RU2641782C2

RU2641782C2 - Steam turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization

Info

Publication number: RU2641782C2
Application number: RU2016121337A
Authority: RU
Inventors: Рафаэль Рафкатович Кантюков; Марат Сафаутдинович Тахавиев; Руслан Владимирович Лебедев; Сергей Викторович Шенкаренко; Разиль Камилевич Авзалов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань"
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2018-01-22
Also published as: RU2016121337A

Abstract

FIELD: electricity-producing industry.

SUBSTANCE: invention relates to the method and device for the case high-temperature stud pins refrigeration and the flanged joints of the steam turbines of the thermal power stations (TPS, CHP), more specifically for the high-temperature stud pin of the flange connectors of the high-pressure cylinder (HPC) seal, and can be used in the stud pins refrigerating systems of the turbines of a ST-type. The assigned technical problem in the steam turbines high-temperature stud pins refrigeration method, which includes the cooling steam supply along the cooling line from the flowing channel on one side and the cooling steam removal along the outlet line on the other side is achieved by means of the fact that the steam extraction is carried out from the medium or low-pressure stage of the steam turbine with subsequent direction of the extracted steam for the steam turbines high-temperature stud pins refrigeration. Upon that, the extracted steam flow velocity control is effected on account of the isolation valve adjustment on the extraction steam line from the low or medium pressure stage of the steam turbine, and the extracted steam temperature control is effected on account of the steam extraction from the low or medium pressure stage of the steam turbine. Further, the extracted steam is transferred through the cylindrical connecting leg into the cylindrical metal tube of a minor diameter and then after the distribution in a volume the extracted steam runs into the cooling cylindrical conduit, where the extracted steam is supplied through the perforation hole in the cylindrical metal tube of a minor diameter into the cooling cylindrical conduit, where it removes a part of the heat from the internal surface of the external cylindrical tube of a greater diameter and the steam heats up as consequence of the heat loss. At this time, the extracted steam cools down the external cylindrical metal tube walls of a greater diameter, and further, the steam is forced out into the outlet cylindrical connecting leg and further either goes back into the steam turbine plant cycle or to the atmosphere. The cooling cylindrical conduit is formed by two cylindrical metal tubes with bases that have the common normal axis. Along with this, the cylindrical metal tube of a minor diameter has the perforation hole and is linked to the cylindrical connecting leg, and the external cylindrical metal tube of a greater diameter is linked to the outlet cylindrical connecting leg.

EFFECT: reduction in expenditure, thermal efficiency increase.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способу и устройству для охлаждения высокотемпературных шпилек корпуса и фланцевых соединений паровых турбин тепловых электрических станций (ТЭС, ТЭЦ), в частности высокотемпературных шпилек фланцевых разъемов уплотнения цилиндра высокого давления (ЦВД), и может быть использовано в системах охлаждения шпилек турбин типа ПТ.The invention relates to the field of power engineering, in particular, to a method and apparatus for cooling high-temperature studs of a housing and flange joints of steam turbines of thermal power plants (TPPs, thermal power plants), in particular, high-temperature studs of flange connectors of flange connectors of a high pressure cylinder seal (CVP), and can be used in cooling systems for turbine pins type PT.

Из исследованного уровня техники выявлены различные способы и устройства для охлаждения высокотемпературных элементов.From the investigated prior art identified various methods and devices for cooling high-temperature elements.

Известны способ охлаждения цилиндрических валов паром и устройство для его осуществления, описанные в патенте на изобретение РФ № RU 2182976 «Турбинный вал, а также способ охлаждения турбинного вала» авторов Фельдмюллер Андреас, Поллак Хельмут (МПК F01D 5/08 (2000.01) F01D 25/12 (2000.01)). Турбинный вал паровой турбины, проходящий вдоль главной оси, содержит ряд расположенных вдоль главной оси аксиально друг за другом цилиндрических отрезков вала. Отрезки вала вдоль общей соединительной оси имеют отверстия, через которые проходит стяжной элемент. Между стяжным элементом и, по меньшей мере, одним отрезком вала образован осевой зазор и предусмотрены два разнесенных в осевом направлении радиальных канала, которые соединены гидравлически с осевым зазором и выходят на внешнюю поверхность. Осевой зазор через два радиальных канала на двух различных уровнях давления соединен гидравлически с потоком рабочей среды, приводящей в действие турбинный вал. Способ охлаждения турбинного вала заключается в том, что охлаждающий пар вводят через первый радиальный канал в осевой зазор между стяжным элементом и отрезком вала и выводят из турбинного вала через второй радиальный канал. Ответвленный из потока свежего пара поток охлаждающего пара проходит через первый радиальный канал в проходящий в осевом направлении зазор и оттуда через второй радиальный канал снова в поток свежего пара.A known method of cooling cylindrical shafts with steam and a device for its implementation, described in the patent for the invention of the Russian Federation No. RU 2182976 "Turbine shaft, as well as a method for cooling a turbine shaft" by authors Feldmüller Andreas, Pollack Helmut (IPC F01D 5/08 (2000.01) F01D 25 / 12 (2000.01)). The turbine shaft of a steam turbine extending along the main axis comprises a series of cylindrical shaft segments axially arranged one after the other. The shaft segments along the common connecting axis have holes through which the coupling element passes. An axial clearance is formed between the coupling element and at least one length of the shaft and two axially spaced radial channels are provided which are hydraulically connected to the axial clearance and extend to the outer surface. The axial clearance through two radial channels at two different pressure levels is hydraulically connected to the flow of the working medium that drives the turbine shaft. The method of cooling the turbine shaft is that the cooling steam is introduced through the first radial channel into the axial clearance between the coupling element and the length of the shaft and removed from the turbine shaft through the second radial channel. The cooling steam stream branched from the fresh steam stream passes through the first radial channel into an axially extending gap and from there through the second radial channel again into the fresh steam stream.

Недостатком способа, описанного в вышеуказанном патенте, является то, что в предложенном способе осуществляется поверхностное охлаждение вала, когда как основную термическую нагрузку несет приосевое пространство, при этом поверхностное охлаждение паром приводит к возникновению больших термических перепадов в радиальном сечении, что может привести к быстрому образованию дефектов и полному разрушению термически напряженной конструкции. Кроме указанного, способ не может быть использован для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как используется для охлаждения вала высокотемпературной ступени турбины.The disadvantage of the method described in the above patent is that in the proposed method, surface cooling of the shaft is carried out when the axial space carries the main thermal load, while surface cooling with steam leads to large thermal differences in the radial section, which can lead to rapid formation defects and complete destruction of thermally stressed structures. In addition to the above, the method cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, as it is used to cool the shaft of the high-temperature stage of the turbine.

