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Uberströmgehäuse für eine Gasturbinenanlage
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Die Erfindung betrifft ein Uberströmgehäuse zur gasseitigen Verbindung
der Brennkammer einer Gasturbinenanlage mit dem Treibgaseinlaß der Gasturbine, wobei
in der Gehäusewand Reihen von Kühlluftöffnungen vorgesehen sind für die Zufuhr von
Kühlluft in den Innenraum des Uberströmgehäuses.
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Infolge der hohen Treibgastemperaturen, mit denen Gasturbinen zur
Steigerung ihres Wirkungsgrades betrieben werden, müssen die Uberströmgehäuse gekühlt
werden, um Uberbeanspruchungen des Gehäusematerials zu vermeiden.
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Hierbei wird die Außenseite des Uberströmgehäuses mit Kühlluft beaufschlagt,
so daß eine Wärmeabfuhr durch Konvektion erzielt wird. Diese allgemein eingesetzte
Kühlmethode
wird bei einer bekannten Gasturbine, von der vorliegende Erfindung ausgeht, verbessert
(US-PS 3 652 181).
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Das Uberströmgehäuse ist dort im Bereich des Treibgaseinlasses zur
Gasturbine von einer Hülse umgeben, in die vom Verdichter kommende Luft eingeleitet
wird. Nach dem Durchströmen der Hülse tritt diese Luft durch eine oder zwei Reihen
von Öffnungen in den Innenraum des Uberströmgehäuses ein. Da mit dieser Luft im
wesentlichen der Fußbereich der Turbinenschaufel gekühlt werden soll, sind diese
Reihen von Öffnungen entsprechend angeordnet. Eine nennenswerte Kühlung des Uberströmgehäuses
durch die in den Innenraum eintretende Luft findet nicht statt, das Uberströmgehäuse
wird nach wie vor im wesentlichen von außen unzureichend gekühlt. Hinzu kommt noch
der Aufwand für die Hülse, der bei komplizierten geometrischen Formen des Uberströmgehäuses
beträchtlich ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Uberströmgehäuse
der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise derart weiterzubilden,
daß dieses auf seiner gesamten Erstreckung wirkungsvoll gekühlt werden kann. Zusätzlich
soll die Kühlung an örtlich verschieden starke thermische Belastungen des UberströmgehAuses
leicht anpaßbar und hauptsächlich auch für komplizierte Gehäuseformen, die von der
z. B. zylindrischen Form abweichen, ohne Schwierigkeiten anwendbar sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird nun erfindungsgemäß ein Uberströmgehäuse
in zwei verschiedenen baulichen Ausführungsformen vorgeschlagen.
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Eine erste Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die Reihen
von Kühlluftöffnungen quer zur sich einstellenden Strömungsrichtung der wandnahen
Treibgase verlaufen, über den gesamten Strömungsweg der Treibgase verteilt an-
geordnet
sind und jeweils den Innenraum zumindest bereichsweise umschließen.
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Durch die Kühlluftzufuhr quer, vorzugsweise etwa senkrecht, zur Strömung
der wandnahen Treibgase, wird die eintretende Kühlluft von den Treibgasen umgelenkt
und in Form eines Kühlluftschleiers über die Gehäusewand großflächig ausgebreitet.
Zudem ist durch die Zähigkeitsunterschiede zwischen den heißen gleichmäßig strömenden
Treibgasen und der kalten Kühlluft keine Durchmischung zu befürchten, wodurch die
Ausbildung eines zusammenhängenden Kühlluftschleiers begünstigt wird. Da die Kühlluftzufuhr
über den Strömungsweg der Treibgase verteilt angeordnet ist, bleibt gewährleistet,
daß din Kühlluftschleier in gewissen Abständen jeweils frische Kühlluft zugeführt
wird, somit seine Temperatur niedrig und seine großflächige Ausdehnung erhalten
bleibt, Hierbei kann durch geeigneten Abstand der einzelnen Zufuhrstellen und/oder
durch geeignete Auswahl der Größe der Kühlluftöffnungen die Kühlwirkung beeinflußt
und auf die örtliche Temperaturbeaufschlagung abgestimmt werden. Auch kann eine
Abstimmung der Größe der Kühlluftöffnungen innerhalb einer Reihe vorgenommen werden,
falls die thermische Belastung der Gehäusewand örtlich oder bereichsweise verschieden
sein sollte. Eine weitere Anpassung der Kühlluftzufuhr kann auch dadurch erreicht
werden, daß der Abstand der einzelnen Kühlluftöffnungen einer Reihe zusätzlich oder
allein variiert wird. Insgesamt gesehen läßt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung
des Uberströmgehäuses auf dessen Innenseite ein wirksamer großflächiger Kühlluftschleier
ausbilden, der bezüglich seiner Dicke und seiner Temperatur auf die jeweiligen örtlichen
Belastungsverhältnisse abgestimmt ist.
