CH704446A1

CH704446A1 - Heat transfer assembly.

Info

Publication number: CH704446A1
Application number: CH00192/11A
Authority: CH
Inventors: Ulrich Rathmann; Carlos Riemer
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2012-08-15
Also published as: DE102012002539A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsanordnung (10) mit einem Plenum (11), in welches durch eine Einströmöffnung (13) ein gasförmiges Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise Kühlluft, in Form eines Zustroms (14) eingeführt wird. Eine verbesserte Wärmeübertragung wird dadurch erreicht, dass im Bereich der Einströmöffnung (13) zur Vergleichmässigung der Strömung ein von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmtes Zwischenstück (16) angeordnet ist, welches den Zustrom (14) auf mehrere, in das Plenum (11) gerichtete Gasstrahlen (18) aufteilt.The invention relates to a heat transfer arrangement (10) with a plenum (11) into which a gaseous heat transfer medium, for example cooling air, in the form of an inflow (14) is introduced through an inflow opening (13). An improved heat transfer is achieved by arranging an intermediate piece (16) through which the heat transfer medium flows in the region of the inflow opening (13) to direct the inflow (14) to a plurality of gas jets (18) directed into the plenum (11) ).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Wärmeübertragung von thermisch belasteten Komponenten, insbesondere im Bereich von Gasturbinen. Sie betrifft eine Wärmeübertragungsanordnung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to the field of heat transfer of thermally stressed components, especially in the field of gas turbines. It relates to a heat transfer arrangement according to the preamble of claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

[0002] Im Bereich von Gasturbinen, aber auch in anderen technischen Bereichen, in denen bei thermisch belastete Bauteilen oder Elementen durch eine gasförmiges Medium Wärme übertragen werden muss, insbesondere bei thermisch belastete Bauteilen oder Elementen die durch Kühlluft gekühlt werden müssen, besteht folgendes Problem: Kühlluftführungen einer Gasturbine (oder entsprechender anderer Einrichtungen) erfolgen oftmals extern mittels Rohrleitungen. Diese Rohrleitungen weisen nicht selten eine grosse Anzahl von Biegungen, Verzweigungen und Querschnittsübergängen auf. Dadurch wird die Luftströmung im Rohr negativ beeinflusst; es kommt zu lokalen Ablösungen der Strömung und Verwirbelungen, die beim «Endverbraucher» (einem zu kühlenden Bauteil) unerwünscht sind, wenn der zugeführte Kühlluftstrom dort ein- und auftrifft. In the field of gas turbines, but also in other technical areas in which heat must be transferred in thermally loaded components or elements by a gaseous medium, especially in thermally stressed components or elements which must be cooled by cooling air, there is the following problem: Cooling air ducts of a gas turbine (or equivalent other facilities) are often done externally by means of pipelines. These pipelines often have a large number of bends, branches and cross-sectional transitions. This negatively affects the air flow in the pipe; it comes to local detachment of the flow and turbulence, which are undesirable in the "end user" (a component to be cooled) when the supplied cooling air flow there and hit.

[0003] Eine solche problematische Situation ist in Fig. 1 in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung wiedergegeben. In der Wärmeübertragungsanordnung 30 der Fig. 1wird ein Innenraum in Form eines Plenums 31 von einer Wand 33 umschlossen. In dem Plenum 31 ist ein Körper 32 angeordnet, der durch in das Plenum 31 einströmende Kühlluft gekühlt werden soll. Die Kühlluft gelangt durch eine Einströmöffnung 34 in der Wand 33 des Plenums 31 in das Plenum 31 und trifft dort auf den Körper 32. Die Kühlluft wird als Zustrom 37 über eine Rohrleitung 35 zugeführt, die beispielsweise eine Biegung 36 aufweist. Wie durch den eingezeichneten Strömungspfeil 38 verdeutlicht wird, kommt es im Verlauf der Biegung 36 zu Unregelmässigkeiten in der Strömung, die dazu führen, dass der angestrebte Körper 32 ungleichmässig mit Kühlluft beaufschlagt bzw. die Kühlluft im Raum um den Körper mit entsprechenden Folgen für die Gleichmässigkeit der Kühlung ungleichmässig verteilt wird. Diese unerwünschten Zustände sind umso gravierender, je kleiner der im Plenum zur Verfügung stehende Raum für die Verteilung der Kühlluft ist bzw. je direkter die Kühlluft auf den Körper auftrifft. Die gleichen Probleme treten auf, wenn durch das Wärmeübertragungsmedium ein Bauteil erwärmt wird. Such a problematic situation is shown in Fig. 1 in a much simplified, schematic representation. In the heat transfer assembly 30 of FIG. 1, an interior in the form of a plenum 31 is enclosed by a wall 33. In the plenum 31, a body 32 is arranged to be cooled by flowing into the plenum 31 cooling air. The cooling air passes through an inflow opening 34 in the wall 33 of the plenum 31 in the plenum 31 and meets there on the body 32. The cooling air is supplied as an influx 37 via a pipe 35, which has, for example, a bend 36. As is illustrated by the drawn flow arrow 38, it comes in the course of the bend 36 to irregularities in the flow, which cause the desired body 32 unevenly applied to cooling air or the cooling air in the space around the body with corresponding consequences for the uniformity the cooling is distributed unevenly. These undesirable conditions are all the more serious the smaller the plenum space available for the distribution of the cooling air or the more directly the cooling air impinges on the body. The same problems occur when a component is heated by the heat transfer medium.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

[0004] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeübertragungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die durch die Zuführung bedingten nachteiligen Effekte bei der Kühlluft bzw. beim Wärmeübertragungsmedium sicher vermieden werden. It is therefore an object of the invention to provide a heat transfer arrangement of the type mentioned in such a way that the adverse effects caused by the feeding in the cooling air or the heat transfer medium can be safely avoided.

