DE4244303A1 - Impact cooling system for cooling surface e.g. of combustion chamber wall - Google Patents
Impact cooling system for cooling surface e.g. of combustion chamber wallInfo
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Abstract
Description
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.The invention relates to a device for impingement cooling a cooling surface, which is in many areas of technology can be used, for example for cooling a burner chamber wall.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Herkömmliche Prallküh lungssysteme bestehen im allgemeinen aus einem Lochblech, das der zu kühlenden Fläche gegenüberliegt. Die Kühlluft, die aus den Bohrungen im Blech als eine Reihe von Freistrahlen aus tritt und mit hoher Geschwindigkeit auf die Kühlfläche auf prallt, muß anschließend durch den Spalt, der vom Lochblech und der Kühlfläche gebildet wird, weitertransportiert werden. Dadurch entsteht eine Strömung quer zu den Freistrahlen. Mit wachsender Querströmungsgeschwindigkeit nimmt aber die Ablen kung der Freistrahlen zu, so daß deren Kühlwirkung erheblich reduziert wird.Such devices are known. Conventional baffle Systems generally consist of a perforated plate, the faces the surface to be cooled. The cooling air coming out the holes in the sheet as a series of free jets occurs and at high speed on the cooling surface bounces, must then through the gap that from the perforated plate and the cooling surface is formed, are transported further. This creates a flow across the free jets. With increasing cross-flow velocity takes the deviations kung the free jets, so that their cooling effect significantly is reduced.
Für die Kühlwirkung einer Prallkühlung ist die Geschwindig keit maßgebend, mit der die Luft aus den Löchern strömt. Dies ist mit einem gewissen Druckabfall über das Lochblech verbunden und damit mit einem bestimmten Gebläsedruck. Um z. B. die Kühlleistung zu verdoppeln, müßte in erster Nähe rung die Geschwindigkeit verdoppelt werden, was aber ca. eine Vervierfachung des erforderlichen Druckabfalls und somit etwa eine Vervierfachung der Gebläseleistung verlangen würde.For the cooling effect of impingement cooling, the speed is decisive with which the air flows out of the holes. This is with a certain pressure drop across the perforated plate connected and thus with a certain blower pressure. Around e.g. B. to double the cooling capacity should be in the immediate vicinity the speed can be doubled, which is approx Quadrupling of the required pressure drop and thus approximately would require a quadrupling of the blower output.
Die Erfindung versucht, diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Prallkühlung einer Kühlfläche zu schaffen, bei der der zur Verfügung ste hende Gebläsedruck effektiver zur Prallkühlung genutzt wird und somit die Kühlleistung erhöht wird.The invention tries to avoid these disadvantages. you the task is based on a device for impingement cooling to create a cooling surface where the available existing blower pressure is used more effectively for impingement cooling and thus the cooling capacity is increased.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung zur Prallkühlung einer Kühlfläche, bei der die Kühlfläche und die Deckfläche parallel zueinander angeordnet sind, mindestens zwei Mittel zur Prallkühlung in Strömungs richtung der Kühlluft hintereinander in Form einer Kaskaden schaltung angeordnet sind. Die abströmende Kühlluft des er sten Mittels ist dann die zuströmende Kühlluft des nachge schalteten zweiten Mittels.According to the invention this is achieved in that at a Impact cooling device for a cooling surface, in which the Cooling surface and the top surface arranged parallel to each other are at least two means for impingement cooling in flow Direction of the cooling air in a cascade circuit are arranged. The cooling air flowing out of it Most means is then the incoming cooling air of the nachge switched second means.
Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Prallkühlungskonzept der zur Verfügung stehende Gebläsedruck effektiver zur Kühlung ausge nutzt wird.The advantages of the invention include that in the impingement cooling concept according to the invention Available fan pressure more effectively for cooling is used.