Известны способ охлаждения элемента паровой турбины и устройство для его осуществления, описанные в патенте на изобретение РФ № RU 2482281 «Устройство и способ охлаждения первой ступени двухпоточной турбины» авторов Ривас Флор Дель Кармен, Эрнандес Нестор (МПК F01D 25/12 (2006.01) МПК F01D 3/02 (2006.01)). Паровая турбина содержит пару сопел, ротор, несущий лопатки секций, и корпус, несущий пару сопел. Каждое сопло расположено в секции турбины. Поток пара подают в каждое сопло секций турбины. Изменяют направление движения на обратное части каждого потока пара для получения обратного потока пара от задней стороны к передней стороне каждой секции. Каждый обратный поток пара направлен в кольцевой зазор между ротором и корпусом. Отводят обратные потоки пара через трубу, имеющую первый конец в кольцевом зазоре при первом давлении и второй конец при втором давлении, которое ниже первого давления.A known method of cooling an element of a steam turbine and a device for its implementation, described in the patent for the invention of the Russian Federation No. RU 2482281 "Device and method for cooling the first stage of a two-line turbine" by Rivas Flor Del Carmen, Hernandez Nestor (IPC F01D 25/12 (2006.01) IPC F01D 3/02 (2006.01)). A steam turbine comprises a pair of nozzles, a rotor carrying section blades, and a housing carrying a pair of nozzles. Each nozzle is located in a turbine section. A steam stream is supplied to each nozzle of the turbine sections. Change the direction of movement to the reverse of each steam stream to obtain a reverse steam stream from the rear side to the front side of each section. Each steam backflow is directed into the annular gap between the rotor and the housing. Return steam flows through a pipe having a first end in an annular gap at a first pressure and a second end at a second pressure that is lower than the first pressure.

Недостатком способа, описанного в приведенном аналоге, является то, что охлаждение происходит паром, направляемым на охлаждаемый объект изнутри, при помощи специальных каналов в корпусе турбины, что делает невозможным процесс обслуживания охлаждающего устройства, при работающей паровой турбине, что в свою очередь может привести к несвоевременному обнаружению опасных дефектов, способных отразиться на надежности работы самой турбины. В предложенном способе охлаждения не предусмотрен механизм регулирования охлаждающего потока, что в свою очередь снижает эффективность охлаждения при разнородной тепловой нагрузке на корпусе турбины. Кроме указанного, способ не может быть использован для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как используется для охлаждения самого корпуса высокотемпературной ступени турбины.The disadvantage of the method described in the above analogue is that the cooling occurs with steam directed to the cooled object from the inside, using special channels in the turbine housing, which makes it impossible to service the cooling device when the steam turbine is running, which in turn can lead to untimely detection of dangerous defects that could affect the reliability of the turbine itself. In the proposed cooling method, there is no mechanism for regulating the cooling flow, which in turn reduces the cooling efficiency with a dissimilar heat load on the turbine housing. In addition to the above, the method cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, as it is used to cool the casing of the high-temperature stage of the turbine.

Известен способ жидкостного охлаждения (патент РФ на изобретение № RU 2500893, МПК F01D 5/18, опубл. 07.08.2012) лопаток одной высокотемпературной ступени турбины, закрепленных хвостовой частью на ободе несущего диска указанной ступени ротора турбины, содержит с одной из сторон несущего диска осесимметричный ему открытый вниз кольцевой желоб, по меньшей мере, две неподвижные форсунки, а также расположенные по периметру профиля лопатки в ее подповерхностном слое продольные охлаждающие каналы. Форсунки направлены симметрично в сторону для подачи в желоб охлаждающей жидкости. Входные концы продольных охлаждающих каналов сообщены соединительными каналами с желобом с образованием петлевидного охлаждающего тракта в каждой лопатке и свободной поверхности жидкости в желобе при вращении ротора. Выходные концы охлаждающих каналов сообщены так же, как входные, с помощью соединительных каналов с желобом. Охлаждение осуществляется в результате процессов теплообмена между омывающим потоком и нагретой поверхностью лопатки, при этом конфигурация и параметры омывающего (охлаждающего) водного потока определяется геометрическими параметрами охлаждающего тракта, при этом охлаждающая жидкость подается и отводится по специальным спрофилированным каналам.A known method of liquid cooling (RF patent for the invention No. RU 2500893, IPC F01D 5/18, published 07.08.2012) of the blades of one high-temperature stage of the turbine, mounted by the tail part on the rim of the carrier disk of the indicated stage of the turbine rotor, contains on one side of the carrier disk at least two stationary nozzles axially symmetrical to it, open downward chute, and longitudinal cooling channels located along the perimeter of the blade profile in its subsurface layer. The nozzles are directed symmetrically to the side for supplying coolant to the gutter. The inlet ends of the longitudinal cooling channels are communicated by connecting channels with a groove with the formation of a loop-shaped cooling path in each blade and the free surface of the liquid in the groove during rotation of the rotor. The output ends of the cooling channels are communicated in the same way as the input ones by means of connecting channels with a groove. The cooling is carried out as a result of heat exchange processes between the washing stream and the heated surface of the blade, while the configuration and parameters of the washing (cooling) water stream are determined by the geometric parameters of the cooling path, while the cooling liquid is supplied and discharged through special profiled channels.

Основным недостатком известного способа жидкостного охлаждения высокотемпературных поверхностей, описанного в вышеуказанном изобретении к патенту, является то, что в связи с агрессивностью жидких охлаждающих сред возникает необходимость проведения очистных профилактических работ по очистке от загрязнений (в том числе жестких и прочих отложений), что делает процесс охлаждения крайне ненадежным и нестабильным, при этом усложнена сама процедура очистки каналов, которую можно осуществить, лишь остановив основное оборудование (турбину); также водяная среда вызывает коррозию поверхностей нагрева, что со временем может привести к полному ее разрушению. Кроме указанного, способ не может быть использован для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как используется для охлаждения лопаток высокотемпературной ступени турбины.The main disadvantage of the known method of liquid cooling high-temperature surfaces described in the above invention to the patent is that due to the aggressiveness of liquid cooling media, there is a need for cleaning preventive cleaning of contaminants (including hard and other deposits), which makes the process cooling is extremely unreliable and unstable, while the procedure for cleaning the channels is complicated, which can be done only by stopping the main equipment (turbine); Also, the aqueous medium causes corrosion of the heating surfaces, which over time can lead to its complete destruction. In addition to the above, the method cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, since it is used to cool the blades of the high-temperature stage of the turbine.