[0005] Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The object is solved by the entirety of the features of claim 1.

[0006] Die vorgeschlagene Lösung geht von einer Wärmeübertragungsanordnung aus, die ein Plenum umfasst, in welches durch eine Einströmöffnung ein gasförmiges Medium, insbesondere Kühl- oder Warmluft, in Form eines Zustroms eingeführt wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einströmöffnung zur Vergleichmässigung der Strömung ein von dem Medium durchströmtes Zwischenstück angeordnet ist, welches den Zustrom auf mehrere, in das Plenum gerichtete Gasstrahlen aufteilt. Auf diese Weise wird eine vergleichsmässigte Füllung des Plenums mit Wärmeübertragungsmedium erreicht, die zu einer gleichmässigen Wärmeübertragung an sich darin befindlichen Körpern führt. Je nach konstruktiven Gegebenheiten kann durch Auswahl und Anordnung der Gasstrahlen eine optimale Verteilung des Wärmeübertragungsmediums in dem Plenum erzielt werden. The proposed solution is based on a heat transfer arrangement comprising a plenum, in which a gaseous medium, in particular cooling or hot air, is introduced in the form of an inflow through an inflow opening. It is characterized in that in the region of the inflow opening to homogenize the flow, an intermediate piece through which the medium flows is arranged, which divides the inflow into a plurality of gas jets directed into the plenum. In this way, a uniform filling of the plenum is achieved with heat transfer medium, which leads to a uniform heat transfer to bodies therein. Depending on the design conditions, an optimal distribution of the heat transfer medium in the plenum can be achieved by selecting and arranging the gas jets.

[0007] Die vorgeschlagene Lösung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Wärmeübertragungsmedium durch ein Rohrsystem zur Einströmöffnung geführt wird. The proposed solution is particularly advantageous if the heat transfer medium is passed through a pipe system to the inlet opening.

[0008] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemässen Wärmeübertragungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück die Form eines Bechers aufweist, welcher mit seinem Boden in das Plenum hineinragt, und dass in der Wand des Zwischenstücks mehrere Löcher verteilt angeordnet sind, durch welche das Wärmeübertragungsmedium in Form von gerichteten Gasstrahlen in das Plenum austritt. Ein derartiges Zwischenstück ist je nach Bedarf leicht anpassbar und austauschbar. Die Becherform sorgt dafür, dass der gesamte Zustrom ungehindert bis in das Plenum hinein eingeführt wird, bevor er auf die einzelnen Gasstrahlen aufgeteilt wird. An embodiment of the inventive heat transfer arrangement is characterized in that the intermediate piece has the shape of a cup which projects into the plenum with its bottom, and that in the wall of the intermediate piece a plurality of holes are arranged distributed through which the heat transfer medium in the form of directed gas jets exits into the plenum. Such an adapter is easily adaptable and replaceable as needed. The cup shape ensures that the entire influx is freely introduced into the plenum before it is split between the individual gas jets.

[0009] Vorzugsweise ist der Boden des Zwischenstücks geschlossen ausgebildet, wobei das Zwischenstück an seinem in das Plenum hineinragenden Ende einen sich verjüngenden konischen Abschnitt aufweist, und die Löcher im Bereich des konischen Abschnitts angeordnet sind. Der geschlossene Boden verhindert unerwünschte, in Zustromrichtung gerichtete Gasstrahlen. Durch den konischen Abschnitt werden schräg zur Seite gerichtete Gasstrahlen erzeugt, mit denen das Plenum gleichmässig und optimal mit Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise mit Kühlluft, ausgefüllt werden kann. Preferably, the bottom of the intermediate piece is formed closed, wherein the intermediate piece at its end projecting into the plenary end has a tapered conical portion, and the holes are arranged in the region of the conical portion. The closed bottom prevents unwanted, directed in the flow direction gas jets. The conical section generates gas jets directed obliquely to the side, with which the plenum can be filled evenly and optimally with heat transfer medium, for example with cooling air.

[0010] Die Löcher im Zwischenstück können unterschiedliche Geometrien haben. Insbesondere können die Löcher als Langlöcher oder Schlitze ausgebildet sein, um beispielsweise Besonderheiten in der Geometrie des Plenums Rechnung zu tragen. The holes in the intermediate piece can have different geometries. In particular, the holes may be formed as slots or slots, for example, to take into account peculiarities in the geometry of the plenum.