Es ist zweckmäßig, wenn die Mittel zur Prallkühlung aus längs in Strömungsrichtung der Kühlluft angeordneten Rohren mit Löchern im Rohrboden bestehen, wobei das in Strömungs richtung gesehene Ende der Rohre jeweils dicht verschlossen ist.It is useful if the means for impingement cooling out tubes arranged longitudinally in the flow direction of the cooling air with holes in the tube sheet, which in flow Directionally seen end of the tubes each tightly closed is.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Mittel zur Prallkühlung aus quer in Strömungsrichtung der Primärkühlluft angeordneten Trapezprofilen bestehen, welche miteinander verbunden und je weils an der schmalen Seite offen sind, wobei die der Kühl fläche zugewandte Seite der Trapeze mit Löchern versehen ist.It is also advantageous if the means for impingement cooling arranged transversely in the flow direction of the primary cooling air Trapezoidal profiles exist, which are interconnected and each because on the narrow side are open, the cooling surface facing the trapezoid is provided with holes.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In the drawing is an embodiment of the invention shown.
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch zwei hinter einander geschaltete Rohre als Mittel zur Prallkühlung in der Ebene der Lochreihe.The only figure shows a longitudinal section through two behind pipes connected to each other as a means of impingement cooling in the Level of the row of holes.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmit tel ist mit Pfeilen bezeichnet.It is only essential for understanding the invention Chen elements shown. The direction of flow of the work tel is indicated by arrows.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie len näher erläutert. Die erfindungsgemäß angeordneten Mittel zur Prallkühlung dienen dabei zur Kühlung einer Brennkammer wand.The invention is described below with reference to exemplary embodiments len explained in more detail. The means arranged according to the invention for impingement cooling serve to cool a combustion chamber wall.
In der Figur ist die Kaskadenschaltung eines Rohrregisters zur Prallkühlung dargestellt. Zwischen der Kühlfläche 5, die in diesem Falle die Brennkammerinnenwand darstellt, und der Deckfläche 6 ist in einem konstanten Abstand über der Kühl fläche 5 längs in Strömungsrichtung der Kühlluft ein Register aus Rohren 7 angeordnet ist, welche jeweils einen gleichen Abstand voneinander haben. Zwischen der Kühlfläche 5 und den Rohren 7 befindet sich der Spalt 4. Die Rohre 7 sind an ihrem in Strömungsrichtung gesehenen Ende dicht verschlossen, wäh rend die der Kühlfläche 5 zugewandte Seite der Rohre 7 (Rohr boden) mit einer oder mehreren Reihen Löcher 8 versehen ist. The figure shows the cascade connection of a tube register for impingement cooling. Between the cooling surface 5 , which in this case represents the combustion chamber inner wall, and the top surface 6 , a register of tubes 7 is arranged at a constant distance above the cooling surface 5 along the flow direction of the cooling air, each of which has the same distance from one another. The gap 4 is located between the cooling surface 5 and the tubes 7 . The tubes 7 are sealed at their end seen in the flow direction, while the cooling surface 5 facing side of the tubes 7 (tube bottom) is provided with one or more rows of holes 8 .
Die Rohre 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel Vierkantrohre mit einem quadratischen Querschnitt. Das Innere der Rohre 7 bildet die Zuströmkanäle 1, die Zwischenräume zwischen den Rohren 7 bilden die Überströmkanäle 2 (in der Figur nicht sichtbar) und der Zwischenraum zwischen den Rohren 7 und der Deckfläche 6 bildet den Rückströmkanal 3.In this exemplary embodiment, the tubes 7 are square tubes with a square cross section. The interior of the tubes 7 forms the inflow ducts 1 , the spaces between the tubes 7 form the overflow ducts 2 (not visible in the figure) and the space between the tubes 7 and the top surface 6 forms the backflow duct 3 .
