БУКСА РЕГУЛИРУЮЩЕГО КЛАПАНА Российский патент 2003 года по МПК F16K1/06 F01D17/14 

Изобретение относится к теплоэнергетическому машиностроению, в частности к турбостроению. Известна букса регулирующего клапана, которая является одной из основных деталей парораспределения (см. л.1, стр. 96-101). Запрессованная в крышку паровой коробки букса предназначена для размещения в ней штока, передающего усилие от рамки к клапану. Букса служит корпусом лабиринтового уплотнения штока и организации отсосов пара в верхней части. Вторым назначением в парораспределении буксы, ее нижней цилиндрической части - выполнять роль направляющей для нижней части клапана.

В эксплуатации турбин высокого давления АО "ЛМЗ" и АО "УТМЗ" разгруженных и неразгруженных клапанов имели и имеют место обрывы штоков, как правило, в районе первых от галтели витков резьбы и по резьбе в плоскости торца гайки, на которой подвешен шток. Имеются и другие места обрыва.

Направляющая поверхность клапана, находясь внутри буксы, частично защищается от динамики бокового потока пара, поступающего в паровую коробку.

Одним из параметров при проектировании является зазор между нижней направляющей клапана и буксой, определяемый до 0,35-0,45 мм (см. л.2, стр. 179).

Данный параметр назван для тех турбин, где зазор между нижней направляющей клапана и буксой меньше зазора между штоком и буксой, составляющий 0,30-0,40 мм.

Конструктивно зазор между штоком и буксой должен определяться максимальным уменьшением самого диаметра штока с естественным уменьшением общей площади проходного сечения для выхода пара из паровой коробки в атмосферу и относительным удлинением направляющей штока, полным совпадением действия сил с осью штока, исключая его защемление (см. л.3, стр. 164-166).

В клапане "при боковом подводе пара полностью нарушается осевая симметрия течения при геометрически осесимметрическом канале. В результате клапан испытывает большие динамические усилия по всем трем направлениям, что приводит к преждевременному износу всех подвижных деталей системы парораспределения, а в некоторых случаях, и к их разрушению" (см. л.4, стр. 53). Возникает вопрос зазора на диаметре А между нижней частью клапанами и буксой.

Вопрос зазора между клапаном и буксой не может быть двухзначным, т.е. меньшим, чем зазор между штоком и буксой, или большим.

Определяющими параметрами при проектировании является, естественно, надежность, резкое сокращение стоимости узлов и деталей, уменьшение протоков пара по штоку.

Отсюда все исследования по устойчивой работе при наличии существующих недостатков: заклинивание, обрыв штоков, низкая ремонтопригодность, слабый уровень технического состояния с функциональными характеристиками, сложность конструкций с несоответствием требований надежности и качества - приводят именно в данной конструкции к зазору между нижней направляющей клапана и буксой в сторону его минимального значения.

Зазор больше определяется технологией, расчетом для разгруженных клапанов, безусловно, с резким уменьшением диаметра штока, доведением зазора до скользящей посадки.

Зазор между штоком и буксой в верхней части должен быть приведен в соответствие с зазором между нижней направляющей клапана и буксой, где первый больше второго.

Из вышесказанного следует вторично отметить, что зазор между буксой и нижней направляющей клапана должен быть близок по посадке с зазором, приближаясь после предварительных опытных проверок к посадке с натягом (см. л.5, стр. 714-725).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому уровню является регулирующий клапан RU 2109143 С1, F 01 D 17/10 20.04, 1998 (8 л. ) (фиг.1), в котором букса регулирующего клапана установлена в крышке паровой коробки, имеет по оси отверстие для направления движения штока-шпинделя, канал для подвода свежего пара, нижнюю цилиндрическую направляющую клапана, служащую защищающей стенкой от динамических усилий бокового потока пара на клапан. Данный регулирующий клапан принимаем за прототип. Недостатками известного регулирующего клапана являются возможность заклинивания клапана, высокий коэффициент трения при движении клапана и невозможность удержания клапана в ядре потока, и т.д.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков за счет придании буксе цанговых функций центрирующего компенсатора при перекосах, что снижает коэффициент трения, повышает ремонтопригодность клапана, экономичность, надежность и долговечность его работы.

