热屏装置的热屏元件的制作方法
【专利摘要】一种热屏元件(1)，其用于具有多个相邻地布置在支承结构(16)上的热屏元件的热屏，其中，所述热屏元件(1)具有热侧(9)和冷侧(4)，为此设计为，作为封闭的最后一个热屏元件安装在所述支承结构(16)上。按本发明设计为，所述热屏元件(1)具有形成所述热侧的热屏板(10)和形成所述冷侧的支承板(5)，其中，所述热屏板(10)可安装在支承板(5)上。为了将所述热屏板(10)安装在支承板(5)上。在所述热屏板(10)中设置至少一个通孔(11)。在所述支承板(5)中在与所述热屏板(10)的通孔(11)相对应的位置设置带有通孔的凹陷(12)，固定螺栓(2)可插入所述通孔中，其中，所述固定螺栓(2)的头部塞入由所述凹陷(12)以及所述热屏板(10)的朝向所述支承板(5)的侧面形成的空间内。
【专利说明】热屏装置的热屏元件
[0001]本申请是发明名称为“热屏装置的热屏元件”，申请日:2009年12月2日，申请号:200980158149.X的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种热屏装置的热屏元件，支承结构上的热屏装置，热屏装置在涡轮机上的应用和用于组装具有在各独立权利要求的前序部分所述特征的热屏元件的方法。
【背景技术】
[0003]在许多技术应用中使用有效率的陶瓷热屏装置，以便经受1000到1600摄氏度之间的温度。尤其是涡轮机，如燃气轮机和涡轮喷气发动机的热屏装置，如在发电站和较大的飞机中使用的那样，在其内部的燃烧室中具有相应大的、通过热屏装置屏蔽的面。由于热膨胀和大的尺寸，热屏必须由多个单独由陶瓷制造的热屏元件组成，所述热屏元件相互间隔足够的间隙。所述间隙为热屏元件提供足够的热膨胀空间。然而，因为间隙也使得热的燃烧气体与支承热屏的支承结构直接接触，所有通过间隙经由冷却通道朝燃烧室喷入形式为冷空气的冷却流体作为有效的对抗措施。冷空气还用于针对性地吹向将陶瓷的热屏元件(CHS，陶瓷热屏)夹紧在支承结构上的金属夹具并因此冷却该金属夹具。在另一种改进的装置中，还将冷空气吹动陶瓷热屏元件的下方，以实现对底侧的冷却。
[0004]为了尽可能简单并且单部件式地构造夹具，已知这样一种结构方式，其中，该夹具一方面可以嵌接方式插入平行环绕地构造在支承结构中的槽中，并且另一方面通过形成的嵌接部段与形成在陶瓷热屏元件的侧面中的固定槽夹紧。热屏元件依次用夹具插入支承结构的槽中，其中，后续的元件在其位置中阻挡之前定位的元件。以这种方式例如可以在燃气轮机的燃烧室中形成一排环绕的热屏元件。
[0005]然后，最后剩下的热屏元件不再能以这种方式安装，因为在两侧存在的相邻热屏元件卡住了切向定向的安装运动。经常将这种最后的热屏元件称为陷阱石或者陷阱。因此，为安装最后的热屏元件使用螺栓连接的方案，这种方案使沿支承结构面法向的安装能够实现。已知的螺栓连接为此使用四个螺栓，所述螺栓嵌入为此形成在热屏元件的侧面内的凹槽中。该方案的缺点在于，因为一方面要额外冷却四个螺栓并因此需要更多的冷空气消耗，另一方面这种安装带来了操作问题。对四个螺栓的操作迫使要例如使用不可靠的固定手段，如粘结剂或粘结带，因此螺栓可能会丢失并因此发生高的损坏风险。另外不能仰装(l〕ber-Kopf-Montage；)，使得需要大量的时间来将大型的透平装置定位在相应便于安装的6点钟的安装位置。此外，可能需要两个人来安装最后的热屏元件，因为四个螺栓必须插入支承结构中的相应四个孔中。最后还有考虑的是，螺栓由于使用高耐热的合金而较贵并且由于高的安全要求在每次拆卸后都必须用新的替换。
[0006]EP1701095A1和EP0558540B1示例地记载了具有所述优点和缺点的、如上所述地设计的热屏。热屏元件也常被称为石头，而保持该石头的夹持元件被称为石头夹具。
