CN104769362A - 用于保持隔热屏块的保持元件和用于冷却隔热屏的支承结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将隔热屏块保持在支承结构(43)上的保持元件(22，54)，其具有至少一个能固定在支承结构上的固定区段(23)和至少一个带有保持头(25)的保持区段(24)，该保持头(25)设计用于嵌接到位于隔热屏块上的嵌接装置中。固定区段(23)当其固定在支承结构(43)上并且保持区段嵌接在隔热屏块上时具有面朝隔热屏块的冷侧的上侧(28)。至少一个冷却空气通道(34，55)布置在固定区段(23)中，该冷却空气通道(34，55)包括入口(35，68)和至少一个布置在侧面(32)和/或在固定区段的上侧(28)的出口(37，38，62)。

Description

用于保持隔热屏块的保持元件和用于冷却隔热屏的支承结构的方法

本发明涉及一种用于保持在支承结构上的保持元件和一种用于冷却隔热屏的支承结构的方法。本发明还涉及这种隔热屏以及内衬以隔热屏的燃烧室和燃气轮机。

在多种技术应用中使用隔热屏，该隔热屏必须经受1000至1600GradCelsius的热气体。尤其是燃气轮机，如它使用在发电电厂和飞机发动机中，在燃烧室的内部相应地具有较大的、待通过隔热屏隔离的面。因为热膨胀和大的尺寸，隔热屏必须由多个单独的，一般陶瓷的隔热屏块组成，该隔热屏块彼此以足够的缝隙间隔地固定在支承结构上。该缝隙为隔热屏元件提供足够热膨胀的空间。但因为缝隙也能够实现热燃烧气体与金属的支承结构和保持元件直接接触，所以作为对应措施，冷却空气通过缝隙在燃烧室的方向上喷入。

因此，这种类型的隔热屏包括支承结构和多个隔热屏块，此隔热屏块借助保持元件可拆卸地固定在支承结构上，其中，每个隔热屏块都具有面朝支承结构的冷侧和与冷侧对置的、施加以热介质的热侧。在支承结构中设置用于防热气体的至少一个冷却空气通道。

按这种类型的保持元件具有可固定在支承结构上的固定区段和带有保持头的保持区段，该保持头设计用于嵌接到位于隔热屏块上的嵌接装置中。固定区段当其固定在支承结构上时并且保持区段嵌接在隔热屏块上时具有面朝隔热屏块的冷侧的上侧。

EP 1 701 095A1公开一种燃气轮机的燃烧室的开头所述的隔热屏，其具有支承结构和多个可拆卸地布置在支承结构上的隔热屏块。为保护燃烧室壁，隔热屏块全面地在留出伸缩缝的情况下布置在支承结构上，其中，每个隔热屏块具有面朝支承结构的冷侧和与冷侧对置的、施加以热介质的热侧。隔热屏块通过各两个金属的保持元件弹性地固定在支承结构上。为此，每个保持元件包括具有夹紧区段的保持区段和固定区段。在每个隔热屏块中，在两个对置的周侧上开有保持槽，使得为保持隔热屏块可以将保持元件的夹紧区段对置地嵌接到保持槽中。这样地对置固定在隔热屏块上的保持元件以其固定区段在支承结构中的隔热屏块的下方延伸的固定槽中导引。为防热气体冷却金属的块夹持器的夹紧区段。为此，在保持区段的区域内的块夹持器中和在隔热屏块的保持杆中引入开口，该开口与布置在支承结构中的冷却空气孔对齐，使得冷却空气从冷却空气孔中流出并且以一条直线冲击到夹紧区段的冷侧上。

虽然根据现有技术冷却了夹紧区段，但在隔热屏施加以热气时，热气吸入了隔热屏块之间的伸缩缝区域内。然后，热气可以在隔热屏块下方扩散并且导致支承结构的生成氧化皮。

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于保持在支承结构上的隔热屏块的保持元件、一种具有支承结构的隔热屏和一种用于冷却支承结构的方法，通过它们可以特别有效地避免支承结构由于热气吸入导致的生成氧化皮。

