СЕРВОМОТОР С ОТСЕЧНЫМ ЗОЛОТНИКОВЫМ КЛАПАНОМ ПРУЖИННО-ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1997 года по МПК F15B9/02 F15B15/00 

Изобретение относится к технике гидроавтоматики и непосредственно к сервомотору с отсечным золотниковым клапаном пружинногидравлического действия, преимущественной областью использования которого являются системы управления клапанами мощных паровых турбин.

Сервомоторы с отсечным золотниковым клапаном пружинно-гидравлического действия представлены в основном гидромеханизмами одностороннего действия [1] и поэтому в дальнейшем тексте описания для простоты и ясности изложения содержания изобретения оно поясняется на примере сервомоторов одностороннего действия. Однако изобретение в равной степени относится и к сервомоторам двухстороннего действия, если в них поршень, кроме гидравлического воздействия, находится в то же время и под действием пружины, предназначенной для возвращения поршня в исходное положение.

Сервомоторы одностороннего действия с отсечным золотниковым клапаном получают преимущественное использование в паровых турбинах благодаря надежности их срабатывания при аварийных ситуациях, например, при нарушении работы системы питания. В настоящее время они выполняются в виде отдельных конструктивных блоков сервомотора и отсечного золотникового клапана, связанных звеном обратной связи. Однако при таком выполнении, эта группа имеет существенные недостатки, влияющие на надежность, из-за наличия соединительных трубопроводов высокого давления и большого числа подвижных деталей, а кроме того ей присущи большая металлоемкость и необходимое монтажное пространство.

Известны сервомоторы для следящего гидропривода, поршневая группа которых содержит встроенный золотниковый клапан [2, 3] Такие сервомоторы лишены указанных вше недостатков. Однако они относятся к сервомоторам двухстороннего действия, в которых на поршень воздействует только давление рабочей жидкости.

Известен сервомотор одностороннего действия для клапанов паровых турбин, внутри цилиндра которого расположен элемент, управляющий потоком рабочей жидкости, который нагружен пружиной, расположенной концентрично поршневой пружине [4] Однако в этом сервомоторе отсутствует звено обратной связи между упомянутым управляющим элементом и поршневой группой и для управления сервомотором применяется дополнительный орган, управляющий потоком рабочей жидкости, типа золотникового клапана в виде отдельного конструкционного блока.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является сервомотор с отсечным золотниковым клапаном, содержащий, как и объект изобретения, размещенные в общем корпусе поршневую группу и золотниковый клапан, у которых поршень и золотник нагружены возвратными пружинами и соединены звеном обратной связи [5] Такое исполнение является промежуточной разновидностью по отношению к описанным выше известным сервомоторам, в которой сервомотор и золотниковый клапан размещены в общем корпусе с исключением соединительных трубопроводов, но выполнены в виде отдельно расположенных конструкционных элементов, а звено обратной связи в виде двухплечего рычага расположено снаружи корпуса. При таком исполнении с помощью звена обратной связи обеспечивается требуемое передаточное отношение по значениям ходов поршня сервомотора и золотника, однако большинство указанных выше недостатков, присущих сервомотору с отсечным золотниковым клапаном в виде отдельных конструкционных блоков сохраняется. Вместе с тем совмещение этих блоков для сервомоторов данного типа с большой длиной хода поршня, что характерно для приводов клапанов мощных паровых турбин, сопряжено с проблемой выполнения и размещения звена обратной связи с приемлемым передаточным отношением. При отсутствии последнего для обеспечения хода золотника соразмерно с ходом поршня необходимо решать другую сложную задачу, связанную с выполнением пружины золотника.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого сервомотора с отсечным золотниковым клапаном пружинно-гидравлического действия, в котором поршневая группа сервомотора и золотниковый клапан были бы совмещены в общем конструкционном элементе и имели бы между собой звено обратной связи, которое обеспечивало бы отработку приемлемого соотношения ходов поршня сервомотора и золотника, но вместе с тем было бы компактным, размещаясь внутри общего корпуса указанного блока.

Эта задача решена в сервомоторе с золотниковым клапаном, характеризующимся общими признаками с ближайшим аналогом, в котором, в соответствии с сущностью настоящего изобретения, золотниковый клапан встроен в поршневую группу с расположением золотника по оси последней, а пружина золотника расположена концентрично пружине поршня и своим концом со стороны противоположной золотнику соединена с пружиной поршня на одном из участков по ее длине, определяемым по расчетному значению передаточного отношения обратной связи.

Такое исполнение позволяет достигнуть все преимущества сервомоторов с совмещенными поршневой группой и золотниковым клапаном и вместе с тем обеспечивает создание сервомотора одностороннего действия, который связан звеном обратной связи с золотниковым клапаном и может иметь неограниченную по значению длину рабочего хода поршня при приемлемом ходе золотника, задаваемом передаточным отношением обратной связи, что особенно актуально для сервомоторов клапанов мощных паровых турбин.

В случае выполнения пружины поршня по меньшей мере из двух последовательно соединенных жестким звеном частей, целесообразно, чтобы значения величин жесткости этих частей были выбраны с учетом нужного передаточного отношения обратной связи, а пружина золотника была соединена с указанным жестким звеном.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием одного из примеров его реализации, иллюстрируемого прилагаемым чертежом, на котором изображен пружинно-гидравлический сервомотор, выполненный согласно изобретению.

Изображенный на чертеже пружинно-гидравлический сервомотор относится к типу прямоосных сервомоторов одностороннего действия, связанных обратной связью с золотниковым клапаном.

