CN1232761C - 用于热烟气导引件、特别是燃气轮机结构件的热屏蔽装置 - Google Patents

用于热烟气导引件、特别是燃气轮机结构件的热屏蔽装置 Download PDF

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Abstract

在本发明的热屏蔽装置(5)中，设有一些平面覆盖地、并列地螺栓固定在一支承结构(10)上的热屏蔽件(20)，其中，通过至少每两个相邻热屏蔽件(20a、20b)在支承结构(10)与该热屏蔽件(20a、20b)背朝热烟气的面之间形成一冷却空气道(30)，冷却空气(L)供入其中，所述相邻的热屏蔽件(20a、20b)通过该冷却空气道(30)彼此连通。由此实现了利用各热屏蔽件(20)构成一贯通的冷却空气道(30、30′)，在这种情况下，输入冷却空气道(30、30′)中的冷却空气汇聚在一起并例如被输入一个燃烧器。比较有益的是，通过密封件(35、45)对热屏蔽件(20)之间的间隙密封。

Description

用于热烟气导引件、特别是燃气轮机结构件 的热屏蔽装置
技术领域
本发明涉及一种用于热烟气导引件、特别是燃气轮机结构件例如热烟气室或燃烧室的热屏蔽装置。
背景技术
该装置包括多个热屏蔽件，它们表面覆盖地(flaechendeckend)并列设置在一支承结构上并由其固定。
由于在热烟气室中产生的高温，有必要保护承受高温热烟气的壁结构。对此，例如可以用热屏蔽件给热烟气室加衬，这些热屏蔽件朝向热烟气的面在背面受到冷却。
EP 0 224 817 B1描述了一种特别用于燃气轮机设备的结构件的热屏蔽装置，它由多个三角形热屏蔽件构成。这些热屏蔽件彼此保持一定缝隙并列设置在一支承结构上并与之螺栓连接。
其缺点在于，来自于燃烧室的热烟气会流过所述缝隙并与支承结构接触，这样基于在工作时产生的高热作用会损坏支承结构的材料。
在德国实用新型DE-U-29714742.0中公开了一种具有冷却液体再循环装置的热屏蔽组件和用于热烟气导引件的热屏蔽装置。该热屏蔽组件由一空心装置构成，它具有一外壳和一个小的空心插入件。在该插入件和外壳之间形成一间隙空腔，该间隙空腔内有冷却流体流过。该插入件的底侧具有用于冷却流体的通孔。一个封闭的冷却流体循环这样来实现，即，冷却流体通过支承结构中的通道流入所述插入件中，再从该插入件通过通孔流入外壳内(在其中进行冲击式冷却和对流冷却)，最后通过单独的流出通道从该外壳流回到支承结构。该热屏蔽件的多壳结构实现了封闭的冷却流体循环，但其构造成本很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于热烟气导引结构、特别是燃气轮机设备的一金属结构件或燃烧室的热屏蔽装置，它具有表面覆盖地并列锚固在支承结构上的一些热屏蔽件，这些热屏蔽件尤其克服了所述缺点，可灵活应用、方便制造且结构设计简单。
上述技术问题按照本发明通过一种用于热烟气导引结构、特别是燃气轮机设备的一金属结构件或燃烧室的热屏蔽装置来解决，它具有表面覆盖地并列锚固在支承结构上的一些热屏蔽件，其中，分别通过至少每两个相邻的热屏蔽件在该支承结构与这两个热屏蔽件背向热烟气的面之间形成一冷却空气道，冷却空气输入其中，所述相邻的热屏蔽件通过该冷却空气道彼此连通。
在本发明的这个热屏蔽装置中，通过将压缩空气供入按照本发明所构成的所述冷却空气道中可以实现对例如一个燃烧室的封闭式空气冷却。冷却空气在该冷却空气道中聚集并经冷却后至少被输入一燃烧器供燃烧用。
比较有利的是，至少两相邻热屏蔽件通过至少一密封件连接，防止从冷却空气道中流出的冷却空气流入热烟气导引结构和/或防止热烟气进入冷却空气道。
由于在工作时会出现热屏蔽件的热运动，各热屏蔽件通常在相互之间保留缝隙的情况下与支承结构锚固连接，以使热屏蔽件在受到热作用时能够膨胀。
然而，在各热屏蔽件之间留缝隙一方面会导致：所述流入按照本发明由至少两个相邻的热屏蔽件形成的冷却空气道中的冷却空气通过至少一个缝隙可从冷却空气道中流出并流入燃烧室中，由此损失一部分用于燃烧的空气(泄漏空气流)。另一方面会导致：热烟气按相反的方向从燃烧室中流入冷却空气道中，由此一方面损失了一些用于以后转换成机械能和/或电能的热烟气流，另一方面降低了冷却空气道中的冷却空气的冷却能力，这是由于从热烟气室漏泄流入冷却空气道中的热烟气对冷却空气加热的缘故。为此，本发明规定，至少两个相邻的热屏蔽件要借助一个密封件连接。该密封优选是柔性的，这样在热屏蔽件热运动时才不会损坏该密封件。
