ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СЕРВОМОТОРОМ КЛАПАНА ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F01D17/26 

Изобретение относится к электрогидравлическим системам регулирования турбомашин, а его объектом является электрогидравлическое устройство для локального управления сервомотором клапана турбомашины, преимущественно клапана одностороннего действия для крупной паровой турбины.

Электрогидравлические системы регулирования турбомашин являются наиболее прогрессивными и ими оснащаются фактически все современные крупные паровые турбины. Одним из основных элементов такой системы является электрогидравлический усилитель, управляющий потоком рабочей среды через другую гидроаппаратуру, связанную с исполнительными гидроустройствами, в частности сервомоторами для привода клапанов [1] Обычно для управления сервомоторами клапанов турбомашин, в том числе и крупных паровых турбин используют централизованные системы регулирования, в которых электрогидравлический усилитель и большая часть гидроаппаратуры, в том числе и выполняющей защитные функции, являются общими для всей системы и только золотники сервомоторов являются автономными с локальной привязкой их к управляемому сервомотору. Однако в последнее время особенно для крупных паровых турбин, предназначенных для работы на повышенных давлениях пара, появилась тенденция к децентрализации системы регулирования за счет создания автономных устройств для локального управления сервомоторами клапанов, включающих в себя функциональные элементы регулирования. Такие устройства являются аналогами настоящего изобретения.

Ближайшим аналогом является электрогидравлическое устройство для локального управления сервомотором клапана турбомашины, входящее в состав компактного монокорпусного привода клапана с автономной системой регулирования [2] Это устройство содержит электрогидравлический усилитель, состоящий из электрогидравлического преобразователя и золотника управления сервомотором, и блок защиты, включающий управляющий золотник с электромагнитом сигнала защиты и исполнительное гидроустройство для сброса давления из сервомотора, к которому параллельно с золотником управления сервомотором подключены напорная, сливная и гидролиния подачи давления к сервомотору.

Такое устройство обеспечивает автономное управление сервомотором клапана по электрическим сигналам от командного центра и экстренное закрытие клапана с высоким быстродействием и минимальной задержкой. Однако использование подпружиненного посадочного клапана в указанном известном устройстве в качестве исполнительного гидроустройства для сброса давления требует особого внимания к обеспечению высокой надежности и готовности к срабатыванию блока защиты. При этом, т.к. в известном устройстве аварийный сброс давления в сервомоторе осуществляется только через посадочный клапан, для обеспечения необходимой степени надежности и быстродействия требуется применение двух и более посадочных клапанов и соответствующего числа золотников и соединительных гидролиний. Кроме того, в известном устройстве защита обеспечивается только по электрическому сигналу, в то время как в известных централизованных системах электрогидравлического управления и регулирования обеспечивается удвоенная защита как по электрическому, так и по гидравлическому сигналу.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого электрогидравлического устройства для локального управления сервомотором клапана турбомашины, сочетание конструкционных элементов которого обладало бы повышенной надежностью с высокой степенью аварийной защиты и вместе с тем содержало бы возможно меньшее число конструкционных элементов.

Эта задача решена в электрогидравлическом устройстве, содержащем электрогидравлический усилитель с золотником управления сервомотором и блок защиты с управляющим золотником и исполнительным гидроустройством, в котором в соответствии с сущностью настоящего изобретения исполнительное гидроустройство блока защиты выполнено в виде гидрораспределителя, а управляющий золотник с дополнительными поясками на плунжере и окнами, через которые последовательно соединены части одной из гидролиний электрогидравлического усилителя, соединяющей электрогидравлический преобразователь с одной из управляющих полостей золотника управления сервомотором.

Такое исполнение благодаря использованию в качестве исполнительного гидроустройства в блоке защиты золотникового гидроаппарата в виде гидрораспределителя позволяет обеспечить высокую надежность его блока защиты к срабатыванию при возникновении аварийной ситуации в течение длительного периода эксплуатационной работы. При этом большая пропускная способность гидрораспределителя и использование золотника электрогидравлического усилителя в качестве еще одного средства сброса давления с управлением этими средствами одним гидроаппаратом позволяет обеспечить при минимальной задержке высокое быстродействие срабатывания аварийной защиты со сбросом давления из сервомотора.

