УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2001 года по МПК F01D21/02 

Изобретение относится к области защиты паровой турбины, преимущественно турбин с конденсатором смешивающего типа.

Устройство защиты паровой турбины известны. Известно, например, устройство [1], содержащее гидродинамический датчик частоты вращения турбины и управляющий золотник с межпоршеньковой полостью, подключенной к источнику масла высокого давления, к гидравлическому приводу стопорного клапана и к маслобаку турбины (аналог). Масло высокого давления удерживает стопорный клапан в открытом положении. При недопустимом повышении частоты вращения турбины датчик частоты дает импульс на срабатывание управляющего золотника. Подвод масла высокого давления в привод стопорного клапана перекрывается и открывается слив масла из рабочей камеры привода. В результате стопорный клапан под действием пружины закрывается и подача свежего пара в турбину прекращается. В устройстве-аналоге обеспечивается защита только по недопустимому повышению частоты вращения турбины.

Известно [2] устройство защиты паровой турбины (прототип), в котором обеспечена защита турбины по отклонению технологических параметров турбины.

Устройство содержит датчики технологических параметров турбины (частоты вращения, давления масла, осевого сдвига ротора и т.п.), стопорные клапаны с быстрозапорными гидравлическими приводами, автоматический затвор и дистанционный масляный выключатель с управляющими золотниками.

Приводы стопорных клапанов последовательно подключены через межпоршеньковые полости управляющих золотников к источнику масла высокого давления. Кроме того, каждая из них подключена к сливу масла в маслобак турбины. При срабатывании управляющие золотники перекрывают подвод масла высокого давления в приводы стопорных клапанов и сообщают их с маслобаком. Под действием пружин стопорные клапаны закрываются и прекращают подвод пара в турбину.

Недостаток устройства-прототипа защиты паровой турбины в том, что на паровых турбинах со смешивающим конденсатором в некоторых случаях оно не обеспечивает защиту по аварийному повышению уровня конденсата в конденсаторе. Это имеет место, когда охлаждающая вода поступает в конденсатор путем самовсасывания из бассейна охлаждающей воды (за счет перепадов давления в конденсаторе и атмосферного давления). Отвод конденсата из конденсатора пи этом осуществляется (в градирню) при помощи откачивающего электронасоса. При выходе из строя электронасоса (или обесточивания) происходит быстрое переполнение конденсатора. Уровень конденсата при этом достигает лопаточного аппарата, что приводит к аварии турбины.

Быстрый рост уровня конденсата в конденсаторе объясняется весьма большим количеством подсасываемой охлаждающей воды. Так для турбины мощностью 25 МВт, работающей на геотермальном низкопотенциальном паре, в конденсатор поступает от турбины около 160 т/час отработавшего пара и более 5000 кубических метров охлаждающей воды. Обычно защиту таких турбин обеспечивают за счет компоновочных решений: значительно заглубляют конденсатор и увеличивают его объем, заглубляют бассейн так, чтобы его зеркало было ниже нормального уровня конденсата в конденсаторе. Однако в ряде случаев, определяемых местными геологическими условиями, значительно заглубить конденсатор относительно турбины и зеркало бассейна от уровня конденсата в конденсаторе не представляется возможным. Трубопроводы подвода охлаждающей воды в конденсатор весьма большие (для турбины, приведенной выше в качестве примера, диаметр этого трубопровода превышает 1000 мм). По этой причине организовать быстрое перекрытие задвижек на этом трубопроводе также затруднительно.

Недостаток устройства-прототипа заключается в том, что оно не обеспечивает защиту паровой турбины при аварийном повышении уровня конденсата в смешивающем конденсаторе с самовсасыванием охлаждающей воды при аварийном отказе в работе электронасоса откачки воды из конденсатора.

Цель изобретения - создать устройство защиты паровой турбины, не имеющего указанного недостатка.

Цель изобретения достигается тем, что устройство защиты турбины содержит стопорный клапан и элементы защиты по предельным отклонениям технологических параметров турбины. Межпоршеньковые полости золотников элементов защиты подключены к сливу в маслобак турбины. Через них гидравлический привод стопорного клапана последовательно подключен к источнику масла высокого давления.

Новым является то, что устройство снабжено подпружиненным нормально открытым быстродействующим клапаном подрыва вакуума с гидравлическим приводом, подключенным к паровому пространству конденсатора и к атмосфере. Устройство снабжено также поплавковым гидравлическими реле с управляющим и импульсным реле уровня конденсата в конденсаторе с управляющим и импульсным золотником с межпоршеньковыми полостями.

Управляющий золотник установлен первым по ходу масла высокого давления к приводу стопорного клапана. При этом межпоршеньковая полость управляющего золотника подключена также к приводу клапана подрыва вакуума и к сливу масла в маслобак турбины через первую межпоршеньковую полость импульсного золотника. Торцевая камера и межпоршеньковая полость управляющего золотника гидравлически сообщены между собой и подключены через вторую межпоршеньковую полость импульсного золотника к источнику масла высокого давления и к маслобаку турбины.

Предлагаемое устройство защиты паровой турбины изображено на чертеже.