本发明所要解决的另外的技术问题是，提供一种燃烧室和燃气轮机，通过它们可以特别有效地避免被燃烧室包围的隔热屏的支承结构的生成氧化皮。

该技术问题按本发明在开头所述类型的保持元件中解决的方式是，至少一个冷却空气通道布置在固定区段中。冷却空气通道包括入口和至少一个布置在固定区段的侧面内和/或上侧上的出口。进入入口的冷却空气从至少一个出口排出，其中，冷却空气借助冷却空气通道分别产生一个流出方向，该流出方向包括平行于冷侧的速度分量并且避免被保持区段保持的隔热屏块的冲击冷却。

固定区段为此这样地布置在支承结构上，使得冷却空气通道与至少一个布置在支承结构中的冷却空气道对应。

按本发明的保持元件的结构方案能够使冷却空气在隔热屏的隔热屏块的下方的固定区段的区域内被输入。由于这种基本上中心的在隔热屏块下方流入的冷却空气，可以在用于固定隔热屏块的区域内有效地冷却支承结构。也称为块夹持器的弹性保持元件基本上中心地固定在隔热屏块的下方。通过本发明，有效地冷却该区域，其中，隔热屏块的直接气流借助按本发明构造的块夹持器中断。因此，可靠地避免隔热屏块的损坏。隔热屏块通常由陶瓷材料制成并且在运行中以其热侧直接地与燃烧室内的热气体接触。隔热屏块从冷侧的冲击冷却会导致在隔热屏块中的热感应应力并因此导致在隔热屏块中增大的开裂。按本发明，集成到固定区段中的冷却空气通道在块夹持器适合地定位在支承结构上时能够通过在支承结构中的至少一个冷却空气道进行供给。冷却空气通道与冷却空气道的相对应理解为，块夹持器在支承结构上可这样地被定位，使得从冷却空气道中流出的冷却空气至少部分地进入冷却空气通道的入口中。

在该位置中，冷却空气通道的入口和冷却空气道的出口可以例如彼此对齐。因此，不必具有在支承结构中的冷却空气道和块夹持器中的冷却空气通道之间的物理上的固定连接装置。块夹持器仅定位在支承结构的适合部位上，由此可实现为维修目的、隔热屏块的简单安装或拆卸。例如可以在固定槽中导引保持元件，其中，布置在支承结构中的冷却空气道布置在固定槽的槽底中。块夹持器在此可以为维修目的移动通过冷却空气道。冷却空气通道可以例如布置在固定区段的背对保持区段的端部区域中。

冷却空气在离开冷却空气通道的出口时的流动方向可以通过冷却空气通道的相应构造指向支承结构的待冷却的区域。从冷却空气通道的出口中流出的冷却空气流的总动量的方向在此不指向隔热屏。因此，各流出方向具有一个速度分量，该速度分量平行于隔热屏块的冷侧延伸并且避免对隔热屏块的冲击冷却。

按有利的结构方案，冷却空气通道与构造在固定区段的上侧上的突起部对应。

本发明的该结构方案能够实现，冷却空气通道的至少一个出口侧向地布置在突起部中。

也可以看作有利的是，固定区段在突起部的区域内加厚。

因为以此方式存在更多的材料，所以冷却空气通道可以例如布置在固定区段的内部。例如以布置在固定区段中的冷却空气孔的形式，该冷却空气孔包括至少一个布置在突起部的侧面中的出口。冷却空气孔可以具有例如T形走向。

按本发明的结构方案，固定区段在突起部的区域内阶梯形地错位。

与该结构方案相应地，冷却空气通道可以设计成布置在该阶梯下方的槽。该槽可以具有两个对置的侧面。但该槽也可以包括仅一个侧面。因此，冷却空气通道包括两个布置在固定区段的侧面中的出口。冷却空气通道可以包括另外的布置在突起部中的出口。

