本發(fā)明涉及一種熱屏蔽元件，特別是用于燃燒室的內(nèi)襯。此外，本發(fā)明涉及一種環(huán)形燃燒室以及一種氣體渦輪機(jī)裝置。

背景技術(shù)：

在氣體渦輪機(jī)的輕載運(yùn)行中，燃燒室中的燃燒溫度下降。同時(shí)，對(duì)于一氧化碳排放量重要的初級(jí)區(qū)溫度同樣下降。當(dāng)所述初級(jí)區(qū)溫度低于最小值時(shí)，則增大地產(chǎn)生一氧化碳排放量，并且達(dá)到可用的符合一氧化碳排放量的氣體渦輪機(jī)輕載范圍的極限。

在存在法定的一氧化碳排放量極限的情況下，如果對(duì)于操作員來說，在不同時(shí)超過一氧化碳排放量極限下，不可能繼續(xù)減小其氣體渦輪機(jī)的功率，則氣體渦輪機(jī)的操作員會(huì)迫不得已關(guān)閉氣體渦輪機(jī)。

將旁通空氣、即壓縮空氣(verdichterendluft)輸入到燃燒室中實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)救，所述壓縮空氣在燃燒器前方分流并且在燃燒區(qū)后方輸入到燃燒室中。然而，高溫氣體反應(yīng)器的壁、例如在壓力下運(yùn)行的氣體渦輪機(jī)燃燒室的壁需要對(duì)其支承結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)母綦x，以防止熱氣的侵蝕。陶瓷材料由于其相對(duì)于金屬材料高的耐熱性、耐腐蝕性及其低的導(dǎo)熱性特別適用于制造隔離支承結(jié)構(gòu)的熱屏蔽。這種熱屏蔽例如在ep0558540b1中被描述，并且在對(duì)壓縮空氣的進(jìn)行旁通(bypass)方面必須相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。簡(jiǎn)單地加工開口不能解決該問題，因?yàn)槿紵覂?nèi)的熱氣流加熱陶瓷熱屏蔽的表面，并且旁通空氣在所述熱屏蔽的側(cè)面上用于強(qiáng)冷卻。因此，在屏蔽內(nèi)部產(chǎn)生高的溫度梯度，并且由此產(chǎn)生有關(guān)的應(yīng)力，所述應(yīng)力在運(yùn)行中導(dǎo)致裂縫和斷裂并且導(dǎo)致熱屏蔽損耗。

根據(jù)wo2013/135702a2，旁通空氣流的輸送應(yīng)當(dāng)利用熱屏蔽元件實(shí)現(xiàn)。為此，熱屏蔽元件具有一個(gè)壁，所述壁具有朝向燃燒室內(nèi)部的熱側(cè)和對(duì)置的冷側(cè)。環(huán)繞的邊緣在背側(cè)延伸超過冷側(cè)。在此設(shè)置，在環(huán)繞的邊緣中加工大量的孔，冷卻空氣可以穿過所述孔流入燃燒室中。此外設(shè)置，存在第二部分壁與所述壁間隔，所述第二部分壁在兩個(gè)對(duì)置的邊緣區(qū)段之間延伸。然而，環(huán)繞的邊緣的位于下游的邊緣區(qū)段僅僅延伸至部分壁，而不延伸超過所述部分壁。在部分壁的位于上游的端部上，大約在熱屏蔽元件中的中心布置有隔板，所述隔板從部分壁延伸至兩個(gè)鄰接的邊緣區(qū)段的背側(cè)高度。由此還實(shí)現(xiàn)了，將旁通空氣流引導(dǎo)到部分壁上，所述旁通空氣流接著可以順流而下輸出到對(duì)置的邊緣區(qū)段之間。

然而前述解決方案中的缺點(diǎn)在于，為了有利地使旁通空氣流入，需要熱屏蔽元件中的錯(cuò)位，或者由于在連接的間隙中轉(zhuǎn)向而必須付出更高的壓力損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種熱屏蔽元件，其能夠輸送旁通空氣，同時(shí)具有高的使用壽命并且可以盡可能簡(jiǎn)單地并且成本低廉地制造和裝配。本發(fā)明的另一個(gè)目的是給出一種具有相應(yīng)的熱屏蔽的環(huán)形燃燒室。此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種用于輕載運(yùn)行的氣體渦輪機(jī)裝置。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)本發(fā)明所述的熱屏蔽元件、根據(jù)本發(fā)明所述的環(huán)形燃燒室和根據(jù)本發(fā)明所述的氣體渦輪機(jī)裝置實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中還定義了本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案。