[0011] Die Löcher können aber auch als Bohrungen ausgebildet sein, um den Gasstrahlen eine genau definierte Richtung zu verleihen, die mit der Bohrungsachse im Wesentlichen zusammenfällt. However, the holes may also be formed as bores in order to give the gas jets a well-defined direction, which coincides with the bore axis substantially.

[0012] Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Zwischenstück konzentrisch zu einer ersten Achse ausgebildet ist, und dass die Löcher beziehungsweise Bohrungen im Zwischenstück so ausgebildet und angeordnet sind, dass die sich ergebenden Gasstrahlen mit der ersten Achse einen von Null verschiedenen Winkel einschliessen. Auf diese Weise können insbesondere die Gasstrahlen in einen freien Zwischenraum zwischen den Wänden des Plenums und dem im Plenum befindlichen Körper gerichtet werden. Another embodiment of the invention is characterized in that the intermediate piece is formed concentrically to a first axis, and that the holes or holes in the intermediate piece are formed and arranged so that the resulting gas jets with the first axis of zero Include different angles. In this way, in particular, the gas jets can be directed into a free space between the walls of the plenum and the body in plenum.

[0013] Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich dabei, wenn die Löcher auf einem einzigen, zur ersten Achse konzentrischen Ring angeordnet sind. A particularly simple arrangement results when the holes are arranged on a single, concentric to the first axis ring.

[0014] Es ist aber auch denkbar, dass die Löcher auf mehreren, zur ersten Achse konzentrischen Ringen angeordnet sind, um den Raum des Plenums noch dichter mit Gasstrahlen zu durchsetzen. But it is also conceivable that the holes are arranged on a plurality of rings concentric with the first axis in order to enforce the space of the plenum even denser with gas jets.

[0015] Die Herstellung des Zwischenstücks vereinfacht sich erheblich, wenn gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung die Löcher alle dieselbe Grösse beziehungsweise denselben Durchmesser aufweisen. The preparation of the intermediate piece is simplified considerably if, according to an embodiment of the invention, the holes all have the same size or the same diameter.

[0016] Es ist aber auch denkbar, dass die Löcher unterschiedliche Grössen beziehungsweise Durchmesser aufweisen, um Besonderheiten der Geometrie der Wärmeübertragungsanordnung Rechnung zu tragen. But it is also conceivable that the holes have different sizes or diameters to account for special features of the geometry of the heat transfer arrangement.

[0017] Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Plenum von einer Wand umschlossen wird, dass im Plenum ein durch das ein strömende Wärmeübertragungsmedium zu kühlender oder zu erwärmender Körper angeordnet ist, und dass das Zwischenstück mit seinen Löchern derart ausgebildet ist, dass die durch die Löcher austretenden Gasstrahlen zwischen dem zu kühlenden oder erwärmenden Körper und der das Plenum umschliessenden Wand als möglichst lange Freistrahlen das Plenum durchqueren, bevor sie auf dem Körper oder die das Plenum umschliessenden Wand auftreffen. Hierdurch lässt sich eine besonders gleichmässige Füllung des Plenums mit Wärmeübertragungsmedium erreichen, ohne dass ausgewählte Stellen besonders stark oder besonders wenig gekühlt oder erwärmt werden. Another embodiment is characterized in that the plenum is enclosed by a wall, that in the plenum by a flowing heat transfer medium to be cooled or heated body is arranged, and that the intermediate piece is formed with its holes such that the Gas jets exiting through the holes between the body to be cooled or heated and the wall enclosing the plenum pass through the plenum as long as possible free jets before impinging on the body or the wall surrounding the plenum. In this way, a particularly uniform filling of the plenum with heat transfer medium can be achieved without selected locations being particularly strongly or particularly little cooled or heated.

[0018] In der Praxis hat sich bewährt, dass das Zwischenstück zwischen 2 und 25 Bohrungen, vorzugsweise etwa 6 Bohrungen, aufweist. In practice, it has been proven that the intermediate piece between 2 and 25 holes, preferably about 6 holes has.

[0019] Ebenfalls bewährt hat sich, dass das Zwischenstück im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und einen Aussendurchmesser D aufweist, der im Bereich zwischen 12 mm und 184 mm liegt und vorzugsweise etwa 36 mm beträgt, und dass die Bohrungen einen Bohrungsdurchmesser d aufweisen, der grösser als 1 mm ist und das 0,85-fache des Aussendurchmessers D des Zwischenstücks beträgt. Has also proven that the intermediate piece is substantially cylindrical and has an outer diameter D, which is in the range between 12 mm and 184 mm and preferably about 36 mm, and that the holes have a bore diameter d, the larger is 1 mm and is 0.85 times the outside diameter D of the intermediate piece.

[0020] Vorteilhaft ist auch, wenn die Bohrungen zur Achse des Zwischenstücks in einem Winkel α von zwischen 65° und 170°, vorzugsweise etwa 105°, ausgerichtet sind. It is also advantageous if the holes to the axis of the intermediate piece at an angle α of between 65 ° and 170 °, preferably about 105 °, are aligned.