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Von besonderer Bedeutung ist noch, daß der erfindungsge-
mäße
Vorschlag auch bei Uberströmgehäusen mit komplizierten geometrischen Formen, die
z. B. von der Zylinderform abweichen, leicht angewendet werden kann.
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Die Reihen von Kühlluftöffnungen werden nach Möglichkeit jeweils den
Innenraum weitgehend oder ganz umschließen.
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Doch ist gegebenenfalls eine Ausbildung mit kürzeren Reihen, die nur
einen Bereich des Innenraumes umfassen, angebracht, wenn nur hierdurch die Forderung
nach einem Verlauf der Reihen quer, insbesondere ungefähr senkrecht, zur wandnahen
Strömung der Treibgase zu verwirklichen ist.
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Es ist zwar bekannt, Flammrohr mit Luftöffnungen zu versehen. Doch
ist eine Ausbildung eines Kühlluftschleiers gemäß der Erfindung hier nicht möglich,
da im Flammrohr erhebliche Turbulenzen auftreten und gewünscht sind zur Mischung
von Brennstoff und Verbrennungsluft. Eine Strömungsrichtung der wandnahen Treibgase
ist hier nicht definierbar und demnach eine erfindungsgemäße Anordnung der Reihen
von Kühiluftöffnungen nicht möglich. Dagegen ist bei Uberströmgehäusen die wandnahe
Strömung der Heißgase zumindest in so ausreichend großer Ausdehnung gleichmäßig
und/oder gleichgerichtet, daß die Kühlluft Reihen erfindungsgemäß angeordnet werden
können. Hierbei kann die Strömungsrichtung der wandnahen Treibgase verschieden sein
von der im Uberströmgehäuse herrschenden Hauptströmungsrichtung, die vom Einlaß
zum Auslaß verläuft.
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Bei der zweiten Ausführungsform eines Uberströmgehäuses weist die
Gehäusewand sickenförmige, vom Innenraum wegzeigende Ausbuchtungen auf, die mit
den Reihen von Kühlluftöffnungen versehen und über den Strömungsweg der wandnahen
Treibgase verteilt angeordnet sind und die jeweils eine zum Innenraum offene Rinne
bilden, welche quer zur sich einstellenden Strömungsrichtung der wandnahen Treib-
gase
verläuft und einen Anschlußquerschnitt an den Innenraum aufweist, der klein ist
im Verhältnis zum Querschnitt des Innenraums an der Anschlußstelle.
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Hier treten neben den bereits bei der ersten Ausführungsform genannten
noch weitere Vorteile auf. Denn die Rinnen wirken zusätzlich als Diffusionskammern,
sodaß eine sehr gleichmäßige Ausbildung der Kühlluftgeschwindigkeit des Kühlluftschleiers
gegeben ist Die Diffusion wird bei einer Weiterbildung gemäß Anspruch 5 noch weiter
verbessert. Da die Rinnen von Ausbuchtungen der Gehäusewand gebildet sind, deren
Achsen im Querschnitt gesehen insbesondere senkrecht auf der nichtverformten Gehäusewand
stehen, nach außen ragen und die Form von Sicken aufweisen, wird einmal die Gehäusewand
versteift, sodaß zu deren Aufbau dünne Bleche Verwendung finden können. Zum anderen
wirken die Ausbuchtungen als Dehnungs-Kompensatoren, die trotz steifer Ausbildung
des Gehäuses thermische Ausdehnungen zulassen. Auch sind die Ausbuchtungen auf ihrer
Außenseite von Kühlluft umströmt, ungekühlte, den heißen Treibgasen ausgesetzte
Bereiche oder in den Innenraum ragende Vorsprünge sind vermieden. Durch den verhältnismäßig
kleinen Anschlußquerschnitt der Rinnen an den Innenraum des Uberströmgehäuses wird
eine Rückwirkung der Treibgasströmung auf die Kühlluftströmung und Kühlluft verteilung
in der Rinne vermieden sowie eine auf die jeweilige Temperatur oder Belastung angepaßte
Ausbildung des Kühlluftschleiers gefördert.
