Металлическая теплоизоляционная плитка для камеры сгорания газовой турбины Российский патент 2023 года по МПК F23R3/04 F02C7/18 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта патентная заявка имеет приоритет перед европейской патентной заявкой №18425075.1, поданной 14 сентября 2018 года, полное описание которой включено сюда путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к металлической теплоизоляционной плитке для камеры сгорания газовой турбины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как известно, камера сгорания газовых турбин внутри должна быть снабжена теплоизоляционной обшивкой, выполненной из огнеупорного материала, вследствие высоких температур, которые достигаются во время работы машины. Теплоизоляционная обшивка в общем образована множеством огнеупорных плиток, расположенных непрерывными рядами на внутренних стенках кожуха камеры сгорания, для того чтобы образовать по существу непрерывную поверхность. В тороидальных камерах сгорания огнеупорные плитки расположены по окружности вокруг оси ротора.

В частности, в тороидальных камерах сгорания сборка огнеупорных плиток включает в себя вставку и сдвигание соединительных элементов вдоль круговых направляющих.

Фактически, обычно огнеупорные плитки имеют канавки на противоположных сторонах и прикреплены к кожуху соединительными элементами, которые скрепляют ребра, образованные канавками. В общем, соединительные элементы для одной стороны огнеупорных плиток вставляются в направляющие на кожухе и сдвигаются в соответствующие положения крепления. Тогда огнеупорная плитка расположена на месте, причем сторона зацепляет крепежные элементы. Последующие соединительные элементы вставляются вдоль направляющих и сдвигаются для скрепления со стороной плитки, которая еще свободна.

Таким образом требуются специальные меры для последней плитки каждого ряда.

Согласно известному решению, в каждом ряду используется металлическая плитка, которая имеет сквозное отверстие и прикреплена к кожуху последней посредством миниатюрного литого винта, вставленного снаружи и зацепленного к пакету предварительно собранных пружин. Таким образом, отсутствует необходимость в сдвигании крепежных элементов, и сборка может быть использована относительно легко. Металлические плитки имеют более низкую стойкость к тепловому напряжению по сравнению с огнеупорными плитками и требуют специальной системы охлаждения. Обычно это выполняется посредством отведения охлаждающего потока относительно свежего воздуха из промежуточной ступени компрессора газовой турбины и направления охлаждающего потока по направлению к компонентам, находящимся в термически критических условиях.

Охлаждающий поток не принимает непосредственного участия в выработке электроэнергии и следовательно влияет на КПД газотурбинного двигателя. Существует общий интерес к снижению потребления воздуха для целей охлаждения, которому доступные в настоящее время металлические теплоизоляционные плитки не соответствуют в достаточной степени. Это особенно относится к расположенному наиболее далеко по ходу ряду теплоизоляционных плиток, которые часто все выполнены из металла и выполнены с возможностью крепления к впускному отверстию расширительной секции газотурбинного двигателя. Фактически, область сопряжения камеры сгорания и расширительной секции подвержена всасыванию горячего газа даже больше, чем другие части теплозащитного экрана камеры сгорания газовой турбины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом объектом настоящего изобретения является обеспечение металлической теплоизоляционной плитки для камеры сгорания модуля теплозащитных плиток газовой турбины и камере сгорания газовой турбины, которые позволяют преодолеть описанные ограничения.

Согласно настоящему изобретению обеспечена металлическая теплоизоляционная плитка для камеры сгорания газотурбинного двигателя, причем теплоизоляционная плитка содержит:

защитную пластину, имеющую первую поверхность, при использовании подверженную воздействию горячего газа, текущего через камеру сгорания газотурбинного двигателя, вторую поверхность, противоположную первой поверхности, и задний край;

внешний обод, продолжающийся от защитной пластины в направлении, противоположном ее первой поверхности, и имеющий первый боковой участок и второй боковой участок, противоположный первому боковому участку;

заднюю поверхность и задний край между первой поверхностью защитной пластины и задней поверхностью;

множество уплотнительных отверстий во внешнем ободе;

в которой:

первая поверхность защитной пластины выполнена в виде участка поверхности вращения вокруг центральной оси;

уплотнительные отверстия включают в себя множество боковых уплотнительных отверстий в первом боковом участке и во втором боковом участке внешнего обода и множество задних уплотнительных отверстий в заднем участке внешнего обода, причем каждое боковое уплотнительное отверстие имеет соответствующую ось бокового отверстия, и каждое заднее уплотнительное отверстие имеет соответствующую ось заднего отверстия;

для каждого бокового уплотнительного отверстия, соответствующая ось бокового отверстия образует первый угол ± 15° с первой базовой плоскостью, и проекция соответствующей оси бокового отверстия на первую базовую плоскость образует второй угол ± 30° со второй базовой плоскостью, перпендикулярной центральной оси;

первая базовая плоскость параллельна центральной оси и перпендикулярна средней плоскости первой поверхности защитной пластины, которая включает в себя центральную ось.

