CN106247399A - 用于燃气轮机的燃烧室的具有较薄的厚度的绝热陶瓷砖瓦 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃气轮机的燃烧室的陶瓷材料制成的绝热砖瓦，其包括第一面部(10)、第二面部(11)、与第一面部(10)和第二面部(11)相邻的侧部(15)以及在侧部(15)上的固定座部(17)；固定座部(17)由在第一面部(11)上开口的各自的凹槽限定，并且由各自的连接表面(18)界定，连接表面(18)从第一面部(10)倾斜到各自的侧部(15)中的其中一个。

Description

用于燃气轮机的燃烧室的具有较薄的厚度的绝热陶瓷砖瓦

技术领域

本发明涉及一种具有较薄的厚度的绝热陶瓷砖瓦，更具体地，涉及在燃气轮机的燃烧室中所使用的类型的砖瓦，特别地，涉及在中小型的燃气轮机的环形燃烧室中所使用的类型的砖瓦。

背景技术

如已知，因为机械操作产生的高温，燃气轮机的燃烧室必须在内部设置有绝热覆盖层。绝热覆盖层通常由多个砖瓦形成，砖瓦在燃烧室壳体的内壁部上被排列成连续的行，以限定大致连续的表面。

在生产功率高于150兆瓦的大尺寸的燃气轮机中，绝热砖瓦通常由耐火陶瓷材料制成。这类材料具有非常低的热传导性，并且特别地适合在燃气轮机中使用。在提供例如大约70兆瓦或更低的功率的较小尺寸的燃气轮机中，减少的尺寸不允许使用陶瓷砖瓦。传统的陶瓷砖瓦的安装实际上需要被布置在砖瓦和燃烧室金属框架之间的固定系统，其必须通过特殊工艺变薄。该固定系统通常被接合于被形成于陶瓷砖瓦的侧部上的适合的座部中，其因此必须具有足以确保足够的耐受截面的最小厚度；这极大地限制了陶瓷砖瓦变薄的可能性。传统的固定系统还提供通过滑动的砖瓦拆卸，其在小尺寸的燃烧室中由于操作者移动的可能性的减小而不可行。

由于不可能改变壳体的外部尺寸(为了改造的需求)或者内部燃烧容量(不影响燃烧效率)，在小尺寸的燃气轮机中，变薄可能过度，并且可能危及燃烧室的支撑结构。因此不兼容必须的加工操作，并且不能使用陶瓷砖瓦。

因此，较小尺寸的燃气轮机的燃烧室使用冷却的金属防护件被保护，其尺寸(特别是厚度)允许它们的安装，而在壳体上没有潜在的有害影响。即使通过特殊的铸造工艺获得且被覆盖有薄陶瓷层的金属防护件也不具有相同的绝热能力，并且必须被从压缩机出口获取的充足的空气流冷却。然而，冷却空气不能被传递到燃烧炉中，从而不利于在热功率输出和燃烧稳定性方面的机械效率。而且，金属防护件承受的过热最多，并且必须被更频繁地更换，从而，极大的增加了操作成本，并且增加了在维护期间的涉及它们的系统更换的有关于过热的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供能克服或者至少减轻上述限制的绝热砖瓦，并且，特别地，还能被用于比使用已知的绝热陶瓷砖瓦的燃气轮机更小的燃气轮机中。

本发明提供了用于燃气轮机的燃烧室的陶瓷材料的绝热砖瓦，其包括第一面部、第二面部、与第一面部和第二面部相邻的侧部以及在侧部上的固定座部；固定座部由在第一面部上开口的各自的凹槽限定，并且由各自的连接表面界定，该连接表面从第一面部倾斜到各自的其中一个侧部。

