CN1320313C - 燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有一个环形燃烧室(4)的燃气轮机，该燃烧室(4)的燃烧空间(24)由一层环形的燃烧室外壁(26)和一层设置在该外壁中的环形燃烧室内壁(28)限定。所述燃烧室内壁(28)可以更快速、简便地被拆除。为此，按照本发明，所述燃烧室内壁(28)由一些固定在一个支承结构上的壁元件构成，其中，所述支承结构由一些在一条水平分隔缝处相互对接的分构件(30)构成，所述分构件(30)在其水平分隔缝处通过一些倾斜于内壁表面定向的螺栓连接结构(32)相互连接。

Description

燃气轮机

技术领域

本发明涉及一种具有一个环形燃烧室的燃气轮机，其环形燃烧室的燃烧空间由一层环形外壁和一层设置在该外壁中的环形内壁限定。

背景技术

燃气轮机在很多领域中被用作电机和作功机械的驱动装置。其中，利用一种燃料所含的能量来产生透平机轴的旋转运动。为此，燃料在一些燃烧器中燃烧，同时由一台空气压缩机导入压缩空气。通过燃烧燃料产生了一种处于高压下的高温的工作介质。这种工作介质被导入到一个连接在各燃烧器后面的透平机单元中，在那儿膨胀作功。在此，可以为每个燃烧器对应配设一个独立的燃烧室，其中，从各燃烧室流出的工作介质可以汇合地在所述透平机前或在其中被导引。但是所述燃气轮机也可以选择以一种所谓的环形燃烧室-结构形式实施，其中，多个燃烧器、尤其是所有燃烧器都通入到一个共同的、通常为环形的燃烧室中。

在设计这类燃气轮机时为了实现可达到的功率一个设计目标是要达到一个特别高的效率。提高效率从热力学方面考虑主要是通过提高出口处的温度来实现，工作介质以这个温度从燃烧室流出并且流入到所述透平机单元中。因此，对于这类燃气轮机来说力求达到大约1200℃至1500℃的温度并且也需要达到这样的温度。

但是在工作介质达到这么高的温度时，遭遇工作介质的部件和构件要承受高的热负荷。为了保证在高度安全可靠的情况下所述遭遇工作介质的部件具有一个相对更长的使用寿命，通常必须采用由具有极高耐热性能的材料制成的结构以及冷却所述遭遇工作介质的部件、例如冷却燃烧室和透平机单元。而且尤其是燃烧室和透平机单元的运动构件由于热负荷和由于工作介质流过通常造成的磨损而遭受更高的磨损，因此，燃气轮机必须要定期保养，由此可以替换或修理已损坏的构件。

所述在工作介质的流动方向上与燃烧室邻接的透平机单元通常包括一根与一些可旋转的工作叶片连接的透平机轴，这些工作叶片构成了圈形的工作叶片组。此外，所述透平机单元还包括一些固定的导向叶片，这些导向叶片同样是在构成导向叶片组的情况下成图形地固定在透平机的内壳中。其中，所述工作叶片用于通过传递流过透平机单元的工作介质的冲量来驱动所述透平机轴，而所述导向叶片用于对每两个沿工作介质的流动方向看过去前后相继的工作叶片组或工作叶片环之间的工作介质进行导流。

因为所述透平机轴的旋转运动通常是用于驱动连接在燃烧室前面的空气压缩机，所以该轴是加长地超出所述透平机单元，因此，在连接在透平机前面的环形燃烧室的区域内所述透平机轴环绕式地被所述环形燃烧空间包围。

德国专利中请DE19809568A1公开了一种具有一个环形燃烧室的燃气轮机，其中，所述环形燃烧空间由一层环形外壁和一层设置在该外壁中的环形内壁限定。为此，所述燃烧室的内壁通常由两个或多个单件构成，这些单件在其朝向透平机轴的一侧相互通过螺栓连接。

