用于在支承结构上固定热屏块的固定件 |
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申请号 | CN201410044816.4 | 申请日 | 2014-02-07 | 公开(公告)号 | CN103968422A | 公开(公告)日 | 2014-08-06 |
申请人 | 西门子公司; | 发明人 | A.伯特彻; A.克鲁格; T.克里格; S.赖克; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及一种在支承结构(40)上固定热屏 块 (42)的固定件(44),包括至少一个可以固定在支承结构(40)上的固定部段(80)和至少一个 制动 部段(68),制动部段设计用于插入在热屏块(42)上存在的插接装置(94)内。固定部段(80)包括一个当固定部段(80)固定在支承结构(40)上以及制动部段(68)插入热屏块(42)时面对热屏块冷侧(52)的上侧(81)。本发明的固定件能够将热屏块特别可靠地固定在支承结构上。为此,固定件(44)至少部分区域包括膨胀系数互不相同的至少两个分层(86、88),其中,这些分层(86、88)设计为,为了提高固定件(44)的固定 力 ,当运行中将热气体施加在热屏块(42)上时,引起固定件(44)至少部分区域弯曲。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于在支承结构(40)上固定热屏块(42)的固定件(44),包括至少一个可以固定在支承结构(40)上的固定部段(80)和至少一个制动部段(68),该制动部段设计用于插入在热屏块(42)上存在的插接装置(94)内,其中,固定部段(80)包括一个当固定部段(80)固定在支承结构(40)上以及制动部段(68)插入热屏块(42)时面对热屏块冷侧(52)的上侧(81),其特征为:固定件(44)至少部分区域包括膨胀系数互不相同的至少两个分层(86、 |
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说明书全文 | 用于在支承结构上固定热屏块的固定件技术领域背景技术[0002] 在许多工业用途时使用热屏,它们必须耐受1000至1600度的热气体。尤其如它们在发电的电站和在飞机动力装置中使用的那些燃气轮机,在燃烧室内部有比较大的要借助热屏屏蔽的表面。由于热膨胀和由于大的尺寸,热屏必须由许多单个的通常陶瓷的热屏块组成,它们彼此通过足够间隙隔开距离地固定在支承结构上。这种间隙为也可以为称为热屏元件的热屏块提供用于热膨胀的足够空间。 [0003] 因此上述类型的热屏包括支承结构和一些热屏块,它们借助固定件可拆卸地固定在支承结构上。每个热屏块有一个面朝支承结构的冷侧和一个与冷侧相对置的可施加热介质的热侧。上述类型的固定件有可以固定在支承结构上的固定部段和至少一个制动部段,它设计用于插入在热屏块上存在的插接装置内。固定部段包括一个当固定部段固定在支承结构上以及制动部段插入热屏块时面对热屏块冷侧的上侧。 [0004] EP1715248A1公开了燃气轮机燃烧室的前言所述的热屏,包括支承结构和一些可拆卸地安装在支承结构上的热屏块。为了保护燃烧室壁,这些热屏块在留出膨胀间隙的情况下面覆盖地安装在支承结构上,其中每个热屏块有一个面朝支承结构的冷侧和一个与冷侧相对置的可施加热介质的热侧。热屏块各用四个成对地相对置的金属固定件弹性地固定在支承结构上。为此,每个固定件包括一个制动部段和一个固定部段。在每个热屏块内,在两个相对置的周缘侧加工制动槽,为了制动热屏块,制动部段可以相对置地插入制动槽内。以此方式相对置地固定在热屏块上的固定件,以其固定部段伸入支承结构中在热屏块下方延伸的固定槽内。