附图说明

现在将参考示出了非限制性的实施方式的附图来描述本发明，其中：

图1是根据本发明的实施方式的燃气轮机的环形燃烧室的立体视图，其为局部剖面的，且出于清晰的目的部分被移除；

图2是根据本发明的实施方式的绝热砖瓦的立体正视图；

图3是从上方所见的图2的绝热砖瓦沿图2的平面III-III剖开的四分之三的立体视图；

图4是从下方所见的图2的绝热砖瓦的四分之三的立体视图；

图5示出了并置于组装位置中的根据本发明的实施方式的一对绝热砖瓦；

图6是图1的燃烧室的固定装置的分解立体视图；并且

图7是图6的组装的固定装置的立体视图；

具体实施方式

图1示出了燃气轮机(未全部示出)的燃烧室1。燃烧室1包括围绕轴线延伸的环形壳体2，并且被设置有绝热覆盖层3，绝热覆盖层3在内部覆盖壳体2，并且限定了燃烧容积体4。图1还示出了燃烧器壳部6，出于简化目的，未描述燃烧器壳部6。

绝热覆盖层3包括由耐火材料制成的多个绝热砖瓦5，其沿围绕燃烧室1的轴线的周长被布置在相邻的行中。可选地，绝热覆盖层3还可包括成排的金属绝热防护件7，特别地，在燃烧室的与出口邻近的较为不热的部分中。

绝热砖瓦5通过固定装置8被紧固于壳体2。每个固定装置8都接合各自的一对相邻的绝热砖瓦5。

绝热覆盖层3的特定的行的其中一个绝热砖瓦5在图2至6中被详细地示出。除非另有说明，以下描述通常不仅应用于在相同行中的全都相同的所有绝热砖瓦5，还应用于绝热覆盖层3的其他行的绝热砖瓦5。

绝热砖瓦5具有大致四边形的形状。更具体地，绝热砖瓦5具有被暴露于燃烧容积体4的第一面部或者热面部10(图2和3)以及与热面部10相对且被定向为朝向壳体2的第二面部或者冷面部11(图3和4)。热面部10和冷面部11可略微地呈弧形，根据离燃烧室1的轴线的距离，分别凹凸。绝热砖瓦5还具有第一侧部12和第二侧部13，第一侧部12被布置在相对于在燃烧室1中的气体流动方向的上游，第二侧部13被布置在相对于第一侧部12的下游。侧部15在热面部10和冷面部10之间以及第一侧部12和第二侧部13之间延伸。侧部15从第一侧部12到第二侧部13略微地汇聚，以便在相同行中的绝热砖瓦5在内部且在外部限定了大致的截头锥形表面。绝热砖瓦5是大致相对于中间纵向轴线A(图2)对称的，这里的纵向被理解为表示与从第一侧部12到第二侧部13垂直地延伸的方向。

绝热砖瓦5(图2至4)具有在每个侧部15上的固定座部17，固定座部17用于侧部15与各自的固定装置8的连接。固定座部17由在热面部10上和各自的侧部15上开口的各自的凹槽限定。固定座部17在底部由相对于绝热砖瓦5的热面部10倾斜的连接表面18限定。在一个实施方式中，连接表面18大致是平坦的，并且以相对于热面部10的包含在例如30°至60°之间的恒定的倾斜度从热面部10倾斜到各自的侧部15。而且，侧部15在各自的固定座部17具有凹槽，以便在相同行中的两个连续的砖瓦在它们之间限定间隙20，间隙20在底部开口，并且允许各自的固定装置8(在这方面，见图5)通过。由于该斜面和该凹槽，连接表面18在热面部10和冷面部11(图3)之间的中间高度截断各自的侧部15。

参考图3和4，绝热砖瓦5的冷面部11具有凹槽部21，凹槽部21沿绝热砖瓦5的周边被凸起部22包围。例如，由编织的绝热纤维制成的绝热层25被成形，以对应于冷面部11的凸起部22，并且通过黏合位置(未示出)被敷于凸起部22上。在绝热砖瓦5和燃烧室1的壳体2之间的接触表面被限制于沿凸起部22的绝热层25，同时凹槽部21与壳体2分开。而且，形成绝热层25的材料还减弱了从壳体2到绝热砖瓦5的机械振动的传递。