突起部有利地设计为阶梯形并且包括至少一个指向保持区段方向的侧面。按本发明的此扩展设计，冷却空气通道的至少一个出口布置在该侧面内。

以这种方式可以特别有效地冷却支承结构的、其上保持固定区段的区域。为此可以通过冷却空气通道的相应结构方案，从冷却空气通道中流出的冷却空气的流动方向指向固定区段的侧边缘。

此外，可以有利地规定，固定区段包括细长形的底板，在该底板的一端侧上连接有保持区段，在底板的另一端侧上相对底板在隔热屏块的方向上错位地设有堵塞板。因此，借助堵塞板在固定区段的上侧中形成阶梯形的突起部。在这种情况下，冷却空气通道至少由堵塞板的下侧和在堵塞板下方延伸的、底板的端侧的部分所限定。

本发明的该结构方案具有特别简单的构造。按本发明的保持元件可以例如通过将堵塞板固定在传统的固定区段的表面上来实现。

本发明所要解决的另外的技术问题是，提供一种开头所述的隔热屏，通过该隔热屏可以特别有效地避免支承结构由于热气吸入造成的生成氧化皮。

为此，至少一个被隔热屏包围的保持元件按权利要求1至7之一构造。至少一个布置在支承结构中的冷却空气道与保持元件对应，使得当隔热屏块固定在支承结构上时从冷却空气道中流出的冷却空气至少部分地进入冷却空气通道的入口。

布置在支承结构中的冷却空气道与保持元件相对应可以这样理解，保持元件以它的固定区段这样地定位在支承结构上，使得从冷却空气道中流出的冷却空气至少部分地进入冷却空气通道的入口。

本发明还要解决的技术问题是，提供一种开头所述的燃烧室和一种开头所述的具有至少一个燃烧室的燃气轮机，通过它们可以特别有效地避免支承结构由于热气吸入造成的生成氧化皮。

为此，隔热屏按权利要求8构造或至少一个燃烧室按权利要求9构造。

本发明还要解决的技术问题是，提供一种用于冷却隔热屏的支承结构的方法，通过该方法可以特别有效地避免支承结构由于热气吸入造成的生成氧化皮。

在该方法中使用的隔热屏包括多个可拆卸地固定在支承结构上的隔热屏块。隔热屏块借助保持元件固定在支承结构上。

为解决该技术问题，冷却空气从支承结构沿通过保持元件的固定区段构成的冷却空气通道导向至少一个上侧和/或固定区段的侧面。冷却空气在此借助冷却空气通道产生流动方向，该流动方向避免对隔热屏块的冲击冷却。

冷却空气产生流动方向应该理解为，冷却空气从冷却空气通道的一个或多个出口流出。每个冷却空气流在流出时具有必要时指向不同的方向的总动量。但这些共同之处在于，避免了对隔热屏的冲击冷却。因此，这种总动量总是具有平行于隔热屏块的冷侧的速度分量并且不直接指向隔热屏块。

有利地，冷却空气在从冷却空气通道流出时指向支承结构的至少一个区域，在所述至少一个区域上固定有保持元件的固定区段。

尤其是可以规定，沿冷却空气通道流动的冷却空气指向固定槽的槽边缘。

为此相应地设计冷却空气通道的走向。

本发明的其他适宜的结构方案和优点是本发明实施例参照附图描述的主题，其中，相同的附图标记标示作用相同的部件。附图中：

图1是现有技术中燃气轮机的示意图，

图2是按本发明第一实施例的保持元件的示意性立体图，

图3是图2中所示的保持元件布置在按本发明的隔热屏的支承结构上的剖视图，

图4是按本发明第二实施例的保持元件的示意性立体图，以及

图5是在图4中所示的保持元件布置在按本发明的隔热屏的支承结构上的剖视图。

图1示出现有技术中的燃气轮机1的示意性剖视图。燃气轮机1在内部具有围绕旋转轴线2旋转支承的、具有轴4的转子3，该转子3也称作涡轮转子。沿转子3相继地设有进气壳体6、压缩机8、具有多个燃烧室10的燃烧系统9(多个燃烧室10分别包括燃烧器装置11和壳体12)、涡轮14和废气壳体15。壳体12内衬以用于防热气体的(未示出的)隔热屏。

