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

Изобретение относится к области устройств защиты турбины по предельному повышению частоты вращения ротора.

Устройства защиты турбины по предельному повышению частоты вращения ротора известны. Известно, например, устройство [1] системы защиты турбины (аналог), содержащее гидродинамический датчик частоты вращения турбины и управляющий золотник с межпоршеньковой полостью, подключенной к напору насоса-регулятора, к гидравлическому приводу стопорного клапана и к маслобаку турбины. Напорное масло удерживает стопорный клапан в открытом положении. При недопустимом повышении частоты вращения напор насоса-регулятора увеличивается, что используется для срабатывания устройства защиты, подрыва давления масла в приводе и закрытия стопорного клапана.

Недостаток аналога в том, что в нем используется параметр (напор насоса-регулятора), лишь косвенно характеризующий частоту вращения турбины. В результате устройство недостаточно надежно, так как в некоторых случаях этот параметр не соответствует частоте вращения ротора турбины (например, при срыве насоса-регулятора).

Известно [2] устройство защиты турбины (прототип), содержащее насос-регулятор, автоматический затвор с подпружиненным золотником и защелкой (собачкой), регулятор безопасности и приспособление для расхаживания регулятора безопасности на работающей турбине без повышения частоты вращения ротора. Привод стопорного клапана, как и у аналога, подключен через межпоршеньковую полость золотника автоматического затвора к напору насоса-регулятора и к сливу масла в маслобак турбины. Боек регулятора безопасности имеет поршенек, который в сборе с корпусом регулятора образует замкнутую торцевую камеру, подключенную через межпоршеньковую полость золотника приспособления к напору насоса-регулятора к сливу в маслобак турбины. Автоматический затвор имеет устройство для ручного взведения золотника на упор (на защелку) и для перевода его в режим расхаживания регулятора безопасности на работающей турбине без ее разгона (с ограничением хода золотника до 25% от полного рабочего хода).

Преимущество прототипа заключается в том, что регулятор безопасности работает по прямому импульсу - непосредственно по частоте вращения ротора турбины, а также в том, что периодическое расхаживание регулятора безопасности и автоматического затвора осуществляется без отключения генератора от сети и без разгона ротора турбины.

Недостаток прототипа в том, что расхаживание золотника автоматического затвора возможно лишь на части его рабочего хода (при котором стопорный клапан не срабатывает). В результате этого золотник автоматического затвора может заклинить на оставшихся 75% своего рабочего хода. Недостатком является также необходимость ручного взведения автоматического затвора после расхаживания регулятора безопасности. Для автоматизированных электростанций это неприемлемо.

Недостатком прототипа является то, что регулятор безопасности и автоматический затвор установлены за опорно-упорным подшипником турбины с противоположной стороны от всаса насоса-регулятора. В результате на некоторых турбинах они оказываются в труднодоступных для ручного обслуживания местах. Например, на геотермальных турбинах, работающих с большими объемными расходами пара, выполняемых двухпоточными, подшипники турбины располагаются глубоко внутри конуса выхлопной части турбины. В случае установки регулятора безопасности и автоматического затвора за опорно-упорным подшипником (упорный гребень которого совмещается с насосом-регулятором) в глубине конуса выхлопной части турбины практически отсутствуют условия для их обслуживания при эксплуатации.

Цель настоящего изобретения заключается в создании устройства защиты турбины, лишенного указанных выше недостатков.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит насос-регулятор, регулятор безопасности, автоматический затвор и приспособление для расхаживания регулятора безопасности с золотниками. Межпоршеньковые полости золотников автоматического затвора и приспособления подключены к напору насоса-регулятора и к сливу масла в маслобак турбины, а также попарно - к приводу стопорного клапана и к торцевой камере, образованной бойком в корпусе регулятора безопасности.

Новым является то, что регулятор безопасности и автоматический затвор расположены со стороны всаса насоса-регулятора. Для этого насос-регулятор снабжен торсионом с отверстием под регулятор безопасности. Золотник приспособления установлен в расточке, выполненной в корпусе и крышке подшипника соосно с ротором турбины. Золотник приспособления имеет четыре дополнительные межпоршеньковые полости. Из межпоршеньковых дополнительных полостей первая подключена к напору насоса-регулятора и к приводу стопорного клапана. Вторая межпоршеньковая полость подключена к напору насоса-регулятора и соединена гидравлически с третьей межпоршеньковой полостью, подключенной к торцевой камере регулятора безопасности и вместе с торцевой камерой золотника приспособления - к сливу в маслобак турбины. Межпоршеньковая полость золотника автоматического затвора подключена к сливу в маслобак турбины через четвертую межпоршеньковую полость золотника приспособления.