[0021] Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn das Plenum einen zylindrischen Raum mit einer ersten Achse bildet, wenn das Zwischenstück im Wesentlichen zylindrisch mit einer zweiten Achse ausgebildet ist, und wenn der Winkel β zwischen den beiden Achsen zwischen 30° und 155° liegt und vorzugsweise etwa 90° beträgt. It is also advantageous if the plenum forms a cylindrical space with a first axis, when the intermediate piece is formed substantially cylindrical with a second axis, and when the angle β between the two axes is between 30 ° and 155 ° and preferably about 90 °.

[0022] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Plenum einen zylindrischen Raum mit einer Achse bildet, und dass ein zu kühlender oder erwärmender Zentralkörper koaxial zum Plenum im Plenum angeordnet ist. A further embodiment of the invention is characterized in that the plenum forms a cylindrical space with an axis, and that a central body to be cooled or heated is arranged coaxially to the plenum in the plenum.

[0023] Mit besonderen Vorteilen kann die Wärmeübertragungsanordnung gemäss der Erfindung Teil einer Brennstofflanze für eine Gasturbine mit sequenzieller Verbrennung sein, wie sie in Kombikraftwerken zur Erzeugung von Strom eingesetzt wird. Eine solche Brennstofflanze wird vor allem zur Eindüsung von Brennstoff in der stromabwärts angeordneten von zwei Brennkammern verwendet. With particular advantages, the heat transfer assembly according to the invention may be part of a fuel lance for a gas turbine with sequential combustion, as used in combined cycle power plants to generate electricity. Such a fuel lance is used primarily for injecting fuel into the downstream of two combustion chambers.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES

[0024] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. In dem Ausführungsbeispiel ist eine Kühlanordnung erläutert. Die Anordnungen der Ausführungsbeispiele können analog als Erwärmungsanordnung ausgeführt werden. Es zeigen <tb>Fig. 1<sep>in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung mögliche Ursachen für eine ungleichmässige Kühlung bei einer Kühlanordnung herkömmlicher Art; <tb>Fig. 2<sep>einen Schnitt durch eine Kühlanordnung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Plenum und einem Zwischenstück zur verbesserten Verteilung des Kühlmediums; <tb>Fig. 3<sep>in einer vergrösserten Darstellung einen Schnitt durch ein Zwischenstück gemäss Fig. 2; <tb>Fig. 4<sep>in einer zu Fig. 2 vergleichbaren Darstellung eine Kühlanordnung mit einem zusätzlichen Zentralkörper gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es beispielsweise bei einer Brennstofflanze für die zweite Brennkammer einer Industrie-Gasturbine mit sequenzieller Verbrennung Anwendung findet; und <tb>Fig. 5<sep>in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellung eine Industrie-Gasturbine mit sequenzieller Verbrennung vom Typ GT26, in welcher die Kühlanordnung gemäss der Erfindung mit Vorteil bei den eingesetzten Brennerlanzen der zweiten Brennkammer verwendet werden kann.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. In the embodiment, a cooling arrangement is explained. The arrangements of the embodiments can be carried out analogously as a heating arrangement. Show it <Tb> FIG. 1 <sep> in a highly simplified schematic representation possible causes of uneven cooling in a cooling arrangement of conventional type; <Tb> FIG. 2 <sep> is a section through a cooling arrangement according to an embodiment of the invention with a plenum and an intermediate piece for improved distribution of the cooling medium; <Tb> FIG. 3 <sep> in an enlarged view a section through an intermediate piece according to FIG. 2; <Tb> FIG. 4 in a representation comparable to FIG. 2, a cooling arrangement with an additional central body according to another exemplary embodiment of the invention, as used, for example, in a fuel lance for the second combustion chamber of an industrial gas turbine with sequential combustion; and <Tb> FIG. Fig. 5 is a perspective view, partly in section, of a GT26 type sequential combustion industrial gas turbine in which the cooling arrangement according to the invention may advantageously be used on the burner lances of the second combustion chamber.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

[0025] Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Kühlanordnung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Mitteln zur verbesserten Verteilung des Kühlmediums. Die Kühlanordnung 10 aus Fig. 2 umfasst ein Plenum 11, welches von einer Wand 23 umschlossen ist und im Wesentlichen zylindrisch mit einer Achse 19 ausgebildet ist. Auf einer Seite des Plenums 11 ist in der Wand 23 eine Einströmöffnung 13 vorgesehen, durch welche ein Zustrom 14 eines Kühlmediums, insbesondere von Kühlluft, in das Plenum 11 eintreten kann. Das in das Plenum 11 eingetretene Kühlmedium tritt aus dem Plenum 11 durch eine an anderer Stelle angeordnete rohrähnliche Abströmvorrichtung 12 in Form einer Abströmung 15 Wiederaus. Die Abströmung 15 in Richtung der Achse 19 erfolgt in diesem Beispiel mit einem veränderten Strömungsquerschnitt senkrecht zur Einströmung durch die Einströmöffnung 13 (Winkel β=90°), die in Richtung der Achse 20 eines in die Einströmöffnung 13 eingesetzten Zwischenstücks 16 orientiert ist. Fig. 2 shows a section through a cooling arrangement according to an embodiment of the invention with means for improved distribution of the cooling medium. The cooling arrangement 10 of FIG. 2 comprises a plenum 11, which is enclosed by a wall 23 and is formed substantially cylindrical with an axis 19. On one side of the plenum 11, an inflow opening 13 is provided in the wall 23 through which an inflow 14 of a cooling medium, in particular of cooling air, can enter the plenum 11. The cooling medium which has entered the plenum 11 exits the plenum 11 through a pipe-like outflow device 12 in the form of an outflow 15 arranged elsewhere. The outflow 15 in the direction of the axis 19 takes place in this example with an altered flow cross section perpendicular to the inflow through the inflow opening 13 (angle β = 90 °), which is oriented in the direction of the axis 20 of an inserted into the inflow opening 13 intermediate piece 16.