[0007]EP1533572A1公开了一种热屏元件，该热屏元件属于具有多个在支承结构上相邻地布置的热屏元件的燃气轮机燃烧室热屏。公开的热屏元件具有形成热侧的陶瓷衬里元件和形成冷侧的阻隔件。为了将热屏元件固定在支承结构上，在居中地贯穿衬里元件和阻隔件的孔中设置螺栓连接装置。
[0008]EP0724116A2同样公开了一种带有至少一个热屏元件的用于燃烧室的陶瓷衬里，所述热屏元件为了将其自身安装在支承结构上具有中央通孔，该通孔由固定元件贯穿。热屏元件包括形成热侧的陶瓷壁板和形成冷侧的隔热层。
【发明内容】
[0009]考虑到现有技术中的上述缺点，本发明所要解决的技术问题是，这样地构造一种热屏元件，使得该热屏元件可作为热屏的多个热屏元件的最后一个安装，在此，具有少量的安装元件并且保持热防护功能以及冷却流体循环。
[0010]按照第一个方面，本发明涉及一种热屏元件，其用于具有多个相邻地布置在支承结构上的热屏元件的热屏，其中，所述热屏元件具有热侧和冷侧。
[0011]按本发明的技术问题按照这一方面由此解决，即，热屏元件具有形成热侧的热屏板和形成冷侧的支承板，其中，所述热屏板可安装在支承板上。因此可以将最后的热屏元件在支承结构上的固定划分为支承板在支承结构上的固定和支承板在热屏板上的固定，并相应有利地构造。
[0012]形成热侧的热屏板优选由耐热的烧结或陶瓷材料制成，而形成冷侧的支承板优选由金属材料或者合金制成。
[0013]为了将热屏板安装在支承板上，在热屏板中设置至少一个通孔，其中，该通孔在热屏板面中的位置基本上设计为对称的位置。这一个通孔足以穿过其操纵螺栓连接。在此，通孔的横向尺寸优选小于可插入支承板的固定螺栓的头部的直径。
[0014]按照本发明的一种特别优选的构造，在支承板中，在与热屏板的通孔相应的位置设置带有通孔的凹陷，固定螺栓可穿过该通孔，其中，固定螺栓的头部塞入由凹陷以及热屏板的朝向支承板的侧面形成的空间内。因此，固定螺栓不会丢失。
[0015]热屏板优选具有分别一个位于相互相对和相互背离的侧棱中的固定槽，所述固定槽设计用于通过嵌接部段结合夹持元件。
[0016]为了承接并固定夹持元件，支承板具有至少一个槽，该槽具有展宽的槽底部和形成开口槽侧的缩窄区域。
[0017]如果支承板和热屏板借助于至少两个夹持元件相互夹紧，其中，夹持元件具有用于嵌接到热屏板的固定槽中的装置和用于嵌接到支承板的槽中的装置，那么可以通过按本发明的构造实现了其它优点。
[0018]构造在夹持元件中用于嵌接到热屏板的固定槽的装置优选设计为嵌接部段。
[0019]构造在夹持元件中用于嵌接在支承板的槽中的装置还优选设计为展宽的靴形部，其宽度与支承板的槽的展宽的槽底的宽度一致。
[0020]夹持元件还可以具有用作止动弹簧的固定部段，其宽度与支承板的槽的缩窄区域的宽度相一致。
[0021]热屏板的厚度和支承板的厚度优选构成按本发明的两部分式热屏元件的总厚度，该总厚度相当于一体的陶瓷热屏元件的厚度。[0022]按照第二个方面，本发明所要解决的技术问题通过支承结构上的热屏解决，该热屏具有多个热屏元件，带有至少一个按前述设计构造的热屏元件。
[0023]为此，按本发明的热屏元件设计为封闭一系列预装配的相邻热屏元件的最后一个热屏元件。
[0024]按照本发明，该技术问题也可以通过使用带有至少一个按前述设计构造的热屏元件的热屏来制造燃烧设备或者涡轮机来解决，其中，涡轮机尤其可以设计为燃气轮机。
[0025]在方法技术方面，为解决该技术问题使用一种用于组装按一种前述优选的设计构造的热屏元件的方法。
[0026]按本发明的方法的特征优选在于，
[0027]-固定螺栓被插入设置在凹陷中的孔内；
[0028]-热屏板借助于至少两个夹持元件与金属的支承板通过借助于夹持元件嵌接部段的嵌接夹紧在设置于热屏板相互背对的棱边内的固定槽中，其中，所述夹持元件通过其相应的靴形部插入支承板的槽中。
[0029]如果至少一个夹持元件通过支承板摩擦接合地固定在固定孔上，其中，与已固定的所述至少一个夹持元件相对的夹持元件能够不被固定，则按本发明的方法带来了另外的优点。
