EP3477063A1 - Strömungsmaschine mit einer spezifischen prallkühlunganordnung - Google Patents

Strömungsmaschine mit einer spezifischen prallkühlunganordnung Download PDF

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EP3477063A1
EP3477063A1 EP18201972.9A EP18201972A EP3477063A1 EP 3477063 A1 EP3477063 A1 EP 3477063A1 EP 18201972 A EP18201972 A EP 18201972A EP 3477063 A1 EP3477063 A1 EP 3477063A1
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EP
European Patent Office
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flow
medium
flow guide
impact
gap
Prior art date
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Pending
Application number
EP18201972.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert KREWINKEL
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MAN Energy Solutions SE
Original Assignee
MAN Energy Solutions SE
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
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    • F01D9/00—Stators
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    • F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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    • F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine.
  • Turbomachines such as gas turbines, turbines or compressors, have flow-guiding assemblies that serve on a first side of the flow guide of a first medium having a first temperature.
  • the first medium which is guided on the first side of the flow-guiding assembly, has a very high temperature, which makes it necessary to cool the flow-conducting assembly. It is already known from the prior art to cool the flow-guiding assembly on a second side with a second medium which has a temperature which is lower than the first temperature.
  • the DE 10 2006 042 124 B4 it can be seen that between the second side of the flow-guiding assembly to be cooled and the impact grid, a gap is formed whose width is defined by the distance between the second side of the flow-leading, to be cooled assembly and the impact grid.
  • the second medium which serves for the cooling, flows through the openings of the impact grid, specifically in a flow direction which runs approximately perpendicular to the impact grid and to the assembly to be cooled. Via the gap, a discharge flow of the second medium is removed from the gap, which extends approximately perpendicular to the flow of the second medium through the openings of the impact grid.
  • This discharge flow of the second medium out of the gap can affect the flow of the second medium, which extends through the openings of the impact grid, and which is intended to impact the assembly to be cooled in the region of the second side of the assembly to be cooled. As a result, the effectiveness of the impingement cooling can be reduced. This is a disadvantage.
  • the present invention has the object to provide a novel flow machine with improved impingement cooling.
  • This object is achieved by a turbomachine according to claim 1.
  • flow guidance elements for the second medium are formed in the region of at least some of the openings, which extend from the impact lattice in the direction of the second side of the flow-guiding assembly to be cooled.
  • the flow guiding elements for the second medium ensure that the flow of the second medium guided via the openings of the impact grid is directed in a defined manner onto the second side of the assembly of the turbomachine to be cooled.
  • the impact cooling can be improved.
  • the risk that a discharge flow of the second medium from the gap between the assembly to be cooled and the impact grille affects the flow of the second medium via the openings can thus be reduced effectively.
  • a gap is formed between the second side of the flow-guiding assembly and the impact grid, whose width is defined by the distance between the second side of the flow-guiding assembly and the impact grid.
  • the flow guide elements for the second medium extend from the impact grating to at most 80% of the width of the gap and preferably at least 40% of the width of the gap into the gap.
  • the flow guidance elements for the second medium extend from the impact grating into the gap up to a maximum of 70% and preferably at least 50% of the width of the gap.
  • Such flow guide elements allow a particularly effective impingement cooling of the assembly of the turbomachine to be cooled.
  • the respective flow guide element for the second medium covers the second medium in the region of the respective flow guide element from the discharge flow of the second medium from the gap.
  • a particularly effective cooling of the cooling unit of the turbomachine using the impingement cooling is possible.
  • the respective flow guide element is formed at least as a nozzle.
  • the flow velocity of the second medium can be increased via a nozzle in order to make the cooling of the assembly to be cooled even more effective by means of the impingement cooling.
  • the present invention relates to a turbomachine, such as a turbine, a compressor or a gas turbine, which comprises a turbine in addition to a combustion chamber.
  • a turbomachine has several flow-conducting assemblies.
  • the combustor is a flow-conducting assembly that conducts a flow of fuel on a first side of a wall of the combustor.
  • Further flow-guiding components of a turbomachine such as a gas turbine, may be so-called cover segments, which are connected radially on the outside of rotor blades of a turbine stage, for example a high-pressure turbine stage, and on a first side of the flow guide of the medium to be expanded in the turbine serve.
