CN113124419B - 燃气涡轮组件及用于其燃烧室的绝热砖瓦的支承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气涡轮组件及用于其燃烧室的绝热砖瓦的支承装置。具体地，一种用于将用于动力设备的燃气涡轮组件的燃烧室的绝热砖瓦支承就位的支承装置，该支承装置包括：板，其构造成用以通过滑动收容在凹槽中，该凹槽在燃烧室的内表面中获得；钩状头部，其在板的端部处并且构造成用以联接至侧向砖瓦凹槽，该钩状头部串联地包括正交于板的在燃烧室内突出的第一部分，以及正交于第一部分并且平行于该板的第二部分；其中，该支承装置还包括至少一个附加本体，其联接至钩状头部并且构造成用于在钩状头部与砖瓦之间实现冷却通道。

Description

燃气涡轮组件及用于其燃烧室的绝热砖瓦的支承装置

相关申请的交叉引用

本专利申请主张在2019年12月31日提交的欧洲专利申请号19425104.7的优先权，该欧洲专利申请的整个公开内容通过引用并入文中。

技术领域

本发明涉及用于动力设备的燃气涡轮组件的技术领域。众所周知，在燃气涡轮组件（在下文中仅称为燃气涡轮）中，引入的空气流由压缩机压缩，并且在燃烧室中与添加的燃料一起燃烧用于产生热气体流以在涡轮中膨胀用于对转子旋转做功，该转子继而连接至发电机。由于高温，燃烧室的内表面提供有多个绝热砖瓦（tile），其优选地由耐火或陶瓷材料制成。鉴于上文，本发明详细地涉及一种支承或保持装置，其构造成用于将燃烧室的内表面上的绝热砖瓦支承或维持就位。

背景技术

众所周知，用于动力设备的燃气涡轮组件包括压缩机组件、燃烧器组件和涡轮组件。压缩机组件构造成用于压缩在压缩机入口处供给的引入空气。离开压缩机组件的压缩空气流动到一容积（称为“充气室”）中，并且从那里进入燃烧器组件中。这种燃烧器组件通常包括多个喷燃器，其构造成用于在压缩空气流中注入燃料（油和/或气体燃料）。燃料和压缩空气的混合物进入燃烧室，这种混合物在该燃烧室中燃烧。所得的热气体流离开燃烧室并且驱动涡轮组件旋转，该涡轮组件对转子（其继而连接至电力发电机）做功。众所周知，涡轮组件包括多个级或排的旋转叶片，其由多个级或排的定子翼片插置。旋转叶片由转子支承，而定子翼片由同心并且包绕涡轮组件的壳体（称为“翼片载体”）支承。

为了实现高效率，热气体流必须显露非常高的涡轮入口温度。然而，一般来讲这种高温牵涉非期望的高NOx排放水平。为了减少这种排放以及增加操作灵活性而不降低效率，所谓的“顺序”燃气涡轮尤其合适。一般来讲，顺序燃气涡轮包括第一和第二燃烧器或第一和第二燃烧级，其中每个燃烧器提供有多个喷燃器和至少一个相对的燃烧室。现今，至少两种不同种类的顺序燃气涡轮是已知的。根据第一实施例，第一燃烧器和第二燃烧器是环状成型的，并且由称为高压涡轮的涡轮叶片级物理地分开。在第二燃烧器的下游存在第二涡轮单元（称为低压涡轮）。根据顺序燃气涡轮的第二实施例，该燃气涡轮未提供有高压涡轮，并且燃烧器组件以作为围绕转子的环布置的多个罐式燃烧器的形式实现。每个罐式燃烧器包括第一燃烧器和第二燃烧器，它们在公共的罐式成型的壳体内直接地布置成一个在另一个的下游。燃气涡轮组件的这两个实例仅引用作为在其中可应用本发明的非限制性实例。此外，本发明还可应用在具有单个燃烧级的燃气涡轮中。

