CN107208892B

CN107208892B - 用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件

Info

Publication number: CN107208892B
Application number: CN201580070456.8A
Authority: CN
Inventors: 弗朗切斯科·富西; 阿尔贝托·泽拉
Original assignee: Ansaldo Energia SpA
Current assignee: Ansaldo Energia SpA
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: CN107208892A; EP3237803B1; WO2016103231A3; WO2016103231A2; EP3237803A2

Abstract

一种用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件，其包括在第一端部具有接合头的细长的板，所述接合头被构造为与隔热瓦接合并且具有内接合表面和外表面。接合头的外表面至少部分地涂覆有保护性覆层。

Description

用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件。

背景技术

如已知的那样，由于机器操作期间达到的高温，燃气轮机的燃烧室必须在内部设置有耐火材料的隔热覆层。隔热覆层通常由多片耐火材料的瓦组成，该多片耐火材料的瓦在燃烧室的壳体的内表面上被布置为邻接的排，以限定大体连续的表面。在环形类型的燃烧室中，瓦围绕转子轴线布置在圆周上。

通常，瓦通过支撑构件紧固到壳体上，支撑构件与瓦自身侧边上的座接合。更确切地说，支撑构件包括板，该板在一个端部具有与相应的瓦接合的接合头并且在相对的端部具有连接到壳体上的引导件的连接区域。支撑构件是弹性的并且一旦瓦被放置在座中就被加载，以确保稳定安装。

由于在同一排或邻接排的相邻瓦之间渗入的热气，连接元件易发生重大损耗。事实上，相邻瓦之间的间隙不是密封的，因而热气可以渗入、到达支撑构件。

特别地，支撑构件的接合头易于氧化并且可能经历过早破裂。此外，过高的温度可能引起形成支撑构件的材料的热粘性蠕变和松弛现象，这往往会失去负载状态。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件，其允许克服或至少减小上述限制，并且特别是允许减轻来自燃烧室的热气渗漏的有害影响。

根据本发明，提供一种权利要求1限定的用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件。

附图说明

现在参照附图来描述本发明，附图示出了非限制性实施方式的一些示例，其中：

-图1是沿垂直轴向平面截取的用于燃气轮机的燃烧室的侧视图；

-图2是沿图1的平面II-II截取的图1的燃烧室的正视图，为了清楚起见一些部件被移除；

-图3表示图1的燃烧室的放大的细节，其部分分解示出并且为了清楚起见一些部件被移除；

-图4是根据本发明的实施方式的用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件的立体后视图；

-图5是图4的支撑构件的立体正视图；

-图6是图4的支撑构件的放大的细节；以及

-图7是根据本发明的不同实施方式的用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件的立体后视图。

具体实施方式

图1和图2示出了燃气轮机的燃烧室1(未完全示出)。燃烧室1包括围绕轴线A延伸的环形壳体2，并且设置有在内部覆盖壳体2的隔热覆层3。隔热覆层3包括多片耐火材料的隔热瓦4，其围绕燃烧室1的轴线A沿圆周被设置为相邻的排。

参照图3，隔热瓦4通过支撑构件5紧固在壳体2上。更详细地，隔热瓦4具有四边形形状，并且在相对的侧边上具有用于与支撑构件5接合的相应的槽7和肋8。

支撑构件5啮合周向引导件9，周向引导件9形成在壳体2的内面上并且围绕轴线A延伸。

一旦用于隔热瓦4的一侧的支撑构件5已经被容纳在周向引导件9中并且通过无头螺丝6紧固到壳体2上，隔热瓦4就被设置在座中，并且用于隔热瓦4的另一侧的支撑构件5被安装。

在图4至图7中更详细地示出了其中一个支撑构件5。应理解的是，支撑构件可以都以相同的方式制成，或者根据需要一些支撑构件可以具有不同的结构。

支撑构件5包括细长板10，其在第一端部具有接合头12。在一种实施方式中，使细长板10和接合头12成为整体。接合头12成形为与其中一片隔热瓦4的肋8接合。更确切地说，接合头12为T形，其具有横向于细长板10延伸的臂，并且弯曲形成用于隔热瓦4的接合座13。另外，接合头具有内接合表面12a和外表面12b。

