ПАРОВПУСК ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2003 года по МПК F01D17/26 

Изобретение относится к области паровпуска паровых турбин, преимущественно для турбин, работающих на низкопотенциальном геотермальном паре с относительно большими объемными расходами пара и содержащими большое количество растворимых и нерастворимых солей.

Устройства паровпуска паровых турбин известны. Известен, например, паровпуск [1] -аналог с парораспределительным органом в виде расположенного в клапанной коробке соплового парораспределения. Паровпуск-аналог содержит траверсу, подвешенную в клапанной коробке на двух штоках, выходящих наружу через направляющие втулки, запрессованные в крышке клапанной коробки. В клапанной коробке запрессованы седла, каждое из которых соединено по пару со своей группой сопел в сопловой камере турбины. Степень парциальности менее 0,5. Регулирующие клапаны подвешены на траверсе. Управление расходом пара в турбину осуществляется за счет изменения открытия регулирующих клапанов путем синхронного перемещения штоков относительно направляющих втулок.

Паровпуск-аналог имеет большое гидравлическое сопротивление, обусловленное большим количеством резких поворотов и сжатий-расширений потока пара и малой степени парциальности. Это приводит к снижению экономичности турбины на номинальном режиме ее работы. Открытие-закрытие регулирующих клапанов аналога осуществляется при поступательном движении штоков в направляющих втулках. Из-за большого содержания солей в геотермальном паре может произойти заклинивание штоков, что также является недостатком паровпуска-аналога. Кроме того, из-за больших объемных расходов пара в геотермальных турбинах выполнить паровпуск, подобный аналогу, практически затруднительно.

Наиболее близким аналогом, прототипом настоящего изобретения, является паровпуск [2] паровой турбины К-17.

Паровпуск-прототип содержит два парораспределительных органа, симметрично расположенных относительно корпуса турбины и подключенных по пару к приемным патрубкам общей для них сопловой камеры. Парораспределительные органы выполнены в виде двухседельных регулирующих клапанов, расположенных в седлах, запрессованных в корпусах клапанов. Штоки клапанов выведены из корпусов наружу (для подсоединения к сервомоторам) через направляющие втулки.

Управление расходом пара в турбину осуществляется за счет изменения открытия регулирующих клапанов путем поступательного перемещения штоков относительно направляющих втулок.

Преимущество прототипа заключается в том, что в нем предусмотрен полный подвод пара из сопловой камеры в турбину (степень парциальности 1,0), благодаря чему экономичность турбины, снабженной паровпуском-прототипом, на номинальной мощности более высокая, чем у турбины с паровпуском-аналогом.

Тем не менее, паровпуск-прототип, как и аналог, недостаточно экономичен из-за большого количества поворотов и сжатий-расширений потока пара, что является его недостатком. В прототипе сохранились и остальные недостатки аналога: недостаточная надежность из-за поступательного перемещения штоков в направляющих втулках и трудность в практической реализации паровпуска применительно к турбинам, работающим с относительно большими объемными расходами геотермального пара.

Цель изобретения заключается в создании паровпуска паровой турбины, не имеющего отмеченных недостатков.

Указанная цель достигается следующим образом.

Паровпуск паровой турбины содержит два парораспределительных органа, симметрично расположенных относительно корпуса турбины и подключенных по пару к приемным патрубкам общей для них сопловой камеры турбины. Новым является то, что каждый парораспределительный орган выполнен в виде поворотной регулирующей заслонки и снабжен соосно установленной перед заслонкой поворотной быстрозапорной захлопкой. Каждая заслонка и захлопка содержит подвижную буксу, подпружиненный отсечной золотник, неподпружиненный торец которого образует в расточке буксы, в которой он расположен, замкнутую камеру, а также блокирующий золотник и сервомотор. Сервомотор заслонки соединен силовым рычагом с приводным валом заслонки, и сервомотор захлопки соединен с ее силовым рычагом. Кроме того, каждый из сервомоторов соединен рычагами обратной связи с буксой своего отсечного золотника. Рабочие полости сервомоторов подключены через межпоршеньковые полости отсечных золотников к маслопроводам масла высокого и низкого давления, замкнутые камеры отсечных золотников подключены к маслопроводу масла системы защиты турбины напрямую, а также через межпоршеньковые полости блокирующих золотников. При этом межпоршеньковая полость блокирующего золотника захлопки подключена к маслопроводу масла системы защиты через межпоршеньковую полость блокирующего золотника заслонки. Захлопка и заслонка установлены на фундаменте на гибких опорах.