Die Kühlluft tritt durch das offene Ende der Rohre 7 in die Zuströmkanäle 1 ein und wird über die Länge der Rohre 7 ver teilt. Anschließend tritt die Luft durch die Löcher 8 im Rohrboden aus und prallt auf die zu kühlende Kühlfläche 5 auf. Die aufgeheizte Luft wird dann durch die Überströmkanäle 2 weggeführt, ohne die aus den benachbarten Rohren 7 austre tende Luft in ihrer Kühlwirkung zu beeinträchtigen, da die Querströmung zu benachbarten Freistrahlen im Spalt 4 verhin dert wird.The cooling air enters through the open end of the tubes 7 in the inflow channels 1 and is divided ver over the length of the tubes 7 . The air then exits through the holes 8 in the tube sheet and impacts the cooling surface 5 to be cooled. The heated air is then led away through the overflow channels 2 without adversely affecting the air exiting from the adjacent tubes 7 in its cooling effect, since the cross flow to adjacent free jets in the gap 4 is prevented.
Die Querschnitte der verschiedenen Kanäle müssen dabei so gewählt werden, daß die Luft ungehindert den gewünschten oben beschriebenen Strömungsverlauf nehmen kann, d. h. der Querschnitt des Zuströmkanals 1 muß sehr viel größer als der Querschnitt des Loches 8 sein, der Querschnitt des Rück stromkanals 3 muß sehr viel größer als der Querschnitt des Überstromkanals 2 und dieser wiederum muß sehr viel größer als der Querschnitt des Spaltes 4 sein.The cross sections of the different channels must be chosen so that the air can freely take the desired flow pattern described above, ie the cross section of the inflow channel 1 must be much larger than the cross section of the hole 8 , the cross section of the return flow channel 3 must be very much larger than the cross section of the overflow channel 2 and this in turn must be much larger than the cross section of the gap 4 .
Die Rohre 7 haben eine sich verjüngende Form in Strömungs richtung der Kühlluft. In der in der Figur dargestellten Kas kadenschaltung sind in Strömungsrichtung hintereinander zwei Rohre 7 geschaltet. Die bereits aufgeheizte Luft aus der ersten Kühlung tritt als Kühlluft im zweiten Rohr 7 durch eine weitere Reihe Löcher 8. Selbstverständlich können in weiteren Ausführungsbeispielen noch mehr Rohre 7 nachgeschal tet sein. The tubes 7 have a tapered shape in the flow direction of the cooling air. In the cas kadenschaltung shown in the figure, two tubes 7 are connected in series in the flow direction. The already heated air from the first cooling passes as cooling air in the second tube 7 through a further row of holes 8 . Of course, even more tubes 7 can be switched downstream in further exemplary embodiments.
Mit der in der Figur gezeigten zweistufigen Anordnung kann nahezu die doppelte Kühlleistung mit einer Verdoppelung des Gebläsedruckes erzielt werden, was ohne die erfindungsgemäße Kaskadenschaltung in erster Näherung nur mit einer Vervierfa chung der Gebläseleistung möglich wäre. Mit dieser Methode wird auch die Luft stärker aufgeheizt. Dies ist von Bedeu tung, wenn das Kühlsystem gleichzeitig als Wärmetauscher zur kalorischen Aufbereitung eines Prozeßmediums dient.With the two-stage arrangement shown in the figure almost twice the cooling capacity with a doubling of the Blower pressure can be achieved without the invention First approximation cascade connection only with a Vervierfa fan performance would be possible. With this method the air is also heated up more. This is of importance tion if the cooling system is also used as a heat exchanger caloric preparation of a process medium is used.