CN104471316B - 燃烧室冷却 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室(8)，包括具有冷却空气孔(17)的内壁(2)和与内壁(2)隔开一定距离的外壁(9)，其中，外壁(9)同样具有冷却空气孔(16)，并由多个沿燃气轮机燃烧室(8)周向基本上并列设置的壁元件(11)构成，所述壁元件以在一个窄侧(21)的固定支座(24)以及以在相对置窄侧(21)的浮动支座(25)安装在所述内壁(2)上，从而在两个壁(2、9)之间形成空隙(10)。

Description

燃烧室冷却
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机燃烧室。
背景技术
尤其用于燃气轮机的燃烧室通常在其内部设有称为衬里的导流体。通过一个或多个设在燃烧室内的燃烧器，输入一种可燃的流体混合物，它在燃烧室的燃烧腔内点燃，并流过衬里朝出口方向导引。因为燃烧室的壁基于在燃烧室内部进行的燃烧而遭受高的热负荷，所以燃烧室的这些部分必须冷却。一般而言，在衬里内侧的隔热层(thermalbarriercoating)不足以满足要求。冷却例如借助空隙实现，冷却剂导引通过空隙，它促使燃烧室对流冷却。
由于运行时出现的温度变化，而使构件产生热膨胀。
所述衬里同时成为通向涡轮腔的过渡区，由于这一原因设计为圆锥形。冷却***必须承受衬里圆锥体轴向和径向的热膨胀，并保证，即使在条件变换时只沿圆锥体流过规定的空气量。
图1表示一种衬里圆锥体对流冷却的燃气轮机燃烧室，它具有在外部的外套。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种更佳冷却的燃气轮机燃烧室。
按本发明通过按照权利要求1所述的燃气轮机燃烧室解决上述技术问题。在从属权利要求中确定本发明有利的扩展设计。为此采用一种燃气轮机燃烧室，它包括具有冷却空气孔的内壁和与内壁隔开一定距离的外壁，其中，外壁同样具有冷却空气孔并由多个沿燃气轮机燃烧室周向基本上并列设置的壁元件构成，所述壁元件用在一个窄侧的固定支座以及用在相对置的窄侧的浮动支座安装在内壁上，从而在两个壁之间形成空隙，在这种燃气轮机燃烧室中，衬里圆锥体的冷却能通过有效的冲击式冷却实现。此外，基于基体(大约900-1000℃)与冲击冷却板(大约500-600℃)不同的温度，允许起冲击冷却板作用的壁元件相对于基体，亦即相对于燃气轮机内壁相对膨胀。
按一种有利的实施形式，壁元件在燃烧器侧用固定支座以及在涡轮侧用浮动支座安装在内壁上。
在这里恰当的是，内壁具有空心截锥体的形状，以及壁元件具有空心截锥体扇形段的形状。
为了更好地补偿沿径向的热膨胀，相邻的壁元件搭接地排布。
按一种有利的设计，为了更便于装配，浮动支座由环形段组成，它们具有用于分别承接壁元件一个窄侧的槽。
恰当的是，固定支座也由环形段组成。
为了冷却支座，至少所述支座之一具有冷却空气孔。
为避免相邻的壁元件张开，有利的是，在每两个壁元件的搭接区内设固定装置。在这方面应恰当的是，将固定装置固定在内壁上。
为了在热膨胀不同时也能够使固定装置尽可能无应力，壁元件具有固定装置用的孔，以及孔的直径大于在该区域内固定装置的直径。
为了防止外壁的壁元件基于热变形接触内壁的圆锥体，在内壁与外壁之间设置定距元件。这些定距元件相宜地面对各自壁元件的中心区，亦即在中心，在壁元件下面，安装在，例如焊接在内壁上。
将通过内壁与外壁形成的空隙设计为消音器(谐振器)是特别有利的，因为由此可以减少要不然需要的谐振器的数量。其结果是，一方面降低成本和另一方面节省空气，一般为了冲洗或冷却这些谐振器需要空气。
所建议的技术方案的优点在于，通过有效的冲击冷却更好地冷却衬里圆锥体，以及通过浮动支座导致避免热应力。此外，通过在衬里圆锥体与薄板之间形成的、附加地起谐振器作用的空隙，阻尼中频至高频振动。
附图说明