Схема предлагаемого паровпуска паровой турбины изображена на чертежах. На фиг.1 изображена общая компоновка паровпуска относительно корпуса турбины (поперечный разрез по сопловой камере турбины), на фиг.2 - продольный разрез одного из парораспределительного органа с элементами управления и защиты и гидравлическими и механическими связями между ними. Второй парораспределительный орган паровпуска идентичен с первым, поэтому продольный разрез второго парораспределительного органа в материалах настоящей заявки на изобретение не представлен.

На фиг.1: паровпуск паровой турбины содержит парораспределительные органы 1, 2, подключенные по пару 3 к приемным патрубкам 4, 5 сопловой камеры 6 корпуса 7 турбины. Регулирующие органы 1, 2 установлены на фундаменте 8 на гибких опорах 9. Регулирующий орган 1 содержит регулирующую заслонку 10 и быстрозапорную захлопку 11 поворотного типа, сервомоторы 12, 13, контроллеры 14, 15. Парораспределительный орган 2 идентичен парораспределительному органу 1, поэтому его состав на чертеже не указан.

На фиг. 2: быстрозапорная захлопка 11 установлена по ходу пара 3 перед регулирующей заслонкой 10. Заслонка 10 содержит корпус 16 и расположенный в нем на приводном валу 17 поворотный диск 18. Приводной вал 17 жестко соединен с рычагом 19.

Быстрозапорная захлопка 11 содержит корпус 20, запрессованное в нем седло 21, а также тарелку 22, подвешенную в корпусе 20 на рычаге 23 на приводном валу 24. Рычаг 25 жестко соединен с приводным валом 24. Штоки 26, 27 сервомоторов 12, 13 соединены с рычагами 28, 29 обратной связи, опоры которых 30, 31 закреплены серьгами на корпусах 16, 20, а также с рычагами 19, 25.

Корректоры 14, 15 содержат подвижные буксы 32, 33 с упорами 34, 35, расположенные в их расточках отсечные золотники 36, 37, пружины 38, 39, а также блокирующие золотники 40, 41 с отростками 42, 43. Буксы 32, 33 соединены серьгами с рычагами 28, 29. Неподпружиненные торцы отсечных золотников 36, 37 образуют в буксах 32, 33 замкнутые камеры 44, 45. Межпоршеньковые полости 46, 47, 48 и 49, 50, 51 отсечных золотников 36, 37 каналами 52, 53 и 54, 55 сообщены с рабочими полостями 56, 57 и 58, 59 и с маслопроводом 60 масла высокого и с маслопроводом 61 масла низкого давления. Блокирующие золотники 40, 41 образуют межпоршеньковые полости 62, 63. Маслопровод 64 масла системы защиты подключен через окно 65 к межпоршеньковой полости 62, а также напрямую через окна 66, 67 подвижных букс 32, 33 к их замкнутым камерам 44, 45. Межпоршеньковая полость 63, а также замкнутая камера 44 подключены маслопроводом 68 к окну 69. Замкнутая камера 45 подключена к окну 70 маслопроводом 71.

Парораспределительный орган 1 работает следующим образом.

Элементы парораспределительного органа 1 изображены в положении, соответствующем номинальной мощности турбины. Пар 3 протекает через корпус 20 и корпус 16 в сопловую камеру 6 паровой турбины с минимальным количеством поворотов и сжатия-расширения потока пара 3, что обеспечивает более высокую экономичность турбины. Масло высокого давления из маслопровода 60 подведено в межпоршеньковые полости 47, 50 и масло низкого давления - по маслопроводу 61 подведено в межпоршеньковые полости 46, 48 и 49, 50 отсечных золотников 36, 37. Масло системы защиты из маслопровода 64 подведено в межпоршеньковую полость 62 и через окна 66, 67 - в замкнутые камеры 44, 45.

Давление масла системы защиты в замкнутых камерах 44, 45 прижимает отсечные золотники 36, 37 к отросткам 42, 43. Рабочие полости 56, 57 и 58, 59 сервомоторов 12 и 13 заполнены маслом и отсечены поршеньками отсечных золотников 36, 37 от их межпоршеньковых полостей.

Управление открытием-закрытием заслонки 10 осуществляется механизмом управления (не изображен), соединенным с блокирующим золотником 40, путем перемещения вверх-вниз (по чертежу) блокирующего золотника 40.