图6和7详细地示出了其中一个固定装置8，固定装置8在结构上是相同的，并且可能包括一些大小差异，以允许不同行的绝热砖瓦的连接。在一个实施方式中，绝热砖瓦5的相同行的固定装置8是相同的。图7还使用虚线示出了被连接到固定装置8的绝热砖瓦5和燃烧室1的壳体2的部分。

固定装置8包括组装部件27、夹持托架28、热防护部件30和螺钉31。在一个实施方式中，组装部件27包括金属片，金属片被折叠以便限定由底部33连接的一对分叉侧壁部32。在一个实施方式中，被定义为在侧壁部32的上边缘32a之间的最大距离的组装部件27的宽度比被限定在垂直于该宽度且垂直于螺钉31的插入方向的方向上的长度更小。组装部件27可弹性变形以减弱由绝热砖瓦5传递的振动。侧壁部32倾斜，以配合绝热砖瓦5的连接表面18，并且在它们之间限定凹口部34。例如，侧壁部32在它们之间形成被包含于60°至120°之间的角度α。组装部件27被成形，以便被容纳于两个相邻的绝热砖瓦5之间的间隙20。

组装部件27的底部33具有开口35，以允许将冷却空气供应到夹持托架28，并且具有用于螺钉31穿过的开口36。

在一个实施方式中，夹持托架28由被插入到在组装部件27的侧壁部32之间的凹口部34中的金属条限定。托架部件28的宽度为，以便托架部件28首先接触组装部件27的底部33，并且随后接触侧壁部32。

夹持托架28在与组装部件27的底部的开口35相对应的位置具有通孔38。更进一步，通座部39允许螺钉31插入穿过夹持托架28以及在组装部件27中的开口36。由螺钉31产生的夹持力通过夹持托架28被传递且分布到组装部件27，组装部件27随后被稳定地保持于其座部中。更进一步，夹持托架28在组装部件27的底部33上施加压力，从而通过侧壁部32传递期望的力抵靠绝热砖瓦5的固定座部17的连接表面18。

热防护部件30包括金属合金耐高温板，可能被覆盖有耐火材料制成的绝热层(未详细示出)，例如，该耐火材料为陶瓷材料。热防护部件30覆盖组装部件27和夹持托架28。夹持托架28随后在组装部件27和热防护部件30之间被卡在凹口部34中。热防护部件30延伸超出侧壁部32的边缘，并且特别地，被成形为，以便封闭容纳固定装置8的间隙20。因此，热防护部件30与相邻的绝热砖瓦5的热面部10形成大致连续的表面，保护组装部件27和夹持托架28。

面对夹持托架28的侧部上，热防护部件28具有座部40，以容纳螺钉31的头部41。限定座部40的壁部也被形成为，以便由于螺钉31的拧紧，按压夹持托架28抵靠组装部件27的底壁部33。螺钉31被连接到在壳体2中的座部(未示出)。

可能需要用于冷却热防护部件30的空气可通过组装部件27的开口35和在夹持托架28中的通孔38被给进。

能使用工具通过在热防护部件30中的孔43到达具有用于冷却的轴向通道42的螺钉31。

如果与传统的陶瓷砖瓦比较，所述的绝热砖瓦5有益地具有减少的厚度。实际上，由于固定座部17的其倾斜的连接表面18延伸到热面部10的形状，砖瓦仅有获得与固定装置8的有效连接所必需的厚度。反过来，减少的厚度允许使用绝热砖瓦5替代在中小尺寸燃气轮机的燃烧室中的金属防护件。除了较低的生产和维修成本，绝热砖瓦5不需要任何冷却空气，仅固定装置8可能需要。从压缩机抽出的空气则急剧地减少，以有益于机械效率。