На чертеже изображены: конденсатор 1 поверхностного типа, выхлопной патрубок 2 турбины, ротор 3 с облопачиванием последней ступени 4. На корпусе 5 конденсатора 1 установлен клапан 6 подрыва вакуума, закреплена рычажная передача 7 с поплавком 8 и форсунка 9 для подвода охлаждающей воды трубопроводу 10. Конденсат 11 откачивается электронасосом 12 в градирню по трубопроводу 13. Стопорный клапан 14 с гидроприводом 15 подключен по входу 16 к источнику свежего пара и по выходу 17 - к паровпуску турбины. Устройство защиты турбины имеет также реле уровня конденсата в конденсаторе 1 с управляющим золотником 18, соединенным с рычажной передачей и импульсным золотником 19, а также первый элемент 20 и второй элемент 21 защиты турбины. Управляющий золотник 18 содержит золотник 22 с межпоршеньковой полостью 23 и торцевой камерой 24 и имеет рабочие окна 25, 26 и 27. Импульсный золотник 19 содержит золотник 28 с межпоршеньковыми полостями 29 и 30, электромагнит 31, соединенный с золотником 28, подпружиненным пружиной 32, и имеет рабочие окна 33, 34, 35, 36 и упор 37. Элементы защиты 20 и 21 содержат золотники 38, 39, подпружиненные пружинами 40, 41 с межпоршеньковыми полостями 42, 43, и имеют рабочие окна 44, 45 и 46, 47. Торцевые камеры 48, 49 подключены к линиям импульсного масла 50, 51 системы защиты турбины. Клапан 6 подрыва вакуума содержит поршень 52, на штоке которого подвешена тарелка 53, рабочая поверхность тарелки 53 притерта к рабочей поверхности седла 54. Поршень 52 подпружинен пружиной 55. В сборе с корпусом 56 он образует камеры 57 и 58. Камера 59 сообщена окнами с атмосферой. Устройство подключено к источнику масла высокого давления маслопроводом 60. Составные части устройства соединены между собой маслопроводами 61, 62, 63, 64, 65.

Устройство защиты паровой турбины работает следующим образом.

На чертеже устройство изображено в рабочем положении. Масло высокого давления подведено от источника масла по маслопроводу 60 и межпоршеньковую полость 23 в камеру 57 клапана 6 подрыва вакуума, а также через межпоршеньковые полости 42 и 43 элементов 20 и 21 защиты турбины - к быстрозапорному приводу 15 стопорного клапана 14. При этом клапан 14 открыт и свежий пар по паропроводам 16 и 17 поступает в турбину. Отработавший пар из выхлопного патрубка 2 турбины поступает в паровое пространство конденсатора 1, в которое по трубопроводу 10 поступает через форсунку 9 охлаждающая вода. Электронасос 12 по трубопроводу 13 откачивает конденсат 11 в градирню, из которой сливается в бассейн, замыкая круг циркуляции охлаждающей воды.

При отклонении технологических параметров турбины (частоты вращения, давления масла смазки и др.) соответствующие датчики формируют соответствующие сигналы (падение давления импульсного масла 50 или 51) на один из элементов защиты (40 или 41). Элементы 40 и 41 действуют одинаково: например, если датчики резко понизили давление импульсного масла 50, то золотник 38 переместится под действием пружины 40 так, что поршеньки золотника 38 перекроют окно 44 и откроют окно 45. В результате подвод масла высокого давления будет отсечен и привод 15 соединен через окно 45 со сливом масла в маслобак турбины. Стопорный клапан 14 закроется и прекратит подачу свежего пара в турбину. Вакуум в конденсаторе 1 при этом сохранится, насос 12 будет продолжать работать.

При аварийном останове электронасоса 12 откачки уровень конденсата 11 в конденсаторе 1 растет и мог бы достичь облопачивания последней ступени 4. Однако по мере повышения уровня конденсата 11 всплывает поплавок 8 и через рычажную передачу 7 переместит золотник 22 так, что его поршеньки перекроют окно 26 и откроют окна 25 и 27. При этом будет прекращен подвод в привод 15 масла высокого давления и открыт через окно 25, межпоршеньковую полость 29 и окно 34 слив масла из привода 15, а также из камеры 57 в маслобак турбины. В результате стопорный клапан 14 закроется, а тарелка 53 клапана 6 подрыва вакуума под действием пружины 55 откроется и соединит через камеру 59 и седло 54 паровое пространство конденсатора 1 с атмосферой. Произойдет подрыв вакуума в конденсаторе 1 и охлаждающая вода перестанет поступать из бассейна в конденсатор. После снижения уровня конденсата поплавок 8 переместится под действием силы тяжести и переместит золотник 22 управляющего золотника 18 в исходное положение. При этом будет перекрыто окно 25 слива масла в маслобак и открыто окно 26. Масло высокого давления поступит в камеру 57, сожмет пружину 55 и плотно прижмет тарелку 53 к седлу 54. Паровое пространство конденсатора 1 будет разобщено с окружающей атмосферой. С этого момента можно восстанавливать вакуум в конденсаторе 1. Вновь охлаждающая вода через форсунку 9 будет поступать в конденсатор 1 и следовательно электронасос 12 должен быть включен в работу. Масло высокого давления поступит также в привод 15, что позволит взвести стопорный клапан 14.

