DE102012002539A1

DE102012002539A1 - Heat transfer arrangement i.e. cooling arrangement, for use in fuel lance of gas turbine, has intermediate piece arranged in region of inflow opening for homogenizing influx and dividing influx into gas jets that are directed into plenum

Info

Publication number: DE102012002539A1
Application number: DE201210002539
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rathmann; Carlos Riemer
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2012-08-02
Also published as: CH704446A1

Abstract

The arrangement (10) has a plenum (11) into which a gaseous heat transfer medium in a form of an influx (14) is introduced through an inflow opening (13). An intermediate piece (16) is arranged in a region of the inflow opening for homogenizing the influx. The intermediate piece divides the influx into gas jets (18) that are directed into the plenum. The intermediate piece in the shape of a cup protrudes with its bottom into the plenum. Holes (17) are arranged on a ring concentric to an axis (20) of the intermediate piece.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

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

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 that must be cooled by cooling air, there is the following problem: cooling air ducts of a gas turbine (or equivalent other facilities) 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.

Eine solche problematische Situation ist in 1 in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung wiedergegeben. In der Wärmeübertragungsanordnung 30 der 1 wird 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 in 1 reproduced in a highly simplified, schematic representation. In the heat transfer arrangement 30 of the 1 becomes an interior in the form of a plenary 31 from a wall 33 enclosed. In the plenum 31 is a body 32 arranged by the plenary 31 incoming cooling air to be cooled. The cooling air passes through an inflow opening 34 in the wall 33 of the plenum 31 to the plenum 31 and hits the body there 32 , The cooling air is called an influx 37 over a pipeline 35 supplied, for example, a bend 36 having. As indicated by the flow arrow 38 is clarified, it comes in the course of the bend 36 to irregularities in the flow, which cause the desired body 32 Unevenly charged with cooling air or the cooling air in the space around the body is distributed unevenly with corresponding consequences for the uniformity of the cooling. 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

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 design a heat transfer arrangement of the type mentioned above so that the adverse effects caused by the supply in the cooling air or the heat transfer medium can be reliably avoided.

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.

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 vergleichmässigte 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 into 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.

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.

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 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 in the plenary exit. 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.

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 Lacher 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 plenum has a tapered conical portion, and the laughs 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 is uniform and can be optimally filled with heat transfer medium, for example with cooling air.

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 spacer 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.

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 substantially with the bore axis.

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 are formed and arranged in the intermediate piece so that the resulting gas jets with the first axis enclose an angle different from zero , 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.

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.

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 concentric rings to the first axis in order to enforce the space of the plenum even denser with gas jets.

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

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

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 a body to be cooled or heated by the flowing heat transfer medium is arranged, and that the intermediate piece is formed with its holes such that the through the holes Exiting gas jets between the body to be cooled or heated and the wall enclosing the plenum as long as possible free rays to pass through the plenum before they hit the body or the wall enclosing 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.

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

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.It has also been 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 greater than 1 mm is 0.85 times the outside diameter D of the intermediate piece.

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 are aligned to the axis of the intermediate piece at an angle α of between 65 ° and 170 °, preferably about 105 °.

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, if the intermediate piece is formed substantially cylindrical with a second axis, and if the angle β between the two axes is between 30 ° and 155 °, and preferably about 90 ° is.

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.

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 can 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

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 zeigenThe 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

1 in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung mögliche Ursachen für eine ungleichmässige Kühlung bei einer Kühlanordnung herkömmlicher Art; 1 in a highly simplified schematic representation possible causes of uneven cooling in a cooling arrangement of conventional type;

2 einen Schnitt durch eine Kühlanordnung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Plenum und einem Zwischenstück zur verbesserten Verteilung des Kühlmediums; 2 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;

3 in einer vergrösserten Darstellung einen Schnitt durch ein Zwischenstück gemäss 2; 3 in an enlarged view a section through an intermediate piece according to 2 ;

4 in einer zu 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 4 in one too 2 Comparative illustration of a cooling arrangement with an additional central body according to another embodiment of the invention, as it applies for example in a fuel lance for the second combustion chamber of an industrial gas turbine with sequential combustion application; and

5 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. 5 in a perspective, partially sectional view of an industrial gas turbine with sequential combustion type GT26, in which the cooling arrangement according to the invention can be used with advantage in the burner lances used the second combustion chamber.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

