Теплозащитный экран, элемент теплозащитного экрана, удерживающий элемент, камера сгорания с теплозащитным экраном, жаровая труба и газовая турбина
Теплозащитный экран на несущей структуре, в частности, для применения в камере сгорания газовой турбины или жаровой трубе газовой турбины, содержит множество элементов теплозащитного экрана, которые выполнены таким образом и расположены на несущей структуре так, что они граничат друг с другом с оставлением зазоров. Несущая структура имеет окружное направление и осевое направление. Элементы теплозащитного экрана граничат друг с другом в окружном направлении несущей структуры с оставлением окружного зазора и в осевом направлении несущей структуры с оставлением осевого зазора. Как окружные зазоры, так и осевые зазоры уплотнены с помощью уплотнительных элементов. Уплотнительные элементы, уплотняющие осевые зазоры, расположены на различных расстояниях относительно несущей структуры. Изобретение позволяет уменьшить расход охлаждающего воздуха, облегчает монтаж и демонтаж деталей конструкции. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.
Настоящее изобретение относится к теплозащитному экрану на несущей структуре, имеющей окружное направление и осевое направление, в частности, для применения в камере сгорания газовой турбины или в газотурбинной жаровой трубе, к элементу теплозащитного экрана для применения в подобном теплозащитном экране, к камере сгорания, снабженной соответствующим изобретению теплозащитным экраном, к жаровой трубе, снабженной соответствующим изобретению теплозащитным экраном, а также к газовой турбине с соответствующей изобретению камерой сгорания или с соответствующей изобретению жаровой трубой.
Теплозащитные экраны используются, например, в камерах сгорания или жаровых трубах, которые могут быть частью обжиговой печи, канала горячего газа или газовой турбины и в которых создается или направляется горячая среда. Например, подверженная высокой термической нагрузке камера сгорания может быть снабжена для защиты от слишком высокой термической нагрузки теплозащитным экраном. Обычно теплозащитный экран содержит множество расположенных с перекрытием поверхности элементов теплозащитного экрана, которые экранируют стенку камеры сгорания от горячей среды, например горячего отходящего газа, и таким образом противодействуют чрезмерной термической нагрузке стенки камеры сгорания.
Подобный керамический теплозащитный экран описан, например, в EP 0558540 B1. Он содержит множество четырехугольных керамических элементов теплозащитного экрана, которые закреплены на осесимметричной несущей структуре жаровой трубы. Каждый элемент теплозащитного экрана имеет обращенную к горячей среде горячую сторону, обращенную к несущей стенке холодную сторону, а также четыре окружные поверхности, соединяющие горячую сторону с холодной стороной, причем две противоположные друг другу в окружном направлении несущей структуры окружные поверхности элемента теплозащитного экрана снабжены канавками. Посредством входящих в зацепление в канавки подобных пружинам скоб элементы теплозащитного экрана являются фиксированными в окружном направлении несущей структуры с оставлением зазора. Для поддержания возможно малой термической нагрузки несущей структуры к зазорам между элементами теплозащитного экрана подается охлаждающая текучая среда, которая течет через зазоры от холодной стороны в направлении горячей стороны и тем самым запирает зазоры относительно проникновения горячей среды.
Подходящий, в частности, для облицовки жаровой трубы для газовой турбины керамический теплозащитный экран описан, например, в DE 4114768 A1. Он содержит множество прямоугольных или трапециевидных керамических элементов теплозащитного экрана, которые закреплены на несущей стенке жаровой трубы. Каждый элемент теплозащитного экрана содержит обращенную к горячей среде горячую сторону, обращенную к несущей стенке холодную сторону, а также четыре окружные поверхности, соединяющие горячую сторону с холодной стороной, причем две лежащие на противоположных друг другу сторонах элемента теплозащитного экрана окружные поверхности снабжены канавками. Для крепления элементов теплозащитного экрана на несущей стенке находят применение удерживающие элементы с участками скоб, которые входят в зацепление в канавки окружной поверхности и прикрепляют в одном направлении элемент теплозащитного экрана. Кроме того, удерживающие элементы имеют соответственно опорный участок для опирания элемента теплозащитного экрана на третьей окружной поверхности. Эта третья окружная поверхность имеет на горячей стороне выступающий над остальной окружной поверхностью выступ, который покоится на опорном участке удерживающего элемента таким образом, что элемент теплозащитного экрана является зафиксированным также в направлении, перпендикулярном к направлению прикрепления. Чтобы сделать возможным термическое расширение элементов теплозащитного экрана, когда они подвержены действию горячей среды, элементы теплозащитного экрана расположены таким образом, что между ними остаются небольшие зазоры. С помощью фиксирования, описанного в DE 4114768 A1, элементы теплозащитного экрана расположены на определенных позициях несущей стенки.