Решение в соответствии с основной сущностью изобретения позволяет относительно просто обеспечить срабатывание аварийной защиты не только по электрическому, но и по гидравлическому сигналу. Для этого в соответствии с дополнительным решением управляющий золотник блока защиты выполнен с еще одной группой поясков на плунжере и окон, подключенных к контрольной гидролинии давления и к одной из управляющих полостей гидрораспределителя сброса давления, а один из управляющих полостей этого же золотника с направлением воздействия противоположным усилию управляющего электромагнита сигнала защиты связана с окном указанного гидрораспределителя, которое в одном из положений плунжера последнего может быть сообщено с напорной гидролинией.

Для обеспечения возможности внережимного переключения управляющего золотника блока защиты целесообразно, чтобы блок защиты был снабжен переключающим золотником для управления гидролиний, связывающей управляющую полость управляющего золотника этого блока с окном гидрораспределителя, которое в одном из расположений плунжера последнего сообщается с напорной гидролинией.

Сущность настоящего изобретения и его достоинства поясняются следующим далее подробным описанием одного из примеров его реализации, изображенного на прилагаемых чертежах, где схематически показано электрогидравлическое устройство для локального управления сервомотором клапана турбомашины, выполненное согласно изобретению и содержащее электрогидравлический усилитель (фиг. 1) и блок защиты (фиг. 2).

Изображенное на чертежах устройство предназначено для управления сервомотором одностороннего действия, приводящим стопорный клапан крупной паровой турбины. Устройство разработано в виде единого конструкционного блока с герметичным корпусом, в котором расположены функциональные элементы, соединенные короткими трубопроводами или каналами.

Наиболее общими функциональными частями устройства являются электрогидравлический усилитель А, изображенный на фиг. 1, и блок защиты Б, изображенный на фиг. 2.

Электрогидравлический усилитель А состоит из электрогидравлического преобразователя 1 и золотника 2 управления сервомотором.

В корпусе электрогидравлического преобразователя 1 выполнены окна левое (здесь и далее по чертежу) 3, центральное 4 и правое 5, а внутри соосно установлены подвижная гильза 6 с соответствующими окнам корпуса левым 7, центральным 8 и правым 9 окнами и золотниковый плунжер 10 с двумя поясками - левым 11 и правым 12. Плунжер 10 сочленен с концом сердечника электромеханического преобразователя 13, принимающего командный электросигнал. Другой конец этого сердечника соединен с механизмом ручного управления, рукоятка 14 которого удерживается в нейтральном положении пружинами растяжения 15.

В корпусе золотника 2 выполнены окна левое 16, центральное 17 и правое 18, которые соединены с блоком защиты Б и внешними магистралями с помощью гидролиний соответственно, сливной 19, подачи давления к сервомотору 20 и напорной 21. При одинаковом осевом расположении с окном 18 в корпусе золотника 2 выполнено еще одно окно 22, которое связано с окном 4 электрогидравлического преобразователя 1 гидролинией, содержащей редуктор давления 23. В крышках корпуса золотника 2 выполнены окна 24 и 25, с помощью которых левая управляющая полость 26 сообщается через гидролинии 27 и 28, связывающие электрогидравлический усилитель А и блок защиты Б, с окном 3 электрогидравлического преобразователя 1, а правая управляющая полость 29 с окном 5 этого же преобразователя с помощью гидролинии, к которой подключен перепускной клапан 30. Плунжер 31 золотника 2 выполнен с тремя поясками - левым 32, центральным 33 и правым 34, а один из его концов с помощью механизма обратной связи, включающего двуплечий рычаг 35, соединен с концом подвижной гильзы 6 электрогидравлического преобразователя 1.

