КЛАПАН ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F01D17/10 

Изобретение относится к парораспределительным устройствам турбин, а более точно к регулирующему или стопорному клапану паровой турбины, преимущественно энергетической турбины большой мощности.

Основными элементами клапана паровой турбины являются паровая коробка с клапанной парой, подвижный запорный орган, которой приводится в движение штоком. Управление штоком осуществляется приводным механизмом, преимущественно гидравлическим сервомотором, который монтируется непосредственно на паровой коробке [1] или вне ее [2] и соединяется со штоком с помощью передаточных элементов, например, коромысел, тяг и т.п. В большинстве таких клапанов используются также возвратные пружины для опускания запорного органа на седло при закрытии клапана. Эти пружины должны обеспечить преодоление выталкивающей силы, обусловленной разницей давлений, действующих на шток вдоль его оси, так как один торец штока расположен вне паровой коробки и находится под действием атмосферного давления, а другой торец заключен в паровой коробке и на него действует давление пара. При этом современные паровые турбины разрабатываются с учетом использования максимально высоких давлений пара, а это приводит к необходимости усиления штока и, следовательно, увеличения его диаметра, что влечет за собой увеличение выталкивающей силы, действующей на шток, в квадратичной зависимости от диаметра штока. Это вызывает необходимость увеличения усилия возвратных пружин, что ведет к необходимости использования более мощного привода. При этом значительно возрастают и габариты, занимаемые пакетом пружин.

Ближайшим аналогом изобретения можно считать любой из большинства известных клапанов паровых турбин, содержащих паровую коробку с клапанной парой, запорный орган, соединенный с одним концом штока и поперечное звено для связи другого конца штока вне паровой коробки с приводным механизмом [3] Недостатком такого клапана является воздействие на его шток с открытым торцом выталкивающей силы.

Цель изобретения создание такого клапана паровой турбины со штоком для связи запорного органа с приводным механизмом, в котором обеспечивалась бы компенсация выталкивающего усилия, действующего на шток.

Для этого в клапане паровой турбины, содержащем паровую коробку с клапанной парой, шток и поперечное передаточное звено для связи штока с приводным механизмом, над паровой коробкой расположена герметичная камера, охватывающая торец конца штока вне паровой коробки и сообщающаяся с паровой системой турбины.

Благодаря такому решению при подаче пара в указанную герметичную камеру торец штока вне паровой коробки оказывается подверженным такому же давлению, как и противоположный торец штока, связанный с запорным органом внутри паровой коробки. Это позволяет разгрузить шток от выталкивающей силы.

На фиг. 1 изображен клапан паровой турбины, продольный разрез; на фиг.2 другая модификация клапана паровой турбины с приводным механизмом, продольный разрез.

Регулирующий клапан паровой турбины (см.фиг.1) содержит паровую коробку 1 с клапанной парой, состоящей из чаши 2 и седла 3. Чаша 2 связана с нижним концом 4 штока 5, проходящего через паровую коробку 1. Верхняя часть 6 этого штока 5 за пределами паровой коробки 1 соединена с поперечным рычагом 7, служащим передаточным звеном для соединения штока 5 с приводным механизмом, в частности кулачковым управляющим устройством 8. Поперечный рычаг 7 связан также с подвижной тарелкой 9 пакета возвратных пружин 10.

Над паровой коробкой 1 расположена герметичная камера 11, которая своими стойками закреплена на верхнем фланце 12 паровой коробки 1. Герметичная камера 11 охватывает торец верхней части 6 штока 5 и двумя отверстиями 13 и 14 сообщается с паровым распределителем 15, который через задвижки или вентили сообщает отверстие 13 герметичной камеры 11 с полостью паровой коробки 1, а отверстие 14 с дренажной системой. В зазорах между штоком 5 и направляющими отверстиями фланца 12 и корпуса 16 герметичной камеры 11 установлены уплотнения 17 для предотвращения выброса пара высоких параметров в атмосферу машинного зала.