Достигнутое таким образом уплотнительное действие чрезвычайно эффективно в предотвращении всасывания горячего газа между смежными плитками, и в особенности сбоку плиток. Как следствие эффективности отведения и отклонения горячего газа, теплоизоляционная плитка требует уменьшенного потока уплотнительного воздуха и способствует улучшению КПД и характеристик газотурбинных двигателей.

Согласно аспекту изобретения, боковые уплотнительные отверстия имеют соответствующие диаметры между 1 мм и 5 мм.

Согласно аспекту изобретения, первые углы боковых уплотнительных отверстий в одном из первого бокового участка и второго бокового участка внешнего обода составляют между 0° и 15°, и первые углы боковых уплотнительных отверстий в другом из первого бокового участка и второго бокового участка внешнего обода составляют между 0° и –15°.

Таким образом становится доступным дополнительное увеличение уплотнительного действия.

Согласно аспекту изобретения, первые углы боковых уплотнительных отверстий в одном из первого бокового участка и второго бокового участка внешнего обода составляют между 0° и 15°, и первые углы боковых уплотнительных отверстий в другом из первого бокового участка и второго бокового участка внешнего обода составляют между 0° и –15°.

Согласно аспекту изобретения, пары соответствующих боковых уплотнительных отверстий, обеспеченных в первом боковом участке и во втором боковом участке соответственно, расположены так, что их выпускные отверстия находятся в соответствующих положениях в направлении, параллельном центральной оси.

Таким образом, противоположный наклон и соответствующее осевое расположение боковых уплотнительных отверстий обеспечивают противоположные уплотнительные действия в зазоре между двумя смежными плитками и по отдельности содействуют достижению эффективного уплотнительного действия.

Согласно аспекту изобретения, для каждого заднего уплотнительного отверстия, соответствующая ось заднего отверстия образует третий угол между 5° и 45° с направлением, параллельным центральной оси.

Конфигурация задних уплотнительных отверстий в особенности эффективна в предотвращении всасывания горячего газа в зазорах дальше по ходу плиток, как например в месте сопряжения между камерой сгорания и впускным отверстием расширительной секции газотурбинного двигателя.

Согласно аспекту изобретения, вторая поверхность и внешний обод ограничивают углубление, и соответствующие оси задних уплотнительных отверстий наклонены так, что текучая среда, текущая из углубления наружу через заднее уплотнительное отверстие, направляется к центральной оси.

Согласно аспекту изобретения, задние уплотнительные отверстия имеют соответствующие диаметры между 1 мм и 5 мм.

Согласно аспекту изобретения, задний край скруглен с первым радиусом кривизны, причем первый радиус кривизны предпочтительно составляет между 1 мм и 3 мм.

Согласно аспекту изобретения, задняя поверхность теплоизоляционной плитки 18 имеет первую вогнутую область и вторую вогнутую область, отделенные гребнем, причем все продолжаются параллельно заднему краю между первым боковым участком и вторым боковым участком внешнего обода.

Согласно аспекту изобретения, первая вогнутая область ограничена задним краем и гребнем и имеет второй радиус кривизны, причем второй радиус кривизны предпочтительно составляет между 20 мм и 30 мм.

Согласно аспекту изобретения, первый боковой участок и второй боковой участок внешнего обода имеют соответствующие боковые выступы и углубления, чередующиеся в направлении, параллельном центральной оси, причем боковые выступы и углубления выполнены так, что, когда теплоизоляционная плитка и еще одна идентичная теплоизоляционная плитка расположены бок о бок, чередующиеся боковые выступы и углубления теплоизоляционной плитки зацепляют чередующиеся боковые выступы и углубления другой теплоизоляционной плитки.

Боковые выступы и углубления в боковых участках внешнего обода дополнительно содействуют улучшению уплотнительного действия путем образования лабиринтного зазора между смежными плитками.