Блок защиты Б содержит исполнительное гидроустройство для сброса давления, выполненное в виде гидрораспределителя 36. В корпусе этого гидрораспределителя выполнены окна левое 37, центральное 38 и правое 39, сообщающиеся гидролиниями 21, 20 и 19 с окнами 18, 16 и 17, соответственно, золотника 2 электрогидравлического усилителя А. Плунжер 40 гидрораспределителя 36 выполнен с четырьмя поясками 41, 42, 43, и 44, а через тело плунжера проходит сквозной осевой канал 45, сообщающий между собой левую торцевую полость 46 с правой 47. Левая 48 и правая 49 крышки корпуса гидрораспределителя 36 выполнены с управляющими полостями 50 и 51, в которых установлены пружина сжатия 52 и плунжер 53, соответственно. Полости 50 и 51 связаны через окна 54 и 55 в левой 48 и правой 49 крышках с источником управляющего гидравлического воздействия, которым является управляющий золотник 56.

Управляющий золотник 56 содержит плунжер 57 с пятью поясками 58, 59, 60, 61 и 62, делящими объем корпуса на четыре распределительные и две управляющие полости левую 63 и правую 64. В левой управляющей полости 63 расположена пружина сжатия 65, а через крышку правой 64 проходит штоковая часть плунжера 57, которая сочленена с якорем электромагнита толкающего типа 66, подключенного к электропитанию системы регулирования. В корпусе золотника выполнено несколько окон для подключения внутренних и внешних гидролиний. Окна 67 и 68 с помощью гидролиний связаны с окнами 55 и 54, соответственно, правой 51 и левой 50 управляющих полостей гидрораспределителя 36. К окнам 69 и 70 подключены гидролинии 27 и 28, с помощью которых осуществляется сообщение управляющей полости 26 золотника 2 с электрогидравлическим преобразователем 1 усилителя А. Два другие окна 71 и 72 обеспечивают дренажный слив с корпуса золотника 56, а к окнам 73 и 74 подключена контрольная гидролиния давления 75. Правая управляющая полость 64 через окно 72 сообщена с дренажным сливом, а левая управляющая полость 63 через окно 76 связана с окном 77 переключающего золотника 78.

Переключающий золотник 78 содержит плунжер 79 с двумя поясками левым 80 и правым 81, делящими объем корпуса на три полости, из которых левая 82 и правая 83 торцевые через соответствующие окна связаны с дренажным сливом. При этом через крышку левой торцевой полости 82 проходит шток плунжера 79, сочлененный с электромагнитом толкающего типа 84 внережимного возбуждения, не связанного с электропитанием системы регулирования, а в правой торцевой полости 83 расположена пружина сжатия 85. В корпусе золотника 78 выполнены окна 77 для сообщения с золотником 62 и 86, сообщенное с окном 87 гидрораспределителя 36, расположенным в осевом протяжении непосредственно перед окном 37 со стороны левой торцевой полости 46 этого гидрораспределителя.

Работа описанного электрогидравлического устройства происходит следующим образом.

В исходном состоянии при отключенном гидравлическом и электрическом питании плунжер 31 золотника 2 и подвижная гильза 6 электрогидравлического преобразователя 1 могут находиться в любом произвольном положении, но вместе с тем золотниковый плунжер 10 последнего вместе с сердечником электромеханического преобразователя 13 занимает среднее положение. Плунжер 40 гидрораспределителя сброса давления 36 под действием пружины 52 занимает крайнее правое положение (по чертежу). В этом же положении под действием пружины 65 находится плунжер 57 золотника 56, а плунжер 79 золотника 78 под действием пружины 85 занимает крайнее левое положение (по чертежу).

При пуске устройства вначале осуществляют подачу электропитания на электромагнит 66 золотника 56, в результате чего плунжер 57 переместится в крайнее левое положение. На электромагнит 84 золотника 78 электропитание не подается и плунжер 79 остается в прежнем положении.

Затем осуществляют подачу давления от внешней контрольной гидролинии 75 к золотнику 56, которое через полость между поясками 59 и 60 плунжера 57 по гидролинии между окном 67 этого золотника и окном 55 гидрораспределителя 36 поступит в правую управляющую полость 51 последнего. При этом поясок 62 плунжера 57 перекрывает окно 68 и давление не передается в левую управляющую полость 50. В результате этого плунжер 40 переместится в крайнее левое положение, преодолевая действие пружины 52, а его поясок 42 перекроет окно 37, отключив блок защиты Б от напорной гидролинии 21.

