RU2641787C2 - Gas-driven turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization - Google Patents
Gas-driven turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641787C2 RU2641787C2 RU2016121331A RU2016121331A RU2641787C2 RU 2641787 C2 RU2641787 C2 RU 2641787C2 RU 2016121331 A RU2016121331 A RU 2016121331A RU 2016121331 A RU2016121331 A RU 2016121331A RU 2641787 C2 RU2641787 C2 RU 2641787C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- cylindrical
- cooling
- metal tube
- gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области транспорта газа и теплоэнергетики, в частности к системе охлаждения высокотемпературных шпилек, корпуса и фланцевых соединений газовых турбин, и может быть использовано в энергетических газотурбинных установках (ГТУ) в составе комбинированных парогазовых установок (ПГУ) или в ГТУ в составе привода газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.The invention relates to the field of gas transport and power engineering, in particular to a cooling system for high-temperature hairpins, casing and flange connections of gas turbines, and can be used in power gas turbine units (GTU) as a part of combined combined cycle plants (CCGT) or in GTU as a part of a gas pumping drive units of compressor stations.
Поставленная техническая задача в способе охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин, включающем подвод охлаждающего воздуха во внутренние полости через воздушные каналы с перфорированными отверстиями в стенке и подачу охлаждающего воздуха из воздушной полости, достигается тем, что отбор воздуха происходит из ступени компрессора с последующим направлением отобранного воздуха для охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин, при этом регулирование скорости потока отобранного воздуха осуществляется за счет регулировки запорной арматуры на линиях отбора воздуха из ступени компрессора, а регулировка температуры отобранного воздуха осуществляется за счет его отбора со ступеней компрессора, далее отобранный воздух направляется через цилиндрический патрубок в цилиндрическую металлическую трубку меньшего диаметра и далее, распределяясь в объеме, попадает в охлаждающий цилиндрический канал, где отобранный воздух 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, и далее воздух вытесняется в отводящий цилиндрический патрубок и далее либо возвращается в цикл газовой турбины либо направляется в атмосферу.The stated technical problem in the method of cooling high-temperature studs of gas turbines, including the supply of cooling air to the internal cavities through air channels with perforated holes in the wall and the supply of cooling air from the air cavity, is achieved by the fact that air is taken from the compressor stage with the subsequent direction of the selected air for cooling high-temperature studs of gas turbines, while the regulation of the flow rate of the selected air is carried out due to the regulation the valves on the air sampling lines from the compressor stage, and the temperature of the selected air is controlled by its selection from the compressor stages, then the selected air is directed through a cylindrical pipe into a cylindrical metal tube of a smaller diameter and then, distributed in volume, enters the cooling cylindrical channel where the selected air through a perforation in a cylindrical metal tube of a smaller diameter is fed into the cooling cylindrical channel, where it takes an hour heat from the inner surface of the outer cylindrical tube of larger diameter and due to heat transfer itself heats up, it cools the walls of the outer cylindrical metal tube of larger diameter, and then the air is forced into the exhaust cylindrical pipe and then either returns to the gas turbine cycle or is sent to the atmosphere.
Поставленная техническая задача в устройстве для охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин, содержащем охлаждающие цилиндрические каналы, перфорацию, достигается тем, 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 a device for cooling high-temperature studs of gas turbines, containing cooling cylindrical channels, perforation, is achieved by 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 is connected to a cylindrical pipe, and an external cylindrical metal tube of a larger diameter is connected to the discharge cylinder eskim 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”.
Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
На фиг. 1 изображена система охлаждения высокотемпературных шпилек газовой турбины.In FIG. 1 shows a cooling system for high temperature gas turbine pins.
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 газовых турбин представлена на фиг. 2, а схема размещения охлаждающего устройства для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин в самой высокотемпературной шпильке представлена на фиг. 3.A diagram of a general view of a cooling device for implementing a method of cooling high-temperature studs of gas turbines is shown in FIG. 2, and a layout of a cooling device for implementing a method of cooling high-temperature studs of gas turbines in the highest-temperature stud is shown in FIG. 3.