  • Flowing assemblies of a turbomachine are exposed to high temperatures, in particular if the first medium to be led on the first side of the flow-guiding assembly has a high temperature, as is the case in the region of a combustion chamber of a gas turbine or a high-pressure turbine stage.
  • this flow-guiding assembly on a second, opposite side of the first side with a second medium having a second temperature which is lower than the first temperature.
  • This cooling by means of the second medium can take place via an impingement cooling.
  • the present invention now relates to such details by means of which the impingement cooling can be improved on a flow-leading, to be cooled assembly of a turbomachine.
  • Fig. 1 to 3 each show sections of a turbomachine according to the invention in the region of a flow-leading, to be cooled assembly 10 and in the region of an impact grille 11.
  • the flow-guiding assembly 10 has a first side 12, which serves to guide the flow of a first medium, wherein it is in this flow-guiding assembly 10th
  • it may be around the wall of a combustion chamber or around a deck segment of blades of a high pressure turbine stage.
  • the flow-guiding assembly 10 is cooled by means of a second medium, which has a second temperature which is lower than the first temperature.
  • This second medium is guided or directed via the impact grille 11 in the direction of the second side 13 of the flow-guiding, to be cooled assembly 10.
  • the impact grille 11 has openings 14, wherein the second medium flows through the openings 14 of the impact grille in the direction of the second side 13 of the assembly 10 to be cooled. Between the second side 13 of the flow-leading, to be cooled assembly 10 of the turbomachine and the openings 14 having impact grid 11, a gap 15 is formed.
  • the width X of the gap 15 is defined by the distance between the second side 13 of the flow-guiding assembly 10 and the impact grid 11.
  • FIGS. 2 and 3 is with arrows 16, the flow of the second medium through the openings 14 of the baffle 11 in the direction of the second side 13 of the flow leading, to be cooled assembly 10 visualized. Arrows 17 visualize a discharge flow of the second medium out of the gap 15.
  • a flow-guiding element 18, 19 for the second medium is formed in the region of at least one of the openings 14 of the impact grid 11, preferably in the region of each of the openings 14 of the impact grid 11.
  • Each flow-guiding element 18 or 19 extends starting from the impact grille 11 in the direction of the second side 13 of the flow-guiding assembly 10 to be cooled into the gap 15, the respective flow-guiding element 18, 19 preferably at a distance from the second side 13 of the flow-guiding Assembly 10 ends.
  • the respective flow guide element 18, 19 defines, so to speak, a flow-guiding channel 23 which continues the respective flow-guiding opening 14 of the impact grid 11 in the direction of the second side 13 of the flow-guiding assembly 10 to be cooled.
  • Each flow-guiding element 18, 19 is particularly dimensioned in its length in such a way that the flow-guiding element 18, 19 extends from the impact grid 11 to a maximum of 80% of the width X of the gap 15 into the gap 15, particularly preferably up to a maximum of 70% of the width X of the gap 15.
  • the minimum length of the flow guide elements 18, 19 is preferably 40% of the width X of the gap 15, more preferably at least 50% of the width X of the gap 15th
  • the flow guide elements 18, 19 are formed such that the flow guide elements 18, 19 for the second medium extending through the openings 14 flow of the second medium in the region of the respective flow guide element 18, 19 before the discharge flow 17 of the second medium Cover the gap 15 at least partially.
  • the flow guide elements 18, 19 may be contoured differently, as well as the flow guide elements may have different lengths, so starting from the impact grating 11 extend far into the gap 15.
  • the flow guide element 18 of Fig. 1, 2 is contoured in cross-section circular or tubular.
  • the flow guide element 19 of Fig. 1, 3rd is contoured in cross-section semicircular or semi-tubular.
  • the flow guide elements may also be partially circular or elliptical or semi-elliptical or nerllipsenförmig or rafter-shaped or the like executes.
  • FIG. 4, 5 and 6 show further variants of possible flow guide elements 20, 21 and 22.
  • Die Strömungs Equipment 22 der Fig. 6 has a cross-sectionally circular or tubular contour, first section 22a and a cross-sectionally semicircular or semi-tubular contour, second section 22b.
  • the flow guide elements 18, 19 and 22 of Fig. 1, 2, 3 and 6 each run perpendicular to the impact grid 11.