Схема предлагаемого устройства защиты турбины изображена на чертежах. На фиг. 1 изображена компоновка узлов и элементов устройства на подшипнике турбины; на фиг. 2 - конструктивная схема устройства с гидравлическими связями между элементами; на фиг. 3 - циклограмма открытия окон приспособления в зависимости от хода его золотника.

На фиг. 1. Насос-регулятор 1 выполнен заодно с ротором 2 турбины и установлен в корпусе 3 и крышке 4 подшипника турбины на опорных 5 и упорных 6 подшипниках. Торсинон 7 прикреплен к насосу-регулятору 1. На конце торсиона 7 выполнен цилиндрический участок 8 с отверстием, в котором установлен регулятор безопасности 9 бойкового типа.

Автоматический затвор 10 установлен в крышке 4 подшипника вертикально в плоскости вращения регулятора безопасности 9. Приспособление 11 для расхаживания регулятора безопасности 9 установлено в расточке 12, выполненной вдоль разъема корпуса 3 и крышки 4 подшипника соосно с ротором 2. Камера 13 соединена маслопроводом 14 с маслобаком (не изображен), камера 15 - с маслопроводом 16 масла низкого давления (всас насоса-регулятора 1). Камера 17 маслопроводом 18 масла высокого давления насоса-регулятора 1 сообщена с автоматическим затвором 10 и приспособлением 11. Маслопровод 19 подвода масла высокого давления в привод стопорного клапана (не изображен) подключен к автоматическому затвору 10 и приспособлению 11. Перепускные каналы 20 и 21 соединяют автоматический затвор 10 с приспособлением 11 и регулятором безопасности 9.

На фиг. 2. Поршенек 22 бойка 23 образует в корпусе 24 регулятора безопасности 9 торцевую камеру 25. Камера 26 выполнена с дренажным отверстием 27. Пружина 28 прижимает боек 23 к упору в корпусе 24, в котором предусмотрен зазор (ход) 29 между ним и поршеньком 22.

Автоматический затвор 10 содержит корпус 30, золотник 31 с буртиком 32, подпружиненный пружиной 33, защелку (собачку) 34, установленную на оси 35, закрепленную в корпусе 30. Золотник 31 в сборе с корпусом 30 образует межпоршеньковую полость 36 с окнами 37, 38 и торцевую камеру 39. Защелка 34 имеет упор 40, удерживающий золотник 31 за буртик 32 во взведенном положении. Защелка 34 снабжена пружиной кручения (не изображена), которая вращает защелку по часовой стрелке (по чертежу), удерживая упор 40 защелки 34 в контакте с буртиком 32. Между корпусом 30 и золотником 31, находящимся на упоре 40, имеется зазор 41.

Приспособление 11 содержит корпус 42, в котором размещен золотник 43. Шток 44 золотника 43 кинематически соединен с механизмом управления (привода), который может быть ручным или с электродвигателем (механизм управления на чертеже не изображен). В сборе с корпусом 42 золотник образует межпоршеньковые полости 45, 46, 47, 48, 49 и торцевую камеру 50. Межпоршеньковые полости 45, 46, 47 соединены окнами 51, 52, 53 с маслопроводом 14, к которому подключена также торцевая камера 50. Маслопровод 18 масла высокого давления от насоса-регулятора 1 подведено к окну 37 автоматического затвора 10 и к окнам 54, 55, 56 приспособления 11. Межпоршеньковые полости 48 и 49 сообщены между собой отверстиями 57. Межпоршеньковая полость 46 окном 58 подключена к маслопроводу 19 подвода масла к приводу стопорного клапана. Межпоршеньковая полость 36 автоматического затвора 10 сообщена с маслопроводом 14 по маслопроводу 20 через окно 38 и межпоршеньковую полость 47 и окно 52. Окна 59 и 60 подключены маслопроводом 61 к торцевой камере 39.

Торцевая камера 25 сообщена маслопроводом 21 через отверстие 62 и окно 51 с маслопроводом 14. Между корпусом 42 и золотником 43 имеется зазор 63 (ход золотника).