Охлаждающее устройство для осуществления способа охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин, изображенное на фиг. 2 и фиг. 3, содержит цилиндрическую металлическую трубку меньшего диаметра 1 с перфорацией 3 и основание. Отверстия в перфорации 3 цилиндрической металлической трубки меньшего диаметра 1 могут быть расположены, например, в коридорном или в шахматном порядке или по спирали. Отверстия в 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 воздуха. 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 газовых 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 газовых 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 воздуха, но не менее 1 мм (для обеспечения возможности создания в 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 газовых 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 gas turbine pins shown in FIG. 2 and FIG. 3, comprises a cylindrical metal tube of
На фиг. 2 и фиг. 3 через 4 под давлением подается рабочий охлаждающий поток (например, отобранный воздух) 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 в 3, которые могут быть выполнены различной геометрической формы (например, круглые, квадратные, прямоугольные или n-угольные, с простой или сложной геометрией) рабочий охлаждающий поток (отобранный воздух) попадает в пространство охлаждающего канала, образованного трубками 1 и 2. При этом рабочий охлаждающий поток (отобранный воздух), проходя через отверстия в 3, выполняющие функцию равномерного распределения охлаждающего рабочего потока (отобранного воздуха) по всей области охлаждающего цилиндрического канала и функцию пассивного интенсификатора потока, направляется на внутреннюю поверхность трубки 2. При этом рабочий охлаждающий поток (отобранный воздух) за счет перфораций приобретает лучшие физические характеристики скорости (его движение становится турбулентным), обеспечивающие лучший теплосъем с внутренней поверхности трубки 2, а шахматное, или коридорное, или спиральное расположение перфораций в 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 воздух 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 воздух) 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 air) is supplied to the
Рассмотрим реализацию способа охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин и устройства для его осуществления в действии.Consider the implementation of a method for cooling high-temperature studs of gas turbines and a device for its implementation in action.
Реализацию предлагаемого способа рассмотрим на примере представленной на фиг. 1 принципиальной схемы охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин.We will consider the implementation of the proposed method using the example of FIG. 1 of a concept for cooling high temperature gas turbine pins.
Со ступени воздушного компрессора 11 производится отбор охлаждающего воздуха (в соответствии с политропным процессом сжатия воздуха в ступенях компрессора температура и давление воздуха изменяются), при этом ступень компрессора для отбора воздуха выбирается таким образом, чтобы обеспечивался теплосъем с поверхности. По подающей линии 7, регулируя вентиль 9, производится контроль расхода отобранного воздуха (количественное регулирование). Отобранный воздух (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 цилиндрической металлической трубки меньшего диаметра 3 охлаждающего устройства, отобранный воздух (охлаждающий рабочий поток), ускоряясь, проходит в пространство между 1, 3 и внешней цилиндрической трубки большего диаметра 2. Отобранный воздух (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 воздуха), проходящего через устройство охлаждения, и его температуры, регулирование которых осуществляется запорной арматурой (регулирующими вентилями) 9 и 10 и выбором ступени отбора компрессора соответственно. Регулировка объема воздуха, 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 воздух, воспринявший тепловую нагрузку, и через вентиль 10 и выходной коллектор 8 отработанный нагретый воздух удаляется, например, в атмосферу или возвращается в цикл газовой турбины.From the stage of the
Конструкция предложенного устройства охлаждения высокотемпературных шпилек газовых турбин позволяет размещать охлаждающее устройство в шпильках без изменения основных конструктивных элементов газовой 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 gas turbines allows you to place the cooling device in the studs without changing the main structural elements of the gas 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 flanged joints, which, in turn, affects the magnitude of thermal deformations 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 газовых турбин и устройства для его осуществления позволит решить проблему обеспечения плотности и восстановления надежной длительной работы фланцевых соединений корпусов газовых турбин за счет минимизации эффекта релаксации тепловых напряжений и найдет широкое применение как в энергетике, так и на компрессорных станциях газотранспортных обществ.The application of the proposed method for cooling high-temperature studs of gas turbines and a device for its implementation will solve the problem of ensuring density and restoring reliable long-term operation of flange joints of gas turbine casings by minimizing the effect of relaxation of thermal stresses and will be widely used both in the energy sector and at compressor stations of gas transportation societies .
