КЛАПАННАЯ СИСТЕМА С ПОТОКОМ, ОРИЕНТИРОВАННЫМ В ОКРУЖНОМ НАПРАВЛЕНИИ Российский патент 2016 года по МПК F16K1/42 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к клапанной системе, в частности к клапанной системе, содержащей клапанное седло с мелкозубчатой частью, направляющей поток в окружном направлении.

Для работы паровой турбины могут потребоваться клапаны, управляющие потоком пара до его поступления в механическое оборудование. Как правило, для управления работой и защиты турбины используются клапаны двух основных типов - регулировочные клапаны и запорные клапаны. В современных паровых турбинах обычно используются комбинированные клапаны, выполняющие обе эти функции и работающие не только в режимах «открыт» и «закрыт», но и в промежуточных положениях. Комбинированный регулировочный и запорный клапан содержит регулировочный клапан, имеющий тарелку, и запорный клапан, имеющий шток и тарелку. Оба клапана установлены в одном сосуде высокого давления и могут иметь одно общее седло. Для регулировки потока тарелка регулировочного клапана перемещается относительно клапанного седла. Запорный клапан расположен в отверстии в клапанном седле и обычно приводится в действие в некоторых ситуациях с целью не допустить превышения допустимой скорости турбины. Клапанное седло может иметь мелкозубчатую часть, в которой поток разделяется на малые струи, чтобы уменьшить колебания давления, когда тарелка регулировочного клапана приводится в движение.

В паровой турбине происходит абразивная эрозия, когда от ее элементов, например от труб котла и паропроводов, отслаиваются твердые частицы. Отслоившиеся частицы с большой скоростью захватываются потоком пара в турбине. Перемещаясь вместе с потоком, частицы могут с довольно большой скоростью ударяться об элементы, находящиеся внутри турбины. Например, частицы могут ударяться о шток запорного клапана, расположенный в седле комбинированного регулировочного и запорного клапана. Проблема столкновения частиц со штоком запорного клапана усугубляется еще и тем, что клапанное седло имеет геометрическую форму, благодаря которой частицы направляются к штоку запорного клапана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту изобретения, предложена клапанная система, содержащая клапанное седло, выпускной канал и запорный клапан. Клапанное седло имеет мелкозубчатую часть, имеющую кольцевую полость и множество зубцов, разделенных множеством окружных промежутков. По меньшей мере один из зубцов имеет наклонную поверхность, расположенную между одним из окружных промежутков и соответствующим зубцом. Наклонная поверхность расположена под углом к оси, отходящей радиально от центральной оси клапанного седла. Выпускной канал, предназначенный для выхода потока из клапанного устройства, расположен по ходу потока за клапанным седлом. Запорный клапан расположен в кольцевой полости мелкозубчатой части. Наклонная поверхность по меньшей мере одного из множества зубцов ориентирует поток в окружном направлении на удалении от штока запорного клапана к выпускному каналу.

Эти и другие преимущества и особенности изобретения станут более понятны из приведенного ниже описания и прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предмет заявленного изобретения изложен в формуле. Особенности и преимущества изобретения станут очевидны из его подробного описания, сопровождаемого чертежами, на которых:

фиг.1 изображает вариант выполнения комбинированного запорно-регулировочного клапанного устройства с частичным разрезом,

фиг.2 - разрез клапанного седла, показанного на фиг.1,

фиг.3 - разрез клапанного седла и запорного клапана, показанных на фиг.1, и

фиг.4 - клапанное седло согласно фиг.2 на виде сверху.