這種類型的熱屏蔽元件特別是用作燃燒室的內(nèi)襯。在此，熱屏蔽元件首先包括一個(gè)壁，所述壁具有能施加熱介質(zhì)的熱側(cè)和與熱側(cè)對(duì)置的冷側(cè)。此外，熱屏蔽元件包括鄰接于所述壁并環(huán)繞地包圍所述壁的邊緣。在此，所述邊緣遠(yuǎn)離熱側(cè)突出于冷側(cè)地延伸。與所述壁的具體造型無關(guān)地，以熱側(cè)的俯視視角觀察，所述邊緣可以分成兩個(gè)彼此對(duì)置的第一邊緣區(qū)段。第二邊緣區(qū)段位于所述壁的端部上，所述第二邊緣區(qū)段與這兩個(gè)第一邊緣區(qū)段彼此連接，并且基本上垂直于所述第一邊緣區(qū)段延伸。第三邊緣區(qū)段與第二邊緣區(qū)段對(duì)置，所述第三邊緣區(qū)段同樣與這兩個(gè)第一邊緣區(qū)段彼此連接，并且基本上垂直于所述第一邊緣區(qū)段延伸。

根據(jù)本發(fā)明設(shè)置，在熱屏蔽元件內(nèi)部提供一個(gè)穿通部，通過所述穿通部實(shí)現(xiàn)將旁通空氣輸送到燃燒室內(nèi)部中。為此，所述壁具有至少一個(gè)開口間隙，由此將所述壁分成在該開口間隙一側(cè)上的第一壁區(qū)段和在該開口間隙另一側(cè)上的第二壁區(qū)段。此外設(shè)置，遠(yuǎn)離熱側(cè)的隔板鄰接于開口間隙地與第二壁區(qū)段連接。就此而言，冷側(cè)上的第二壁區(qū)段區(qū)段式地由兩個(gè)第一邊緣區(qū)段、第二邊緣區(qū)段和與第二邊緣區(qū)段對(duì)置地布置的隔板包圍。與此相對(duì)地，第一壁區(qū)段同樣區(qū)段式地由兩個(gè)第一邊緣區(qū)段、第三邊緣區(qū)段和與第三邊緣區(qū)段對(duì)置地鄰接于隔板地布置的開口間隙包圍。

由此在所述壁的冷側(cè)上構(gòu)造兩個(gè)彼此分開的第一和第二室，其中，第一室具有從冷側(cè)至熱側(cè)的開口間隙。通過所述雙室方案將熱屏蔽元件的內(nèi)部分成兩部分。第一室用作旁通通道的延伸部。熱屏蔽元件均勻地接入到旁通中。通過在特別是在旁通通道和開口間隙之間極小的距離的情況下開口間隙直接鄰接于隔板，有利于在開口間隙上具有低壓力損失的均勻流動(dòng)過程。

在本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施方式中，開口間隙沿著兩個(gè)對(duì)置的第一邊緣區(qū)段之間的整個(gè)隔板延伸，從而可以實(shí)現(xiàn)以足夠的質(zhì)量流量均勻地旁通流動(dòng)。

環(huán)繞的邊緣以及冷側(cè)上的隔板的形狀或延伸首先是不重要的。就此而言，邊緣區(qū)段和隔板相對(duì)彼此和/或在區(qū)段內(nèi)部可以具有彎折部或縫隙，并且因此在冷側(cè)上具有不同的高度。然而有利的是，環(huán)繞的邊緣和隔板延伸直至遠(yuǎn)離冷側(cè)的自由端部。在此，自由端部相當(dāng)于與熱側(cè)或冷側(cè)隔開間距的(無彎折部或縫隙的)面。

