繞燃燒室的壓縮空氣旁通裝置的熱屏蔽元件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種尤其用于燃燒室壁(13)的內(nèi)襯的熱屏蔽元件(14)，其包括第一壁(17)，第一壁(17)具有能夠被熱介質(zhì)加載的熱側(cè)(18)、與熱側(cè)(18)相對(duì)置的冷側(cè)(19)和環(huán)繞的邊緣(24)，環(huán)繞的邊緣(24)在第一壁(17)的第一(20)、第二(21)和第三窄側(cè)(22)上從冷側(cè)(19)上突伸出基本延伸至第一高度(25)，其中，環(huán)繞的邊緣(24)在第四窄側(cè)(23)上延伸至比第一高度(25)低的第二高度(26)，并且第二壁(27)相對(duì)于冷側(cè)(19)大致在第二高度(26)上延伸并且在第四窄側(cè)(23)的寬度上、從第四窄側(cè)(23)開(kāi)始在與第四窄側(cè)(23)相鄰的窄側(cè)(20、22)的長(zhǎng)度的一部分上延伸，其中，第二壁(27)在其背離第四窄側(cè)(23)的端部上具有邊緣(29)，該邊緣(29)延伸至第一高度(25)。本發(fā)明還涉及一種燃燒室以及一種燃?xì)鉁u輪機(jī)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】繞燃燒室的壓縮空氣旁通裝置的熱屏蔽元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室、尤其環(huán)形燃燒室的熱屏蔽元件，并且涉及在部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)繞燃燒室的壓縮空氣的旁通。本發(fā)明還涉及一種燃燒室和相應(yīng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]由于在燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率下降時(shí)中心火焰溫度的降低，逐漸增大了一氧化碳的排放，直至其在一定的部分負(fù)荷下超過(guò)法定的排放限值。由此，存在一個(gè)容許的最低功率。但是重要的是，機(jī)器已能在極低的功率下保持工作。
[0003]提高火焰溫度并由此降低一氧化碳排放的可能性是，將一部分壓縮空氣繞所述燃燒輸送，并且在進(jìn)入渦輪機(jī)之前再次提供給熱氣路徑。通過(guò)計(jì)算顯示，這種方法在環(huán)形燃燒室中是可預(yù)見(jiàn)的。在此困難的是，只應(yīng)在相關(guān)的功率范圍內(nèi)激活旁通裝置，因?yàn)榉駝t會(huì)不必要地影響燃?xì)鉁u輪機(jī)的功率。旁通裝置必須是可開(kāi)關(guān)的，其中在關(guān)閉的旁通裝置中也不允許熱氣侵入其中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]相對(duì)于所述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，通過(guò)提供一種旁通裝置在低功率方向上盡可能擴(kuò)展燃?xì)鉁u輪機(jī)的符合一氧化碳排放的運(yùn)行范圍。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還在于，提供一種改進(jìn)的燃燒室
[0006]最后，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種改進(jìn)的燃?xì)鉁u輪機(jī)。
[0007]第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題通過(guò)按照權(quán)利要求1的熱屏蔽元件，第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題通過(guò)按照權(quán)利要求6的燃燒室，第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題通過(guò)按照權(quán)利要求10的燃?xì)鉁u輪機(jī)得以解決。
[0008]從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案。
[0009]本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，方法是其規(guī)定，一種熱屏蔽元件、尤其是用于燃燒室壁的內(nèi)襯的熱屏蔽元件，其包括第一壁，所述第一壁具有能夠被熱介質(zhì)加載的熱側(cè)、與所述熱側(cè)相對(duì)置的冷側(cè)和環(huán)繞的邊緣，所述環(huán)繞的邊緣在所述第一壁的第一、第二和第三窄側(cè)上從所述冷側(cè)上突伸出大致一個(gè)第一高度，其中，所述環(huán)繞的邊緣在第四窄側(cè)上延伸至一個(gè)比所述第一高度低的第二高度，并且第二壁相對(duì)于所述冷側(cè)大致在所述第二高度上并且在所述第四窄側(cè)的寬度上、從所述第四窄側(cè)開(kāi)始在與所述第四窄側(cè)相鄰的窄側(cè)的長(zhǎng)度的一部分上延伸，其中，所述第二壁在其背離所述第四窄側(cè)的端部上具有邊緣，該邊緣延伸至所述第一高度。
