EP1457641A1 - Method for cooling a hot gas guiding component and component to be cooled - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines
heißgasführenden Bauteils und ein zu kühlendes Bauteil gemäß
des Oberbegriffs von Anspruch 1 und 2.The invention relates to a method for cooling a
hot gas-carrying component and a component to be cooled
the preamble of
Bauteile in Gasturbinen sind oft hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Diese Bauteile erhalten dann auf der "heißen" Seite beispielsweise eine äußere keramische Wärmedämmschicht und/oder werden auf der Seite, die der heißen Seite gegenüberliegt, durch Prallkühlung gekühlt, um die thermischen Belastungen zu reduzieren.Components in gas turbines are often high thermal Exposed to stress. These components then get on the "hot" side, for example, an outer ceramic Thermal barrier and / or are on the side that the opposite hot side, cooled by impingement cooling to reduce the thermal loads.
Die Kühlung ist jedoch oft stark ungleichmäßig und/oder nicht ausreichend.However, the cooling is often very uneven and / or not sufficient.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu überwinden.It is therefore an object of the invention to address this problem overcome.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Kühlen eines
heißgasführenden Bauteils und ein zu kühlendes Bauteil gemäß
Anspruch 1 und 2.The object is achieved by a method for cooling a
hot gas-carrying component and a component to be cooled
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen
aufgelistet.
Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Maßnahmen können in
vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden.Further advantageous measures are listed in the subclaims.
The measures listed in the subclaims can be combined with one another in an advantageous manner.
Es zeigen
Bauteils, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.Component with which the inventive method is carried out can be.
Figur 1 zeigt ein Bauteil nach dem Stand der Technik mit
einer Wand 2, die eine Außenseite 4 ("heiße" Seite) und eine
Innenseite 13 aufweist.Figure 1 shows a component according to the prior art
a
Entlang der Außenseite 4 strömt bspw. ein Heißgas bspw. einer
Gasturbine, in einer Strömungsrichtung 7, beispielsweise in
einem Heißkanal 28.
Ohne Prallkühlung wäre die Temperatur in Strömungsrichtung 7
bei einer bestimmten Tiefe in der Wand 2 (d.h. in radialer
Richtung 31, also senkrecht zur Strömungsrichtung 7) ungefähr
gleich; in radialer Richtung 31 wäre ein Temperaturgradient
in der Wand 2 vorhanden, der entlang der Strömungsrichtung 7
gleich ist.A hot gas, for example a gas turbine, flows along the
Without impingement cooling, the temperature in
Bei der Prallkühlung, wie sie der Darstellung von Fig. 1 zu
Grunde liegt, trifft auf der Innenseite 13 ein Kühlmedium 10
(Luft, Dampf, ..) auf.
Das Medium 10, das zur Prallkühlung verwendet wird, trifft
nur partiell auf die Innenseite 13 an Auftreffstellen 18 auf,
so dass an den Auftreffstellen 18 und an Bereichen 16, die in
der Wand 2 an die Auftreffstellen 18 angrenzen, die
Temperatur deutlich geringer ist als in den Bereichen 17, wo
das Kühlmedium nicht auftrifft.
Die Temperaturverteilung in der Wand 2 in Strömungsrichtung 7
bei einer bestimmten Tiefe in der Wand 2 (d.h. in radialer
Richtung 31) ist nicht mehr konstant, sondern schwankt.
In radialer Richtung 31 ist der Gradient je nach Lage in
Strömungsrichtung 7 stark unterschiedlich, d.h. je nachdem,
ob er durch den Bereich 16 oder 17 verläuft.In the case of impingement cooling, as is the basis of the illustration in FIG. 1, a cooling medium 10 (air, steam, ..) impinges on the
The
The temperature distribution in the
In the
Somit kommt es nach dem Stand der Technik zu einer
ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Bauteil, was zu
thermomechanischen Belastungen der Wand 2 führt, die ein
frühzeitiges Bauteilversagen nach sich ziehen können. Thus, according to the state of the art, there is a
uneven temperature distribution in the component, which leads to
thermomechanical loads on the
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemässes Bauteil 1, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.FIG. 2 shows a component 1 according to the invention, with which the The inventive method can be carried out.
Das Bauteil 1 ist ein beispielsweise hohles Bauteil 1,
beispielsweise eine Turbinenschaufel, Brennkammerauskleidung,
oder ähnliches, das im Inneren gekühlt wird.
Das Bauteil 1 besteht beispielsweise aus einer nickel- oder
kobaltbasierten Superlegierung.The component 1 is, for example, a hollow component 1, for example a turbine blade, combustion chamber lining, or the like, which is cooled on the inside.
The component 1 consists for example of a nickel or cobalt-based super alloy.
Die Innenseite 13 begrenzt einen Hohlraum (nicht
dargestellt).
Auf der Innenseite 13 ist eine Schicht 19 aufgebracht, die
einen deutlich höheren Wärmeleitkoeffizienten aufweist als
das Material des Bauteils 1 bzw. der Wand 2, insbesondere
höher als in der Nähe der Innenseite 13. Der
Wärmeleitkoeffizient der Schicht 19 ist mindestens 10%
grösser als der Wärmeleitkoeffizient der Wand 2, vorzugsweise
aber auch 20%, 50%, 100% oder mehr grösser.
Als Material für die Schicht 19 kann Kupfer, Silber oder
Legierungen verwendet werden. Andere Materialien mit sehr
guter Wärmeleitfähigkeit sind ebenso möglich.