燃烧系统9与例如环形的热气道连通。在此，多个相继连接的涡轮级形成涡轮14。每个涡轮级由叶片环构成。在工作介质的流动方向上看，在热气道中在由导向叶片17构成的列之后设有由工作叶片18形成的列。导向叶片17在此固定在定子19的内部壳体上，而一列工作叶片18例如借助涡轮盘安设在转子3上。在转子3上联接有例如(未示出的)发电机。

在燃气轮机工作时，通过进气壳体6从压缩机8吸入空气并将之压缩。在压缩机8的涡轮侧的端部上提供的压缩空气被导引至燃烧系统9并且在此在燃烧器装置11的区域内与燃料混合。然后，混合物借助燃烧器装置11在燃烧系统9形成工作气流的情况下被燃烧。从此处，工作气流沿热气道从导向叶片17和工作叶片18旁流过。在工作叶片18上，在工作叶片18上工作气流脉冲传送地降低压力或膨胀，从而使得工作叶片18驱动转子3并且该转子3驱动与之联接的(未示出的)发电机。

图2示出按本发明第一实施例的保持元件22的立体图。保持元件22的实施例包括矩形的、板形的固定区段23，在该固定区段23的一端侧垂直连接有保持区段24。保持区段24包括保持头25，该保持头25用于嵌接到位于(未示出的)隔热屏块上的嵌接装置中。固定区段23具有上侧28。为将保持元件22固定在(未示出的)支承结构上，固定区段23局部区段加宽。该固定区段23的这种加宽部也称作托板(Schuh)29。在托板29上还连接有布置在固定区段23的上侧28上的突起部30，使得固定区段在突起部30的区域内加厚。突起部30阶梯形构造，具有指向保持区段24的方向的侧面32。在本发明的范围内，概念“固定区段23的侧面”也包括侧面32。所示的固定区段23包括冷却空气通道，该冷却空气通道延伸通过固定区段23的加厚区域。因此，冷却空气通道34与构造在固定区段的上侧上的突起部30相对应。冷却空气通道34包括入口35和两个出口37和38。出口37，38布置在固定区段的对置的侧面32，39内。所示的冷却空气通道34是冷却空气孔，该冷却空气孔具有布置在指向保持区段24的方向的、突起部30的侧面32内的出口38。

通过入口35进入冷却空气通道34的冷却空气流由于T形冷却空气通道34的走向划分为两个支流，并且通过出口37和38从冷却空气通道34中流出。在流经冷却空气通道34时，冷却空气产生平行于固定区段23的上侧延伸的流出方向。由此避免了布置在保持元件22上方的(未示出的)结构受到冲击冷却。

图3示出按本发明的隔热屏42的剖面图，该隔热屏具有支承结构43和固定在支承结构上的保持元件22，该保持元件相应于图2设计。保持元件22以其固定区段23位于支承结构43上，并且具有用于保持(未示出的)隔热屏块的保持区段24。在该位置中，固定区段23的上侧28面朝被保持区段24保持的(未示出的)隔热屏块的冷却侧。

在所示的剖视图中示出在图2中进一步描述的冷却空气通道34的纵剖面。冷却空气通道34的入口35与布置在支承结构中的冷却空气道45对齐。因此，固定区段23这样地布置在支承结构43上，使得冷却空气通道34与布置在支承结构43中的冷却空气道45对应。在该图中例示出两个流动路径47和48，沿这些流动路径从冷却空气道45中流出的冷却空气的一部分经过冷却空气通道34。冷却空气借助冷却空气通道34产生流出方向50和51，所述流出方向50和51包括平行于被保持元件保持的隔热屏块的冷却侧的速度分量，并且避免对隔热屏块的冲击冷却。

