БЫСТРОЗАПОРНОЕ УСТРОЙСТВО ТУРБИНЫ Российский патент 2003 года по МПК F01D17/10 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах защиты паровых турбин.

Быстрозапорные устройства турбин известны. В качестве быстрозапорных устройств турбин наиболее часто используют стопорные клапаны и быстрозапорные захлопки. Известен, например, стопорный клапан [1] - аналог.

Стопорный клапан - аналог - содержит паровой корпус и пристыкованный к нему корпус привода. В паровом корпусе установлены седло и чашка, отсекающая пар при срабатывании системы защиты турбины.

В корпусе привода расположены подпружиненный поршень и шток, соединяющий поршень с чашкой. При подаче силового масла в подпоршневую камеру поршень сжимает пружину и поднимает чашку, обеспечивая подвод свежего пара в турбину. При срабатывании системы защиты подпоршневая камера сообщается со сливом и масло под действием сил натяжения пружины и давления пара вытесняется в маслобак. Чашка при этом садится на седло и отсекает подвод пара в турбину.

К недостатку аналога относится его малое быстродействие, которое определяется скоростью вытеснения масла из подпоршеньковой камеры.

Прототипом изобретения является стопорно-регулирующий клапан, приведенный в [2].

Прототип содержит паровой корпус и корпус привода. В паровом корпусе запрессованы седло и направляющая втулка и расположена чашка. В корпусе привода размещены подпружиненный дифференциальный поршень с уплотняющим пояском и тарель с ответным пояском, образующие в корпусе кольцевую и подпоршневую камеры, подключенные к маслопроводу силового масла, и надпоршневую камеру, подключенную к сливному маслопроводу. В направляющей втулке установлен нагруженный второй пружиной шток, соединяющий тарель и чашку.

При подаче силового масла в кольцевую камеру происходит сжатие пружины дифференциального поршня и смыкание уплотняющих поясков, после чего давление масла в подпоршневой камере повышается и тарель с дифференциальным поршнем перемещаются, как одно целое, сжимая вторую пружину и поднимая чашку над седлом. Свежий пар при этом поступает в турбину.

При срабатывании системы защиты турбины давление масла в подпоршневой камере падает, пояски под действием первой пружины размыкаются и чашка под действием сил натяжения второй пружины и давления пара садится на седло и отсекает подвод пара в турбину. Вытеснение масла из подпоршневой камеры в маслобак при этом не происходит (имеет место лишь перетечки масла из подпоршневой в надпоршневую камеры), что обеспечивает высокое быстродействие стопорно-регулирующего клапана. Для нормального функционирования пояски дифференциального поршня и тарели должны плотно прилегать друг к другу, что обеспечивается их взаимной притиркой. Однако дифференциальный поршень ориентирован по оси расточки в корпусе привода, а тарель - по оси расточки направляющей втулки штока. Поскольку тарель прототипа выполнена заодно со штоком, плоскости поверхностей контакта поясков дифференциального поршня и тарели пересекаются друг с другом, что затрудняет их взаимную притирку. Кроме того, при последующих сборках притирку необходимо повторять вновь. Это является недостатком прототипа. Кроме того, недостатком прототипа является то, что при срабатывании системы защиты чашка с большой скоростью наносит удар по седлу, что может вывести седло и чашку из строя. В совокупности отмеченные недостатки нарушают функционирование и снижают надежность стопорно-регулирующего клапана - прототипа.

Цель изобретения - создать более надежное быстрозапорное устройство турбины, не имеющее отмеченных недостатков прототипа.

Указанная цель достигается тем, что быстрозапорное устройство турбины содержит паровой корпус и корпус привода. В паровом корпусе запрессованы седло и направляющая втулка и расположена чашка. В корпусе привода размещены подпружиненный дифференциальный поршень с уплотняющим пояском и тарель с ответным уплотняющим пояском, образующие в корпусе кольцевую и подпоршневую камеры, подключенные к маслопроводу силового масла и надпоршневую камеру, подключенную к сливному маслопроводу. В направляющей втулке установлен нагруженный второй пружиной шток, соединяющий тарель и чашку.