在燃气轮机工作期间,可在燃烧室内形成热声激起的压力波动。这种压力波动可在热屏块上施加大的力,以致可能使弹性固定的热屏块撞击在支承结构上或使之与固定件脱开。在燃烧室内热屏块的丢失或损坏,可导致设置在下游的涡轮后继损坏。在现有技术中尤其采取下述措施应付这种疑难问题,亦即为了提高固定力设计缩短的固定件和/或借助板簧增强固定件。在EP1715248A1中公开的固定件,为了提高面朝支承结构方向的复位力,在固定部段的区域内借助板簧增强。 发明内容[0006] 本发明要解决的技术问题是,提供前言所述类型的固定件,用它能特别可靠地将热屏块固定在支承结构上。 [0007] 按本发明为解决上述技术问题在前言所述类型的固定件中采取下述措施:固定件至少部分区域包括膨胀系数互不相同的至少两层。这些分层设计为,为了提高固定件的固定力,当运行中将热气体施加在热屏块上时,引起固定件至少部分区域弯曲。 [0008] 因此为了提高固定件的固定力,按本发明建议,为了提高固定力,利用固定件在运行中将热气体施加在热屏块上时造成的加热。为此,固定件具有一种按本发明的层叠结构,这种结构在运行中加热时基于不同的膨胀系数引起固定件变形。这些分层设计为,所述也可以用弯曲表征的变形导致增大固定件的固定力。例如,将这些分层的位置、长度、厚度和/或膨胀系数的差别以及这些分层相互间的固定设计为,使得在热屏块上施加工作温度时固定件以期望的方式弯曲,从而提高固定件的固定力。 [0009] 固定件可以配备有一个或多个这种区域。例如,这种分层可以设计在制动部段内,它们引起制动部段弯曲,使得在运行中施加热气体时,增强在制动部段与插入装置之间存在的与插入装置的摩擦配合式连接。按另外两种实施例,这种分层可以设置在固定部段内。这些分层可以设计为,当热屏被施加工作温度时,固定部段的上侧沿固定部段纵向具有隆凸或凹入的弯曲。由此,按第一种方案可以提高固定件的复位力,或按第二种方案可以防止制动部段从插入装置滑脱。也就是说,由此提高固定力,使所述的固定能耐受作用在热屏块上的更大的力。 [0011] 本发明的一项有利的设计可以规定,固定部段至少部分区域包括至少两个这种分层。这些分层垂直于上侧前后相继地布设以及基本上平行于固定部段的上侧地延伸。 [0012] 本发明的这种设计,可例如根据这些分层的设计,提高固定件的复位力和/或增强在制动部段与热屏块之间的摩擦配合式连接。为此,固定部段按固定件的一种实施例可以由长形板组成,它在其一端加宽并将此加宽端严格规定公差地导入支承结构的固定槽中。为了提高长形固定部段的复位力,这些分层可以作为长条沿固定部段纵轴线方向延伸并将膨胀系数的顺序选择为,使固定部段的上侧在施加工作温度时沿固定部段的纵向隆凸曲拱。 [0013] 按本发明另一种有利的扩展设计,为了增强在制动部段与热屏块之间的摩擦配合式连接,将膨胀系数的顺序选择为正好相反,所以上侧发生隆凹曲拱。 [0014] 按本发明这种有利的扩展设计,这些分层的膨胀系数朝上侧的方向逐层减小。 [0016] 这样做具有生产成本低的优点,因为板簧和底板可以使用标准件。在这种情况下,板簧和底板用相应地有不同膨胀系数的不同材料制成。板簧沿底板的纵向延伸。 [0017] 有利地,第二种膨胀系数小于第一种膨胀系数。 [0018] 本发明的这种设计导致固定部段上侧隆凸曲拱地弯曲。 [0019] 此外还可以有利地规定,这两个分层由不同的镍基超级高温合金制成。 [0020] 例如,两个分层之一可以用哈斯特耐蚀镍基合金X(HastelloyX)制成。这种材料的商标名称是Haynes International Inc.公司注册的商标。众所周知,这种镍基超级高温合金(nickel based high-temperature superalloy)特别适合在燃气轮机中使用。 [0021] 与之相匹配,两个分层中另一个可例如由尼莫尼克镍铬钛合金90(Nimonic90)制成。 [0022] 材料尼莫尼克镍铬钛合金90(Nimonic90)的商标名称是Special Metals Corporation公司注册的商标。在这里,它同样涉及一种膨胀系数比哈斯特耐蚀镍基合金X(HastelloyX)小的镍基超级高温合金。因为材料的膨胀系数取决于所考察的温度范围,对于这两种材料例如针对温度值摄氏200和400℃提供各相关的膨胀系数。 [0023] [0024] 列举的这两种材料一般适用于实现本发明以及可以使用于设计按照本发明1至9方案所述的分层。 [0025] 本发明要解决的另一个技术问题是,提供一种前言所述类型的热屏以及用这种热屏衬里的燃气轮机和燃烧室,采用这种热屏,热屏块可以特别可靠地固定在支承结构上。 [0026] 按本发明为解决上述技术问题在前言所述类型的热屏中采取下述措施:至少一个固定件按照按照本发明1至6方案所述设计。 [0027] 按本发明为解决上述技术问题在前言所述类型的燃烧室中采取下述措施:燃烧室具有按照本发明设计的热屏。 [0029] 本发明其他恰当的设计和优点,是本发明的实施例参见附图说明的技术主题,其中相同的附图标记是指作用相同的结构部分。 [0030] 其中: [0031] 图1示意表示按本发明的燃气轮机按一种实施例的纵剖面图; [0032] 图2示意表示图1所示按本发明的热屏的局部俯视图; [0033] 图3详细表示图2所示热屏的一个热屏块和一个固定件的侧视图; [0034] 图4表示图3所示固定件的零件图;以及 [0035] 图5示意表示图1所示按本发明的热屏的局部剖视图。 具体实施方式[0036] 图1示意表示按本发明的燃气轮机1的纵剖面。它包括压气机部分3、燃烧室部分5和涡轮部分7。轴9延伸通过燃气轮机1的所有这些部分。在压气机部分3内,轴9配备有压气机工作叶片11的叶片环,以及在涡轮部分7内,轴9配备有涡轮工作叶片13的叶片环。在压气机部分3内,压气机导向叶片15的叶片环处于工作叶片环之间,以及在涡轮部分7内,涡轮导向叶片17的叶片环处于工作叶片环之间。导向叶片从燃气轮机1的机匣19基本上沿径向朝轴9延伸。 [0037] 在燃气轮机1工作时,空气23通过压气机部分3的空气进口21吸入并被压气机工作叶片11压缩。经压缩的空气进入设置在燃烧室部分5内的燃烧室25中,在本实施例中燃烧室5设计为用热屏26衬里的环形燃烧室,在燃烧室内还通过至少一个燃烧器27喷入气态或液态燃料。由此形成的空气-燃料混合物被点燃并在燃烧室25内燃烧。沿流动路径29,高温燃烧气体从燃烧室25流入涡轮部分7中,它们在那里膨胀和冷却,并与此同时将冲量传输给涡轮工作叶片13。在这里,涡轮导向叶片17作为喷嘴,用于优化在工作叶片13上的冲量传输。通过冲量传输导致的轴9的旋转,利用于驱动消耗器,例如发电机。膨胀和冷却后的燃气最终通过出口31从燃气轮机1排出。 [0038] 图2表示图1所示按第一种实施例的热屏26的局部图。在图2中通过用A表示的箭头表示燃烧室的轴向。 [0039] 热屏26有支承结构40和固定在支承结构40上的热屏块42,它借助固定件44固定在支承结构40上。热屏块在沿燃烧室25的用箭头U表示的周向和轴向A留出间隙46、48的情况下,面覆盖地安装在支承结构40上,其中固定件44伸入沿轴向A延伸的留空间隙 46内。为了阻止高温气体进入间隙,它们可以用冷空气冲吹。 [0040] 图3详细表示按图2所示的实施例的热屏块42以及将热屏块42固定在支承结构40上的固定件44。热屏块42有面朝支承结构40的冷侧52,背对支承结构40的热侧54以及周缘侧58、60,后者连接冷侧52与热侧54。在这里,周缘侧60沿燃烧室周向U延伸,而周缘侧58沿轴向A延伸。两个周缘侧58分别设有一个槽64,它同样沿燃烧室轴向延伸。 在槽64内插入固定件44的制动部段68。 [0041] 固定件44以固定部段(在图3中不能看到)导入支承结构40的固定槽70内。在这里,固定件44的固定部段的加宽端(在图3中不能看到),亦即固定件44的所谓驻板,严格确定公差地插入平行于支承结构40表面留空的固定槽70内。固定槽70设计为,使它仅在槽底72内有为插入所述驻板所需要的宽度。当在固定槽70内提升固定件44时,固定件44便支承在固定槽70狭窄的区域76上,由此提供固定固定件44的固定力。固定件44未加宽的部分可以在固定槽70内无阻碍地提升。 [0042] 热屏块42可以在两个相对置的周缘侧分别被两个固定件44固定,亦即总共被四个固定件44固定。两侧之一的固定件44可以在驻板的区域内锁定在支承结构40内。所述锁定可例如借助卡锁连接(Arretiermaden)实现。配置在相对置侧的固定件44的驻板可以不锁定,所以它们可以滑动,不妨碍热屏块的热膨胀。 [0043] 图4表示图3所示按本发明的固定件44的零件图。固定件44包括可固定在热屏支承结构上的固定部段80以及制动部段68,后者设计用于插入在热屏块上存在的插入装置内。固定部段80有上侧81,当固定部段80固定在支承结构上以及制动部段插入热屏块上时,该上侧81面朝热屏块的冷侧。在图示的实施例中,固定部段80通过由具有第一种膨胀系数的第一种材料制成的长形底板82以及固定在长形底板82上侧由具有不同于第一种膨胀系数的第二种膨胀系数的第二种材料制成的板簧84构成。因此,固定部段80有在本实施例中与长形底板82一致的第一分层86和在本实施例中与板簧84一致的第二分层88,它们有不同的膨胀系数。在这里,板簧84固定在底板82上。例如借助钎焊或熔焊。因此这两个分层86、88设计为,当运行中将热气体施加在热屏块上时,为了提高固定件的固定力,引起固定件44的至少区域性弯曲,亦即在本实施例中造成固定部段80弯曲。表面81隆凸弯曲地变形,由于增大固定件44的复位力,从而导致提高固定件44的固定力。表面81下凹弯曲地变形导致提高固定件44的固定力,因为制动部段68通过固定部段80的下凹弯曲,在角度陡峭的情况下插入热屏块的插入装置中,由此防止制动部段在垂直于支承结构的力作用在热屏块上时从热屏块的插入装置滑出。 [0044] 图5示意表示图1所示按本发明的热屏26的局部剖视图。热屏26包括支承结构40和借助固定件44固定在支承结构40上的热屏块42。热屏块42各有一个面朝支承结构 40的冷侧52,一个背对支承结构40的热侧54以及周缘侧58、60,后者连接冷侧52与热侧 54。在周缘侧58、60内加工形式上为槽64的插入装置94。槽64朝冷侧的方向构成固定锁65,它分别被固定件44的制动部段68围绕。由此,热屏块42被成对地相对置布设的固定件44固定在相对置的周缘侧58、60上。成对地相对置布设的固定件44将其固定部段80装入在支承结构40中延伸的固定槽70。此外,固定件44之一还可以借助卡锁连接96锁定在固定槽70内,而相对置的那个固定件在热屏块42热膨胀时可以在固定槽内移动。为了提高固定件44的固定力,如已针对图4详细说明的那样,按图示的实施例,固定件的固定部段80通过由具有第一种膨胀系数的第一种材料制成的长形底板82以及固定在长形底板 82上侧81由具有不同于第一种膨胀系数的第二种膨胀系数的第二种材料制成的板簧84构成。当运行中将热气体施加在热屏26上时,通过这两个分层引起提高固定力的变形,这种变形也可以用弯曲表征。若这些分层的膨胀系数朝上侧81的方向减小,则固定部段80形成一种通过线条100表示的走向。这相应于上侧81下凹弯曲。由此,制动部段以其支靠在固定锁的端部更强劲地埋藏在插入装置内,并防止制动部段从插入装置94滑出。因此,所述的固定可以耐受更大的垂直于支承结构作用在热屏块42上的力,从而按本发明提高固定件的固定力。 |