  • the flow guide elements 20, 21 of the 4 and 5 each inclined to a perpendicular to the baffle 11 inclined.
  • the respective flow guide element 18, 19, 20, 21, 22 may be formed at least in sections as a nozzle or receive a nozzle.
  • the constriction of the flow guide element 18, 19, 20, 21, 22 to a nozzle, the flow velocity of the guided over the opening 14 of the impact grille 11 flow 16 of the second medium can be increased, whereby the impingement cooling can be made more effective.
  • the respective flow guide element 18, 19, 20, 21, 22 is preferably an integral part of the impact grille 11 and can be constructed on the impact grille 11 via an additive or additive manufacturing process. However, the respective flow guide element 18, 19, 20, 21, 22 can also be designed as a separate module and connected to the impact grid 11.
  • the openings 14 of the impact grid 11 are typically contoured circular.
  • the invention is preferably used where the width X of the gap 15 between the assembly to be cooled 10 and the impact grid 11 is greater than twice the diameter of the openings 14 of the impact grid 11.
  • the invention can be used particularly advantageous.
  • the invention is not limited to this preferred application.

Abstract

Strömungsmaschine, mit einer strömungsführenden Baugruppe (10), die an einer ersten Seite (12) der Strömungsführung eines ersten Mediums dient, das eine erste Temperatur aufweist, und die an einer zweiten Seite (13) mit einem zweiten Medium kühlbar ist, das eine zweite Temperatur aufweist, die niedriger als die erste Temperatur ist, und mit einem sich mit Abstand zur strömungsführenden Baugruppe (10) erstreckenden, Öffnungen (14) aufweisenden Prallgitter (11), wobei über die Öffnungen (14) des Prallgitters (11) das zweite Medium auf die zweite Seite (13) der strömungsführenden Baugruppe (10) leitbar ist. Im Bereich zumindest einiger der Öffnungen (14) des Prallgitters (11) sind Strömungsführungselemente (18, 19) für das zweite Medium ausgebildet, die sich ausgehend vom Prallgitter (11) in Richtung auf die zu kühlende zweite Seite (13) der strömungsführenden Baugruppe (10) erstrecken. Fig. 1

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine.
  • Strömungsmaschinen, wie zum Beispiel Gasturbinen, Turbinen oder Verdichter, verfügen über strömungsführende Baugruppen, die an einer ersten Seite der Strömungsführung eines ersten Mediums dienen, welches eine erste Temperatur aufweist.
  • Insbesondere bei Turbinen sowie bei Gasturbinen im Bereich einer Turbine oder einer Brennkammer der Gasturbine verfügt das erste Medium, welches an der ersten Seite der strömungsführenden Baugruppe geführt wird, über eine sehr hohe Temperatur, die es erforderlich macht, die strömungsführende Baugruppe zu kühlen. Dabei ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, die strömungsführende Baugruppe an einer zweiten Seite mit einem zweiten Medium zu kühlen, welches eine Temperatur aufweist, die niedriger als die erste Temperatur ist.
  • So offenbart die DE 10 2006 042 124 B4 eine Gasturbine mit einer Brennkammer, wobei eine Wand der Brennkammer innen, an einer ersten Seite der Strömungsführung der Brennstoffströmung dient. An einer zweiten Seite ist die Wand der Brennkammer über eine Prallkühlung gekühlt, wobei sich hierzu mit Abstand von der zu kühlenden Wand der Brennkammer ein Prallgitter erstreckt, das Öffnungen aufweist. Über die Öffnungen des Prallgitters ist das zweite Medium auf die zweite Seite der strömungsführenden Baugruppe, nämlich der Wand der Brennkammer, führbar bzw. leitbar, um dieselbe zu kühlen.
