專(zhuān)利名稱(chēng):用在引導(dǎo)熱氣的組件,尤其是一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室上的熱屏蔽配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用在引導(dǎo)熱氣的組件上的熱屏蔽配置,這種熱屏蔽配置包括復(fù)數(shù)個(gè)熱屏蔽元件,這些熱屏蔽元件被并排安置在一個(gè)支承結(jié)構(gòu)上,同時(shí)彼此間留有一個(gè)間隙,其中,熱屏蔽元件可以安裝在支承結(jié)構(gòu)上,借此構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部空間,該內(nèi)部空間以一個(gè)需要冷卻的熱氣壁為界分為不同區(qū)域,并帶有一個(gè)能使冷卻劑流入內(nèi)部空間的進(jìn)入通道。此外,本發(fā)明還涉及一種具有一層內(nèi)襯和一個(gè)所述熱屏蔽配置的燃燒室和一種具有一個(gè)所述燃燒室的燃?xì)廨啓C(jī)。
背景技術(shù):
由于熱氣通道或其他存在熱氣的空間內(nèi)的溫度非常高,因此有必要使熱氣通道的內(nèi)壁具有盡可能好的耐熱性。在此適合使用耐高溫的材料,例如陶瓷。陶瓷材料的不足之處一方面在于其極度的易碎性,另一方面在于其導(dǎo)熱性能不佳。以鐵、鉻、鎳或鈷為原料的耐高溫金屬合金可以作為陶瓷材料的替代品用于制作隔熱屏。但是由于耐高溫金屬合金的工作溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于陶瓷材料的最高工作溫度,因此有必要對(duì)熱氣通道內(nèi)的金屬隔熱屏進(jìn)行冷卻。
EP 0 224 817 B1說(shuō)明了一種主要用在燃?xì)廨啓C(jī)裝置結(jié)構(gòu)零件上的熱屏蔽配置。這種熱屏蔽配置起到的作用是保護(hù)支承結(jié)構(gòu)不受載熱流體的影響,特別用來(lái)保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)裝置中的熱氣通道壁。這種熱屏蔽配置具有一個(gè)由耐熱材料制成的內(nèi)襯,一般由固定在支承結(jié)構(gòu)上的熱屏蔽元件構(gòu)成。這些熱屏蔽元件并排排列,彼此間留有可以使冷卻流體流過(guò)的間隙,并具有熱流動(dòng)性。這些按蘑菇形狀設(shè)計(jì)的熱屏蔽元件都分別具有一個(gè)菌蓋部分和一個(gè)菌柄部分。菌蓋部分是一個(gè)平面或三維的多邊形平面元件,具有或直或彎的邊界線(xiàn)。菌柄部分將平面元件的中心區(qū)域和支承結(jié)構(gòu)連接在一起。菌蓋部分優(yōu)選地為三角形,這樣,通過(guò)使用復(fù)數(shù)個(gè)相同的菌蓋部分就可以形成一個(gè)幾乎具有任意幾何形狀的內(nèi)襯。這些菌蓋部分以及其他有可能存在的熱屏蔽元件組成部分由一種耐高溫的材料(主要是鋼)制成。支承結(jié)構(gòu)上有鉆孔,冷卻流體(主要是空氣)可以通過(guò)這些鉆孔流入菌蓋部分和支承結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)中間空隙內(nèi),接著再通過(guò)可以使冷卻流體流過(guò)的間隙流入一個(gè)被熱屏蔽元件圍繞的空間區(qū)域,例如一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃燒室內(nèi)。通過(guò)這種形式的冷卻流體流動(dòng)可以減少進(jìn)入中間空隙的熱氣量。
