DE4244301A1

DE4244301A1 - Vorrichtung zur Prallkühlung

Info

Publication number: DE4244301A1
Application number: DE19924244301
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Haumann; Alfred Knoepfli; Thomas Dr Sattelmayer; Rudolf Tresch
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2012-12-29
Also published as: DE4244301C2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prallkühlung einer Kühlfläche, welche in vielen Gebieten der Technik an gewendet 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 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.

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 längs in Strömungsrichtung der Kühlluft ein Register aus Rohren ange ordnet ist, wobei die der Kühlfläche zugewandte Seite der Rohre, welche jeweils mit mindestens einer Lochreihe versehen ist, einen Spalt konstanter Höhe mit der Kühlfläche bildet und das in Strömungsrichtung gesehene Ende der Rohre jeweils dicht verschlossen ist, zwischen den Rohren jeweils ein Zwi schenraum vorhanden ist, der den Überströmkanal bildet und der Zwischenraum über den Rohren bis zur Deckfläche den Rück strömkanal bildet, wobei der Querschnitt des Zuströmkanals sehr viel größer als der Querschnitt eines Loches ist und der Querschnitt des Rückströmkanals sehr viel größer als der Querschnitt des Überströmkanals ist und dieser wiederum sehr viel größer als der Querschnitt des Spaltes zwischen Rohr und Kühlfläche ist.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Prallkühlungskonzept eine un erwünschte Querströmung der Kühlluft vermieden wird.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Rohre einen quadrati schen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt der Rohre in Strömungsrichtung abnehmend, vorzugsweise linear abnehmend, ist.

Schließlich wird mit Vorteil ein aus einer doppelschaligen Wand bestehendes Rohr verwendet, wodurch ein vorzeitiges Aufheizen der Kühlluft verhindert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an hand der Prallkühlung einer Brennkammerwand dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung des Rohrregisters zwischen Kühl- und Deckfläche;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch ein Rohr in der Ebene der Lochreihe;

Fig. 3 die Anordnung eines aus einer doppelschaligen Wand bestehenden Rohres.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die Brennkammer und die Brenner. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Brennkammer 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, welche jeweils einen gleichen Ab stand voneinander haben. Zwischen der Kühlfläche 5 und den Rohren 7 wird ein konstanter Spalt 4 gebildet. Die Rohre 7 sind an ihrem in Strömungsrichtung gesehenen Ende dicht ver schlossen, während die der Kühlfläche 5 zugewandte Seite der Rohre 7 (Rohrboden) mit einer oder mehreren Reihen Löcher 8 versehen ist. 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 und der Zwischenraum zwischen den Rohren 7 und der Deckfläche 6 bil den den Rückströmkanal 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.

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. Es gilt also:

A₁»A₈
A₃»A₂»A₄

Wie in Fig. 2 dargestellt ist es vorteilhaft, wenn die Rohre 7 des Registers eine sich in Strömungsrichtung der Luft ver jüngende Form aufweisen, da fortlaufend Luft aus den Rohren 7 ausströmt und somit der erforderliche Querschnitt für die Führung der Luft abnimmt. Andererseits fließt im Rückström kanal 3 fortlaufend mehr Luft zu, so daß der Querschnitt des Rückstromkanals 3 in dem Maße zunehmend ist, in dem es die Rohre 7 freigeben.

Bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Prallkühlungssy stem liegt eine relativ große Wärmeübertragungsfläche vor. Dadurch wird die Kühlluft stark aufgeheizt und prallt mit erhöhter Temperatur auf die Kühlfläche 5 auf, wodurch die Kühlleistung des Systems abnimmt. Eine Isolation zwischen den strömungsführenden Kanälen schafft hierbei Abhilfe. In Fig. 3 ist deshalb ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen, bei dem das Rohr 7 aus einer doppelschaligen Wand, d. h. der äußeren Rohrwand 9 und der inneren Rohrwand 10 be steht. Die äußere Rohrwand 9 dient als Strahlungsschild, wo bei die Luft im Zwischenraum 11 zwischen den Wänden 9 und 10 gleichzeitig die Wärmeleitung unterbindet, da sich zwischen den beiden Wänden 9 und 10 nur ruhende Luft befindet.

Bezugszeichenliste

1 Zuströmkanal
2 Überströmkanal
3 Rückströmkanal
4 Spalt
5 Kühlfläche
6 Deckfläche
7 Rohr
8 Loch
9 äußere Rohrwand
10 innere Rohrwand
11 Zwischenraum

Claims

1. Vorrichtung zur Prallkühlung einer Kühlfläche, wobei die Kühlfläche (5) und die Deckfläche (6) parallel zu einander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem konstanten Abstand von der Kühlfläche (5) längs in Strömungsrichtung ein Register aus Rohren (7) ange ordnet ist, wobei die der Kühlfläche (5) zugewandte Sei te der Rohre (7), welche mit mindestens einer Lochreihe versehen ist, einen Spalt (4) konstanter Höhe mit der Kühlfläche (5) bildet und das in Strömungsrichtung gese hene Ende der Rohre (7) jeweils dicht verschlossen ist, zwischen den Rohren (7) jeweils ein Zwischenraum vorhan den ist, der den Überströmkanal (2) bildet und der Zwi schenraum über den Rohren (7) bis zur Deckfläche (6) den Rückströmkanal (3) bildet, wobei der Querschnitt des Zu strömkanals (1), welcher das Rohrinnere darstellt, sehr viel größer als der Querschnitt eines Loches (8) ist und der Querschnitt des Rückströmkanals (3) sehr viel größer als der Querschnitt des Überströmkanals (2) ist und dieser wiederum sehr viel größer als der Quer schnitt des Spaltes (4) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) einen rechteckigen Querschnitt auf weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß das Rohr (7) einen quadratischen Querschnitt aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Rohres (7) in Strömungsrichtung abnehmend ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeich net, daß der Querschnitt des Rohres (7) in Strömungs richtung linear abnehmend ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) aus einer aus einer doppelschaligen Wand besteht.