众所周知，由于在操作期间中出现的高温，故燃气涡轮燃烧室的内表面必须提供有由耐火材料制成的绝热层。绝热层通常由在燃烧室壳体或燃烧室外壳的内表面上布置成连续排的多个陶瓷砖瓦形成，以便限定基本上连续的绝热表面。根据已知的解决方案，每个耐火砖瓦由支承装置支承就位，该支承装置部分地（通过滑动）收容在燃烧室壳体的内表面上所获得的凹槽中。支承装置需要具有松紧带（elastic）和弹簧特征用于在所有燃气涡轮工作状况下维持陶瓷砖瓦就位。根据最接近的现有技术解决方案，支承装置包括构造成用以通过滑动收容在燃烧室壳体的凹槽中的板，以及钩状头部，其正交地突出在凹槽外并且构造成用以联接至砖瓦的边缘。在EP2741001中公开了这种已知的钩状支承装置的实例。该钩状头部串联地包括两个部分；从板正交地延伸的第一部分和与该板平行的第二部分。为了允许联接，砖瓦的边缘可提供有用于收容钩状头部的第二部分的侧向凹槽。这种钩状支承装置由金属材料制成并且由于高温，它需要冷却。为了这种冷却目的，燃烧室壳体包括用于进给在燃烧室外运行的冷却空气至支承装置的孔。

根据在图3中示意性表示的这种现有技术构型，现今有必要改善对这种钩状支承装置的冷却以便避免支承装置自身过热和热气体摄取的问题。实际上，作为这种不当过热的直接后果，支承件可失去弹簧和松紧带功能，并且燃烧室的砖瓦和/或金属外壳可能受损。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种支承或保持装置，其用于支承或维持用于动力设备的燃气涡轮组件的燃烧室的绝热砖瓦（优选地，陶瓷砖瓦）就位。实际上，众所周知，由于极其高的热气体温度，燃烧室的内金属表面必须进行热力地保护，并且保护层由多个绝热砖瓦实现。鉴于上文，根据本发明的前序，每个支承装置包括：

板，其构造成用以收容（优选地通过滑动）在燃烧室的内表面上所获得的凹槽中；

钩状头部，其位于板的一个端部并且构造成用以联接至砖瓦的侧面（优选地联接至在砖瓦的侧面中所获得的凹槽）；头部的钩形形状由串联的两个部分限定，即正交于板并且从燃烧室内的壳体凹槽突出的第一部分以及正交于第一部分、平行于板并且朝向砖瓦指向（即在砖瓦的凹槽内）的第二部分。

本发明的以上前序是用于动力设备的燃气涡轮组件领域的技术人员所熟知的。可通过本发明改善的这种支承装置的实例在图3中公开，并且在现有技术文献EP2741001中被描述。根据这种现有技术，由金属材料制成并且与板形成一体的钩状头部直接地与砖瓦接触。换句话讲，钩状头部的第一部分和第二部分直接地抵靠砖瓦作用（分别地抵靠砖瓦的侧面和凹槽），以便维持砖瓦自身就位。根据现有技术，在钩状头部和砖瓦之间不存在间隙。根据现有技术，对支承装置的冷却仅通过进给板冷却空气经过在燃烧器壳体中所获得的孔来进行。

根据本发明的主要特征，支承装置还包括至少一个附加元件或本体，即所主张的至少一个中间体或间隔装置，其联接至钩状头部并且构造成用于在钩状头部和砖瓦之间实现冷却通道。因此，根据这种特征，在钩状头部与砖瓦之间存在空间（由中间体装置的插置所限定的空间），使得在板处进给的冷却空气可在这种通道中流动并且到达金属钩状头部的至少一部分。有利的是，以这种方式改善了对支承装置的冷却而避免了任何过热。