Облицовка камеры сгорания элементами теплозащитного экрана описана также в EP 1302723 A1. В этой облицовке камеры сгорания уплотнительные элементы расположены в зазорах между элементами теплозащитного экрана. Элементы теплозащитного экрана этой облицовки теплозащитного экрана имеют на своих окружных поверхностях канавки. При этом расположенный в зазоре между двумя элементами теплозащитного экрана уплотнительный элемент входит в зацепление в канавки обеих ограничивающих зазор окружных поверхностей.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать улучшенный теплозащитный экран.
Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать улучшенный элемент теплозащитного экрана, а также улучшенный удерживающий элемент, который является пригодным, в частности, для применения в соответствующем изобретению теплозащитном экране.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать улучшенную камеру сгорания и улучшенную жаровую трубу.
Наконец, задачей настоящего изобретения является создание улучшенной газовой турбины.
Первая задача решается посредством теплозащитного экрана по пункту 1 формулы изобретения, вторая задача решается посредством элемента теплозащитного экрана по пункту 9 формулы изобретения и удерживающего элемента по пункту 12 формулы изобретения, третья задача решается посредством камеры сгорания по пункту 13 формулы изобретения или жаровой трубы по пункту 14 формулы изобретения и четвертая задача решается посредством газовой турбины по пункту 15 формулы изобретения.
Зависимые пункты формулы изобретения содержат предпочтительные формы выполнения изобретения.
Соответствующий изобретению теплозащитный экран на несущей структуре содержит множество элементов теплозащитного экрана, которые выполнены таким образом и расположены на несущей структуре так, что они граничат друг с другом с оставлением зазоров. Несущая структура соответствующего изобретению теплозащитного экрана имеет окружное направление и осевое направление, причем элементы теплозащитного экрана граничат друг с другом в окружном направлении несущей структуры с оставлением зазора, который в последующем обозначен как окружной зазор, и в осевом направлении несущей структуры с оставлением зазора, обозначенного в последующем как осевой зазор. Кроме того, как окружные зазоры, так и осевые зазоры уплотнены уплотнительными элементами, причем уплотнительные элементы, уплотняющие осевые зазоры, имеют другое расстояние относительно несущей структуры, чем уплотнительные элементы, уплотняющие окружные зазоры.
Соответствующий изобретению теплозащитный экран основывается на следующих наблюдениях и знаниях.
Находящие применение для облицовки осесимметричных камер сгорания, например кольцевых камер сгорания газовых турбин или жаровых труб, теплозащитные экраны содержат элементы теплозащитного экрана, которые на двух окружных поверхностях снабжены канавками. В канавки этих окружных поверхностей входят в зацепление участки зацепления удерживающих элементов, чтобы фиксировать элементы теплозащитного экрана в окружном направлении несущей структуры. В осевом направлении элементы теплозащитного экрана или не фиксированы, или фиксирование происходит, как описано в DE 4114768 A1, посредством опорных элементов вместо участков зацепления, входящих в канавки. Поэтому элементы теплозащитного экрана не содержат на своих граничащих друг с другом в осевом направлении окружных поверхностях никаких канавок. Поэтому вложение уплотнительных элементов, как они описаны в EP 1302723 A1, возможно только между граничащими друг с другом в окружном направлении окружными поверхностями, то есть подобными уплотнениями могут быть уплотнены только окружные зазоры. Соответственно до сих пор уплотнительные элементы используются также только в окружном зазоре.
Если уплотнительными элементами должны уплотняться также осевые зазоры, канавки могут продолжаться в граничащих друг с другом в осевом направлении окружных поверхностях. В осевые зазоры тогда по аналогии с окружными зазорами могли бы вводиться уплотнительные элементы. В точках пересечения осевых зазоров с окружными зазорами остаются неуплотненные участки, через которые охлаждающая текучая среда может вытекать нацеленно в камеру сгорания.
Соответствующее изобретению расположение уплотнительных элементов для осевых зазоров и окружных зазоров на различных расстояниях относительно несущей структуры позволяет располагать уплотнительные элементы с наложением. Так, точки пересечения между осевыми зазорами и окружными зазорами уплотняются более эффективно, что позволяет уменьшить потребность в охлаждающей текучей среде.
В частности, уплотнительные элементы, которые уплотняют осевые зазоры, могут быть расположены между несущей структурой и элементами теплозащитного экрана. От канавки во вторых окружных поверхностях можно тогда впредь отказаться.
Кроме того, только расположение уплотнительных элементов на различных расстояниях относительно несущей структуры делает возможным удобный для обслуживания монтаж и демонтаж деталей конструкции.
В предпочтительной форме выполнения изобретения теплозащитный экран содержит множество держателей элементов, которые фиксируют элементы теплозащитного экрана на несущей структуре как в окружном направлении, так и в осевом направлении.
Наряду с уплотнениями для требующегося для охлаждения количества охлаждающей текучей среды имеют значение также и размеры зазоров теплозащитного экрана. Чем шире зазоры, тем больше охлаждающей текучей среды необходимо, чтобы эффективно закрывать зазоры от горячей среды, имеющейся в камере сгорания.
