燃燒室冷卻的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃氣輪機燃燒室(8)，包括具有冷卻空氣孔(17)的內(nèi)壁(2)和與內(nèi)壁(2)隔開一定距離的外壁(9)，其中，外壁(9)同樣具有冷卻空氣孔(16)，并由多個沿燃氣輪機燃燒室(8)周向基本上并列設(shè)置的壁元件(11)構(gòu)成，所述壁元件以在一個窄側(cè)(21)的固定支座(24)以及以在相對置窄側(cè)(21)的浮動支座(25)安裝在所述內(nèi)壁(2)上，從而在兩個壁(2、9)之間形成空隙(10)。
【專利說明】燃燒室冷卻

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃氣輪機燃燒室。

【背景技術(shù)】
[0002]尤其用于燃氣輪機的燃燒室通常在其內(nèi)部設(shè)有稱為襯里的導流體。通過一個或多個設(shè)在燃燒室內(nèi)的燃燒器，輸入一種可燃的流體混合物，它在燃燒室的燃燒腔內(nèi)點燃，并流過襯里朝出口方向?qū)б?。因為燃燒室的壁基于在燃燒室?nèi)部進行的燃燒而遭受高的熱負荷，所以燃燒室的這些部分必須冷卻。一般而言，在襯里內(nèi)側(cè)的隔熱層(thermal barriercoating)不足以滿足要求。冷卻例如借助空隙實現(xiàn)，冷卻劑導引通過空隙，它促使燃燒室對流冷卻。
[0003]由于運行時出現(xiàn)的溫度變化，而使構(gòu)件產(chǎn)生熱膨脹。
[0004]所述襯里同時成為通向渦輪腔的過渡區(qū)，由于這一原因設(shè)計為圓錐形。冷卻系統(tǒng)必須承受襯里圓錐體軸向和徑向的熱膨脹，并保證，即使在條件變換時只沿圓錐體流過規(guī)定的空氣量。
[0005]圖1表示一種襯里圓錐體對流冷卻的燃氣輪機燃燒室，它具有在外部的外套。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種更佳冷卻的燃氣輪機燃燒室。
[0007]按本發(fā)明通過按照權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室解決上述技術(shù)問題。在從屬權(quán)利要求中確定本發(fā)明有利的擴展設(shè)計。為此采用一種燃氣輪機燃燒室，它包括具有冷卻空氣孔的內(nèi)壁和與內(nèi)壁隔開一定距離的外壁，其中，外壁同樣具有冷卻空氣孔并由多個沿燃氣輪機燃燒室周向基本上并列設(shè)置的壁元件構(gòu)成，所述壁元件用在一個窄側(cè)的固定支座以及用在相對置的窄側(cè)的浮動支座安裝在內(nèi)壁上，從而在兩個壁之間形成空隙，在這種燃氣輪機燃燒室中，襯里圓錐體的冷卻能通過有效的沖擊式冷卻實現(xiàn)。此外，基于基體(大約900-1000°C )與沖擊冷卻板(大約500-600°C )不同的溫度，允許起沖擊冷卻板作用的壁元件相對于基體，亦即相對于燃氣輪機內(nèi)壁相對膨脹。
[0008]按一種有利的實施形式，壁元件在燃燒器側(cè)用固定支座以及在渦輪側(cè)用浮動支座安裝在內(nèi)壁上。
[0009]在這里恰當?shù)氖牵瑑?nèi)壁具有空心截錐體的形狀，以及壁元件具有空心截錐體扇形段的形狀。
[0010]為了更好地補償沿徑向的熱膨脹，相鄰的壁元件搭接地排布。
[0011]按一種有利的設(shè)計，為了更便于裝配，浮動支座由環(huán)形段組成，它們具有用于分別承接壁元件一個窄側(cè)的槽。
[0012]恰當?shù)氖?，固定支座也由環(huán)形段組成。
[0013]為了冷卻支座，至少所述支座之一具有冷卻空氣孔。
[0014]為避免相鄰的壁元件張開，有利的是，在每兩個壁元件的搭接區(qū)內(nèi)設(shè)固定裝置。在這方面應恰當?shù)氖?，將固定裝置固定在內(nèi)壁上。
[0015]為了在熱膨脹不同時也能夠使固定裝置盡可能無應力，壁元件具有固定裝置用的孔，以及孔的直徑大于在該區(qū)域內(nèi)固定裝置的直徑。
[0016]為了防止外壁的壁元件基于熱變形接觸內(nèi)壁的圓錐體，在內(nèi)壁與外壁之間設(shè)置定距元件。這些定距元件相宜地面對各自壁元件的中心區(qū)，亦即在中心，在壁元件下面，安裝在，例如焊接在內(nèi)壁上。
[0017]將通過內(nèi)壁與外壁形成的空隙設(shè)計為消音器(諧振器)是特別有利的，因為由此可以減少要不然需要的諧振器的數(shù)量。其結(jié)果是，一方面降低成本和另一方面節(jié)省空氣，一般為了沖洗或冷卻這些諧振器需要空氣。
