燃气轮机燃烧室的楔形陶瓷热屏的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热屏，具体是用于给燃气轮机的燃烧室加衬。
【背景技术】
[0002]高温气体反应器，诸如在压力下操作的燃气轮机燃烧室的壁，必须通过用于其支撑结构的适当屏蔽被保护，以免受热气体攻击。
[0003]该热屏包括支撑结构和热屏元件，所述热屏元件被平面布置并且附连到支撑结构，其保护支撑结构和燃烧室壁免受热气体影响。陶瓷材料是适用于热屏元件的材料。与金属材料相比，陶瓷材料具有耐高温性、耐腐蚀性和低导热性。然而，配备有热保护层的金属热屏元件同样是已知的。由于特定的材料热膨胀特性，以及通常在运行的情况下(静止时是环境温度，在满负荷下是最高温度)产生的温度差，热屏元件的与温度有关的膨胀必须得到保证，以便防止作为受阻的膨胀的结果产生的热应力，其可能会破坏部件。这可以通过使用多个小的、单独的热屏元件给壁加衬里来实现，将保护壁不受热气体攻击。必须在支撑结构和各个热屏元件之间提供膨胀间隙；出于安全原因，这种间隙必须永远不会被完全闭合，即使在操作过程中。在这种情况下，必须确保热气体不会经由膨胀间隙过度加热支撑壁结构。
[0004]由于在燃气轮机燃烧室中已知热屏元件的几何形状，该支撑结构(膨胀间隙)的未覆盖表面和支撑结构的突出边缘不能从燃烧室的热负荷中被最佳地保护。其结果是，在这些点支撑结构经受必须以很大的代价被修复的热过载。让这更困难的是，由于燃烧室部件经受公差，热膨胀所必需的间隙不能被最佳地设定。各部件的粗糙公差区在燃气轮机燃烧室内产生过大的膨胀间隙。这使得热气体有可能渗透到膨胀间隙并损坏金属部件。损坏的部件必须被替换，或者也可以磨出支撑结构的受损区域，并随后对受影响区域进行堆焊和再加工。另外，也可以使用陶瓷保护涂层涂敷热加载区域，或沉积高温合金到经受高热负载的部件上。
【发明内容】
[0005]本发明是基于具体说明热屏元件的目的，具有至少一个这样的热屏元件的热屏，燃烧室，具有至少一个这样的燃烧室的燃气轮机和用于使用热屏给燃烧室加衬里的方法，使用该方法可以特别有效地避免由于热气体进入对燃烧室的部件的损坏。
[0006]用于包括支撑结构的热屏的通用热屏元件具有可暴露于热气体的热侧，与热侧相对的冷侧以及外周侧。外周侧将热侧连接到冷侧。热屏元件可以使用面向支撑结构的冷侧附连到热屏的支撑结构，并具有垂直于冷侧的高度。
[0007]在序言中提到的那种类型的热屏元件的情况下，该目的按照本发明得以实现，因为在增加高度的方向上热屏元件的高度增加，其中热屏元件的增加高度的区域基本上在增加高度的方向上延伸远至至少一个外周侧或远至将热侧延伸超出冷侧的基部区域的突起。
[0008]根据本发明的热屏元件有利地改变在沿着热屏元件的热侧的方向上流动的热气体的流，以反抗热气体进入在增加高度的方向上邻接热屏元件的膨胀间隙。另外，取决于热屏元件的安装位置，热屏元件的增加高度的区域可以从辐射热中屏蔽邻接结构。换句话说，增加高度的区域的高度增加基本上在增加高度的方向上延伸远至至少一个外周侧或远至将热侧延伸超出冷侧的基部部区域的突起。增加高度的区域从而充当扰流板。
[0009]热屏元件的高度例如可以只从热屏元件的中部增加。例如，该高度可以连续或不连续增加。高度增加可以例如线性延伸远至外周侧或例如从基本线性高度增加连续过渡到将热侧延伸超出冷侧的基部区域的突起的基本水平轮廓。但是，高度增加也可以在突起的区域内连续，使得高度增加延伸远至外周侧，该外周侧以突起的端面邻接热侧。如果增加高度的方向被垂直于外周面定向，在增加高度方向上的外周侧的高度比在相反方向上的外周侧的高度大。