Известен способ охлаждения элемента турбины (патент на изобретение РФ № RU 2550371, МПК F02C 7/12, опубл. 24/10/2010), включающий в себя сжатие рабочей текучей среды с помощью компрессора, перегрев сжатой рабочей текучей среды путем ее подачи в камеру сгорания, последующее расширение перегретой сжатой рабочей текучей среды в расширительной турбине с обеспечением выработки энергии. Осуществляют далее подачу сжатой рабочей текучей среды из компрессора в первую полость для охлаждения расширительной турбины из первого отбора сжатой рабочей текучей среды, подачу сжатой рабочей текучей среды из компрессора во вторую полость для охлаждения расширительной турбины из второго отбора сжатой рабочей текучей среды. Второй отбор сжатой рабочей текучей среды выполняют ниже по потоку относительно первого отбора. Во время работы в режиме частичной нагрузки для поддержания температуры первой полости в допустимых пределах с учетом сопротивления материалов осуществляют проточное соединение первого и второго отборов и избирательную подачу части сжатой рабочей текучей среды второго отбора в первый отбор.A known method of cooling a turbine element (patent for the invention of the Russian Federation No. RU 2550371, IPC F02C 7/12, publ. 24/10/2010), which includes compressing the working fluid using a compressor, overheating the compressed working fluid by feeding it to the chamber combustion, subsequent expansion of the superheated compressed working fluid in the expansion turbine with the provision of energy production. Further, compressed working fluid is supplied from the compressor to the first cavity for cooling the expansion turbine from the first selection of the compressed working fluid, and compressed compressed working fluid is supplied from the compressor to the second cavity to cool the expansion turbine from the second selection of the compressed working fluid. A second selection of compressed working fluid is performed downstream of the first selection. During operation in partial load mode, in order to maintain the temperature of the first cavity within acceptable limits, taking into account the resistance of the materials, the first and second taps are flow-connected and the part of the compressed working fluid of the second tapping is selectively fed to the first tapping.

Недостатком данного способа охлаждения турбин является требование по необходимости постоянного контроля температуры от перегрева указанной сжатой рабочей текучей среды, а также низкая эффективность наружного охлаждения элементов турбины, ввиду отсутствия каких-либо интенсификаторов теплоотдачи (теплопередачи). Кроме указанного, способ не может быть использован для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как используется для охлаждения элементов высокотемпературной газовой турбины.The disadvantage of this method of cooling turbines is the requirement for the need for constant temperature control from overheating of the specified compressed working fluid, as well as the low efficiency of the external cooling of the turbine elements, due to the absence of any heat transfer intensifiers (heat transfer). In addition to the above, the method cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, as it is used to cool the elements of a high-temperature gas turbine.

Наиболее близким способом к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является способ охлаждения высокотемпературных элементов корпуса паровой турбины, описанный в патенте РФ на изобретение № RU 2410545 «Паровая турбина» автора Вигхардт Кай (МПК F01D 5/08 (2006.01) МПК F01D 3/04 (2006.01)), который и выбран в качестве прототипа по предлагаемому способу охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин. Паровая турбина с корпусом, причем внутри корпуса с возможностью вращения установлен вал, содержащий компенсирующий сдвиг поршень и направленный вдоль оси вращения, между корпусом и валом выполнен проточный канал, вал содержит внутри охлаждающую линию для ведения охлаждающего пара в направлении оси вращения, и охлаждающая линия связана с одной стороны, по меньшей мере, с одной подающей линией для подачи охлаждающего пара из проточного канала в охлаждающую линию, а с другой стороны, по меньшей мере, с одной отводящей линией для отвода охлаждающего пара на боковую поверхность компенсирующего сдвиг поршня, содержит возвратную линию для возврата смешанного пара, состоящего из вытекающего из отводящей линии охлаждающего пара и части свежего пара, протекающей в виде утечки между корпусом и валом в направлении компенсирующего сдвиг поршня, причем возвратная линия начинается между зоной впуска свежего пара и выходом из отводящей линии и впадает в проточный канал.The closest way to the claimed technical solution for the combination of essential features is the method of cooling high-temperature elements of the steam turbine casing described in the RF patent for invention No. RU 2410545 "Steam turbine" by Wighardt Kai (IPC F01D 5/08 (2006.01) IPC F01D 3/04 (2006.01)), which was also selected as a prototype for the proposed method for cooling high-temperature hairpins of steam turbines. A steam turbine with a casing, with a shaft rotatably mounted inside the casing, containing a shift-compensating piston and directed along the axis of rotation, a flow channel is made between the casing and the shaft, the shaft contains a cooling line inside for guiding the cooling steam in the direction of the rotation axis, and the cooling line is connected on the one hand, with at least one supply line for supplying cooling steam from the flow channel to the cooling line, and on the other hand, with at least one discharge line for exhaust cooling waiting for steam to the lateral surface of the shift-compensating piston, comprises a return line for returning the mixed steam consisting of cooling steam flowing from the discharge line and a portion of fresh steam flowing in the form of a leak between the housing and the shaft in the direction of the shift-compensating piston, the return line starting between the zone fresh steam inlet and outlet from the discharge line and flows into the flow channel.

Основным недостатком способа охлаждения высокотемпературных элементов турбины, изложенного в прототипе является то, что способ имеет низкую степень надежности охлаждения вследствие усложненного подвода охлаждающего пара через внутренние каналы и сложный механизм регулирования подачи охлаждающего пара на теплообменные поверхности нагрева, вследствие многопоточного перемешивания охлаждающего пара. Невозможность осуществления периодического обслуживания системы охлаждения без остановки турбины (полный останов) вследствие подвода охлаждающей среды через рабочие элементы внутренней полости турбины.The main disadvantage of the method for cooling high-temperature turbine elements described in the prototype is that the method has a low degree of cooling reliability due to the complicated supply of cooling steam through the internal channels and the complex mechanism for regulating the supply of cooling steam to the heat exchange heating surfaces due to multi-threaded mixing of the cooling steam. The inability to perform periodic maintenance of the cooling system without stopping the turbine (full stop) due to the supply of the cooling medium through the working elements of the internal cavity of the turbine.

Известно устройство для охлаждения высокотемпературных элементов, описанное в патенте РФ на изобретение № RU 2325587 «Теплообменное устройство прямого смешивания воды и пара» авторов Ардамакова С.В., Кузнецова С.Н. (МПК F22B 3/06 (2006.01) F22G 5/12 (2006/01) F22D 1/28 (2006/01)). Теплообменное устройство прямого смешивания воды и пара включает трубный участок транспортирования потока пара (или воды) с, по меньшей мере, одним штуцером введения потока воды (или пара) и перегородкой с отверстиями. Перегородка соединена с одним торцом введенного и размещенного вдоль оси трубного участка, по меньшей мере, одного патрубка так, что в патрубке оставлено, по меньшей мере, одно отверстие перегородки. На втором торце установлена вторая перегородка так, что обеими перегородками в трубном пространстве образована межпатрубковая полость, с которой соединен штуцер введения потока воды, а в стенках патрубка выполнен, по меньшей мере, один канал, размещенный вблизи входной перегородки.A device for cooling high-temperature elements is described in the patent of the Russian Federation for invention No. RU 2325587 "Heat exchange device for direct mixing of water and steam" by the authors Ardamakova SV, Kuznetsova SN (IPC F22B 3/06 (2006.01) F22G 5/12 (2006/01) F22D 1/28 (2006/01)). The heat exchange device for direct mixing of water and steam includes a pipe section for transporting a stream of steam (or water) with at least one fitting for introducing a stream of water (or steam) and a partition with openings. The partition is connected to one end of the introduced and placed along the axis of the pipe section of at least one pipe so that at least one opening of the partition is left in the pipe. At the second end, a second partition is installed so that an inter-pipe cavity is formed with both partitions in the pipe space, to which a water flow inlet fitting is connected, and at least one channel is made in the walls of the pipe located near the inlet.

