具有用于燃燒器部件的緊固系統(tǒng)的燃燒器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪的技術(shù)。其涉及一種燃燒器裝置，燃燒器裝置具有用于燃燒 器部件，尤其用于燃?xì)鉁u輪的筒倉(cāng)燃燒器（Silo combustor)、筒形燃燒器或環(huán)形燃燒器的 緊固系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了增加燃?xì)鉁u輪的效率，應(yīng)該最大限度地減小不合需要的工作流體的泄漏。在 燃?xì)鉁u輪的操作期間，會(huì)出現(xiàn)跨燃?xì)鉁u輪元件的溫差。燃燒器熱氣體部件通常連接在較冷 的托架結(jié)構(gòu)上，其之間具有多個(gè)滑動(dòng)接頭或間隙，以補(bǔ)償不同的部件的熱膨脹。這些接頭是 泄漏的來(lái)源，泄漏在任何有效的燃燒系統(tǒng)中都是不合需要的。常見(jiàn)的密封系統(tǒng)典型地只限 制由于考慮熱運(yùn)動(dòng)的需要而引起的熱狀態(tài)下的泄漏。
[0003] 當(dāng)前使用的另一方法是提供一系列的焊接，用于將熱氣體部件彼此永久地連接起 來(lái)，并用于將它們連接到較冷的托架結(jié)構(gòu)上。然而，這種方法具有不能完全補(bǔ)償熱膨脹的缺 點(diǎn)，其最后導(dǎo)致裂紋或其它損害。另外，燃燒器單元只能作為完整的組件進(jìn)行更換，因?yàn)椴?可能在不切開(kāi)和重新焊接接頭的條件下更換單個(gè)部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種尤其用于筒倉(cāng)燃燒器、筒形燃燒器或環(huán)形燃 燒器，優(yōu)選用于燃?xì)鉁u輪的燃燒器裝置，其中燃燒器裝置最大限度地減小在熱狀態(tài)和冷狀 態(tài)下通過(guò)燃燒器部件之間的接觸區(qū)域的泄漏速率。
[0005] 這個(gè)目的通過(guò)具有根據(jù)權(quán)利要求1所述特征的燃燒器裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，提出了 一種尤其用于筒倉(cāng)燃燒器、筒形燃燒器或環(huán)形燃燒器的燃燒器裝置，其包括： 前面板，其中前面板配置成接收至少一個(gè)燃燒器元件； 基本上設(shè)置在前面板下游的燃燒器襯套，其中燃燒器襯套部分地限定了燃燒室； 用于承載前面板和燃燒器襯套的托架結(jié)構(gòu)元件，其中燃燒器裝置還包括用于將前面 板、燃燒器襯套，和托架結(jié)構(gòu)元件彼此連接起來(lái)的緊固系統(tǒng)，其中緊固系統(tǒng)包括至少一個(gè)彈 性連接元件，所述彈性連接元件固定地連接在托架結(jié)構(gòu)元件上，并從托架結(jié)構(gòu)元件延伸至 燃燒器襯套和前面板上，其中所述彈性連接元件進(jìn)一步固定地連接在燃燒器襯套和/或前 面板上，從而將前面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件彼此以基本密封的方式夾緊在一起。
[0006] 本發(fā)明基于以下認(rèn)知，即在冷狀態(tài)下（例如在室溫下，即在火焰熄滅之后），燃燒 器部件可通過(guò)至少一個(gè)，優(yōu)選多個(gè)沿周向設(shè)置的彈性連接元件的裝置進(jìn)行夾緊，其確保夾 緊的燃燒器部件（即前面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件）將拉伸應(yīng)力應(yīng)用于彈性連接元 件上，使得連接元件的彈性以基本防泄漏的布置方式保持燃燒器部件。由于這種"自張緊" 的作用，可能很容易在冷條件下，通過(guò)例如鉤子或螺紋而裝配燃燒器部件，鉤子或螺紋可以 "手指擰緊"的方式進(jìn)行安裝。因此，本發(fā)明涉及一種通過(guò)柔性?shī)A緊系統(tǒng)而連接起來(lái)的熱氣 體部件和托架部件的燃燒器裝置，柔性?shī)A緊系統(tǒng)提供足夠的接觸負(fù)載，并考慮了簡(jiǎn)易拆卸。