2 zeigt einen Schnitt durch eine Kühlanordnung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Mitteln zur verbesserten Verteilung des Kühlmediums. Die Kühlanordnung 10 aus 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 wieder aus. 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. 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 out 2 includes a plenary session 11 which is from a wall 23 is enclosed and substantially cylindrical with an axis 19 is trained. On one side of the plenary 11 is in the wall 23 an inflow opening 13 provided by which an influx 14 a cooling medium, in particular of cooling air, in the plenum 11 can occur. That in the plenary 11 occurred cooling medium exits the plenum 11 by a tube-like outflow device arranged elsewhere 12 in the form of an outflow 15 out again. 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 inlet opening 13 (Angle β = 90 °), which is in the direction of the axis 20 one in the inflow opening 13 inserted intermediate piece 16 is oriented.

Das Zwischenstück 16, das in 3 für 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 (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 3) zur Einströmrichtung der Achse 20 ausgerichtet sind. Das Zwischenstück 16 wirkt gleichzeitig als Drosselstelle für das einströmende Kühlmedium.The intermediate piece 16 , this in 3 Taken in isolation, it has the shape of a cup with a substantially cylindrical wall 16a and a floor 16b , The intermediate piece 16 stands out with a section in the plenary 11 in whose outer dimensions are determined by an outer diameter D ( 3 ). The floor 16b is closed. That through the inflow opening 13 into the interior of the intermediate piece 16 a flowing cooling medium passes through a plurality of holes 17 on a circle around the axis 20 in one at the front end of the intermediate piece 16 arranged conical section 24 are arranged, in the form of directed cooling jets 18 to the plenum 11 out. The intermediate piece 16 thus forms a flow grid in the form of a nozzle with a number of holes 17 , which are at an angle (α in 3 ) to the inflow direction of the axis 20 are aligned. The intermediate piece 16 acts simultaneously as a throttle point for the incoming cooling medium.

In 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 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 eingedüsten Kühlmediums zu erreichen. Die Lacher beziehungsweise Bohrungen 17 können aber auch auf mehreren, zur Achse 20 konzentrischen Ringen angeordnet sein.In 2 is an example of a dashed body drawn 22 shown coaxially in plenary 11 is arranged and to be cooled by the incoming cooling medium. By the opposite to the outflow device 12 in the diameter significantly enlarged plenum 11 gets around the body 22 around created a space in which the cooling medium through the holes 17 im in the plenum 11 protruding intermediate piece 16 can be injected without directly on a wall 23 the plenary or the body to be cooled 22 hold true. In this way it is achieved that the incoming cooling medium uniformly in plenary 11 can distribute before it absorbs heat, and thus causes a uniform cooling. In the example of 3 have the holes 17 all 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. The laughs or holes 17 but also on several, to the axis 20 be arranged concentric rings.

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 with his holes 17 is formed such that through the holes 17 emerging cooling jets 18 between the body to be cooled 22 and the plenary 11 enclosing wall 23 as long as possible free jets the plenum 11 traverse before getting on the body to be cooled 22 or the plenary 11 enclosing wall 23 incident.

Die für eine Anordnung gemäss 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:
N = 2...25 (Anzahl der Bohrungen 17 im Zwischenstück 16)
D = 12 mm bis 184 mm (Aussendurchmesser Zwischenstück 11)
d = 1,1 mm...0,85D (Bohrungsdurchmesser)
α = 65°...170° (Achsenwinkel zwischen Bohrung und Zwischenstück)
β = 30°...155° (Achsenwinkel zwischen Plenum und Zwischenstück)The according to an arrangement according to 2 and 3 decisive parameters can be varied in a wide range in order to be optimally adapted to the geometry or the desired one and to achieve the desired cooling effect safely:
N = 2 ... 25 (number of holes 17 in the intermediate piece 16 )
D = 12 mm to 184 mm (outer diameter adapter 11 )
d = 1.1 mm ... 0.85D (bore diameter)
α = 65 ° ... 170 ° (axis angle between bore and intermediate piece)
β = 30 ° ... 155 ° (axis angle between plenum and spacer)

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

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 4 in einer zu 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 2 ausgebildet, weshalb gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. im Unterschied zum Beispiel der 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 in 4 in one too 2 reproduced comparable representation. The cooling arrangement shown 10 ' with the plenum 11 , the inlet opening 13 in the wall 23 , the outflow device 12 and the intermediate piece 16 for the influx 14 is analogous to the cooling arrangement 10 of the 2 formed, which is why similar parts are provided with the same reference numerals. unlike the example of 2 here extends a coaxial central body 25 from the upper end of the plenum 11 starting from the plenum 11 through into the outflow device 12 into it.