Недостатком известного устройства для охлаждения является сложность предложенной конструкции, затрудняющей периодическое техническое обслуживание охлаждающего устройства, а также низкая надежность, вследствие наличия большого количества сложных соединений.A disadvantage of the known device for cooling is the complexity of the proposed design, which complicates the periodic maintenance of the cooling device, as well as low reliability due to the presence of a large number of complex compounds.

Кроме указанного, устройство не может быть использовано для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как использование устройства предполагает создание нового оборудования, использующего жидкий теплоноситель, что приведет к изменению существующей схемы работы теплового цикла турбины, что не допустимо правилами технической эксплуатации.In addition to the specified, the device cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, since the use of the device involves the creation of new equipment using a liquid coolant, which will lead to a change in the existing scheme of the thermal cycle of the turbine, which is not permissible by the rules of technical operation.

Известен способ охлаждения цилиндрических тел вращения паром, описанный в патенте РФ на изобретение № RU 2279551 «Высокотемпературная многоступенчатая паровая турбина» авторов Орлик В.Г., Аверкиной Н.В., Вайнштейна Л.Л. и др. (МПК F01D 5/08 (2006.01)). Высокотемпературная многоступенчатая паровая турбина включает корпус с сопловыми лопатками первой ступени и ротор, снабженный дисками с рабочими лопатками и отверстиями для перепуска пара.A known method of cooling cylindrical bodies of revolution by steam, described in the patent of the Russian Federation for invention No. RU 2279551 "High-temperature multi-stage steam turbine" authors Orlik VG, Averkina NV, Vainshtein L.L. et al. (IPC F01D 5/08 (2006.01)). A high-temperature multi-stage steam turbine includes a housing with nozzle blades of the first stage and a rotor equipped with disks with rotor blades and holes for steam bypass.

Недостатком известного устройства для охлаждения является невозможность проводить регулировку перепущенного охлаждающего пара в турбине за счет наличия только отверстий для перепуска, при этом усложняется процедура технического контроля охлаждающего устройства, при которой необходимо останавливать всю турбину и разбирать ее корпус.A disadvantage of the known cooling device is the inability to adjust the bypassed cooling steam in the turbine due to the presence of only bypass holes, while the technical control of the cooling device is complicated, in which it is necessary to stop the entire turbine and disassemble its casing.

Кроме указанного, устройство не может быть использовано для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как используется в устройстве для охлаждения ротора паровой турбины.In addition to the above, the device cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, as it is used in the device for cooling the rotor of a steam turbine.

Известно устройство - охлаждаемый элемент турбины для охлаждения термически нагруженной на передней стороне стенки (патент РФ на изобретение РФ № RU 2539950, МПК F01D 5/18, опубл. 28.01.2010), содержащее на обратной стороне стенки с распределением по поверхности множество выступающих из стенки шипов, а также средства для формирования направленных струй охлаждающей среды в зоне шипов на обратную сторону стенки, предназначенных для ударного охлаждения. Распределение шипов в пределах критических зон элемента имеет более высокую плотность, чем на его остальных участках. Средства для создания направленных на обратную сторону стенки струй содержат ударно-охлаждающую пластину с распределенными ударно-охлаждающими отверстиями. Плотность ударно-охлаждающих отверстий коррелирована с плотностью шипов.A device is known - a cooled turbine element for cooling a wall thermally loaded on the front side (RF patent for the invention of the Russian Federation No. RU 2539950, IPC F01D 5/18, published January 28, 2010), comprising a plurality of protruding from the wall on the back side of the wall with a surface distribution studs, as well as means for the formation of directed jets of the cooling medium in the zone of the studs on the reverse side of the wall, designed for shock cooling. The distribution of the spikes within the critical zones of the element has a higher density than in its other sections. Means for creating directed to the opposite side of the wall of the jets contain shock-cooling plate with distributed shock-cooling holes. The density of the shock-cooling holes is correlated with the density of the spikes.

Недостатком аналога устройства охлаждения является наличие шипов на оборотной стороне стенки, что усложняет процедуру механической очистки поверхности нагрева охлаждающего устройства и приводит к увеличению энергетических затрат на прокачку охлаждающей среды вследствие увеличения аэродинамических сопротивлений пристенной зоны.A disadvantage of the analogue cooling device is the presence of spikes on the back of the wall, which complicates the procedure for mechanical cleaning of the heating surface of the cooling device and leads to an increase in energy costs for pumping a cooling medium due to an increase in aerodynamic drag of the wall zone.

Кроме указанного, устройство не может быть использовано для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как используется в устройстве для создания охлаждаемого элемента газовой турбины, охлаждение которого оптимально согласовано с локально изменяющейся термической нагрузкой.In addition to the indicated, the device cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, as it is used in the device to create a cooled element of a gas turbine, the cooling of which is optimally coordinated with a locally changing thermal load.

Известно устройство - охлаждаемая лопатка (патент РФ на полезную модель № RU 131416, МПК F01D 5/18, опубл. 21.01.2013), преимущественно высокотемпературных турбин, содержащая канал входной кромки и перегородку, образующую также канал, соседствующий с каналом входной кромки, отличающаяся тем, что внутренняя стенка входной кромки, а также стенка канала входной кромки и канала, образованного перегородкой, выполнены криволинейными так, что образуют каналы диффузор-конфузорного типа.A device is known - a cooled blade (RF patent for utility model No. RU 131416, IPC F01D 5/18, published on January 21, 2013), mainly of high-temperature turbines, comprising an inlet edge channel and a baffle also forming a channel adjacent to the inlet edge channel, characterized the fact that the inner wall of the input edge, as well as the wall of the channel of the input edge and the channel formed by the partition, are made curved so that they form channels of the diffuser-confuser type.

Недостатком является невозможность осуществления технического обслуживания элементов охлаждающего устройства без останова всей турбины, что усложняет технический процесс проведения ремонтных работ.The disadvantage is the inability to perform maintenance of the elements of the cooling device without stopping the entire turbine, which complicates the technical process of repair work.

Кроме указанного, устройство не может быть использовано для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как используется в устройстве для охлаждения лопатки высокотемпературной газовой турбины.In addition to the specified, the device cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, as it is used in the device for cooling the blades of a high-temperature gas turbine.