Защита турбины по уровню конденсата в конденсаторе 1 является весьма ответственной. Для поддержания высокой степени надежности защиты необходимо периодически расхаживать ее элементы. Для этой цели предназначен импульсный золотник 19. Он работает следующим образом: для расхаживания золотника 22 и рычажной передачи 7 с поплавком 8 на работающей турбине подают электрический сигнал на электромагнит 31. Электромагнит 31 сжимает пружину 32, перемещая золотник 28 до упора 37. При этом поршеньки золотника 28 перекрывают окна 34 и 36 слива масла в маслобак и открывают окно 35 импульсного золотника 19. Масло высокого давления поступает через окно 35, межпоршеньковую полость 30 и по маслопроводу 62 в камеру 24. Под действием силы давления масла золотник 22 перемещается вверх (по чертежу), поднимая поплавок 8. При этом поршеньки золотника 22 перекрывают окно 26 и открывают окна 25 и 27. Несмотря на то, что окно 25 оказалось открытым, слив масла из камеры 57 и привода 15 в маслобак турбины не произойдет, так как в этот момент перекрыто окно 34. Кроме того, через окно 27 по маслопроводу 65 масло высокого давления будет поступать через межпоршеньковую полость 23 в маслопровод 61. После снятия электрического сигнала электромагнит 31 выключится и золотник 28 переместится под действием пружины 32 в свое исходное положение. Окно 35 при этом будет перекрыто и окна 34, 36 открыты. Под действием силы тяжести поплавка 8 золотник 22 переместится также в свое исходное положение и закроет окна 25, 27 и откроет окно 26. Таким образом, по окончании процедуры расхаживания реле уровня конденсата вновь готово обеспечить защиту турбины при аврийном повышении уровня конденсата 11 в конденсаторе 1.

Научно-технический совет Калужского турбинного завода принял решение об использовании предлагаемого изобретения "Устройство защиты паровой турбины" на турбине К25-Гео, разрабатываемой заводом для геотермальной электрической станции, строящейся на Камчатке. В настоящее время разрабатываются рабочие чертежи устройства. Изготовление устройства турбины планируется на 2000 год.

Литература
1. Гидродинамическая система защиты турбины. А.с. 283235 от 16.06.69, F_01d 17/20.

2. Паровые турбины малой мощности КТЗ. Под редакцией В.И. Кирюхина. М.: Энергоатомиздат,1987, стр. 134, рис. 7.1.

Изобретение предназначено для защиты паровой турбины со смешивающим конденсатором. Устройство содержит стопорный клапан и элементы защиты по предельному отклонению технологических параметров турбины. Через межпоршеньковые полости 42 и 13 привод 15 стопорного клапана 14 по маслопроводу 60 последовательно подключен к источнику масла высокого давления. Устройство снабжено подпружиненным нормально открытым клапаном 6 подрыва вакуума, подключенным через седло 54 с тарелкой 53 к паровому пространству конденсатора и окружающей атмосфере. Устройство снабжено также поплавковым реле уровня конденсата 11 в конденсаторе 1 с управляющим золотником 18 и импульсным золотником 19. Межпоршеньковая полость 23 управляющего золотника 18 включена первой по ходу масла от источника масла высокого давления к приводу 15 стопорного клапана 14. Межпоршеньковая полость 23 подключена также к приводу клапана подрыва вакуума. К маслобаку турбины межпоршеньковая полость 23 подключена через межпоршеньковую полость 29 импульсного золотника 19. Торцевая камера 24 и межпоршеньковая полость 23 соединены маслопроводом 65 и подключены через межпоршеньковую полость 30 к источнику масла высокого давления к маслобаку турбины. По электрическому сигналу электромагнит 31 отключает привод 14 от маслобака турбины и байпасирует подвод к нему масла от источника масла высокого давления. 1 ил.

Устройство защиты паровой турбины, содержащее стопорный клапан с гидравлическим приводом и элементы защиты по предельным отклонениям технологических параметров турбины, межпоршеньковые полости золотников которых подключены к маслобаку и через которые привод стопорного клапана последовательно подключен к источнику масла высокого давления, отличающееся тем, что оно снабжено подпружиненным нормально открытым быстродействующим клапаном подрыва вакуума, подключенным к паровому пространству конденсатора и к атмосфере, и поплавковым гидравлическим реле уровня конденсата в конденсаторе с управляющим и импульсным золотниками, причем управляющий золотник реле установлен первым по ходу масла высокого давления к приводу стопорного клапана, межпоршеньковая полость управляющего золотника подключена также к приводу клапана подрыва вакуума, к маслобаку турбины - через первую межпоршеньковую полость импульсного золотника, при этом торцевая камера и межпоршеньковая полость управляющего золотника гидравлически сообщены между собой и подключены через вторую межпоршеньковую полость импульсного золотника к источнику масла высокого давления и к маслобаку турбины.