Теплозащитные экраны при эксплуатации камеры сгорания кроме высокой термической нагрузки частично подвержены также механическим нагрузкам посредством вибраций. Если элементы теплозащитного экрана не зафиксированы в осевом направлении несущей структуры, то при подобной механической нагрузке они могут смещаться в осевом направлении. Подобное смещение приводит, однако, в случае осесимметричных, в частности, конических камер сгорания или жаровых труб к изменениям осевых зазоров, а также окружных зазоров между элементами теплозащитного экрана. Если элементы теплозащитного экрана смещаются на несущей структуре, зазоры между ними могут уменьшаться или увеличиваться, что приводит к неравномерному вытеканию охлаждающей текучей среды и неравномерным температурным градиентам в зазорах. Поэтому для закрывания зазоров с учетом всех допусков зазоров при всех условиях эксплуатации имеет место повышенная потребность в охлаждающей текучей среде. В частности, принятие во внимание увеличенных зазоров повышает потребность в охлаждающей текучей среде. Кроме того, при отсутствии осевого фиксирования элементов теплозащитного экрана вследствие их не определенного точно осевого положения при монтаже требуется индивидуальная доработка, которая увеличивает время монтажа.
Посредством осевого фиксирования может быть эффективно предотвращен сдвиг элементов теплозащитного экрана, так что при определении потребности в охлаждающей текучей среде могут быть приняты меньшие допуски зазоров, за счет чего может быть установлена меньшая потребность в охлаждающей текучей среде. В частности, в комбинации с уплотнениями, расположенными как в осевых, так и в окружных зазорах, потребность в охлаждающей текучей среде может быть заметно уменьшена. Осевое фиксирование, кроме того, приводит также к более равномерным температурным градиентам на элементах теплозащитного экрана и к более равномерным тепловым напряжениям. За счет этого при термической нагрузке элементов теплозащитного экрана возникает меньше трещин или соответственно более короткие трещины, в результате чего снижается частота замены элементов теплозащитного экрана и инспекционные интервалы могут быть увеличены.
Наконец, за счет осевого фиксирования может быть сокращено время монтажа, необходимое для согласования допусков зазоров при новом сооружении или при техническом обслуживании теплозащитного экрана.
В первом варианте теплозащитного экрана с осевым фиксированием элементов теплозащитного экрана теплозащитный экран содержит первые держатели элементов для фиксирования элементов теплозащитного экрана в окружном направлении несущей структуры и вторые держатели элементов для фиксирования элементов теплозащитного экрана в осевом направлении несущей структуры. Вторые держатели элементов выполнены при этом одновременно для удерживания уплотнительных элементов в осевых зазорах. За счет того что вторые держатели элементов также удерживают уплотнительный элемент, можно отказаться от дополнительного удерживающего элемента, как это было бы необходимо для удерживания уплотнительного элемента при осевом фиксировании согласно уровню техники, описанному в DE 4114768 Al.
В случае реализуемой без больших технических затрат формы выполнения этого варианта несущая структура имеет проходящие в окружном направлении несущей структуры окружные канавки. Вторые держатели элементов выполнены в виде скоб, снабженных раскрытием скобы и обращенным от раскрытия скобы участком скобы, причем скобы с обращенным от раскрытия скобы участком скобы вставлены в окружную канавку несущей структуры так, что, по крайней мере, часть скобы для ввода в выемку элемента теплозащитного экрана выступает за пределы окружной канавки и, таким образом, служит в качестве осевого фиксирования элемента теплозащитного экрана. Уплотнительные элементы при этом вложены в скобы.
Для обеспечения надежного удержания уплотнения в раскрытии скобы скоба может, кроме того, содержать элементы зацепления для зацепления с уплотнительным элементом, вложенным в скобу.
Во втором варианте теплозащитного экрана с осевым фиксированием элементов теплозащитного экрана элементы теплозащитного экрана соответственно имеют обращенную от несущей структуры горячую сторону, которая пригодна для воздействия горячей среды, обращенную к несущей структуре холодную сторону и несколько окружных поверхностей, соединяющих горячую сторону с холодной стороной. На двух противоположных друг другу сторонах элемент теплозащитного экрана имеет первые окружные поверхности, которые соответственно в осевом направлении несущей структуры граничат с соответствующей первой окружной поверхностью соседнего элемента теплозащитного экрана с оставлением осевого зазора. В области кромок между холодной стороной и первыми окружными поверхностями имеются выемки, которые во взаимодействии с выемкой соответствующей противоположной в осевом направлении окружной поверхности соседнего элемента теплозащитного экрана образуют проходящее в окружном направлении несущей структуры базирование для уплотнительного элемента или нескольких уплотнительных элементов. Кроме того, элемент теплозащитного экрана на двух противоположных сторонах содержит вторые окружные поверхности, которые в окружном направлении несущей структуры граничат соответственно со второй окружной поверхностью соседнего элемента теплозащитного экрана с оставлением окружного зазора. Держатели элементов для фиксирования элементов теплозащитного экрана в окружном направлении несущей структуры входят в зацепление со вторыми окружными поверхностями элементов теплозащитного экрана, причем вторые окружные поверхности снабжены предохранительными участками, которые предотвращают смещение элементов теплозащитного экрана относительно держателей элементов вдоль вторых окружных поверхностей.
