专利名称：燃气轮机燃烧室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃气轮机燃烧室，其带有可用人孔盖封闭的、作为进入燃烧室内腔的入口的人孔。
在许多领域用燃气轮机驱动发电机或工作机械。此时利用燃料中的内能使涡轮机轴转动。为此在燃烧室中燃烧燃料，同时将由空气压缩机所压缩的空气输入该燃烧室中。在燃烧室中通过燃烧燃料所产生的高温高压工作介质流经连接在所述燃烧室下游的透平单元，并在那儿膨胀做功。
在设计这种燃气轮机时，除了要达到一定的功率外，其设计目标通常还包括要实现特别高的效率。出于热动力学方面的原因，通过提高出口温度，即提高从燃烧室中出来并进入透平单元的工作介质的温度基本上可实现效率的提高。因此对于这类燃气轮机，人们一直致力于实现并且也可实现大约1200℃至1300℃的温度。
在燃气轮机工作时承受如此高温的燃烧室例如出于检查目的应当可供人员进入。德国专利文献199 24 607 A1中公开了一种带有燃烧室的燃气轮机，该燃烧室具有通过人孔入口可检查其的至少一部分区域。在德国专利文献198 09 568 A1中公开了一种带有环形燃烧室的燃气轮机，其中，火焰腔室内设有入口(人孔)，人员可通过该人孔进入火焰腔室。但通常尤其在燃烧温度高达1200℃至1300℃的燃气轮机内不采用进入燃烧腔室的人孔，因为这样的人孔可能不能承受燃烧室中的热负荷或至少不能保证燃烧室的密封性。这一点尤其适于配备有燃烧室内衬、即所谓的衬里的燃烧室。因此，为了让人员能进入燃烧室，需要特别麻烦的拆卸工作。
本发明的目的在于提供一种燃气轮机燃烧室，它能适用于燃烧温度特别高的燃气轮机，并且可使人员很方便地进入其中。
按照本发明，上述目的可通过具有权利要求1所述特征的燃气轮机燃烧室来实现。该燃气轮机燃烧室具有用人孔盖封闭、作为进入燃烧室内腔的入口的人孔，其中，所述人孔盖具有内冷却腔室。该内冷却腔室、即人孔盖内的冷却腔室可实现对于封闭燃烧室内腔的人孔盖的有针对性的冷却。因此，这种人孔盖也可用在燃烧室内腔的高热负荷状况下，而不会出现不允许的过度变形，从而可确保在所有的运行状态下都能用这种人孔盖密封地封闭燃烧室内腔。
除了人孔盖之外，优选还对至少在燃气轮机燃烧室的承受特别高的热负荷的区域内的燃烧室壁进行内部冷却。在此，所述燃烧室壁具有所谓的壁冷却腔室。优选所述人孔盖的内冷却腔室例如可借助连接通道与所述燃烧室壁的壁冷却腔室连通。由此可简便地在包围所述燃烧室内腔的各构件处，尤其在人孔盖以及包绕该人孔盖的燃烧室壁处形成至少相似的热条件。
按照一种优选的改进设计，可特别简单地直接通过将人孔盖置入所述人孔中来使所述人孔盖的内冷却腔室与所述燃烧室壁的壁冷却腔室连通。由此尤其可使所述燃烧室壁的壁冷却腔室没有横截面缩小地过渡到所述人孔盖的内冷却腔室中。优选使所述燃气轮机燃烧室的整个室壁连同所述人孔盖形成均匀的冷却腔室。
按照一种优选的设计，所述人孔盖或人孔盖的至少一个单个盖部件(例如面向所述燃烧室内腔的封闭该人孔盖的内冷却腔室的盖内衬)面向所述燃烧室内腔地被固定元件所支撑，在此，所述固定元件同时将一个与所述人孔盖相邻的内衬元件固定在所述燃烧室壁上。通过该固定元件的多重功能，可最大程度地减少燃烧室内的固定元件的数量。
优选使所述固定元件的横截面至少基本上呈U形，其中，该U形固定元件的第一边腿支撑所述人孔盖的单个盖部件，U形固定元件的另一边腿则将所述内衬元件固定在燃烧室壁上。所述固定元件整体上优选呈轨道形状。通过将固定元件设计成U形轨既具有足够的稳定性也具有足够的弹性。
优选将所述固定元件这样固定在燃烧室壁上，即，使固定元件的部段、尤其是U形边腿伸入所述人孔中并将面向燃烧室内腔的人孔盖的盖内衬支撑在该处，而且无需松开固定元件就可将人孔盖从人孔处卸下。这样做的优点是，只需一次性地固定所有将所述内衬元件与盖内衬固定在所述燃烧室壁或人孔盖上的固定元件，并且不用卸下一个固定元件人员就可经人孔进入燃气轮机燃烧腔室。