下面借助附图作为示例详细阐述本发明。附图示意性地且未按尺寸比例地表示：
图1表示按先有技术的燃气轮机燃烧室，它具有燃烧器衬里和在外部用于对流冷却的外套；
图2表示按本发明的燃气轮机燃烧室，它具有用于冲击冷却的壁元件；
图3表示壁元件，它具有冷却空气孔和固定用的孔；
图4表示固定支座环形段的一部分；
图5表示通过按本发明的燃气轮机燃烧室的燃烧器衬里和固定支座剖开示出的剖面图；
图6表示通过按本发明的燃气轮机燃烧室的燃烧器衬里和浮动支座剖开示出的剖面图；
图7表示浮动支座的环形段的俯视图；
图8表示按本发明的燃气轮机燃烧室，没有表示壁元件；
图9表示固定壁元件的防止张开用的销钉；
图10表示处于装入状态的销钉和壁元件；以及
图11表示搭接的壁元件。
具体实施方式
图1示意和示例性表示按现有技术的燃气轮机燃烧室1，包括围绕燃烧腔3和在燃烧腔一侧具有隔热层4的内壁2(燃烧器衬里)，以及围绕内壁2的外套5，在它们之间导引流过用于对流冷却内壁2的冷却空气6。在从燃烧腔3到涡轮腔(没有表示)的过渡区，燃气轮机燃烧室1并因而还有内壁2或燃烧器衬里2成形为圆锥形。因此这一区域也称为衬里圆锥体7。
图2表示按本发明的燃气轮机燃烧室8，它有内壁2和与之相隔一定距离的外壁9，它们形成空隙10(见图5和图6)。外璧9通过由8个壁元件11组成的薄板结构构成，它们可以补偿衬里圆锥体7的热膨胀。允许有与图2所示实施例数量不同的壁元件11。
壁元件11在衬里圆锥体7的面朝燃烧器的那一侧12，亦即朝截锥体底面方向，与内壁2焊接，而在衬里圆锥体7的面朝涡轮的那一侧13，亦即朝截锥体顶面方向，浮动地支承。但相反的方案同样是可行的。
在这里两个薄板系列14、15上下错开地安装。为了冲击式冷却圆锥体状内壁2，壁元件11有冷却空气孔16。在内壁2上设置相应的冷却空气孔17(见图8和图10)，使用于冲击冷却的空气可以通过它们流入燃烧腔3内。
图3表示带有冷却空气孔16的壁元件11，在运行期间会在搭接的壁元件11之间形成间隙，空气将不受控制地通过此间隙到达薄板结构的下面。但这种间隙通过固定装置18(见图10、11)得以避免。为此目的壁元件11在两个相对置的窄侧19有孔20，它们的直径比在此区域内固定装置的直径大，为的是在这里也能保证足够用于热膨胀的间隙。另外两个窄侧21与在图4至图7中表示的环形段22、23共同构成固定和浮动支座24、25。
图4表示固定支座24的一部分，尤其固定支座24的部分环形段22。若环形段22与内壁2焊接(见图5)，则形成空腔26，它可以通过冷却空气孔27被冷却。
图5表示通过按本发明的燃气轮机燃烧室8的固定支座24剖开示出的剖面图，包括设置在燃烧器衬里2上的并在焊接位置28与之连接的用于固定支座24的环形段22，以及沿燃烧室8轴向错开布置的壁元件11。壁元件11在焊接位置29与环形段22连接。由于装配的原因，相邻的壁元件11沿轴向错开地与环形段22焊接。
图6表示通过按本发明的燃气轮机燃烧室8的浮动支座25剖开示出的剖面图，包括设置在燃烧器衬里2上的并在焊接位置30与之连接的用于浮动支座25的环形段23。浮动支座25的环形段23包括用于承接壁元件11窄侧21的槽31，以及直接支靠在内壁2上，所以在环形段23内也不需要冷却空气孔。
图7表示用于浮动支座25的环形段23。在环形段23内用于浮动支承壁元件11的槽31，与壁元件11的搭接配置相应地，通过塔接区32在不同半径上延伸。
图8表示按本发明的燃气轮机燃烧室8，图中没有表示壁元件11。由此不仅可以看到作为防止张开的固定装置18组成部分的销钉33，而且还可以看到在内壁2上设置的另一些定距元件或销柱34，它们防止壁元件11由于热变形接触内壁2的圆锥体。销柱34典型地在中心，在壁元件11下面焊接在内壁2上。
图9表示销钉3，为了便于装配在内壁2上它有一个较大的成形部分。销钉3是固定装置18的组成部分，使用固定装置18来防止在两个相邻的壁元件11之间的张开。
