ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ТУРБИННОГО ВАЛОПРОВОДА И ТУРБОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2015 года по МПК F01D25/34 F01D25/36 

Настоящее изобретение относится к области турбогенераторных установок. Оно, в частности, касается паровых турбин, хотя может быть также применено к газовым турбинам. Турбины этого типа используются в электростанциях, причем каждая турбина приводит в действие генератор переменного тока для генерирования электроэнергии. Это может быть станция, работающая на основе энергии от источника органического топлива или от ядерного источника.

Конкретнее, изобретение относится к приводному устройству, приводящему во вращение турбинный валопровод. Этот валопровод содержит роторы каждого турбинного модуля, а также ротор генератора переменного тока. Вращение валопровода, именуемое также проворотом, обычно достигается с помощью электродвигателя, способного преодолеть момент сопротивления валопровода. Этот электродвигатель связан с понижающим редуктором, который приводит в движение валопровод. Необходимо поддерживать вращение валопровода во время периодов запуска и остановки турбогенераторной установки, чтобы выравнивать температуры ротора и благодаря этому избегать общего изгиба валопровода под действием тепловой асимметрии. Электродвигатель также позволяет инициировать вращение валопровода в начальной фазе с опережением впуска пара в турбину. Во время этих фаз скорость вращения валопровода низкая и постоянная. Она лежит в пределах от нескольких оборотов в минуту до нескольких десятков оборотов в минуту в зависимости от конкретных турбогенераторных установок.

Однако проворачивание редуктора от электродвигателя не позволяет достичь очень низкой скорости вращения или малых угловых смещений валопровода, которые необходимы в течение операций по эксплуатации.

В уровне техники известно валоповоротное устройство для турбомашин (SU 168730, МПК F01D, опубл. 26.11.1965), например для паровых турбин, содержащее заключенные в корпус ведущую и расположенную на главном валу ведомую шестерни, приводимые в движение через редуктор от электродвигателя, причем в корпусе расположен сопловый аппарат для подачи жидкости на ведомую шестерню, используемую, например, в режимах останова турбомашины в качестве рабочего колеса гидропривода. Указанное устройство, выбранное в качестве наиболее близкого аналога к заявляемому изобретению, тем не менее не может обеспечить достаточно высокой точности вращения вала на малых скоростях вращения турбинного валопровода.

Цель настоящего изобретения состоит, таким образом, в преодолении этих недостатков путем использования приводного устройства для турбинного валопровода, а также турбогенераторной установки.

Согласно первому аспекту изобретения приводное устройство, вызывающее вращение турбинного валопровода, содержит главный валоповоротный редуктор с электрическим приводом и вспомогательный валоповоротный механизм с гидравлическим приводом. Вспомогательный валоповоротный механизм обеспечивает достижение угловых смещений валопровода, которые являются управляемыми и имеют низкую амплитуду.

Вспомогательный валоповоротный механизм проявляет то преимущество, что таким способом можно иметь в распоряжении аварийный валоповоротный механизм в случае отказа главного валоповоротного редуктора. Это также позволяет преодолевать инерцию валопровода и подшипников. Помимо этого, вспомогательный валоповоротный механизм можно располагать в любой точке валопровода, что обеспечивает значительную гибкость в компоновке станции.

Согласно одному частному аспекту вспомогательный валоповоротный механизм управляется штоком гидроцилиндра двойного действия, что позволяет точно управлять вращением валопровода.

Согласно другому аспекту вспомогательный валоповоротный механизм содержит колесо, соединенное с валопроводом, и толкатель, соединенный со штоком цилиндра, причем толкатель выполнен с возможностью зацепления со средствами сцепления, расположенными на периферии колеса, и перемещаться между втянутым положением, когда он не зацеплен с колесом, и положением зацепления с одним из средств сцепления, в котором перемещение штока цилиндра вращает колесо.

Изобретение также относится к турбогенераторной установке для генерирования электроэнергии, содержащей приводное устройство, характеризующееся всеми или некоторыми из вышеупомянутых признаки.

Таким образом, технический результат, обеспечиваемый заявленными приводным устройством и турбогенераторной установкой с таким приводным устройством, состоит в более точном линейном перемещении толкателя, что, как следствие, приводит к более точному вращению вспомогательного валоповоротного механизма, и самого вала, соответственно, особенно, если требуется обслуживание приводного устройства или работа на малых скоростях вращения турбинного валопровода.

Прочие особенности и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания со ссылкой на приложенные чертежи, которые в качестве примера иллюстрируют следующее.

Фиг. 1 является видом в перспективе турбогенераторной установки для генерирования электроэнергии согласно изобретению.