Согласно аспекту изобретения, газотурбинный двигатель содержит кольцевую камеру сгорания, снабженную теплозащитным экраном, в котором теплозащитный экран содержит по меньшей мере одну теплоизоляционную плитку согласно определенному выше, и камера сгорания продолжается вокруг центральной оси.

Согласно аспекту изобретения, газотурбинный двигатель содержит расширительную секцию, имеющую ступень с входными направляющими лопатками, выполненную с возможностью приема горячего газа, текущего из камеры сгорания, в котором теплозащитный экран содержит множество теплоизоляционных плиток, как определено выше, расположенных вокруг центральной оси, чтобы образовать выходной ряд в месте сопряжения со ступенью с входными направляющими лопатками расширительной секции.

Согласно аспекту изобретения, выпускной ряд теплозащитного экрана и ступень с входными направляющими лопатками расширительной секции отделены в осевом направлении кольцевым зазором, теплоизоляционные плитки имеют соответствующие задние края, которые выступают в осевом направлении по направлению к ступени с входными направляющими лопатками расширительной секции, таким образом частично закрывая зазор, и задние уплотнительные отверстия обращены к зазору.

Вследствие формы задних краев теплоизоляционных плиток пространство, которое требуется защитить от всасывания горячего газа, уменьшается, особенно в месте сопряжения камеры сгорания и расширительной секции газотурбинного двигателя. Таким образом, потребность в уплотнительном воздухе снижается.

Согласно аспекту изобретения, газотурбинный двигатель содержит воздушный ресивер вокруг камеры сгорания, в котором камера сгорания содержит корпус, к которому прикреплены теплозащитные плитки, и в котором охлаждающие камеры образованы между корпусом, второй поверхностью и внешним ободом соответствующих теплозащитных плиток, причем охлаждающие камеры сообщаются по текучей среде с воздушным ресивером посредством подающих отверстий в корпусе.

Согласно аспекту изобретения, уплотняющий слой обеспечен между внешним ободом каждой теплоизоляционной плитки и корпусом камеры сгорания, причем уплотняющий слой образован, например, слоем с керамической матрицей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь настоящее изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи, которые изображают некоторые неограничивающие варианты его выполнения, на которых:

– фиг. 1 вид сбоку газотурбинного двигателя в сечении вдоль продольной осевой плоскости;

– фиг. 2 увеличенный вид сбоку камеры горения газотурбинного двигателя с фиг. 1 в сечении вдоль продольной осевой плоскости;

– фиг. 3 увеличенный вид сопряжения камеры горения и расширительной секции газотурбинного двигателя с фиг. 1 в сечении вдоль продольной осевой плоскости и включающий в себя теплоизоляционную плитку согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

– фиг. 4 показывает увеличенный вид сопряжения с фиг. 3;

– фиг. 5 вид сзади (задний) теплоизоляционной плитки с фиг. 3;

– фиг. 6 вид снизу теплоизоляционной плитки с фиг. 3, причем видимый участок ориентирован наружу камеры горения;

– фиг. 7 вид в перспективе теплоизоляционной плитки с фиг. 3;

– фиг. 8 вид в перспективе детали корпуса камеры горения с фиг. 2;

– фиг. 9 схематично показывает величины, относящиеся к теплоизоляционной плитке с фиг. 3;

– фиг. 10 показывает дополнительно увеличенную часть детали с фиг. 4;

– фиг. 11 вид снизу теплоизоляционной плитки согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения; и

– фиг. 12 вид сбоку теплоизоляционной плитки с фиг. 11.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 изображает в целом газотурбинный двигатель 1 для электростанции.

Газотурбинный двигатель 1 содержит кожух 2 и ротор 3, поворотно установленный в кожухе 2. Кожух 2 и ротор 3 продолжаются вдоль центральной оси AC и образуют компрессор 4 и турбинную или расширительную секцию 5. Камера 7 горения обеспечена между компрессором 4 и расширительной секцией 5 и содержит кольцевую камеру 8 сгорания, которая также продолжается вокруг центральной оси AC, и множество горелок 10.

Воздушный ресивер 11 обеспечен вокруг камеры 7 горения для подачи воздуха для горения, охлаждающего воздуха и уплотнительного воздуха.