配合的倾斜表面18和固定装置8的组装部件27的弹性侧壁部32之间的连接是有益的，因为连接力被分布于宽广的区域，因此减少了点压力，特别是靠近倒角边缘处。

从固定装置8所得的益处涉及到的事实是，冷却空气流量被限制，并且与已知的火焰暴露固定件所需的流量相媲美，但同时，所没有的限制是，这种固定件迫使绝热砖瓦采用最小厚度。另一方面，在最小厚度方面具有较不严格的限制的已知的火焰暴露固定件需要极大量的冷却空气，因此对整体机械效率有影响。

固定装置8能相对于燃烧室1的壳体2在前面被连接且移除，从而有助于维修操作。而且，通过固定装置8的绝热砖瓦的安装仅需要将壳体2钻孔，以加工螺钉31的连接座部(直接地或借助接口板)。不需要可能危及燃烧室1的结构完整性的变薄工艺。

最后，显而易见的是，所述绝热砖瓦能进行修改和变形，而不偏离如所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于燃气轮机的燃烧室的陶瓷材料的绝热砖瓦，其包括第一面部(10)、第二面部(11)、侧部(15)以及固定座部(17)，所述侧部(15)与第一面部(10)及第二面部(11)相邻，所述固定座部(17)在侧部(15)上；所述座部(17)由在第一面部(10)上开口的各自的凹槽限定，并且由各自的连接表面(18)界定，连接表面(18)从第一面部(10)倾斜到各自的其中一个侧部(15)。

2.根据权利要求1所述的砖瓦，其中，所述连接表面(18)是平坦的。

3.根据权利要求1所述的砖瓦，其中，所述连接表面(18)相对于第一面部(10)倾斜。

4.根据权利要求3所述的砖瓦，其中，所述连接表面(18)具有相对于第一面部(10)介于30°和60°之间的倾斜度。

5.根据权利要求1所述的砖瓦，其中，所述连接表面(18)在第一面部(10)和第二面部(11)之间的中间高度截断各自的侧部(15)。

6.根据权利要求1所述的砖瓦，其中，所述第二面部(11)具有凹槽部(21)和凸起部(22)。

7.根据权利要求6所述的砖瓦，其中，所述第二面部(11)的所述凸起部(22)限定凹槽部(21)的轮廓。

8.根据权利要求6所述的砖瓦，其包括绝热层(25)，所述绝热层(25)被敷于第二面部(11)的凸起部(22)。

9.根据权利要求8所述的砖瓦，其中，所述绝热层(25)由编织的绝热纤维制成，并且被成形为匹配第二面部(11)的凸起部(22)。

10.一种燃气轮机的燃烧室，其包括根据权利要求1所述的多个绝热砖瓦(5)。

11.根据权利要求10所述的燃烧室，其包括：壳体(2)和绝热覆盖层(3)，所述绝热覆盖层(3)被布置以保护壳体(2)；至少一部分绝热覆盖层(3)被绝热砖瓦(5)限定。

12.根据权利要求11所述的燃烧室，其包括多个固定装置(8)，所述固定装置(8)将各自的绝热砖瓦(5)连接到壳体(2)；所述绝热砖瓦(5)的侧部(15)在各自的固定座部(17)具有凹槽形状，以便两个连续的绝热砖瓦(5)在它们之间限定间隙(20)，所述间隙(20)被构造以接收各自的固定装置(8)。

13.根据权利要求12所述的燃烧室，其中，每个固定装置(8)都包括一对分叉的侧壁部(32)，侧壁部(32)倾斜，以配合各自的绝热砖瓦(5)的连接表面(18)。

14.根据权利要求13所述的燃烧室，其中，每个固定装置(8)包括热防护部件(30)，所述热防护部件(30)被布置为封闭各自的间隙(20)。

15.根据权利要求14所述的燃烧室，其中，所述热防护部件(30)包括由耐热金属合金制成的板，其与相邻的绝热砖瓦(5)的第一面部(10)形成大致连续的表面。

16.根据权利要求11所述的燃烧室，所述绝热覆盖层(3)界定了燃烧容积体(4)，所述绝热砖瓦(5)的第一面部(10)被定向为朝向燃烧容积体(4)，并且所述第二面部(11)被定向为朝向壳体(2)。