[0018]所建議的技術(shù)方案的優(yōu)點在于，通過有效的沖擊冷卻更好地冷卻襯里圓錐體，以及通過浮動支座導致避免熱應力。此外，通過在襯里圓錐體與薄板之間形成的、附加地起諧振器作用的空隙，阻尼中頻至高頻振動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面借助附圖作為示例詳細闡述本發(fā)明。附圖示意性地且未按尺寸比例地表示:
[0020]圖1表示按先有技術(shù)的燃氣輪機燃燒室，它具有燃燒器襯里和在外部用于對流冷卻的外套；
[0021]圖2表示按本發(fā)明的燃氣輪機燃燒室，它具有用于沖擊冷卻的壁元件；
[0022]圖3表示壁元件，它具有冷卻空氣孔和固定用的孔；
[0023]圖4表示固定支座環(huán)形段的一部分；
[0024]圖5表示通過按本發(fā)明的燃氣輪機燃燒室的燃燒器襯里和固定支座剖開示出的剖面圖；
[0025]圖6表示通過按本發(fā)明的燃氣輪機燃燒室的燃燒器襯里和浮動支座剖開示出的剖面圖；
[0026]圖7表示浮動支座的環(huán)形段的俯視圖；
[0027]圖8表示按本發(fā)明的燃氣輪機燃燒室，沒有表示壁元件；
[0028]圖9表示固定壁元件的防止張開用的銷釘；
[0029]圖10表示處于裝入狀態(tài)的銷釘和壁元件；以及
[0030]圖11表示搭接的壁元件。

【具體實施方式】
[0031 ]圖1示意和示例性表示按現(xiàn)有技術(shù)的燃氣輪機燃燒室I，包括圍繞燃燒腔3和在燃燒腔一側(cè)具有隔熱層4的內(nèi)壁2 (燃燒器襯里)，以及圍繞內(nèi)壁2的外套5，在它們之間導引流過用于對流冷卻內(nèi)壁2的冷卻空氣6。在從燃燒腔3到渦輪腔(沒有表示)的過渡區(qū)，燃氣輪機燃燒室I并因而還有內(nèi)壁2或燃燒器襯里2成形為圓錐形。因此這一區(qū)域也稱為襯里圓錐體7。
[0032]圖2表示按本發(fā)明的燃氣輪機燃燒室8，它有內(nèi)壁2和與之相隔一定距離的外壁9，它們形成空隙10 (見圖5和圖6)。外璧9通過由8個壁元件11組成的薄板結(jié)構(gòu)構(gòu)成，它們可以補償襯里圓錐體7的熱膨脹。允許有與圖2所示實施例數(shù)量不同的壁元件11。
[0033]壁元件11在襯里圓錐體7的面朝燃燒器的那一側(cè)12，亦即朝截錐體底面方向，與內(nèi)壁2焊接，而在襯里圓錐體7的面朝渦輪的那一側(cè)13，亦即朝截錐體頂面方向，浮動地支承。但相反的方案同樣是可行的。
[0034]在這里兩個薄板系列14、15上下錯開地安裝。為了沖擊式冷卻圓錐體狀內(nèi)壁2，壁元件11有冷卻空氣孔16。在內(nèi)壁2上設(shè)置相應的冷卻空氣孔17 (見圖8和圖10)，使用于沖擊冷卻的空氣可以通過它們流入燃燒腔3內(nèi)。
[0035]圖3表示帶有冷卻空氣孔16的壁元件11，在運行期間會在搭接的壁元件11之間形成間隙，空氣將不受控制地通過此間隙到達薄板結(jié)構(gòu)的下面。但這種間隙通過固定裝置18(見圖10、11)得以避免。為此目的壁元件11在兩個相對置的窄側(cè)19有孔20，它們的直徑比在此區(qū)域內(nèi)固定裝置的直徑大，為的是在這里也能保證足夠用于熱膨脹的間隙。另外兩個窄側(cè)21與在圖4至圖7中表示的環(huán)形段22、23共同構(gòu)成固定和浮動支座24、25。
[0036]圖4表示固定支座24的一部分，尤其固定支座24的部分環(huán)形段22。若環(huán)形段22與內(nèi)壁2焊接(見圖5)，則形成空腔26，它可以通過冷卻空氣孔27被冷卻。
[0037]圖5表示通過按本發(fā)明的燃氣輪機燃燒室8的固定支座24剖開示出的剖面圖，包括設(shè)置在燃燒器襯里2上的并在焊接位置28與之連接的用于固定支座24的環(huán)形段22，以及沿燃燒室8軸向錯開布置的壁元件11。壁元件11在焊接位置29與環(huán)形段22連接。由于裝配的原因，相鄰的壁元件11沿軸向錯開地與環(huán)形段22焊接。
[0038]圖6表示通過按本發(fā)明的燃氣輪機燃燒室8的浮動支座25剖開示出的剖面圖，包括設(shè)置在燃燒器襯里2上的并在焊接位置30與之連接的用于浮動支座25的環(huán)形段23。浮動支座25的環(huán)形段23包括用于承接壁元件11窄側(cè)21的槽31，以及直接支靠在內(nèi)壁2上，所以在環(huán)形段23內(nèi)也不需要冷卻空氣孔。
[0039]圖7表示用于浮動支座25的環(huán)形段23。在環(huán)形段23內(nèi)用于浮動支承壁元件11的槽31，與壁元件11的搭接配置相應地，通過塔接區(qū)32在不同半徑上延伸。
[0040]圖8表示按本發(fā)明的燃氣輪機燃燒室8，圖中沒有表示壁元件11。由此不僅可以看到作為防止張開的固定裝置18組成部分的銷釘33，而且還可以看到在內(nèi)壁2上設(shè)置的另一些定距元件或銷柱34，它們防止壁元件11由于熱變形接觸內(nèi)壁2的圓錐體。銷柱34典型地在中心，在壁元件11下面焊接在內(nèi)壁2上。