[0010]本發(fā)明所涉及的想法是，在環(huán)形燃燒室中，大部分是以陶瓷熱屏蔽元件充當(dāng)內(nèi)襯，并且只在進(jìn)入渦輪機(jī)的入口處鋪設(shè)金屬熱屏蔽元件的內(nèi)襯，這將實(shí)現(xiàn)在燃燒室壁的金屬熱屏蔽元件的區(qū)域內(nèi)輸送旁通空氣，因?yàn)閼?yīng)在燃燒的后面盡可能遠(yuǎn)地進(jìn)行導(dǎo)入，以便避免火焰的冷卻，但又要在渦輪機(jī)之前，這是為了實(shí)現(xiàn)盡可能高的燃?xì)鉁u輪機(jī)效率。為此，需要金屬熱屏蔽元件的新的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)是本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0011]熱屏蔽元件被分隔為兩個(gè)相疊設(shè)置的區(qū)域，該區(qū)域相對(duì)彼此密封并且在安裝狀態(tài)下，也就是與燃燒室壁一同構(gòu)成腔室。第一腔室在熱屏蔽元件的整個(gè)平面上延伸并且用于金屬熱屏蔽元件的通常的冷卻。
[0012]第二腔室在第一腔室之上，位于熱屏蔽元件的朝向渦輪機(jī)的部分內(nèi)。
[0013]有利的方式是，熱屏蔽元件由耐高溫的金屬或耐高溫的金屬合金構(gòu)成，因?yàn)檫@種材料與例如陶瓷相比具有更低的脆性并且相比之下具有較好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)溫性。
[0014]在有利的實(shí)施方式中，設(shè)有多個(gè)在環(huán)繞的邊緣內(nèi)設(shè)置的冷卻空氣開(kāi)口，用于冷卻熱屏蔽元件的壓縮空氣可以經(jīng)由這些冷卻空氣開(kāi)口漏到燃燒室中。
[0015]在此適宜的是，冷卻空氣開(kāi)口至少在第二壁的區(qū)域內(nèi)設(shè)置在第一和第二壁之間。由此，冷卻開(kāi)口處于用于冷卻熱屏蔽元件的第一腔室的區(qū)域內(nèi)。
[0016]有利的方式的是，熱屏蔽元件還包括固定孔，所述固定孔的圍邊從第一壁延伸至第一高度。由此確保，兩個(gè)腔室相對(duì)彼此密封，并且沒(méi)有空氣通過(guò)用于固定熱屏蔽元件所需的孔從一個(gè)腔室流入另一個(gè)腔室。
[0017]所述熱屏蔽元件用于防止導(dǎo)引熱氣的部件、尤其燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室、優(yōu)選環(huán)形燃燒室的過(guò)熱，所述燃燒室具有燃燒室壁，所述燃燒室壁具有燃燒器側(cè)的和渦輪機(jī)側(cè)的端部，其中，所述燃燒室壁具有一個(gè)周向。在此，一定數(shù)量的熱屏蔽元件在所述燃燒室壁的渦輪機(jī)側(cè)的端部上、在分別構(gòu)成兩個(gè)腔室的情況下沿周向安置，其中，第四窄側(cè)朝所述渦輪機(jī)側(cè)的端部方向定向。
[0018]在此，熱屏蔽元件優(yōu)選通過(guò)固定螺栓固定在燃燒室壁上。
[0019]優(yōu)選的是，在燃燒室壁內(nèi)設(shè)置鉆孔，使得冷卻劑能夠被輸送給熱屏蔽元件。
[0020]在燃燒室的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，在燃燒室壁內(nèi)，至少一個(gè)輸送通道布置在每個(gè)第二壁的區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)的熱屏蔽元件，所述輸送通道通入至少部分環(huán)繞所述燃燒室的集氣室(Plenum)內(nèi)。
[0021]其上安裝有熱屏蔽元件的燃燒室優(yōu)選是燃?xì)鉁u輪機(jī)的一部分。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括至少一個(gè)用于壓縮空氣的抽氣裝置，所述抽氣裝置通過(guò)至少一條管路借助閥門(mén)通到集氣室。
[0022]通過(guò)本發(fā)明，使旁通空氣可以被輸入熱氣路徑中，而無(wú)需在引導(dǎo)熱氣的構(gòu)件上進(jìn)行額外的改裝。因此，該應(yīng)用相比之下估計(jì)是更為廉價(jià)的。確保了即便在旁通裝置被關(guān)閉時(shí)也沒(méi)有熱氣的滲入，因?yàn)榈诙皇沂冀K被沖洗并且其出口有利于流動(dòng)地位于熱屏蔽元件和渦輪機(jī)葉片I之間。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在附圖中示意性地且未按比例地:
[0024]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形燃燒室的剖面圖，
[0025]圖2示出按照本發(fā)明的金屬熱屏蔽元件，和
[0026]圖3示出按照本發(fā)明的環(huán)形燃燒室的剖面圖，其具有用于壓縮空氣旁通裝置的抽氣系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1示意地且示例性地示出在殼體2內(nèi)的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形燃燒室I的燃燒系統(tǒng)。由封閉的環(huán)構(gòu)成的環(huán)形燃燒室I環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)3安置。燃燒器4在燃燒室I的上部區(qū)域內(nèi)安置在進(jìn)口 5內(nèi)。在那里，燃料6與壓縮空氣7相混合。在燃燒室I內(nèi)實(shí)現(xiàn)自身的燃燒。熱的燃燒氣體穿過(guò)在環(huán)形燃燒室I的渦輪機(jī)側(cè)的端部的出口進(jìn)入渦輪機(jī)9，在該處燃燒氣體與第一葉片10相接觸。為了在點(diǎn)火之前進(jìn)行保護(hù)，環(huán)形燃燒室I內(nèi)襯有陶瓷熱屏蔽元件11和金屬熱屏蔽元件12，它們固定在燃燒室壁13上。
[0028]按照本發(fā)明，應(yīng)在金屬熱屏蔽元件12的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行旁通空氣的引入，因?yàn)檫@種引入應(yīng)盡可能遠(yuǎn)地在燃燒的后面實(shí)現(xiàn)，并且由此避免對(duì)火焰的冷卻，但是仍然應(yīng)在渦輪機(jī)9之前進(jìn)行，以便盡可能實(shí)現(xiàn)較高的燃?xì)鉁u輪機(jī)效率。
[0029]圖2示出按照本發(fā)明的金屬熱屏蔽元件14，其固定在燃燒室壁13上并且由此構(gòu)成第一腔室15和沿渦輪機(jī)的方向開(kāi)口的第二腔室16，它們相互密封。
[0030]金屬熱屏蔽元件14自身包括第一壁17，其具有被熱介質(zhì)加載的熱側(cè)18、與熱側(cè)18相對(duì)置的冷側(cè)19和四個(gè)位于所述熱側(cè)和冷側(cè)之間的窄側(cè)20、21、22、23。環(huán)繞的邊緣24從每個(gè)窄側(cè)20、21、22、23突伸出冷側(cè)19。邊緣24在第一 20、第二 21和第三22窄側(cè)大致延伸至相對(duì)于第一壁17的冷側(cè)19的第一高度25，并且在第四窄側(cè)23上僅延伸至較低的第二高度26。由此，安裝后的金屬熱屏蔽元件14在三個(gè)窄側(cè)20、21、22的邊緣上貼靠在燃燒室壁13上。
[0031]第二壁27相對(duì)冷側(cè)19大致在第二高度26上。第二壁27在第四窄側(cè)23的寬度上延伸，并且從第四窄側(cè)23開(kāi)始在與第四窄側(cè)23相鄰的窄側(cè)20、22的長(zhǎng)度的一部分上延伸。此外，第二壁27在其背離第四窄側(cè)23的端部28上具有邊緣29，該邊緣29從第二高度26延伸至第一高度25。
[0032]為了冷卻金屬熱屏蔽元件14，在環(huán)繞的邊緣24內(nèi)在第一腔室15的區(qū)域內(nèi)設(shè)置有多個(gè)冷卻空氣開(kāi)口 30。
[0033]如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱屏蔽元件12，通過(guò)穿過(guò)燃燒室壁13的鉆孔向第一腔室15供應(yīng)用于冷卻的壓縮空氣。該壓縮空氣通過(guò)冷卻空氣開(kāi)口 30從金屬熱屏蔽元件14中漏出。
[0034]金屬熱屏蔽元件14具有固定孔31，該固定孔31的圍邊32從第一壁17延伸至第一高度25。通過(guò)該固定孔31，熱屏蔽元件14借助固定螺栓被固定在燃燒室壁13上。
[0035]向著沿渦輪機(jī)9的方向開(kāi)口的第二腔室16供應(yīng)由兩部分組成的壓縮空氣。一個(gè)部分是，通過(guò)若干貫穿燃燒室壁13的鉆孔持續(xù)地向第二腔室16供應(yīng)用于沖洗的一些壓縮空氣，由此當(dāng)旁通裝置斷開(kāi)時(shí)，熱氣不會(huì)侵入第二腔室16。
[0036]另一部分是，可開(kāi)關(guān)地通過(guò)旁通質(zhì)量流施加給第二腔室16。其通過(guò)相比較、也就是與用于沖洗的鉆孔相比較大的鉆孔被導(dǎo)入燃燒室壁13內(nèi)。旁通質(zhì)量流隨后在金屬熱屏蔽元件14和第一葉片10之間的間隙中通過(guò)后邊棱上的開(kāi)口漏出，也就是熱屏蔽元件14的朝向燃燒室一側(cè)上的開(kāi)口，在該側(cè)上環(huán)繞的邊緣24僅達(dá)到最大第二高度26。