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Zur Anpassung der Kühlstärke an die jeweilige brtliche thermische
Beaufschlagung können auch hier die Kühlluft öffnungen bzw. die Reihen entsprechend
der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet und angeordnet sein.
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Um günstige Strömungsverhältnisse in den Rinnen und beim
Ubergang
von den Rinnen in den Innenraum des Uberströmgehäuses zu erreichen sowie um die
Kompensatorwirkung zu erhöhen, ist es empfehlenswert, daß die Rinnen jeweils einen
Querschnitt aufweisen, der einer Parabel zumindest ähnlich ist, deren Achse ungefähr
senkrecht zur Gehäusewand verläuft. In vorteilhafter Weise sind die Reihen von Kühlluftöffnungen
hierbei jeweils in einem Zweig der Ausbuchtung angeordnet.
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Zur weiteren Verbesserung der Strömungsverhältnisse ist es günstig,
wenn die Ausbuchtungen jeweils derart mit den Kühlluftöffnungen versehen sind, daß
die Kühlluft ungefähr gegenläufig zur Strömungsrichtung der wandnahen Treibgase
in die Rinnen eintritte.
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Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen,
daß die Rinnen jeweils mit einem Obergangsraum versehen sind, der sich in Strömungsrichtung
der wandnahen Treibgase bis in die Nähe der nächsten Rinne erstreckt und dessen
Querschnitt sich in Strömungsrichtung keilförmig verjüngt, wobei der Abstand zwischen
der Übergangsstelle von Rinnen zum Ubergangsraum und dem Rinnengrund mindestens
ein Viertel der Rinnentiefe beträgt. Hierdurch wird ein optimaler Übergang zwischen
Rinne und Innenraum des Strömungsgehäuses erreicht mit dem Ergebnis einer störungsfreien
Ausbildung des Kühlluftschleiers und gleichzeitig die Kompensatorwirkung der Ausbuchtung
und die Diffusionswirkung der Rinne aufrecht erhalten.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlluftöffnungen in Gruppen von mindestens zwei Reihen angeordnet sind.
Die einzelnen Kühlluftöffnungen einer Reihe sind hierbei vorzugsweise versetzt angeordnet
zu den Kühlluftöffnungen der anderen Reihe.
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Auch empfiehlt es sich, die Reihen von Kühlluftöffnungen an Stellen
minimaler Materialbeanspruchungen in der Gehäusewand anzuordnen.
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Um die Festigkeit des Uberströmgehäuses durch die Kühlluftöffnungen
bzw. Ausbuchtungen nicht zu beeinträchtigen, ist es emprenienswert, diese quer,
vorzugsweise senkrecht zur Richtung jener Hauptkräfte anzuordnen, die während des
Betriebs in der Gehäusewand auftreten. rür den Fall, daß die Richtungen der Hauptkräfte
und die Richtung der wand-@@@@@@@@trömung differieren sollten, ist aus diesen Richtungen
zumindest bereichsweise eine mittlere Richtung zu bilden. Die Reihen bzw. Ausbuchtungen
sind dann quer bzw. senkrecht zu dieser mittleren Richtung anzuordnen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der.