US-5,216,886說(shuō)明了一種用在燃燒室上的金屬內(nèi)襯。這種內(nèi)襯由復(fù)數(shù)個(gè)并排排列的立方形空心元件(單元格)構(gòu)成,它們焊接在一個(gè)公用金屬片上。在該公用金屬片上有一個(gè)分配給每一個(gè)立方形單元格的、可以使冷卻流體流入的開(kāi)口。這些立方形單元格并排排列,彼此間留有一個(gè)間隙。在公用金屬片附近的每個(gè)側(cè)壁上分別有一個(gè)可以排出冷卻流體的開(kāi)口。這樣,冷卻流體到達(dá)相鄰立方形單元格之間的間隙后,穿過(guò)這些間隙,在單元格的一個(gè)可以經(jīng)受熱氣侵蝕的、與金屬片平行的表面上形成一層冷卻膜。US-5,216,886在說(shuō)明一種壁結(jié)構(gòu)的類(lèi)型時(shí)涉及到一種開(kāi)放式冷卻系統(tǒng),在這種冷卻系統(tǒng)中,冷卻空氣通過(guò)一種壁結(jié)構(gòu)穿過(guò)單元格進(jìn)入燃燒室的內(nèi)部。這部分冷卻空氣由此而失去了進(jìn)一步冷卻的功能。
DE 35 42 532 A1說(shuō)明了一種主要用在燃?xì)廨啓C(jī)裝置上、帶有冷卻流體通道的壁。這種壁優(yōu)選地安置在燃?xì)廨啓C(jī)裝置的一個(gè)熱空間和一個(gè)冷卻流體空間之間。它由單個(gè)的壁元件并合而成,其中,每個(gè)壁元件都是一個(gè)由耐高溫材料制成的板形體。每個(gè)板形體的基面上分布著互相平行的冷卻通道,這些冷卻通道的一端與冷卻流體空間連通,另一端與熱空間連通。流入熱空間、穿過(guò)冷卻流體通道的冷卻流體在壁元件朝著熱空間的表面上和/或在相鄰壁元件的表面上形成一層冷卻流體膜。
GB-A-849255顯示了一種用于冷卻一種燃燒室壁的冷卻系統(tǒng)。這種燃燒室壁由壁元件構(gòu)成。每個(gè)壁元件都具有一個(gè)熱氣壁,這個(gè)熱氣壁具有一個(gè)可以承受熱氣的外側(cè)面和一個(gè)內(nèi)側(cè)面。此外還安置了一些垂直于內(nèi)側(cè)面的噴管。冷卻流體以一股集中流的形式從這些噴管中出來(lái),沖擊到內(nèi)側(cè)面上。由此可以冷卻熱氣壁。冷卻流體聚集在一個(gè)集流室中,然后再?gòu)募魇抑信抛摺?br>
綜上所述,所有這些主要用在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室上的熱屏蔽配置都遵循這樣一個(gè)原理,即,將壓縮機(jī)空氣既當(dāng)作燃燒室及其內(nèi)襯上的冷卻介質(zhì),又當(dāng)做密封用的空氣。冷卻和密封用的空氣進(jìn)入燃燒室,但不參加燃燒。這部分冷空氣和熱氣混合在一起,使得燃燒室出口處的溫度下降。隨之降低的是燃?xì)廨啓C(jī)的功率和熱力學(xué)過(guò)程的效率。作為一定程度的補(bǔ)償性措施可以將火焰溫度調(diào)高。但這樣又會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)材料問(wèn)題,必須考慮使用具有更高放射值的材料。上述熱屏蔽配置的另一個(gè)缺點(diǎn)是,由于進(jìn)入燃燒室的冷卻流體的流量并不顯著,因此在向燃燒器輸入空氣時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力耗損。
已知有帶有密閉的冷卻流體控制的復(fù)雜系統(tǒng)可以避免冷卻劑被吹進(jìn)燃燒室。在這種造價(jià)昂貴的系統(tǒng)中,冷卻流體在一個(gè)帶有供給系統(tǒng)和回流系統(tǒng)的閉合回路中流動(dòng)。這種帶有密閉的冷卻流體控制的封閉式冷卻方式在(例如)WO 98/13645 A1,EP 0 928 396 B1和EP 1 005 620 B1中有相關(guān)說(shuō)明。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以用冷卻劑進(jìn)行冷卻的熱屏蔽配置,在對(duì)這種熱屏蔽配置進(jìn)行冷卻時(shí),只會(huì)出現(xiàn)少量的冷卻流體損耗。這種熱屏蔽配置可以用在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室上。