  • Der DE 10 2006 042 124 B4 kann entnommen werden, dass zwischen der zweiten Seite der zu kühlenden strömungsführenden Baugruppe und dem Prallgitter ein Spalt ausgebildet ist, dessen Breite durch den Abstand zwischen der zweiten Seite der strömungsführenden, zu kühlenden Baugruppe und dem Prallgitter definiert ist. Das zweite Medium, welches der Kühlung dient, strömt durch die Öffnungen des Prallgitters hindurch und zwar in einer Strömungsrichtung, die in etwa senkrecht zum Prallgitter sowie zur zu kühlenden Baugruppe verläuft. Über den Spalt wird eine Abführströmung des zweiten Mediums aus dem Spalt abgeführt, die in etwa senkrecht zur Strömung des zweiten Mediums durch die Öffnungen des Prallgitters verläuft. Diese Abführströmung des zweiten Mediums aus dem Spalt kann die sich durch die Öffnungen des Prallgitters erstreckende Strömung des zweiten Mediums, die auf die zu kühlende Baugruppe im Bereich der zweiten Seite der zu kühlenden Baugruppe treffen soll, beeinträchtigen. Hierdurch kann die Effektivität der Prallkühlung reduziert werden. Dies ist von Nachteil.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Strömungsmaschine mit verbesserter Prallkühlung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind im Bereich zumindest einiger der Öffnungen Strömungsführungselemente für das zweite Medium ausgebildet, die sich ausgehend vom Prallgitter in Richtung auf die zu kühlende zweite Seite der strömungsführenden Baugruppe erstrecken.
  • Die Strömungsführungselemente für das zweite Medium gewährleisten, dass die über die Öffnungen des Prallgitters geführte Strömung des zweiten Mediums definiert auf die zweite Seite der zu kühlenden Baugruppe der Strömungsmaschine gerichtet wird. Hierdurch kann die Prallkühlung verbessert werden. Die Gefahr, dass eine Abführströmung des zweiten Mediums aus dem Spalt zwischen der zu kühlenden Baugruppe und dem Prallgitter die über die Öffnungen geführte Strömung des zweiten Mediums beeinträchtigt, kann so effektiv reduziert werden.
  • Vorzugsweise ist zwischen der zweiten Seite der strömungsführenden Baugruppe und dem Prallgitter ein Spalt ausgebildet, dessen Breite durch den Abstand zwischen der zweiten Seite der strömungsführenden Baugruppe und dem Prallgitter definiert ist. Die Strömungsführungselemente für das zweite Medium erstrecken sich ausgehend vom Prallgitter bis maximal 80% der Breite des Spalts und vorzugsweise minimal 40% der Breite des Spalts in den Spalt hinein. Insbesondere erstrecken sich die Strömungsführungselemente für das zweite Medium ausgehend vom Prallgitter bis maximal 70% und vorzugsweise minimal 50% der Breite des Spalts in den Spalt hinein. Solche Strömungsführungselemente erlauben eine besonders effektive Prallkühlung der zu kühlenden Baugruppe der Strömungsmaschine.
  • Vorzugsweise deckt das jeweilige Strömungsführungselement für das zweite Medium das zweite Medium im Bereich des jeweiligen Strömungsführungselements vor der Abführströmung des zweiten Mediums aus dem Spalt ab. Auch hiermit ist eine besonders effektive Kühlung der zu kühlenden Baugruppe der Strömungsmaschine mithilfe der Prallkühlung möglich.
  • Vorzugsweise ist das jeweilige Strömungsführungselement zumindest als eine Düse ausbildet. Über eine Düse kann insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Mediums erhöht werden, um die Kühlung der zu kühlenden Baugruppe mithilfe der Prallkühlung noch effektiver zu gestalten.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    ein Detail einer Strömungsmaschine im Bereich einer strömungsführenden Baugruppe und eines Prallgitters;
    Fig. 2
    ein Detail der Strömungsmaschine im Bereich eines Strömungsführungselements;
    Fig. 3
    ein weiteres Detail der Strömungsmaschine im Bereich eines alternativen Strömungsführungselements;
    Fig. 4
    ein weiteres alternatives Strömungsführungselement;
    Fig. 5
    ein weiteres alternatives Strömungsführungselement; und
    Fig. 6
    ein weiteres alternatives Strömungsführungselement.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, wie zum Beispiel eine Turbine, einen Kompressor oder eine Gasturbine, die neben einer Brennkammer eine Turbine umfasst. Eine Strömungsmaschine verfügt über mehrere strömungsführende Baugruppen.