Технический результат достигается тем, что в буксе регулирующего клапана, установленной в крышке паровой коробки, имеющей по оси отверстие для направления движения штока-шпинделя, канал для подвода свежего пара, нижнюю направляющую клапана, служащую защищающей стенкой от динамических усилий бокового потока пара на клапан, выполнены пазы, разделяющие ее направляющую нижнюю часть на пружинящие лепестки, исключающие заклинивание и выход клапана из ядра потока.

Сущность изобретение заключается в модернизации цилиндрической части буксы за счет придания ей формы с пазами, разделяющими цилиндрическую часть на отдельные лепестки.

Выполненная форма позволяет исключить влияние геометрических величин за счет придания буксе цанговых функций центрирующего компенсатора при перекосах.

Изобретение поясняется фиг. 2, 3, 4, 5, где на фиг.2 изображен регулирующий клапан в разрезе в открытом положении,
на фиг.3 - регулирующий клапан в закрытом положении,
на фиг.4 - букса в исходном положении для выполнения операций,
на фиг.5 - вариант выполнения буксы с шестью пазами. в продольном разрезе,
на фиг.6 - то же, что и на фиг.5 в поперечном разрезе.

Клапан имеет паровую коробку 5, крышку 2, клапан 6, седло 7, шток 3, установленный в буксу 1, запрессованную в крышку, имеющую по оси отверстие для направления движения штока 3, канал "Т" для подвода свежего пара с отверстиями в стенке, нижнюю цилиндрическую расточенную направляющую буксы для нижней направляющей клапана, служащую защитной стенкой от динамических усилий бокового потока пара на клапан 6, фиксатор 4, который служит замком для соединения клапана 6 со штоком 3 в осевом направлении и предохраняет его от поворота при обтекании потоком рабочего тела.

Изобретение, показанное на фиг.2, 3, 4, 5 содержит те же позиции элементов, что и в прототипе на фиг.1.

Изобретением решается задача уменьшения зазора между нижней частью клапана 6 и буксой 1 (фиг.2), как определяющего фактора всей модернизации за счет выполнения в цилиндрической части пазов (фиг.2, 3, 5), меняющих как внутреннее трение с затухающими свободными колебаниями клапана, так и внешнее трение пары при относительном перемещении с определенной силой сопротивления.

Модернизация цилиндрической части заключается в организации изменения нижней части буксы 1, придавая ей форму с пазами, начинающимися с отверстий "Т", выполненных в верхней цилиндрической части до нижнего торца буксы.

Число пазов может быть любое, например от трех до тринадцати. Четное число выполнить технологичней, предпочтительно иметь нечетное количество, например 9, пазов для лучшей центровки клапана 6 в буксе 1 (фиг.2, 3).

Пазы делят буксу на пружинистые лепестки, а их работа при движении в них клапана 6 с минимальным зазором и скольжением предотвращает заклинивание, чем и определяет технический результат поставленной задачи.

Пазы нивелируют термические отклонения расположения клапана 6 и буксы 1 даже при скользящей посадке. Посадка с зазором определяется по внутреннему диаметру буксы Б (фиг.5).

Золотниковое поршневое размещение клапана 6 в буксе 1, омываемой со всех сторон паровой плазмой, без собственного движения, исключает отрицательный дефект агломерации. Естественно, внутренний диаметр буксы А, Б (фиг.4, 5) на всей цилиндрической части постоянен, а наружная стенка конусная. Кроме того, букса внутри имеет расточку "Е", нижняя кромка которой стоит ниже верхней кромки клапана 6 в закрытом положении (фиг.3).

Наличие пазов завершит работу по уменьшению зазора между буксой 1 и нижней направляющей частью клапана 6, усовершенствование этого решения будет заключаться в его оптимальности. Далее идут проработки конструктивного направления узлов и деталей от буксы 1 и клапана 6 до сервопривода, ибо внедрение оптимального зазора в производство приведет к полной реконструкции всего парораспределения.

Точное центрирование по трем точкам трех лепестков будет оптимальным в определенных случаях, лепестки в работе будут передавать центровку по кругу, но всегда удерживать клапан 6 в центрирующем положении. Выполнение и применимость пар очевидна.

Данная форма буксы 1 (фиг.5) не ограничивается линейными параметрами и геометрией пары, т.е. форма применима на всех известных конструкциях.