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016121331A RU2641787C2 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Gas-driven turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016121331A RU2641787C2 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Gas-driven turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016121331A RU2016121331A (en) | 2016-10-20 |
RU2641787C2 true RU2641787C2 (en) | 2018-01-22 |
Family
ID=57138353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016121331A RU2641787C2 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Gas-driven turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2641787C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03117780A (en) * | 1989-09-29 | 1991-05-20 | Ube Ind Ltd | Preventing fluid from leaking and device thereof |
GB2380236A (en) * | 2001-09-29 | 2003-04-02 | Rolls Royce Plc | Fastener having cooling passage |
RU2323359C1 (en) * | 2006-07-06 | 2008-04-27 | Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) | Cooling system of gas turbine of double-flow turbojet engine with additional compression of air ion small-size fan |
RU2382885C2 (en) * | 2008-05-20 | 2010-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева | Nozzle vane of gas turbine with cyclone-swirler cooling system |
RU2539950C2 (en) * | 2009-01-30 | 2015-01-27 | Альстом Текнолоджи Лтд | Coolable element of gas turbine |
US20150050132A1 (en) * | 2012-03-27 | 2015-02-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Screw cooling for a fluid flow machine |
-
2016
- 2016-05-30 RU RU2016121331A patent/RU2641787C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03117780A (en) * | 1989-09-29 | 1991-05-20 | Ube Ind Ltd | Preventing fluid from leaking and device thereof |
GB2380236A (en) * | 2001-09-29 | 2003-04-02 | Rolls Royce Plc | Fastener having cooling passage |
RU2323359C1 (en) * | 2006-07-06 | 2008-04-27 | Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) | Cooling system of gas turbine of double-flow turbojet engine with additional compression of air ion small-size fan |
RU2382885C2 (en) * | 2008-05-20 | 2010-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева | Nozzle vane of gas turbine with cyclone-swirler cooling system |
RU2539950C2 (en) * | 2009-01-30 | 2015-01-27 | Альстом Текнолоджи Лтд | Coolable element of gas turbine |
US20150050132A1 (en) * | 2012-03-27 | 2015-02-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Screw cooling for a fluid flow machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016121331A (en) | 2016-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1291656C (en) | Junction bolt and method of adjusting clamping force on the same | |
US9003807B2 (en) | Gas turbine engine with structure for directing compressed air on a blade ring | |
EP3091196B1 (en) | System and method for improving exhaust energy recovery | |
US20100024382A1 (en) | Heat recovery steam generator for a combined cycle power plant | |
US8806874B2 (en) | Axial turbine and power plant | |
JP2017129116A (en) | Heat exchanger for embedded engine applications: transduct segments | |
US10738657B2 (en) | Gas turbine facility exhaust gas supply heat exchange arrangement | |
RU2641787C2 (en) | Gas-driven turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization | |
Richardson et al. | Experimental and Computational Heat Transfer Study of sCO2 Single-Jet Impingement | |
CN108775263B (en) | Heating system and heating method for preventing static blade grid from water erosion | |
JP6639514B2 (en) | Axial turbine | |
US3529903A (en) | Nozzle blade structure | |
CN214063064U (en) | Shaft seal steam cooling device for reducing shaft vibration | |
CN109852923A (en) | Preparation device and method of anti-oxidation coating on inner wall of boiler header and pipe seat | |
CN202195069U (en) | Multi-stage damping sampling valve | |
RU2641782C2 (en) | Steam turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization | |
CN109139138A (en) | A kind of novel Desuperheating device of steam converter valve | |
US12116907B1 (en) | Steam discharge pipe blowback protection system | |
RU2310086C1 (en) | Gas-turbine plant | |
JP6637064B2 (en) | Axial turbine | |
RU173973U1 (en) | COOLING DEVICE FOR HIGH-TEMPERATURE STEPS OF STEAM AND GAS TURBINES | |
CN215638103U (en) | Device for freezing pipeline liquid | |
CN112065688B (en) | Jet reinforced vacuum system | |
JP7337852B2 (en) | Method for manufacturing a heat exchanger for turbomachinery | |
JPH0518205A (en) | Steam turbine |