В только что описанном варианте выполнения держатели элементов, которые фиксируют элементы теплозащитного экрана в окружном направлении, берут на себя также фиксирование в осевом направлении. Дополнительно к держателям элементов, которые, так или иначе, имеются для фиксирования элементов теплозащитного экрана в окружном направлении несущей структуры, не требуется никаких дополнительных держателей элементов. В элементы теплозащитного экрана должны быть введены только предохранительные участки, что представляет собой лишь незначительное изменение по сравнению с формой выполнения применяемых до сих пор элементов теплозащитного экрана.
В форме выполнения второго варианта вторые окружные поверхности имеют канавки, в которые входят в зацепление участки зацепления держателей элементов и в которых перемычки расположены таким образом, что они образуют в осевом направлении несущей структуры упор для участков зацепления держателей элементов. Таким образом, перемычки образуют предохранительные участки, которые предотвращают смещение держателей элементов вдоль вторых окружных поверхностей.
Соответствующий изобретению элемент теплозащитного экрана для крепления на несущей структуре имеет обращаемую от несущей структуры горячую сторону, которая является пригодной для выдерживания воздействия горячей среды, обращаемую к несущей структуре холодную сторону и несколько соединяющих горячую сторону с холодной стороной окружных поверхностей, которые предусмотрены для ограничения на окружных поверхностях элементов теплозащитного экрана, подлежащих установке рядом друг с другом с оставлением окружного зазора в окружном направлении несущей структуры, и содержат канавки для зацепления посредством участков зацепления держателей элементов, которые удерживают элемент теплозащитного экрана на несущей структуре. В каждой канавке расположена, по крайней мере, одна перемычка, которая образует упор для участков зацепления держателей элементов. Выполненный подобным образом элемент теплозащитного экрана может фиксироваться обычно используемыми для фиксирования в окружном направлении держателями элементов также в осевом направлении. Он годится особенно для применения в теплозащитном экране по второму варианту соответствующего изобретению теплозащитного экрана с осевым фиксированием элементов теплозащитного экрана.
По крайней мере, одна перемычка в первой форме выполнения соответствующего изобретению элемента теплозащитного экрана проходит в направлении от холодной стороны к горячей стороне только через часть профиля канавки. За счет этого вложение принятых до сих пор уплотнительных элементов в канавку препятствуется не существенно. Альтернативно, по крайней мере, одна перемычка может проходить в направлении от холодной стороны к горячей стороне также через весь профиль канавки. В этой форме выполнения хотя и является необходимым изменение подлежащих вкладыванию в канавку уплотнительных элементов, однако сплошная перемычка повышает прочность элемента теплозащитного экрана, в частности, в области канавки.
Соответствующий изобретению удерживающий элемент с участком зацепления, выполненным для входа в зацепление в канавки элементов теплозащитного экрана, содержит на участке зацепления, по крайней мере, один поверхностный элемент, нормаль к плоскости которого при зацеплении с канавкой проходит в направлении распространения канавки. Соответствующий изобретению удерживающий элемент предоставляет в распоряжение увеличенную поверхность упора для упора расположенных в канавках перемычек и может, таким образом, обеспечивать надежное осевое фиксирование элемента теплозащитного экрана.
Соответствующая изобретению камера сгорания или соответствующая изобретению жаровая труба снабжена соответствующим изобретению теплозащитным экраном, соответствующая изобретению газовая турбина снабжена соответствующей изобретению камерой сгорания или соответствующей изобретению жаровой трубой.
Дальнейшие признаки, свойства и преимущества изобретения получаются из последующего подробного описания примеров выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 показывает первый пример выполнения изобретения в схематичном виде сечения.
Фиг.2 показывает удерживающую скобу первого примера выполнения.
Фиг.3 показывает удерживающую скобу с Фиг.2 в состоянии, введенном в канавку несущей структуры.
Фиг.4 показывает второй пример выполнения для соответствующего изобретению теплозащитного экрана.
Фиг.4a показывает видоизменение второго примера выполнения, представленного на Фиг.4.
Фиг.5 показывает держатель элемента в зацеплении с канавкой элемента теплозащитного экрана.
Фиг.6 показывает первый пример выполнения для соответствующего изобретению элемента теплозащитного экрана.
Фиг.7 показывает второй пример выполнения для соответствующего изобретению элемента теплозащитного экрана.
Фиг.8 показывает первый пример для держателя элемента для фиксирования соответствующего изобретению элемента теплозащитного экрана.
Фиг.9 показывает второй пример для держателя элемента для фиксирования соответствующего изобретению элемента теплозащитного экрана.
Фиг.10 показывает третий пример для держателя элемента для фиксирования соответствующего изобретению элемента теплозащитного экрана.