Как изображено на фиг. 2, камера 8 сгорания содержит тороидальный кожух, продолжающийся вокруг центральной оси AC и включающий в себя первый радиально внешний корпус 13 и второй радиально внутренний корпус 14. Камера 8 сгорания снабжена теплозащитным экраном 15, который закрывает поверхности первого корпуса 13 и второго корпуса 14, которые при использовании подвержены воздействию горячего газа, и содержит множество огнеупорных теплоизоляционных плиток 17 и множество металлических теплоизоляционных плиток 18. Все огнеупорные теплоизоляционные плитки 17 и металлические теплоизоляционные плитки 18 прикреплены либо к первому корпусу 13, либо ко второму корпусу 14. Огнеупорные теплоизоляционные плитки 17 расположены множеством кольцевых рядов. Выходной ряд 20 в месте сопряжения между камерой 8 сгорания и расширительной секцией 5 (смотри также фиг. 3) образован металлическими теплоизоляционными плитками 18.

Фиг. 3 и 4 показывают более подробно сопряжение между камерой 8 сгорания и ступенью 21 с входными направляющими лопатками расширительной секции 5 газотурбинного двигателя 1, которое выполнено с возможностью приема горячего газа, текущего из камеры 8 сгорания. В одном варианте выполнения, выходной ряд 20 металлических теплоизоляционных плиток 18 отделен кольцевым зазором 22 от ступени 21 с входными направляющими лопатками.

Одна из металлических теплоизоляционных плиток 18 изображена на фиг. 5–7; ясно, что все другие металлические теплоизоляционные плитки 18 выходного ряда 20 имеют такую же конструкцию.

Теплоизоляционная плитка 18 содержит защитную пластину 25, имеющую горячую поверхность 25a, при использовании подвергающуюся воздействию горячего газа, текущего через камеру 8 сгорания, и холодную поверхность 25b, противоположную горячей поверхности 25a. Более того, теплоизоляционная плитка 18 имеет заднюю поверхность 18a, расположенную дальше по ходу относительно направления потока горячего газа, и задний край 18b, [расположенный] между горячей поверхностью 25a и задней поверхностью 18a. Центральное отверстие 26 через защитную пластину 25 позволяет вставить винт (не показан) для крепления теплоизоляционной плитки 18 к первому корпусу 13 известным образом. За исключением элементов поверхности, таких как центральное отверстие 26, горячая поверхность 25a защитной пластины 25 выполнена по существу в виде участка поверхности вращения вокруг центральной оси, которая совпадает с центральной осью AC газотурбинного двигателя 1, когда теплоизоляционная плитка 18 установлена в первый корпус 13. Теплоизоляционная плитка 18 также содержит внешний обод 27, который продолжается от защитной пластины 25 в направлении, противоположном горячей поверхности 25a, и ограничивает углубление 28 вместе с холодной поверхностью 25b. Внешний обод 27 имеет первый боковой участок 27a, второй боковой участок 27b, противоположный первому боковому участку 27a, и задний участок 27c, который образует по меньшей мере отчасти заднюю поверхность 18a теплоизоляционной плитки 18. Соответственно, охлаждающие камеры 29 образованы между первым корпусом 13, холодной поверхностью 25b и внешним ободом 27 соответствующих теплозащитных плиток 18. Охлаждающие камеры 29 сообщаются по текучей среде с воздушным ресивером 11 посредством подающих отверстий 40 в первом корпусе 13, как показано на фиг. 3 и 8. Более того, уплотняющий слой 50 обеспечен между внешним ободом 27 каждой теплоизоляционной плитки 18 и первым корпусом 13 камеры 8 сгорания. Уплотняющий слой 50 может быть образован, например, слоем с керамической матрицей, выполненным с возможностью выдерживать температуры по меньшей мере до 800°C, и может иметь такой же контур, как внешний обод 27, например, толщиной 0,5–1,5 мм.

Множество уплотнительных отверстий обеспечено во внешнем ободе 27. Конкретно, уплотнительные отверстия включают в себя множество боковых уплотнительных отверстий 30 в первом боковом участке 27a и во втором боковом участке 27b внешнего обода 27 и множество задних уплотнительных отверстий 31 в заднем участке 27c внешнего обода 27. Боковые уплотнительные отверстия 30 и задние уплотнительные отверстия 31 образуют каналы для подачи уплотнительного воздуха из охлаждающей камеры 29 наружу вокруг теплоизоляционной плитки 18, то есть входы боковых уплотнительных отверстий 30 и задних уплотнительных отверстий 31 находятся в охлаждающей камере 29.

