DE4244302C2

DE4244302C2 - Vorrichtung zur Prallkühlung

Info

Publication number: DE4244302C2
Application number: DE19924244302
Authority: DE
Inventors: Juergen Haumann; Alfred Knoepfli; Thomas Sattelmayer; Rudolf Tresch
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2012-12-29
Also published as: DE4244302A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prallkühlung einer Kühlfläche, welche in vielen Gebieten der Technik ange wendet werden kann, beispielsweise zur Kühlung einer Brenn kammerwand.

Stand der Technik

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Herkömmliche Prallküh lungssysteme bestehen aus einem Lochblech, das der zu kühlen den Fläche gegenüberliegt. Die Kühlluft, die aus den Bohrun gen im Blech als eine Reihe von Freistrahlen austritt und mit hoher Geschwindigkeit auf die Kühlfläche aufprallt, muss an schliessend durch den Spalt, der vom Lochblech und der Kühl fläche gebildet wird, weitertransportiert werden. Dadurch entsteht eine Strömung quer zu den Freistrahlen. Mit wachsen der Querströmungsgeschwindigkeit nimmt aber die Ablenkung der Freistrahlen zu, so dass deren Kühlwirkung erheblich redu ziert wird.

Eine weitere Verminderung der Kühlwirkung tritt ein, wenn die Luft vom Kühllufteintritt bis zum Austritt aus den Bohrungen unkontrolliert aufgeheizt wird.

Der Anmelderin ist aus DE 42 39 856 eine Gasturbinenbrennkammer mit Prallküh lung bekannt, bei der die Höhe des Kühlkanals in Querströ mungsrichtung entsprechend der Kühlluftzufuhr stetig zuneh mend ist und auf den Löchern der Lochplatte Röhrchen derart angeordnet sind, dass die Pralluft senkrecht auf die Prall fläche auftrifft, wobei die Höhe der Röhrchen in Querströ mungsrichtung so zunehmend ist, dass der Abstand der Röhrchen von der Prallfläche über die gesamte Länge des Kühlkanals konstant ist. Dadurch wird eine konstante Querströmungsge schwindigkeit und eine gleichmässigere Kühlwirkung erreicht. Es gelingt aber mit dieser Vorrichtung nicht, die Querströ mung völlig zu verhindern. Das ist auch nicht erwünscht, da die Querströmung bei diesem Kühlsystem zum Abtransport der Luft notwendig ist.

Aus DE 28 36 539 C2 ist ein gekühltes Heissgasgehäuse für Gasturbinen bekannt, welches mit einer Aussenschale ummantelt ist, in welcher Kühlluftröhrchen angeordnet sind, welche in eine oben abgeschlossene und mit über die Oberfläche verteilten Öffnungen versehene erweiterte Kammer übergehen. In diese Vielzahl von Kammern strömt die Kühlluft ein und prallt durch die Öffnungen an deren Oberfläche auf das Heissgasgehäuse. Die Luftabfuhr erfolgt durch die Zwischenräume zwischen den Kammern. Dadurch wird zwar vorteilhaft eine verbesserte Kühlwirkung erzielt, weil eine effektivere Trennung von einströmender und abströmender Luft erreicht wird, nachteilig ist hierbei aber der grosse Herstellungsaufwand.

Bei dem aus DE 35 40 943 A1 bekannten Gasturbinenstrahltriebwerk wird die Gehäusewand mittels Prallkühlung gekühlt, aber bei dieser Lösung tritt, wie bereits oben beschrieben, eine die Kühlwirkung vermindernde Querströmung auf. Diese Querströmung ist aber notwendig, um einen ungehinderten Abfluss der verbrauchten Kühlluft zu gewährleisten.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Prallkühlung einer Kühlfläche zu schaffen, bei der die unerwünschte Quer strömung vermieden und ein vorzeitiges Aufheizen der Kühlluft verhindert wird.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung zur Prallkühlung einer Kühlfläche, wobei die Kühlfläche und die Deckfläche parallel zueinander angeordnet sind, in einem konstanten Abstand von der Kühlfläche quer zur Strömungsrichtung der Kühlluft miteinander verbundene, je weils an der schmalen Seite offene Trapezprofile angeordnet sind, wobei die der Kühlfläche zugewandte Seite der Trapeze mit mindestens einer Lochreihe versehen ist und einen Spalt konstanter Höhe mit der Kühlfläche bildet, die offenen Tra pezseiten, welche gegenüber der Deckfläche liegen, die Zu fuhrflächen bilden und die offenen Trapezseiten, welche ge genüber der Kühlfläche liegen, die Überströmflächen bilden, und der Zwischenraum zwischen den mit Löchern versehenen Tra pezen den trapezförmigen Rückströmkanal bildet, wobei die Zu fuhrfläche sehr viel grösser als der Querschnitt eines Loches ist und der Querschnitt des Rückströmkanals sehr viel grösser als die Überströmfläche ist und diese wiederum sehr viel grösser als der Querschnitt des Spaltes zwischen der Kühlflä che und den mit Löchern versehenen Seiten der Trapeze ist, wobei die Trapezprofile eine doppelschali ge Wand aufweisen.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass bei dem erfindungsgemässen Prallkühlungskonzept eine un erwünschte Querströmung der Kühlluft vermieden wird. Dadurch wird die Effektivität der Kühlung stark verbessert.

Weiterhin wird ein vorzeitiges Aufheizen der Kühlluft verhindert.