[0030]按照本发明，也可以设计为所谓的兜式陶瓷热屏(兜石)。
[0031]结果，按照本发明可以建立这样一种热屏元件，该热屏元件能以不复杂的类型和方式作为热屏的最后一个元件，作为所谓的陷阱安装，并且在此通过冷空气保证对金属夹持元件和支承板的热保护和冷却。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本发明其它优选的设计构造由其它在从属权利要求中述及的特征得出。此外，由以下参照附图对实施例的描述得出按本发明的其它特征、特性和优点。
[0033]以下参照附图在实施例中说明本发明。在附图中示出:
[0034]图1是按本发明的热屏元件的一种优选的设计构造的局部横截面视图；
[0035]图2是按本发明的热屏元件的侧视图；
[0036]图3是按本发明的热屏元件的透视图；
[0037]图4是支承结构的透视图；
[0038]图5是夹持元件的透视图；
[0039]图6是按本发明的热屏元件在夹持元件区域内的放大的立体局部视图。
【具体实施方式】
[0040]图1示出了按本发明的热屏元件I的一种优选的设计构造的局部横截面视图。
[0041]按照本发明，热屏元件设计为两部分并且具有优选陶瓷的热屏板10和优选金属的支承板5。这样选择两块板的总厚度，使得总厚度等于正常全陶瓷的单部件式的热屏元件的厚度，以便形成均匀厚度的热屏。
[0042]支承板在其中央具有优选基本上轴向对称地构造的固定装置，该固定装置由伸到冷侧4的延伸部3和凹陷12组成，所述凹陷由孔贯穿。固定螺栓2可以插入该固定孔中。[0043]两块板借助于优选弹性的金属夹具7相互夹紧(见图5和图6)，其中，夹具7以其嵌接部段21嵌入热屏板10侧面的固定槽8中。
[0044]热屏板10具有通孔11，该通孔准确地布置在固定螺栓2的上方。在热屏元件固定在支承结构上时，(未示出的)安装工具可以穿过该通孔11伸入，以便接合螺栓2的头部并且转动该螺栓。这样选择通孔11的直径，使得安装工具(例如螺丝刀或者内六角扳手)刚好能自由穿过。因此，通孔11的直径保持得尽可能小，由此较少的热可以从热侧9侵入孔并且在孔中导致热问题。
[0045]然而，因为固定螺栓2的头部比通孔11大很多，固定螺栓2必须在支承板5和热屏板10借助于夹具7相互夹紧前插入凹陷12的固定孔中。之后设计为，固定螺栓2位于两个板之间的闭塞空间中并因此不再会丢失。
[0046]图2示出了按本发明的热屏元件I的侧视图，该侧视图相对图1中的视角转过90度。
[0047]在该视角中可以看见，夹持元件7如何置入支承板5中。支承板5的设计用于容纳夹持元件7的槽6构造在从冷侧伸出的凸出部13中。该凸出部13形成导轨13，优选在支承板5的每侧形成一根导轨，该导轨嵌入支承结构16的相应槽15中并且使支承板5与安装在其上的热屏板10的精确定位和对齐能够实现。支承结构16中的槽15不必专门针对按本发明的热屏元件I构造在支承结构中，而是通常已经为借助于结构相同的夹持元件7安装正常的单部件式的陶瓷热屏元件而设置。
[0048]图3示出了按本发明的热屏元件I的总体透视图，该热屏元件具有陶瓷的热屏板10和金属的支承板5。
[0049]陶瓷的热屏板10和金属的支承板5优选由四个夹持元件7夹持在一起。在另一种设计构造中，夹具7的数量可以减少到至少两个，即，每侧一个。为此，夹具7嵌接在设置在热屏板10的两个相互背对的棱边中的固定槽8中。该固定结构的详细视图在图5和6中详细示出。在此，使用与通常用来固定单部件式的陶瓷热屏元件，例如相邻的热屏元件相同结构类型的夹具7，然而区别在于安装在定位于热屏板10和支承结构16之间的金属支承板5上。
[0050]通孔11用于如上所述地插入窄的安装工具，以便将固定螺栓2拧入支承结构16中，在此要么存在螺纹，要么定位有配对螺母。
[0051]在图4中示出了例如涡轮机的支承结构16的透视图。
[0052]支承结构16具有平行布置的槽15，单部件式的陶瓷热屏元件依次借助于弹性的金属夹具7夹紧在该槽中。热屏的最后一块优选通过按本发明的两部分式的热屏元件I形成。