Наиболее близким устройством к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является устройство, выбранное заявителем в качестве прототипа (патент РФ на изобретение № RU 2382885, МПК F01D 5/18, опубл. 20.05.2008), сущность известного решения заключается в том, что сопловая лопатка газовой турбины с циклонно-вихревой системой охлаждения, содержащая закручивающие устройства, охлаждающие цилиндрические каналы, перфорацию входной кромки, отличающаяся тем, что в теле лопатки имеется центральная полая камера, подводящая дополнительно хладагент через закручивающие устройства, расположенные по высоте охлаждающих цилиндрических каналов на расстоянии, равном 4 и 8 калибрам, отнесенных к диаметру охлаждающих каналов, а в выходной кромке лопатки размещена вихревая матрица.The closest device to the claimed technical solution on the basis of essential features is the device selected by the applicant as a prototype (RF patent for the invention No. RU 2382885, IPC F01D 5/18, publ. 05/20/2008), the essence of the known solution is that the nozzle a gas turbine blade with a cyclone-vortex cooling system, containing twisting devices, cooling cylindrical channels, perforation of the inlet edge, characterized in that the body of the blade has a central hollow chamber supplying additional the refrigerant through the swirling devices located along the height of the cooling cylindrical channels at a distance of 4 and 8 calibers, referred to the diameter of the cooling channels, and a vortex matrix is placed in the outlet edge of the blade.

Недостатком данного технического решения является то, что устройство, описанное в прототипе, не имеет возможности ремонта вследствие его неразборности, что приводит к невозможности технического обслуживания без остановки всего технического процесса работы турбины, а также наличие дополнительного хладагента, что требует дополнительно выполнения требованиям соответствия его уровню технических требований, предъявляемым к охлаждающим веществам (уровень дисперсных загрязнений, коррозионная активность, вязкость, плотность и пр.). Кроме указанного, устройство не может быть использовано для реализации поставленных целей у заявленного технического решения, так как используется в устройстве для охлаждения сопловой лопатки газовой турбины с циклонно-вихревой системой охлаждения.The disadvantage of this technical solution is that the device described in the prototype does not have the ability to repair due to its inseparability, which leads to the impossibility of maintenance without stopping the entire technical process of the turbine, as well as the presence of additional refrigerant, which additionally requires compliance with its level technical requirements for coolants (level of dispersed contaminants, corrosion activity, viscosity, density, etc.). In addition to the above, the device cannot be used to achieve the goals of the claimed technical solution, since it is used in a device for cooling a nozzle blade of a gas turbine with a cyclone-vortex cooling system.

Технической задачей заявленного технического решения по способу охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин и устройству для его осуществления является повышение долговечности и надежности уплотнения фланцевых соединений корпуса паровой турбинной установки и устранения утечек пара через разъемы фланцевых соединений корпуса паротурбинной установки, вследствие уменьшения термического напряжения на соединительных шпильках фланцевых соединений, без изменения основных конструктивных элементов паровой турбины, шпилек, корпуса и фланцевых соединений паровых турбин.The technical objective of the claimed technical solution for the method of cooling high-temperature hairpins of steam turbines and a device for its implementation is to increase the durability and reliability of sealing flange connections of the casing of the steam turbine installation and eliminate steam leaks through the connectors of the flange connections of the casing of the steam turbine installation, due to the reduction of thermal stress on the connecting rods of the flange connections without changing the main structural elements of the steam turbine, studs, core whisker and flanges steam turbines.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности, к способу и устройству для охлаждения высокотемпературных шпилек корпуса и фланцевых соединений паровых турбин тепловых электрических станций (ТЭС, ТЭЦ), в частности, высокотемпературных шпилек фланцевых разъемов уплотнения цилиндра высокого давления (ЦВД) и может быть использовано в системах охлаждения шпилек турбин типа ПТ.The invention relates to the field of power engineering, in particular, to a method and apparatus for cooling high-temperature studs of a housing and flange joints of steam turbines of thermal power plants (TPPs, thermal power plants), in particular, high-temperature studs of flange connectors of flange connectors of a high pressure cylinder seal (CVP) and can be used in cooling systems for hairpins of PT type turbines.

Поставленная техническая задача в способе 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, достигается за счет того, что отбор пара происходит из ступени среднего или низкого давления паровой турбины с последующим направлением отобранного пара для охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин, при этом регулирование скорости потока отобранного пара осуществляется за счет регулировки запорной арматуры на линиях отбора пара из ступени низкого или среднего давления паровой турбины, а регулировка температуры отобранного пара осуществляется за счет его отбора со ступеней низкого или среднего давления паровой турбины, далее отобранный пар направляется через цилиндрический патрубок в цилиндрическую металлическую трубку меньшего диаметра и далее, распределяясь в объеме, попадает в охлаждающий цилиндрический канал, где отобранный пар через перфорацию в цилиндрической металлической трубке меньшего диаметра подается в охлаждающий цилиндрический канал, где снимает часть теплоты с внутренней поверхности внешней цилиндрической трубки большего диаметра и, вследствие теплоотдачи, сам нагревается, при этом охлаждает стенки внешней цилиндрической металлической трубки большего диаметра, далее пар вытесняется в отводящий цилиндрический патрубок и далее либо возвращается в цикл паротурбинной установки, либо направляется в атмосферу.The stated technical problem in the method of cooling high-temperature studs of steam turbines, including the supply of cooling steam along the cooling line from the flow channel on one side and the removal of cooling steam along the discharge line on the other hand, is achieved due to the fact that the steam is taken from a medium or low pressure stage steam turbine with the subsequent direction of the selected steam to cool the high-temperature hairpins of steam turbines, while the flow rate of the selected steam is controlled by and by adjusting the shutoff valves on the steam extraction lines from the low or medium pressure stage of the steam turbine, and the temperature of the selected steam is controlled by its selection from the low or medium pressure stages of the steam turbine, then the selected steam is sent through a cylindrical pipe to a cylindrical metal tube of smaller diameter and then, being distributed in the volume, it enters the cooling cylindrical channel, where the selected steam through perforation in a cylindrical metal tube of smaller diameter meter is fed into the cooling cylindrical channel, where it removes part of the heat from the inner surface of the outer cylindrical tube of a larger diameter and, due to heat transfer, it heats up, while cooling the walls of the outer cylindrical metal tube of a larger diameter, then the steam is forced into the outlet cylindrical pipe and then either returns to steam turbine plant cycle, or sent to the atmosphere.

Поставленная техническая задача в устройстве для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин, содержащем охлаждающие цилиндрические каналы, перфорацию, достигается за счет того, что охлаждающий цилиндрический канал образован двумя цилиндрическими металлическими трубками с основаниями, имеющими общую вертикальную ось, причем цилиндрическая металлическая трубка меньшего диаметра имеет перфорацию и соединена с цилиндрическим патрубком, а внешняя цилиндрическая металлическая трубка большего диаметра соединена с отводящим цилиндрическим патрубком.The stated technical problem in the device for implementing the method of cooling high-temperature hairpins of steam turbines containing cooling cylindrical channels, perforation, is achieved due to the fact that the cooling cylindrical channel is formed by two cylindrical metal tubes with bases having a common vertical axis, and the cylindrical metal tube of smaller diameter has perforation and connected to a cylindrical pipe, and the outer cylindrical metal tube of larger diameter connected to the outlet cylindrical pipe.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения неизвестна из уровня техники, следовательно, оно соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».An analysis of the known technical solutions carried out according to scientific, technical and patent documentation showed that the set of essential features of the claimed technical solution is unknown from the prior art, therefore, it meets the patentability criteria of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability”.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:The claimed technical solution is illustrated by the drawings:

На фиг. 1 изображена система охлаждения высокотемпературных шпилек паровой турбины.In FIG. 1 shows a cooling system for high temperature studs of a steam turbine.