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folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispieien im Zusammenhang mit
den schematischen Zeichnungen hervor. Hierbei zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt aus
einer Gasturbinenanlaye im Vertikalschnitt mit einem erfindungsyemäßell Überströmgehäuse,
das zwischen einer Brennkammer und dem Treibgaseinlan der Gasturbine eingefügt ist,
Figur 2 das erfindungsgemäße Überströmgehäuse als Einzelheit gemäß der Schnittlinie
II - II der Fig. 1, Figur 3 einen Schnitt durch den Gegenstand der Figur 2 gemdli
der Schnittlinie III - III in größerem Maßstab, Figur 4 einen Schnitt entsprechend
dem Schnitt III - III der weitere Fig. 2 durch eine#Ausfuhrungsform eines Überströmgehäuses
mit Rinnen, Figur 5 eine Ausführungsvariante des Gegenstands der Fiy. 4 mit einem
Übergangsraum und Figur 6 einen Ausschnitt aus der Wand eines Überströmgehäuses
mit Kühlluftöffnungen, die in Rinnen münden, in perspektivischer Darstellung.
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Gleiche Teile weisen in den einzelnen Figuren gleiche Bezugszeichen
auf. Ferner sind in den einzelnen Fiyuren wiederkehrend' Einzelteile nur insoweit
mit Bezugszeichen versehen, als dies ful das Verständnis erforderlich ist.
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Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Gasturbinenanlage im Vertikalschnitt.
Auf der Turbinenwelle 10 sind mehrere Reihen von Laufschaufeln 12 befestigt, die
zwischen zugeorcineten Reihen
von Leitschaufeln 14 umlaufen können.
Vor der ersten Reihe der Laufschaufeln mündet das Überströmgehäuse 16 und bildet
den Treibgaseinlaß 18. Dieser ist kreisringförmig ausgebildet, so daß die Laufschaufelreihen
auf ihrem gesamten Umfany durch Treih gase beaufschlagbar sind. Hierzu ist das Überströmgehäuse
16 in jenem Bereich, in dem es den Laufschaufeln benachbart ist, ungefähr in Form
eines Torus 20 ausgebildet, der eine düsenartige Öffnung aufweist, welche den Treibgaseinlan
18 bildet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere aus Figur 1 im Zusammenhang mit
Figur 2 deutlich zu erkennen.
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An den torusartigen Bereich des Überströmgehäuses 16 schließt sich
ein radial verlaufender zylindrischer Bereich 22 an, der mit der Brennkammer 24
verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist lediglich ein zylindrischer
Bereich 22 und eine Brennkammer 24 gezeigt, es können selbstverständlich jeweils
auch mehrere vorhanden sein.
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Die Brennkammer 24 ist glockenartig ausgebildet und an ihrem offenen
Ende durch eine muffenartige Verbindung an das Übergangs gehäuse 16 angeschlossen.
Im Endbereich der Brennkammer ist die Brennstoffdüse 26 samt angeschlossener Versorgungsleitung
zentisch angeordnet. Um die Brennstoffdüse 26 sind Offnungen 28 für die Zufuhr von
Verbrennungsluft im Brennkammermantel ausgespart. Die Brennkammer 24 sowie das Überströmgehäuse
16 sind unter Bildung eines Zwischenraums 30 von einem Mantel 32 umgeben. In diesen
Zwischenraum 30 wird die Verbrennungsluft vorzugsweise derart eingeleitet, daß diese
im Gegenstrom zu den Treibgasen den Zwischenraum 30 zu den Oeffnungen 28 durchfließt.
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Als entsprechende Eintrittsstelle für die Kühlluft ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel die Eintrittsöffnung 36 am unteren Ende des Mantels 32 vorgesehen.