[0026] Das Zwischenstück 16, das in Fig. 3für sich genommen vergrössert wiedergegeben ist, hat die Form eines Bechers mit einer im Wesentlichen zylindrischen Wand 16a und einem Boden 16b. Das Zwischenstück 16 ragt mit einem Abschnitt in das Plenum 11 hinein, dessen äussere Abmessungen durch einen Aussendurchmesser D bestimmt sind (Fig. 3). Der Boden 16b ist geschlossen. Das durch die Einströmöffnung 13 in das Innere des Zwischenstücks 16 ein strömende Kühlmedium tritt durch eine Mehrzahl von Bohrungen 17, die auf einem Kreis um die Achse 20 in einem am vorderen Ende des Zwischenstücks 16 angeordneten konischen Abschnitt 24 angeordnet sind, in Form von gerichteten Kühlstrahlen 18 in das Plenum 11 aus. Das Zwischenstück 16 bildet so ein Strömungsgitter in Form einer Düse mit einer Anzahl Bohrungen 17, die in einem Winkel (α in Fig. 3) zur Einströmrichtung der Achse 20 ausgerichtet sind. Das Zwischenstück 16 wirkt gleichzeitig als Drosselstelle für das einströmende Kühlmedium. The intermediate piece 16, shown enlarged in Fig. 3 in its own right, has the shape of a cup having a substantially cylindrical wall 16a and a bottom 16b. The intermediate piece 16 projects into the plenum 11 with a section whose outer dimensions are determined by an outer diameter D (FIG. 3). The floor 16b is closed. The flowing through the inflow opening 13 into the interior of the intermediate piece 16 a cooling medium passes through a plurality of holes 17 which are arranged on a circle about the axis 20 in a arranged at the front end of the intermediate piece 16 conical section 24 in the form of directed cooling jets 18 in the plenary 11 from. The intermediate piece 16 thus forms a flow grid in the form of a nozzle with a number of holes 17, which are aligned at an angle (α in Fig. 3) to the inflow direction of the axis 20. The intermediate piece 16 acts simultaneously as a throttle point for the incoming cooling medium.

[0027] In Fig. 2 ist beispielhaft ein gestrichelt eingezeichneter Körper 22 dargestellt, der koaxial im Plenum 11 angeordnet ist und von dem zuströmenden Kühlmedium gekühlt werden soll. Durch das gegenüber der Abströmvorrichtung 12 im Durchmesser deutlich vergrösserte Plenum 11 wird um den Körper 22 herum ein Raum geschaffen, in den das Kühlmedium durch die Bohrungen 17 im in das Plenum 11 hineinragenden Zwischenstück 16 eingedüst werden kann, ohne direkt auf eine Wand 23 des Plenums oder dem zu kühlenden Körper 22 zu treffen. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich das einströmende Kühlmedium gleichmässig im Plenum 11 verteilen kann, bevor es Wärme aufnimmt, und so eine vergleichmässigte Kühlung bewirkt. Im Beispiel der Fig. 3 haben die Bohrungen 17 alle den gleichen Bohrungsdurchmesser d. Selbstverständlich kann dieser Bohrungsdurchmesser von Bohrung zu Bohrung variieren. Es ist aber auch denkbar, anstelle von kreisrunden Bohrungen andere Arten von Löchern wie zum Beispiel Langlöcher oder Schlitze einzusetzen, um eine spezielle Verteilung des eingedösten Kühlmediums zu erreichen. Die Löcher beziehungsweise Bohrungen 17 können aber auch auf mehreren, zur Achse 20 konzentrischen Ringen angeordnet sein. In Fig. 2 by way of example a dashed lines drawn body 22 is shown, which is arranged coaxially in the plenum 11 and is to be cooled by the inflowing cooling medium. By the opposite to the discharge device 12 in diameter significantly enlarged plenum 11, a space is provided around the body 22, in which the cooling medium can be injected through the holes 17 in the protruding into the plenum 11 spacer 16, without directly on a wall 23 of the plenum or to meet the body 22 to be cooled. In this way it is achieved that the inflowing cooling medium can be evenly distributed in the plenum 11, before it absorbs heat, and thus causes a uniform cooling. In the example of FIG. 3, the holes 17 all have the same bore diameter d. Of course, this bore diameter can vary from hole to hole. However, it is also conceivable to use other types of holes, such as elongated holes or slots instead of circular holes, in order to achieve a specific distribution of the injected cooling medium. However, the holes or holes 17 can also be arranged on a plurality of concentric rings 20 to the axis.