При перемещении блокирующего золотника 40 вверх отсечной золотник 36, под действием силы давления масла в камере 44 на его торец, также перемещается вверх, оставаясь в силовом контакте с отростком 42. При этом масло высокого давления из межпоршеньковой полости 47 поступает по перепускному каналу 52 в нижнюю рабочую полость 57, в то время как верхняя рабочая полость 56 сервомотора 12 по каналу 53 сообщается с межпоршеньковой полостью 46 и, следовательно, с маслопроводом 61 масла низкого давления. Под действием перепада давлений масла в рабочих полостях 56 и 57 поршень сервомотора 12 перемещается вверх и его шток 26 поворачивает рычагом 19 приводной вал 17 и закрепленный на нем поворотный диск 18 по часовой стрелке (по чертежу), увеличивая проходное сечение заслонки 10. Соответственно увеличивается расход пара 3 в сопловую камеру турбины. При этом рычаг 28 обратной связи вращается также по часовой стрелке вокруг опоры 30 и поджимает буксу 32 вслед за отсечным золотником 36. Движение будет продолжаться до тех пор, пока поршеньки отсечного золотника 36 не отсекут рабочие полости 56, 57 сервомотора 12. При этом наступит новый установившийся режим, при котором турбина будет вырабатывать большую мощность (при работе на общую электрическую сеть), или произойдет увеличение частоты вращения турбины (при работе на холостом ходу или на индивидуальную нагрузку).

При перемещении блокирующего золотника 40 вниз процесс управления будет протекать аналогичным образом, но в противоположном направлении: масло высокого давления поступит в рабочую 56, рабочая полость 57 будет подключена к маслопроводу 61 масла низкого давления. Поршень сервомотора 12 будет перемещаться вниз, уменьшая проходное сечение заслонки 10 и перемещая буксу 32 вниз до тех пор, пока поршеньки отсечного золотника 36 не отсекут рабочие полости 56, 57 сервомотора 12 от маслопроводов 60 и 61. При этом наступит новый установившийся режим работы турбины с меньшей, чем было раньше, мощностью или пониженной частотой.

Контроллер 15 быстрозапорной захлопки 11 также имеет аналогичный механизм управления, который на чертеже не изображен. Перемещая блокирующий золотник 41 вниз-вверх, можно осуществлять прикрытие-открытие тарелки 22 захлопки 11 на работающей турбине и обеспечивать тем самым расхаживание захлопки 11.

Управление захлопкой 11 осуществляется также, как и заслонкой 10. При перемещении блокирующего золотника 41 вниз золотник 37 подает масло высокого давления в верхнюю рабочую полость 57 и сообщает нижнюю рабочую полость 58 контроллера 14 с маслопроводом 61 масла низкого давления. Поршень сервомотора 13 перемещается вниз, и его шток вращает рычаг 25 вокруг приводного вала 24 на прикрытие тарелки 22. Рычаг 29 перемещает буксу 33 вниз до тех пор, пока отсечной золотник 37 не отсечет рабочие полости 57, 58 сервомотора 13 от масла в маслопроводах 60, 61.

При перемещении блокирующего золотника 41 вверх отсечной золотник 37 под действием силы давления масла в замкнутой камере 45 также перемещается вверх вслед за отростком 43. Поршень сервомотора 13 перемещается вверх, открывает тарелку 22 и перемещает буксу 33 вслед за отсечным золотником 37 до тех пор, когда сервомотор 13 будет отсечен от масла в маслопроводах 60 и 61.

При срабатывании системы защиты турбины масло в маслопроводе 64 и, следовательно, в замкнутых камерах 44, 45 исчезает, и отсечные золотники 36, 37 под действием пружин 38, 39 перемещаются вниз до упоров 34 и 35, перекрывая при этом окна 66, 67. Смещение золотников 36, 37 относительно букс 32, 33 вызывает, как это рассмотрено выше, перемещение поршней сервомоторов 12, 13 вниз на закрытие поворотного диска 18 и тарелки 22. Блокирующие золотники 40, 41, положение которых определяется командами их механизмов управления и не зависит от срабатывания системы защиты турбины, останутся в прежних положениях, соответствующих открытой заслонке 10 и открытой захлопке 11. При этом окна 69 и 70 перекрыты поршеньками блокирующих золотников 40, 41. Упомянутые окна 69, 70 открыты только при крайних нижних положениях блокирующих золотников 40, 41, соответствующих исходным состояниям при закрытой заслонке 10 и 11. Поэтому повторное открытие заслонки 10 и захлопки 11 возможно лишь после перевода блокирующих золотников 40, 41 в крайнее нижнее, исходное положение. Это исключает несанкционированное открытие заслонки 10 и захлопки 11 после срабатывания системы защиты турбины и повторного включения системы защиты турбины (и появления масла в маслопроводе 64). Для открытия заслонки 10 после срабатывания системы защиты турбины достаточно перевести блокирующий золотник 40 в исходное (нижнее) положение, при котором будет открыто окно 69. При включении системы защиты турбины и появлении масла в маслопроводе 64 через окно 65, межпоршеньковую полость 62 и окно 69 масло поступит в замкнутую камеру 44 и, сжимая пружину 38, переместит отсечной золотник 36 вверх, до упора в отросток 42. После этого для открытия заслонки 10 достаточно перемещать золотник 40 вверх, причем положение блокирующего золотника 41 на процесс открытия заслонки 10 влияния не оказывает. Возможность управления заслонкой 10 при закрытой захлопке 11 позволяет производить ее расхаживание перед пуском при закрытой захлопке 11. Поскольку подвод масла системы защиты из маслопровода 64 в полость 46 осуществляется через окно 69, маслопровод 68, межпоршеньковую полость 63, окно 70 и маслопровод 71, то для открытия захлопки 11 необходимо открыть не только окно 70, но и окно 69. Иными словами, необходимо оба блокирующих золотника 40 и 41 после срабатывания системы защиты турбины перевести в нижнее, исходное положение. При этом давление масла системы смазки в камере 45 поднимает золотник 37 вверх до упора в отросток 43. Открытие захлопки 11 осуществляется за счет перемещения вверх блокирующего золотника 41.