После этого осуществляют подключение устройства к напорной 21 гидролинии. При этом плунжер 31 золотника 2 устойчиво займет среднее положение, т. к. давление напора через окно 22 этого золотника будет передаваться к центральному окну 4 электрогидравлического преобразователя 1 и далее через левое 7 или правое 9 в гильзе 6, в зависимости от ее положения, по соответствующим полостям 26 и 29 золотника 2 до выравнивания давления в этих полостях. Располагаясь в среднем положении, плунжер 31 своим центральным пояском 33 будет перекрывать окно 17 в корпусе золотника 2, к которому подключена гидролиния 20 подачи давления к сервомотору, а за счет механизма обратной связи гильза 6 электрогидравлического преобразователя 1 также займет среднее положение.

В результате указанных операций электрогидравлическое устройство приводится в готовность для управления сервомотором стопорного клапана паровой турбины.

В процессе работы устройства командный электрический сигнал подается на электромеханический преобразователь 13 электрогидравлического усилителя А, который отрабатывает его в соответствующее гидравлическое воздействие, как это осуществляется во всех известных электрогидравлических усилителях пропорционального действия. При этом в зависимости от направления перемещения плунжера 31 золотника 2, гидролиния 20, соединенная с полостью давления сервомотора, будет сообщаться через центральное окно 17 этого золотника либо с напорной гидролинией 21, осуществляя рабочий ход сервомотора с открытием запорного клапана, либо с гидролинией слива 19, обеспечивая обратный ход под действием возвратной пружины сервомотора с закрытием запорного клапана.

Если в процессе работы возникает аварийная ситуация, требующая экстренного закрытия стопорного клапана паровой турбины, работа описанного устройства будет заблокирована блоком защиты, который срабатывает от электрического или гидравлического сигнала защиты в следующей последовательности.

При потере электропитания обесточивается электромагнит 66 золотника 56 блока защиты Б и плунжер 57 этого золотника переместится в крайнее правое положение. При этом гидролиния, соединяющая окно 55 правой управляющей полости 51 гидрораспределителя 36 с окном 67 золотника 56, будет отсечена пояском 59 плунжера 57 этого золотника от контрольной гидролинии давления 75 и связана через окно 71 с дренажным сливом, а левая управляющая полость 50 гидрораспределителя 36 через гидролинию, соединяющую окно 54 этого гидрораспределителя и окно 68 золотника 56, будет сообщена через окно 74 с контрольной гидролинией давления 75. Под действием перепада давления и усилия пружины 52 плунжер 57 гидрораспределителя 36 переместится в крайнее правое положение за очень короткий промежуток времени, сокращению которого способствует переброс рабочей жидкости из правой концевой полости 47 в левую 46 по каналу 45 в теле плунжера 40. В результате этого окна 38 и 39 в корпусе гидрораспределителя 36 и подключенные к ним сливная гидролиния 19 и гидролиния 20 подачи давления к сервомотору будут сообщены друг с другом через полость между поясками 42 и 43 плунжера 40 этого гидрораспределителя, обеспечивая сброс давления из сервомотора. При смещении плунжера 40 в момент открытия его пояском 42 окна 37 давление напора через окно 87 по гидролинии, связанной с этим окном и окном 86 золотника 78, и через другую гидролинию, связанную с другим окном 77 этого золотника и окном 76 золотника 56, пройдет в левую управляющую полость 63, увеличивая скорость перемещения плунжера 57 и создавая его подпор в крайнем правом положении.

Одновременно с указанными переключениями в блоке защиты Б за счет подключения контрольной гидролинии давления 75 через окна 73 и 69 и образовавшуюся полость сообщения между поясками 59 и 60 плунжера 57 золотника 56 к гидролинии 27 произойдут соответствующие переключения и в электрогидравлическом усилителе А. Так как через гидролинию 27 давление поступит в левую управляющую полость 26 золотника 2 плунжер 31 этого золотника переместится в крайнее правое положение. Ускоренному перемещению этого плунжера способствует сброс давления из правой управляющей полости 29 через перепускной клапан 30. Вследствие этого полость между поясками 32 и 33 плунжера 31 обеспечит сообщение через окна 16 и 17 гидролинии 20 подачи давления к сервомотору со сливной гидролинией 19.