Корпус 1 сервомотора выполнен с центральным цилиндрическим телом 2, в котором расположен поршень 3, соединенный со штоком 4, с помощью которого осуществляется управление клапаном паровой турбины (на чертеже не показан). Поршень 3 нагружен возвратной пружиной, выполненной из двух последовательно соединенных частей 5 и 6. Отношение значений жесткости этих частей пружины, а именно отношение жесткости части 6 к суммарной жесткости последовательно соединенных частей 5 и 6 (которая меньше жесткости каждой из этих частей в отдельности), соответствует значению соотношения ходов поршня 3 и золотника 7. Последний размещен в центральном цилиндрическом отверстии поршня 3 и нагружен возвратной пружиной 8. Эта пружина оперта тарелкой 9 в дно стакана 10, который выполняет функцию жесткого звена, соединяющего обе части 5 и 6 возвратной пружины поршня 3.

Части 5 и 6 возвратной пружины поршня 3 имеют постоянный коэффициент жесткости. Вместе с тем, для получения переменной по ходу поршня характеристики возвратной пружины поршня 3 одна из ее частей может быть выполнена с переменным коэффициентом жесткости, в частности с помощью сочетания с еще одной пружиной 11, установленной с осевым зазором между ней и стаканом 10, как это изображено на чертеже.

В корпусе 1 выполнен входной канал 12 для создания управляющего воздействия рабочей жидкости, в частности масла, входной канал 13 напорного давления и выпускное отверстие 14 для слива масла.

Канал 12 управляющего воздействия сообщается с кольцевым каналом 15, образованным проточкой на цилиндрической поверхности поршня 3, а канал 13 напорного давления с аналогично выполненным кольцевым каналом 16. Кольцевой канал 15 через радиальный канал 17 сообщается с управляющей полостью 18 золотникового клапана, а кольцевой канал 16 через радиальный канал 19 с напорной полостью 20 золотникового клапана. В поршне 3 выполнен кольцевой паз 21, выполняющий функцию окна золотникового клапан, который через продольный канал 22 сообщен со штоковой полостью 23 цилиндрического тела 2.

Работа описанного сервомотора осуществляется обычным известным путем.

При увеличении управляющего воздействия золотник 7 смещается вверх (по чертежу), сжимая пружину 8. При этом открывается окно золотникового клапана и его напорная полость 20 сообщается со штоковой полостью 23. Под давлением масла поршень 3 перемещается вверх (по чертежу), увлекая за собой шток 4. При этом части 5 и 6 с 11 возвратной пружины поршня 3 сжимаются. В результате сжатия частей 6 и 11 уменьшается расстояние между поршнем 3 и упором 10. Воздействуя на золотник 7 через пружину 8, упор 10 возвращает последний в исходное положение относительно поршня, окно золотникового клапана закрывается и шток сервомотора останавливается в положении, соответствующем новой величине управляющего воздействия,
При уменьшении управляющего воздействия золотник 7 под действием пружины 8 смещается вниз (по чертежу), отсекая кольцевой паз 21 от воздействия напорного давления масла и сообщая его со сливом. Под действием возвратной пружины поршень 3 смещается вниз (по чертежу), при этом части 5 и 6 с 11 возвратной пружины поршня 3 удлиняются. В результате удлинения частей 6 и 11 увеличивается расстояние между поршнем 3 и упором 10, золотник возвращается в исходное положение относительно поршня, окно золотникового клапана закрывается и шток сервомотора останавливается в положении, соответствующем новой величине управляющего воздействия.

Как это следует из описания и видно из чертежа, сервомотор со встроенным в него золотниковым клапаном в соответствии с настоящим изобретением представляет собой компактную конструкцию с минимальным числом деталей, способную выполнять функцию сервомоторов с большим ходом поршня, используемых для управления клапанами мощных паровых турбин.

Использование: в системах управления клапанами мощных паровых турбин. Сущность изобретения: в сервомоторе, содержащем размещенные в корпусе поршень, нагруженный с одной стороны возвратным пружинным устройством поршня, а с другой стороны давлением жидкости от управляющего золотника, расположенного в расточке поршня и нагруженного с одной стороны внешним управляющим давлением жидкости, а с другой стороны возвратной пружиной золотника, последняя оперта противоположным золотнику концом в упор, закрепленный на одном из промежуточных участков пружинного устройства поршня, при этом отношении жесткости пружинного устройства к жесткости его участка, расположенного между поршнем и упомянутым упором соответствует заданному значению обратной связи на золотник по перемещению поршня. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сервомотор с отсечным золотниковым клапаном пружинно-гидравлического действия, содержащий размещенные в корпусе поршень, нагруженный с одной стороны возвратным пружинным устройством поршня, а с другой стороны давлением жидкости от управляющего золотника, расположенного в осевой расточке поршня и нагруженного с одной стороны внешним управляющим давлением жидкости, а с другой стороны возвратной пружиной золотника, отличающийся тем, что возвратная пружина золотника оперта противоположным золотнику концом в упор, закрепленный на одном из промежуточных участков пружинного устройства поршня, при этом отношение жесткости пружинного устройства к жесткости его участка, расположенного между поршнем и упомянутым упором, соответствует заданному значению обратной связи на золотник по перемещению поршня. 2. Сервомотор по п.1, отличающийся тем, что возвратное пружинное устройство поршня выполнено в виде по меньшей мере двух раздельных пружин, соединенных последовательно, а упомянутый упор выполнен в виде промежуточного стакана, расположенного между этими пружинами. 3. Сервомотор по п.2, отличающийся тем, что возвратное пружинное устройство поршня имеет по меньшей мере с одной от упора стороны пружину переменной жесткости и/или возвратная пружина имеет переменную жесткость.