На фиг. 3 изображена зависимость открытия окон 51, 52, 53, 54, 55, 56 и 59 приспособления 11 от относительного хода золотника 43. Точка в основании стрелки соответствует закрытому окну, а острие стрелки - полному открытию соответствующего окна. Цифра "0" на координате соответствует исходному положению золотника 43, изображенному на фиг. 2, цифра "1" - полному перемещению золотника 43 на величину 63 (нижнее по чертежу положение золотника 43).

Устройство обеспечивает защиту турбины по предельному повышению частоты вращения ротора. Конструкция устройства позволяет производить его расхаживания без отключения генератора от сети и без разгона турбины.

Рассмотрим принцип действия устройства. Турбина работает на номинальной частоте вращения. Насос-регулятор 1 подает напорное масло по маслопроводу 18 через окно 37 и межпоршеньковую полость 36 в маслопровод 19, по которому оно поступает в привод стопорного клапана и удерживает его в открытом положении.

При повышении частоты вращения ротора 2 до предельного значения центробежная сила бойка 23 преодолевает силу натяжения пружины 28 и боек астатически перемещается на величину 29 (до упора поршенька 22 в корпус 24). Кончик бойка 23 выступает из ротора 2 ударяет по защелке 34 и поворачивает ее вокруг оси 35 против часовой стрелки. При этом упор 40 защелки 34 соскальзывает с буртика 32 и золотник 31 под действием пружины 33 перемещается на величину 41, перекрывая окно 37 и открывая окно 38. Маслопровод 19 будет сообщен через межпоршеньковую полость 36 по маслопроводу 20 через межпоршеньковую полость 47 и окно 52 приспособления 11 с маслопроводом 14 слива масла в маслобак турбины. В результате давление масла в приводе стопорного клапана упадет, стопорный клапан закроется и перекроет подачу пара в турбину. Упор 40 и буртик 32 выполнены так, что защелка 34 остается в повернутом (против часовой стрелки) положении. Благодаря этому исключаются повторные удары бойка 3 регулятора безопасности 9 о защелку 34. К описанию взвода золотника 31 автоматического затвора 10 вернемся после рассмотрения режима расхаживания регулятора безопасности 9 и автоматического затвора 10.

Как следует из фиг. 2 при нормальной работе турбины напорное масло от насоса-регулятора 1 подведено также по маслопроводу 18 к окнам 51, 55 и 56 приспособления 11. Для расхаживания регулятора безопасности 9 и автоматического затвора 10 перемещают механизмом управления шток 47 золотника 43. При этом последовательно изменяется степень открытия окон 51, 52, 53, 54, 55, 56 и 59 приспособления 11. Как это изображено на фиг. 3.

На первой четверти хода золотника 43 закрывается окно 53 и на 50% хода - окно 52; на второй четверти хода закрывается полностью окно 52 и открывается окно 56. На третьей четверти хода золотника 43 открываются окна 55 и 59 и закрываются окна 51 и 56, и на последней четверти хода открывается окно 54. В результате последовательно отсекается слив масла от автоматического затвора 10 через окно 52, перекрывается слив масла из камеры 39 через окно 53, открывается подвод масла высокого давления из маслопровода 18 в камеру 39 через окно 56, отверстие 57 и окно 60, подводится масло высокого давления через окно 55 и окно 58 в маслопровод 19 подвода масла высокого давления в привод стопорного клапана в обвод автоматического затвора 10. К моменту открытия окна 54, через которое масло высокого давления поступает в торцевую камеру 25 регулятора безопасности 9, торцевая камера 39 автоматического затвора 10 надежно сообщена через окно 59 и торцевую камеру 50 со сливом маслопроводом 14. На последней четверти хода золотника 43 масло высокого давления, поступающее через окно 51 в камеру 25, сжимает пружину 28 и перемещает боек 23 на величину 29. При этом происходит срабатывание автоматического затвора 10 аналогично тому, как это происходит при срабатывании регулятора безопасности 9 при повышении частоты вращения ротора 2 турбины до предельно допустимого значения. Золотник 31 под действием пружины перемещается на величину 41, перекрывает окно 37 и открывает окно 38, однако поскольку окно 52, как указано выше, перекрыто поршеньком золотника 43, подрыв давления масла в маслопроводе 19 не происходит и стопорный клапан турбины остается в открытом положении.