  • Bei einer Gasturbine handelt es sich zum Beispiel bei der Brennkammer um eine strömungsführende Baugruppe, welche eine Brennstoffströmung auf einer ersten Seite einer Wand der Brennkammer führt. Bei weiteren strömungsführenden Baugruppen einer Strömungsmaschine, wie zum Beispiel einer Gasturbine, kann es sich um sogenannte Decksegmente handeln, die sich radial außen an Laufschaufeln einer Turbinenstufe, zum Beispiel einer Hochdruckturbinenstufe, anschließen und an einer ersten Seite der Strömungsführung des in der Turbine zu entspannenden Mediums dienen.
  • Strömungsführende Baugruppen einer Strömungsmaschine sind hohen Temperaturen ausgesetzt, insbesondere dann, wenn das an der ersten Seite der strömungsführende Baugruppe zu führende erste Medium eine hohe Temperatur aufweist, wie dies im Bereich einer Brennkammer eines Gasturbine oder einer Hochdruckturbinenstufe der Fall ist.
  • Daher ist es grundsätzlich bekannt, diese strömungsführende Baugruppe an einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite mit einem zweiten Medium zu kühlen, das eine zweite Temperatur aufweist, die niedriger als die erste Temperatur ist. Diese Kühlung mithilfe des zweiten Mediums kann über eine Prallkühlung erfolgen.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun solche Details, mithilfe derer die Prallkühlung an einer strömungsführenden, zu kühlenden Baugruppe einer Strömungsmaschine verbessert werden kann.
  • Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils Ausschnitte aus einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine im Bereich einer strömungsführenden, zu kühlenden Baugruppe 10 sowie im Bereich eines Prallgitters 11. Die strömungsführende Baugruppe 10 verfügt über eine erste Seite 12, die der Strömungsführung eines ersten Mediums dient, wobei es sich bei dieser strömungsführenden Baugruppe 10 zum Beispiel um die Wand einer Brennkammer oder auch um ein Decksegment von Laufschaufeln einer Hochdruckturbinenstufe handeln kann.
  • An einer zweiten gegenüberliegenden Seite 13 ist die strömungsführende Baugruppe 10 mithilfe eines zweiten Mediums kühlbar, welches eine zweite Temperatur aufweist, die niedriger als die erste Temperatur ist. Dieses zweite Medium wird über das Prallgitter 11 in Richtung auf die zweite Seite 13 der strömungsführenden, zu kühlenden Baugruppe 10 geführt bzw. gerichtet.
  • Das Prallgitter 11 verfügt über Öffnungen 14, wobei das zweite Medium über die Öffnungen 14 des Prallgitters in Richtung auf die zweite Seite 13 der zu kühlenden Baugruppe 10 strömt. Zwischen der zweiten Seite 13 der strömungsführenden, zu kühlenden Baugruppe 10 der Strömungsmaschine und dem die Öffnungen 14 aufweisenden Prallgitter 11 ist ein Spalt 15 ausgebildet.
  • Die Breite X des Spalts 15 ist durch den Abstand zwischen der zweiten Seite 13 der strömungsführenden Baugruppe 10 und dem Prallgitter 11 definiert.
  • In Fig. 2 und 3 ist mit Pfeilen 16 die Strömung des zweiten Mediums durch die Öffnungen 14 des Prallgitters 11 in Richtung auf die zweite Seite 13 der strömungsführenden, zu kühlenden Baugruppe 10 visualisiert. Pfeile 17 visualisieren eine Abführströmung des zweiten Mediums aus dem Spalt 15 heraus.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist im Bereich mindestens einer der Öffnungen 14 des Prallgitters 11, vorzugsweise im Bereich jeder der Öffnungen 14 des Prallgitters 11, ein Strömungsführungselement 18, 19 für das zweite Medium ausgebildet. Jedes Strömungsführungselement 18 bzw. 19 erstreckt sich ausgehend vom Prallgitter 11 in Richtung auf die zu kühlende, zweite Seite 13 der strömungsführenden Baugruppe 10 in den Spalt 15 hinein, wobei das jeweilige strömungsführende Element 18, 19 vorzugsweise mit Abstand von der zweiten Seite 13 der strömungsführenden Baugruppe 10 endet.