[0053]为此，在支承结构16中刚好在最后的热屏元件的位置上设置钻孔22，热屏元件的金属支承板5前伸的延伸部3配合在该钻孔中。同时，两个平行布置并且相应确定尺寸的突出部13配合在支承结构16的平行布置的、必要时展宽的槽15中，使得按本发明的两部分式的热屏元件I占据支承结构16上精确规定的位置。
[0054]支承结构16还可以在优选的设计构造中具有冷却孔23，该冷却孔与冷空气通道连通。
[0055]支承结构16的面可以是平的或弯曲的。弯曲部还可以设计为凸的或者凹的。[0056]在基本上依照支承结构的表面上的法向的安装方向上，按本发明的两部分式的热屏元件I的优选规定设计为热屏的封闭元件。然而，为了更容易接近和减小更换失效的热屏元件的开销也可以设计为，在热屏列中设置多个封闭位置。这时就不必为了更换仅少数元件而拆卸该列中的所有热屏元件。
[0057]另外，如果在支承装置16中设置螺纹装置或者用于固定螺栓2的螺纹，则按本发明的两部分式的热屏元件I就使得由单人仅从设备的一侧进行的简便安装得以进行。
[0058]图5在透视图中示出了夹持元件7。夹持元件7优选由金属制成并且包括也称为止动弹簧的固定部段18，通过该固定部段可以将夹持元件7固定在燃烧室壁、例如燃气轮机设备的燃烧室壁的支承结构16上。
[0059]各夹持元件7在支承板5中分别置入一个槽6中(参见图6)。
[0060]在此，固定部段8 (夹持元件7的所谓的靴形部)的展宽部段窄公差地嵌接到平行于支承板5的表面构造(例如约IOmm深)的槽6中。由陶瓷以单部件形式制造的普通热屏元件在支承结构16上的这种固定是已知的。现在根据本发明，将这种已知的固定方式应用到用作中间元件的支承板5上。因此根据本发明保持了业已得到验证的固定方式的优点。
[0061]这样设计槽6，使得该槽仅在槽底具有插入靴形部所需的宽度。在向上提槽6中的夹持元件7时,该夹持元件抵靠在槽7的狭窄区域上，因此形成了保持夹持元件7的保持力。因此，固定部段18的未展宽的部分可以不受阻碍地在槽6中被提起。靴形部中的固定孔17用于固定槽中的所有或一些夹持元件7，这可以从支承板5的冷侧出发借助于销钉、止动栓或螺栓实现。通常在两个相对置的侧面由分别两个夹持元件7，也就是总共四个夹持元件7夹持热屏元件。
[0062]设置在另一侧的夹持元件7的固定部段3在一种优选的设计构造中没有固定，因此该夹持元件可以滑动，以便不妨碍热屏元件的热膨胀。
[0063]在止动弹簧18与带有固定孔17的端部相对的那一端构造有夹紧头20。该夹紧头20具有基本上相对止动弹簧18直角弯折的部段19以及嵌接部段21，该嵌接部段又基本上垂直于部段19弯折。嵌接部段21，也称为嵌接凸缘用于嵌接到热屏元件的槽中。热屏元件也可以通过夹持元件7的嵌接凸缘21嵌接在热屏板10的相互背对侧的固定槽8中与支承板夹紧(见图6)，其中，夹持元件固定在支承板5上。
[0064]图6示出了按本发明的热屏元件I在夹持元件7范围内的放大的局部视图。
[0065]在上方示出的、带有热侧9的陶瓷热屏板10在此设置在布置在其下方的金属支承板5上，并且通过参照图5说明的夹持元件7夹紧。在此，支承板5的槽6具有较宽的槽底和窄的区域14，夹持元件7的止动弹簧18可以通过所述窄的区域移出，而靴形部通过固定孔17保持。
【权利要求】
1.一种热屏元件(I)，该热屏元件用于具有多个相邻地布置在支承结构(16)上的热屏元件的热屏，其中，所述热屏元件(I)具有热侧(9)和冷侧(4)，所述热屏元件(I)具有形成所述热侧的热屏板(10)和形成所述冷侧的支承板(5)，其特征在于，所述热屏板(10)可安装在支承板(5)上，并且所述热屏元件的固定被划分为所述热屏元件在所述支承板上的固定和所述支承板在所述支承结构上的固定。
2.如权利要求1所述的热屏元件(I)，其特征在于，形成所述热侧的热屏板(10)由耐热的烧结材料或陶瓷材料形成。
