ДВУХСЕДЕЛЬНЫЙ КЛАПАН С ВНУТРЕННИМ СТАБИЛИЗАТОРОМ Российский патент 2004 года по МПК F01D17/10 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к теплоэнергетическому машиностроению, в частности к турбостроению, может быть использовано на всех типах турбин.

2. Уровень техники

В турбостроении для впуска пара в турбину, а также на линиях отбора пара с проточной части применяются в первом случае стопорные и регулирующие клапаны, а во втором случае обратный клапан.

С целью значительного снижения нагрузки на шток клапана и, естественно, одновременного применения слабых по мощности сервомоторов для турбин с начальным давлением пара ниже 90 ата применяется двухседельный клапан.

Известны несколько конструкций двухседельных клапанов: двухседельный клапан с внутренним потоком пара, двухседельный клапан колокольного типа; двухседельный клапан с наружньм обтеканием; двухседельный клапан золотникового типа (лит.1, стр.30-36).

Применение названных типов клапанов показало конструктивные преимущества одних и недостатки других (лит.1, стр.30-37).

Слабый уровень технических и функциональных характеристик двухседельных клапанов, как правило, объясняется их конструкцией с перечислением требований и указаний на недостатки.

Из всех названных аналогов выбираем прототип - двухседельный клапан колокольного типа (фиг.1), примененный конкретно на турбине К-50 АО "ЛМЗ" в качестве стопорного клапана, а на турбинах АПТ-25 в качестве обратного.

Особенностью требований, предъявляемых к стопорным, регулирующим и обратным клапанам, является:

плотность;

стабилизация течения пара по всему тракту от входа в клапанную коробку до входа в регулирующий клапан, исключение возможности заклинивания;

надежность, высокая ремонтопригодность;

минимальный уровень потерь давления при полном открытии.

Именно низкой степенью надежности обладали на двух выбранных турбинах стопорные клапаны.

Если плотность по требованиям для двухседельных клапанов колокольного типа достигается по специальной технологии, то остальные требования находились на самом низком уровне.

Уже через полгода эксплуатации после капитального ремонта клапан мог заклиниться по причине зависания на направляющей шпонке, что при незакрытии защитного и регулирующего органа в определенных условиях ведет к аварии.

Клапан (фиг.1) состоит из корпуса 1, седла (внутреннего цилиндра) 2, клапана (колокола) 3, шпонки 4, крышки 6, штока 7, входного патрубка 5, выходного патрубка 8. К клапану подходит паровая труба 9.

Клапан 3 охватывает цилиндр, на котором расположены посадочные кромки седел.

При работе штоком 7 клапан, поднимаясь, открывает профильные окна цилиндрического стакана, позволяющие осуществить необходимый закон открытия проходного сечения в зависимости от высоты подъема клапана, который в этом случае открывает сечения как золотник. Для стопорного клапана клапан открыт полностью.

При открытом клапане из-за отсутствия стабильного течения пара от входа до выхода колокол претерпевает знакопеременные динамические нагрузки хаотичной направленности и действительно ведет себя как настоящий колокол, разбивая при одной или двух шпонках 4 их направляющие (фиг.2), расположенные в седле-цилиндре. По истечении полугодовой эксплуатации шпонка вырабатывала себе в пазу выемку, достаточную для зависания самой шпонки и заклинивания клапана при закрытии.

Автоколебания одновременно приводят к срыву потока, потере давления в клапане.

Отсутствие надежности определяло очередной текущий ремонт с низкой ремонтопригодностью. Паз заваривался в этом месте или организовывался новый на другом ребре между окон, шпонка менялась, удлинялась, модернизировалась. (Фиг.2). Дальнейшая эксплуатация клапана проходила в том же режиме, а шпонка 4 фактически теряла свое предназначение.

При сравнении работы аналогичных клапанов на нескольких турбинах была установлена причина выхода из строя клапана со всеми последствиями, обозначенными как недостатки.

Выяснилось, что еще до входа в клапан пар, имея турбулентное течение с большой закруткой потока в трубе 9, не стабилизируется, проходя через окна цилиндра-седла, ударяет по колоколу, разбивая направляющий паз под шпонку.

В приемном патрубке 5 происходит турбулентное движение пара.

3. Сущность изобретения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание клапана-устройства, соответствующего всем требованиям проектирования и обеспечения выполнения функциональных эксплуатационных, экономических и ремонтных характеристик объекта.

Для решения данной задачи в двухседельном клапане, служащем для впуска пара в турбину, состоящем из корпуса, направляющего цилиндра-седла с профильными окнами клапана, крышки, штока, в приемном патрубке установлен стабилизатор, делящий сечение в приемном патрубке на сектора, выполненный в виде овальной крестовины из двух листов, вваренных в цилиндр, и который при входе пара в клапан меняет турбулентное, вращательное движение пара на ламинарное, прямолинейное, обеспечивающее высокую надежность, экономичность, долговечность и ремонтопригодность работы клапана и исключающее заклинивание и дросселирование.

В открытом на любую величину клапане пар ламинарно минует окна, не претерпевая колебаний клапана.

В клапане убавился шум, исчезли колебания манометров, вскрытие через опытный срок эксплуатации клапанов на двух турбинах показало полное отсутствие следов каких-либо выработок в пазу седла для шпонки.

В данный момент положительный результат определяется двумя межремонтными периодами.

За несколько лет работы опытом показано и доказывается, что конструкция двухседельного клапана колокольного типа, возможно и других типов клапанов, не исследована на наличие недостатков.

Устройство стабилизатора в приемном патрубке клапана, где есть место для его размещения, ликвидировало так называемый "хронический дефект" и все остальные недостатки, если смотреть на клапан несколько шире, с функциональных конструкторских задач.