[0028] Wichtig ist, dass das Zwischenstück 16 mit seinen Löchern 17 derart ausgebildet ist, dass die durch die Löcher 17 austretenden Kühlstrahlen 18 zwischen dem zu kühlenden Körper 22 und der das Plenum 11 umschliessenden Wand 23 als möglichst lange Freistrahlen das Plenum 11 durchqueren, bevor sie auf dem zu kühlenden Körper 22 oder die das Plenum 11 umschliessenden Wand 23 auftreffen. It is important that the intermediate piece 16 is formed with its holes 17 such that the exiting through the holes 17 cooling jets 18 between the body to be cooled 22 and the plenum 11 enclosing wall 23 as long as possible free rays through the plenum 11, before they strike the body 22 to be cooled or the wall 23 enclosing the plenum 11.

[0029] Die für eine Anordnung gemäss Fig. 2 und 3 massgebenden Parameter können in breiten Bereichen variiert werden, um an die vorliegende Geometrie beziehungsweise die gewünschten optimal angepasst zu werden und den gewünschten Kühleffekt sicher zu erreichen: <tb>N =<sep>2...25 (Anzahl der Bohrungen 17 im Zwischenstück 16) <tb>D =<sep>12 mm bis 184 mm (Aussendurchmesser Zwischenstück 11) <tb>d =<sep>1,1 mm....0,85 D (Bohrungsdurchmesser) <tb>α =<sep>65° ... 170° (Achsenwinkel zwischen Bohrung und Zwischenstück) <tb>β =<sep>30° ... 155° (Achsenwinkel zwischen Plenum und Zwischenstück)The decisive for an arrangement according to FIGS. 2 and 3 parameters can be varied in a wide range, in order to be optimally adapted to the present geometry or the desired and to achieve the desired cooling effect safely: <tb> N = <sep> 2 ... 25 (number of holes 17 in the intermediate piece 16) <tb> D = <sep> 12 mm to 184 mm (outer diameter adapter 11) <tb> d = <sep> 1.1 mm .... 0.85 D (bore diameter) <tb> α = <sep> 65 ° ... 170 ° (axis angle between bore and intermediate piece) <tb> β = <sep> 30 ° ... 155 ° (axis angle between plenum and spacer)

[0030] In der Praxis als besonders günstig haben sich folgende Werte der oben genannten Parameter herausgestellt: <tb>N =<sep>6 <tb>D =<sep>36 mm <tb>d =<sep>6,35 mm....7,90 mm <tb>α =<sep>105° <tb>β =<sep>90° (rechter Winkel)In practice, the following values of the above parameters have been found to be particularly favorable: <tb> N = <sep> 6 <tb> D = <sep> 36 mm <tb> d = <sep> 6.35 mm .... 7.90 mm <tb> α = <sep> 105 ° <tb> β = <sep> 90 ° (right angle)

[0031] Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 in einer zu Fig. 2 vergleichbaren Darstellung wiedergegeben. Die gezeigte Kühlanordnung 10 ́ mit dem Plenum 11, der Einströmöffnung 13 in der Wand 23, der Abströmvorrichtung 12 und dem Zwischenstück 16 für den Zustrom 14 ist analog zur Kühlanordnung 10 der Fig. 2 ausgebildet, weshalb gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zum Beispiel der Fig. 2 erstreckt sich hier ein koaxialer Zentralkörper 25 vom oberen Ende des Plenums 11 ausgehend durch das Plenum 11 hindurch in die Abströmvorrichtung 12 hinein. Another embodiment of the invention is shown in Fig. 4 in a comparable to Fig. 2 representation. The cooling arrangement 10 shown with the plenum 11, the inflow opening 13 in the wall 23, the outflow device 12 and the intermediate piece 16 for the inflow 14 is formed analogously to the cooling arrangement 10 of FIG. 2, which is why similar parts are provided with the same reference numerals. In contrast to the example of FIG. 2 here extends a coaxial central body 25 from the upper end of the plenum 11, starting through the plenum 11 into the outflow device 12 inside.

[0032] Im Inneren dieses Zentralkörpers 25 kann (in Fig. 4 gestrichelt angedeutet) koaxial ein Rohr nach unten geführt werden, in welchem beispielsweise Brennstoff zur Brennkammer einer Gasturbine geführt werden kann. Der Zentralkörper 25 kann selbst als Rohr ausgebildet sein. Durch das einströmende, sich im Plenum 11 verteilende und durch die Abströmvorrichtung 12 parallel zum Zentralkörper 25 nach unten ab strömende Kühlmedium kann der Zentralkörper 25 über weite Strecken entsprechend gleichmässig gekühlt werden. Sofern es sich bei dem Kühlmedium - wie üblich - um Kühlluft handelt, kann die parallel zum Zentralkörper 25 nach unten strömende Kühlluft am Ende der Anordnung zur Vermischung mit und Verbrennung des im Zentralkörper 25 nach unten geführten Brennstoffs herangezogen werden. In the interior of this central body 25 (in dashed lines in Fig. 4 indicated) are coaxially guided down a pipe in which, for example, fuel to the combustion chamber of a gas turbine can be performed. The central body 25 may itself be formed as a tube. By the inflowing, distributed in the plenum 11 and through the outflow device 12 parallel to the central body 25 down from flowing cooling medium of the central body 25 can be cooled according to evenly over long distances accordingly. If the cooling medium is - as usual - cooling air, the cooling air flowing down parallel to the central body 25 can be used at the end of the arrangement for mixing with and burning the fuel guided downwards in the central body 25.