根据本发明的实施例，中间体装置包括联接至钩状头部的第一部分的两个本体，其中这两个本体彼此隔开以便在它们之间沿着钩状头部的第一部分实现冷却通道。

有利的是，以这种方式冷却空气流可沿着钩状头部的第一部分的整个范围（或长度，extent）上升。

根据以上实施例，这两个本体可具有小于钩状头部的第一部分的延伸范围（或延伸长度，extension），以便在本体的上边缘与钩状头部的第二部分之间实现两个上部侧向冷却通道。以这种方式，冷却空气流可沿着第一部分的整个范围朝向钩状头部的第一部分和第二部分之间的连接部上升，并且从该处它可经过上部通道流动到支承装置外。

有利的是，以这种方式，冷却空气流也可到达钩状头部的第一部分和第二部分之间的连接部，并且它避免了热气体摄取。

根据本发明的备选实施例，中间体装置可以联接至钩状头部的第一部分的单个本体的形式实现。根据这种实施例，单个本体与钩状头部的第一部分隔开，并且包括在一侧面向钩状头部的第一部分而在相对的一侧面向砖瓦的侧面的开口。这种通道可以钩状头部的第一部分的凹入部分的形式实现。

根据以上实施例（单个本体），中间体或间隔装置也可联接至钩状头部的第二部分。在这种情形中，单个本体还构造成用于在本体自身与钩状头部的第二部分之间实现冷却通道。

优选地，即在任何前述实施例中，钩状头部可是T形形状的。

优选地，即在任何前述实施例中，在板和钩状头部的第一部分之间的连接部处，支承装置可提供有传送孔，以便允许冷却空气（通过在燃烧室壳体中所获得的传送孔到来）进入所主张的通道，该通道由砖瓦和钩状头部之间的中间体或间隔装置实现。

优选地，即在任何前述实施例中，在支承装置的钩状头部的第一部分和第二部分之间的连接部处可提供有连接至冷却通道的至少一个传送孔，使得冷却空气可避免任何热气体摄取。

最后，支承装置可包括附加的钩状头部，其在板的相对端部具有相关的间隔装置。

如前文所提及，本发明不仅涉及支承装置自身，而且可扩展至包括至少如在所附权利要求中所主张的支承装置的用于动力设备的任何燃气涡轮组件。可由本发明提供的限定燃气涡轮的最小构件是压缩机单元、至少一个燃烧单元和至少一个涡轮单元，其中燃烧单元包括由提供有多个凹槽的壳体所限定的至少一个燃烧室。如前文所述，多个砖瓦提供成用于燃烧室壳体绝热并且每个砖瓦都由所主张的支承装置支承就位。

仅是提及两个不同的实施例，燃气涡轮可串联地包括第一燃烧单元、第一涡轮单元、第二燃烧单元以及第二涡轮单元。备选地，燃气涡轮可包括多个罐式燃烧器，其中每个罐式燃烧器可构造成用于产生串联的两个燃烧级。

备选地，根据本发明的燃气涡轮可为具有单个燃烧级的燃气涡轮，即串联地包括压缩机、燃烧器和涡轮的燃气涡轮。

应当理解，前文的总体描述和下文的详细描述二者都是示例性的，并且旨在提供对所主张的本发明的进一步阐释。根据下文的描述、附图和权利要求，本发明的其它优点和特征将是显而易见的。