  • Das jeweilige Strömungsführungselement 18, 19 definiert sozusagen einen strömungsführenden Kanal 23, welcher die jeweilige strömungsführende Öffnung 14 des Prallgitters 11 in Richtung auf die zu kühlende, zweite Seite 13 der strömungsführenden Baugruppe 10 fortsetzt.
  • Jedes Strömungsführungselement 18, 19 ist in seiner Länge insbesondere derart bemessen, dass sich das Strömungsführungselement 18, 19 ausgehend vom Prallgitter 11 bis maximal 80% der Breite X des Spalts 15 in den Spalt 15 hinein erstreckt, besonders bevorzugt bis maximal 70% der Breite X des Spalts 15. Die minimale Länge der Strömungsführungselemente 18, 19 beträgt dabei vorzugsweise 40% der Breite X des Spalts 15, besonders bevorzugt mindestens 50% der Breite X des Spalts 15.
  • Wie den Fig. 1 bis 3 entnommen werden kann, sind die Strömungsführungselemente 18, 19 derart ausgebildet, dass die Strömungsführungselemente 18, 19 für das zweite Medium die sich durch die Öffnungen 14 erstreckende Strömung des zweiten Mediums im Bereich des jeweiligen Strömungsführungselements 18, 19 vor der Abführströmung 17 des zweiten Mediums aus dem Spalt 15 zumindest teilweise abdecken. Dabei können die Strömungsführungselemente 18, 19 unterschiedlich konturiert sein, ebenso können die Strömungsführungselemente unterschiedliche Längen aufweisen, also ausgehend vom Prallgitter 11 unterschiedlich weit in den Spalt 15 hineinragen.
  • Das Strömungsführungselement 18 der Fig. 1, 2 ist im Querschnitt kreisförmig bzw. rohrartig konturiert.
  • Das Strömungsführungselement 19 der Fig. 1, 3 ist im Querschnitt halbkreisförmig bzw. halbrohrartig konturiert.
  • Die Strömungsführungselemente können auch teilkreisförmig oder ellipsenförmig oder halbellipsenförmig oder teilellipsenförmig oder sparrenförmig oder dergleichen ausführt sein.
  • Fig. 4, 5 und 6 zeigen weitere Varianten möglicher Strömungsführungselemente 20, 21 und 22. Das Strömungsführungselement 22 der Fig. 6 weist einen im Querschnitt kreisförmig bzw. rohrartig konturieren, ersten Abschnitt 22a und einen im Querschnitt halbkreisförmig bzw. halbrohrartig konturieren, zweiten Abschnitt 22b auf. Die Strömungsführungselemente 18, 19 und 22 der Fig. 1, 2, 3 und 6 verlaufen jeweils senkrecht zum Prallgitter 11. Die Strömungsführungselemente 20, 21 der Fig. 4 und 5 verlaufen jeweils gegenüber einer Senkrechten zum Prallgitter 11 geneigt.
  • Während in Fig. 4 die Öffnung 14 im Prallgitter 11 geneigt ist und absatzlos in einen vom Strömungsführungselement 20 definierten, strömungsführenden Kanal 23 übergeht, ist in Fig. 5 zwischen der Öffnung 14 des Prallgitters 11 und dem strömungsführenden Kanal 23 des Strömungsführungselements 21 ein Absatz bzw. eine Umlenkung ausgebildet.
  • Hinsichtlich anderer Details der Strömungsführungselemente 20, 21 und 22 kann auf die Ausführungen zu den Strömungsführungselemente 18, 19 verwiesen werden.
  • Das jeweilige Strömungsführungselement 18, 19, 20, 21, 22 kann zumindest abschnittsweise als Düse ausgebildet sein oder eine Düse aufnehmen. Über die Verengung des Strömungsführungselements 18, 19, 20, 21, 22 zu einer Düse kann die Strömungsgeschwindigkeit der über die Öffnung 14 des Prallgitters 11 geführten Strömung 16 des zweiten Mediums erhöht werden, wodurch die Prallkühlung noch effektiver gestaltet werden kann.
  • Das jeweilige Strömungsführungselement 18, 19, 20, 21, 22 ist vorzugsweise integraler Bestandteil des Prallgitters 11 und kann über ein additives bzw. generatives Fertigungsverfahren am Prallgitter 11 aufgebaut werden. Das jeweilige Strömungsführungselement 18, 19, 20, 21, 22 kann jedoch auch als separate Baugruppe ausgeführt und mit dem Prallgitter 11 verbunden sein.