Фиг.1 показывает в качестве первого примера выполнения для соответствующего изобретению теплозащитного экрана вырез из осесимметричного теплозащитного экрана для кольцевой камеры сгорания газовой турбины, где представлены два керамических элемента теплозащитного экрана 1, 2, которые фиксированы на осесимметричной несущей структуре 3 и граничат друг с другом в осевом направлении А несущей структуры 3. Чтобы не препятствовать термическому расширению элементов теплозащитного экрана 1, 2 при эксплуатации камеры сгорания газовой турбины, элементы теплозащитного экрана расположены таким образом, что соответственно между двумя элементами теплозащитного экрана 1, 2 остается небольшой зазор. Если бы элементы теплозащитного экрана вследствие термического расширения сталкивались друг с другом, это могло бы приводить к напряжениям в элементах теплозащитного экрана 1, 2 и тем самым к более раннему износу или даже разрушению элемента теплозащитного экрана 1, 2.
Элементы теплозащитного экрана 1, 2 имеют соответственно обращенную внутрь камеры сгорания жаропрочную горячую сторону 4, которая в эксплуатации камеры сгорания газовой турбины подвержена воздействию горячего газа в камере сгорания газовой турбины, и обращенную к несущей структуре холодную сторону 5. Между горячими сторонами 4 и холодными сторонами 5 элементы теплозащитного экрана 1, 2 имеют соответственно четыре окружные поверхности 6, 7, которыми элементы теплозащитного экрана 1, 2 граничат с соседними элементами теплозащитного экрана 1, 2. Те окружные поверхности 6, которыми элементы теплозащитного экрана 1, 2 граничат друг с другом в окружном направлении несущей структуры 3, имеют канавки 8, в которые могут входить в зацепление участки зацепления держателей элементов, чтобы фиксировать элементы теплозащитного экрана 1, 2 в окружном направлении несущей структуры 3.
Держатель элемента 25, как он применяется в настоящем примере выполнения для фиксирования элементов теплозащитного экрана 1, 2, представлен на Фиг.8. Держатель элемента 25 имеет участок зацепления, выполненный в виде пластинки 26 для зацепления с канавкой 8 элемента теплозащитного экрана 1, 2, а также крепежную пластинку 27, с помощью которой держатель элемента 25 может крепиться к несущей структуре 3. Для фиксирования держателей элементов 25 на несущей структуре 3 она имеет проходящие в окружном направлении профильные канавки 9, в которых крепежные пластинки 27 держателей элементов 25 могут фиксироваться к несущей структуре 3, например, с помощью винтов. Соответствующий держатель, а также его крепление в профильной канавке несущей структуры также описаны в EP 0558540, на которую делается ссылка относительно другой формы выполнения, а также крепления держателя элемента.
В канавки 8 элементов 1, 2 вложены, кроме того, уплотнительные элементы 33, например керамические уплотнения, чтобы уплотнить окружные зазоры между двумя элементами теплозащитного экрана, граничащими друг с другом в окружном направлении.
Граничащие друг с другом в осевом направлении А несущей структуры 3 окружные поверхности 7 элементов теплозащитного экрана 1, 2 не имеют никаких канавок. Вместо этого каждый элемент теплозащитного экрана 1, 2 на своих осевых кромках, то есть кромках между обеими окружными поверхностями 7 и холодной стороной 5 элемента теплозащитного экрана, имеет первую и вторую выемки 10, 11. На Фиг.1 можно видеть соответственно только одну выемку обоих элементов теплозащитного экрана.
Первая выемка 10 служит как для базирования части держателя элемента 12, который представлен увеличенно на Фиг.2, так и для базирования части вложенного в держатель элемента 12 и удерживаемого им уплотнительного элемента 13 для уплотнения осевого зазора между элементами теплозащитного экрана 1, 2. Вторая выемка 11 в противоположность этому служит только для базирования части уплотнительного элемента 13. Уплотнительные элементы могут быть выполнены, в частности, в виде предпочтительно керамических шланговых элементов.
Держатель элемента 12, который предпочтительно изготовлен из эластичного материала, например стали, имеет раскрытие скобы 14, а также обращенную от раскрытия скобы 14 перемычку 15 (см. Фиг.2). От перемычки 15 простирается первый участок 16 держателя и второй участок 17 держателя, которые вместе ограничивают раскрытие скобы 14. При этом первый участок 16 держателя и перемычка 15 в основном заключают угол в 90°, в то время как второй участок 17 держателя и перемычка 15 заключают угол, больший чем 90°. На удаленном от перемычки 15 конце второго участка 17 держателя расположены зубчатые, выступающие в направлении к первому участку 16 держателя выступы 18, которые предусмотрены для зацепления с вложенным в держатель 12 уплотнительным элементом 13. Предпочтительно вершины зубчатых выступов 18 являются закругленными, чтобы избежать повреждения уплотнительного элемента 13.