认为是新颖的本发明的特征在所附权利要求中详尽地阐述。

附图说明

在适当地参看附图仔细阅读详细描述之后，本发明的另外的有益效果和优点将变得显而易见。

然而，通过参看下文对本发明的详细描述，可最好地理解本发明自身，该详细描述结合附图描述本发明的示例性实施例，其中：

图1是适用于提供有本发明的用于动力设备的燃气涡轮组件的第一实例的示意性视图；

图2是适用于提供有本发明的用于动力设备的燃气涡轮组件的第二实例的示意性视图；

图3公开了一种通过根据现有技术的支承装置支承就位在燃烧室壳体的内表面上的燃烧室砖瓦；

图4公开了根据本发明的支承装置的第一实施例，即根据图3但提供有新的中间体或间隔装置的支承装置；

图5公开了图4的联接至燃烧器壳体的支承装置的一部分，在该图中描绘了新的冷却通道；

图6公开了分别地由根据图3的支承装置（现有技术）和根据图4的支承装置（新的）所支承的两个砖瓦；

图7公开了根据本发明的联接至砖瓦的支承装置的第二实施例；

图8和9公开了与砖瓦分离的图7的支承装置；

图10-12公开了图9的支承装置的一些构件；

图13-14公开了根据本发明的支承装置的第三实施例的一些构件；

图15公开了根据本发明的支承装置的第四实施例；

图16公开了适用于提供有本发明的用于动力设备的燃气涡轮组件的附加的实例。

具体实施方式

结合附图，在下文根据优选实施例描述本发明的技术内容和具体实施方式，并非用于限制本发明的实行范围。根据所附权利要求作出的任何等同变型和修改都被由本发明所主张的权利要求所覆盖。

现在将参看附图来详细地描述本发明。

现在参看图1，其是可利用本发明改善的燃气涡轮1的第一实例的示意性视图。具体地，图1公开了一种具有高压涡轮和低压涡轮的顺序燃气涡轮。跟随主流2，图1的燃气涡轮1包括压缩机3、第一燃烧级、高压涡轮5、第二燃烧级，以及低压涡轮7。压缩机3和两个涡轮5、7连接至围绕轴线9旋转并由同心壳体10所包绕的公共转子8。压缩机3以空气供给并且提供有构造成用于压缩进入压缩机3的空气的旋转叶片18和定子翼片19。离开压缩机的压缩空气流动至充气室11中并且从那里进入多个第一喷燃器12中，在其中这种压缩空气与由第一燃料供给装置13所供给的燃料混合。燃料/压缩空气混合物流动至第一燃烧室4中，在其中这种混合物被点燃并且燃烧。所得的热气体离开第一燃烧室4并且驱动高压涡轮5对转子8做功。在高压涡轮5的下游，部分膨胀的气体流动至多个第二喷燃器中，在其中由第二燃料源14供给附加的燃料。部分膨胀的气体具有高温并且包含充分的氧气用于进一步的燃烧，该燃烧基于自燃而发生在布置在第二喷燃器下游的第二燃烧室6中。再次加热的气体离开第二燃烧室6并且在低压涡轮7中流动用于对转子8旋转做功。低压涡轮7包括在主流方向上串联地布置的、转子叶片15的多个级或排。叶片15的此类级由定子翼片16的级插置。转子叶片15连接至转子8，而定子翼片16连接至翼片载体17，该翼片载体是环绕低压涡轮7的同心壳体。这种实例的每个喷燃器构造成用于注入不同种类的燃料，也即气体燃料和油燃料，即，每个喷燃器包括构造成用于注入气体燃料并且连接至气体燃料源的多个喷嘴和构造成用于注入油燃料并且连接至油燃料源的多个喷嘴。

现在参看图2，其是可利用本发明改善的燃气涡轮1的第二实例的示意性视图。具体地，图2公开了一种顺序燃气涡轮20，其提供有压缩机29、仅一个涡轮21，以及顺序燃烧器布置22。图2的顺序燃烧器装置22包括多个罐式燃烧器，其中每个罐式燃烧器包括第一喷燃器24、第一燃烧室25、第二喷燃器26，以及第二燃烧室27。第一喷燃器24、第一燃烧室25、第二喷燃器26和第二燃烧室27以流体流连接相继地布置。顺序燃烧器收容在具有多个罐的燃烧器罐壳体28中，该多个罐布置为围绕涡轮轴线的环。第一燃料经由第一燃料喷射器（未示出）引入到第一喷燃器24中，在其中燃料与由压缩机29所供给的压缩气体混合。第二燃料经由第二燃料喷射器（未示出）引入到第二喷燃器26中，并且与离开第一燃烧室25的热气体混合。离开第二燃烧室27的热气体驱动涡轮21对转子30做功。

