了对隔热石的冲击冷却。
图3示出图2所示实施例的俯视图。在该视图中，除了在图2所示的冷却空气槽1以外，还在固定槽18的槽底板19内布置有另外的冷却空气槽22。这两个冷却空气槽1、22在支撑结构内彼此相邻地延伸，其中它们的遮盖部设置在冷却空气槽的相对置的端部。从两个冷却空气槽中排出的冷却空气由此沿相反的方向14a、14b流动，并且均匀地分布在用于固定石支架2a、2b的固定槽18的边缘区域上。由此，被石支架夹持的隔热石特别有效地避免了受损。

Claims (14)

1.一种用于燃气轮机的燃烧室的隔热屏(15)，所述隔热屏(15)具有支撑结构(16)和多个隔热石，所述隔热石借助石支架(2、2a、2b)可拆卸地固定在所述支撑结构(16)上，其中，每个隔热石具有朝向所述支撑结构(16)的冷侧和与所述冷侧相对置的、能够被施加热介质的热侧，并且每个石支架(2、2a、2b)具有用于固定在隔热石上的至少一个夹持段(3)和能够固定在所述支撑结构(16)上的固定段(4)，其中，所述固定段(4)能够固定在在所述支撑结构(16)内延伸的固定槽(18)内，其中，为了防护热气而设置有至少一个冷却空气通道(9)，其特征在于，作为所述固定槽(18)的补充，在所述支撑结构(16)内设置至少一个冷却空气槽(1、22)，其中，所述冷却空气槽(1、22)在隔热石固定在所述支撑结构(16)上时至少部分地被遮盖，从而构成通道形状的凹槽段(8)，至少一个冷却空气通道(9)通入所述凹槽段(8)，使得从所述冷却空气通道(9)中流出的冷却空气能够基本上朝向所述冷却空气槽(1、22)的纵向(7)偏转。
2.如权利要求1所述的隔热屏(15)，其特征在于，所述冷却空气槽(1、22)的未被遮盖的区域在隔热石的冷侧的下方延伸并且在被所述石支架(2、2a、2b)伸展的区域以外延伸。
3.如权利要求1或2所述的隔热屏(15)，其特征在于，所述冷却空气槽(1、22)设置在固定槽(18)的槽底板(19)内。
4.如权利要求3所述的隔热屏(15)，其特征在于，借助石支架(2、2a、2b)的固定段(4)实现所述遮盖。
5.如权利要求3或4所述的隔热屏(15)，其特征在于，所述冷却空气槽(1、22)的未被遮盖的区域在所述固定槽(18)的槽底板(19)内在两个相对置的石支架(2a、2b)的两个固定段(4)之间的区域内延伸。
6.如前述权利要求之一所述的隔热屏(15)，其特征在于，在所述支撑结构(16)内布置有至少两个相邻延伸的冷却空气槽(1、22)，所述冷却空气槽(1、22)的遮盖部布置在所述冷却空气槽(1、22)的对置的端部上。
7.如前述权利要求之一所述的隔热屏(15)，其特征在于，所述冷却空气通道(9)基本上垂直于所述冷却空气槽(1、22)的纵向(7)地通入所述冷却空气槽(1、22)内。
8.如前述权利要求之一所述的隔热屏(15)，其特征在于，所述冷却空气槽(1、22)基本上居中地布置在隔热石的下方。
9.一种用于冷却隔热屏(15)的支撑结构(16)的方法，所述隔热屏(15)包括多个能够可拆卸地固定在所述支撑结构(16)上的隔热石，其中，所述隔热石借助所述支撑结构(16)上的石支架(2、2a、2b)能够固定在固定槽(18)内，其特征在于，作为所述固定槽(18)的补充，在所述支撑结构(16)内设置至少一个作为冷却空气槽(1、22)的另外的槽，其中，至少一个通入所述冷却空气槽(1、22)的冷却空气通道(9)设置或已布置在所述支撑结构(16)内，并且所述冷却空气槽(1、22)沿纵向(7)被部分遮盖，使得从所述冷却空气通道(9)中流出的冷却空气能够借助所述遮盖部朝向所述冷却空气槽(1、22)的纵向(7)偏转。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述冷却空气槽(1、22)布置在所述支撑结构(16)内的与隔热石相间隔的区域内，使得在安装了隔热石时，从所述冷却空气槽(1、22)顺着所述遮盖部流动的冷却空气能够流入隔热石的冷侧和所述支撑结构(16)之间的间隙内。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述冷却空气槽(1、22)设置在固定槽(18)的槽底板(19)内。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，为了遮盖所述冷却空气槽(1、22)，至少一个石支架(2、2a、2b)以其固定段(4)移到所述冷却空气槽(1、22)之上，使得所述冷却空气槽(1、22)沿纵向(7)被部分遮盖，并且所述冷却空气槽(1、22)的未被遮盖的区域基本上居中地在被所述石支架(2、2a、2b)夹持的隔热石的下方延伸。
13.一种燃烧室，其被隔热屏(15)覆盖衬里，其特征在于，所述隔热屏(15)按照权利要求1至8之一构成。
14.一种燃气轮机，具有至少一个燃烧室，其特征在于，至少一个燃烧室按照权利要求13构成。
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