В результате всех указанных переключений в электрогидравлическом усилителе А и в блоке защиты Б обеспечивается быстрый сброс давления из сервомотора и ускоренное аварийное закрытие его возвратной пружиной запорного клапана паровой турбины.

При несанкционированном аварийном падении давления в контрольной гидролинии 75 при крайнем левом положении плунжера 57 золотника 56, являющимся нормальным, через полость между поясками 59 и 60 плунжера 57, сообщающую окна 73 и 67 золотника 56, и гидролинию между указанным окном 67 и окном 55 гидрораспределителя 36 падение давления произойдет и в правой управляющей полости 51 этого гидрораспределителя. Вследствие этого под действием пружины 52 плунжер 40 гидрораспределителя 36 начнет смещаться вправо. Как только левая кромка пояска 42 плунжера 40 приоткроет окно 37, давление напора от гидролинии 21 через окно 87 пройдет по описанной выше цепочке в левую управляющую полость 63 золотника 56. При этом произойдет перемещение плунжера 57 в крайнее правое положение и соответствующие переключения в блоке защиты Б и электрогидравлическом усилителе А, как это описано выше в отношении срабатывания по электрическому сигналу защиты.

Для возвращения золотника в нормальное состояние после аварийной ситуации используют переключающий золотник 78. При включении его электромагнита 84 плунжер 79 переместится в крайнее правое положение, в результате чего левый поясок 80 этого плунжера отсечет давление напора, передаваемое через окно 86, а окно 77, связанное с левой управляющей полостью 63 золотника 56, через полость 82 будет сообщено с линией слива дренажа. Это приведет к падению давления в левой управляющей полости 63 золотника 56 и обеспечит возможность подготовки его к работе перемещением плунжера 57 в крайнее левое положение за счет подачи электропитания на электромагнит 66, как об этом указано выше. После переключения плунжера 40 в левое положение электромагнит 84 отключают от электропитания.

Использование: в электрогидравлических системах регулирования турбомашин. Сущность изобретения: исполнительное гидроустройство блока защиты выполнено в виде гидрораспределителя, а управляющий золотник содержит дополнительные пояски на плунжере и окна, через которые проходит гидролиния, подключенная к одной из управляющих полостей золотника электрогидравлического усилителя. Благодаря этому при срабатывании блока защиты обеспечивается ускоренный сброс давления одновременно через гидрораспределитель блока защиты и золотник электрогидравлического усилителя. Кроме того, управляющий золотник блока защиты может быть выполнен с увеличенным числом поясков на плунжере и окон, определенным образом связанных с гидрораспределителем и контрольной гидролинией давления, что позволит обеспечить двойную защиту - как по электрическому, так и по гидравлическому сигналам. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрогидравлическое устройство для локального управления сервомотором клапана турбомашины, содержащее электрогидравлический усилитель, состоящий из электрогидравлического преобразователя и золотника управления сервомотором, и блок защиты, включающий управляющий золотник с электромагнитом сигнала защиты и исполнительное гидроустройство для сброса давления из сервомотора, к которому параллельно с золотником управления сервомотором присоединены напорная, сливная и гидролиния подачи давления к сервомотору, отличающееся тем, что исполнительное гидроустройство блока защиты выполнено в виде гидрораспределителя, а управляющий золотник этого блока с пояском на плунжере и окнами, через которые последовательно соединены гидролинии, связующие электрогидравлический преобразователь с одной из управляющих полостей золотника управления сервомотором. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляющий золотник блока защиты выполнен с дополнительными поясками на плунжере и двумя парами окон, к одной из пар которых подключена контрольная гидролиния давления, а через другую пару управляющие полости гидрораспределителя сброса давления, при этом последний выполнен с окном, которое через одну из распределительных полостей и окно подключения напорной гидролинии способно при срабатывании защиты сообщать эту гидролинию с гидролинией, подключенной к управляющей полости управляющего золотника блока защиты, в которой направление воздействия на плунжере противоположно усилию управляющего электромагнита. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок защиты снабжен переключающим золотником для отключения гидролинии, соединяющей управляющую полость управляющего золотника с окном гидрораспределителя сброса давления, которое обеспечивает сообщение с напорной гидролинией.