专利名称：用于火管热屏蔽元件的支撑环和带此支撑环的燃烧室装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于火管、尤其是用于燃气轮机的火管的热屏蔽元件的支撑环。 此外，本发明涉及一种带有火管和混合室的燃烧室装置，该装置尤其应用在燃气轮机中。
背景技术：
热屏蔽元件的支撑环、如尤其应用在燃气轮机火管中的热屏蔽元件的支撑环可以 具有在其外侧延伸的槽，该槽用作冷空气通道。在图1中示出按现有技术的支撑环的截面， 其中，所述支撑环由混合室的垛缘(Zirmenkranz)承接。该图示出了支撑环1的截面以及在 示意的横截面视图中示出了混合室的垛3。支撑环具有强化区域5，该区域又配设有内槽7 和外槽9，两个槽都延伸经过支撑环的整个周面。外槽9和内槽7通过多个径向通孔11在 流体技术上相互连通。外槽9形成用于冷却支撑环1的新鲜空气输送通道。然后，新鲜空 气通过孔11通入燃烧室内部。此外，强化区域5形成突伸到燃烧室内部的凸缘状的突起， 该突起形成热屏蔽元件的承接部。由于支撑环1和垛3不同的热膨胀系数，在燃气轮机的运行过程中的温度导致垛3 在燃气轮机运行过程中勒入支撑环1内。勒入之后的结果在图2中示出。由于材料磨损在 垛3中形成有突起13，该突起勒入支撑环1的外槽9中。现在，如果关闭燃气轮机，支撑环 1和垛3由于不同的热膨胀系数不同地收缩，使得支撑环1在垛3上施加力Ff1，而垛3在支 撑环上施加力FMi。这些力导致支撑环1和垛卡入彼此，其中在冷却过程中出现非常大的力， 如果垛3或支撑环不及时修补或更换，所述力会导致严重的后果。因此，要定期对混合室和 火管之间的过渡区域进行检查，其中，两次检查之间的时间间隔由所述的勒入过程确定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种有利的支撑环和一种有利的燃烧室装 置，其尤其能够延长火管和混合室之间的过渡区的维护间隔。该技术问题通过按权利要求1所述的、用于火管的热屏蔽元件的支撑环和按权利 要求7所述的、带有火管和混合室的燃烧室装置解决。各从属权利要求包含本发明各种有 利的设计。在用于火管、尤其是燃气轮机火管的热屏蔽元件的、按本发明的支撑环的外侧存 在至少一个槽。该槽具有相对于支撑环的径向倾斜延伸的槽壁。倾斜延伸的槽壁的表面法 线相对支撑环的径向的恰当的角度在30°至60°的范围内。倾斜延伸的槽壁在混合室的垛缘勒入支撑环时导致在垛内形成楔形的突起。该突 起具有与斜的槽壁相应的楔形面。现在，如果关闭燃气轮机，由于混合室和支撑环不同的热 膨胀系数，出现沿支撑环的轴向作用的力，斜面导致产生沿支撑环的径向作用的力，该力使 垛与支撑环分离。因此，尤其避免了由于沿支撑环轴向的过大的力导致的垛的磨损。通孔尤其可以处于槽的区域内，该通孔从支撑环的外侧延伸到其内侧，并且作为 用于冷却支撑环以及用于排出通过槽引入的冷空气的冷空气开口。当垛深入地勒在支撑环的槽中时，为避免槽中断新鲜空气的输送，与斜的槽壁相对的槽壁可以具有非平面的几何 形状。其尤其可以形成沿支撑环的轴向弯曲的平面。为了减小勒入时支撑环外侧的材料损失并由此减缓勒入过程，其外侧可以具有镀 层，也就是耐磨损的层(硬质保护面、耐磨层)。按本发明的燃烧室装置具有火管和混合室。该燃烧室装置尤其可以应用在燃气轮 机中。火管具有带有用于热屏蔽元件、尤其是陶瓷热屏蔽元件的支撑环的输出端。混合室 具有带有突出的垛的边缘，其中，所述垛形成用于承接支撑环的承接部。在按本发明的燃烧 室装置中，支撑环设计为按本发明的支撑环。因此，针对按本发明的支撑环所述的效果和优 点也可以在按本发明的燃烧室中得到，因此可以参考支撑环的效果和优点的说明。为了减缓勒入，除了支撑环的外侧，在垛的内侧也可以具有镀层。垛的镀层尤其可 以比支撑环的镀层更硬。当然，所述镀层也可以是一样的，或者支撑环的镀层可以更硬。然 而，优选垛的镀层比支撑环的镀层更硬，因为支撑环的维修或更换相比垛的维修和更换需 要较少的开销。此外，在镀层相同时垛的磨损比支撑环的损坏更容易发生，并且对于燃气轮 机更严重。因此，可以通过恰当地选择镀层的厚度，控制支撑环和垛上的磨损分布。