[0007] 此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的緊固系統(tǒng)可包括熱匹配特征。因此，可設(shè)計(jì)緊固 系統(tǒng)元件（材料和形狀），使得當(dāng)暴露于熱環(huán)境時(shí)，熱膨脹夾緊長(zhǎng)度（即由于夾緊而承受拉 伸應(yīng)力的部件的有效軸向長(zhǎng)度）至少在軸向方向上（其是夾緊力的主要方向）與被夾緊長(zhǎng) 度（即由于夾緊而承受壓縮應(yīng)力的部件的有效軸向長(zhǎng)度）的熱膨脹相同或更小。另外或作 為備選，可使用在軸向方向上具有高熱膨脹的補(bǔ)償元件，使得夾緊力不會(huì)在典型操作期間 在加熱燃燒器部件時(shí)有所損失。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是具有一種柔性?shī)A緊系統(tǒng)，其具有 托架部件和熱氣體部件，還包括通過(guò)熱膨脹匹配而起作用的預(yù)加載系統(tǒng)。
[0008] 詞語(yǔ)"緊固系統(tǒng)"指一種夾緊結(jié)構(gòu)，其優(yōu)選以形狀配合的方式與前面板、燃燒器襯 套和托架結(jié)構(gòu)元件的其中至少兩個(gè)直接相接合，并將這三個(gè)燃燒器部件彼此牢固地夾緊在 一起。
[0009] 詞語(yǔ)"上游"和"下游"指路徑或工作流體中的構(gòu)件的相對(duì)位置。詞語(yǔ)"軸向"指沿 著工作流體的大體流動(dòng)方向的方向；詞語(yǔ)"側(cè)向"和"徑向"指與軸向方向垂直的方向。詞 語(yǔ)"向外"指遠(yuǎn)離相應(yīng)元件的中心的徑向方向；"向內(nèi)"指相反方向。詞語(yǔ)"襯套基本上設(shè)置 在前面板下游"意味著大部分襯套設(shè)置在前面板的下游側(cè)，而某些元件可能沿側(cè)向設(shè)置或 甚至設(shè)置在襯套的上游側(cè)（例如圖9中的凸緣48)。詞語(yǔ)"基本流體密封的方式"意味著 "泄漏速率是不大的，優(yōu)選小于傳統(tǒng)緊固方法所獲得的泄漏速率。詞語(yǔ)"燃燒器部件"指前 面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件。詞語(yǔ)"燃燒器元件"指噴燃器單元、混合器、預(yù)混合器和 /或點(diǎn)火器。詞語(yǔ)"直徑"應(yīng)被理解為相應(yīng)部件的最大寬度。
[0010] 在本發(fā)明的情況下，詞語(yǔ)"伸長(zhǎng)的中間區(qū)段"指彈性連接元件的桿狀部分，伸長(zhǎng)的 中間區(qū)段將連接元件的末端部分彼此連接起來(lái)。伸長(zhǎng)的中間區(qū)段優(yōu)選是基本筆直的。連接 元件的材料（尤其關(guān)于其楊氏模量）和其形狀（尤其其橫截面面積）經(jīng)過(guò)選擇，使其在冷 狀態(tài)下將前面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件以流體密封的方式彼此夾緊在一起。因此， 在燃燒器裝置的某些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)彈性連接元件中的各個(gè)可包括伸長(zhǎng)的中間區(qū) 段，伸長(zhǎng)的中間區(qū)段基本在軸向方向上延伸，并且設(shè)計(jì)成在冷狀態(tài)下將前面板、燃燒器襯套 和托架結(jié)構(gòu)元件彼此預(yù)夾緊在一起。