На фиг. 2 изображено охлаждающее устройство.In FIG. 2 shows a cooling device.

На фиг. 3 изображено расположение охлаждающего устройства в шпильке.In FIG. 3 shows the location of the cooling device in the stud.

Схема общего вида охлаждающего устройства для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин представлена на фиг. 2, а схема размещения охлаждающего устройства для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин в самой высокотемпературной шпильке представлена на фиг. 3.A diagram of a general view of a cooling device for implementing a method for cooling high-temperature studs of steam turbines is shown in FIG. 2, and a layout of a cooling device for implementing a method for cooling high-temperature hairpins of steam turbines in the highest-temperature hairpin is shown in FIG. 3.

Охлаждающее устройство для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин, изображенное на фиг. 2 и фиг. 3, содержит цилиндрическую металлическую трубку меньшего диаметра 1 с перфорацией 3 и основание. Отверстия перфорации 3 цилиндрической металлической трубки меньшего диаметра 1 могут быть расположены, например, в коридорном или в шахматном порядке или по спирали. Отверстия перфорации 3 цилиндрической металлической трубки меньшего диаметра 1 могут быть выполнены различной геометрической формы (например, круглые, квадратные, прямоугольные или n-угольные, овальные). Внешняя цилиндрическая металлическая трубка большего диаметра 2 имеет однородную сплошную поверхность и основание и плотно скреплена с трубкой 1 в верхней части, так что вертикальные оси трубок 1 и 2 совпадают. Охлаждающий цилиндрический канал образован трубками 1 и 2. Цилиндрический патрубок 4 (подающий канал) и отводящий цилиндрический патрубок 5 (отводящий канал) соответственно скреплены с трубками 1 и 2 и служат для подвода и отвода рабочего охлаждающего пара. При этом отводящий цилиндрический патрубок 5 подсоединен к трубке 2 таким образом, что образует Г-образную форму. Все элементы 1, 2, 3, 4, 5 выполнены из стали (например, из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т). Размеры и материал охлаждаемой шпильки 6 определяются соответствующим ГОСТ. Габаритные размеры охлаждающего устройства напрямую зависят от габаритных размеров охлаждаемой шпильки 6 и подбираются таким образом, чтобы не нарушить прочностные характеристики охлаждаемой шпильки и не препятствовать ее основному функциональному назначению. Длина устройства охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин, равная длине трубки 2, определяется вертикальными габаритами охлаждаемой шпильки и не может превышать 0,9 ее длины. Глубина просверленного глухого отверстия в охлаждаемой шпильке соответствует 0,7 длины самой охлаждаемой шпильки и равна длине перфорации 3 трубки 1. Вертикальные оси трубок 1, 2 и просверленного глухого отверстия в охлаждаемой шпильке 6 совпадают. Длина внешней цилиндрической металлической трубки большего диаметра 2 выбирается таким образом, чтобы обеспечить контакт ее сплошного основания с основанием внутренней поверхности глухого отверстия в охлаждаемой шпильке 6, служащего для размещения в нем устройства охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин, а также с учетом необходимости наличия пространства для монтажа 5, но не менее 0,9 длины самой охлаждаемой шпильки. Длина цилиндрической металлической трубки меньшего диаметра 1 в совокупности с 3 выбирается таким образом, чтобы обеспечить монтаж 2 и цилиндрического патрубка 4, а также соблюдение условия постоянства ширины охлаждаемого цилиндрического канала, образованного 1 и 2, но не менее длины охлаждаемой шпильки 6. Толщины 1, 2, 3 одинаковы и определяются из расчета минимально допустимых величин в зависимости от давления рабочего охлаждающего потока (отобранного пара), но не менее 1 мм (для обеспечения возможности создания 3 профильных направляющих перфораций со сложной геометрией каналов). Диаметр просверленного глухого отверстия в охлаждаемой шпильке 6 на 0,1 мм больше внешнего диаметра 2 и выбирается из диапазона 0,2-0,3 от диаметра охлаждаемой шпильки, таким образом охлаждающее устройство высокотемпературных шпилек паровых турбин можно свободно вынимать и вставлять в глухое отверстие охлаждаемой шпильки 6. При этом внешний диаметр трубки 1 и перфорации 3 выбирается в зависимости от внутреннего диаметра 2, но не более 0,9 его величины. При этом делается поправка на толщину стенок трубок таким образом, чтобы охлаждаемый цилиндрический канал (между 1 и 2) был не менее 1 мм (например, длина охлаждающего устройства 720 мм, диаметр отверстия и внешний диаметр трубки 2-35 мм, внутренний диаметр трубки 1-30 мм, толщина стенок трубок 1 мм).The cooling device for implementing the method of cooling the high temperature pins of steam turbines shown in FIG. 2 and FIG. 3, comprises a cylindrical metal tube of smaller diameter 1 with perforation 3 and a base. The perforation holes 3 of a cylindrical metal tube of smaller diameter 1 can be located, for example, in a corridor or in a checkerboard pattern or in a spiral. The perforation holes 3 of a cylindrical metal tube of smaller diameter 1 can be made of various geometric shapes (for example, round, square, rectangular or n-angular, oval). The outer cylindrical metal tube of larger diameter 2 has a uniform continuous surface and base and is tightly bonded to the tube 1 in the upper part, so that the vertical axis of the tubes 1 and 2 coincide. The cooling cylindrical channel is formed by tubes 1 and 2. The cylindrical pipe 4 (supply channel) and the discharge cylindrical pipe 5 (discharge channel) are respectively fastened to the pipes 1 and 2 and serve for supplying and discharging the working cooling steam. In this case, the outlet cylindrical pipe 5 is connected to the tube 2 in such a way that it forms a L-shaped. All elements 1, 2, 3, 4, 5 are made of steel (for example, stainless steel grade 12X18H10T). The dimensions and material of the cooled stud 6 are determined by the relevant GOST. The overall dimensions of the cooling device directly depend on the overall dimensions of the cooled stud 6 and are selected so as not to violate the strength characteristics of the cooled stud and not interfere with its main functional purpose. The length of the cooling device for high-temperature studs of steam turbines, equal to the length of the tube 2, is determined by the vertical dimensions of the cooled studs and cannot exceed 0.9 of its length. The depth of the drilled blind hole in the cooled stud corresponds to 0.7 of the length of the cooled stud itself and is equal to the perforation length 3 of the tube 1. The vertical axes of the tubes 1, 2 and the drilled blind hole in the cooled stud 6 are the same. The length of the outer cylindrical metal tube of larger diameter 2 is selected so as to ensure that its solid base contacts with the base of the inner surface of the blind hole in the cooled pin 6, which serves to accommodate the cooling device for high-temperature studs of steam turbines in it, and also taking into account the need for installation space 5, but not less than 0.9 the length of the cooled stud itself. The length of a cylindrical metal tube of smaller diameter 1 in combination with 3 is chosen so as to ensure installation of 2 and a cylindrical pipe 4, as well as the condition for constant width of the cooled cylindrical channel formed by 1 and 2, but not less than the length of the cooled pin 6. Thickness 1, 2, 3 are the same and are determined from the calculation of the minimum allowable values depending on the pressure of the working cooling flow (selected steam), but not less than 1 mm (to enable the creation of 3 profile guides fractions with complex channel geometry). The diameter of the drilled blind hole in the cooled pin 6 is 0.1 mm larger than the outer diameter 2 and is selected from the range 0.2-0.3 of the diameter of the cooled pin, so the cooling device of the high-temperature studs of steam turbines can be freely removed and inserted into the blind hole of the cooled studs 6. In this case, the outer diameter of the tube 1 and perforation 3 is selected depending on the inner diameter of 2, but not more than 0.9 of its value. In this case, an adjustment is made for the wall thickness of the tubes so that the cooled cylindrical channel (between 1 and 2) is at least 1 mm (for example, the length of the cooling device 720 mm, the diameter of the hole and the outer diameter of the tube 2-35 mm, the inner diameter of the tube 1 -30 mm, tube wall thickness 1 mm).