图4示出相应于第二实施例的按本发明的保持元件54。保持元件54与图2中所示的保持元件的不同之处在于冷却空气通道55的不同的构造。固定区段23在此包括长条形底板57，在该长条形底板57的一端侧上连接保持区段24，在长条形底板57的另一端侧58上，与底板57在(未示出的)隔热屏块方向上错位设有堵塞板60。由此在固定区段23的上侧形成阶梯形的突起部30，并且固定区段23阶梯形延伸地错位。冷却空气通道55被堵塞板60的下侧和在堵塞板下方延伸的、底板57的端侧58所限定。冷却空气通道55因此包括布置在固定区段23的侧面中的且围绕固定区段23的端部的出口62。冷却空气在经过冷却空气通道55时产生流出方向59，61，63，所述流出方向59，61，63平行于被保持区段保持的隔热屏块的冷侧延伸。

图5示出按本发明的隔热屏64的剖面图，该隔热屏具有支承结构43和固定在支承结构上的保持元件54，该保持元件54相应于图4设计。包括底板57和堵塞板60的固定区段23这样地固定在支承结构43上，使得冷却空气道45与冷却空气通道55对应。沿在示例中示出的流动路径65和66从冷却空气道45流入冷却空气通道55的入口68并且从出口62流出的冷却空气、借助冷却空气通道55产生流出方向59，61，63。流出方向在所示的实施例中平行于被保持区段24保持的(未示出的)隔热屏块的冷侧。所示的实施例特别好地适合用于冷却固定槽(未示出)的槽边缘，保持元件54固定在支承结构的固定槽中。

在本发明的范围内，平行于隔热屏块的冷侧的方向与支承结构的面朝隔热屏块的表面平行的方向相同。在此不考虑支承结构的表面不平整性。

Claims (13)

1.一种用于将隔热屏块保持在支承结构(43)上的保持元件(22，54)，具有至少一个可固定在支承结构(43)上的固定区段(23)和至少一个带有保持头(25)的保持区段(24)，所述保持头(25)设计用于嵌入位于所述隔热屏块上的嵌接装置内，其中，所述固定区段(23)当它固定在支承结构(43)上并且所述保持区段(24)嵌接在所述隔热屏块上时具有面朝所述隔热屏块的冷侧的上侧(28)，其特征在于，所述至少一个冷却空气通道(34，55)布置在固定区段(23)中，所述冷却空气通道(34，55)包括入口(35，68)和至少一个布置在侧面(32，39，58)和/或所述固定区段(23)的上侧(28)的出口(37，38，62)，使得进入入口(35，68)的冷却空气从至少一个出口(37，38，62)中排出，并且所述冷却空气借助所述冷却空气通道(34，55)分别产生流出方向(50，51，59，61，63)，所述流出方向(50，51，59，61，63)包括平行于冷侧的速度分量并且避免对由保持区段(24)保持的隔热屏块的冲击冷却，并且固定区段(23)能这样地布置在所述支承结构(43)上，使得冷却空气通道(34，55)与至少一个布置在所述支承结构(43)中的冷却空气道(45)对应，其中，所述冷却空气道的出口布置在支承结构中延伸的固定槽的槽底内，

并且所述保持元件利用固定区段在所述固定槽中导引并且能够这样地定位在所述固定槽内，使得布置在固定区段中的冷却空气通道的入口和布置在所述槽底内的冷却空气道的出口彼此对齐。