在此特別有利地，自由端部構(gòu)造為平坦的。熱屏蔽元件在遠(yuǎn)離熱側(cè)的背面上的平面構(gòu)型不僅有利于裝配而且有利于制造。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，隔板向開口間隙傾斜。由此，在從熱側(cè)觀察熱屏蔽元件時(shí)，隔板部分地位于開口間隙上方。由此可以實(shí)現(xiàn)旁通流在進(jìn)入燃燒室中時(shí)中性的流出角度，因?yàn)榕酝諝夥駝t必須逆著燃燒氣體流動(dòng)。此外，所述間隙在其他情況下朝向火焰敞開，并且引起吸入熱氣體。

有利的是，隔板具有多個(gè)孔，所述孔的軸線指向第一壁區(qū)段的冷側(cè)的表面。當(dāng)?shù)诙覙?gòu)造為相對(duì)平坦時(shí)，則可以在那里進(jìn)行連續(xù)的、大面積的沖擊式冷卻。為此所使用的冷卻空氣實(shí)現(xiàn)了在缺少旁通流的情況下附加地用于阻隔開口間隙。為此，冷卻空氣可以從第二室穿過隔板中的孔流到第一室中。

適宜地，在第二室中從第二壁區(qū)段出發(fā)布置固定裝置，所述固定裝置有利地垂直地從所述壁遠(yuǎn)離熱側(cè)地延伸。

還適宜地，熱屏蔽元件由金屬制造。典型地，所述熱屏蔽元件實(shí)現(xiàn)為鑄造構(gòu)件。

一種類型的環(huán)形燃燒室包括外殼、一定數(shù)量的熱屏蔽元件，所述熱屏蔽元件可拆卸地固定在外殼的朝向燃燒室內(nèi)部的內(nèi)側(cè)上。此外，環(huán)形燃燒室包括也稱為旁通通路的、在外殼的外周上延伸的環(huán)形通道，在旁通運(yùn)行中旁通空氣流被引導(dǎo)通過所述環(huán)形通道。旁通空氣流可以經(jīng)過開口被輸送給環(huán)形通道，其中，環(huán)形通道具有朝向燃燒室內(nèi)部的環(huán)形間隙，旁通空氣流可以穿過所述環(huán)形間隙輸送至燃燒室內(nèi)部。在此，環(huán)形通道以及環(huán)形間隙可以構(gòu)造為環(huán)繞的。如果確保了使旁通空氣流相當(dāng)均勻地分配在外周上，則環(huán)形通道和/或環(huán)形間隙也可以多次中斷并且就此而言由各個(gè)扇區(qū)段構(gòu)成。

新型的環(huán)形燃燒室通過使用多個(gè)前述的根據(jù)本發(fā)明的和/或?qū)Υ擞欣臒崞帘卧?shí)現(xiàn)。

在此特別有利的，熱屏蔽元件布置為使得第一室位于環(huán)形間隙上。就此而言，隔板位于環(huán)形間隙的一側(cè)上，第三邊緣區(qū)段位于環(huán)形間隙的另一側(cè)上。這實(shí)現(xiàn)了特別有利地使旁通空氣流從環(huán)形間隙穿過第一室并且穿過開口間隙流入到各個(gè)熱屏蔽元件中。

在本發(fā)明的一種有利的實(shí)施方式中，外殼具有用于沖擊式冷卻熱屏蔽元件的開口。

在此適宜的是，用于沖擊式冷卻第一室中的第一壁區(qū)段的開口布置在外殼的環(huán)形通道中，并且在所述開口中布置有小管，所述小管朝向熱側(cè)突出于外殼延伸直到第一室中。由此，冷卻空氣可以有針對(duì)性地被引導(dǎo)到第一室的第一壁區(qū)段上。因此，所述區(qū)域不僅可以對(duì)流地冷卻，而且可以通過沖擊式冷卻來冷卻。

此外特別有利的是，避免旁通空氣流和/或冷卻空氣橫向流動(dòng)。為此，在第一變型中設(shè)置，熱屏蔽元件至少部分地以自由端部靠置在外殼上。通過所述靠置，在很大程度上阻止自由端部和外殼之間的橫向流動(dòng)?？上攵貏e有利的是，實(shí)現(xiàn)在環(huán)形的邊緣上以及沿著隔板靠置在外殼上。