Новым является то, что в корпусе провода выполнено цилиндрическое углубление, тарель снабжена ответным цилиндрическим выступом, входящим в углубление корпуса с небольшим радиальным зазором при закрытом устройстве и выходящим из него - при открытом устройстве.

Тарель соединена со штоком сферическим подшипником, что дает ей возможность поворачиваться вокруг подшипника в пределах, необходимых для плотного взаимного прилегания поясков дифференциального поршня и тарели. Пружина дифференциального поршня оперта на шток, для чего шток снабжен проставкой с буртиком. Между буртиком и тарелью выполнен зазор, в результате чего буртик ограничивает угол поворота тарели вокруг подшипника так, чтобы между цилиндрическим выступом тарели и боковой поверхностью углубления в корпусе оставался зазор.

При подаче силового масла в кольцевую камеру происходит сжатие пружины дифференциального поршня и смыкание уплотняющих поясков, после чего давление масла в подпоршневой камере повышается и тарель с дифференциальным поршнем перемещается в корпусе привода, как одно целое, сжимая вторую пружину и поднимая чашку над седлом. Цилиндрический выступ тарели по мере перемещения тарели выходит из углубления в корпусе привода. Свежий пар поступает в турбину.

При срабатывании системы защиты турбины давление масла в подпоршневой камере падает, пояски под действием первой пружины размыкаются и тарель и шток под действием сил натяжения второй пружины и давления пара с большой скоростью перемещаются в сторону закрытия (посадки на седло) чашки. На последней части пути цилиндрический выступ тарели входит в углубление в корпусе привода и вытесняет через радиальный зазор масло, находящееся в углублении. При этом происходит торможение подвижных деталей быстрозапорного устройства турбины и ослабление силы удара чашки по седлу.

Совокупность предложенных конструктивных решений существенно повышает надежность быстрозапорного устройства турбины.

Схема предлагаемого быстрозапорного устройства турбины изображена на прилагаемом чертеже.

Быстрозапорное устройство турбины содержит паровой корпус 1 и пристыкованный к нему корпус 2 привода. В корпусах 1, 2 запрессованы седло 3 и направляющая втулка 4 и размещены чашка 5, дифференциальный поршень 6 с уплотнительным пояском 7, нагруженный пружиной 8, а также тарель 9 с уплотнительным пояском 10. В сборе с корпусом 2 поршень 6 и тарель 9 образуют кольцевую камеру 11, подпоршневую камеру 12 и надпоршневую камеру 13.

Камера 11 подключена к маслопроводу 14 силового масла напрямую, и камера 12 - через дроссельную диафрагму 15. Камера 13 подключена к сливному маслопроводу 16.

В направляющей втулке 4 установлен шток 17, нагруженный пружиной 18. Шток 17 соединен с чашкой 5 и сферическим подшипником 19 с тарелью 9. В корпусе 2 выполнено цилиндрическое углубление 20 и на тарели 9 - ответный цилиндрический выступ 21, входящий в углубление 20 с радиальным зазором 22. Пружина 8 нагружает шток 17, для чего последний снабжен проставкой 23 с буртиком 24. Между буртиком 24 и тарелью 9 выполнен зазор 25. Буртик 24 ограничивает поворот тарели 9 вокруг подшипника 19 так, чтобы был исключен контакт поверхностей углубления 20 и выступа 21. Фланец 26 корпуса 1 подключен к паропроводу 27 свежего пара, фланец 28 - к паровпуску турбины (на чертеже не изображен).

Ход 29 поршня 6 определяет высоту подъема чашки 5 над седлом 3, т.е. является также ходом быстрозапорного устройства турбины.

Быстрозапорное устройство турбины работает следующим образом.

Для включения в работу быстрозапорного устройства турбины в маслопровод 14 подают силовое масло, которое поступает в кольцевую камеру 11 и через дроссельную диафрагму 15 - в подпоршневую камеру 12, из которой сливается через разомкнутые пояски 7 и 10 и через камеру 13 - сливается в маслопровод 16.