[0041]圖9表示銷釘3，為了便于裝配在內(nèi)壁2上它有一個較大的成形部分。銷釘3是固定裝置18的組成部分，使用固定裝置18來防止在兩個相鄰的壁元件11之間的張開。
[0042]圖10表示處于裝入狀態(tài)的這種固定裝置18。它與內(nèi)壁2焊接并在必要時在內(nèi)壁2上安裝在為此所設(shè)的凹槽35內(nèi)。在壁元件11上孔21的區(qū)域內(nèi)，固定裝置18的銷釘3有比孔21本身小的直徑，由此存在足夠的位置用于熱膨脹。壁元件11用焊上的孔板36保險，所以基本上只允許壁元件11軸向移動和沿燃氣輪機燃燒室8的周向移動，但不能沿徑向運動。圖11表示固定裝置18所在區(qū)域的俯視圖。
[0043]盡管在實施例中說明了一種有圓錐體襯里的燃氣輪機燃燒室，但本發(fā)明并不限于圓錐形的幾何形狀。此外，按本發(fā)明的設(shè)備的功能不限于要達到的冷卻效果，而是也還能利用于作為諧振吸收器。
【權(quán)利要求】
1.一種燃氣輪機燃燒室(8)，包括具有冷卻空氣孔(17)的內(nèi)壁(2)和與所述內(nèi)壁(2)隔開一定距離的外壁(9)，其特征為:外壁(9)同樣具有冷卻空氣孔(16)，并由多個沿燃氣輪機燃燒室(8)周向基本上并列設(shè)置的壁元件(11)構(gòu)成，所述壁元件以在一個窄側(cè)(21)的固定支座(24)以及以在相對置窄側(cè)(21)的浮動支座(25)安裝在所述內(nèi)壁(2)上，從而在兩個壁(2、9)之間形成空隙(10)。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，所述壁元件(11)在燃燒器側(cè)以固定支座(24)以及在渦輪側(cè)以浮動支座(25)安裝在所述內(nèi)壁(2)上。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，所述內(nèi)壁(2)具有空心截錐體的形狀，以及所述壁元件(11)具有空心截錐體扇形段的形狀。
4.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，相鄰的壁元件(11)搭接地排布。
5.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，浮動支座(25)由環(huán)形段(23)組成，所述環(huán)形段具有用于分別承接壁元件(11) 一個窄側(cè)(21)的槽(31)，。
6.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，所述固定支座(24)由環(huán)形段(22)組成。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，至少所述支座(24、25)之一具有冷卻空氣孔(27)。
8.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，在每兩個壁元件(11)的搭接區(qū)(32)內(nèi)設(shè)有固定裝置(18)，防止這兩個壁元件(11)張開。
9.按照權(quán)利要求8所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，所述固定裝置(18)固定在所述內(nèi)壁⑵上。
10.按照權(quán)利要求8或9之一所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，所述壁元件(11)具有用于固定裝置(18)的孔(20)，以及孔的直徑大于在該區(qū)域內(nèi)固定裝置(18)的直徑。
11.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，在所述內(nèi)壁(2)與外壁(9)之間設(shè)置定距元件(34)。
12.按照權(quán)利要求11所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，所述定距元件(34)面對各自壁元件(11)的中心區(qū)地安裝在所述內(nèi)壁⑵上。
13.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的燃氣輪機燃燒室(8)，其中，在所述內(nèi)壁(2)與外壁(9)之間形成的空隙(10)設(shè)計為消音器。
【文檔編號】F23R3/00GK104471316SQ201380037779
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月2日
【發(fā)明者】O.戴斯, T.格里布, M.哈澤, J.克萊因菲爾德, B.普拉德 申請人:西門子公司