本发明的优点主要在于，由于设置内冷却腔室，人孔盖可承受高热负荷，并且可特别方便地将人孔盖连同其内冷却腔室从人孔上取下。
下面借助附图对本发明的一实施方式予以详细说明，附图中
图1是燃气轮机的半剖视图；图2是图1所示燃气轮机的燃烧室的局部横断面视图。
在这两幅附图中，相同的构件用相同的附图标记表示。
图1所示的燃气轮机1具有提供燃烧用空气的压缩机2、燃烧室或燃气轮机燃烧室4以及用于驱动压缩机2和图中未示出的发电机或工作机械的透平6。为此，透平6和压缩机2安设在共同的也被称为透平转子的透平机轴8上。发电机或工作机械也与所述透平机轴相连，该透平机轴被支承成可绕其中心轴线9旋转。
燃烧室4配备有一些用于点燃液体或气体燃料的燃烧器10。另外还在所述燃烧室的内壁或燃烧室壁23上配备有一些内衬元件25。
透平机6具有一些与透平轴8相连的可旋转的动叶片12。动叶片12成环状地设置在透平轴8上并因此构成一些动叶片组。另外，透平6还包括一些固定的导向叶片14，它们同样呈环状地围成导向叶片组地被固定在透平6的内壳体16上。动叶片12在此通过传递流过透平6的工作介质M的动量来驱动透平机轴8。导向叶片14则用于在每两个沿工作介质M的流向前后相连的动叶片组或动叶片圈之间导引工作介质M的流动方向。由前后相连的一圈导向叶片14或一组导向叶片和一圈动叶片12或一组动叶片组成的一对叶片组在此也被称为透平级。
每个导向叶片14具有也被称为叶根19的平台18，所述平台为固定各导向叶片14而作为壁元件设置在透平机6的内壳体16上。相对而言，平台18是受到强热流的构件，因为它构成供流过透平机6的工作介质M用的热燃气通道的外边界。每个动叶片12以类似的方式通过也被称为平台18的叶根19固定在透平轴8上，其中，叶根19上分别支撑着沿叶片轴线延伸的成型叶身20。
在两个相邻导向叶片组的导向叶片14相互间隔设置的平台18之间，分别有一个导向环21被设置在透平机6的内壳体16上。在此每个导向环21的外表面同样经受流过透平机6的工作介质M的热作用，而且这些导向环沿径向和与之相对的动叶片12的外端22相隔一间隙。设置在相邻导向叶片组之间的导向环21在此尤其用作罩壳元件，其可避免内壁16或其它壳体装配件受到流过透平机6的热工作介质M的过热负荷。
为了实现较高的效率，燃气轮机1被设计成可用于较高的大约为1200℃至1300℃的出口温度(亦即从燃烧室4流出的工作介质M的温度)。为了实现这一点，需对燃烧室壁23进行内部冷却。在此，燃烧用空气与工作介质M(亦即热燃气流)方向相反地流过在燃烧室壁23和固定在其上的围绕燃烧室内腔24的内衬元件25之间形成的壁冷却腔室26而流向燃烧器10。通过这种燃烧腔室冷却方式同时也如愿地加热了燃烧用空气。
图2以局部断面视图的方式示出了带有人孔27的燃烧室壁23，人孔盖28置入该人孔中。人孔盖28具有盖上部件29以及盖内衬30，所述盖上部件被设计成类似于燃烧室壁23。在盖上部件29和也被称为单个盖部件的盖内衬30之间围出人孔盖28的内冷却腔室31。相应地在燃烧室壁23和固定在其上的内衬元件25之间也围出壁冷却腔室26。人孔盖28的内冷却腔室31与所述燃烧室壁23的壁冷却腔室26相互连通，使得所述燃烧用空气能不受阻碍地垂直于图中所示的平面流动。
盖上部件29在其边缘具有突出部33，利用该突出部可将盖上部件插入燃烧室壁23的对应的固定用凹缺部34中。人孔盖28的基本形状总体上呈矩形。为提高稳定性，盖上部件29以及燃烧室壁23在它们的连接区域内(亦即在突出部33和固定用凹缺部34的区域内)朝向燃烧室内腔24逐渐增厚。在盖上部件28的增厚或增强区域35内有贴靠面36，盖内衬30以内衬边缘37抵靠在该贴靠面上。内衬边缘37与内衬主面38相连并与之成一体地折曲而成。类似地在燃烧室壁23的增强或增厚区40的贴靠面39上贴靠着内衬元件25的内衬边缘41。
