РЕГУЛИРУЮЩАЯ ДИАФРАГМА Российский патент 1999 года по МПК F01D25/24 

Изобретение относится к паровым турбинам с регулируемым отбором пара, а его объектом является регулирующая диафрагма.

Регулирующие диафрагмы содержат собственно диафрагму, состоящую из тела с ободом, между которыми закреплены направляющие лопатки, и поворотное кольцо с паровпускными окнами. В закрытом положении на поворотное кольцо диафрагмы действуют большие усилия, прижимающие это кольцо опорными поясками к телу и ободу диафрагмы или к их опорным пояскам. Это приводит к необходимости использования для поворота кольца приводного устройства большой мощности, а также к увеличению жесткости, и, следовательно, металлоемкости поворотного кольца. Кроме того под действием указанных усилий неизбежно будет происходить истирание контактных поверхностей опорных поясков кольца, его перекосы, а следовательно, и значительные непроизводительные перетечки пара через диафрагму.

Известны регулирующие диафрагмы, в которых для снижения усилия, воздействующего на поворотное кольцо, в нем выполняются отверстия для сообщения с пространством перед диафрагмой камер, расположенных за поворотным кольцом, образуемых между ним и собственно диафрагмой [1]. В таких диафрагмах достигается частичное уравновешивание усилия на поворотное кольцо. Однако, возможности увеличения площади указанных уравновешивающих камер ограничены наличием кольцевой зоны, в которой расположены паровпускные окна в поворотном кольце.

Известны регулирующие диафрагмы с разгрузочными камерами между поворотным кольцом и собственно диафрагмой, сообщенными с пространством за диафрагмой. Одна из таких регулирующих диафрагм, являющаяся ближайшим аналогом настоящего изобретения, содержит собственно диафрагму с телом, ободом и направляющим лопаточным аппаратом, поворотное кольцо с паровпускными окнами, опирающееся на цилиндрические поверхности тела диафрагмы, опорные пояски для поворотного кольца, уравновешивающую камеру за поворотным кольцом, разгрузочную камеру, образованную по отношению к поворотному кольцу со стороны, противоположной уравновешивающей камере, и соединенной с каналом, выходящим за диафрагму или в межлопаточное пространство собственно диафрагмы, и уплотнительные средства для снижения протечек пара через указанные камеры [2]. В такой регулирующей диафрагме в положении ее закрытия создается разность давлений между уравновешивающей и разгрузочной камерами, что обеспечивает существенное уменьшение усилия, действующего на поворотное кольцо. Однако в известной регулирующей диафрагме указанного типа, с расположением уравновешивающей и разгрузочной камер у обода диафрагмы и использованием для их формирования покрывного кольца, затруднен вывод управляющего рычага для поворота поворотного кольца. Кроме того наличие осевых торцевых уплотнений в описанной известной диафрагме приводит к тому, что из-за прогиба поворотного кольца осевой зазор в них оказывается переменным и неконтролируемым, что не позволяет в промежуточных положениях диафрагмы четко регулировать расход пара через нее и создает опасность заклинивания поворотного кольца. Все эти обстоятельства приводят также к значительному усложнению технологии изготовления регулирующей диафрагмы.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такой регулирующей диафрагмы, в которой поворотное кольцо было бы возможно больше разгруженным, имело бы более эффективные и надежные уплотнения для уравновешивающей и разгрузочной камер, и вместе с тем диафрагма была бы технологически относительно проста.

Эта задача решается в регулирующей диафрагме, содержащей собственно диафрагму с телом и ободом, поворотное кольцо, опирающееся на цилиндрические поверхности тела диафрагмы, уравновешивающую и разгрузочную камеры с противоположных сторон поворотного кольца и уплотнительные средства для них, в которой, в соответствии с сущностью настоящего изобретения, уравновешивающая и разгрузочная камера образованы у участка поворотного кольца, примыкающего к телу диафрагмы, а уплотнительные средства выполнены в виде радиальных уплотнений по цилиндрическим поверхностям опирания поворотного кольца.

Благодаря такому решению исключается внешнее покрывное кольцо и значительно упрощается выведение управляющего рычага. Кроме того возможность применения в таком решении радиальных уплотнений с постоянным контролируемым зазором позволяет четко регулировать расход пара через диафрагму и исключает возможность заклинивания поворотного кольца. При этом регулирующая диафрагма приобретает хорошую технологичность, а за счет возможности сокращения диаметра поворотного кольца обеспечивается снижение его металлоемкости.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием одно из примеров его реализации, изображенного на прилагаемом чертеже, который показывает регулирующую диафрагму паровой теплофикационной турбины в продольном разрезе.

Изображенная на чертеже регулирующая диафрагма содержит собственно диафрагму, состоящую из тела 1, обода 2 и закрепленным между ними направляющим лопаточным аппаратом 3, и поворотное кольцо 4 с паровпускными окнами 5. Диафрагма изображена в открытом положении, когда паровпускные окна 5 поворотного кольца 4 обеспечивают свободное течение пара в лопаточный аппарат 3 собственно диафрагмы.