按照本发明一有利的设计，将热屏蔽件基本上设计成板，特别是金属板，它们分别至少在其两个相对的边缘具有一接片。
这种接片一方面通过象加强筋那样起作用，改善了热屏蔽件的稳定性，另一方面它可以使密封件良好安装。另外，由于相邻热屏蔽件的接片形成冷却空气道的侧壁，因此可以通过接片的高度进一步调节或确定冷却空气道的横截面。此外，接片的加固性可以通过选择其几何尺寸例如筋高而确定。以这种方式良好掌握所产生的热应力。
在本发明的另一有利结构中，所述相邻的热屏蔽件分别以其接片彼此相邻接，所述至少一个尤其是U形的密封件可插入相邻热屏蔽件各自接片中的各个槽中。
在本发明的这一改进设计中，所述相邻热屏蔽件彼此邻接的接片例如朝向燃烧室或优选朝向支承结构。这些接片分别具有一个槽，特别是其底面上的缝，这样，将相邻热屏蔽件彼此连接起来的密封件可插入相邻热屏蔽件的接片上的槽中。槽是特别容易制造的，在本实施方式中借助它可在相邻热屏蔽件之间建立连接。该密封件优选为U形，这样，当例如热膨胀力作用在其U形的两支脚上时，它能柔性变形并因而能承受热膨胀力，而不会损坏密封件。为了使优选U形的密封件特别容易地与相邻的热屏蔽件连接，热屏蔽件的接片特别适合于要么朝向燃烧室要么朝向支承结构，且优选朝向支承结构。由此可以特别容易地将一个尤其呈U形的密封件的两支脚分别插入相邻热屏蔽件各接片中的相应槽中，从而实现良好的密封作用并形成不易被热膨胀力损坏的密封。
根据本发明另一有益结构，另外至少两个相邻的热屏蔽件通过至少另外一个密封件连接，其中的热屏蔽件没有通过一个冷却空气道彼此连通。
在本发明的这一有益结构中，由热屏蔽件形成例如多个独立的冷却空气道，其中，用于形成各独立冷却空气道的热屏蔽件彼此相邻，因此所述的这至少另外两个相邻热屏蔽件不形成(共同的)冷却空气道并因而不会通过一个冷却空气道彼此连通。
所述的这至少另外两个相邻热屏蔽件的一个可以与上述的每两个相邻热屏蔽件中的一个是同一个。
为了使燃烧室中产生的热烟气不致损坏支承结构，亦即为了防止热烟气穿过所述的这至少另外两个相邻热屏蔽件之间的缝隙并侵蚀支承结构，由此设置另一密封件以保护支承结构。
优选的是，所述的这至少另外两个相邻热屏蔽件以其各自的接片彼此邻接，并且这些接片放置在所述另一个优选扁平的密封件上，以防止热烟气作用到支承结构上。
在这一实施方式中，接片要么朝向燃烧室要么优选朝向支承结构。另外，所述的这至少另外两个相邻热屏蔽件的彼此邻接的接片分别形成一个冷却空气道的一个侧壁，但这两个侧壁分别属于不同的冷却空气道。
为了热屏蔽件在燃气轮机设备工作时能够热膨胀，热屏蔽件通常在相互间保留缝隙的情况下与支承结构锚固在一起。热烟气可通过热屏蔽件之间的缝隙从燃烧室中漏泄出并由此侵蚀到支承结构。
前面已经提到，在构成一个冷却空气道的两个相邻热屏蔽件之间的缝隙优选借助一密封件特别是U形密封件来密封，以保护其支承结构。热烟气可能侵蚀支承结构的问题同样也存在于所述不形成共同冷却空气道的这至少另外两个相邻的热屏蔽件中。这另外两个热屏蔽件优选利用其各自的接片彼此邻接，这两个接片如前面已经阐述的那样同时分别构成一个冷却空气道的一个侧壁，因此，在多数情况下其接片高度大于所述用于构成(共同的)冷却空气道的使相邻热屏蔽件彼此邻接的接片的高度。如果现在所述的这另外两个相邻热屏蔽件的接片直接放置在支承结构上，则热烟气会从燃烧室中流入到所述这另外两个相邻热屏蔽件之间的缝隙中并侵蚀支承结构。因此，在本发明的该实施方式中规定，所述的这另外至少两个热屏蔽件的接片不直接抵靠在其支承结构上，而是放置在另一优选扁平的密封件上，从而防止热烟气对支承结构产生破坏作用。为了提高耐热性在所述另一密封件上覆盖有一绝热层。
这样保证了燃烧室中的热烟气不会直接作用到支承结构上，而是被另一密封件挡住。该另一密封件通常可更换地与支承结构连接，以便在修理时可取出，且它优选由一种耐高温材料制成。
特别有益的是，在热屏蔽件朝向热烟气的面上设置一绝热层。
绝热层防止热屏蔽件超负荷和/或由于热烟气的热作用被损坏。此外，因绝热层通过其绝热阻挡作用使一部分热量远离热屏蔽件，从而有助于对热屏蔽件的冷却。由此，例如减少了冷却热屏蔽件所必需的冷却空气流量。
特别有益的是，各热屏蔽件分别具有一个优选设置在中央的螺旋拧紧装置，热屏蔽件借助它可与支承结构螺栓连接。
这样，可以简单的方式将热屏蔽件从支承结构上拆下或与其连接，其中，还优选采用唯一一个螺栓连接件。因此，本发明热屏蔽装置的装拆费用很低。
附图说明
下面借助附图对本发明的实施方式作进一步描述。附图中：