根據(jù)本發(fā)明,這個(gè)目的通過(guò)一種用在引導(dǎo)熱氣的組件上的熱屏蔽配置而達(dá)成。這種熱屏蔽配置包括復(fù)數(shù)個(gè)熱屏蔽元件,這些熱屏蔽元件被并排安置在一個(gè)支承結(jié)構(gòu)上,同時(shí)彼此間留有一個(gè)間隙,其中,熱屏蔽元件可以安裝在支承結(jié)構(gòu)上,借此構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部空間,該內(nèi)部空間以一個(gè)需要冷卻的熱氣壁為界分為不同區(qū)域,并帶有一個(gè)能使冷卻劑流入內(nèi)部空間的進(jìn)入通道,其中,設(shè)置一個(gè)從內(nèi)部空間通向間隙的冷卻劑排出通道,就可以可控制地從內(nèi)部空間中排出冷卻劑。
本發(fā)明基于這樣一種考慮,即,由于熱氣通道或其他存在熱氣的空間(例如固定式燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室)內(nèi)的火焰溫度非常高,所以必須對(duì)引導(dǎo)熱氣的組件進(jìn)行有效冷卻。在此可以使用各種不同的冷卻工藝或?qū)Ω鞣N冷卻工藝進(jìn)行組合使用。其中,最常用的冷卻方式是對(duì)流冷卻、通過(guò)渦流加強(qiáng)對(duì)流冷卻效果的措施和沖擊冷卻。由于要盡力減少接受開(kāi)放式冷卻的系統(tǒng)——例如接受開(kāi)放式冷卻的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室——的有害物質(zhì)排放量,所以節(jié)約冷卻空氣是達(dá)到這些目的——這里指進(jìn)一步減少NOx的排放量——的一個(gè)特別重要的因素。因此,開(kāi)放式冷卻方式的目的是減少所需的冷卻空氣流量。在上文所述的傳統(tǒng)開(kāi)放式冷卻方式中,冷卻空氣在順利完成冷卻目的后會(huì)從相鄰熱屏蔽元件之間的間隙中逸出,然后進(jìn)入燃燒室。通過(guò)排出冷卻空氣可以防止熱氣侵入間隙,從而達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的目的。然而,如果不對(duì)冷卻空氣的排放加以控制的話(huà),實(shí)際用于阻隔間隙的冷卻空氣量會(huì)大于達(dá)到冷卻目的而所需的冷卻空氣量。這種超劑量使用會(huì)導(dǎo)致冷卻空氣的消耗過(guò)高,從而給設(shè)備的整體效率和產(chǎn)生熱氣的燃燒系統(tǒng)的有害物質(zhì)排放帶來(lái)不利后果。
以這樣一種認(rèn)識(shí)為出發(fā)點(diǎn),本發(fā)明的熱屏蔽配置在完成需要冷卻的熱氣壁的冷卻任務(wù)后,為一個(gè)開(kāi)放式冷卻系統(tǒng)提出了一種目的明確、有所控制地排出冷卻劑的方案。這種熱屏蔽配置特別容易實(shí)現(xiàn),而且與可以使冷卻劑進(jìn)行回流的封閉式冷卻方式相比造價(jià)也有顯著降低。與傳統(tǒng)的冷卻方式相比,通過(guò)使冷卻劑有所控制地排入間隙,不僅可以節(jié)約冷卻劑,例如冷卻空氣,同時(shí)還可以顯著降低有害物質(zhì),尤其是NOx的排放。這一點(diǎn)可以通過(guò)下述方法達(dá)到,即,設(shè)置一個(gè)從內(nèi)部空間通向間隙的冷卻劑排出通道,從而可控制地從內(nèi)部空間中排出冷卻劑到間隙中。
這種方法的有利之處是,通過(guò)在間隙內(nèi)目的明確地輸入一定量的冷卻劑可以使冷卻劑達(dá)到特別高的冷卻效率和阻隔作用,從而有效防止熱氣侵入間隙,擴(kuò)散到支承結(jié)構(gòu)上。其中,通過(guò)簡(jiǎn)單地確定冷卻劑排出通道的相應(yīng)尺寸,例如通道橫截面大小和通道長(zhǎng)度,就可以控制冷卻劑從內(nèi)部空間的排出。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,熱屏蔽元件具有一個(gè)與熱氣壁相對(duì)、朝支承結(jié)構(gòu)方向傾斜的側(cè)壁。因此,熱屏蔽元件從其基本幾何圖形上來(lái)看是一個(gè)單壁空心體,它可以安裝在支承結(jié)構(gòu)上,構(gòu)成所述內(nèi)部空間。該內(nèi)部空間只在其中一個(gè)方向上以支承結(jié)構(gòu)為界,在其他方向上以熱屏蔽元件本身為界。