本发明其它的特征、特性和优点由以下参照附图对实施形式的说明得出。图1示出了根据现有技术的支撑环在垛缘内的截面，图2示出了在由于运行造成的垛缘勒入支撑环之后的图1所示截面，图3在示意图中示出了根据本发明的带有火管和混合室的燃烧室装置，图4在放大的剖视图中示出了火管和混合室之间的过渡区的截面，图5示出了沿图4中的线V-V的剖面图，图6示出了在运行造成勒入之后的支撑环和混合室的垛，图7示出了在燃烧室装置冷却时出现的力的图。
具体实施例方式以下参照图3至图7说明按本发明的燃烧室装置，其具有按本发明的、用于热屏蔽 元件的支撑环，也称作基础支撑环。当前的实施形式示出了一种燃烧室装置，其中垂直地设 置有火管，也就是说，火管的轴向沿垂直方向延伸。相应的，火管的径向是水平方向。沿垂 直方向从火管流出的热燃气由混合室偏转到一水平的流动方向。图3在剖视图中示出了所述燃烧室装置，其具有带有燃烧器端103和输出端105 的火管101，在该燃烧器端设有(未示出的)燃烧器，而在燃烧室中产生的热燃气从该输出 端流出。火管101以其输出端105插入混合室107的支座109。混合室将从火管101流出 的热燃气传递至(未示出的)透平。火管101的内部配设有陶瓷热屏蔽元件，也称作热屏蔽石，以便保护燃烧室壁不 受腐蚀性的热燃气影响。固定热屏蔽石111的基础支撑环113设置在火管101的输出端， 其中，主要部分位于混合室107的承接部109中。承接部109和基础支撑环113在图4中 以截面方式放大地示出。基础支撑环113具有外侧115和内侧117。在外侧115和内侧117都存在槽119，121，所述槽延伸经过基础支撑环113的整个圆周。此外，基础支撑环113的外侧配设有减 小磨损的镀层129。若干个通孔123以规则的间距分布在基础支撑环113的圆周，所述通孔 将外侧117中的凹槽119 (以下称为外凹槽119)与设计在内侧117中的凹槽121 (以下称 为内凹槽121)在流动技术上连通。外凹槽119用作冷空气通道，其实现冷空气环绕基础支 撑环113的分布。然后，冷空气可以从外凹槽119通过通孔123到达内凹槽121，并从该处 进入燃烧室内部。外凹槽117和内凹槽121设置在凸缘状的突起122上，该突起沿径向朝 燃烧室内部突伸。突起122的上侧124形成用于最下排的热屏蔽元件111的支撑面(见图 3)。基础支撑环113的外凹槽119具有相对基础支撑环113的径向倾斜的槽壁125。 倾斜的槽壁125的表面法线与支撑环113的径向成一个在30°至60°之间的角度。在当 前的实施形式中，该角度为约45°。与倾斜的槽壁125相对的槽壁127具有非平面的几何 形状，并且在当前的实施形式中沿支撑环113的轴向弯曲。图5示出了沿图4中的线V-V的基础支撑环113的剖视图。如图所示，通孔123 不沿支撑环113的径向延伸，而是沿周向倾斜，并且与径向成约60°的角度。火管101的基础支撑环113被插入混合室107的承接部109中。该承接部109由 构造在混合室的壁131内的垛133形成。在此，垛133由混合室的壁段形成，该壁段由沿周 向绕混合室分布的凹槽或凹陷贯穿。这些凹槽或凹陷从圆周壁的边缘出发基本上沿凸缘的 轴向延伸到圆周壁中。因此，所述承接部109相对混合室107的未配设凹槽或凹陷的壁段 具有增大的柔性，因此可以在一定的程度补偿在混合室107和火管101之间出现的力。垛133的内侧135是平面的，并且配设有镀层137。在当前的实施形式中，垛的镀 层137比基础支撑环113的外侧115的镀层129更硬，因此在运行中出现的、由于基础支撑 环113在垛133的内侧的摩擦而产生的磨损大部分集中在基础支撑环113上。图6示出了当燃烧室装置达到确定的运行寿命时的基础支撑环113和承接部109 的截面。如果没有进行事先的检测和更换或维修，在运行中，混合室107的垛缘勒入火管 101的基础支撑环113。图6示出了这种状态。由于勒入在垛133中形成了突起139，该突 起突伸到外凹槽119，也就是冷却通道中。该突起139由于磨损而具有与倾斜的槽壁125几 乎平行的斜侧面141。如果在燃气轮机关闭之后火管101和混合室107冷却，那么在突起139的倾斜侧 面141和支撑环113的倾斜槽壁125之间就出现沿轴向作用的力FMi和Ff1，所述力由在冷 却时产生的两个部件的轴向相对运动产生。