图1和2示出一个具有一个由并列(图1所示)和前后(图2所示)设置的热屏蔽件构成的本发明热屏蔽装置的支承结构；
图3和4分别示出一个在本发明的热屏蔽装置上用于在相邻热屏蔽件之间形成密封的实施方式，其中，图3中示出的两个相邻热屏蔽件通过一个共同的冷却空气道彼此连通；而图4中示出的两个热屏蔽件则没有通过一个共同的冷却空气道彼此连通。
在各图中彼此对应的部件采用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了本发明的一个热屏蔽装置5，其中在一支承结构10上设置有多个相邻的平面覆盖的热屏蔽件20；图2示出了一热屏蔽件和其支承结构的横断面，其中该横断面大约是对热屏蔽件的中分断面。例如为了给热烟气腔如一个燃烧室15加内衬，通常将多排热屏蔽件(如图2所示)彼此邻接地设置在支承结构10上。
该热屏蔽装置5例如可作为一个燃气轮机燃烧室15的内衬，以防止在燃气轮机工作时支承结构受到损坏。
为了减少热负荷，要借助冷空气对热屏蔽件20背朝燃烧室15的那一面进行冷却。
至少两个相邻的热屏蔽件20a、20b在支承结构10与各热屏蔽件20a、20b背朝热烟气的面之间形成一冷却空气道30。上述两相邻的热屏蔽件20a、20b由此例如通过流过冷却空气流L相互连通，该冷却空气直接从两个相邻的热屏蔽件中的一个通过由它们构成的共同的冷却空气道30流到另一个热屏蔽件。
在图1所示实施方式中示出了四个热屏蔽件20，它们形成了一个共同的冷却空气道30；当然也可以多设置一些热屏蔽件，它们也可以多排设置(如图2所示)。
通过开口25输送到冷却空气道30中的冷却空气L例如借助冲击式冷却对热屏蔽件20的背面进行冷却，在此，冷却空气L实际上垂直地冲击到热屏蔽件20背向热烟气的面上，由此吸收热能并将其带走。热屏蔽件的冷却还可以通过对流冷却实现，其中的冷却空气L基本上平行于热屏蔽件的表面沿其背侧流过，由此同样吸收热能并可以将其带走。
在上述实施方式中，作为冷却空气流的冷却空气L的大部分从右向左流入由热屏蔽件20共同形成的冷却空气道30并可以送入例如位于燃烧室15中的燃烧器70中用于燃烧。
为了防止冷却空气L从冷却空气道30直接流入燃烧室15并避免热烟气从燃烧室15流入冷却空气道30，在热屏蔽件20之间设置了密封件35。对此，图2在热屏蔽件的横断面上示出了一种密封件35的可能结构。例如它可以被插入一热屏蔽件20的一接片40的槽50中，其中，该密封件35和一个用于共同形成一冷却空气道的相邻热屏蔽件的连接是以类似的方式优选通过将该U形密封件35的另一支脚插入该相邻热屏蔽件接片40的槽50中来实现。
此外，在图2中示出了一旋紧装置60，例如一承接螺栓的凹陷部分。比较有利的是，为了将热屏蔽件20与支承结构10螺栓固定在一起，将一固定件例如一螺栓置入旋紧装置60中并例如在支承结构的侧面借助一螺母将其固定。
图3和4分别示出了在相邻热屏蔽件20a、20b或20c、20d之间密封的实施方式。
图3所示出的在相邻热屏蔽件20a、20b之间的密封按照本发明形成了一冷却空气道30，通过该冷却空气道使得热屏蔽件彼此连通以供例如流过冷却空气L。
热屏蔽件20a、20b至少分别在其两相对的边缘上具有一接片40a，在其中分别开有一槽50。
在这两个槽50中分别插入其横截面基本为U形的密封件35的一个支脚，以防止燃烧室15的热烟气进入热屏蔽件20a、20b之间的间隙。密封件35的改进结构的一种实施方式具体可从图2中看到。
图4示出了另外两个相邻的热屏蔽件20c、20d，它们没有形成彼此连通的冷却空气道。热屏蔽件20c例如至少与另一热屏蔽件(未示出)一起形成一共同的冷却空气道30，而热屏蔽件20d例如至少与另一热屏蔽件(未示出)一起形成一共同的冷却空气道30′。如果成倍增加图1所示的热屏蔽件行并将它们按图2的方式“前后”设置在一支承结构上，例如就可以得到图4所示的这种彼此并邻但没有形成共同冷却空气道的热屏蔽件。
如图4所示，为了保护支承结构10，在燃烧室15中流出的热烟气流入热屏蔽件20c、20d之间的间隙之前设置一密封件45，它优选由与支承结构10连接的板构成。热屏蔽件20c、20d至少分别在它们朝向热烟气一面的相对侧具有接片40b，特别有益的是接片40b的接片高度要高于图3所示接片40a的接片高度。其中接片40b形成了冷却空气道30、30′的侧壁。并由此形成密封，即，接片40b放置在密封件45上，防止燃烧室15中的热烟气与支承结构10接触。优选的是密封件45在接片40b的总长度上延伸。另外，密封件45及热屏蔽件20上可以覆盖有一绝热层55。