在第二變型中，在熱屏蔽元件的自由端部和外殼之間設(shè)置密封件。同樣有利的是，密封件不是區(qū)段式地存在，而是環(huán)繞式地存在。在此，還可以有利地設(shè)置，密封件由彈性材料制造，從而盡管在自由端部和/或外殼的成型中以及在振動(dòng)時(shí)有微小的誤差，也實(shí)現(xiàn)了可靠的密封性。為了可靠地固定密封件，所述密封件嵌入到環(huán)繞的邊緣或隔板中并且突出于自由端部。

此外可以設(shè)置，將第一變型和第二變型組合用于密封，其方式是，部分地設(shè)置使自由端部靠置在外殼上，并且部分地、特別是在具有較高的壓力差的區(qū)域中在自由端部和外殼之間設(shè)置密封件。

針對(duì)氣體渦輪機(jī)裝置的目的通過具有根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形燃燒室的氣體渦輪機(jī)裝置實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

示例性地結(jié)合附圖詳細(xì)地闡述本發(fā)明。附圖示意性但未按比例地示出：

圖1以前視圖示出根據(jù)本發(fā)明的具有第二室的熱屏蔽元件的冷側(cè)，

圖2以后視圖示出根據(jù)本發(fā)明的具有第二室的熱屏蔽元件的冷側(cè)，

圖3以剖視圖示出熱屏蔽元件，

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽元件的熱側(cè)，

圖5示出旁通方案，

圖6示出冷卻空氣管理，

圖7示出具有根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽元件的環(huán)形燃燒室的局部圖，

圖8以縱向截面圖根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示出根據(jù)本發(fā)明的氣體渦輪機(jī)裝置的圖示。

具體實(shí)施方式

圖1至4示意性并且示例性地示出根據(jù)本發(fā)明的金屬的熱屏蔽元件1，其具有壁3，所述壁具有能施加熱介質(zhì)的熱側(cè)4和與熱側(cè)4對(duì)置的冷側(cè)5。圖1至3示出冷側(cè)5，圖4示出熱側(cè)4。

環(huán)繞的、突出于冷側(cè)5延伸的、具有遠(yuǎn)離冷側(cè)5的自由端部7的邊緣6鄰接于壁3。在此，所述壁包括兩個(gè)對(duì)置的第一邊緣區(qū)段56和橫向于所述兩個(gè)第一邊緣區(qū)段56延伸的第二邊緣區(qū)段57和與所述第二邊緣區(qū)段57對(duì)置的第三邊緣區(qū)段58。隔板8在兩個(gè)對(duì)置的、由邊緣6形成的側(cè)9之間從壁3的冷側(cè)5延伸直至自由端部7的高度，從而在壁3的冷側(cè)5上形成兩個(gè)彼此分開的第一室10和第二室11，并且第一室10具有從冷側(cè)5至熱側(cè)4的開口間隙12，所述開口間隙直接與隔板8連接并且沿著整個(gè)隔板8延伸。由此，壁3被分成兩個(gè)區(qū)段，也就是說分成第一壁區(qū)段51和第二壁區(qū)段52。隔板8朝向開口間隙12傾斜并且具有多個(gè)孔13，所述孔的軸線14指向第一室10中的冷側(cè)5的表面。

此外在圖1至3中示出，在第二室11中布置有固定裝置15，所述固定裝置基本上垂直地從所述壁延伸。例如通過與固定裝置15連接的盤形彈簧葉片組實(shí)現(xiàn)熱屏蔽元件1的裝配。

圖5和6示出具有一定數(shù)量根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽元件1的環(huán)形燃燒室2的截面圖。根據(jù)圖5要說明旁通方案。圖5的環(huán)形燃燒室2包括外殼16、一定數(shù)量根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽元件1以及稱為旁通通路的、在外殼16的外周上延伸的環(huán)形通道17，所述熱屏蔽元件可拆卸地固定在外殼16的內(nèi)側(cè)上，在旁通運(yùn)行中旁通空氣流被引導(dǎo)通過所述環(huán)形通道，所述環(huán)形通道具有通到燃燒室內(nèi)部19的環(huán)形間隙18。熱屏蔽元件1此時(shí)這樣布置，其第一室10位于環(huán)形間隙18上。除了根據(jù)本發(fā)明的金屬的熱屏蔽元件1以外，燃燒室2在金屬的熱屏蔽元件1的上游具有多行陶瓷的熱屏蔽元件24，其中在圖5中示出僅僅一行陶瓷的熱屏蔽元件，以及在根據(jù)本發(fā)明的金屬的熱屏蔽元件1下游具有無開口間隙12的一行另外的金屬的熱屏蔽元件25。

