СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ШПИЛЕК ГАЗОВЫХ ТУРБИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1. Способ охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин, включающий подвод охлаждающего воздуха во внутренние полости через воздушные каналы, с перфорированными отверстиями в стенке и подачу охлаждающего воздуха из воздушной полости, отличающийся тем, что отбор воздуха происходит из полости (ступени) компрессора газотурбинной установки с последующим направлением охлаждаемого воздушного потока через трубные развязки к охлаждающим устройствам, вмонтированным соосно в высокотемпературные шпильки, далее воздушный охлаждаемый поток направляется через воздушные каналы во внутренние полости охлаждающего устройства, выполненного в виде «труба - в - трубе», далее через перфорированные отверстия внутренней трубы (полости) охлаждающий воздух равномерно распределяется в межтрубном пространстве, заполняет всю полость и вследствие теплоотдачи снимает часть теплоты с внутренней поверхности внешней трубы охлаждающего устройства, далее нагретый воздух вытесняется в выходной патрубок внешней трубы охлаждающего устройства и поступает в общий коллектор и далее либо направляется в атмосферу, либо возвращается в цикл газотурбинной установки, при этом общая потребность в отведенной теплоте (тепловая нагрузка, приходящаяся на одну шпильку) определяется выражением:
где с - теплоемкость материала шпильки; m - масса одной шпильки; Δt - необходимый температурный перепад для охлаждения шпильки, масса шпильки, в кг, определяется из выражения:
1
2
где ρ - плотность шпильки; π=3.14; D - внешний диаметр шпильки, м; D - внешний диаметр охлаждающего устройства, м; L - длина канала, м, при этом количество теплоты необходимое для охлаждения за 1 с на 1°C определяется выражением:
где  - линейный тепловой поток через шпильку, Вт/м:
при этом с учетом (1-4) и принятых значений:
где  и  - температуры внешних и внутренних сред, k - коэффициент теплопередачи, определяется из выражения:
далее определение коэффициента теплоотдачи от рабочей среды к внутренней поверхности охлаждающего устройства из общей формулы для нахождения теплопередачи производится из выражения:
3
1
2
где D - внутренний диаметр охлаждающего канала, м; λ - коэффициент теплопроводности шпильки; λ - коэффициент теплопроводности материала охлаждающего устройства, при этом используется согласно методике описания процесса теплопередачи от рабочего потока к стенке уравнение в безразмерных величинах:
1
1
2
2
где Nu - безразмерный критерий Нуссельта; Pr - безразмерный критерий Прандтля при температуре t на стенке; Pr - безразмерный критерий Прандтля при температуре t на стенке, далее определяют значение критерия Рейнольдса для потока охлаждающей среды:
значение скорости охлаждения рабочим поток стенки трубы определяется из выражения:
где ν - коэффициент кинетической вязкости среды, тогда объемный расход охлаждаемого рабочего потока на шпильку определяют из выражения:
где d, м - диаметр подводящего трубопровода, а массовый расход рабочей охлаждающей среды на шпильку определяют из выражения:
µ=g·a кг/с.
2. Устройство для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин, содержащее охлаждающие цилиндрические каналы, перфорацию, отличающееся тем, что охлаждающие цилиндрические каналы выполнены соосно в форме «труба - в - трубе», с перфорацией внутреннего цилиндрического канала (полости), и цельного внешнего канала, при этом внешний канал плотно прилегает к внутренней глухой полости охлаждаемой шпильки, просверленной соосно с главной осью шпильки и имеющей минимально допустимый зазор, обеспечивающий извлечение охлаждающего устройства из полости шпильки.
3. Устройство для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин по п. 2, отличающееся тем, что перфорированные отверстия внутренней трубы (полости), через которые проходит охлаждающий воздух имеют различные формы: круглые, квадратные, прямоугольные или n-угольные, овальные или сложной геометрии и профиля.
4. Устройство для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин по п. 2, отличающееся тем, что перфорированные отверстия внутренней трубы (полости), через которые проходит охлаждающий воздух имеют различное расположение: могут быть расположены в коридорном или в шахматном порядке, или по спирали.