但是所述环形燃烧室的结构存在一些缺点，因为所述燃烧室的内壁在维护时是够不到的。因此，为了在内壁上进行维护工作就必须要拆卸压缩机叶片托架和透平机叶片托架的上部元件，以便可以拆除透平机轴和燃烧室的内壁，由此达到接触所述内壁的目的。所以装配工作也是非常费时和费工。由于燃气轮机相对较长时间停止工作而产生的费用附带地增加了燃气轮机的安装费用，所述停机费用导致燃气轮机需要相对更高的保养和维修费用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种上述类型的燃气轮机，其中，所述燃烧室的内壁可以更快速、简便地被拆除。

按照本发明上述技术问题是这样来解决的，即，所述燃烧室的内壁由一些固定在该内壁的一个支承结构上的壁元件构成，其中，所述支承结构由一些在一条水平分隔缝处相互对接的分构件构成，这些分构件在所述隔缝处通过一些倾斜于内壁表面定向的螺栓连接结构相互连接。

在此，所述壁元件尤其构成了所述燃烧室的被热燃气润湿(heissgasbenetzt)的表面，其中，所述壁元件相宜地被固定在所述内壁的本身的支承结构上。这个支承结构尤其同样包括一个上半部分和一个下半部分，这两部分通过所述倾斜于分隔缝平面定向的螺栓连接结构相互连接。

在此，本发明还基于这样的考虑，应该能够从所述燃烧空间内够到所述燃烧室内壁的不同壁元件的固定结构以及因此也能够从该燃烧空间拆卸燃烧室内壁。同时，所述为燃烧室配设的在其水平分隔缝处相互对接的支承结构的不同分构件应该通过一个固定结构相互连接，该固定结构通过一个在分隔缝处的垂直力将这些分构件相互连接起来。这两个功能通过所述倾斜于内壁表面定向的螺栓连接结构来实现，该螺栓连接结构不仅从燃烧室能够被够到，而且具有一个足够大的垂直分力用于连接两个所述两半的支承结构。

为了抵消所述支承结构的通过螺栓连接结构相互连接的两个分构件的由倾斜于内壁表面定向的螺栓连接结构所产生的水平分力，相宜地为每个螺栓连接结构配设了一个棱键。该棱键避免所述通过螺栓相互连接的壁元件在水平分隔缝处由于螺栓连接结构所产生的水平分力而相互推移。为此，所述棱键有利地沿所述水平分隔缝延伸并且分别被精确配合地装配到所述相互对接的壁元件的槽中，因此，这些壁元件不会相互推移并且尤其只在所述水平分隔缝处才产生所述螺栓连接结构的用于固定螺栓连接结构所需要的垂直分力。

为了保持能够够到燃烧室内腔以及进而够到燃烧室内壁的螺栓连接结构，所述环形燃烧室的外壁设计为两件式的结构以及由一个上部构件和一个下部构件构成。其中，所述上部构件与下部构件相宜地通过螺栓连接，因此该燃烧室外壁可以拆卸。通过燃烧室外壁的这种结构形式，可以够到燃烧室内腔以及进而够到燃烧室内壁元件的螺栓连接结构。

为了保护燃烧室壁免受所述工作介质所带来的热负荷，所述燃烧室的内壁和外壁装有一层由一些阻热元件构成的内衬。这些阻热元件都装有一层耐高温的保护层。

有利的是，所述阻热元件通过一个带有槽和键的组合结构固定在燃烧室的内壁和外壁上。为此，所述阻热元件在其棱边处是这样有利地成形的，使得它们通过一个向燃烧室方向的二次的弯曲构成一个锚固在所述燃烧室壁的一个构成所述槽的凹槽中的下锚部段并由此被固定。所述燃烧室壁中的凹槽相宜地为相互贴靠的阻热元件而合并，使得相互贴靠的阻热元件以其通过弯曲形成的端面相互对接并且因此构成了用于所述燃烧室和其中流动的工作介质的密封结构。

通过本发明达到的优点尤其在于，通过所述燃烧室壁的分隔缝处的螺栓连接可以实现更简便和快速地装配燃烧室壁。尤其通过可以拆卸燃烧室的内壁实现了更快速和更好地维护这些燃烧室构件。通过所达到的可接触到燃烧室内腔可以避免费时地拆卸位于所述透平机单元的后续流程中的工作叶片和导向叶片，因此可以更简便和更省时地进行维护保养工作。