Im Inneren dieses Zentralkörpers 25 kann (in 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.Inside this central body 25 can (in 4 indicated by dashed lines) 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 can itself be designed as a tube. By the inflowing, in plenary 11 distributing and through the outflow device 12 parallel to the central body 25 down from flowing cooling medium, the central body 25 be cooled evenly over long distances accordingly. If it is the cooling medium - as usual - is cooling air, which can be parallel to the central body 25 Downwardly flowing cooling air at the end of the arrangement for mixing with and combustion of the central body 25 downwardly guided fuel.

In 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 5 verfügt 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 4 dargestellten Prinzipien aufgebaut sind und eine entsprechende Kühlanordnung enthalten.In 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 the 5 has a compressor 41 , which sucks in and compresses the air, which then enters a first combustion chamber 44 is introduced. In the example shown are in this first combustion chamber 44 annular so-called double-cone burners arranged, which is supplied via appropriate fuel lances fuel. The resulting hot gases are a subsequent high-pressure turbine 42 fed and 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 in the second combustion chamber 45 over a ring of cooled fuel lances 46 introduced after the in 4 illustrated principles are constructed and include a corresponding cooling arrangement.

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 distribution of 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.

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.Analog warming of a component compared to a simple supply of hot air without adapter and the associated uneven distributions of warm air with the invention achieved a warming that consumes less warm air due to their uniformity and thus improves the efficiency of a gas turbine, for example.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10, 10', 3010, 10 ', 30: Wärmeübertragungsanordnung/KühlanordnungHeat transfer assembly / cooling arrangement
11, 3111, 31: Plenumplenum
1212: Abströmvorrichtungvent assembly
13, 3413, 34: Einströmöffnunginflow
14, 3714, 37: Zustrominflux
1515: Abströmungoutflow
1616: Zwischenstückconnecting piece
16a16a: Wandwall
16b16b: Bodenground
1717: Loch (insbesondere Bohrung)Hole (especially hole)
1818: Gasstrahl, KühlstrahlGas jet, cooling jet
19, 20, 2119, 20, 21: Achseaxis
22, 3222, 32: Körper (gekühlt oder erwärmt)Body (cooled or heated)
23, 3323, 33: Wandwall
2424: konischer Abschnittconical section
2525: Zentralkörpercentral body
3535: Rohrleitungpipeline
3636: Biegungbend
3838: Strömungspfeilflow arrow
4040: Gasturbine (mit sequenzieller Verbrennung)Gas turbine (with sequential combustion)
4141: Verdichtercompressor
4242: HochdruckturbineHigh-pressure turbine
4343: NiederdruckturbineLow-pressure turbine
44, 4544, 45: Brennkammercombustion chamber
4646: Brennstofflanzefuel lance
DD: Aussendurchmesser (Zwischenstück)Outer diameter (intermediate piece)
dd: BohrungsdurchmesserBore diameter
α, βα, β: Winkelangle

Claims

Heat transfer arrangement ( 10 . 10 ' ), comprising a plenary session ( 11 ), in which through an inlet opening ( 13 ) a gaseous heat transfer medium in the form of an influx ( 14 ) is introduced, characterized in that in the region of the inflow opening ( 13 ) to equalize the flow of a flowed through by the heat transfer device intermediate piece ( 16 ), which controls the influx ( 14 ) to several, to plenary ( 11 ) directed gas jets ( 18 ).

Heat transfer arrangement according to claim 1, characterized in that the heat transfer medium through a pipe system to the inlet opening ( 13 ) to be led.

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 ) in plenary ( 11 ) and that in the wall ( 16a ) of the intermediate piece ( 16 ) several holes ( 17 ) are arranged, through which the heat transfer medium in the form of directed gas jets ( 18 ) in plenary ( 11 ) exit.

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 ) in his plenum ( 11 ) projecting end a tapered conical section ( 24 ), and that the holes ( 17 ) in the region of the conical section ( 24 ) are arranged.

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

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

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 arranged and arranged such that the resulting gas jets ( 18 ) with the first axis ( 20 ) enclose a non-zero angle.

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

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

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 ), having.

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 is 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 ) is.

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

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

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

Heat transfer arrangement according to claim 14, characterized in that the heat transfer arrangement ( 10 ' ) Part of a fuel lance ( 46 ) for a gas turbine ( 40 ) with sequential combustion.