СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ШПИЛЕК ПАРОВЫХ ТУРБИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1. Способ охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин, включающий подвод охлаждающего пара по охлаждающей линии из проточного канала с одной стороны, и отвод охлаждающего пара по отводящей линии с другой стороны, отличающийся тем, что отбор пара происходит из полости (ступени среднего или низкого давления) турбины паротурбинной установки с последующим направлением охлаждаемого парового потока через трубные развязки к охлаждающим устройствам, расположенным соосно в высокотемпературных шпильках, при этом регулирование скорости потока охлаждающей среды (пара) осуществляется за счет регулировки запорной арматуры (кранов) на линиях отбора охлаждающего пара из полости ступени турбины (ступени низкого или высокого давления) паротурбинной установки, а регулировка температуры может осуществляться за счет отбора с различных ступеней (цилиндров низкого и среднего давления), далее паровой охлаждающий поток направляют через каналы во внутренние полости охлаждающего устройства, выполненного в виде «труба - в - трубе», далее через перфорированные отверстия внутренней трубы (полости) охлаждающий пар равномерно распределяется в межтрубном пространстве, заполняет всю полость и вследствие теплоотдачи снимает часть теплоты с внутренней поверхности внешней трубы охлаждающего устройства, далее нагретый пар вытесняется в выходной патрубок внешней трубы охлаждающего устройства и поступает в общий коллектор и далее либо направляется в атмосферу, либо возвращается в цикл паротурбинной 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 пара 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 паром стенки трубы определяется из выражения:
где ν - коэффициент кинетической вязкости среды, тогда объемный расход охлаждаемого пара на шпильку определяют из выражения:
где: d, м - диаметр подводящего паропровода, а массовый расход рабочей охлаждающей среды на шпильку определяют из выражения:
2. Устройство для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек паровых 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 паровых турбин по п. 2, отличающееся тем, что перфорированные отверстия внутренней трубы (полости), через которые проходит охлаждающий пар, имеют различные формы: круглые, квадратные, прямоугольные или n-угольные, овальные или сложной геометрии и профиля.
4. Устройство для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин по п. 2, отличающееся тем, что перфорированные отверстия внутренней трубы (полости), через которые проходит охлаждающий пар, имеют различное расположение: могут быть расположены в коридорном или в шахматном порядке, или по спирали.