细长板11的第二端部设置有连接区域15，其形成为啮合燃烧室1的壳体2的其中一个周向引导件9。

支撑构件5还包括片簧17，其沿纵向方向叠在细长板10上并且紧固到细长板10上(例如通过点焊)。例如当支撑构件5被安装为将其中一片隔热瓦4连接到壳体2上时，连接片簧17被连接为用于通过细长板10的弯曲来加载。

在非限制性实施方式中，包括接合头12的细长板10以及片簧17由相同的材料制成，例如γ’相沉淀硬化镍合金。在一种实施方式中，该合金含有钼，其有助于通过固溶体的硬化机理来增强合金的热特性。通过非限制性举例的方式，形成细长板10和片簧17的合金成分可以用重量百分比表示如下：

一旦片簧17已经被焊接到细长板10上，就可以使二者一起经受时效处理，以沉淀出使合金强化的γ’相。

接合头12的外表面12b涂覆有保护性覆层20，其包括厚度在17μm和270μm之间的保护性金属层21和厚度在350μm和550μm之间的陶瓷材料的热障层22。

保护性金属层21直接施加于接合头的外表面12上，并且由MCrAlY合金制成，其中M是钴或镍或钴与镍的组合。

例如，MCrAlY合金可以具有从以下选出的成分：

重量占29％和31％之间的Ni、重量占27％和29％之间的Cr、重量占7.5％和7.8％之间的Al、重量占0.5％和0.7％之间的Y、重量占0.3％和0.7％之间的Si、剩余重量为Co；

重量占30％和37％之间的Ni、重量占18％和25％之间的Cr、重量占7％和9％之间的Al、重量占0.1％和0.7％之间的Y、剩余重量为Co；

重量占21％和23％之间的Co、重量占16％和18％之间的Cr、重量占12％和13％之间的Al、重量占0.5％和0.7％之间的Y、重量占0.3％和0.5％之间的Si、重量占0.2％和0.3％之间的Hf、剩余重量为Ni；

重量占11％和13％之间的Co、重量占20％和22％之间的Cr、重量占10.5％和11.5％之间的Al、重量占0.3％和0.5％之间的Y、重量占1.5％和2.5％之间的Re、剩余重量为Ni；

重量占24％和26％之间的Co、重量占16％和18％之间的Cr、重量占9.5％和11％之间的Al、重量占0.3％和0.5％之间的Y、重量占1％和1.8％之间的Re、剩余重量为Ni；

重量占23％和25％之间的Co、重量占16％和18％之间的Cr、重量占9.5％和11％之间的Al、重量占0.3％和0.5％之间的Y、重量占1.1％和1.5％之间的Ir、剩余重量为Ni。

保护性金属层21可以通过HVOF(高速氧燃料喷涂)、LPPS(低压等离子喷涂)、VPS(真空等离子喷涂)或APS(空气等离子喷涂)工艺来沉积，并且具有防止作为支撑构件1的最热部分的接合头12氧化以及允许热障层22锚固的双重功能。事实上，由于其成分，保护性金属层21的MCrAlY合金具有处于细长板11的γ’相沉淀硬化镍合金和热障层22的陶瓷材料之间的中间热膨胀系数。然后，保护性金属层21可以适应细长板11和热障层22的不同的膨胀度，并且避免热障层22的脱落。

热障层22施加于保护性金属层上并且由陶瓷材料制成。在一种实施方式中，热障层22是单层的均质陶瓷材料并且具有暴露的表面22a。另外，热障层22由氧化钇稳定氧化锆制成。例如，热障层22可以含有：

热障层22可以通过APS(空气等离子喷涂)沉积得到。由于陶瓷材料的反射特性，热障层22的暴露的表面22a允许将接合头的温度保持在热粘性蠕变和松弛现象不会发生或受到限制的值内。陶瓷材料的低热导率进一步促进了该效果。

根据本发明的图7所示的不同的实施方式，在支撑构件105中，保护性覆层仅包括由MCrAlY合金制成的保护性金属层21。即使在不存在陶瓷覆层的情况下，保护性金属层21也能够有效地防止接合头12的氧化并因此显著减少部件的损耗，有利于其使用寿命。