附图说明

下面借助于附图详细阐述一种实施方式。附图中：

图1表示一个燃气轮机的半剖视图，

图2表示一个环形燃烧室的剖面图，

图3表示所述环形燃烧室的侧视图，

图4表示燃烧室内壁的壁元件的螺栓连接结构的剖视图，

图5表示燃烧室内壁的局部剖视图。

在所有的附图中相同的构件以相同的附图标记标注。

具体实施方式

图1所示的燃气轮机1具有一台用于燃烧空气的压缩机2、一个燃烧室4以及一个用于驱动压缩机2和一台图中未表示的发电机或作功机械的透平机6。在此，透平机6和压缩机2被安置在一个共同的、也被称为透平机转子的透平机轴8上，所述发电机或作功机械与该透平机轴相连接并且该透平机轴可围绕其中轴线9旋转地支承。所述设计为环形燃烧室形式的燃烧室4装有一些用于燃烧一种流体或气体形式的燃料的燃烧器10。

所述透平机6具有一些与透平机轴8连接的、可旋转的工作叶片12。这些工作叶片12成圆圈形地安装在透平机轴8上并且因此构成了一些工作叶片组。另外，所述透平机6还包括一些固定的导向叶片14，这些导向叶片14同样是在构成导向叶片组的情况下成圆圈形地固定在透平机6的内壳16中。其中，所述工作叶片12通过传导流过透平机6的工作介质M的动量来驱动所述透平机轴8，而所述导向叶片14用于对每两个沿工作介质M的流动方向看过去前后相继的工作叶片组或工作叶片环之间的工作介质进行导流。在此，一对前后相继的由一圈导向叶片14组成的叶片圈或导向叶片组和由一些工作叶片12组成的叶片圈或工作叶片环也被称为透平级。

每个导向叶片14具有一个也被称为叶根的平台18。该平台设置在透平机6的内壳16上作为壁元件用于固定各导向叶片14。在此，所述平台18是承受极高热负荷的构件，它构成了用于流过透平机6的工作介质M的一个热燃气通道的外边界。每个工作叶片12以类似的方式通过一个也被称为叶根的平台20固定在所述透平机轴8上。

在相邻的导向叶片组的导向叶片14的相互间隔一定距离的平台18之间分别在透平机6的内壳16上安置一个导向环21。在此，每个导向环21的外表面同样遭遇热的流过透平机6的工作介质M并且沿径向通过一个间隙与所述与其相对置的工作叶片12的外端22间隔一定距离。设置在相邻的导向叶片组之间的导向环21在此尤其用来作为遮盖元件保护所述内壁或其他内壳构件免受由流过透平机6的热工作介质M带来的过热负荷。

所述燃烧室4在这种实施方式中设计为所谓的环形燃烧室，其中，一些在围绕所述透平机轴8的圆周方向上设置的燃烧器10通入到一个共同燃烧室空间内。因此全部燃烧室4总体上就构成了围绕所述透平机轴8定位的环形的结构。

为了更详细地说明所述燃烧室4的设计方案，图2以剖面图示出了围绕所述透平机轴8延续的燃烧室4。如在示意图中所看到的那样，所述燃烧室4具有一个起始部段或流入部段，各对应配设的燃烧器10的出口通到该部段的末端。沿工作介质M的流动方向看过去所述燃烧室4的横截面缩小，对此，在此空间范围内要考虑到工作介质的相应调整变化的流通截面。燃烧室4在出口侧在纵剖面中具有一弯曲部段，通过该弯曲部段有利于工作介质M从燃烧室4流出到一个用于更大冲量和能量传递的在流动侧看后续的第一个工作叶片组中。