[0033] In Fig. 5 ist in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellung eine Industrie-Turbine mit sequenzieller Verbrennung vom Typ GT26 wiedergegeben, bei der die Erfindung mit Vorteil eingesetzt werden kann. Die Gasturbine 40 der Fig. 5verfügt über einen Verdichter 41, der Luft ansaugt und verdichtet, die dann in eine erste Brennkammer 44 eingeführt wird. Im dargestellten Beispiel sind in dieser ersten Brennkammer 44 ringförmig so genannte Doppelkegel-Brenner angeordnet, denen über entsprechende Brennstofflanzen Brennstoff zugeführt wird. Die entstehenden Heissgase werden einer nachfolgenden Hochdruckturbine 42 zugeführt und leisten dort Arbeit. Hinter der Druckturbine 42 treten die Gase in eine zweite Brennkammer 45 ein, wo sie erneut durch Zuführung von Brennstoff erhitzt werden. Dieser Brennstoff wird in die zweite Brennkammer 45 über einen Ring von gekühlten Brennstofflanzen 46 eingeführt, die nach den in Fig. 4 dargestellten Prinzipien aufgebaut sind und eine entsprechende Kühlanordnung enthalten. In Fig. 5 is shown in a perspective, partially sectioned illustration of an industrial turbine with sequential combustion type GT26, in which the invention can be used with advantage. The gas turbine 40 of FIG. 5 has a compressor 41 which sucks and compresses air, which is then introduced into a first combustion chamber 44. In the example shown, in this first combustion chamber 44 annular so-called double-cone burners are arranged, to which fuel is supplied via corresponding fuel lances. The resulting hot gases are fed to a subsequent high-pressure turbine 42 and perform work there. Behind the pressure turbine 42, the gases enter a second combustion chamber 45, where they are heated again by supplying fuel. This fuel is introduced into the second combustion chamber 45 via a ring of cooled fuel lances 46 constructed according to the principles illustrated in FIG. 4 and including a corresponding cooling arrangement.

[0034] Gegenüber einer einfachen Zuführung der Kühlluft ohne Zwischenstück und der damit verbundenen ungleichmässigen Verteilungen der Kühlluft wird gerade bei einer Gasturbine mit der Erfindung eine Kühlung erreicht, die aufgrund ihrer Gleichmässigkeit weniger Kühlluft verbraucht und damit den Wirkungsgrad der Gasturbine verbessert. Compared to a simple supply of cooling air without adapter and the associated uneven distributions of the cooling air cooling is achieved just in a gas turbine with the invention, which consumes less cooling air due to their uniformity and thus improves the efficiency of the gas turbine.

[0035] Analog wird bei einer Erwärmung eines Bauteils gegenüber einer einfachen Zuführung der Warmluft ohne Zwischenstück und der damit verbundenen ungleichmässigen Verteilungen der Warmluft mit der Erfindung eine Erwärmung erreicht, die aufgrund ihrer Gleichmässigkeit weniger Warmluft verbraucht und damit den Wirkungsgrad beispielsweise einer Gasturbine verbessert. Similarly, when heating a component compared to a simple supply of warm air without adapter and the associated uneven distributions of hot air with the invention achieved a warming that consumes less hot air due to their uniformity and thus improves the efficiency of a gas turbine, for example.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