На фиг. 2 и фиг. 3 через 4 под давлением подается рабочий охлаждающий поток (например, отобранный пар) в трубку 1, где, распределяясь в объеме, попадает в 3. Перфорация 3 имеет одинаковый диаметр и толщину стенки с трубкой 1, а отверстия перфорации могут быть расположены, например, в коридорном или в шахматном порядке, или по спирали. Через перфорированные отверстия 3, которые могут быть выполнены различной геометрической формы (например, круглые, квадратные, прямоугольные или n-угольные, с простой или сложной геометрией) рабочий охлаждающий поток (отобранный пар) попадает в пространство охлаждающего канала, образованного трубками 1 и 2. При этом рабочий охлаждающий поток (отобранный пар), проходя через отверстия перфорации 3, выполняющие функцию равномерного распределения охлаждающего рабочего потока (отобранного пара) по всей области охлаждающего цилиндрического канала и функцию пассивного интенсификатора потока, направляется на внутреннюю поверхность трубки 2. При этом рабочий охлаждающий поток (отобранный пар) за счет перфораций приобретает лучшие физические характеристики скорости (его движение становится турбулентным), обеспечивающее лучший теплосъем с внутренней поверхности трубки 2, а шахматное или коридорное, или спиральное расположение перфораций 3 обеспечивает равномерное покрытие охлаждаемым потоком всей поверхности теплосъема, вследствие чего происходит увеличение коэффициента теплоотдачи и процесс съема тепла осуществляется с наибольшей эффективностью. В цилиндрическом охлаждающем канале, образованном трубками 1 и 2 в результате теплообмена, охлаждающий отобранный пар нагревается за счет теплоотдачи от нагретой внутренней поверхности трубки 2, которая в свою очередь воспринимает тепловой поток от шпильки 6 в результате теплопередачи. Нагретый рабочий охлаждающий поток (отобранный пар) вследствие разности давлений вытесняется из охлаждаемого канала в отводящий цилиндрический патрубок 5, при этом процесс происходит непрерывно. Образованная конструкция охлаждающего устройства жестко связана (элементы 1, 2, 3, 4, 5), герметична и мобильна (ее свободно можно вставить и удалить из просверленного глухого цилиндрического отверстия в шпильке 6).In FIG. 2 and FIG. 3 through 4, under pressure, a working cooling stream (for example, selected steam) is fed into the tube 1, where, being distributed in volume, it enters 3. Perforation 3 has the same diameter and wall thickness with tube 1, and perforation holes can be located, for example, in the corridor or in a checkerboard pattern, or in a spiral. Through perforated holes 3, which can be made of various geometric shapes (for example, round, square, rectangular or n-coal, with simple or complex geometry), the working cooling stream (selected steam) enters the space of the cooling channel formed by tubes 1 and 2. In this case, the working cooling stream (selected steam), passing through the perforation holes 3, performing the function of uniform distribution of the cooling working stream (selected steam) throughout the area of the cooling cylindrical channel Ala and the function of the passive intensifier of the flow, is directed to the inner surface of the tube 2. At the same time, the working cooling stream (selected steam) acquires better physical characteristics of speed due to perforations (its movement becomes turbulent), which provides better heat removal from the inner surface of the tube 2, while staggered or the corridor or spiral arrangement of perforations 3 provides a uniform coating with a cooled stream of the entire surface of the heat sink, as a result of which the heat coefficient increases The heat recovery and heat removal process is carried out most efficiently. In the cylindrical cooling channel formed by the tubes 1 and 2 as a result of heat exchange, the selected cooling steam is heated by heat transfer from the heated inner surface of the tube 2, which in turn receives heat flux from the stud 6 as a result of heat transfer. The heated working cooling stream (selected steam) due to the pressure difference is displaced from the cooled channel into the outlet cylindrical pipe 5, while the process is continuous. The formed design of the cooling device is rigidly connected (elements 1, 2, 3, 4, 5), tight and mobile (it can be freely inserted and removed from the drilled blind cylindrical hole in the stud 6).

Рассмотрим реализацию способа охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин и устройства для его осуществления в действии:Consider the implementation of a method for cooling high-temperature studs of steam turbines and a device for its implementation in action:

Реализацию предлагаемого способа рассмотрим на примере представленной на фиг. 1 принципиальной схемы охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин.We will consider the implementation of the proposed method using the example of FIG. 1 schematic diagram of the cooling of high temperature studs of steam turbines.