Пары соответствующих боковых уплотнительных отверстий 30, обеспеченных в первом боковом участке 27a и во втором боковом участке 27b соответственно, расположены так, что их выходы находятся в соответствующих положениях в направлении, параллельном центральной оси A. Таким образом, выходы боковых уплотнительных отверстий 30 смежных теплоизоляционных плиток 18 установлены обращенными друг к другу.

Каждое боковое уплотнительное отверстие 30 имеет соответствующую ось AS бокового отверстия, образующую первый угол α ± 15° с первой базовой плоскостью P1, как также показано на фиг. 9. Первая базовая плоскость P1 параллельна центральной оси AC и перпендикулярна средней плоскости PM горячей поверхности 25a защитной пластины 25, которая включает в себя центральную ось AC. Проекция оси AS бокового отверстия на первую базовую плоскость P1 образует второй угол β ± 30° со второй базовой плоскостью P2, перпендикулярной центральной оси AC. В одном варианте выполнения, боковые уплотнительные отверстия 30 имеют соответствующие диаметры между 1 мм и 5 мм. Здесь, первые углы α положительны, когда входы боковых уплотнительных отверстий 30 находятся ближе к защитной пластине 25, чем выходы (фиг. 5, левая сторона), и отрицательны, когда входы боковых уплотнительных отверстий 30 находятся дальше от защитной пластины 25, чем выходы (фиг. 5, правая сторона). Вторые углы β положительны, соответственно отрицательны, когда входы боковых уплотнительных отверстий 30 находятся ближе к (фиг. 6, левая сторона), соответственно дальше от (фиг. 6, правая сторона), заднего участка 27c внешнего обода 27, чем выходы.

В одном варианте выполнения (фиг. 6), боковые уплотнительные отверстия 30 первого бокового участка 27a внешнего обода 27 имеют противоположное направление наклона относительно боковых уплотнительных отверстий 30 второго бокового участка 27b. Другими словами, первые углы α боковых уплотнительных отверстий 30 в одном из первого бокового участка 27a и второго бокового участка 27b внешнего обода 27 составляют между 0° и 15°, и первые углы α боковых уплотнительных отверстий 30 в другом из первого бокового участка 27a и второго бокового участка 27b составляют между 0° и –15° или все между 0° и –15°.

Вторые углы β боковых уплотнительных отверстий 30 в одном из первого бокового участка 27a и второго бокового участка 27b внешнего обода 27 составляют между 0° и 30°, и вторые углы β боковых уплотнительных отверстий 30 в другом из первого бокового участка 27a и второго бокового участка 27b внешнего обода 27 составляют между 0° и –30°.

Боковые уплотнительные отверстия 30, выполненные как описано выше, чрезвычайно эффективны в уплотнении пространств между смежными плитками и таким образом предотвращении всасывания через них горячего газа. Фактически, боковые уплотнительные отверстия 30 подают наклонные струи уплотнительного воздуха в пространства между смежными плитками. Струи уплотнительного воздуха взаимодействуют и создают циркуляцию, которая исключает прохождение горячего газа из камеры 8 сгорания по направлению к первому корпусу 13. Таким образом достигается улучшенная защита от тепла и сниженное потребление воздуха.

Задние уплотнительные отверстия 31 выполнены обращенными к зазору 22 (фиг. 3 и 4), так чтобы уплотнительный воздух, текущий из углубления 28 из задних уплотнительных отверстий 31, подавался в зазор. Каждое заднее уплотнительное отверстие 31 имеет соответствующую ось AA заднего отверстия, образуя третий угол γ между 5° и 45° с направлением, параллельным центральной оси AC. Более точно, оси AA задних уплотнительных отверстий 31 наклонены так, что уплотнительный воздух, текущий из углубления 28 наружу через задние уплотнительные отверстия 31, направляется к центральной оси AC. Также задние уплотнительные отверстия 31 имеют соответствующие диаметры между 1 мм и 5 мм.

Вследствие наклона задних уплотнительных отверстий 31, струи уплотнительного воздуха направлены поперек зазора 22, достигают внешней платформы 37 ступени 21 с входными направляющими лопатками и отклоняются по направлению к теплоизоляционным плиткам 18, таким образом создавая завихрения V в зазоре 22, которые предотвращают всасывание горячего газа, возможно приближающихся к зазору 22, как изображено на фиг. 4.