[0011] 在某些實(shí)施例中，彈性連接元件包括第一末端部分和第二末端部分，其中伸長(zhǎng)的 中間區(qū)段將第一末端部分和第二末端部分彼此連接起來(lái)，并且在第一末端部分和第二末端 部分上提供了互鎖元件，用于將彈性連接元件互鎖到前面板、燃燒器襯套和/或托架結(jié)構(gòu) 元件上，從而在伸長(zhǎng)的中間區(qū)段的拉伸應(yīng)力下夾緊燃燒器部件。
[0012] 在加熱燃燒器裝置，例如對(duì)燃?xì)鉁u輪點(diǎn)火時(shí)，熱膨脹發(fā)生在所有暴露于熱的部件 上，其中燃燒器裝置可能集成在燃?xì)鉁u輪中。緊固系統(tǒng)的材料選擇成優(yōu)選使得所述熱膨脹 不會(huì)減少將燃燒器裝置夾緊在一起的夾緊力。夾緊力優(yōu)選甚至通過(guò)熱膨脹（熱匹配）來(lái)加 強(qiáng)。
[0013] 在某些實(shí)施例中，前面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件的接觸部分在軸向方向上 設(shè)置在彼此上。這些接觸部分至少兩兩和至少部分地在夾緊區(qū)域彼此接觸，并組成堆疊。前 面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件的所述堆疊的接觸部分中的至少軸向外部?jī)蓚€(gè)中的各個(gè) 包括夾緊凸緣。前面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件中的至少軸向外部?jī)蓚€(gè)的夾緊凸緣具 有至少一個(gè)，優(yōu)選至少兩個(gè)或多個(gè)沿周向設(shè)置的凹部，其各用于接收一個(gè)彈性連接元件的 第一末端部分或第二末端部分，從而達(dá)到前面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件在軸向方向 上的夾緊作用。
[0014] 在某些實(shí)施例中，燃燒器襯套的所述接觸部分設(shè)置在托架結(jié)構(gòu)元件和前面板的所 述接觸部分之間。因此，可使用向內(nèi)突出的凸緣，其有益于冷卻燃燒器裝置的外表面，因?yàn)?對(duì)冷卻流較少有障礙。
[0015] 在其它實(shí)施例中，前面板的所述接觸部分設(shè)置在托架結(jié)構(gòu)元件和燃燒襯套的所述 接觸部分之間。這是有利的，因?yàn)榍懊姘蹇赡芫哂袔Z頸形輪廓的外側(cè)壁，該輪廓包括沿徑 向向外突出的夾緊環(huán)，其容許燃燒室的上游端與夾緊區(qū)域分隔開(kāi)（參見(jiàn)下文）。
[0016] 在某些實(shí)施例中，夾緊結(jié)構(gòu)可直接與所有三個(gè)燃燒器部件相接合，在其它實(shí)施例 中，夾緊結(jié)構(gòu)僅僅固定在前面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件的軸向外部部件上，并且其之 間的部件被所述外部部件夾緊。然而，前面板、燃燒器襯套和托架結(jié)構(gòu)元件所有三個(gè)至少在 側(cè)向方向上的形狀配合式接合是優(yōu)選的。這可通過(guò)引導(dǎo)彈性連接元件穿過(guò)所有這三個(gè)部件 的凹部來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0017] 彈性連接元件被設(shè)計(jì)并設(shè)置在燃燒器部件上，使得側(cè)向方向上的熱膨脹是可能 的。其可由鋼或用于預(yù)計(jì)在400° C至750° C范圍內(nèi)或甚至更高的操作溫度的任何其它耐 高溫材料制成。其在室溫下優(yōu)選具有180-220GPa的彈性，在操作溫度具有在10至9X 10 6I/ K之間的熱膨脹系數(shù)。所使用的材料在操作溫度下必須是足以抗蠕變的?？赡艿牟牧峡蔀椋?鎳基或鐵基合金，例如合金X-750、鎳鉻鈦鋁合金80A或1. 4911、1. 4939、2. 4975,等等。
[0018] 大體上，側(cè)向熱膨脹對(duì)于不同的燃燒器部件是不同大小的。因此，在燃燒器部件之