Рассмотренная схема позволяет расхаживать захлопку 11 при закрытой заслонке 10. Взведение захлопки 11 при открытой, в том числе частично открытой, заслонке 10 невозможно, что повышает надежность турбины.

Гибкие опоры 9 компенсируют тепловые расширения парораспределительных органов 1, 2 и корпуса турбины и воспринимают радиальные силы и крутящие моменты от главных паропроводов на паровую турбину.

Предлагаемый паровпуск паровой турбины более надежен, чем прототип. Гидравлическое сопротивление меньше, чем у прототипа.

Литература
[1] . Паровые турбины малой мощности КТЗ. Под редакцией В.И. Кирюхина. Москва, Энергоатомиздат, 1987, с. 40, рис. 3.5.

[2] . Паровые турбины малой мощности КТЗ. Под редакцией В.И. Кирюхина. Москва, Энергоатомиздат, 1987, с. 40, рис. 3.6.

Паровпуск паровой турбины содержит два идентичных парораспределительных органа, симметрично расположенных относительно корпуса турбины и подключенных по пару к приемным патрубкам общей для них сопловой камеры турбины. Каждый парораспределительный орган выполнен в виде поворотной регулирующей заслонки и снабжен соосно установленной перед заслонкой поворотной быстрозапорной захлопкой, каждая из которых содержит подвижную буксу, подпружиненный отсечной золотник, подпружиненный торец которого образует в расточке буксы замкнутую камеру, а также блокирующий золотник и сервомотор, соединенный рычагом с приводным валом заслонки или захлопки и рычагом обратной связи - с буксой. При этом рабочие полости сервомоторов подключены через межпоршеньковые полости отсечных золотников к маслопроводам масла высокого и низкого давления, замкнутые камеры подключены к маслопроводу масла системы защиты турбины напрямую, а также через межпоршеньковые полости блокирующих золотников. Причем межпоршеньковая полость блокирующего золотника захлопки подключена к маслопроводу системы защиты турбины через межпоршеньковую полость блокирующего золотника заслонки. Парораспределительные органы установлены на гибких опорах. Паровпуск имеет повышенную надежность и минимальное гидравлическое сопротивление. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Паровпуск паровой турбины, содержащей два парораспределительных органа, симметрично расположенных относительно корпуса турбины и подключенных по пару к приемным патрубкам общей для них сопловой камеры турбины, отличающийся тем, что каждый парораспределительный орган выполнен в виде поворотной регулирующей заслонки и снабжен соосно установленной перед заслонкой поворотной быстрозапорной захлопкой, каждая из которых содержит подвижную буксу, подпружиненный отсечной золотник, неподпружиненный торец которого образует в расточке буксы замкнутую камеру, а также блокирующий золотник и сервомотор, соединенный рычагом с приводным валом заслонки или захлопки и рычагом обратной связи - с буксой, при этом рабочие полости сервомоторов подключены через межпоршеньковые полости отсечных золотников к маслопроводам масла высокого и низкого давления, замкнутые камеры подключены к маслопроводу масла системы защиты турбины напрямую, а также через межпоршеньковые полости блокирующих золотников, причем межпоршеньковая полость блокирующего золотника захлопки подключена к маслопроводу системы защиты турбины через межпоршеньковую полость блокирующего золотника заслонки. 2. Паровпуск по п. 1, отличающийся тем, что парораспределительные органы установлены на гибких опорах.