Со ступени паровой турбины низкого или среднего давления 11 производится отбор подогретого острого пара - охлаждающего пара (в соответствии с политропным процессом расширения водяного пара в ступенях турбины температура и давление пара меняются), при этом ступень турбины для отбора пара выбирается таким образом, чтобы обеспечивался теплосъем с поверхности, без изменения фазового состояния. По подающей линии 7, регулируя вентиль 9, производится контроль расхода отобранного пара (количественное регулирование). Отобранный пар (охлаждающий рабочий поток), подается по цилиндрическим патрубкам 4 и распределяется в цилиндрические металлические трубки меньшего диаметра 1 охлаждающих устройств (охлаждается не одна шпилька, а несколько, например 8 или более, тем самым обеспечивается равномерное снятие термического напряжения с фланцевых соединений и с соединения корпуса турбины, тем самым обеспечивается уплотнение самих соединений). Через перфорацию 3 цилиндрической металлической трубки меньшего диаметра охлаждающего устройства, отобранный пар (охлаждающий рабочий поток), ускоряясь, проходит в пространство между 1, 3 и внешней цилиндрической трубки большего диаметра 2. Отобранный пар (охлаждающий рабочий поток), протекающий по внутренней поверхности внешней цилиндрической трубки большего диаметра 2, охлаждает шпильку 6 (вследствие процесса теплоотдачи). Снижение температуры шпильки зависит от объема охлаждающего рабочего потока (отобранного пара), проходящего через устройство охлаждения и его температуры, регулирование которых осуществляется запорной арматурой (регулирующими вентилями) 9 и 10 и выбором ступени отбора турбины соответственно. Регулировки объема пара, а следовательно, и температуры шпилек, осуществляется с помощью изменения степени открытия запорной арматуры (клапанов) на трубопроводах 7 и 8. Из отводящего цилиндрического патрубка 5 отводится нагретый пар, воспринявший тепловую нагрузку, и через вентиль 10 и выходной коллектор 8 отработанный нагретый пар удаляется, например, на линию конденсатора или может, например, сбрасываться в атмосферу или в камеру деаэратора (возвращается в цикл паротурбинной установки).From the stage of the low or medium pressure steam turbine 11, heated hot steam is selected - cooling steam (in accordance with the polytropic process of expanding water vapor in the turbine stages, the temperature and pressure of the steam change), while the turbine stage for selecting the steam is selected so as to ensure heat removal from the surface, without changing the phase state. On the feed line 7, by adjusting the valve 9, the flow rate of the selected steam is controlled (quantitative regulation). The selected steam (cooling working stream) is supplied through cylindrical pipes 4 and distributed into cylindrical metal tubes of smaller diameter 1 of cooling devices (not one stud is cooled, but several, for example 8 or more, which ensure uniform removal of thermal stress from flanged joints and with connections of the turbine casing, thereby sealing the connections themselves). Through the perforation 3 of a cylindrical metal tube of a smaller diameter of the cooling device, the selected steam (cooling working stream) accelerates into the space between 1, 3 and the outer cylindrical tube of a larger diameter 2. The selected steam (cooling working stream) flowing along the inner surface of the outer cylindrical tubes of larger diameter 2, cools the stud 6 (due to the heat transfer process). The reduction in the temperature of the stud depends on the volume of the cooling working stream (selected steam) passing through the cooling device and its temperature, which are controlled by shut-off valves (control valves) 9 and 10 and the choice of the turbine extraction stage, respectively. Adjusting the steam volume, and therefore the temperature of the studs, is carried out by changing the degree of opening of the shutoff valves (valves) on the pipelines 7 and 8. From the outlet cylindrical pipe 5, heated steam is absorbed that has absorbed the heat load, and worked out through valve 10 and the output manifold 8 heated steam is removed, for example, to the condenser line or can, for example, be discharged into the atmosphere or into the deaerator chamber (returns to the steam turbine installation cycle).

Конструкция предложенного устройства охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин позволяет размещать охлаждающее устройство в шпильках без изменения основных конструктивных элементов паровой турбины, шпилек, корпуса и фланцевых соединений турбин, а выполнение цилиндрической металлической трубки меньшего диаметра с перфорацией позволяет интенсифицировать теплообмен и как следствие уменьшить термическое напряжение на соединительных шпильках фланцевых соединений, что в свою очередь влияет на величины термической деформации всего фланцевого уплотнения (соединения). При этом повышается надежность соединений и минимизируются потери теплоносителя с утечками.The design of the proposed cooling device for high-temperature studs of steam turbines allows you to place the cooling device in the studs without changing the main structural elements of the steam turbine, studs, casing and flange connections of the turbines, and the implementation of a cylindrical metal tube of smaller diameter with perforation allows to intensify heat transfer and, as a result, reduce thermal stress on the connecting studs of flange connections, which in turn affects the values of thermal deformation tion of the entire flange seal (connection). At the same time, the reliability of the joints is increased and losses of the coolant with leaks are minimized.

Применение предложенного способа охлаждения высокотемпературных шпилек паровых турбин и устройства для его осуществления позволит решить проблему обеспечения плотности и восстановления надежной длительной работы фланцевых соединений корпусов паровых турбин за счет минимизации эффекта релаксации тепловых напряжений и найдет широкое применение в энергетике на тепловых электрических станциях (ТЭС и ТЭЦ), в частности на турбинах типа ПТ.The application of the proposed method for cooling high-temperature studs of steam turbines and a device for its implementation will solve the problem of ensuring the density and restoring reliable long-term operation of the flange joints of the casings of steam turbines by minimizing the effect of relaxation of thermal stresses and will be widely used in power engineering at thermal power plants (TPPs and TPPs) , in particular on turbines such as PT.

Claims

1. A method of cooling high-temperature studs of steam turbines, comprising supplying cooling steam along a cooling line from a flow channel on one side and withdrawing cooling steam along a discharge line on the other hand, characterized in that the steam is taken from a medium or low pressure stage of a steam turbine, followed by the direction of the selected steam for cooling the high-temperature hairpins of steam turbines, while the flow rate of the selected steam is controlled by adjusting the shut-off valves to l steam selection from the low or medium pressure stage of the steam turbine, and the temperature of the selected steam is controlled by its selection from the low or medium pressure stages of the steam turbine, then the selected steam is sent through a cylindrical pipe to a cylindrical metal tube of a smaller diameter and then distributed in volume enters the cooling cylindrical channel, where the selected steam is supplied through the perforation in a cylindrical metal tube of smaller diameter to the cooling cylindrical channel, where it removes part of the heat from the inner surface of the outer cylindrical tube of a larger diameter and, due to heat transfer, it heats up, it cools the walls of the outer cylindrical metal tube of a larger diameter, then the steam is forced into the outlet cylindrical pipe and then either returns to the cycle of the steam turbine installation, either sent to the atmosphere.

2. A device for implementing a method of cooling high-temperature studs of steam turbines, comprising cooling cylindrical channels, perforation, characterized in that the cooling cylindrical channel is formed by two cylindrical metal tubes with bases having a common vertical axis, the cylindrical metal tube having a smaller diameter being perforated and connected to a cylindrical pipe, and an external cylindrical metal tube of a larger diameter is connected to the outlet cylindrical pa wheelhouse.

3. A device for implementing the method of cooling high-temperature studs of steam turbines according to claim 2, characterized in that the perforation made on a cylindrical metal tube of smaller diameter has various hole shapes: round, square, rectangular or n-angled, oval or of complex geometry and profile .

4. A device for implementing the method of cooling high-temperature studs of steam turbines according to claim 2, characterized in that the perforation made on a cylindrical metal tube of smaller diameter has a different arrangement of holes that can be arranged in a corridor or staggered manner, or in a spiral.