В подробном описании изобретения рассмотрены примеры его осуществления и указаны его преимущества и особенности. В описании даны ссылки на чертежи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показан вариант выполнения клапанной системы 10, представляющей собой комбинированный запорно-регулировочный клапан. Узел 26 регулировочного клапана работает в открытом и закрытом режиме, а также в промежуточных положениях для регулировки потока. Узел 30 запорного клапана может работать в режиме «включен/выключен» или в управляемом режиме. Клапанная система 10 содержит впускное отверстие 20, выпускное отверстие 22, узел 26 регулировочного клапана, клапанное седло 28 и узел 30 запорного клапана. Поток поступает в клапанную систему 10 через впускное отверстие 20 и выходит из нее через выпускное отверстие 22. Узел 26 регулировочного клапана содержит втулку 32, шток 34, тарелку 38 и уравнительную камеру 40. Запорный клапан 30 содержит тарелку 42, шток 44 и головку 46 для герметичного уплотнения. Клапанное седло 28 имеет мелкозубчатую часть 52. В данном варианте мелкозубчатая часть 52 клапанного седла 28 является вставным элементом, но в альтернативном варианте мелкозубчатая часть 52 и клапанное седло 28 образуют единую деталь. Клапанная система 10 может также содержать кольцевой экран 53, окружающий регулировочный клапан 26 и запорный клапан 30. В одном варианте осуществления изобретения клапанная система 10 используется в паровой турбине и служит для подачи пара к механическому оборудованию, расположенному внутри турбины. Однако клапанная система 10 может иметь и другое применение.

Тарелка 38 регулировочного клапана имеет кольцевую форму и расположена над клапанным седлом 28. Для регулировки потока, выходящего из выпускного отверстия 22, тарелка 38 может перемещаться к клапанному седлу 28 и от него. Как видно на фиг.3, где тарелка 38 и мелкозубчатая часть 52 клапанного седла 28 показаны в увеличенном масштабе, тарелка 38 избирательно может плотно прижиматься к не имеющей зубцов уплотнительной поверхности 56 для перекрытия части потока. Для изменения величины потока, проходящего через клапанную систему 10, тарелка 38 регулировочного клапана перемещается в сторону от уплотнительной поверхности 56 клапанного седла 28.

Положение тарелки 38 относительно уплотнительной поверхности 56 обычно изменяется в ответ на изменение нагрузки внутри паровой турбины (не показана). Например, если скорость вращения турбины увеличивается, то регулировочный клапан 26 будет соответственно перекрывать поток путем опускания тарелки 38 в сторону уплотнительной поверхности 56, что приведет к уменьшению величины потока, поступающего из выпускного отверстия 22 (фиг.1) в паровую турбину.

Как видно на фиг.1 и 3, узел 30 запорного клапана расположен по ходу потока за мелкозубчатой частью 52 клапанного седла 28. В частности, тарелка 42, шток 44 и герметизирующая головка 46 запорного клапана расположены в полости 54. Как показано на фиг.3, уплотнительная поверхность 57 тарелки 42, избирательно, плотно прижимается к не имеющей зубцов уплотнительной поверхности 56 мелкозубчатой части 52 клапанного седла 28, по существу препятствуя прохождению потока через клапанное устройство 10 и выпускное отверстие 22 (фиг.1) к паровой турбине.

На фиг.2 показана в разрезе мелкозубчатая часть 52 клапанного седла 28. Мелкозубчатая часть 52 имеет множество зубцов 62, разделенных между собой множеством окружных промежутков 64. Как видно на фиг.2-3, некоторое количество текучей среды 70 проходит через канал 72 в полость 54 мелкозубчатой части 52 клапанного седла 28 и затем выходит из клапанного устройства 10 через выпускное отверстие 22 (фиг.1). Канал 72 расположен между тарелкой 38 регулировочного клапана и окружными промежутками 64 клапанного седла 28. Если тарелка 38 находится в положении регулировки потока, то текучая среда проходит через канал 72 и выходит из выпускного отверстия 22. Как видно на фиг.2-4, между верхней поверхностью 82 зубцов 62 и тарелкой 38 может также протекать вторичное количество текучей среды 80, когда тарелка 38 регулирует поток.

Согласно фиг.2 и 4, зубцы 62 мелкозубчатой части 52 клапанного седла 28 имеют изогнутый или наклонный профиль для направления указанного количества текучей среды 70 (фиг.3) и вторичного количества текучей среды 80 (фиг.4) в окружном направлении. По меньшей мере один из зубцов 62 имеет наклонную поверхность 78, хотя в данном варианте осуществления изобретения зубец 62 имеет наклонные поверхности 78 на обеих боковых сторонах. На фиг.4 видно, что наклонная поверхность 78 граничит с одним из окружных промежутков 64 и соответствующим зубцом 62 и расположена под углом ALPHA к оси A-A мелкозубчатой части 52 клапанного седла 28. Ось A-A клапанного седла 28 отходит радиально от его центральной оси C-C. В одном варианте осуществления изобретения угол ALPHA больше, чем примерно 0°, и меньше, чем примерно 90°. В варианте, показанном на фиг.4, каждый зубец 62 имеет изогнутый или наклонный профиль, однако некоторые зубцы 62 могут не иметь наклонного профиля.