圖6描述了冷卻空氣管理。旁通空氣26從環(huán)形通道17輸入熱屏蔽元件1的第一室10，并且穿過開口間隙12到達(dá)燃燒室內(nèi)部19。外殼16具有用于熱屏蔽元件1的沖擊式冷卻27的、特別是用于所述熱屏蔽元件的第二室11的第一開口20。通過隔板8中的孔13還可以將用于第二室11的沖擊式冷卻27的空氣用于阻隔開口間隙12以阻止從燃燒室內(nèi)部19中吸入熱氣體(所謂的阻隔空氣28)。

此外，用于第一室10的沖擊式冷卻29的第二開口21被設(shè)置在外殼16的環(huán)形通道17中。在所述第二開口21中布置有小管22，所述小管延伸直到第一室10中。所述布置用于第一室10的沖擊式冷卻29。

圖7以俯視圖示出環(huán)形燃燒室2的局部圖，所述環(huán)形燃燒室具有根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽元件1、陶瓷的熱屏蔽元件24和另外的金屬的熱屏蔽元件25。

圖8以縱向截面圖示意性并且示例性地示出根據(jù)本發(fā)明的氣體渦輪機(jī)裝置23。所述氣體渦輪機(jī)裝置包括壓縮機(jī)區(qū)段30、燃燒室區(qū)段31和渦輪機(jī)區(qū)段32。軸33延伸穿過氣體渦輪機(jī)裝置23的所有區(qū)段。在壓縮機(jī)區(qū)段30中裝備有帶壓縮機(jī)工作葉片34的凸緣的軸33，并且在渦輪機(jī)區(qū)段32中裝備有渦輪機(jī)工作葉片35的凸緣。在工作葉片凸緣之間，壓縮機(jī)導(dǎo)向葉片36的凸緣位于壓縮機(jī)區(qū)段30中，并且渦輪機(jī)導(dǎo)向葉片37的凸緣位于渦輪機(jī)區(qū)段32中。導(dǎo)向葉片從氣體渦輪機(jī)裝置23的殼體38基本上在徑向方向上延伸至軸33。

在氣體渦輪機(jī)裝置23運(yùn)行中，通過壓縮機(jī)區(qū)段30的空氣入口40吸入空氣39，并且由壓縮機(jī)工作葉片34壓縮。經(jīng)壓縮的空氣被輸送給布置在燃燒室區(qū)段31中的燃燒室2，所述燃燒室在本實(shí)施例中例如構(gòu)造為環(huán)形燃燒室2。一定數(shù)量的熱屏蔽元件1、24、25構(gòu)成熱屏蔽41，所述熱屏蔽元件可拆卸地固定在外殼16的內(nèi)側(cè)上。也將氣態(tài)的或液態(tài)的燃料通過至少一個(gè)燃燒器42噴入到環(huán)形燃燒室2中。由此產(chǎn)生的空氣燃料混合物被點(diǎn)燃，并且在燃燒室2中燃燒。沿著流動(dòng)路徑43，熱的燃燒廢氣從燃燒室2流入到渦輪機(jī)區(qū)段32中，在所述渦輪機(jī)區(qū)段中所述燃燒廢氣膨脹并且冷卻，并且在此將動(dòng)量傳遞到渦輪機(jī)工作葉片35上。在此，渦輪機(jī)導(dǎo)向葉片37用作用于優(yōu)化至渦輪機(jī)工作葉片35上的動(dòng)量傳遞的噴嘴。通過動(dòng)量傳遞引起軸33的旋轉(zhuǎn)被用于驅(qū)動(dòng)用電器、例如發(fā)電機(jī)。降壓和冷卻后的燃燒氣體最后通過出口44從氣體渦輪機(jī)裝置23排出。