Ferner ist vorteilhaft, wenn die Trapezprofile in Strömungs richtung der Sekundärluft eine sich verjüngende Form aufwei sen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Die einzige Figur zeigt die Anordnung der Trapezprofile zwi chen Kühl- und Deckfläche.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmit tel ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spieles und der Figur näher erläutert. Bei einer Brennkammer wird die Brennkammerinnenwand erfindungsgemäss gekühlt. Zwi schen der Kühlfläche 5, die in diesem Falle die Brennkammer innenwand darstellt, und der Deckfläche 6 sind in einem kon stanten Abstand über der Kühlfläche 5 quer zur Strömungsrich tung der Kühlluft miteinander verbundene, jeweils an der schmalen Seite offene Trapezprofile angeordnet. Die der Kühl fläche 5 zugewandten Seiten der Trapeze 7 sind mit Löchern 8 versehen und bilden eine Spalt 4 konstanter Höhe mit der Kühlfläche 5. Die offenen Seiten der Trapeze 7, welche gegen über der Deckfläche 6 liegen, sind die Zufuhrflächen 1 für die Kühlluft, während die offenen Seiten der Trapeze 7, wel che gegenüber der Kühlfläche 5 liegen, die Überströmflächen 2 darstellen. Ein Rückstromkanal 3 befindet sich jeweils zwi schen zwei mit den Löchern 8 versehenen Trapezen 7.

Die Trapezprofile können aneinander geschweisst sein oder aus einem entsprechend abgekanteten Blech bestehen.

Die Kühlluft tritt durch die der Deckfläche 6 gegenüberlie genden offenen Seiten der Trapeze 7 (Zufuhrflächen 1) in die Zufuhrräume ein und durch die Löcher 8 aus, um auf die Kühl fläche 5 zu prallen. Die aufgeheizte Luft strömt dann durch die Lücken zwischen den Profilen (Überströmflächen 2) in die trapezförmigen Rückströmkanäle 3, ohne die aus den benachbar ten Trapezprofilen austretende Luft in ihrer Kühlwirkung zu beeinträchtigen, da die Querströmung zu benachbarten Frei strahlen im Spalt 4 verhindert wird.

Die Querschnitte der verschiedenen Kanäle müssen dabei so gewählt werden, dass die Luft ungehindert den gewünschten oben beschriebenen Strömungsverlauf nehmen kann, d. h. die Zu strömfläche 1 muss sehr viel grösser als der Querschnitt des Loches 8 sein, der Querschnitt des Rückstromkanals 3 muss sehr viel grösser als die Überströmfläche 2 sein und diese wiederum muss sehr viel grösser als der Querschnitt des Spal tes 4 sein. Es gilt also:

A₁ << A₈

A₃ << A₂ << A₄

Bei dem in der Figur dargestellten Prallkühlungssystem liegt eine relativ grosse Wärmeübertragungsfläche vor. Dadurch wird die Kühlluft stark aufgeheizt und prallt mit erhöhter Tempe ratur auf die Kühlfläche 5 auf, wodurch die Kühlleistung des Systems abnimmt. Eine Isolation zwischen den strömungsführen den Kanälen schafft hierbei Abhilfe. Dabei ist es von Vor teil, wenn die Trapezprofile aus einer doppelschaligen Wand bestehen. Die äussere Wand dient als Strahlungsschild, wäh rend der Luftspalt zwischen innerer und äusserer Wand die Wärmeleitung unterbindet, da sich zwischen den beiden Wänden nur ruhende Luft befindet.

Von Vorteil ist, wenn die Trapezprofile in Strömungsrichtung der Sekundärluft eine sich verjüngende Form aufweisen.

Bezugszeichenliste

1

Zufuhrfläche

2

Überströmfläche

3

Rückströmkanal

4

Spalt

5

Kühlfläche

6

Deckfläche

7

Trapez

8

Loch

Claims

1. Vorrichtung zur Prallkühlung einer Kühlfläche, bei wel cher die Kühlfläche (5) und die Deckfläche (6) parallel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem konstanten Abstand von der Kühlfläche (5) quer zur Strömungsrichtung der Kühlluft miteinander verbunde ne, jeweils an der schmalen Seite offene Trapezprofile angeordnet sind, wobei die der Kühlfläche (5) zugewandte Seite der Trapeze (7) mit mindestens einer Lochreihe versehen ist und einen Spalt (4) konstanter Höhe mit der Kühlfläche (5) bildet, die offenen Seiten der Trapeze (7), welche gegenüber der Deckfläche (6) liegen, die Zu fuhrflächen (1) bilden und die offenen Seiten der Trape ze, welche gegenüber der Kühlfläche (5) liegen, die Überströmflächen (2) bilden und der Zwischenraum zwi schen den mit Löchern (8) versehenen Trapezen (7) den trapezförmigen Rückströmkanal (3) bildet, wobei die Zu fuhrfläche (1) sehr viel grösser als der Querschnitt eines Loches (8) ist und der Querschnitt des Rückström kanals (3) sehr viel grösser als die Überstromfläche (2) ist und diese wiederum sehr viel grösser als der Quer schnitt des Spaltes (4) zwischen der Kühlfläche (5) und den mit Löchern (8) versehenen Seiten der Trapeze (7) ist, und dass die Trapeze (7) aus einer doppelschaligen Wand bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trapezprofile in Strömungsrichtung der Sekun därluft eine sich verjüngende Form aufweisen.