图10表示处于装入状态的这种固定装置18。它与内壁2焊接并在必要时在内壁2上安装在为此所设的凹槽35内。在壁元件11上孔21的区域内，固定装置18的销钉3有比孔21本身小的直径，由此存在足够的位置用于热膨胀。壁元件11用焊上的孔板36保险，所以基本上只允许壁元件11轴向移动和沿燃气轮机燃烧室8的周向移动，但不能沿径向运动。图11表示固定装置18所在区域的俯视图。
尽管在实施例中说明了一种有圆锥体衬里的燃气轮机燃烧室，但本发明并不限于圆锥形的几何形状。此外，按本发明的设备的功能不限于要达到的冷却效果，而是也还能利用于作为谐振吸收器。

Claims (12)

1.一种燃气轮机燃烧室(8)，包括具有冷却空气孔(17)的内壁(2)和与所述内壁(2)隔开一定距离的外壁(9)，其中，外壁(9)同样具有冷却空气孔(16)，并由多个沿燃气轮机燃烧室(8)周向基本上并列设置的壁元件(11)构成，所述壁元件以在一个窄侧(21)的固定支座(24)以及以在相对置窄侧(21)的浮动支座(25)安装在所述内壁(2)上，从而在两个壁(2、9)之间形成空隙(10)，其特征为：相邻的壁元件(11)搭接地排布。
2.按照权利要求1所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，所述壁元件(11)在燃烧器侧以固定支座(24)以及在涡轮侧以浮动支座(25)安装在所述内壁(2)上。
3.按照权利要求1或2所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，所述内壁(2)具有空心截锥体的形状，以及所述壁元件(11)具有空心截锥体扇形段的形状。
4.按照权利要求1或2所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，浮动支座(25)由环形段(23)组成，所述环形段具有用于分别承接壁元件(11)一个窄侧(21)的槽(31)。
5.按照权利要求1或2所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，所述固定支座(24)由环形段(22)组成。
6.按照权利要求1或2所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，至少所述支座(24、25)之一具有冷却空气孔(27)。
7.按照权利要求1或2所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，在每两个壁元件(11)的搭接区(32)内设有固定装置(18)，防止这两个壁元件(11)张开。
8.按照权利要求7所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，所述固定装置(18)固定在所述内壁(2)上。
9.按照权利要求7所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，所述壁元件(11)具有用于固定装置(18)的孔(20)，以及孔的直径大于在该孔区域内固定装置(18)的直径。
10.按照权利要求1或2所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，在所述内壁(2)与外壁(9)之间设置定距元件(34)。
11.按照权利要求10所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，所述定距元件(34)面对各自壁元件(11)的中心区安装在所述内壁(2)上。
12.按照权利要求1或2所述的燃气轮机燃烧室(8)，其中，在所述内壁(2)与外壁(9)之间形成的空隙(10)设计为消音器。
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