Die Schicht 19 kann auch auf einer bereits auf einem
Grundmaterial vorhandenen Schicht aufgebracht werden.The
A
Copper, silver or alloys can be used as the material for the
The
Das Kühlmedium 10 für die Prallkühlung trifft nun auf diese
Schicht 19 auf. Da die Schicht 19 eine sehr gut wärmeleitende
Schicht ist, verteilt sie die Wärme, so dass nicht wie in
Figur 1 mehrere diskrete Zonen 16 mit deutlich reduzierter
Temperatur entstehen, sondern dass an der Innenseite 13 ein
durchgehender Bereich 22 entlang der Strömungsrichtung 7
entsteht, der in radialer Richtung 31 einen ungefähr gleichen
Temperaturgradienten aufweist. Somit erfolgt die Wärmeabfuhr
sehr gleichmäßig, so dass thermomechanische Belastungen
reduziert werden. The
Ausserdem wird die Kühlleistung erhöht.The cooling capacity is also increased.
Zur Prallkühlung wird noch ein Prallkühlblech (nicht
dargestellt) verwendet, das in einem bestimmten Abstand zur
Innenseite 13 angeordnet ist.
Das Kühlmedium strömt durch das Prallkühlblech und trifft
dann auf die gut wärmeleitende Schicht 19.A baffle cooling plate (not shown), which is arranged at a certain distance from the
The cooling medium flows through the baffle cooling plate and then strikes the heat-conducting
Figur 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemässes Bauteil 1, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.FIG. 3 shows a further component 1 according to the invention, with which the method according to the invention can be carried out.
Das Bauteil 1 weist gegenüber Figur 2 noch ein Kühlluftloch
25 auf, durch dass das Kühlmedium 10, nachdem die
Prallkühlung erfolgt ist, in den Heißgaskanal 28 strömt und
dort im Aussenraum zur Filmkühlung des Bauteils 1 auf der
Außenseite 4 beiträgt.
Das Kühlluftloch 25 geht durch die Schicht 19 hindurch und
kann ebenfalls eine gut wärmeleitende Schicht aufweisen.Compared to FIG. 2, component 1 also has a
The
Claims (8)
bei dem zur Kühlung eine Prallkühlung verwendet wird, wobei das Bauteil (1) eine Innenseite (13) aufweist, an der ein für die Prallkühlung verwendetes Medium (10) auftritt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenseite (13) mit einer wärmeleitenden Schicht (19) versehen wird,
die (19) einen höheren Wärmeleitkoeffizient als das Material des Bauteils (1) aufweist, und
wobei das Kühlmedium (10) auf die Schicht (19) auftrifft.Method for cooling a component (1),
in which impingement cooling is used for cooling, the component (1) having an inside (13) on which a medium (10) used for impingement cooling occurs,
characterized in that
the inside (13) is provided with a heat-conducting layer (19),
which (19) has a higher coefficient of thermal conductivity than the material of the component (1), and
wherein the cooling medium (10) strikes the layer (19).
das eine Wand (2) mit einer Innenseite (13) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenseite (13) mit einer wärmeleitenden Schicht (19) versehen ist,
die (19) einen höheren Wärmeleitkoeffizient als das Material des Bauteils (1) aufweist.Component (1),
which has a wall (2) with an inside (13),
characterized in that
the inside (13) is provided with a heat-conducting layer (19),
which (19) has a higher coefficient of thermal conductivity than the material of the component (1).
dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Wand (2) und die Schicht (19) mit einem durchgehenden Loch (25) versehen wird,
das zur Filmkühlung der Wand (2) verwendbar ist. Component according to claim 2,
characterized in that
is provided with a through hole (25) through the wall (2) and the layer (19),
which can be used for film cooling of the wall (2).
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (1) hohl ist.Component according to claim 2,
characterized in that
the component (1) is hollow.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (1) ein Prallkühlblech aufweist.Component according to claim 2 or 4,
characterized in that
the component (1) has an impact cooling plate.
dadurch gekennzeichnet, dass
die wärmeleitende Schicht (19) kupfer- oder silberhaltig ist.Component according to claim 2 or 3,
characterized in that
the heat-conducting layer (19) contains copper or silver.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (1) durch Prallkühlung kühlbar ist.Component according to claim 2, 4 or 5,
characterized in that
the component (1) can be cooled by impingement cooling.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeleitkoeffizient der Schicht (19) mindestens 10% grösser als der Wärmeleitkoeffizient des Bauteils (1), vorzugsweise 20%, 50%, 100% oder mehr, ist.Component according to claim 1,
characterized in that
the coefficient of thermal conductivity of the layer (19) is at least 10% greater than the coefficient of thermal conductivity of the component (1), preferably 20%, 50%, 100% or more.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP03005535A EP1457641A1 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Method for cooling a hot gas guiding component and component to be cooled |
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EP03005535A EP1457641A1 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Method for cooling a hot gas guiding component and component to be cooled |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1457641A1 true EP1457641A1 (en) | 2004-09-15 |
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ID=32748859
Family Applications (1)
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EP03005535A Withdrawn EP1457641A1 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Method for cooling a hot gas guiding component and component to be cooled |
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Country | Link |
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EP (1) | EP1457641A1 (en) |
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2003
- 2003-03-11 EP EP03005535A patent/EP1457641A1/en not_active Withdrawn
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DATABASE WPI Section PQ Week 197832, Derwent World Patents Index; Class Q51, AN 1978-G2534A, XP002250575 * |
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