Как показано на фиг.1 и 4, мелкозубчатая часть 52 клапанного седла 28 имеет изогнутый или наклонный профиль для направления количества текучей среды 70 и вторичного количества текучей среды 80 в окружном направлении С и на удалении от штока 44 запорного клапана. Кроме того, изогнутый или наклонный профиль мелкозубчатой части 52 направляет количество текучей среды 70 и вторичное количество текучей среды 80 за тарелку 42 запорного клапана. Направление количества текучей среды 70 и вторичного количества текучей среды 80 в сторону от элементов узла 30 запорного клапана может быть особенно выгодным в случае, если имеет место абразивная эрозия. А именно, если от элементов, входящих в состав паровой турбины, отслаиваются твердые частицы и переносятся с большой скоростью потоками внутри турбины, то эти частицы ударяют на относительно больших скоростях об элементы, расположенные в турбине. Направление количества текучей среды 70 и вторичного количества текучей среды 80 в сторону от элементов запорного клапана 30 уменьшает или по существу предотвращает столкновение частиц со штоком 44 и тарелкой 42 запорного клапана.

Изогнутый или наклонный профиль мелкозубчатой части 52 клапанного седла 28 стремится унифицировать поток по периметру тарелки 38 регулировочного клапана, что существенно уменьшает вибрацию тарелки 38, вызванную текучей средой. Более того, в определенных рабочих условиях наклонный профиль мелкозубчатой части 52 может также по существу предотвращать отрыв потока в области клапанного седла 28. Поэтому в определенных рабочих условиях также уменьшаются потери давления в клапанной системе 10. Таким образом, благодаря изогнутому или наклонному профилю мелкозубчатой части 52 может быть достигнуто повышение износостойкости и надежности и уменьшение шума клапанного устройства 10.

Изобретение не ограничено описанными вариантами его осуществления и допускает изменения, модификации или замену элементов на эквивалентные без отступления от сущности и объема изобретения. Кроме того, аспекты настоящего изобретения могут охватывать только некоторые из описанных выше вариантов его осуществления. Соответственно, изобретение не ограничено представленным описанием, а ограничено только объемом прилагаемой формулы.

Группа изобретений относится к клапанной системе, в частности к клапанной системе, содержащей клапанное седло с мелкозубчатой частью, направляющей поток в окружном направлении. Клапанная система содержит клапанное седло, выпускной канал и запорный клапан. Клапанное седло имеет мелкозубчатую часть, имеющую кольцевую полость и множество зубцов, разделенных множеством окружных промежутков. По меньшей мере один из зубцов имеет наклонную поверхность, расположенную между одним из окружных промежутков и соответствующим зубцом под углом к оси, отходящей радиально от центральной оси клапанного седла. Выпускной канал расположен, по ходу потока, за клапанным седлом и служит для выхода потока из клапанного устройства. Запорный клапан расположен в кольцевой полости мелкозубчатой части. Изобретение направлено на повышение надежности и износостойкости клапанной системы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапанная система, содержащая:
клапанное седло, имеющее мелкозубчатую часть, имеющую кольцевую полость и множество зубцов, которые разделены множеством окружных промежутков и по меньшей мере один из которых имеет наклонную поверхность, расположенную между одним из указанных окружных промежутков и соответствующим зубцом под углом к оси, отходящей радиально от центральной оси клапанного седла,
выпускное отверстие, расположенное по ходу потока за клапанным седлом, для выхода потока из клапанного устройства и
запорный клапан, расположенный в кольцевой полости мелкозубчатой части, причем наклонная поверхность по меньшей мере одного из множества зубцов ориентирует поток в окружном направлении от запорного клапана к выпускному отверстию.