在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中,冷卻劑排出通道穿過(guò)側(cè)壁。冷卻劑排出通道可以簡(jiǎn)單地實(shí)施為穿過(guò)側(cè)壁的鉆孔,其中,內(nèi)部空間與由間隙構(gòu)成的間隙空間相連。這樣,由于內(nèi)部空間和由間隙所界定的間隙空間之間存在壓差,就能夠可控制地將冷卻劑從內(nèi)部空間排入冷卻劑排出通道。
優(yōu)選地在側(cè)壁和支承結(jié)構(gòu)之間安裝一個(gè)密封元件可以避免剩余的冷卻劑從內(nèi)部空間中泄漏出去。由于側(cè)壁朝支承結(jié)構(gòu)方向傾斜,當(dāng)熱屏蔽元件可拆卸地固定在支承結(jié)構(gòu)上時(shí),出于熱機(jī)械原因會(huì)形成一個(gè)間隙,該間隙可能導(dǎo)致冷卻劑出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的泄漏。因此有利的做法是,通過(guò)合適的密封措施將每個(gè)會(huì)導(dǎo)致冷卻劑不受控制地從內(nèi)部空間中泄漏出去的間隙密封起來(lái)。由此,熱屏蔽元件和支承結(jié)構(gòu)之間形成了一種緊密連接。其中,側(cè)壁和支承結(jié)構(gòu)之間的密封元件是一種特別簡(jiǎn)單有效的、可以進(jìn)一步減少冷卻劑消耗的措施。此外,根據(jù)該實(shí)施方式,該密封元件還具有阻尼作用,這樣,熱屏蔽配置的熱屏蔽元件就可以在機(jī)械上受阻尼地安裝在支承結(jié)構(gòu)上。
熱屏蔽元件的內(nèi)部空間優(yōu)選地配有一個(gè)沖擊冷卻裝置,這樣就可以通過(guò)沖擊冷卻方式對(duì)熱氣壁進(jìn)行冷卻。沖擊冷卻是一種對(duì)于冷卻熱屏蔽配置特別有效的冷卻方式,其中,冷卻劑以復(fù)數(shù)個(gè)離散冷卻劑束的形式從垂直于熱氣壁的方向上沖擊到熱氣壁上,并相應(yīng)地從內(nèi)部空間對(duì)熱氣壁進(jìn)行有效冷卻。
所述沖擊冷卻裝置優(yōu)選地由復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)合在支承結(jié)構(gòu)中的冷卻劑進(jìn)入通道構(gòu)成。通過(guò)安置相應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)通向熱屏蔽元件內(nèi)部空間的進(jìn)入通道就已經(jīng)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)了一種沖擊冷卻裝置。支承結(jié)構(gòu)除了具有支承熱屏蔽配置的作用外,同時(shí)還有通過(guò)結(jié)合在支承結(jié)構(gòu)中的復(fù)數(shù)個(gè)冷卻劑進(jìn)入通道分配冷卻劑的作用。其中,這些進(jìn)入通道可以實(shí)施為支承結(jié)構(gòu)的壁中的鉆孔。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,熱屏蔽元件由一種金屬或金屬合金制成。在此以鐵、鉻、鎳或鈷為原料的耐高溫金屬合金特別適用于此目的。由于金屬或金屬合金適用于澆鑄過(guò)程,因此,熱屏蔽元件優(yōu)選地實(shí)施為一個(gè)鑄件。
在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述熱屏蔽配置適合用作燃燒室的燃燒室內(nèi)襯。優(yōu)選情況下,這樣一種配有一個(gè)熱屏蔽配置的燃燒室適合用作燃?xì)廨啓C(jī),特別是固定式燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室。
根據(jù)上述有關(guān)熱屏蔽配置的實(shí)施方案,可以得出所述燃?xì)廨啓C(jī)和所述燃燒室的優(yōu)點(diǎn)。