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kaska denschaltung von Trapezprofilen. Dabei sind zwischen einer Kühlfläche, die wiederum die Brennkammerinnenwand darstellt, und einer dazu parallelen Deckfläche in einem konstanten Ab stand über der Kühlfläche quer zur Strömungsrichtung der Pri märkühlluft miteinander verbundene, jeweils an der schmalen Seite offene Trapezprofile angeordnet. Die der Kühlfläche zu gewandten Seiten der Trapeze sind mit Löchern versehen und bilden eine Spalt konstanter Höhe mit der Kühlfläche. Die of fenen Seiten der Trapeze, welche gegenüber der Deckfläche liegen, sind die Zufuhrflächen für die Kühlluft, während die offenen Seiten der Trapeze, welche gegenüber der Kühlfläche liegen, die Überströmflächen darstellen. Der Rückstromkanal befindet sich jeweils zwischen zwei mit den Löchern versehe nen Trapezen. Die Trapezprofile können aneinander geschweißt sein oder aus einem entsprechend abgekanteten Blech bestehen.Another embodiment of the invention is the Kaska switching of trapezoidal profiles. There are between one Cooling surface, which in turn represents the inner wall of the combustion chamber, and a parallel top surface in a constant Ab stood above the cooling surface across the flow direction of the Pri märkühlluft interconnected, each on the narrow Side open trapezoidal profiles arranged. The cooling surface too facing sides of the trapezoids are provided with holes and form a gap of constant height with the cooling surface. The of open sides of the trapezoids, which are opposite the top surface are the supply areas for the cooling air, while the open sides of the trapezoids, which face the cooling surface lying, which represent overflow areas. The reverse flow channel is located between two with the holes a trapeze. The trapezoidal profiles can be welded together be or consist of a correspondingly folded sheet.
Die Kühlluft tritt durch die der Deckfläche gegenüberliegen den offenen Seiten der Trapeze (Zufuhrflächen) in die Zufuhr räume ein und durch die Löcher aus, um auf die Kühlfläche zu prallen. Die aufgeheizte Luft strömt dann durch die Lücken zwischen den Profilen (Überströmflächen) in die trapezförmi gen Rückströmkanäle, ohne die aus den benachbarten Trapezpro filen austretende Luft in ihrer Kühlwirkung zu beeinträchti gen, da die Querströmung zu benachbarten Freistrahlen im Spalt verhindert wird. The cooling air passes through the opposite of the top surface the open sides of the trapezoids (feed surfaces) into the feeder clear in and out through the holes to face the cooling surface bounce. The heated air then flows through the gaps between the profiles (overflow surfaces) in the trapezoidal backflow channels, without those from the neighboring trapezoid exiting air in its cooling effect because the cross flow to neighboring free jets in Gap is prevented.
Die Querschnitte der verschiedenen Kanäle müssen dabei so ge wählt werden, daß die Luft ungehindert den gewünschten oben beschriebenen Strömungsverlauf nehmen kann.The cross sections of the different channels must be ge be chosen so that the air freely reaches the desired one described flow pattern can take.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird durch die in Strö mungsrichtung erfolgte Hintereinanderschaltung der Trapezpro file eine wesentliche Verbesserung der Kühlleistung erzielt.Also in this embodiment, the in Strö Direction of the trapezoid was connected in series file achieved a significant improvement in cooling performance.
Bei konventionellen Prallkühlungssystemen kann ebenfalls durch die Kaskadenschaltung des Lochbleches, d. h. durch den Neustart der Prallkühlung eine effektivere Nutzung des Geblä sedruckes und damit eine Verbesserung der Kühlleistung er zielt werden.Conventional impingement cooling systems can also by cascading the perforated plate, d. H. through the Restart the impingement cooling a more effective use of the blower sedruckes and thus an improvement in cooling performance aims to be.
BezugszeichenlisteReference list
1 Zuströmkanal
2 Überströmkanal
3 Rückströmkanal
4 Spalt
5 Kühlfläche
6 Deckfläche
7 Rohr
8 Loch 1 inflow channel
2 overflow channel
3 return flow channel
4 gap
5 cooling surface
6 deck area
7 pipe
8 holes
Claims (3)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924244303 DE4244303A1 (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Impact cooling system for cooling surface e.g. of combustion chamber wall |
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| DE19924244303 DE4244303A1 (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Impact cooling system for cooling surface e.g. of combustion chamber wall |
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