如从图3中所看到的那样，燃烧室4的燃烧空间24由所述环形的燃烧室外壁26和一层设置在该外壁中的环形燃烧室内壁28限定。为此，燃烧室4被设计成，燃烧室内壁28例如为了进行维护工作可以以极其简便的方式被拆下，而不必拆卸所述透平机轴8和可直接连接在燃烧室4上的上部构件。为此，燃烧室内壁28由一些固定在一个支承结构的两个分构件上的壁元件构成，其中，所述分构件30拼合形成一个基本上水平延伸的、用于燃烧室内壁28的分隔缝31。

对此，将燃烧室4特别设计成，可以从所述燃烧空间24内拆卸所述燃烧室内壁的壁元件和承载这些壁元件的分构件30。因此，如在图4中以剖面图表示的那样，所述分构件30在由其构成的水平分隔缝处通过一些倾斜于燃烧室内壁28延伸的螺栓连接结构32相连接。其中，每个螺栓连接结构32都包括一个基本上倾斜于由燃烧室内壁28构成的表面导引的螺栓33，该螺栓配合在一个在其中一个壁元件30中加工出来的螺纹孔34。

为所述螺栓连接结构32对应配设一个棱键35，因此，所述分构件30通过由于倾斜于燃烧室内壁28延伸的螺栓33而产生的水平分力不会相互推移。所述棱键35在各螺栓连接结构32附近的一个位置中沿所述分构件30的水平分隔缝31延伸并且被装配到燃烧室内壁28的分构件30中的槽中。

为了方便地进入到燃烧室4的燃烧空间，如在图3中所看到的那样，所述燃烧室外壁26由一个上部构件36和一个下部构件38组成。与所述构成燃烧室内壁28的支承结构的分构件30的连接方式不同，所述上部构件36和下部构件38设有一些垂直于所述分隔缝平面定向的螺栓连接结构，因为在此也不存在是否够得到的问题。

为了达到相对更高的效率，所述燃烧室4要相对于工作介质M的大约1200℃至1300℃的高温来设计。也为了在存在这些对于材料的不利的运行因素的情况下达到一个相对更长的使用寿命，如图5所示，所述燃烧室外壁26和燃烧室内壁28分别在其面向工作介质M的侧面上设置一层由阻热元件40构成的内衬。每个阻热元件40在其面向工作介质M的侧面都装有一层耐高温的保护层。

如在图5中对所述燃烧室内壁28示范性地表示的那样，所述阻热元件40通过一个带有槽和键的组合结构固定在燃烧室内壁28上。为此，所述阻热元件40在其棱边处是这样成形的，使得它们通过一个向燃烧室方向的二次的弯曲构成一个锚固在所述燃烧室内壁28的一个构成所述槽的凹槽中的下锚部段并由此被固定。与在图5中所看到的一样，相邻的阻热元件40这样固定在一些合并的槽上，使得它们相对的侧面接触并且因此密封所述燃烧室4的燃烧空间24。

Claims (5)

1.一种具有一个环形燃烧室(4)的燃气轮机，该燃烧室(4)的燃烧空间(24)由一层环形的燃烧室外壁(26)和一层设置在该外壁中的环形燃烧室内壁(28)限定，其中，所述燃烧室内壁(28)由一些固定在该燃烧室内壁(28)的一个支承结构上的壁元件构成，其特征在于，所述支承结构由一些在一条水平分隔缝处相互对接的分构件(30)构成，所述分构件(30)在所述分隔缝处通过一些倾斜于内壁表面定向的螺栓连接结构(32)相互连接。

2.按照权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，给所述每个螺栓连接结构(32)分别配设一个棱键(34)。

3.按照权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，所述环形燃烧室(4)的燃烧室外壁(26)设计为两件式的结构，并由一个上部构件(36)和一个与该上部构件(36)共同作用的下部构件(38)构成。

4.按照权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃烧室内壁(28)和/或燃烧室外壁(26)装有一层由一些阻热元件(40)构成的内衬。

5.按照权利要求4所述的燃气轮机，其特征在于，所述阻热元件(40)通过一个槽/键组合结构固定在所述燃烧室内壁(28)或燃烧室外壁(26)上。

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