Под действием давления масла в камере 11 поршень 6, сжимая пружину 8, перемещается на ход 29, пояски 7 и 10 соприкасаются, тарель 11 усилием поршня 6 поворачивается вокруг подшипника 19 так, что контактирующие поверхности поясков 7 и 10 плотно прижимаются друг к другу. Камера 12 при этом становится герметичной и давление масла в ней повышается. В результате поршень 6 и тарель 9, как одно целое, перемещаются на ход 29 (до упора поршня 6 в корпус 2), поднимая соответственно чашку 5 над седлом 3, и обеспечивают подвод свежего пара в паровпуск турбины. Начиная с некоторого положения по ходу 29, выступ 21 выходит из углубления 20 в корпусе 2.

При срабатывании системы защиты давление силового масла в маслопроводе 14 исчезает и пояски 7, 10 под действием силы натяжения пружины 8 размыкаются, тарель 9 под действием силы натяжения пружины 18 и силы давления пара на шток 17 перемещается на ход 29 (до соприкосновения чашки 5 с седлом 3 и их плотного прижатия друг к другу). При этом подвод пара в паровпуск турбины отсекается.

При движении тарель 9 перемещает масло из подпоршневой камеры 12 через зазор между поясками 7 и 10 в надпоршневую камеру 13 с минимальным гидравлическим сопротивлением, что обеспечивает высокое быстродействие устройства.

В процессе движения тарель 9 может самопроизвольно разворачиваться вокруг сферического подшипника 19, однако буртик 24 допускает это лишь в пределах зазора 25. Зазор 22 при этом изменится, однако выступ 21 войдет в углубление 20 без жесткого удара (металл по металлу) в корпус 2. При этом выступ 21 выдавливает масло из углубления 20 через зазор 22 в подпоршневую камеру 12, что на этом участке пути гасит скорость движения тарели 9, штока 17 и чашки 5 и снижает силу удара чашки 5 при ее соприкосновении с седлом 3.

На Калужском турбинном заводе разработаны рабочие чертежи, изготовлен и успешно прошел испытания на заводских стендах опытный образец быстрозапорного устройства турбины (быстрозапорная захлопка). Научно-технический Совет ОАО "КТЗ" в сентябре 2001 года принял решение (протокол НТС завода 31-25/0509 от 5.09.2001) об использовании разработанного устройства в выпускаемых и модернизируемых заводом турбинах, а также о его патентовании в установленном порядке.

Источники информации
1. А.В. Щегляев и С.Г. Смельницкий. Регулирование паровых турбин. М.-Л.: Энергоиздат, 1962, с. 242, рис.12-4.

2. Авторское свидетельство СССР 1444543, F 01 D 17/20.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах защиты паровых турбин. Устройство содержит паровой корпус и корпус привода, в которых запрессованы седло и направляющая втулка и размещены чашка, подпружиненный поршень с уплотняющим пояском и тарель с ответным уплотняющим пояском. В корпусе привода образованы кольцевая и подпоршневая камеры, подключенные к маслопроводу силового масла. Надпоршневая камера подключена к сливному маслопроводу. Шток установлен в направляющей втулке, нагружен второй пружиной и соединяет тарель и чашку. В корпусе привода выполнено цилиндрическое углубление. Тарель снабжена ответным цилиндрическим выступом, входящим в углубление, и соединена со штоком сферическим подшипником. Пружина дифференциального поршня оперта на шток. Шток снабжен проставкой с буртиком. Между буртиком и тарелью имеется зазор. Изобретение позволяет повысить надежность устройства. 1 ил.

Быстрозапорное устройство турбины, содержащее паровой корпус и корпус привода, в которых запрессованы седло и направляющая втулка и размещены чашка, подпружиненный дифференциальный поршень с уплотняющим пояском и тарель с ответным уплотняющим пояском, образующие в корпусе привода кольцевую и подпоршневую камеры, подключенные к маслопроводу силового масла, и надпоршневую камеру, подключенную к сливному маслопроводу, а также установленный в направляющей втулке и нагруженный второй пружиной шток, соединяющий тарель и чашку, отличающееся тем, что в корпусе привода выполнено цилиндрическое углубление, тарель снабжена ответным цилиндрическим выступом, входящим в углубление корпуса, и соединена со штоком сферическим подшипником, пружина дифференциального поршня оперта на шток, для чего последний снабжен проставкой с буртиком, причем между буртиком и тарелью имеется зазор.