4. Перечень фигур

4.1. Фиг.1. Двухседельный клапан колокольного типа.

На фиг.1 изображен клапан колокольного типа (лит.1, стр.35), состоящий из корпуса 1 с входящим патрубком 5, выходящим патрубком 8, седла (внутреннего цилиндра) 2, клапана (колокола) 3, зафиксированного от проворачивания по оси шпонкой 4, крышки 6, штока 7. Пар к клапану поступает снизу по подводящей трубе 9.

При движении в трубе 9 пар приобретает турбулентное, вихреобразное течение, проходя приемный патрубок 5, поступая в окна цилиндра, шатая колокол 3, разбивает паз под шпонку 4, а если их две, то оба направляющих паза.

4.2. Фиг.2.

Фактическая величина выработки шпоночного паза в седле (цилиндра) клапана.

На фиг.2 изображены виды фактической величины выработки шпоночного паза в цилиндре седла клапана и способ восстановления паза и шпонки.

В позиции I показана шпонка 4, сидящая в выработке на пазе седла 2.

В позиции II показана выработка на пазе цилиндра седла.

В позиции III показана наплавка на пазе при ремонте.

В позиции IУ показаны восстановленный паз и шпонка 4.

4.3. Фиг.3.

Двухседельный клапан с внутренним стабилизатором.

На фиг.3 изображен клапан колокольного типа с внутренним стабилизатором, состоящий, как и прототип, изображенный на фиг.1, из корпуса 1 с входящим патрубком 5, выходящим патрубком 8, седла (внутреннего цилиндра) 2, клапана (колокола) 3, зафиксированного от проворачивания по оси шпонкой 4, крышки 6, штока 7. Пар к клапану поступает снизу по подводящей трубе 9.

В отличие от фиг.1 в цилиндрической части входящего патрубка 5 размещается стабилизатор 11, состоящий из цилиндра 10, служащего корпусом, внутри которого размещается стабилизатор из листа (вид I) сечение А-А, из трех листов (вид II), стабилизатор "С", состоящий из двух овальных листов, представляющих крестообразную форму.

Корпус стабилизатора - цилиндр 10 фиксируется шпонкой 12.

На фиг.3 показано изменение формы потока пара с турбулентного, вращательного на ламинарное, прямолинейное, обеспечивающее устойчивую стабильную работу клапана 3 в любом положении относительно седла 2.

Из выбранных вариантов по видам стабилизатор крестообразный формы (вид III) является наиболее конструктивным элементом устройства-стабилизатора по эксплуатационным и техническим показателям.

5. Промышленная применимость

Стабилизатор может представлять собой два, три, четыре радиальных листа, взаиморасположенных по оси приемного патрубка. Цилиндром же может служить сам патрубок в зависимости от конструкции клапана. Например, в сварной конструкции достаточно установки стабилизатора из одного диаметрального листа, а в литой конструкции крестовина может отливаться заодно с приемным патрубком. Стабилизатор из двух листов, крестообразно сваренных и установленных в цилиндр, определяется вызовом существующей конструкции клапанов двухседельного типа, выпущенных в парке турбин, находящихся в эксплуатации, и наиболее благоприятным исходом решения задачи эффективности результата при изготовлении и рационального расположения его даже в новом проектировании и исполнении.

Технология изготовления и установки не представляет технических сложностей и может быть осуществлена в любой останов турбины. Несмотря на то, что турбины К-50-2 были сняты с производства в пятидесятых годах, опытные машины с данными клапанами успешно работают на одной из ГРЭС и ТЭЦ Среднего Урала до сих пор.

Библиографические данные

1. А.В.Шегляев, С.Г.Смельницкий. Регулирование паровых турбин. Москва - Ленинград, 1962, стр.30-37.

Изобретение относится в энергетическому машиностроению, в частности к турбостроению. Двухседельный клапан, являясь стопорным, регулирующим и обратным клапаном турбин с параметрами ниже атмосферного давления, имея две основные детали - седло и клапан, предназначен для безотказного, мгновенного прекращения подачи пара в турбину по сигналу. Изобретением решена задача полной надежности клапана за счет установки в приемном патрубке специального устройства - стабилизатора. Устройство цилиндрического типа с внутренними ребрами позволяет изменить турбулентное вращательное движение пара, приводящее к вибрации клапана и выработке в пазе шпонки, на ламинарное, прямовходящее в окна седла. Стабилизатор несет в себе достаточный экономический эффект в связи с исчезновением сопротивления потоку пара в клапане с потерей давления. Клапан приобретает абсолютную надежность и долговечность, плотность при закрытии, стабилизацию течения пара по всему тракту от входа в патрубок до выхода в регулирующие органы, исключается полностью вероятность заклинивания, достигается высокая ремонтопригодность, сводящаяся к ревизии - осмотру, соблюдается проектно-расчетное направление сил, действующих на шток во всех режимах работы. Таким образом, изобретение усиливает концепции прогрессивного улучшения и усовершенствования конструкций двухседельных клапанов со всеми их преимуществами при высоком качестве долговечной работоспособности, надежности, экономичности, ремонтопригодности. 3 ил.

Двухседельный клапан, служащий для впуска пара в турбину, состоящий из корпуса, направляющего цилиндра-седла с профильными окнами клапана, крышки, штока, отличающийся тем, что в приемном патрубке установлен стабилизатор, делящий сечение в приемном патрубке на сектора, выполненный в виде овальной крестовины из двух листов, вваренных в цилиндр, и который при входе пара в клапан меняет турбулентное, вращательное движение пара на ламинарное, прямолинейное, обеспечивающее высокую надежность, экономичность, долговечность и ремонтопригодность работы клапана, и исключающее заклинивание и дросселирование.