Фиг. 2 иллюстрирует вспомогательный валоповоротный механизм согласно изобретению.

Фиг. 3 иллюстрирует приводной механизм для вспомогательного валоповоротного механизма согласно сечению IIIa на фиг. 4.

Фиг. 4 иллюстрирует приводной механизм вспомогательного валоповоротного механизма на виде сверху.

Фиг. 5 иллюстрирует приводной механизм в перспективе в разобранном виде.

Фиг. 6, 7, 8 изображают приводной механизм в различных положениях.

Фиг. 9 иллюстрирует гидравлический контур высокого давления подшипников валопровода.

Фиг. 1 иллюстрирует турбогенераторную установку для генерирования электроэнергии, содержащую группу паровых турбинных модулей - в данном случае, три турбинных модуля Т1, T2, Т3, приводящих во вращение генератор 3 переменного тока. Эта турбогенераторная установка опирается на жесткую опорную конструкцию 4, обычно выполненную из бетона. Роторы турбинных модулей приводят во вращение генератор 3 переменного тока вокруг оси вала А, причем генератор 3 переменного тока расположен позади турбогенераторной установки. Валопровод 1 расположен на противоположном генератору 3 переменного тока конце в корпусе, содержащем приводное устройство, включающее в себя главный валоповоротный редуктор и вспомогательный валоповоротный механизм. Главный валоповоротный редуктор связан с электродвигателем, обеспечивающим привод валопровода 1 посредством муфты. Вспомогательный валоповоротный механизм 5, показанный на фиг. 2, имеет привод посредством гидроцилиндра 6. Вспомогательный валоповоротный механизм обеспечивает поворот валопровода на малые углы и точно позиционировать валопровод во время эксплуатационных операций. Это также позволяет вращать валопровод с постоянной скоростью в несколько оборотов в час. Вспомогательный валоповоротный механизм может служить в качестве аварийного валоповоротного механизма в случае отказа главного валоповоротного редуктора и, в частности, в случае его проворота в фазе остановки. Вспомогательный валоповоротный механизм обеспечивает прерывистое вращение - в данном случае пошаговое вращение на угол порядка 5-10 градусов со скоростью вращения предпочтительно в диапазоне 1-10 об/час.

Вращение главного валоповоротного редуктора предпочтительно непрерывное со скоростью предпочтительно в диапазоне 1-100 об/мин.

Скорость вращения главного валоповоротного редуктора выше, чем у вспомогательного валоповоротного механизма. Скорость вспомогательного валоповоротного механизма тем самым обеспечивает осуществление операции по эксплуатации и, в частности, возможность поворота ротора на заданный угол.

Во время генерирования электроэнергии валопровод отсоединяется от главного валоповоротного редуктора и от вспомогательного валоповоротного механизма. Как главный валоповоротный редуктор, так и вспомогательный валоповоротный механизм могут располагаться между двумя турбинными модулями (Т1, T2, T3) или между конечным турбинным модулем (Т3) и генератором 3 переменного тока.

Вспомогательный валоповоротный механизм 5 (фиг. 2) управляется штоком 61 гидроцилиндра 6 двойного действия. Вспомогательный валоповоротный механизм содержит колесо 10, связанное с валопроводом 1, и толкатель 8, соединенный со штоком цилиндра 6. Толкатель 8 установлен с возможностью сцепления со средствами 11 сцепления, расположенными на периферии колеса. Каждое сцепное средство 11 имеет углубление 110, контактирующее с сопряженным профилем 19 толкателя 8. Толкатель 8 соединен шарниром 9 со штоком 61 цилиндра 6. Благодаря этому цилиндру 6 толкатель 8 может смещаться между втянутым положением, отсоединенным от колеса 10 (фиг. 2 и 6), и положением зацепления с средствами 11 сцепления (фиг. 7). В положении зацепления выдвижное перемещение штока 61 из цилиндра 6 поворачивает колесо 10, а, следовательно, и валопровод 1. Амплитуда поворота обусловлена ходом штока 61 цилиндра. Корпус 62 цилиндра крепится к несущей пластине 12, которая сама крепится к компоненту 14. Весь узел крепится к компоненту 13, который жестко соединен с опорной конструкцией 4, преимущественно на уровне корпуса.