Держатели элементов 12 своим обращенным от раскрытия скобы 14 концом вложены в выполненную в несущей структуре 3 окружную канавку 19 таким образом, что перемычка 15 прилегает ко дну 20 канавки. Второй участок скобы при этом с помощью стенки канавки 21 прижимается в направлении к первому участку 16 держателя, за счет чего держатель 12 удерживается в канавке 19 с предварительной натяжкой. Кроме того, зубчатые выступы 18 при этом входят в зацепление с вложенным в держатель 12 уплотнительным элементом 13 (на Фиг.3 не представлен) так, что он удерживается держателем 12.
Если держатель 12 вставлен в окружную канавку 19, то первый участок 16 держателя выступает над окружной канавкой 19, в то время как второй участок 17 держателя полностью расположен внутри окружной канавки 19. Если элементы теплозащитного экрана 1, 2 в заключение закрепляют на несущей структуре 3, то выступающая над окружной канавкой 19 часть первого участка 16 держателя входит в зацепление в первую выемку 10 элемента теплозащитного экрана 1 (см. Фиг.1) и фиксирует его от смещения в осевом направлении А несущей структуры 3. Держатель 12 поэтому служит одновременно в качестве крепления для уплотнительного элемента 13 и в качестве удерживающего элемента для осевого фиксирования элемента теплозащитного экрана 1. Так как первая выемка 10 должна принимать как первый участок 16 держателя, так и часть уплотнительного элемента 13, она имеет в осевом направлении А несущей структуры большие размеры, чем вторая выемка 11, которая должна принимать только часть уплотнительного элемента.
За счет того что уплотнительный элемент 13 имеет другое расстояние относительно несущей структуры 3, чем вложенные в канавки 8 элементов теплозащитного экрана 1, 2 уплотнительные элементы 33, все уплотнительные элементы могут простираться, не мешая друг другу, до края соответствующего элемента теплозащитного экрана или даже за его пределы. Тем самым могут эффективно уплотняться, в частности, также точки пересечения окружных и осевых зазоров.
Второй пример выполнения для соответствующего изобретению теплозащитного экрана представлен на Фиг.4. Во втором примере выполнения структуры, имеющиеся также в первом примере выполнения, снабжены теми же самыми ссылочными позициями. В отличие от представленного на Фиг.1 уплотнительного элемента 13 первого примера выполнения уплотнительный элемент 22 во втором примере выполнения вставлен в окружную канавку 19 несущей структуры 3 не посредством держателя 12. Вместо этого он наложен на несущую структуру 3. По выбору он может, кроме того, быть прикреплен к несущей структуре 3 посредством подходящих крепежных элементов, например свинчиваемых с несущей структурой 3 или иным образом фиксируемых хомутов. Как в первом примере выполнения, элементы теплозащитного экрана 1, 2 имеют на своих осевых кромках выемки 23 для базирования части уплотнительного элемента 22. В противоположность к первому примеру выполнения выемки 23 на обеих осевых кромках элемента теплозащитного экрана, однако, не отличаются по своим размерам.
Видоизменение этого примера выполнения представлено на Фиг.4a. В отличие от примера выполнения, представленного на Фиг.4, на осевых кромках элементов теплозащитного экрана 1, 2 нет никаких выемок 23 для приема уплотнительного элемента 22. Вместо этого несущая структура в области осевых кромок элементов теплозащитного экрана 1, 2 имеет следующую проходящую в окружном направлении канавку 23a для базирования уплотнительного элемента 22a, уплотняющего зазор между элементами теплозащитного экрана 1, 2.
Так как во втором примере выполнения не имеется никакой скобы, удерживающей уплотнительный элемент 22, элементы теплозащитного экрана 1, 2 фиксированы в окружном направлении несущей структуры 3 посредством входящих в зацепление в канавку 8 держателей элементов. В случае если элементы теплозащитного экрана 1, 2 должны быть фиксированы также в осевом направлении несущей структуры 3, то в видоизменении второго примера выполнения это достигается за счет того, что в канавках 8 элементов теплозащитного экрана 1, 2 предусмотрены перемычки 24, которые образуют упор для входящих в зацепление в канавки 8 пластинок зацепления 26 держателей элементов 25 и препятствуют смещению элемента теплозащитного экрана 1, 2 в осевом направлении А несущей структуры 3 относительно держателя элемента 25 и тем самым также относительно несущей структуры 3 (см. Фиг.5 и Фиг.6). В частности, если по обе стороны перегородок 24 в канавку 8 входят в зацепление пластинки зацепления 26 держателей элементов 25, элемент теплозащитного экрана предохранен от осевого смещения.
В представленном на Фиг.5 и 6 элементе теплозащитного экрана перемычка 24 проходит через все поперечное сечение канавки, за счет чего в распоряжении имеется большая поверхность упора 29 и стабильность элемента теплозащитного экрана 1, 2, в частности его окружной поверхности, повышается. Однако, таким образом, большая перемычка 24 требует согласования формы уплотнительных элементов 33, подлежащих вложению в канавку 8.
