Отрезок трубы, в частности жаровая труба с внутренним объемом для направления горячего газа и теплозащитным экраном

 

Использование: в качестве жаровой трубы в установках для сжигания, например в топочных камерах газотурбинных установок. Сущность изобретения: жаровая труба выполнена в виде отрезка, содержащего теплозащитный экран 4 из множества расположенных рядом друг с другом кирпичей 5, причем теплозащитный экран 4 обращен к внутренней области 2 и укреплен с помощью по меньшей мере одной опорной рамы 6, которая выполнена из металла и содержит множество каналов 7 для подачи охлаждающего газа, а также окружающую отрезок трубы 1, закраину 9, каналы 7, каналы которой в основном перекрыты в направлении к внутренней области 2 с оставлением зазора 8. Опорная рама 6, может надежно экранироваться от горячего газа за счет того, что подводимый по каналам 7 и зазору 8 охлаждающий газ образуют поверх опорной рамы 6 пленку охлаждающего газа, причем поток горячего газа ни в коей мере не нарушается. Отрезок трубы особенно пригоден для применения в качестве жаровой трубы в установках для сжигания, например, в топочных камерах газотурбинных установок. 3 з. п. ф. 4 ил.

Изобретение относится к отрезку трубы направления горячего газа в направлении потока и с теплозащитным экраном из множества расположенных рядом друг с другом, в частности жаровой трубы с внутренним объемом для направления горячего газа и теплозащитным экраном, выполненным из расположенных рядом друг с другом кирпичей, размещенных во внутреннем объеме и установленных с помощью по меньшей мере одной опорной рамы, выполненной из металла и снабженной каналами для подачи охлаждающего газа.

Подобная труба, а именно в виде жаровой трубы, для газовой турбины известна из ДЕ-С 2529449.

Подобные отрезки трубы находят многообразное применение в качестве жаровых труб в установках для сжигания, в частности, в газотурбинных установках, В ДЕ-В-1173734 и ДЕ-С-2523449 описаны такие отрезки трубы с теплозащитными экранами, причем теплозащитный экран состоит из множества расположенных рядом друг с другом кирпичей, и кирпичи скреплены на двух противоположных боковых сторонах держателями. Крепления кирпичей в направлении, перпендикулярном направлению скрепления, явно не описаны. Для случая, когда отрезок трубы стоит вертикально или по меньшей мере наклонно, необходимо опирание кирпичей на подходящей опорной раме. Для в основном горизонтально лежащего отрезка трубы теплозащитный экран должен быть на каждом конце закрыт подходящей рамой и снабжен опорой. Соответствующая опорная рама, как правило, изготавливается из металла. Для того, чтобы она могла выдерживать рабочие термические нагрузки в той же степени, что и теплозащитный экран, она должна достаточно охлаждаться.

Для охлаждения опорной рамы она может быть снабжена каналами в форме отверстий или тому подобного, через которые должен протекать охлаждающий газ (в случае жаровой трубы, как правило, часть воздуха, поставляемого для сжигания). Соответственные предложения можно извлечь, например, из ДЕ-С-2523449. Проблематичным при этом является то обстоятельство, что охлаждающий воздух втекает во внутреннюю область отрезка трубы в виде отдельных струй. Следствием этого является возникновение турбулентностей в потоке горячего газа, в результате чего горячий газ может завихряться на обращенной к внутренней области поверхности опорной рамы и повреждать ее.

В JH-A 59-41716, сравни Patent Abstracts of Japan том 8, Nr. 146(М-307) (1583), описана жаровая труба со стенкой, которая состоит из приблизительно конических, с оставлением зазоров для прохождения охлаждающего газа, вставленных друг в друга керамических сегментов.

В соответствии с этим задачей изобретения является создание усиленного теплозащитным экраном отрезка трубы с по меньшей мере одной опорной рамой для теплозащитного экрана, который может охлаждаться эффективно и по возможности экономично, причем исключается отрицательное воздействие потока горячего газа в отрезке трубы и связанная с этим опасность возникновения на опорной раме элементарных струек горячего газа.

Согласно изобретению создан отрезок трубы, в частности жаровой трубы с внутренним объемом для направления горячего газа к теплозащитным экранам выполненным из расположенных рядом друг с другом кирпичей, размещенных во внутреннем объеме и установленных с помощью по меньшей мере одной опорной рамы, выполненной из металла и снабженной каналами для подачи охлажденного газа, причем опорная рама содержит окружающую отрезок трубы с образованием зазора закраину, размещенную перед каналами для подачи охлажденного газа во внутреннем объеме.