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Wie insbesondere aus den Figuren 1 und 2 zu ersehen, ist das Überströmgehäuse
16 mit Reihen 38 von Kühlluftötfnungen 40
versehen. Diese sind
jeweils nur im oberen Bereich des Überströmgehäuses 16 als Offnungen eingezeichnet,
im übrigen Bereich des Überströmgehäuses ist lediglich die Anordnung der Kühlluftöffnungen
bzw. Reihen durch strichpunktierte Linien angedeutet. Die Kühlluftöffnungen 40 sind
vorzugsweise als Bohrungen ausgebildet, durchdringen di. Gehäusewand 42 und verbinden
den Zwischenraum 30 mit dem Innenraum 44 des Überströmgehäuses 16. Wie insbesondere
aus Figur 2 zu ersehen ist, verlaufen die Reihen 38 von KUhlluftöffnungen quer,
vorzuysweise zumindest ungefähr senkrecht, zur Strömungsrichtung 46 jener Treibgase,
die in der Nähe der Gehäusewand 42 des Überströmgehäuses strömen. Wie weiter aus
den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, sind die Reihen 38 über den gesamten Strömungsweg
der Treibgase hintereinander mit gegenseitigem Abstand angeordnet, wobei die Reihen
vorzugsweise in sich geschlossen sind, das heißt die Reihen umschließen jeweils
den Innenraum 44 des Überströmgehäuses 16. In Figur 1 und 2 sind die Kühlluftöffnungen
40 bezüglich ihrer Größe nicht maßstäblich gezeichnet.
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Die Ausbildung der Kühlluftöffnungen 40, welche Bestandteil einer
Reihe sind, kann insbesondere aus Figur 3 ersehen werden.
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Diese Figur ist ein Querschnitt durch Figur 2 gemäß der Schnittlinie
III - III in größerem Maßstab.
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Die Kühlluftöffnungen 40 sind vorzugsweise als Bohrungen in der Gehäusewand
42 ausgerunrt, einem Durchmesser @@@ @ @@@ 15 mm, vorzugsweise 2 bis 8 mm. Unter
Umständen kann es günstig sein, daß zwei oder mehr Reihen von Kühlluftöffnungen
40 zu einer Gruppe zusammengefaßt sind, deren Reihen-Abstand etwa 1 bis 30 mm, vorzugsweise
5 bis 15 mm, beträgt. Die einzelnen Gruppen sind dann über den gesamte Strömungsweg
der Treigase verteilt in der Gehäusewand 42 angeordnet. Zur Erläuterung wird auf
Figur 6 verwiesen, bei der dies entsprechend dargestellt ist.
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Der Abstand 48 der Reihen 38 bzw. Gruppen von Reihen (bzw.
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Rinnen nach den Fig. 4 bis 6) in Strömungsrichtung der Treibgase wird
so gewählt, daß sich ein ausreichend kalter Kühlluftschleifer über die gesamte Gehäusewand
ausbreitet. Als Hichtwert für diesen Abstand können etwa 50 bis 400 mm, vorzugsweise
100 bis 250 mm gelten. Auch ist es möglich, die Kühlung des Uberströmgehäuses jeweils
auf die örtliche Tempraturbelastung abzustimmen, in dem der Abstand der Reihen von
Kühlluftöffnungen diesen Belastungen angepaßt wird. Das heißt, in Bereichen mit
hoher thermischer Belastung sind die Reihen > 'u,-offnunaen mit geringem Abstand
anzuordnen, wog aden in Bereichen mit kleinerer thermischer belastung -Abstand zugelassen
werden kann, um ausreichende Kühlwirkung zu erzielen.
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Auch ist es möglich, die Größe der Kühlluftöffnungen einzelner Reihen
und innerhalb einer Reihe zu variieren. Hierdurch kann eine Anpassung der KühlstMrke
quer zur Strömungsrichtung der Treibgase erreicht werden.
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Während des Betriebs wird Luft, die vom Verdichter der Gasturbinenanlage
kommt, durch die Eintrittsöffnung 36 in den Zwischenraum 30 eingeleitet. Hier umspült
diese das Überströmgehäuse 16 und die Brennkammer 24 im Gegenstrom zu den Treibgasen
im Innenraum 44, und der Hauptteil dieser Luft tritt als Verbrennungsluft durch
die Öffnungen 28 in die Brennkammer 24 ein. Der übrige, kleinere Teil der Luft tritt
durch die Offnungen 40 in das Überströmgehäuse 16 ein.und bildet dort einen Kühlluftschleier.
Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung der Kühlluftöffnungen 40 erstreckt sich
dieser Kühlluftschleier zumindest weitgehend über die Innen wand des Überströmgehäuses
16 und trägt wesentlich zu deren Kühlung bei.