通过在勒入时由于倾斜的槽壁125产生的、突 起139的楔形形状，在支撑环113和垛133之间产生反作用的径向力(水平的)，该力将这 些部件相互挤开，并从而相互分开。由此避免了垛由于过高的轴向力而发生的磨损。倾斜 的槽壁125和垛的突起139中在勒入时产生的斜侧面141导致相对于两个部件的径向和轴 向倾斜的接触面，其这样地利用或转化在温度变化时由于部件的瞬时运动产生的力，使得 部件自动地相互松开，也就是相互移开，并且所出现的力不会导致如垛的磨损、变形等破坏 后果。图7示出了一力图，其示出了由于瞬时运动导致的力施加在火管上产生的 力Fresult.n以及作用在混合室上的力Fresult.Mi。此外，基础支撑环113中的外凹槽119的弯曲侧127导致，即便在明显磨损以及与 之相关联的、垛133深嵌入基础支撑环113的外凹槽119中时还一直有足够大的、用于基础支撑环的冷空气通道。因此可以避免冷空气通道的堵塞。尽管在当前的实施形式中通过使与倾斜的槽壁125相对的槽壁127弯曲来避免冷 空气通道的堵塞，该槽壁的其它非平面的几何形状也能导致同样的结果，如可以将槽壁构 造为屋顶状，也就是带有两个相互成角度相交的平面的壁段。在最简单的情况下可以通过 在其外侧115内设置横截面呈矩形的、相对基础支撑环113的径向成一角度的槽实现。槽 与径向成的角度在此优选在30°至60°的范围内。为了避免由于垛(由于更久的运行) 更深地嵌入而堵塞冷却空气通道，该冷却空气通道可以超出可能的嵌入垛高度地构造在支 撑环中。按照本发明，基础支撑环还在(供应冷空气)槽的区域内配设有斜面(例如40°， 但其斜度可变并根据功能需要选择)，其在部件冷却时导致混合室和基础支撑环的强制变 形。通过“楔”的变形在支撑环和混合室中产生了(水平的)反作用力，所述力将这些部件 “分开”。因此避免了垛由于过高的垂直力而磨损。
权利要求
一种用于火管(101)的热屏蔽元件(111)的支撑环(113)，其中，在所述支撑环的外侧(115)存在至少一个槽(119)，其特征在于，所述槽(119)具有相对于所述支撑环(113)的径向倾斜延伸的槽壁(125)。
2.如权利要求1所述的支撑环(113)，其特征在于，所述倾斜延伸的槽壁(125)的表面 法线相对所述支撑环(113)的径向成一个在30°至60°范围内的角。
3.如权利要求1或2所述的支撑环(113)，其特征在于，在所述槽(125)的区域内有 若干通孔(123)，所述通孔从所述支撑环(113)的外侧(115)延伸到所述支撑环的内侧 (117)。
4.如权利要求3所述的支撑环(113)，其特征在于，与所述倾斜的槽壁(125)相对的槽 壁(127)具有非平面的几何形状。
5.如权利要求4所述的支撑环(113)，其特征在于，与所述倾斜的槽壁(125)位置相对 的槽壁(127)形成一个沿所述支撑环(113)的轴向弯曲的面。
6.如权利要求1至5之一所述的支撑环(113)，其特征在于，所述支撑环(113)的外侧 (115)具有镀层。
7.一种燃烧室装置，带有火管(101)和混合室(107)，其中，所述火管(101)具有带有 用于热屏蔽元件(111)的支撑环(113)的输出端(105)，而所述混合室(107)具有带有突出 的垛(133)的边缘，其中，所述垛(133)形成用于承接所述支撑环(113)的承接部(109)，其 特征在于，所述支撑环(113)按权利要求1至6之一所述地构造。
8.如权利要求7所述的燃烧室装置，其特征在于，所述垛(133)的内侧(135)和/或所 述支撑环(113)的外侧(115)分别具有镀层。
9.如权利要求8所述的燃烧室装置，其特征在于，所述垛(133)的镀层比所述支撑环 (113)的镀层更硬。
全文摘要
本发明涉及一种用于火管(101)的热屏蔽元件(111)的支撑环(113)，其中，在所述支撑环的外侧(115)存在至少一个槽(119)。所述槽(119)具有相对于所述支撑环(113)的径向倾斜延伸的槽壁(125)。此外本发明涉及一种带有这种支撑环的燃烧室装置。
文档编号F23R3/60GK101855497SQ200880113262
公开日2010年10月6日 申请日期2008年10月23日 优先权日2007年10月26日
发明者埃尔克·亨舍尔, 米兰·施马尔, 马丁·斯塔珀 申请人:西门子公司