Работа описанного регулирующего клапана происходит следующим образом.

При пуске турбины из холодного состояния в паровую коробку 1 сначала подается пар низкого давления для прогрева клапана, который затем отводится в дренажную систему через отводящий трубопровод (на чертеже не показан). При этом с помощью парового распределителя 15 пар пропускается также и через герметичную камеру 11.

После прогрева клапана сброс пара из паровой коробки 1 перекрывают и в нее подают пар высокого давления, а распределителем 15 перекрывают подачу пара в герметичную коробку 11. При этом на торец верхнего конца штока 5 не оказывает воздействие пар высокого давления, что обеспечивает снижение усилий для подъема штока 5 и отрыва чаши 2 от седла 3 клапана.

В последующий период с помощью распределителя 15 обеспечивают сообщение полости паровой коробки 1 с полостью герметичной камеры 11 и перекрытие сообщения ее отверстия 14 с дренажной системой. При этом значение давлений, действующих на торцы нижнего и верхнего концов штока 5, оказываются одинаковыми и шток, следовательно, разгружается от действия выталкивающей силы. В процессе последующей работы кулачковым управляющим устройством 8 осуществляется перемещение штока 5 с усилием, необходимым для преодоления усилия пакета возвратных пружин 10 и сил трения.

На фиг.2 изображена другая модификация регулирующего клапана паровой турбины с приводным сервомотором 18. В этом варианте приводной сервомеханизм 18 расположен соосно со штоком 5 и соединен с ним с помощью двух траверс верхней 19 и нижней 20 и вертикальных тяг 21. Пакет возвратных пружин 10 также расположен соосно со штоком 5 и заключен в корпусе приводного сервомотора 18.

В данной модификации герметичная камера 22 охватывает как торец верхнего конца 6 штока 5, так и нижнюю траверсу 20, а вертикальные тяги 21 проходят через эту камеру 22. Так как в изображенном на фиг.2 клапане полость герметичной камеры 22 сообщается с полостью паровой коробки 1 через зазоры в направляющих штока 5, в камере 22 достаточно выполнить одно отверстие 23 для сообщения ее полости через паровой распределитель 15 с дренажной системой турбины.

Работа этого клапана осуществляется так же, как и работа регулирующего клапана по фиг. 1, за исключением выбора моментов перекрытия сообщения отверстия 23 герметичной камеры 22 с дренажной системой.

Устранение действия выталкивающей силы на шток позволяет уменьшить рабочее усилие возвратных пружин и приводного механизма, а следовательно, и сократить габариты пакетов возвратных пружин, которые в существующих мощных энергетических турбинах достигают чрезмерно больших размеров. В результате обеспечивается минимизация блока клапана и его управляющей системы. При этом также достигается возможность увеличения диаметра штока до величины, которая с достаточным запасом прочности обеспечивает долговечность его работы.

Использование: парораспределительные устройства турбин. Сущность изобретения: регулирующий или стопорный клапан паровой турбины содержит паровую коробку 1 с клапанной парой, состоящей из седла 3 и чаши 2, которая соединена со штоком 5, управляемым приводным механизмом 8 и пакетом возвратных пружин 10 через поперечный рычаг 7. Для компенсации выталкивающей силы, действующей на нижний торец штока 5 в паровой коробке 1, его верхний торец охвачен герметичной камерой 11, сообщающейся с паровой системой турбины. При этом обеспечивается значительное уменьшение рабочего усилия возвратных пружин 10 и приводного механизма 8, а также минимальные габариты соответствующих узлов и возможность усиления штока путем увеличения его диаметра. 2 ил.

КЛАПАН ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащий паровую коробку с клапанной парой, запорный орган, соединенный с одним концом штока, и поперечное передаточное звено для связи другого конца штока вне паровой коробки с приводным механизмом, отличающийся тем, что над паровой коробкой расположена герметичная камера, охватывающая торец конца штока вне паровой коробки и сообщающаяся с паровой системой турбины.