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Die Kühlung des Überströmgehäuses 16 wird zum kleineren Teil durch
jene Luft bewirkt, die im Gegenstrom zu den Treibgasen durch den Zwischenraum 30
von der Eintrittsöffnung 36 zu den oeffnungen 28 der Brennkammer strömt, der Hauptanteil
der
Kühlung wird jedoch durch den Kühlluftschleier erreicht, der sich auf der innenwand
des Überströmgehäuses 16 ausbildet.
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Der Kühlluftschleier hat hierbei zweierlei Wirkungen.
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Zunächst kühlt er die Gehäuseinnenwand 16 durch Konvektion und zum
anderen bildet er eine Luftschicht, welche den unmittelbaren Kontakt der heißen
Treibgase mit der Gehäusewand 16 verhindert.
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In Figur 4 ist eine Ausbildung der Gehäusewand als zweite Ausführung
und im Ausschnitt dargestellt. Der Ausschnitt entsprach hierbei ungefähr der Schnittführung
III - III der Figur 2. Bei dieser Ausführung ist die Gehäusewand 42 mit Rinnen 50
versehen, die zum Innenraum 44 des Überströmgehäuses offen sind.
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In diese Rinnen 50 münden die Reihen 38 von Kühlluftöffnungen 52 Hierzu
verlaufen die Rinnen 50 quer, vorzugsweise senkrecht zur wandnahen Strömung und
umschließen vorteilhaft jeweils den Innenraum 44 des Überströmgehäuses 16. Die Rinnen
50 haben jeweils das Profil ungefähr einer Parabel und besitzen in Strömungsrichtung
46 der wandnahen treibgase eine größte lichte Weite von ungefähr 20 bis 80 mm, vorzugsweise
30 bis 50 mm. Die lichte Tiefe der Rinnen beträgt maximal ungefähr 40 mm, vorzugsweise
lO bis 30 mm, die Wandstärke der Gehäusewand liegt etwa bei 4 bis 20 mm. Letzteres
gilt auch für Figur 3.
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Die Rinnen 50 sind von Ausbuchtungen 54 der Gehäusewand in Form von
Sicken gebildet, die Kühlluftöffnungen 52 sind vorzugsweise in jenem Bereich angeordnet,
in denen minimale Spannungen auftreten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
dieser Bereich in den beiden Zweigen 56, 58 der parabelförmigen Ausbuchtung 54 vorhanden,
die sich an den Scheitelbereich 60 anschließen. Dieser Sachverhalt ist aus Fig.
4 klar zu erkennen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Reihen von Kühlluftöffnungen
52 vorhanden, die zu einer Gruppe zusammengefaßt in die Rinne 50 münden. Es könnten
je nanh Bedarf auch eine
einzige Reihe oder mehr als zwei Reihen
von Kühlluftöffnungen 52 vorgesetien sein. Die Kühlluftö£fnungen 52 sind in jenem
Zweig 58 der parabelförmigen Ausbuchtung 54 derart angeordnet, daß die Luft, welche
aus dem Zwischenraum 30 in die Rinne 50 übertritt, ungefähr eine strömungsrichtung
62 aufweist, die ähn]ich ist der Strömungsrichtung 46 der wandnahen Treibgase.
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Es ist jedoch auch möglich, die Kühlluftöffnungen 52 im Zweig 56 der
Ausbuchtung 54 anzubringen, wie dies im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 dargestellt
ist. Hierdurch ist die Strömungsrichtung 64 der Kühlluft, welche in die Rinne 50
eintritt, zunächst etwa gegensinnig zur Strömungsrichtung 46 der wandnahen Treibgase
und wird dann von diesen umgelenkt zur Ausbildung des Kühlluft schleiers. Dieser
Sachverhalt ist aus Figur 5 deutlich zu erkennen.
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Durch die Zwischenschaltung der Rinnen 50 zwischen die Kühlluftöffnungen
52 und den Innenraum 44 wird eine gleichmäßigere Ausbildung des Kühlluftschleiers
erreicht. Zusätzlich wirken die Ausbuchtungen 54 als Kompensatoren, die unterschiedliche
Ausdehnungen der Gehäusewand 42, die trotz der erfindungsgemäßen Kühlung noch auftreten
können, ausgleichen.