Согласно изобретению отрезок трубы содержит опорную раму с окружающим зазором, в котором собираются протекающие по каналам количества охлажденного газа, причем возникает равномерный медленный поток, который в конце концов поступает во внутреннюю область, направляющую горячий газ. Этот медленный поток способен создать равномерную охлаждающую пленку на опорной раме, которая надежно экранирует опорную раму, однако не оказывает отрицательного влияния на горячий поток газа и не вызывает никаких турбулентностей. За счет того, что направляемые по каналам потоки охлаждающей текучей среды перед поступлением во внутреннюю область попадают на закраину, они тормозятся и могут сливаться вместе с образованием равномерной пленки охлаждающей текущей среды. Достигается также эффективное струйное охлаждение подверженных высоким термическим нагрузкам областей опорной рамы. Предпочтительно закраина расположена параллельно поверхности опорной рамы.

Для достижения особенно хорошего объединения вытекающих из каналов струй охлаждающего газа, опорная рама снабжена охватывающей отрезок трубы сборной камерой или системой нескольких сборных камер, в которые впадают каналы и из которых охлаждающий газ направляется через зазор во внутреннюю область, причем опорная рама содержит дополнительную кромку, образующую с упомянутой закраиной сборную камеру. В сборной камере потоки охлаждающего газа могут тормозиться так, что по всему периметру отрезка трубы может образоваться особенно равномерная пленка. При этом дополнительная кромка и закраина размещены между собой с образованием выходного канала. Без ущерба для других выполнений является особенно предпочтительным направлять зазор приблизительно параллельно к направлению потока. Таким образом возникает поток охлаждающего газа, который в значительной степени лежит параллельно или антипараллельно к направлению потока и имеет возможно малые составляющие скорости в направлении, перпендикулярном к направлению потока. Кроме того, эффективно охлаждается подверженная наибольшей термической нагрузке область отрезка трубы, а именно область, обращенная непосредственно к внутренней области. За счет выполнения подверженной наибольшей термической нагрузке области в виде тонкой закраины достигается эффективное струйное охлаждение потоками охлаждающего газа из каналов.

Наряду с другими возможными выполнениями изобретения зазор в опорной раме выгодным образом расположен таким образом, что он впадает во внутреннюю область вблизи приточного конца опорной рамы. Таким образом может быть достигнута пленка охлаждающего газа, которая в основном покрывает всю опорную раму и тем самым экранирует ее от горячего газа.

В рамках особенно выгодной реализации изобретения отрезок трубы является примерно прямым относительно оси, параллельной к направлению потока. В дальнейшем развитии этого выполнения отрезок трубы является осесимметричным относительно оси, и частности, цилиндрическим, таким образом достигается особенно простое и благоприятное с точки зрения расходов выполнение изобретения.

Предпочтительное применение отрезков трубы согласно изобретению находит в качестве жаровой трубы газотурбинной установки. Отрезок трубы выдерживает только очень высокие термические нагрузки и требует дополнительно очень незначительного охлаждения так, что для расчета газотурбинной установки предлагается большая свобода выполнения.

Дальнейшее пояснение изобретения производится на основе представленных на чертеже примеров выполнения.

На фигурах, в частности показано: Фиг. 1 отрезок трубы с теплозащитным экраном и опорной рамой согласно изобретению.

Фиг. 3 и 2, например выполнения опорной рамы согласно изобретению.

Фиг. 4 особенно выгодное выполнение согласно изобретению отрезка трубы с керамическим теплозащитным экраном и опорной рамой.

Фиг. 1 показывает прямой отрезок трубы 1, через область 2 которой должен направляться в представленном стрелкой направлении потока горячий газ. Отрезок трубы 1 облицован теплозащитным экраном 4, который состоит из расположенных рядом друг с другом и друг над другом кирпичей 5. Эти кирпичи 5 закреплены в отрезке трубы 1 с помощью соответствующих средств крепления. От представления средств крепления, вид и монтаж которых следует из уровня техники, из соображений наглядности отказались. На своем нижнем конце отрезок трубы 1 содержит опорную раму 6, на которую опираются кирпичи 5. Эта опорная рама 6 в настоящем примере приформована непосредственно к отрезку трубы 1. Она может, конечно, в зависимости от требований, изготавливаться отдельно и позднее соединяться подходящим образом с остальным отрезком трубы 1.

Опорная рама 6 состоит из металла, как и остальной отрезок трубы, и поэтому является менее термостойкой, чем собственно теплозащитный экран 4. Соответственно опорная рама 6 получает особое охлаждение. По внешнему периметру опорной рамы 6 выполнены каналы 7, через которые во внутреннюю область 2 отрезка трубы 1 может направляться охлаждающая текущая среда, а именно, охлаждающий воздух. В соответствии с изобретением каналы 7 однако впадают не непосредственно во внутреннюю область 2, а впадают внутри опорной рамы 6 в окружающий отрезок трубы 1 зазор 8, который в конце концов открыт в направлении внутренней области 2 отрезка трубы 1 и образован закраиной 9, окружающей отрезок трубы 1. В этом зазоре 8 выступающие из каналов 7 потоки охлаждающего воздуха сливаются вместе для образования медленной и равномерной пленки охлаждающего воздуха, которая, выступая из зазора 8, лежит на опорной раме 6 защищая ее и обеспечивает надежное термическое экранирование. В направлении внутренней области 2 отрезка трубы 1 каналы 7 в основном перекрыты закраиной 9 опорной рамы 6. Направляемые по каналам 7 потоки охлаждающего воздуха попадают на эту закраину 9 и обуславливают таким образом дополнительное струйное охлаждение той области опорной рамы 6, которая непосредственно обращена к горячему газу во внутренней области 2.