下面借助附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明,其中圖1是一種燃?xì)廨啓C(jī)的半剖視圖;圖2是一種根據(jù)本發(fā)明的熱屏蔽配置的剖視圖;圖3是圖2所示熱屏蔽配置的細(xì)節(jié)部分III的詳圖;以及圖4是圖3所示熱屏蔽配置的一種替代實(shí)施方案。
相同的參考符號(hào)在各附圖中具有相同的含義。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的燃?xì)廨啓C(jī)1具有一個(gè)用于生成燃燒用空氣的壓縮機(jī)2、一個(gè)燃燒室4和一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)2和一個(gè)發(fā)電機(jī)或一個(gè)做功機(jī)器(圖中未顯示)的渦輪6。其中,渦輪6和壓縮機(jī)2安置在一個(gè)又稱(chēng)為渦輪轉(zhuǎn)子的公用渦輪軸8上,發(fā)電機(jī)或做功機(jī)器也和這個(gè)渦輪軸8相連,該渦輪軸8可以繞其中心軸9旋轉(zhuǎn)。按環(huán)形燃燒室方式配置的燃燒室4配備了一定數(shù)目、用于燃燒液態(tài)或氣態(tài)燃料的燃燒器10。
渦輪6具有一定數(shù)目、和渦輪軸8相連的可旋轉(zhuǎn)工作葉片12。工作葉片12呈環(huán)狀地安置在渦輪軸8上,從而組成了一定數(shù)目的工作葉片列。此外,渦輪6還包括一定數(shù)目的固定導(dǎo)向葉片14,這些導(dǎo)向葉片同樣呈環(huán)狀地固定在渦輪6的一個(gè)內(nèi)殼16上,組成了導(dǎo)向葉片列。其中,工作葉片12的作用是通過(guò)對(duì)流過(guò)渦輪6的熱介質(zhì)、工作介質(zhì)或熱氣M進(jìn)行脈沖傳輸來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪軸;而導(dǎo)向葉片14的作用是引導(dǎo)工作介質(zhì)M從兩個(gè)(從工作介質(zhì)M的流動(dòng)方向上來(lái)看)連續(xù)的工作葉片列或工作葉片環(huán)之間流過(guò)。一對(duì)連續(xù)的導(dǎo)向葉片環(huán)14或一對(duì)連續(xù)的導(dǎo)向葉片3和一對(duì)連續(xù)的工作葉片環(huán)12或一對(duì)連續(xù)的工作葉片列又稱(chēng)為渦輪級(jí)。
每個(gè)導(dǎo)向葉片14都具有一個(gè)又稱(chēng)為葉根的平板18,這個(gè)用來(lái)固定導(dǎo)向葉片14的平板18作為壁元件安置在渦輪6的內(nèi)殼16上。在此,平板18是一個(gè)承受較高熱負(fù)荷的零件,它構(gòu)成了一個(gè)熱氣通道的外部界限,這個(gè)熱氣通道用于輸送流過(guò)渦輪6的工作介質(zhì)M。每個(gè)工作葉片12以類(lèi)似的方式通過(guò)一個(gè)同樣也稱(chēng)為葉根的平板20固定在渦輪軸8上。
渦輪6的內(nèi)殼16上、在兩個(gè)相鄰的導(dǎo)向葉片14的平板18之間安置了一個(gè)導(dǎo)環(huán)21,這兩個(gè)平板彼此隔開(kāi)一定距離。其中,每個(gè)導(dǎo)環(huán)21的外表面同樣受到流過(guò)渦輪6的熱工作介質(zhì)M的影響,并在徑向上和與其相對(duì)的工作葉片12的外端22之間隔著一個(gè)間隙。這些安置在相鄰導(dǎo)向葉片列之間的導(dǎo)環(huán)21主要起到的是防護(hù)元件的作用,可以防止內(nèi)壁16或外殼的其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)零件發(fā)生由流過(guò)渦輪6的熱工作介質(zhì)M,即熱氣,引起的熱過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象。