人孔盖28朝向燃烧室外侧42地被未示出的一固定装置支撑。盖内衬30与内衬元件25朝向燃烧室内腔24地被设计成U型轨的固定元件43支撑。在此，U型轨的第一边腿44抵靠在人孔盖28的内衬边缘37上，U型轨的第二边腿45抵靠在内衬元件31的内衬边缘41上。U型轨的这两个边腿44、45也被称为所述固定元件43的部段。为了面向燃烧室内腔24支撑人孔盖28，总体上仅需要两个固定元件43。这些固定元件43借助穿入所述燃烧室壁23的增厚区域40的螺栓46被固定在燃烧室壁上。
螺栓46从燃烧室内腔24中螺旋拧入燃烧室壁23中。不需要对所述内衬元件31在增厚的区域40上实施附加固定。因为，用螺栓46固定在燃烧室壁23上的U型固定元件43不仅足以将内衬元件25固定在燃烧室壁23上，而且能面向所述燃烧室内腔24地支撑所述盖内衬30。也称为衬里的内衬25、30通过固定元件43合缝密封。在固定元件43的区域内杜绝了冷却空气的逸出。如果在内衬边缘37或衬边缘41上有冷却空气从壁冷却腔室26或内冷却腔室31中选出，则逸出的冷却空气会受到U型固定元件43的阻碍，从而不会流入燃烧室内腔24中。被U型固定元件43挡住的冷却空气可不受阻碍地沿设计成轨道的固定元件43流向燃烧器10。
对于将人孔盖28从人孔27上取下而言，并不需要卸下固定元件43或松开螺栓46。这一点通过啮合构型(Verhakungskonfiguration)就能实现，借助该啮合构型，固定元件43将内衬元件25以及盖内衬30支撑成面向燃烧室内腔24。固定元件43跨接在用人孔盖28封闭燃烧室4时在人孔盖28的内衬边缘37和内衬元件25的内衬边缘41之间的间隙上，使热工作介质M不能从燃烧室内腔24流出而流到燃烧室壁23或盖上部件29上。因此，燃烧室4连同人孔盖28都被全面地加有内衬。
权利要求
1.一种燃气轮机燃烧室(4)，其带有一可用人孔盖(28)封闭的、作为进入燃烧室内腔(24)的入口的人孔(27)，其特征在于，所述人孔盖(28)具有内冷却腔室(31)。
2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室(4)，其特征在于，燃烧室室壁(23)具有壁冷却腔室(26)。
3.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室(4)，其特征在于，所述人孔盖(28)的内冷却腔室(31)可与所述燃烧室壁(23)的壁冷却腔室(26)连通。
4.如权利要求3所述的燃气轮机燃烧室(4)，其特征在于，所述人孔盖(28)的内冷却腔室(31)通过所述人孔盖(28)置入所述人孔(27)中直接与所述燃烧室壁(23)的壁冷却腔室(26)连通。
5.如权利要求2至4中任一项所述的燃气轮机燃烧室(4)，其特征在于，设有一固定元件(43)，该固定元件支撑所述人孔盖(28)的至少一个单个盖部件(29、30)使之面向所述燃烧室内腔(24)，同时将一个与所述人孔盖(28)相邻的内衬元件(25)固定在所述燃烧室壁(23)上。
6.如权利要求5所述的燃气轮机燃烧室(4)，其特征在于，所述固定元件(43)的横截面至少基本上呈U形，其中，该U形固定元件的第一边腿(44)支撑所述单个盖部件(29、30)，该U形固定元件的另一边腿(45)固定所述内衬元件(25)。
7.如权利要求5或6所述的燃气轮机燃烧室(4)，其特征在于，所述固定元件(43)的一部段(44、45)这样伸入所述人孔(27)中，使得所述人孔盖(28)的盖内衬(30)面向所述燃烧室内腔(24)地被支撑，并且可从所述人孔(27)上取下所述人孔盖(28)。
全文摘要
本发明公开了一种燃气轮机燃烧室(4)，其带有可用人孔盖(28)封闭的、作为进入燃烧室内腔(24)的入口的人孔(27)。该人孔(27)具有内冷却腔室(31)，因而特别耐高温。
文档编号F23R3/42GK1675502SQ03818892
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月1日 优先权日2002年8月16日
发明者彼得·蒂曼 申请人:西门子公司