Задний край 18b теплоизоляционной плитки 18 выступает в осевом направлении по направлению к ступени 21 с входными направляющими лопатками расширительной секции 5 и частично закрывает зазор 22. Более того, задний край 18b имеет первый радиус R1 кривизны ниже порогового радиуса и предпочтительно между 1 мм и 3 мм. Конкретно, радиус R кривизны достаточно мал, чтобы обеспечить то, что газ HG, текущий из камеры 8 сгорания, отделяется от теплоизоляционных плиток 18 на заднем крае 18b и предотвращает отклонение горячего газа HG в зазор 22 посредством эффекта Коанда по меньшей мере на режимах работы с основной нагрузкой и предпочтительно в диапазоне нагрузок от наименьшей нагрузки от воздействия окружающей среды до основной нагрузки.

Как изображено на фиг. 10, задняя поверхность 18a теплоизоляционной плитки 18 имеет первую вогнутую область 18c и вторую вогнутую область 18d, отделенные гребнем 18e. Первая вогнутая область 18c, вторая вогнутая область 18d и гребень 18e продолжаются параллельно заднему краю 18b между первым боковым участком 27a и вторым боковым участком 27b внешнего обода 27. Первая вогнутая область 18c ограничена задним краем 18b и гребнем 18e и имеет второй радиус R2 кривизны между 20 мм и 30 мм. Вторая вогнутая область 18d ограничена с одной стороны гребнем 18e и занимает оставшийся участок задней поверхности 18a теплоизоляционной плитки 18. Плоскость, касательная к гребню 18e, образует угол δ 35°–45° с осью центрального отверстия 26 защитной пластины 25 (смотри фиг. 3).

Форма задней поверхности 18a теплоизоляционной плитки 18 помогает питать завихрения V и таким образом улучшать уплотнение зазора 22 против всасывания горячего газа.

Задняя поверхность 18a теплоизоляционной плитки 18, а также горячая поверхность 25a защитной пластины 25, может быть снабжена покрытием 55, создающим теплозащитный барьер. Слой 56 сцепления может быть обеспечен для улучшения сцепления покрытия 55, создающего теплозащитный барьер.

Фиг. 11 и 12 показывают вариант выполнения теплоизоляционной плитки, обозначенной здесь позицией 118, которая имеет такую же общую конструкцию, как теплоизоляционная плитка 18 с фиг. 3–8, за исключением того, что первый боковой участок 127a и второй боковой участок 127b внешнего обода 127 имеют соответствующие боковые выступы 150 и углубления 151, чередующиеся в направлении, параллельном центральной оси (здесь не показана). Боковые выступы 150 и углубления 151 выполнены так, что, когда идентичные теплоизоляционные плитки 118 расположены бок о бок, чередующиеся боковые выступы 150 и углубления 151 смежных теплоизоляционных плиток 118 зацепляются друг с другом. Форма сторон теплоизоляционных плиток 118 создает лабиринт, который способствует уплотняющему действию, таким образом дополнительно снижая потребность в уплотнительном воздухе. Чтобы способствовать установке и соединению смежных теплоизоляционных плиток 18, торцевые стороны 152 боковых выступов 150 и углублений 151 образуют углы ε между 60° и 90° с направлением, параллельным центральной оси AC.

Наконец, понятно, что изменения и вариации могут быть выполнены с описанной и изображенной теплоизоляционной плиткой без отступления от объема защиты сопровождающих пунктов формулы изобретения.

В частности, использование тепловой изоляции согласно изобретению не ограничено последним рядом на выпускном отверстии камеры сгорания. Взамен понятно, что описанные теплоизоляционные плитки могут хорошо служить для образования промежуточных рядов теплозащитного экрана ближе по ходу сопряжения с расширительной секцией газотурбинного двигателя. В качестве примера, ряд теплоизоляционных плиток согласно изобретению может быть обеспечен смежно с последним рядом. В этом случае последний ряд может быть любого обычного типа. Более того, описанные теплоизоляционные плитки могут быть использованы в качестве закрывающих плиток в любом из расположенных ближе по ходу рядов. Установка последней плитки в ряду теплозащитного экрана обычно требует специальной процедуры и средств установки. Также часто требуются специальные плитки. Металлические плитки особенно подходят для этой цели, поскольку возможна большая гибкость при изготовлении (например, по форме). Таким образом, теплоизоляционная плитка, как описано выше, может служить в качестве закрывающей плитки для улучшения КПД и/или обеспечения более надежной защиты от неблагоприятного воздействия горячего газа.