图1和图2的燃气涡轮仅引用作为可通过本发明改善的燃气涡轮的实例。

图3公开了由现有技术提出的用于解决支承或维持燃烧室的砖瓦就位的问题的解决方案。具体地，图3公开了燃烧室壳体31的一部分，其中这种壳体31的内表面32提供有多个凹槽33。相对的表面34与冷却空气接触。在图3中还公开了砖瓦35的一部分，其中这种砖瓦联接至壳体31的内表面32用于热力地保护壳体31自身。实际上，这种砖瓦35由绝热材料、优选地陶瓷材料制成。这种砖瓦35通过根据现有技术的支承装置，即支承装置36'，在内表面32上支承就位，该支承装置包括通过滑动收容在凹槽33中的板37和构造成用于联接至在砖瓦35的侧面中所获得的凹槽39的钩状头部38。这种支承装置36'由金属材料制成，并且由来自在壳体31中所获得的孔40的空气冷却。根据这种已知的解决方案，钩状头部38串联地包括第一部分41和第二部分42，该第一部分正交于在燃烧室内突出的板37，该第二部分正交于第一部分41并且平行于板37，其中第一部分41和第二板42与砖瓦35直接接触。

图4公开了根据本发明的支承装置的第一实施例，即根据图3但提供有新的中间体或间隔装置43的支承装置36。图4的中间体或间隔装置43包括两个间隔本体43，其连接至钩状头部38的第一部分41并且彼此隔开以在它们之间实现冷却通道44。一旦与砖瓦35联接，则冷却通道44由钩状头部38的第一部分41、砖瓦35和间隔本体43限制。冷却空气可由在板37和钩状头部38之间的连接部处所获得的孔45进入这种通道。

图5公开了联接至燃烧器壳体31的图4的支承装置36的一部分。在该图中，公开了新的冷却通道44，并且箭头F1表示由孔45进入通道44的冷却空气流。一旦空气流F1到达钩状头部38的第二部分42，则这种空气可在两个侧向通道中流动，该两个侧向通道由本体43的上边缘和钩状头部38的第二部分42限制。在图5中，这些侧向流由箭头F2表示。

图6公开了分别由根据图3（现有技术）的支承装置36'和根据图4（新的）的支承装置36所支承的两个砖瓦35，在其中间隔装置43插置在钩状头部38的第一部分41和砖瓦35之间。

图7公开了联接至砖瓦35的根据本发明的支承装置36的第二实施例。如在图7中所公开，根据这个实施例，中间体或间隔装置43'也联接至钩状头部38的第二部分42，使得砖瓦35仅与中间体或间隔装置43'直接接触。

图8和9公开了与砖瓦35分离的图7的支承装置36。在这个实施例中，中间体或间隔装置43'是与钩状头部38的第一部分41隔开的单个本体。如所公开的那样，在这个实施例中，间隔装置43'包括开口46，其连接至通道44并且在一侧面向砖瓦35而在相对的一侧面向钩状头部38的第一部分41。

图10-12公开了图9的支承装置的一些构件。这些图允许认识到钩状头部38的第一部分41与间隔装置43'之间的通道44是由钩状头部38的第一部分41的凹入部分47获得的。根据这个实施例，间隔装置43'通过在间隔装置43'的上部部分中所获得的肋条48联接至钩状头部38的第二部分42，该肋条收容在钩状头部38的第二部分42中所获得的凹槽49中。

图13-14公开了与在前附图的实施例类似的备选实施例的一些构件。根据最后的这个实施例，间隔装置43'通过在间隔装置43'的上部部分中所获得的凹槽48'联接至钩状头部38的第二部分42，该凹槽收容在钩状头部38的第二部分42中所获得的肋条49'。