[0036] <tb>10, 10 ́, 30<sep>Wärmeübertragungsanordnung/ Kühlanordnung <tb>11, 31<sep>Plenum <tb>12<sep>Abströmvorrichtung <tb>13, 34<sep>Einströmöffnung <tb>14, 37<sep>Zustrom <tb>15<sep>Abströmung <tb>16<sep>Zwischenstück <tb>16a<sep>Wand <tb>16b<sep>Boden <tb>17<sep>Loch (insbesondere Bohrung) <tb>18<sep>Gasstrahl, Kühlstrahl <tb>19, 20, 21<sep>Achse <tb>22, 32<sep>Körper (gekühlt oder erwärmt) <tb>23, 33<sep>Wand <tb>24<sep>konischer Abschnitt <tb>25<sep>Zentralkörper <tb>35<sep>Rohrleitung <tb>36<sep>Biegung <tb>38<sep>Strömungspfeil <tb>40<sep>Gasturbine (mit sequenzieller Verbrennung) <tb>41<sep>Verdichter <tb>42<sep>Hochdruckturbine <tb>43<sep>Niederdruckturbine <tb>44, 45<sep>Brennkammer <tb>46<sep>Brennstofflanze <tb>D<sep>Aussendurchmesser (Zwischenstück) <tb>d<sep>Bohrungsdurchmesser <tb>α, β<sep>Winkel[0036] <tb> 10, 10, 30 <sep> heat transfer assembly / cooling assembly <tb> 11, 31 <pl> <Tb> 12 <sep> vent assembly <tb> 13, 34 <sep> inflow port <tb> 14, 37 <sep> influx <Tb> 15 <sep> outflow <Tb> 16 <sep> adapter <Tb> 16 <sep> Wall <Tb> 16b <sep> Floor <tb> 17 <sep> hole (especially hole) <tb> 18 <sep> Gas jet, cooling jet <tb> 19, 20, 21 <sep> axis <tb> 22, 32 <sep> body (cooled or heated) <tb> 23, 33 <sep> Wall <tb> 24 <sep> conic section <Tb> 25 <sep> Central Body <Tb> 35 <sep> Pipe <Tb> 36 <sep> bend <Tb> 38 <sep> flow arrow <tb> 40 <sep> gas turbine (with sequential combustion) <Tb> 41 <sep> compressor <Tb> 42 <sep> high-pressure turbine <Tb> 43 <sep> low-pressure turbine <tb> 44, 45 <sep> combustion chamber <Tb> 46 <sep> fuel lance <tb> D <sep> Outer diameter (spacer) <Tb> d <sep> bore diameter <tb> α, β <sep> angle

Claims

A heat transfer arrangement (10, 10), comprising a plenum (11) into which a gaseous heat transfer medium in the form of an inflow (14) is introduced through an inflow opening (13), characterized in that in the region of the inflow opening (13) Equalization of the flow is arranged by the heat transfer arrangement through-flowed intermediate piece (16) which divides the inflow (14) on a plurality of in the plenum (11) directed gas jets (18).

2. Heat transfer arrangement according to claim 1, characterized in that the heat transfer medium is passed through a pipe system to the inflow opening (13).

3. Heat transfer arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate piece (16) has the shape of a cup which with its bottom (16b) projects into the plenum (11), and in that in the wall (16a) of the intermediate piece (16 16) a plurality of holes (17) are arranged distributed through which the heat transfer medium in the form of directed gas jets (18) in the plenum (11) emerges.

4. Heat transfer arrangement according to claim 3, characterized in that the bottom (16b) of the intermediate piece (16) is formed closed, that the intermediate piece (16) at its in the plenum (11) projecting end has a tapered conical portion (24) , and that the holes (17) are arranged in the region of the conical section (24).

5. Heat transfer arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the holes are formed as slots or slots.

6. Heat transfer arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the holes (17) are formed as bores.

7. Heat transfer arrangement according to one of claims 3-6, characterized in that the intermediate piece (16) concentric with a first axis (20) is formed, and that the holes (17) or holes in the intermediate piece (16) are formed and arranged in that the resulting gas jets (18) enclose with the first axis (20) a non-zero angle.

8. Heat transfer arrangement according to claim 7, characterized in that the holes (17) are arranged on at least one, to the first axis (20) concentric ring.

9. Heat transfer arrangement according to one of claims 1-8, characterized in that the plenum (11) by a wall (23) is enclosed, that in the plenum (11) by a flowing heat transfer medium to be cooled or heated body (22) is arranged, and that the intermediate piece (16) with its holes (17) is formed such that the through the holes (17) exiting gas jets (18) between the body to be cooled or heated (22) and the plenum (11 ) enclosing wall (23) as long as possible free rays through the plenum (11) before they hit the body to be cooled or heated (22) or the plenum (11) enclosing the wall (23).

10. Heat transfer arrangement according to claim 6, characterized in that the intermediate piece (16) between 2 and 25 holes (17), preferably about 6 holes (17).

11. Heat transfer arrangement according to claim 10, characterized in that the intermediate piece (16) is substantially cylindrical and has an outer diameter D which is in the range between 12 mm and 184 mm, and preferably about 36 mm, and that the bores (17 ) have a bore diameter d which is greater than 1 mm and 0.85 times the outer diameter D of the intermediate piece (16).

12. Heat transfer arrangement according to claim 11, characterized in that the bores (17) to the axis (20) of the intermediate piece (16) at an angle α of between 65 ° and 170 °, preferably about 105 °, are aligned.

13. A heat transfer assembly according to any one of claims 1-12, characterized in that the plenum (11) forms a cylindrical space with a first axis (19) that the intermediate piece (16) is formed substantially cylindrical with a second axis (20) , and that the angle β between the two axes (19, 20) is between 30 ° and 155 ° and is preferably about 90 °.

14. Heat transfer arrangement according to one of claims 1-13, characterized in that the plenum (11) forms a cylindrical space with an axis (19), and that to be cooled or heated central body (25) coaxial with the plenum (11) in Plenum (11) is arranged.

A heat transfer assembly according to claim 14, characterized in that the heat transfer assembly (10) is part of a fuel lance (46) for a sequential combustion gas turbine (40).