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Figur 5 ist eine Weiterbildung des Gegenstands der Figur 4.
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Der Unterschied gegenüber Figur 4 besteht darin, daß jede Rinne 50
mit einem Übergangsraum 66 versehen ist, der sich in Strijmungsrichtung der Treibgase
bis in die Nähe der nächsten Rinne erstreckt. Der Querschnitt eines jeden Übergangsraums
66 ist keilförmig und verjüngt sich in Strömungsrichtung der Treibyase. Die Übergangsräume
66 erstrecken sich in peripherer Richtung jeweils über die gesamte Länge der Rinne,
wie dies zum Beispiel aus Figur 6 zu erkennen ist. Der Offnungswinkel g der keilförmigen
Übergangsräume 66 beträgt maximal 15°, vorzugs-
weise 1 bis 100.
und besonders bevorzugt 1 bis 5". Der Offnungswinkel 1 ist hierbei zwischen der
Gehäusewand 42 und einer Linie 68 gemessen, welche die Innenseite des überströmgehäuses
16 berührt und die gegebenenfalls äquidistant verläuft zu jener Längsachse, die
durch das Zentrum des Innenraums 44 verläuft. Näheres ist aus Fig. 5 zu ersehen.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Übergangsraum 66 von einer Rinne bis
zur nächstfolgenden Rinne. Dies ist zwar die optimalste Lösung, es ist gegebenenfalls
jedoch empfehlenswert, diese Erstreckung des Übergangsraumes 66 in Richtung der
Treibgase kürzer zu halten, so daß zwischen dem Ende des Übergangsraums 66 und dem
Beginn der nächsten Rinne 50 ein Abstand verbleibt. Dieser Abstand sollte in Strömungsrichtung
der Treibgase höchstens gleich sein der lichten Weite einer Rinne, wenn diese keinen
Überströmraum 66 aufweisen würde.
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Der Vorteil des Übergangsraumes 66 ist darin zu sehen, daß die Kühlluft,
welche aus der Rinne 50 kommt, keilförmig die heißen Treibgase von der Gehäusewand
42 abtrennt und somit die Bildung des Kühlluftschleiers begünstigt ist. Die Einführung
der Kühlluft in die Rinne 50 durch den Zweig 56 der parabelförmigen Ausbuchtung
54 wirkt sich hier wie bereits weiter oben dargelegt, vorteilhaft aus. Jedoch wäre
es gegebenenfalls auch möglich, die Rthlluftöffnungen 52 im Zweig 58 anzubringen,
wie dies beispielsweise in Figur 6 gezeigt ist.
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Die'Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Überströmgehäuse 16 in
perspektivischer Ansicht. Hierbei sind deutlich die Rinnen 50 sowie die Überganysräume
66 zu erkennen, die in Strömung richtung 46 der wandnahen Treibgase hintereinander
angeordnet sind. Im Gegensatz zu Figur 4 sind hier die öffnungen 52 im Zweig 58
der parabelförmigen Ausbuchtung 54 angeordnet.
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Auch ist deutlich zu erkennen, daß jeder Rinne 50 zwei Reihen von
Kühlluftöffnungen 52 zugeordnet sind, die eine Gruppe 70
von KühlluftOf.fnungen
bilden Hierbei sind die Kühlluftöffnungen 52 einer Reihe versetzt angeordnet zu
den Kühlluft öffnungen der anderen Reihe, wie dies ebenfalls aus Figur 6 deutlich
zu erkennen ist. Bei noch weiteren XWllluftöffnungen einer Reihe können diese ebenfalls
versetzt-angeordnet sein.
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Die versetzte Anordnung bringt nämlich den Vorteil einer gleichmäßigen
Einströmung der Kühlluft in die Rinne 50. Bezüglich des Abstandes der Rinnen 50
in Strömungsrichtung 46 der wandnahen Treibgase gelten die selben Angaben wie für
den Abstand de der Reihen 38 von Kühlluftöffnungen 40 bei ihrer Anordnung ohne Rinnen
(Figur 3).