Несущая пластина 12 поддерживает приводной механизм 15 для вспомогательного валоповоротного механизма 5, что подробно иллюстрируется на фиг. 3, 4 и 5. Приводной механизм 15 опирается на пластину 14, прикрепленную посредством болтов к несущей пластине 12. Пластина 14 имеет две стойки 16а, 16b, снабженные направляющими средствами 161а, 161b для ползуна 17, который образует одно целое со штоком 61 цилиндра 6. Толкатель 8 соединен со штоком этого цилиндра посредством шарнирного сочленения 9, поддерживаемого ползуном 17 так, что толкатель может качаться между втянутым положением и положением зацепления. Во время смещения штока 61 цилиндра 6 ползун 17 направляется в поступательном движении направляющими средствами 161а, 161b, поддерживаемыми пластиной 14, которая образует одно целое с корпусом цилиндра через несущую пластину 12. Направляющие средства 161а, 161b образованы пластинами, наложенными на стойки 16а, 16b.

Ползун 17 имеет U-образную форму (фиг. 5), донная часть которой связана со штоком 61 цилиндра 6. Боковины 17а, 17b U-образной формы поддерживают ось шарнирного сочленения 9. Эти боковины имеют сопряженные части 171а, 171b, упирающиеся в направляющие средства 161а, 161b. Толкатель 8 имеет форму слегка изогнутого соединительного стержня, нижняя часть которого шарнирно установлена на оси шарнирного сочленения 9. Верхняя же его часть имеет цилиндрическую форму 19, которая фиксируется в углублениях 110 на периферии колеса 10. Нижняя часть толкателя 8 имеет вблизи оси шарнирного сочленения 9 поверхность 20, которая во время поступательного движения штока 61 цилиндра 6 будет упираться в первый ограничитель 21, образующий одно целое с пластиной 14. Таким образом, во время перемещения к нижнему концу штока 61, а тем самым и к ползуну 17, толкатель 8 смещается во втянутое положение, отсоединяясь от колеса. Первый ограничитель 21 расположен сбоку от колеса 10. Пружина 22 размещена между толкателем 8 и пластиной 14 внутри корпуса 23, предусмотренного в толкателе 8 на стороне, противоположной ограничителю 21. Эта пружина воздействует на палец 24, который установлен с возможностью скольжения в корпусе 23. Палец 24 имеет нижний конец, который выступает вниз из корпуса 23. Этот нижний конец 25 обычно опирается на опорный элемент 26, который образует одно целое с ползуном 17. Таким образом, во время выдвижения вверх штока 61 пружина 22 заставляет толкатель 8 отклоняться в направлении положения зацепления с одним из средств 11 сцепления в углублении 110 колеса 10, как показано на фиг. 6. Во время движения штока 61 вниз поверхность 20 приходит в соприкосновение с первым ограничителем 21 (фиг. 6), что обеспечивает смещение толкателя 8 во втянутое положение, отсоединенное от колеса 10.

Фиг. 8 иллюстрирует случай, в котором шток 61 цилиндра находится в выдвинутом положении, скорость V вращения валопровода 1 начинает увеличиваться, как в том случае, например, когда турбины приводятся во вращение паром. В этом случае наклонная часть 111 средств 11 сцепления отодвигает (по стрелке Е) цилиндрическую часть 19 от колеса 10. Толкатель 8 затем отклоняется в отодвинутое положение, показанное на фиг. 8, в котором часть 25 пальца 24, выдвинутого пружиной 22, фиксируется в полости 27 ползуна 17. После фиксации в этой полости 27 палец 24 затормаживает толкатель 8 в отодвинутом положении. Следовательно, перемещение пальца 24, который установлен с возможностью передвижения относительно толкателя 8, позволяет одной части 25 этого пальца зацепиться с полостью 27 в ползуне 17, чтобы затормозить толкатель 8 в отодвинутом от колеса 10 положении, вследствие чего приводной механизм 15 предохраняется от повреждения, которое может произойти из-за соприкосновения с средствами 11 сцепления.

При втягивании штока 61, когда он отходит от положения, показанного на фиг. 8, часть 25 пальца 24 входит в соприкосновение (фиг. 6) со вторым ограничителем 28, который образует одно целое с пластиной 14. При этом часть 25 пальца 24 входит в контакт с опорным элементом 26 (фиг. 6 и 3-4). Далее приводной механизм 15 может функционировать, как описано в отношении фиг. 6 и 7. Второй ограничитель 28 размещен со стороны, противоположной первому ограничителю 21 по отношению к штоку 61.

Для ограничения перемещений ползуна 17 приводной механизм снабжен двумя датчиками 31, 32 перемещения.

На фиг. 9 показан ссылочной позицией 70 гидравлический контур высокого давления, которое питает подшипники 30 валопровода 1.

Возможно, чтобы вспомогательный валоповоротный механизм 5, в частности, его гидроцилиндр 6 мог быть связан с контуром 70.