Модернизация позволяет устремить клапан в ядро потока пара, исключает автоколебания от пульсации пара и вибрации, центровка же по технологии сборки легко проверяема.

В этом плане перспективы эксплуатации пары предпочтительны от статики до динамики (фиг.3), например, при сбросе нагрузки.

Движение в сторону закрытия парораспределения гарантировано (фиг.3).

Снижение коэффициента трения в клапане при движении (лит.5), снижение трения скольжения в плазме (лит. 6).штока 3 в верхней части буксы 1, концентричная установка, исключающая заклинивание клапана 6 в буксе 1, уменьшение диаметра штока 3, упрощение всего механизма парораспределения, схемы отсосов, исключение окалины, агломерации, оптимальный выбор зазоров с расчетными характеристиками в подвижных деталях, технологичность - вот перечень конструктивных преимуществ изобретения.

Экономическая составляющая изобретения содержит уменьшение протечек пара с упрощением схемы отсосов, удешевлением выполнения всех деталей, элементов парораспределения от привода до клапана, максимальное приближение характеристики парораспределения к проектно-расчетному по неравномерности и нечувствительности.

Эффективность использования изобретения в части модернизации самой буксы 1 кроется в простоте выполнения пазовой части и сводится к несложным механическим операциям.

Проект модернизации существующих букс находящихся в эксплуатации турбин прост и легко выполним в условиях станции, что определяет высокую ремонтопригодность узла.

По завершении модернизации и необходимости пружинистая букса легко испытывается расклиниванием на установке с гидропрессом усилием, в несколько раз превышающим предполагаемое теоретическое заклинивание. Цанговое исполнение нижней части буксы кроет в себе определенные рациональные решения как объединение лепестков в пакеты центрирующего компенсатора при термических влияниях на геометрические величины всего устройства, перспективное выполнение обратноконусной цанги, в которой диаметр расточки буксы от отверстий будет уменьшаться, создавая натяг.

Учтена возможность работы пара в загрязненной среде без заклинивания, исключено техобслуживание в межремонтный период, увеличина долговечность.

Таким образом, изобретение решает задачу упрощения схемы парораспределения при новом проектировании, модернизации и реконструкции эксплуатируемых турбин, четкости исполнения команды задатчиков по параметрам в соответствии с требованиями нормативных документов по рабочему проектированию, надежности, экономичности, окупаемости и качеству.

Источники информации
1. Л.И.Тубянский, Л.Д..Френкель. Паровые турбины высокого давления ЛМЗ. М.: Госэнергоиздат, 1956, с.96-101.

2. Е.И.Бененсон, Л.С.Иоффе. Теплофикационные паровые турбины. М.: Энергия, 1976, с.178-182.

3. В.Н. Веллер. Автоматическое регулирование паровых турбин. М.: Энергия 1977, с.160-176.

4. Теплоэнергетика 3, 2001, с.53-57.

5. Справочник металлиста. М.: Машиностроение, том 1, 1976, в 5 томах, с. 43-44, том 3, с.714, 723-725.

6. Справочная книга HUTTE, том 1, издание 13-е. М.: Гостехиздательство, с.299-301.

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к турбостроению, и представляют собой одну из основных деталей парораспределения турбины, предназначенную для размещения в ней шпинделя (штока) с клапаном. Букса регулирующего клапана установлена в крышке паровой коробки, имеет по оси отверстие для направления движения штока-шпинделя, канал для подвода свежего пара и нижнюю направляющую клапана. Последняя служит защищающей стенкой от динамических усилий бокового потока пара на клапан. В буксе выполнены пазы. Эти пазы разделяют ее направляющую нижнюю часть на пружинящие лепестки. Пружинящие лепестки исключают заклинивание и выход клапана из ядра потока. Изобретение направлено на снижение коэффициента трения, на повышение ремонтопригодности клапана, экономичности, надежности и долговечности его работы. 6 ил.

Букса регулирующего клапана, установленная в крышке паровой коробки, имеющая по оси отверстие для направления движения штока-шпинделя, канал для подвода свежего пара, нижнюю направляющую клапана, служащую защищающей стенкой от динамических усилий бокового потока пара на клапан, отличающаяся тем, что в буксе выполнены пазы, разделяющие ее направляющую нижнюю часть на пружинящие лепестки, исключающие заклинивание и выход клапана из ядра потока.