Металлическая теплоизоляционная плитка для камеры сгорания газотурбинного двигателя включает в себя защитную пластину (25), имеющую первую поверхность (25a), вторую поверхность (25b), противоположную горячей поверхности (25a), и задний край (18b). Внешний обод (27) продолжается от защитной пластины (25) в направлении, противоположном первой поверхности (25a), и имеет боковые участки (27a, 27b) и задний участок (27c). Первая поверхность (25a) защитной пластины (25) выполнена в виде участка поверхности вращения вокруг центральной оси (AC). Уплотнительные отверстия (30, 31) обеспечены во внешнем ободе (27) и включают в себя боковые уплотнительные отверстия (30) в боковых участках (27a, 27b) и задние уплотнительные отверстия (31) в заднем участке (27c). Каждое боковое уплотнительное отверстие (30) имеет соответствующую ось (AS) бокового отверстия, образующую первый угол (α) ± 15° с первой базовой плоскостью (P1). Проекция соответствующей оси (AS) бокового отверстия на первую базовую плоскость (P1) образует второй угол (β) ± 30° со второй базовой плоскостью (P2), перпендикулярной центральной оси (AC). Первая базовая плоскость (P1) параллельна центральной оси (AC) и перпендикулярна средней плоскости (PM) первой поверхности (25a) защитной пластины (25), которая включает в себя центральную ось (AC). Достигнутое таким образом уплотнительное действие чрезвычайно эффективно в предотвращении всасывания горячего газа между смежными плитками, и в особенности сбоку плиток. Как следствие эффективности отведения и отклонения горячего газа, теплоизоляционная плитка требует уменьшенного потока уплотнительного воздуха и способствует улучшению КПД и характеристик газотурбинных двигателей. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Металлическая теплоизоляционная плитка для камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащая:

защитную пластину (25), имеющую первую поверхность (25a), при использовании подверженную воздействию горячего газа, текущего через камеру (8) сгорания газотурбинного двигателя (1), вторую поверхность (25b), противоположную первой поверхности (25a);

заднюю поверхность (18a) и задний край (18b) между первой поверхностью (25a) защитной пластины (25) и задней поверхностью (18a);

внешний обод (27), продолжающийся от защитной пластины (25) в направлении, противоположном ее первой поверхности (25a), и имеющий первый боковой участок (27a), второй боковой участок (27b), противоположный первому боковому участку (27a), и задний участок (27c);

множество уплотнительных отверстий (30, 31) во внешнем ободе (27);

при этом:

первая поверхность (25a) защитной пластины (25) выполнена в виде участка поверхности вращения вокруг центральной оси (AC);

уплотнительные отверстия (30, 31) включают в себя множество боковых уплотнительных отверстий (30) в первом боковом участке (27a) и во втором боковом участке (27b) внешнего обода (27) и множество задних уплотнительных отверстий (31) в заднем участке (27c) внешнего обода (27), причем каждое боковое уплотнительное отверстие (30) имеет соответствующую ось (AS) бокового отверстия, и каждое заднее уплотнительное отверстие (31) имеет соответствующую ось (AA) заднего отверстия;

для каждого бокового уплотнительного отверстия (30), соответствующая ось (AS) бокового отверстия образует первый угол (α) ± 15° с первой базовой плоскостью (P1), и проекция соответствующей оси (AS) бокового отверстия на первую базовую плоскость (P1) образует второй угол (β) ± 30° со второй базовой плоскостью (P2), перпендикулярной центральной оси (AC);

первая базовая плоскость (P1) параллельна центральной оси (AC) и перпендикулярна средней плоскости (PM) первой поверхности (25a) защитной пластины (25), которая включает в себя центральную ось (AC).

2. Теплоизоляционная плитка по п.1, в которой боковые уплотнительные отверстия (30) имеют соответствующие диаметры между 1 мм и 5 мм.

3. Теплоизоляционная плитка по п.1 или 2, в которой первые углы (α) боковых уплотнительных отверстий (30) в одном из первого бокового участка (27a) и второго бокового участка (27b) внешнего обода (27) составляют между 0° и 15°, и первые углы (α) боковых уплотнительных отверстий (30) в другом из первого бокового участка (27a) и второго бокового участка (27b) внешнего обода (27) составляют между 0° и –15°.

4. Теплоизоляционная плитка по любому из предшествующих пунктов, в которой вторые углы (β) боковых уплотнительных отверстий (30) в одном из первого бокового участка (27a) и второго бокового участка (27b) внешнего обода (27) составляют между 0° и 30°, и вторые углы (β) боковых уплотнительных отверстий (30) в другом из первого бокового участка (27a) и второго бокового участка (27b) внешнего обода (27) составляют между 0° и –30°.