Claims (6)

1.一种用于热烟气导引结构的热屏蔽装置(5)，它具有一些平面覆盖地、并列地螺栓固定在一支承结构(10)上的热屏蔽件(20)，其中，通过至少每两个相邻热屏蔽件(20a、20b)在支承结构(10)与该热屏蔽件(20a、20b)背朝热烟气的面之间形成一冷却空气道(30)，冷却空气(L)供入其中，所述相邻的热屏蔽件(20a、20b)通过该冷却空气道(30)彼此连通，其特征在于，所述两个相邻的热屏蔽件(20a、20b)分别借助其各自的一接片(40a)相互毗邻，且通过至少一U形的密封件(35)连接，其中，该密封件(35)具有两支脚，这两个支腿插入到各自接片(40a、40b)的各自槽(50)中。
2.如权利要求1所述的热屏蔽装置，其特征在于，所述热屏蔽件(20)由金属板构成并且成矩形，它们至少在两个相对的边缘上分别具有一接片(40a、40b)。
3.如权利要求2所述的热屏蔽装置，其特征在于，有另外至少两个不通过一冷却空气道(30、30′)彼此连通的热屏蔽件(20c、20d)通过至少另外一个密封件(45)连接。
4.如权利要求3所述的热屏蔽装置，其特征在于，所述另外至少两个相邻热屏蔽件(20c、20d)利用其各自的一接片(40b)彼此邻接且这些接片(40b)放置抵靠在所述另一平整的密封件(45)上，以防止热烟气作用到所述支承结构(10)上。
5.如权利要求1-4中任一项所述的热屏蔽装置，其特征在于，在热屏蔽件(20)朝向热烟气的面上设置有一绝热层(55)。
6.如权利要求1-4中任一项所述的热屏蔽装置，其特征在于，所述热屏蔽件(20)分别具有一个设置在中部的螺旋拧紧装置(60)，热屏蔽件借助它与所述支承结构(10)螺栓连接。
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