[0037]圖3示出用于旁通裝置的壓縮空氣如何首先通過(guò)抽氣裝置33從燃?xì)鉁u輪機(jī)中導(dǎo)出。在燃?xì)鉁u輪機(jī)的外部實(shí)現(xiàn)通過(guò)閥門(mén)34的連通。之后，空氣通過(guò)管路35被導(dǎo)回至燃?xì)鉁u輪機(jī)內(nèi)，并且進(jìn)入圍繞環(huán)形燃燒室I延伸的集氣室36。從那里，分支管道37或針孔延伸至相應(yīng)金屬熱屏蔽元件14的相應(yīng)的第二腔室16。
[0038]在圖3的實(shí)施例中，分別僅示出一個(gè)抽氣裝置33、閥門(mén)34、管路35和集氣室36。但是具有更多抽氣裝置、閥門(mén)、管路和集氣室的技術(shù)方案也是可能的。
【權(quán)利要求】
1.一種熱屏蔽元件(14)，尤其是用于燃燒室壁(13)的內(nèi)襯的熱屏蔽元件(14)，該熱屏蔽元件包括第一壁(17)，所述第一壁(17)具有能夠被熱介質(zhì)加載的熱側(cè)(18)、與所述熱側(cè)(18)相對(duì)置的冷側(cè)(19)和環(huán)繞的邊緣(24)，所述環(huán)繞的邊緣(24)在所述第一壁(17)的第一窄側(cè)(20)、第二窄側(cè)(21)和第三窄側(cè)(22)上突伸出所述冷側(cè)(19)大致一個(gè)第一高度(25)，其特征在于，所述環(huán)繞的邊緣(24)在第四窄側(cè)(23)上延伸至比所述第一高度(25)低的第二高度(26)，并且第二壁(27)相對(duì)于所述冷側(cè)(19)大致在所述第二高度(26)上并且在所述第四窄側(cè)(23)的寬度上從所述第四窄側(cè)(23)開(kāi)始在與所述第四窄側(cè)(23)相鄰的窄側(cè)(20、22)的長(zhǎng)度的一部分上延伸，其中，所述第二壁(27)在其背離所述第四窄側(cè)(23)的端部上具有邊緣(29)，該邊緣(29)延伸至所述第一高度(25)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱屏蔽元件(14)，其中，所述熱屏蔽元件(14)由耐高溫的金屬或耐高溫的金屬合金構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱屏蔽元件(14)，其中，設(shè)有多個(gè)在所述環(huán)繞的邊緣(24)內(nèi)設(shè)置的冷卻空氣開(kāi)口(30)。
4.如權(quán)利要求3所述的熱屏蔽元件(14)，其中，所述冷卻空氣開(kāi)口(30)至少在所述第二壁(27)的區(qū)域內(nèi)設(shè)置在所述第一壁(26)和第二壁(27)之間。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的熱屏蔽元件(14)，該熱屏蔽元件還包括固定孔(31)，所述固定孔的圍邊(32)從所述第一壁(17)延伸至所述第一高度(25)。
6.一種具有燃燒室壁的燃燒室(I)，所述燃燒室壁具有燃燒器側(cè)的和渦輪機(jī)側(cè)的端部(8)，其中，所述燃燒室壁(13)具有一個(gè)周向，所述燃燒室(I)包括一定數(shù)量的如前述權(quán)利要求之一所述的熱屏蔽元件(14)，這些熱屏蔽元件(14)在所述燃燒室壁(13)的渦輪機(jī)側(cè)的端部⑶上、在分別構(gòu)成兩個(gè)腔室(15、16)的情況下沿周向安置，其中，第四窄側(cè)(23)朝所述渦輪機(jī)側(cè)的端部(8)的方向定向。
7.如權(quán)利要求6所述的燃燒室(1)，其中，所述熱屏蔽元件(14)通過(guò)固定螺栓固定在所述燃燒室壁(13)上。
8.如權(quán)利要求6或7所述的燃燒室(1)，其中，在所述燃燒室壁(13)內(nèi)設(shè)置鉆孔，使得冷卻劑能夠被輸送給所述熱屏蔽元件(14)。
9.如權(quán)利要求6至8之一所述的燃燒室(I)，其中，在所述燃燒室壁(13)內(nèi)，至少一個(gè)輸送通道布置在每個(gè)熱屏蔽元件(14)的相應(yīng)的第二壁(27)的區(qū)域內(nèi)，所述輸送通道通入至少部分環(huán)繞所述燃燒室(I)的集氣室(36)內(nèi)。
10.一種具有如權(quán)利要求6至9之一所述的燃燒室(I)的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其中，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括至少一個(gè)用于壓縮空氣的抽氣裝置(33)，所述抽氣裝置(33)通過(guò)至少一條管路(35)借助閥門(mén)(34)連通集氣室(36)。
【文檔編號(hào)】F23R3/00GK104169648SQ201380013709
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月15日
【發(fā)明者】F.本克勒, T.布蘭登堡, O.戴斯, T.格里布, M.林克, N.薩維利厄斯, D.沃格特曼, J.威爾克斯 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司