На теле 1 и ободе 2 имеются опорные пояски 6 и 7, соответственно, а на поворотном кольце 4 ответные пояски 8 и 9, соответственно. Эти пояски служат для упора в осевом направлении поворотного кольца 4 в собственно диафрагму. В радиальном направлении поворотное кольцо 4 опирается на цилиндрические поверхности 10 и 11 тела диафрагмы, имеющими разный диаметр. По этим поверхностям образованы щелевые уплотнения с расширительными камерами 12 и 13, соответственно.

За поворотным кольцом 4 между ним и телом 1 диафрагмы образована уравновешивающая камера 14, соединенная отверстиями 15 с пространством перед поворотным кольцом 4, так что при этом давление на последнее со стороны камеры 14 и перед кольцом 4 оказываются равными. С противоположной по отношению к камере 14 стороны поворотного кольца 4 образована разгрузочная камера 16, соединенная каналами 17 с пространством за диафрагмой.

Работа описанной регулирующей диафрагмы происходит обычным образом. В изображенном на чертеже положении диафрагма пропускает пар на последующие ступени проточной части цилиндра паровой турбины. При отборе пара на теплофикацию или в технологический цикл поворотом поворотного кольца 4 перекрывают проход пара в направляющий межлопаточный аппарат 3. Так как в этом положении давление за диафрагмой во много раз меньше давления перед ней, между камерами 14 и 16 создается перепад давления, обеспечивающий уменьшение усилий на опорные пояски 6, 7, 8 и 9. Это позволяет существенно уменьшить требуемое усилие, необходимое для поворота кольца 4 при открытии диафрагмы. Это вместе со щелевыми радиальными уплотнениями камер 14 и 16 обеспечивает также и высокую надежность работы диафрагмы, предотвращая перекосы поворотного кольца 4 и его заклинивание.

Возможны другие варианты выполнения отдельных элементов диафрагмы, соответствующие сущности изобретения, в частности выведение каналов 17 через тело поворотного кольца 4 в направляющий аппарат 3, образование одной из стен камеры 16 не самим телом 1 диафрагмы, а закрепленным на нем кольцевым элементом и пр. Однако, все такие выполнения регулирующей диафрагмы будут значительно технологичнее, чем прототип.

Источники информации, цитируемые в описании:
1. Авт.св. СССР N 549584, F 01 D 25/24, 1977 г.

2. Авт.св. СССР N 1539337, F 01 D 25/24, 1990 г.

Регулирующая диафрагма предназначена для управления отбором пара в паровой турбине. Регулирующая диафрагма содержит собственно диафрагму с телом, ободом и направляющим аппаратом между ними и поворотное кольцо с паровпускными окнами. Поворотное кольцо при закрытой диафрагме прижимается давлением пара к телу и ободу и опирается при своем повороте на цилиндрические поверхности тела диафрагмы. За поворотным кольцом между ним и телом диафрагмы образована уравновешивающая камера, полость которой через отверстия в поворотном кольце сообщена с пространством перед ним, чем и обеспечивается уравновешивание давления на поворотное кольцо в пределах радиальной площади уравновешивающей камеры. Со стороны, противоположной уравновешивающей камере между поворотным кольцом и участком тела диафрагмы или закрепленным на нем кольцевым элементом с увеличенным диаметром, образована разгрузочная камера, соединенная каналами с пространством за диафрагмой или в ее направляющем аппарате. Уплотнения уравновешивающей и регулирующей камер выполнены щелевыми по цилиндрическим поверхностям опирания поворотного кольца. Благодаря разнице давлений между уравновешивающей и регулирующей камер достигается существенная разгрузка поворотного кольца, а следовательно и уменьшается необходимая мощность его приводного устройства. Кроме того, предотвращается вероятность заклинивания поворотного кольца, а регулирующая диафрагма получается относительно простой. 1 ил.

Регулирующая диафрагма, содержащая собственно диафрагму с телом, ободом и направляющим лопаточным аппаратом, поворотное кольцо с паровыпускными окнами, опирающееся на цилиндрические поверхности тела диафрагмы, опорные пояски для поворотного кольца, уравновешивающую камеру за поворотным кольцом, разгрузочную камеру, образованную по отношению к поворотному кольцу со стороны, противоположной уравновешивающей камере, и соединенную с каналом, выходящим за диафрагму или в межлопаточное пространство направляющего аппарата, и уплотнительные средства для указанных камер, отличающаяся тем, что уравновешивающая и разгрузочная камеры образованы у участка поворотного кольца, примыкающего к телу диафрагмы, а уплотнительные средства выполнены в виде радиальных уплотнений по цилиндрическим поверхностям опирания опорного кольца.