例如，这种方案可以用于燃烧室2更少具有高温的位置，而在别处使用图4至图6的支撑构件5。

最后，显而易见的是，在不背离所附权利要求限定的本发明的保护范围的情况下可以对所述的支撑构件进行修改和变化。

特别地，根据技术要求，保护性覆层可以完全或只是部分地覆盖接合头12或延伸到细长板11的另外的部分。

Claims

1.一种用于燃气轮机燃烧室的隔热瓦的支撑构件，其包括在第一端部具有接合头(12)的细长板(11)，接合头(12)被构造为与隔热瓦(4)接合并且具有内接合面(12a)和外表面(12b)；

其中，细长板(11)和接合头(12)由γ’相沉淀硬化镍合金制成；并且

其中，接合头(12)的外表面(12b)至少部分地涂覆有保护性覆层(20)，保护性覆层(20)包括：

保护性金属层(21)，其由施加于接合头(12)上的MCrAlY合金制成，M为钴或镍或钴与镍的组合；以及

热障层(22)，其施加于保护性金属层(21)上并且由陶瓷材料制成，

其中，MCrAlY合金具有从如下构成的组中选出的成分：

重量占29％和31％之间的Ni、重量占27％和29％之间的Cr、重量占7.5％和7.8％之间的Al、重量占0.5％和0.7％之间的Y、重量占0.3％和0.7％之间的Si；

重量占30％和37％之间的Ni、重量占18％和25％之间的Cr、重量占7％和9％之间的Al、重量占0.1％和0.7％之间的Y；

重量占21％和23％之间的Co、重量占16％和18％之间的Cr、重量占12％和13％之间的Al、重量占0.5％和0.7％之间的Y、重量占0.3％和0.5％之间的Si、重量占0.2％和0.3％之间的Hf；

重量占11％和13％之间的Co、重量占20％和22％之间的Cr、重量占10.5％和11.5％之间的Al、重量占0.3％和0.5％之间的Y、重量占1.5％和2.5％之间的Re；

重量占24％和26％之间的Co、重量占16％和18％之间的Cr、重量占9.5％和11％之间的Al、重量占0.3％和0.5％之间的Y、重量占1％和1.8％之间的Re；

2.根据权利要求1所述的支撑构件，其中，热障层(22)是单层的均质陶瓷材料并且具有暴露的表面(22a)。

3.根据权利要求1所述的支撑构件，其中，保护性金属层(21)具有处于接合头(12)和热障层(22)之间的中间热膨胀系数。

4.根据权利要求1所述的支撑构件，其中，热障层(22)由氧化钇稳定氧化锆制成。

5.根据权利要求1所述的支撑构件，其中，热障层(22)含有：

重量占6.0％到8.0％的Y2O3，

重量＜2.50％的HfO2，

重量＜0.20％的MgO，

重量＜0.05％的U和Th，

重量＜0.20％的CaO，

重量＜0.20％的Al2O3，

重量<0.20％的Fe2O3，

重量＜0.70％的SiO2，

重量＜0.40％的TiO2，

剩余重量为ZrO2。

6.根据权利要求1所述的支撑构件，其中，γ’相沉淀硬化镍合金含有钼。

7.根据权利要求6所述的支撑构件，其中，γ’相沉淀硬化镍合金含有：

重量占57％的Ni，

重量占20％的Cr，

重量占10％的Co，

重量占8.5％的Mo，

重量占2.1％的Ti，

重量占1.5％的Al，

重量占1.5％的Fe，

重量占0.3％的Mn，

重量占0.15％的Si，

重量占0.06％的C，

重量占0.005％的B。

8.根据权利要求1所述的支撑构件，其包括紧固到细长板(11)上并且沿纵向方向叠加的片簧(17)。

9.根据权利要求8所述的支撑构件，其中，细长板(11)和片簧(17)由相同的材料制成。

10.根据权利要求1所述的支撑构件，其中，接合头(12)横向于细长板(11)延伸并且弯曲，以形成用于隔热瓦(4)的接合座(13)。

11.根据权利要求1所述的支撑构件，其中，细长板(11)的第二端部设置有连接区域(15)，以用于连接到燃气轮机的燃烧室(1)的壳体(2)的引导件(9)上。

12.一种燃气轮机，其包括：

燃烧室(1)；

隔热覆层(3)，其包括紧固到燃烧室(1)的壳体(2)上的多片隔热瓦(4)；

至少一个根据权利要求1所述的支撑构件(5；105)，其将相应的隔热瓦(4)连接到燃烧室(1)的壳体(2)上。