Ротор должен находиться в подвешенном положении в течение любой фазы вращения. Это достигается подачей масла под высоким давлением в подшипники 30. Работа гидроцилиндра 6 также требует подачу масла под высоким давлением.

С целью упрощения гидравлической схемы масло под высоким давлением, поступающее в гидроцилиндр 6, предпочтительно нагнетается насосом 32 в контуре 70, который обеспечивает подвешивание валопровода, т.к. контур 70 находится под давлением масла, подающегося в подшипники.

Приводное устройство для вращения турбинного валопровода турбогенераторной установки. Приводное устройство содержит главный валоповоротный редуктор с электрическим приводом и вспомогательный валоповоротный механизм (5) с гидравлическим приводом. Вспомогательный валоповоротный механизм (5) выполнен с возможностью управления штоком гидроцилиндра (6) двойного действия. Вспомогательный валоповоротный механизм (5) содержит колесо, выполненное за одно целое с валопроводом (1), и толкатель (8), соединенный со штоком цилиндра (6). Толкатель (8) выполнен с возможностью зацепления со средствами (11) сцепления, расположенными на периферии колеса, и перемещения между втянутым положением, в котором он отсоединен от колеса, и положением зацепления с одним из средств (11) сцепления, в котором выдвижение штока цилиндра (6) поворачивает колесо. Толкатель (8) соединен со штоком цилиндра (6) посредством шарнирного соединения, опирающегося на ползун, который составляет одно целое со штоком цилиндра (6) так, что толкатель (8) может качаться между упомянутым втянутым положением и упомянутым положением зацепления. При перемещении штока цилиндра (6) ползун направляется в поступательном движении посредством направляющих средств, поддерживаемых пластиной (14), которая выполнена за одно целое с цилиндром (6). Достигается более точное линейное перемещение толкателя и вращение вала. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Приводное устройство для вращения турбинного валопровода (1), отличающееся тем, что оно содержит
главный валоповоротный редуктор с электрическим приводом и
вспомогательный валоповоротный механизм (5) с гидравлическим приводом, при этом вспомогательный валоповоротный механизм (5) выполнен с возможностью управления штоком (61) гидроцилиндра (6) двойного действия, причем
вспомогательный валоповоротный механизм (5) содержит колесо (10), выполненное за одно целое с валопроводом (1), и толкатель (8), соединенный со штоком (61) цилиндра (6), причем толкатель (8) выполнен с возможностью зацепления со средствами (11) сцепления, расположенными на периферии колеса (10), и перемещения между втянутым положением, в котором он отсоединен от колеса, и положением зацепления с одним из средств (11) сцепления, в котором выдвижение штока (61) цилиндра (6) поворачивает колесо (10), и
толкатель (8) соединен со штоком (61) цилиндра (6) посредством шарнирного соединения, опирающегося на ползун (17), который составляет одно целое со штоком (61) цилиндра (6) так, что толкатель (8) может качаться между упомянутым втянутым положением и упомянутым положением зацепления, при этом при перемещении штока (61) цилиндра (6) ползун (17) направляется в поступательном движении посредством
направляющих средств (161а, 161b), поддерживаемых пластиной (14), которая выполнена за одно целое с цилиндром (6).

2. Приводное устройство по п. 1, отличающееся тем, что ползун (17) имеет U-образную форму, донная часть которой связана со штоком цилиндра, боковины (17а, 17b) поддерживают ось шарнирного сочленения (9) и имеют направляющие средства (171а, 171b), сопряженные с упомянутыми направляющими средствами (161а, 161b), опирающимися на пластину (14).

3. Приводное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что толкатель (8) снабжен поверхностью (20), расположенной с возможностью упора во время поступательного движения штока (61) цилиндра (6) в первый ограничитель (21), выполненный за одно целое с пластиной (14) так, чтобы перемещать толкатель (8) в упомянутое втянутое положение, отсоединяясь от колеса (10).

4. Приводное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что снабжено пружиной (22), предназначенной для отклонения толкателя (8) во время выдвижения штока (61) цилиндра (6) к упомянутому положению зацепления с одним из средств (11) сцепления колеса (10).

5. Приводное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что палец (24) установлен с возможностью скольжения относительно толкателя (8), так что одна часть (25) пальца фиксируется в полости (27) ползуна (17) для торможения толкателя (8) в отодвинутом положении от колеса (10).

6. Приводное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что гидравлический контур высокого давления связан с подшипниками валопровода (1) и со вспомогательным валоповоротным механизмом (5), в частности, с гидроцилиндром (6).

7. Турбогенераторная установка для генерирования электроэнергии, содержащая приводное устройство по любому из пп. 1-6.