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Um den Einfluß der Kühlluftöffnungen auf die Festigkeit des Uberströmgehäuses
16 gering zu halten, ist es empfehlenswert, die Reihen von Kühlluftöffnungen quer,
vorzugsweise zumindest ungefähr senkrecht, zur Richtung jener Hauptkräfte anzuordnen,
die während des Betriebs in der Gehäusewand 42 auftreten. Da die Richtung dieser
Hauptkräfte jedoch verschieden sein kann von der Strömungsrichtung der wandnahen
Treibgase, ist eine mittlere Richtung aus diesen beiden Richtungen zu bilden. Die
Rinnen bzw. Kühlluftöffnungen werden dann quer, vorzugsweise senkrecht zu dieser
mittleren Richtung angeordnet, wobei Abweichungen von etwa t 15° zulässig sind.
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Die Kühlluftöffnungen 52 der Ausbuchtungen sind so ausge- 1 richtet,
daß die jeweilige Uffnungsachse 76 die Achse 74 der Parabel unter einem Winkel kleiner
als 90 Grad, vorzugsweise unter einem Winkel zwischen ungefähr 30 und 60 Grad, schneidet
(vergleiche Fig. 4).
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Die Achsen 76 der Ausbuchtungen verlaufen etwa senkrecht zur nichtausgebuchteten
benachbarten Gehäusewand, so daß die Ausbuchtungen 54 in den Zwischenraum 30 ragen
und allseitig gekühlt sind.
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Die Ubergangsstelle 78 zwischen Ubergangsraum 66 und Rinne 50 liegt
- im Querschnitt gesehen - ungefähr mindestens in Viertel, vorzugsweise ein Drittel
bis ein Viertel, der Rinnentiefe vom Rinnengrund entfernt, wobei die Entfernung
in oder parallel zur Achse 74 gemessen ist. Hierdurch bleibt auch bei der Anordnung
von Ubergangsräurnen 66 wenigstens ein Teil der Rinnen erhalten, sodaß ihre Verteil-,
Diffusions- und Kompensatorwirkung erhalten bleibt, Der FluB der wandnahen und/oder
wandberührenden Treibgase strömung ist in tfbergangsgehäusen. soweit beruhigt, daß
von einer definierten Strömungsrichtung gesprochen werden kann die entlang der Gehäusewand
in Generairichtung vom Treibgaseinlaß zum Treibgasauslaß verläuft, Eine Anordnung
der Reihen 38 bzw. Rinnen 50 gemäß der Erfindung ist daher sinnvoll. Besonders hervorzuheben
ist hierbei, daß die Reihen 38 von Kühlluftöffnungen gemäß Fig. 3 oder die Rinnen
50 gemäß den Fig. 4 bis 6 den Innenraum 44 nur dann umschließen oder weitgehend
umschließen, wenn die übrigen Forderungen insbesondere Queranströmung, erfüllt sind.
Sind jedoch wandnahe Treibgasströmungen vorhanden, deren Richtungen bereichsweise
voneinander abweichen, so ist die periphere Länge der Reihen bzw. Rinnen an diese
Bereiche anzupassen.
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Der Anschlußquerschnitt der Rinnen 50 an den Innenraum 44 ist jeweils
klein im Verhältnis zum Querschnitt des Innenraums 44 im Bereich der Anschlußstelle
bzw. des Anschlußbereichs.
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Entsprechendes gilt auch für die Fig. 5 und 6, hier ist als Anschltßstelle
die Übergangsstelle 78 von Rinne zum Übergangsraum anzusehen.
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Die einzelnen Merkmale der einzelnen Ausführungsformen oder Ausführungsbeispiele
können selbstverständlich - soweit dies im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens
liegt, beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere ist die
kombinierte
Anwendung der Ausführungsformen gemäß der Fig.
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1 und 2 mit den Ausführungsformen gemäß der übrigen Fig.
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möglich und gegebenenfalls zu empfehlen.
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Unter Rinnentiefe im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig.
5 ist der Abstand zwischen der Linie 68 und dem Rinnengrund zu verstehen, das heißt
die Rinnentiefe ist durch den Zweig 58 der Ausbuchtung bestimmt.