При возвращении золотника 43 в исходное положение степень открытия окон 51, 52, 53, 54, 55, 56 и 59 изменяется в обратной последовательности. При этом закрывается окно 51, открывается слив масла из камеры 25 в маслопровод 14, подается масло высокого давления в торцевую камеру 39 и золотник 31 перемещается, сжимая пружину 33 на ход 41. Защелка 34 под действием своей пружины, вращающей защелку 34 по часовой стрелке, встанет упором 40 на буртик 32. Золотник 31 откроет окно 37 и закроет окно 38. При последующем движении золотника 43 окна 55 и 56 будут закрыты и окно 53 - открыто. В результате будет восстановлена подача масла высокого давления в привод стопорного клапана через автоматический затвор 10. Камера 39 будет сообщена со сливом маслопроводом 14. Таким образом произведено расхаживание регулятора безопасности 9, автоматического затвора 10 и приспособления 11 без отключения генератора от сети и без разгона ротора 2 до предельной частоты вращения. Начиная с этого момента, устройство обеспечивает защиту турбины по предельному повышению частоты вращения ротора 2, как это было рассмотрено выше.

Взведение автоматического затвора 10 после срабатывания устройства по предельному повышению частоты вращения должно производиться после того, как частота вращения ротора 2 турбины снизится до уровня, при котором боек 23 под действием пружины 28 переместится на величину 29 (в исходное положение). Для взведения золотника 31 необходимо переместить золотник 43 на половину хода 63 и затем возвратить его в исходное положение. При этом в камеру 41 будет подано масло высокого давления, которое обеспечит взвод золотника 31 с зацеплением защелки 34 и буртика 32.

В результате автоматический затвор 10 и устройство защиты турбины в целом готово к защите.

Литература
[1] Гидродинамическая система защиты турбины. А.с. 283235 от 16.07.69, F 01 D 17/20.

[2] Паровые турбины малой мощности КТЗ. Под редакцией В.И. Кирюхина. Москва, Энергоатомиздат, 1987, стр. 134, рис.7.1.

Устройство предназначено для защиты турбины. Устройство содержит насос-регулятор, регулятор безопасности, а также автоматический затвор и приспособление для расхаживания регулятора безопасности с золотниками. Межпоршеньковые полости золотников подключены маслопроводом к напору насоса-регулятора и к маслобаку турбины. Межпоршеньковые полости подключены также попарно к маслопроводу, соединенному с приводом стопорного клапана турбины, и к маслопроводу, соединенному с торцевой камерой. Регулятор безопасности и автоматический затвор расположены со стороны всаса насоса-регулятора. Насос-регулятор снабжен торсионом с отверстием под регулятор безопасности и золотник приспособления установлен в расточке, выполненной в корпусе и крышке подшипника соосно с ротором турбины. Золотник приспособления имеет четыре дополнительные межпоршеньковые полости, первая из которых подключена к напору насоса-регулятора и к приводу стопорного клапана, вторая - к напору насоса-регулятора и соединена гидравлически с третьей межпоршеньковой полостью, подключенной к торцевой камере автоматического затвора и вместе с торцевой камерой золотника приспособления - к маслобаку турбины. Причем межпоршеньковая полость золотника автоматического затвора подключена к маслобаку турбины через четвертую межпоршеньковую полость золотника приспособления. Такое выполнение устройства позволит повысить его эксплуатационную надежность. 3 ил.

Устройство защиты турбины, содержащее насос-регулятор, регулятор безопасности, автоматический затвор и приспособление для расхаживания регулятора безопасности с золотниками, межпоршеньковые полости которых подключены к напору насоса-регулятора и к сливу в маслобак турбины, а также попарно - к приводу стопорного клапана и к торцевой камере регулятора безопасности, отличающееся тем, что регулятор безопасности и автоматический затвор расположены со стороны всаса насоса-регулятора, для чего последний снабжен торсионом с отверстием под регулятор безопасности, золотник приспособления установлен в расточке, выполненной в корпусе и крышке подшипника соосно с ротором турбины, золотник приспособления имеет четыре дополнительные межпоршеньковые полости, первая из которых подключена к напору насоса-регулятора и к приводу стопорного клапана, вторая - к напору насоса-регулятора и соединена гидравлически с третьей межпоршеньковой полостью, подключенной к торцевой камере автоматического затвора и, вместе с торцевой камерой золотника приспособления, - к маслобаку турбины, причем межпоршеньковая полость золотника автоматического затвора подключена к маслобаку турбины через четвертую межпоршеньковую полость золотника приспособления.