3.如权利要求1或2所述的热屏元件(I)，其特征在于，形成所述冷侧的支承板(5)由金属材料或者合金形成。
4.如权利要求1至3之一所述的热屏元件(1)，其特征在于，为了组装而在所述热屏板(10)中设置至少一个通孔(11)，其中，该通孔(11)在热屏板(10)的面中的位置基本上设计为对称的位置。
5.如权利要求4所述的热屏元件(I)，其特征在于，所述通孔(11)的横向尺寸规定为小于可插入所述支承板(5)中的固定螺栓(2)的头部的直径。
6.如权利要求4或5所述的热屏元件(I)，其特征在于，在所述支承板(5)中在与所述热屏板(10)的通孔(11)相对应的位置设置带有通孔的凹陷(12)，所述固定螺栓(2)可插入所述通孔中，其中，所述固定螺栓(2)的头部塞入由所述凹陷(12)以及所述热屏板(10)的朝向所述支承板(5)的侧面形成的空间内。
7.如权利要求1至6之一所述的热屏元件(I)，其特征在于，所述热屏板(10)分别具有一个位于两个彼此相对并相互背离的侧棱中的固定槽(8)，所述固定槽设计用于通过嵌接部段(21)接合所述夹持元件(7)。
8.如权利要求1至7之一所述的热屏元件(I)，其特征在于，所述支承板(5)具有至少一个槽(6)，该槽具有展宽的 槽底和形成开口槽侧的缩窄区域(14)。
9.如权利要求7或8所述的热屏元件(I)，其特征在于，所述支承板(5)和所述热屏板(10)借助于至少两个夹持元件(7)相互夹紧，其中，所述夹持元件(7)具有用于嵌接在所述热屏板(10)的固定槽⑶中的装置和用于嵌接在所述支承板(5)的槽(6)中的装置。
10.如权利要求7至9之一所述的热屏元件(I)，其特征在于，构造在所述夹持元件(7)中用于接合在所述热屏板(10)的固定槽(8)中的装置设计为嵌接部段(21)。
11.如权利要求1至10之一所述的热屏元件(I)，其特征在于，构造在所述夹持元件(7)中用于嵌接在支承板(5)的槽(6)中的装置设计为展宽的靴形部，该靴形部的宽度与所述支承板(5)的槽(6)的展宽的槽底的宽度一致。
12.如权利要求1至11之一所述的热屏元件(I)，其特征在于，所述夹持元件(7)具有用作止动弹簧(18)的固定部段(18)，该固定部段的宽度与所述支承板(5)的槽(6)的缩窄区域(14)的宽度相一致。
13.如权利要求1至12之一所述的热屏元件(I)，其特征在于，所述热屏板(10)的厚度(a)和所述支承板(5)的厚度(b)构成总厚度(C)，该总厚度相当于单部件式的陶瓷热屏元件的厚度。
14.一种在支承结构(16)上的热屏，该热屏具有多个热屏元件，带有至少一个热屏元件(I)，所述热屏元件(I)设计为封闭一系列预装配的相邻热屏元件的最后一个热屏元件，其特征在于，所述热屏元件(I)是按前述权利要求之一所述的热屏元件。
15.一种用带有至少一个按权利要求1至13之一所述的热屏元件的热屏来制造燃烧设备或者涡轮机的应用，其中，涡轮机设计为燃气轮机或流体燃料透平。
16.一种用于组装按权利要求1至13至所述的热屏元件(I)的方法，其特征在于， -将固定螺栓(2)插入设置于凹陷(12)内的孔中； -借助于至少两个夹持元件(7)将热屏板(10)与金属的支承板(5)通过借助于夹持元件(7)的嵌接部段(21)的嵌接夹紧在设置于热屏板(10)的相互背对的棱边内的固定槽(8)中，其中，所述夹持元件通过其相应的靴形部插入所述支承板(5)的槽(6)中。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，至少一个夹持元件(7)通过支承板(5)摩擦接合地固定在固定孔(17)上，其中，与固定的所述至少一个夹持元件(7)相对的夹持元件⑵不被固定。
【文档编号】F23R3/00GK103759293SQ201410058197
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2009年12月2日 优先权日:2009年3月17日
【发明者】C.克鲁什 申请人:西门子公司