[0010]可以有利地规定，增加高度的区域至少沿着冷侧的整个基部区域延伸。
[0011]换言之，整个热屏元件可以基本上呈扰流板的形状。
[0012]优选地，在增加高度的区域内，热屏元件的高度在增加高度的方向上可以连续地，特别是线性地增加。
[0013]也可以有利地规定，增加高度的方向基本上垂直于热屏元件的外周侧被定向。
[0014]此外可以有利地规定，在增加高度的方向朝向其被定向的外周侧上，热屏元件包括基本上沿着外周侧的宽度延伸的突起，其具有为热侧的一部分的上侧和与该上侧相反的下侧。
[0015]突起也使得防止热气体渗透进入膨胀间隙或损坏相邻的结构成为可能。燃烧室支撑结构的突出边缘可以借助突起来保护。突起可以是恒定高度的，或作为斜坡的延续，可具有高达外周侧的上侧的增加高度。
[0016]热屏元件优选由陶瓷材料制成。
[0017]本发明的进一步的目的是详细说明在序言中提到的类型的热屏，通过该热屏能够特别有效地防止由于热气体进入对燃烧室部件造成损坏。
[0018]根据本发明，该目的是使用在序言中提到的类型的热屏实现的，因为热屏包括至少一个热屏元件，如权利要求1至6中的任一项所述。
[0019]可以有利地规定，热屏包括如权利要求1至6中的任一项所述形成的至少一排热屏元件，其中热屏元件的增加高度的相应方向朝着所述排的共同端面被定向。
[0020]热屏优选在其边缘区域具有多排热屏元件，其可以具有根据本发明的扰流板形状。
[0021 ]本发明的另一有利实施例可以规定，端面比支撑结构的邻接端面的区域和/或比在其朝向端面定向的一侧上邻接端面的热屏元件更高。
[0022 ]这特别有利地改变了在沿着所述排的热屏元件的方向上流动的热气体的流动特性，使得热气体进入端面的邻接膨胀间隙可以特别有效地被避免。
[0023]为了更好地保护邻接结构，可有利地规定，所述排的至少一个热屏元件如权利要求5所述形成，其中热屏元件的突起伸出超过支撑结构的相应邻接区域和/或超过邻接的热屏元件的区域。优选的是，所述排是热屏的陶瓷的最后排。
[0024]该陶瓷的最后排界定通过在被覆盖的表面的一侧上的陶瓷热屏元件所覆盖的表面。邻接最后排的可例如是一排金属热屏元件或热屏的支撑结构的金属部件或燃烧室壁的金属部件。这些区域可以借助最后一排的创造性结构特别有效地被保护以防止热气体进入。
[0025]本发明的进一步的目的是详细说明在序言中提到的类型的燃烧室，通过该燃烧室能够特别有效地防止由于热气体进入对燃烧室部件造成的损坏。
[0026]为此目的，燃烧室包括如权利要求7至11中的任一项所述的热屏。
[0027]有利的是，本发明产生于燃烧室，该燃烧室的燃烧室壁在其上游端包括其中创建有至少一个环形槽的环绕部件，其中向内界定燃烧室头部端的火焰底部被附接在槽内，并且热屏邻接向一侧界定槽的腹板，其具有环绕的最后排，同时留下膨胀间隙。
[0028]可以有利地规定，最后排的热屏元件如权利要求1至6中的任一项所述形成，其中最后排的热屏元件的增加高度的方向朝着腹板被定向，并且朝着腹板被定向的最后排的端面比腹板的邻接区域更高。
[0029]在筒仓燃烧室的情况下，腹板也被称为F-环。热屏元件的扰流板形状对热气体再循环区具有积极的影响。这使得热气体更难以渗透进入到最后排和F-环之间的膨胀间隙，并且防止对支撑结构的可能损坏。此外，扰流板的形状可以防止F