图15公开了与在图4中所公开的实施例类似的实施例，其中，钩状头部38的第二部分42还提供有孔50用于从通道44排出空气，以便防止热气体摄取。

最后，图16公开了适用于提供有本发明的燃气涡轮1'的附加实例的示意性视图。实际上，本发明不仅可应用在图1和2中所公开的具有两个燃烧级的燃气涡轮中，而且可应用在具有单个燃烧级的燃气涡轮中，无论燃烧器单元的形状如何。因此，图16公开了具有限定轴线2'的转子6'的通用燃气涡轮1'。这种燃气涡轮1'沿着主流M串联地包括：

压缩机3'，

单个燃烧器级4'，在其中压缩空气与燃料混合，并且这种混合物燃烧以产生热气体流，

涡轮区段5'，在其中热气体流膨胀而对转子6'旋转做功。

根据图16，在涡轮5'的下游，转子6'驱动发电机7'的旋转部分。尽管本发明已关于其（多个）优选实施例如上文所提及那样进行了阐释，但应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下可作出许多其它可能的修改和变型。因此，构想到的是，所附的权利要求或权利要求书将覆盖落入本发明的真实范围内的此类修改和变型。

Claims (13)

1.一种用于将用于动力设备的燃气涡轮组件的燃烧室的绝热砖瓦支承就位的支承装置，所述支承装置包括：

构造成用以收容在凹槽中的板，所述凹槽在所述燃烧室的内表面中获得；

钩状头部，所述钩状头部在所述板的端部处并且构造成用以联接至所述砖瓦的侧面，所述钩状头部串联地包括正交于所述板的在所述燃烧室内突出的第一部分，以及正交于所述第一部分并且平行于所述板的第二部分；

其特征在于

所述支承装置还包括至少一个中间体间隔装置，其联接至所述钩状头部并且构造成用于在所述钩状头部与所述砖瓦之间实现冷却通道。

2.根据权利要求1所述的支承装置，其特征在于，所述中间体间隔装置包括联接至所述钩状头部的所述第一部分的两个本体，所述两个本体彼此隔开以便沿着所述钩状头部的第一部分实现冷却通道。

3.根据权利要求2所述的支承装置，其特征在于，所述两个本体联接至所述钩状头部，以便在所述钩状头部的第一部分和第二部分之间的连接部处在所述本体的上边缘和所述钩状头部的第二部分之间实现两个冷却通道。

4.根据权利要求1所述的支承装置，其特征在于，所述中间体间隔装置包括联接至所述钩状头部的第一部分和第二部分的单个本体。

5.根据权利要求4所述的支承装置，其特征在于，所述单个本体与所述钩状头部的第一部分是隔开的。

6.根据权利要求5所述的支承装置，其特征在于，所述单个本体包括面向所述钩状头部的第一部分的开口。

7.根据权利要求5或6所述的支承装置，其特征在于，所述单个本体构造成用于在所述本体与所述钩状头部的第二部分之间实现冷却通道。

8.根据权利要求1所述的支承装置，其特征在于，所述钩状头部是T形形状的。

9.根据权利要求1所述的支承装置，其特征在于，在所述支承装置的钩状头部的第一部分与第二部分之间的连接部处提供有联接至所述冷却通道的至少一个传送孔。

10.一种用于动力设备的燃气涡轮组件，包括压缩机单元、至少一个燃烧单元和至少一个涡轮单元；所述燃烧单元包括至少一个燃烧室，所述至少一个燃烧室由提供有多个凹槽的壳体限定；多个砖瓦提供成用于使所述燃烧室壳体绝热；每个砖瓦通过如在前述权利要求中任一项所述的支承装置而支承就位。

11.根据权利要求10所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述燃气涡轮串联地包括第一燃烧单元、第一涡轮单元、第二燃烧单元和第二涡轮单元。

12.根据权利要求10所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述燃烧单元包括多个罐式燃烧器；每个罐式燃烧器构造成用于产生串联的两个燃烧级。

13.根据权利要求10所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述燃气涡轮包括单个燃烧器单元和单个涡轮单元。