燃燒室4以一個(gè)燃燒室外殼29為界,其中,燃燒室側(cè)面有一個(gè)燃燒室壁24。在本實(shí)施例中,燃燒室4被配置為一種所謂的環(huán)形燃燒室,它具有復(fù)數(shù)個(gè)在切線(xiàn)方向上圍繞渦輪軸8安置的燃燒器10,這些燃燒器通向一個(gè)共同的燃燒室空間。為此,燃燒室4就其整體而言具有一種環(huán)形結(jié)構(gòu),圍繞渦輪軸8安置。
為了達(dá)到較高的效率,燃燒室設(shè)計(jì)能承受較高溫度,即約1200℃至1500℃之間的工作介質(zhì)M。為了即使在存在諸如此類(lèi)不利于材料的工作參數(shù)的情況下也能實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的持續(xù)工作時(shí)間,燃燒室壁24朝向工作介質(zhì)M的一側(cè)上配備了一個(gè)熱屏蔽配置26,這個(gè)熱屏蔽配置構(gòu)成了一個(gè)燃燒室內(nèi)襯。此外,由于燃燒室4內(nèi)部的溫度很高,所以還為熱屏蔽配置26配備了一個(gè)冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)利用的是沖擊冷卻原理,即,冷卻空氣作為冷卻劑K在足夠高的壓力下在復(fù)數(shù)個(gè)位置上從垂直于需要冷卻的零件表面的方向吹向需要冷卻的零件。該冷卻系統(tǒng)也可以使用對(duì)流冷卻原理或同時(shí)使用這兩種冷卻原理。
這種冷卻系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單,可以實(shí)現(xiàn)在熱屏蔽配置表面大面積有效加載冷卻劑K,此外冷卻劑消耗也特別低。
下面根據(jù)圖2所示的一種熱屏蔽配置26對(duì)本發(fā)明的冷卻方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明,其中,這種熱屏蔽配置特別適合用作燃?xì)廨啓C(jī)1的燃燒室4的耐熱內(nèi)襯。所述熱屏蔽配置26包括復(fù)數(shù)個(gè)彼此間留有一個(gè)間隙45、同時(shí)又被并排安置在一個(gè)支承結(jié)構(gòu)31上的熱屏蔽元件26A、26B。熱屏蔽元件26A、26B具有一個(gè)需要冷卻的熱氣壁39,這個(gè)熱氣壁39具有一個(gè)朝向熱氣M、工作時(shí)承載熱氣M的熱側(cè)面35和一個(gè)與該熱側(cè)面35相對(duì)的冷側(cè)面33。
為了達(dá)到冷卻目的,通過(guò)一種冷卻劑K,例如冷卻空氣,從冷側(cè)面33對(duì)熱屏蔽元件26A、26B進(jìn)行冷卻,其中,通過(guò)合適的進(jìn)入通道41、41A、41B、41C向內(nèi)部空間37進(jìn)給冷卻空氣,該內(nèi)部空間37是在熱屏蔽元件26A、26B和支承結(jié)構(gòu)31之間形成,,再使冷卻空氣垂直流向各個(gè)熱屏蔽元件26A、26B的冷側(cè)面33。這里利用的是開(kāi)放式冷卻原理。完成對(duì)熱屏蔽元件26A、26B的冷卻后這些至少部分變熱的空氣會(huì)和熱氣M混合。為了能夠控制冷卻劑K從內(nèi)部空間37排出并準(zhǔn)確測(cè)定,設(shè)置了一個(gè)從內(nèi)部空間37通向間隙45的冷卻劑排出通道43。通過(guò)這種方法就可以向間隙45進(jìn)給一個(gè)精確預(yù)置的冷卻劑K流量。分別分配給各個(gè)熱屏蔽元件26A、26B的內(nèi)部空間37的復(fù)數(shù)個(gè)進(jìn)入通道41、41A、41B、41C構(gòu)成了一個(gè)沖擊冷卻裝置53,從而可以通過(guò)沖擊冷卻方式對(duì)熱氣壁39進(jìn)行特別有效的冷卻。冷卻劑K的進(jìn)入通道41、41A、41B、41C通過(guò)相應(yīng)的鉆孔結(jié)合在支承結(jié)構(gòu)的壁47中。其中,進(jìn)入通道41、41A、41B、41C以這樣一種方式通向內(nèi)部空間37,使得可以向熱氣壁39垂直加載冷卻劑。對(duì)熱氣壁39進(jìn)行沖擊冷卻后,冷卻劑K以可控制的方式流出內(nèi)部空間37,通過(guò)具有相應(yīng)尺寸的冷卻劑排出通道43進(jìn)入間隙45,由此而起到一種阻隔熱氣M的作用。這種阻隔作用可以保護(hù)關(guān)鍵零部件,例如支承結(jié)構(gòu)31。