2.按权利要求1所述的保持元件(22，54)，其特征在于，所述冷却空气通道(34，55)与构造在固定区段(23)的上侧(28)上的突起部(30)对应。

3.按权利要求2所述的保持元件(22)，其特征在于，所述固定区段(23)在所述突起部(30)的区域内加厚。

4.按权利要求2或3所述的保持元件(54)，其特征在于，所述固定区段(23)在所述突起部(30)的区域内阶梯形错位地延伸。

5.按权利要求3或4所述的保持元件(22)，其特征在于，所述冷却空气通道(34)是布置在所述固定区段(23)中的冷却空气孔，所述冷却空气孔包括至少一个布置在所述突起部(30)的侧面(32，39)内的出口(38，37)。

6.按权利要求5所述的保持元件(22，54)，其特征在于，所述突起部(30)构造为阶梯形并且具有至少一个指向保持区段(24)的方向的侧面(32)，其中，至少一个出口(38)布置在所述侧面(32)中。

7.按权利要求4所述的保持元件(54)，其特征在于，所述固定区段(23)包括细长形的底板(57)，在所述底板(57)的一端侧上连接有所述保持区段(24)，并且在所述底板(57)的另一端侧(58)上设有相对底板(57)在隔热屏块方向上错位的堵塞板(60)，使得在所述固定区段(23)的上侧(28)借助所述堵塞板(60)构造阶梯形的突起部(30)，其中，所述冷却空气通道(55)至少由所述堵塞板的下侧和所述底板(57)的在堵塞板下方延伸的、端侧(58)的部分所限定。

8.一种用于燃气轮机(1)的燃烧室(10)的隔热屏(42，64)，具有支承结构(43)和多个隔热屏块，所述多个隔热屏块借助保持元件(22，54)可拆卸地固定在支承结构(43)上，其中，每个隔热屏块都具有面朝所述支承结构(43)的冷侧和与所述冷侧对置的、施加以热介质的热侧，并且每个保持元件(22，54)都具有用于固定在隔热屏块上的保持区段(24)和能固定在支承结构(43)上的固定区段(23)，其中，在所述支承结构(43)中设置用于防热气体的至少一个冷却空气道(45)，

其特征在于，至少一个保持元件(22，54)按权利要求1至7之一构造，并且至少一个布置在所述支承结构(43)中的冷却空气道(45)与所述保持元件(22，54)这样地对应，使得当隔热屏块固定在支承结构(43)上时从所述冷却空气道(45)流出的冷却空气至少部分地进入所述冷却空气通道(34，55)的入口(35，68)。

9.一种燃烧室，所述燃烧室内衬以隔热屏，其特征在于，按权利要求8构造隔热屏(42，64)。

10.一种燃气轮机(1)，具有至少一个燃烧室(10)，其特征在于，所述至少一个燃烧室(10)按权利要求9构造。

11.一种用于冷却隔热屏(42，64)的支承结构(43)的方法，所述隔热屏(42，64)包括多个可拆卸地固定在所述支承结构上的隔热屏块，其中，所述隔热屏块借助保持元件(22，54)固定在所述支承结构(43)上，其中，至少一个保持元件利用固定区段在支承结构中延伸的固定槽中被导引，

其特征在于，所述保持元件被这样地定位在固定槽中，使得布置在固定区段中的冷却空气通道的入口和布置在槽底中的冷却空气通道的出口彼此对齐，使得从所述冷却空气道的出口中排出的冷却空气至少部分地从所述支承结构(43)沿通过保持元件(22，54)的固定区段(23)构成的冷却空气通道(34，55)导向所述固定区段(23)的至少一个上侧(28)和/或侧面(38，39)，所述冷却空气在此借助所述冷却空气通道(34，55)形成避免对隔热屏块的冲击冷却的流动方向。

12.按权利要求11所述的方法，

其特征在于，所述冷却空气在从冷却空气通道(34，55)流出时指向所述支承结构(43)的至少一个区域，在所述至少一个区域上固定有保持元件(22，54)的固定区段(23)。

13.按权利要求12所述的方法，

其特征在于，沿所述冷却空气通道(34，55)流出的冷却空气指向固定槽的槽边缘。