  • Die Öffnungen 14 des Prallgitters 11 sind typischerweise kreisrund konturiert. Die Erfindung kommt vorzugsweise dort zur Anwendung, wo die Breite X des Spalts 15 zwischen der zu kühlenden Baugruppe 10 und dem Prallgitter 11 größer ist als zwei Mal der Durchmesser der Öffnungen 14 des Prallgitters 11. In diesem Anwendungsfall kann die Erfindung besonders vorteilhaft genutzt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsfall beschränkt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Baugruppe
    11
    Prallgitter
    12
    erste Seite
    13
    zweite Seite
    14
    Öffnung
    15
    Spalt
    16
    Pfeil
    17
    Pfeil
    18
    Strömungsführungselement
    19
    Strömungsführungselement
    20
    Strömungsführungselement
    21
    Strömungsführungselement
    22
    Strömungsführungselement
    23
    Kanal

Claims (12)

  1. Strömungsmaschine,
    mit einer strömungsführenden Baugruppe (10), die an einer ersten Seite (12) der Strömungsführung eines ersten Mediums dient, das eine erste Temperatur aufweist, und die an einer zweiten Seite (13) mit einem zweiten Medium kühlbar ist, das eine zweite Temperatur aufweist, die niedriger als die erste Temperatur ist,
    mit einem sich mit Abstand zur strömungsführenden Baugruppe (10) erstreckenden, Öffnungen (14) aufweisenden Prallgitter (11), wobei über die Öffnungen (14) des Prallgitters (11) das zweite Medium auf die zweite Seite (13) der strömungsführenden Baugruppe (10) leitbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Bereich zumindest einiger der Öffnungen (14) Strömungsführungselemente (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium ausgebildet sind, die sich ausgehend vom Prallgitter (11) in Richtung auf die zu kühlende zweite Seite (13) der strömungsführenden Baugruppe (10) erstrecken.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsführungselemente (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium mit Abstand von der zweiten Seite (13) der strömungsführenden Baugruppe (10) enden.
  3. Strömungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der zweiten Seite (13) der strömungsführenden Baugruppe (10) und dem Prallgitter (11) ein Spalt (15) ausgebildet ist, dessen Breite durch den Abstand zwischen der zweiten Seite (13) der strömungsführenden Baugruppe (10) und dem Prallgitter (11) definiert ist,
    die Strömungsführungselemente (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium sich ausgehend vom Prallgitter (11) bis maximal 80% der Breite des Spalts (15) in den Spalt (15) hinein erstrecken.
  4. Strömungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsführungselemente (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium sich ausgehend vom Prallgitter (11) bis maximal 70% der Breite des Spalts (15) in den Spalt (15) hinein erstrecken.
  5. Strömungsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsführungselemente (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium sich ausgehend vom Prallgitter (11) bis mindestens 40% der Breite des Spalts (15) in den Spalt (15) hinein erstrecken.
  6. Strömungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsführungselemente (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium sich ausgehend vom Prallgitter (11) bis mindestens 50% der Breite des Spalts (15) in den Spalt (15) hinein erstrecken.
  7. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich jeder Öffnung (14) ein Strömungsführungselement (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium ausgebildet ist.
  8. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Strömungsführungselement (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium im Querschnitt kreisförmig oder halbkreisförmig oder teilkreisförmig oder ellipsenförmig oder halbellipsenförmig oder teilellipsenförmig oder sparrenförmig ausgeführt ist.
  9. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Strömungsführungselement (18, 19, 20, 21, 22) für das zweite Medium das zweite Medium im Bereich des jeweiligen Strömungsführungselements (18, 19) vor einer Abführströmung des zweiten Mediums aus dem Spalt (15) abdeckt.
  10. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Strömungsführungselement (18, 19, 20, 21, 22) zumindest abschnittsweise als eine Düse ausbildet ist.
  11. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Strömungsführungselement (18, 19, 22) senkrecht zum Prallgitter (11) verläuft.
  12. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Strömungsführungselement (20, 21) gegenüber einer Senkrechten zu dem Prallgitter (11) geneigt ist.
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