Альтернативная форма выполнения перемычки представлена на Фиг.7. В этой форме выполнения перемычка 28 простирается только через малую часть профиля канавки 8, так что остается достаточно места для вложения уплотнительного элемента 33 в канавку 8. Изменение формы уплотнительных элементов 33, подлежащих вложению в канавку 8, в этой форме выполнения не требуется.
Для того чтобы лучше использовать поверхности упора 29, 30, которые предоставляет перемычка 24, 28, является предпочтительным, если на пластинке зацепления 26 держателя элемента 25 производят небольшое изменение. Примеры выполнения для соответствующих держателей элементов представлены на Фиг.9 и 10.
В представленном на Фиг.9 примере выполнения для соответствующего изобретению держателя элемента 25 пластинка зацепления 26 имеет на своем выполненном для введения в канавку 8 конце полукруглый изгиб 31. Посредством этого выполнения в распоряжении имеется больший участок кромки пластинки зацепления 26 для опирания к поверхности упора 29, 30 перемычки 24, 28.
В представленном на Фиг.10 примере выполнения для соответствующего изобретению держателя элемента 25 на боковых поверхностях пластин зацепления 26 расположены поверхностные элементы 32, нормали к плоскости которых при зацеплении пластинки зацепления 26 с канавкой 8 указывают в направлении распространения канавки 8. Так как также нормали к плоскости поверхностей упора 29, 30 указывают в направлении распространения канавки 8, поверхностные элементы 32 образуют противоположные поверхности для плоских упоров к упорным поверхностям 29, 30 перемычек.
По крайней мере, в одном месте перемычки 24, 28 происходит вход в зацепление пластинки зацепления 26 сцепляемого держателя элемента 25 с малым расстоянием относительно упорных поверхностей 29, 30 перемычек 24, 28, чтобы не препятствовать тепловому расширению перемычек. Расстояние при этом является, однако, значительно меньшим, чем ширина осевого зазора между двумя элементами теплозащитного экрана. Если пластинки зацепления 26 входят в зацепление в канавку 8 с малым расстоянием относительно упорных поверхностей 29, 30, элемент теплозащитного экрана 1 хотя и может незначительно сместиться в направлении А несущей структуры, однако отрезок этого возможного осевого смещения элемента теплозащитного экрана 1 является значительно меньшим, чем ширина осевого зазора, так что оно не ухудшает заметно допусков зазоров. Элемент теплозащитного экрана поэтому должен рассматриваться все еще как фиксированный в осевом направлении также тогда, когда пластинки зацепления 26 входят в зацепление в канавку 8 с малым расстоянием относительно упорных поверхностей 29, 30.
Представленные в примерах выполнения элементы теплозащитного экрана, держатели элементов, а также представленная в примерах выполнения несущая структура могут быть реализованы быстро и экономично с точки зрения затрат посредством модификации применяемых до сих пор элементов теплозащитного экрана (введение выемок 10, 11, 23 и/или перемычек 24, 28), держателей элементов (изменения на пластинке зацепления 26) или соответственно применяемой до сих пор несущей структуры (введение окружной канавки 19).
При реализации соответствующего изобретению теплозащитного экрана являются возможными также комбинации фиксированных в осевом направлении элементов теплозащитного экрана с нефиксированными в осевом направлении элементами теплозащитного экрана.
1. Теплозащитный экран на несущей структуре (3), в частности, для применения в камере сгорания газовой турбины или жаровой трубе газовой турбины, с множеством элементов теплозащитного экрана (1, 2), которые выполнены таким образом и расположены на несущей структуре (3) так, что они граничат друг с другом с оставлением зазоров, отличающийся тем, что несущая структура имеет окружное направление и осевое направление (А), причем элементы теплозащитного экрана (1, 2) граничат друг с другом в окружном направлении несущей структуры (3) с оставлением окружного зазора и в осевом направлении несущей структуры (3) с оставлением осевого зазора и что как окружные зазоры, так и осевые зазоры уплотнены с помощью уплотнительных элементов (13, 23, 33), причем уплотнительные элементы (13, 33), уплотняющие соответственно осевые и окружные зазоры, расположены на различных расстояниях относительно несущей структуры (3).
2. Теплозащитный экран по п.1, отличающийся тем, что уплотнительные элементы (13, 33), уплотняющие осевые зазоры, расположены между несущей структурой (3) и элементами теплозащитного экрана (1, 2).
3. Теплозащитный экран по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит множество держателей элементов (12, 25), которые фиксируют элементы теплозащитного экрана (1, 2) на несущей структуре (3) как в окружном направлении, так также и в осевом направлении (А).
4. Теплозащитный экран по п.3, отличающийся тем, что предусмотрены две группы держателей элементов, а именно, первые держатели элементов (25) для фиксирования элементов теплозащитного экрана (1, 2) в окружном направлении несущей структуры (3) и вторые держатели элементов (12) для фиксирования элементов теплозащитного экрана (1, 2) в осевом направлении (А) несущей структуры, причем вторые держатели элементов (12) одновременно выполнены для удерживания уплотнительных элементов (13) в осевых зазорах.