圖3顯示的是圖2所示熱屏蔽配置的細(xì)節(jié)部分III放大后的圖示。熱屏蔽元件26A具有一個(gè)與熱氣壁39相對(duì)、朝支承結(jié)構(gòu)31方向傾斜的側(cè)壁49。與熱屏蔽元件26A相鄰安置的熱屏蔽元件26B以同樣的方式配備了一個(gè)側(cè)壁49。冷卻劑排出通道43被配置為一個(gè)穿過(guò)熱屏蔽元件26A的側(cè)壁49的鉆孔,這個(gè)鉆孔以一個(gè)略微向熱側(cè)面35方向傾斜的角度通向間隙45。由于冷卻劑排出通道43傾斜地通向間隙45,因此冷卻劑K在間隙45中完成阻隔作用后就離開(kāi)間隙45。在間隙45中,很可能沿著與熱屏蔽元件26A相鄰安置的熱屏蔽元件26B的熱側(cè)面35形成一層由冷卻劑K構(gòu)成的冷卻膜。通過(guò)目的明確地將冷卻劑K導(dǎo)入間隙45而取得的這種額外的薄膜冷卻作用,其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷卻劑K的多重利用,即在熱屏蔽配置26中將其用于不同的冷卻用途。
為了將熱屏蔽元件26A、26B忍受熱膨脹地固定在支承結(jié)構(gòu)31上,側(cè)壁49并非直接安置在支承結(jié)構(gòu)31上,而是分別通過(guò)一個(gè)密封元件51與支承結(jié)構(gòu)31相連。在此,該密封元件51不僅對(duì)冷卻劑K起到了密封作用,還對(duì)熱屏蔽配置26起到了機(jī)械阻尼作用。通過(guò)安裝密封元件51,可以避免冷卻劑K不受控制地從內(nèi)部空間37流入間隙45,并吹向朝熱側(cè)面35。或者更準(zhǔn)確地說(shuō),密封元件51的作用是進(jìn)一步減少冷卻熱屏蔽配置26所需的冷卻劑K的流量。通過(guò)組合使用密封元件51和冷卻劑排出通道43,實(shí)現(xiàn)了特別有利的冷卻劑平衡。此外,通過(guò)安置在內(nèi)部空間37上的各個(gè)密封元件51,還實(shí)現(xiàn)了冷卻劑K沿著支承結(jié)構(gòu)31的壁47的底部,朝著內(nèi)部空間37縱向潛流。通過(guò)密封元件51在熱屏蔽元件26A、26B和支承結(jié)構(gòu)31之間建立緊密連接是一種特別簡(jiǎn)單有效的、可以進(jìn)一步減少冷卻劑消耗的措施。
如圖4所示,冷卻劑排出通道43也可以穿過(guò)支承結(jié)構(gòu)31的壁47,但這種生產(chǎn)工藝需要較高的成本。在這種實(shí)施形式中,同樣也可以在冷卻劑K對(duì)一個(gè)熱屏蔽元件26A完成冷卻任務(wù)后,目的明確地將冷卻劑K導(dǎo)入間隙45。間隙45和在冷卻劑排出通道43的出口旁邊構(gòu)成間隙45邊界的密封元件51由此而得到了冷卻。特別是構(gòu)成間隙45邊界的側(cè)壁49得到了額外的對(duì)流冷卻。
權(quán)利要求
1.一種熱屏蔽配置(26),用在引導(dǎo)熱氣(M)的組件上,所述熱屏蔽配置(26)包括復(fù)數(shù)個(gè)熱屏蔽元件(26A,26B),所述復(fù)數(shù)個(gè)熱屏蔽元件(26A,26B)被并排安置在一個(gè)支承結(jié)構(gòu)(31)上,同時(shí)彼此間留有一個(gè)間隙(45),其中,所述熱屏蔽元件(26A,26B)可以安裝在所述支承結(jié)構(gòu)(31)上,借此構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部空間(37),所述內(nèi)部空間(37)以一個(gè)需要冷卻的熱氣壁(39)為界分為不同區(qū)域,并帶有一個(gè)能使冷卻劑(K)流入所述內(nèi)部空間(37)的進(jìn)入通道(41),其特征在于,具有一個(gè)從所述內(nèi)部空間(37)通向所述間隙(45)的冷卻劑排出通道(43),從而可以可控制地從所述內(nèi)部空間(37)中排出冷卻劑(K)