5. Теплоизоляционная плитка по любому из предшествующих пунктов, в которой пары соответствующих боковых уплотнительных отверстий (30), обеспеченных в первом боковом участке (27a) и во втором боковом участке (27b) соответственно, расположены так, что ее выпускные отверстия находятся в соответствующих положениях в направлении, параллельном центральной оси (AC).

6. Теплоизоляционная плитка по любому из предшествующих пунктов, в которой оси (AA) задних уплотнительных отверстий (31) образуют соответствующие третьи углы (γ) между 5° и 45° с направлением, параллельным центральной оси (AC).

7. Теплоизоляционная плитка по п.6, в которой вторая поверхность (25b) и внешний обод (27) ограничивают углубление (29), и соответствующие оси (AA) задних уплотнительных отверстий (31) наклонены так, что текучая среда, текущая из углубления (29) наружу через задние уплотнительные отверстия (31), направляется к центральной оси (AC).

8. Теплоизоляционная плитка по п.6 или 7, в которой задние уплотнительные отверстия (31) имеют соответствующие диаметры между 1 мм и 5 мм.

9. Теплоизоляционная плитка по любому из предшествующих пунктов, в которой задний край (18b) скруглен с первым радиусом (R1) кривизны, причем первый радиус (R1) кривизны предпочтительно составляет между 1 мм и 3 мм.

10. Теплоизоляционная плитка по п.9, в которой задняя поверхность (18a) теплоизоляционной плитки 18 имеет первую вогнутую область (18c) и вторую вогнутую область (18d), отделенные гребнем (18e), причем все продолжаются параллельно заднему краю (18b) между первым боковым участком (27a) и вторым боковым участком (27b) внешнего обода (27).

11. Теплоизоляционная плитка по п.10, в которой первая вогнутая область (18c) ограничена задним краем (18b) и гребнем (18e) и имеет второй радиус (R2) кривизны, причем второй радиус (R2) кривизны предпочтительно составляет между 20 мм и 30 мм.

12. Теплоизоляционная плитка по любому из предшествующих пунктов, в которой первый боковой участок (127a) и второй боковой участок (127b) внешнего обода (127) имеют соответствующие боковые выступы (150) и углубления (151), чередующиеся в направлении, параллельном центральной оси (AC), причем боковые выступы (150) и углубления (151) выполнены так, что, когда теплоизоляционная плитка и еще одна идентичная теплоизоляционная плитка расположены бок о бок, чередующиеся боковые выступы (150) и углубления (151) теплоизоляционной плитки зацепляют чередующиеся боковые выступы (150) и углубления (151) другой теплоизоляционной плитки.

13. Газотурбинный двигатель, содержащий кольцевую камеру (8) сгорания, снабженную теплозащитным экраном (15), при этом теплозащитный экран (15) содержит по меньшей мере одну теплоизоляционную плитку (18; 118) по любому из предшествующих пунктов, и камера (8) сгорания продолжается вокруг центральной оси (AC).

14. Газотурбинный двигатель по п.13, содержащий расширительную секцию (5), имеющую ступень (21) с входными направляющими лопатками, выполненную с возможностью приема горячего газа, текущего из камеры (8) сгорания, причем теплозащитный экран (15) содержит множество теплоизоляционных плиток по любому из пп.1–12, расположенных вокруг центральной оси (AC) с образованием выходного ряда в месте сопряжения со ступенью (21) с входными направляющими лопатками расширительной секции.

15. Газотурбинный двигатель по п.14, в котором выходной ряд теплозащитного экрана (15) и ступень (21) с входными направляющими лопатками расширительной секции отделены в осевом направлении кольцевым зазором (22), задние края (18b) теплоизоляционных плиток (18) выступают в осевом направлении по направлению к ступени (21) с входными направляющими лопатками расширительной секции, таким образом частично закрывая зазор (22), и задние уплотнительные отверстия (31) обращены к зазору (22).

16. Газотурбинный двигатель по п.12 при зависимости от п.9, в котором первый радиус (R1) кривизны задних краев (18b) теплоизоляционных плиток (18; 118) меньше порогового значения радиуса, так что первый радиус (R1) кривизны предотвращает отклонение в зазор (22) посредством эффекта Коанда горячего газа (HG), текущего из камеры (8) сгорания по меньшей мере на режимах работы с основной нагрузкой.