5. Теплозащитный экран по п.4, отличающийся тем, что несущая структура (3) содержит окружные канавки (19), простирающиеся в окружном направлении несущей структуры (3), вторые держатели элементов выполнены в виде скоб, снабженных раскрытием скобы (14) и обращенным от раскрытия скобы (14) участком скобы (15), скобы вставлены обращенным от раскрытая скобы (14) участком скобы (15) в окружную канавку (19) несущей структуры (3) таким образом, что, по крайней мере, часть скобы (12) для ввода в выемку (10) элемента теплозащитного экрана (1) выступает за окружную канавку (19) и служит таким образом в качестве осевого фиксирования элемента теплозащитного экрана (1), и уплотнительные элементы (13) вложены в скобы.
6. Теплозащитный экран по п.5, отличающийся тем, что держатели элементов (12) содержит элементы зацепления (18) для зацепления с уплотнительным элементом (13), вложенным в держатель.
7. Теплозащитный экран по п.3, отличающийся тем, что элементы теплозащитного экрана (1, 2) соответственно имеют обращенную от несущей структуры (3) горячую сторону (4), которая пригодна для воздействия горячей среды, обращенную к несущей структуре (3) холодную сторону (5) и несколько соединяющих горячую сторону (4) с холодной стороной (5) окружных поверхностей (6, 7), причем элемент теплозащитного экрана (1, 2) на двух противоположных сторонах имеет первые окружные поверхности (7), которые соответственно в осевом направлении (А) несущей структуры граничат с оставлением осевого зазора с соответствующей первой окружной поверхностью (7) соседнего элемента теплозащитного экрана (1, 2), в области кромок между холодной стороной (5) и первыми окружными поверхностями (7) имеются выемки (10, 11, 23), которые во взаимодействии с выемкой (10, 11, 23) соответствующей противоположной в осевом направлении окружной поверхности (7) соседнего элемента теплозащитного экрана (1, 2) образуют проходящее в окружном направлении несущей структуры (3) базирование для уплотнительного элемента (22); при этом элемент теплозащитного экрана (1, 2) на двух противоположных сторонах имеет вторые окружные поверхности (6), которые в окружном направлении несущей структуры (3) граничат соответственно со второй окружной поверхностью (6) соседнего элемента теплозащитного экрана (1, 2) с оставлением окружного зазора, держатели элементов (25) входят в зацепление со вторыми окружными поверхностями (6) элементов теплозащитного экрана (1, 2), и вторые окружные поверхности (6) выполнены с перемычками (24, 28), которые предотвращают смещение элемента теплозащитного экрана (1, 2) относительно держателей элементов (25) вдоль вторых окружных поверхностей (6).
8. Теплозащитный экран по п.7, отличающийся тем, что вторые окружные поверхности (6) имеют канавки (8), в которые входят в зацепление пластины зацепления (26) держателей элементов (25) и в которых перемычки (24, 28) расположены таким образом, что они образуют в осевом направлении (А) несущей структуры (3) упор для пластин зацепления (26) держателей элементов (25).
9. Элемент теплозащитного экрана для крепления на несущей структуре (3), в частности, для применения в теплозащитном экране по п.8, с обращаемой от несущей структуры (3) горячей стороной (4), которая является пригодной для того, чтобы подвергаться воздействию горячей среды, обращаемой к несущей структуре (3) холодной стороной (5) и несколькими соединяющими горячую сторону (4) с холодной стороной (5) окружными поверхностями (6), которые предусмотрены для примыкания к окружным поверхностям (6) элементов теплозащитного экрана (1, 2), подлежащих установке рядом друг с другом с оставлением окружного зазора в окружном направлении несущей структуры (3), и содержат канавки (8) для зацепления посредством участков зацепления (26) держателей элементов (25), которые удерживают элемент теплозащитного экрана (1, 2) на несущей структуре (3), отличающийся тем, что в каждой канавке (8) расположена по крайней мере одна перемычка (24, 28), которая образует упор для участков зацепления (26) держателей элементов (25).
10. Элемент теплозащитного экрана по п.9, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна перемычка (28) занимает только часть профиля канавки (8).
11. Элемент теплозащитного экрана по п.9, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна перемычка (24) занимает весь профиль канавки (8).
12. Удерживающий элемент для применения в теплозащитном экране по п.8 с участком зацепления (26), выполненным для входа в зацепление в канавки (8) элементов теплозащитного экрана (1, 2), отличающийся тем, что на участке зацепления (26) расположены поверхностные элементы (32), нормали, к поверхности которых при зацеплении с канавкой (8) проходят в направлении распространения канавки (8).
13. Камера сгорания с теплозащитным экраном по любому из пп.1-8.
14. Жаровая труба с теплозащитным экраном по любому из пп.1-8.
15. Газовая турбина с камерой сгорания по п.13 или с жаровой трубой по п.14.