Дальнейшее выполнение опорной рамы 6 в смысле изобретения представлено на фиг. 2 и 3. Для простоты делается ссылка на обе фигуры одновременно. Для опоры кирпичей 5 опять таки предусмотрена опорная рама 6, охлаждаемая за счет того, что охлаждающий воздух по каналам 7 направляют в окружающий отрезок трубы 1, зазор 8 и оттуда во внутреннюю область 2. Для того, чтобы в значительной степени избежать появление турбулентной в направляемом через внутреннюю область 2 горячем газовом потоке, зазор 8 открывается не в направлении, перпендикулярном к направлению потока 3, а параллельно к нему. За счет этого можно достичь дальнейшего замедления пленки охлаждающего воздуха, кроме того, улучшается ее прилегание к охлаждаемой структуре, а именно к закраине 9. В примере согласно фиг. 2 горячий газовый поток направлялся бы вначале на опорную раму 6, и только потом вдоль кирпичей 5. Соответственно зазор 8 открывается во внутреннюю область 2 вблизи приточного конца 11 опорной рамы 6 так, чтобы выступающая из зазора 8 пленка охлаждающего воздуха могла по возможности полностью лежать между опорной рамой 6 и горячим газовым потоком.

Дальнейшее выполнение изобретения представлено на фиг. 4. Опорная рама 6 представлена там в виде самостоятельной детали, которую прифланцовывают к остальным деталям отрезка трубы 1. Охлаждение опорной рамы 6 происходит охлаждающим воздухом, направленным по каналам 7 и зазору 8 во внутреннюю область 2, предпочтительным образом зазор 8 снова открывается во внутреннюю область 2 вблизи приточного конца 11 опорной рамы 6 так, что достигается покрывающая всю опорную раму 6, текущая в направлении потока 3 пленка охлаждающего воздуха. В качестве отличительного признака опорная рама 6 содержит между каналами 7 и зазором 8 окружающую отрезок трубы 1 сборную камеру 10, в которую втекает охлаждающий воздух из каналов 7 до того, как он выпускается из зазора 8 во внутреннюю область 2. Сборная камера 10 служит для дальнейшего выравнивания покидающего зазор 8 потока охлаждающей текущей среды. Она конечно может быть выполнена и из нескольких частей. Зазор 8 образован между приточным концом 11 и закраиной 9. Последняя получает эффективное струйное охлаждение охлаждающей текущей средой, протекающей по каналам 7. Закраина 9 может в представленном случае не обязательно выполняться в виде одной детали с опорной рамой 6, а должна соединяться как самостоятельная конструктивная деталь с опорной рамой 6. Это хотя и представляет собой известный недостаток с точки зрения технологичности, однако позволяет дифференцированно выбрать материал для опорной рамы 6. Содержащая каналы 7 часть опорной рамы 6 может выполняться из дешевого и легкого обрабатываемого материала, например, ферритовой стали, в то время как для закраины 9 может применяться выдерживающий особенно высокие нагрузки материал, например, сплав никеля. Вызывающий вначале опасения недостаток удорожания может таким образом при известных обстоятельствах быть устранен.

Усиленный теплозащитным экраном отрезок трубы согласно изобретению выдерживает особенно высокие термические нагрузки и позволяет в значительной степени бесперебойное направление потока горячего газа. Он особенно пригоден для применения в установках для сжигания, например, в топочных камерах газотурбинных установок.

Формула изобретения

Отрезок трубы, в частности жаровая труба с внутренним объемом для направления горячего газа и теплозащитным экраном, выполненным из расположенных рядом друг с другом кирпичей, размещенных во внутреннем объеме и установленных с помощью по меньшей мере одной опорной рамы, выполненной из металла и снабженной каналами для подачи охлаждающего газа, отличающийся тем, что опорная рама содержит окружающую отрезок трубы с образованием зазора закраину, размещенную перед каналами для подачи охлажденного газа во внутреннем объеме.

2. Отрезок трубы по п.1, отличающийся тем, что закраина размещена параллельно поверхности опорной рамы.

3. Отрезок трубы по п.1 или 2, отличающийся тем, что опорная рама содержит дополнительную кромку, образующую с закраиной сборную камеру.

4. Отрезок трубы по одному из пп.1 3, отличающийся тем, что дополнительная кромка и закраина размещены между собой с образованием выходного канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4