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱屏蔽配置(26),其特征在于,所述熱屏蔽元件(26A,26B)具有一個(gè)與所述熱氣壁(39)相對(duì)、朝所述支承結(jié)構(gòu)(31)方向傾斜的側(cè)壁(49)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱屏蔽配置(26),其特征在于,所述冷卻劑排出通道(43)穿過(guò)所述側(cè)壁(49)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的熱屏蔽配置(26),其特征在于,為了避免剩余的冷卻劑從所述內(nèi)部空間(37)中泄漏出去,所述側(cè)壁(49)和所述支承結(jié)構(gòu)(31)之間安裝了一個(gè)密封元件(51)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的熱屏蔽配置(26),其特征在于,熱屏蔽元件(26A,26B)的所述內(nèi)部空間(37)配有一個(gè)沖擊冷卻裝置(53),從而可以通過(guò)沖擊冷卻方式對(duì)所述熱氣壁(39)進(jìn)行冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱屏蔽配置(26),其特征在于,所述沖擊冷卻裝置(53)由復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)合在所述支承結(jié)構(gòu)(31)上的冷卻劑(K)進(jìn)入通道(41,41A,41B,41C)構(gòu)成。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的熱屏蔽配置(26),其特征在于,所述熱屏蔽元件(26A,26B)由一種金屬或金屬合金制成。
8.一種具有一個(gè)根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的熱屏蔽配置(26)的燃燒室(4)。
9.一種具有一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒室(4)的燃?xì)廨啓C(jī)(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用在引導(dǎo)熱氣(M)的組件上的熱屏蔽配置(26),所述熱屏蔽配置(26)包括復(fù)數(shù)個(gè)熱屏蔽元件(26A,26B),所述復(fù)數(shù)個(gè)熱屏蔽元件(26A,26B)被并排安置在一個(gè)支承結(jié)構(gòu)(31)上,同時(shí)彼此間留有一個(gè)間隙(45),其中,所述熱屏蔽元件(26A,26B)可以安裝在所述支承結(jié)構(gòu)(31)上,借此構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部空間(37),所述內(nèi)部空間(37)以一個(gè)需要冷卻的熱氣壁(39)為界分為不同區(qū)域,并帶有一個(gè)能使冷卻劑(K)流入所述內(nèi)部空間(37)的進(jìn)入通道(41)。根據(jù)本發(fā)明,設(shè)置一個(gè)從所述內(nèi)部空間(37)通向所述間隙(45)的冷卻劑排出通道(43),就可以可控制地從所述內(nèi)部空間(37)中排出冷卻劑(K)。通過(guò)從所述冷卻劑排出通道(43)中目的明確地排出冷卻劑,不僅可以節(jié)約和更有效地使用冷卻劑(K),還可以降低有害物質(zhì)的排放。所述熱屏蔽配置(26)特別適合用作燃?xì)廨啓C(jī)(1)的燃燒室(4)的內(nèi)襯。
文檔編號(hào)F23M5/08GK1829879SQ200480021635
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月13日
發(fā)明者斯蒂芬·達(dá)爾克, 海因里希·帕茨 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司