2. Клапанная система по п.1, содержащая регулировочный клапан, имеющий тарелку, установленную с возможностью перемещения к клапанному седлу и от него, причем указанная тарелка и клапанное седло взаимодействуют друг с другом для регулировки потока, выходящего из выпускного отверстия.

3. Клапанная система по п.2, в которой тарелка регулировочного клапана, избирательно, плотно прижимается к части клапанного седла.

4. Клапанная система по п.2, в которой количество текучей среды проходит через канал, расположенный между тарелкой регулировочного клапана и окружными промежутками мелкозубчатой части клапанного седла.

5. Клапанная система по п.4, в которой между верхней поверхностью множества зубцов и тарелкой регулировочного клапана проходит другое количество текучей среды.

6. Клапанная система по п.5, в которой указанное количество текучей среды и указанное другое количество текучей среды текут в полость мелкозубчатой части клапанного седла и выходят из клапанного устройства через выпускное отверстие.

7. Клапанная система по п.1, в которой запорный клапан имеет шток и седло, которое избирательно плотно прижимается к клапанному седлу.

8. Клапанная система по п.7, в которой наклонная поверхность по меньшей мере одного из множества зубцов направляет поток в окружном направлении на удалении от штока запорного клапана и за его тарелкой.

9. Клапанная система по п.1, в которой угол наклона указанной наклонной поверхности больше чем примерно 0° и меньше чем примерно 90°.

10. Клапанная система по п.1, которая направляет пар из выпускного отверстия клапанного устройства.

11. Клапанная система, содержащая:
клапанное седло, имеющее мелкозубчатую часть, имеющую кольцевую полость и множество зубцов, которые разделены множеством окружных промежутков и по меньшей мере один из которых имеет наклонную поверхность, расположенную между одним из указанных окружных промежутков и соответствующим зубцом под углом к оси, отходящей радиально от центральной оси клапанного седла,
выпускное отверстие, расположенное по ходу потока за клапанным седлом, для выхода потока из клапанного устройства,
регулировочный клапан, имеющий тарелку, установленную с возможностью перемещения к клапанного седлу и от него, причем тарелка и клапанное седло взаимодействуют друг с другом для регулировки потока, выходящего из выпускного отверстия, и
запорный клапан, расположенный в кольцевой полости мелкозубчатой части и имеющий шток и седло, которое избирательно плотно прижимается к клапанному седлу, причем наклонная поверхность по меньшей мере одного из зубцов ориентирует поток в окружном направлении на удалении от штока запорного клапана и за его тарелкой.

12. Клапанная система по п.11, в которой тарелка регулировочного клапана избирательно плотно прижимается к клапанному седлу.

13. Клапанная система по п.11, в которой количество текучей среды проходит через канал, расположенный между тарелкой регулировочного клапана и окружными промежутками мелкозубчатой части клапанного седла.

14. Клапанная система по п.13, в которой между верхней поверхностью множества зубцов и тарелкой регулировочного клапана проходит другое количество текучей среды.

15. Клапанная система по п.14, в которой указанное количество текучей среды и указанное другое количество текучей среды текут в полость мелкозубчатой части клапанного седла и выходят из клапанного устройства через выпускное отверстие.

16. Клапанная система по п.11, в которой угол наклона наклонной поверхности больше чем примерно 0° и меньше чем примерно 90°.

17. Клапанная система по п.11, которая направляет пар из выпускного канала клапанного устройства.

18. Клапанная система, содержащая:
клапанное седло, имеющее мелкозубчатую часть, имеющую кольцевую полость и множество зубцов, которые разделены множеством окружных промежутков и по меньшей мере один из которых имеет наклонную поверхность, расположенную между одним из указанных окружных промежутков и соответствующим зубцом под углом к оси, отходящей радиально от центральной оси клапанного седла, причем указанный угол больше чем примерно 0° и меньше чем примерно 90°,
выпускное отверстие, расположенное по ходу потока за клапанным седлом, для выхода пара из клапанного устройства,
регулировочный клапан, имеющий тарелку, установленную с возможностью перемещения к клапанному седлу и от него, причем тарелка и клапанное седло взаимодействуют друг с другом для регулировки пара, выходящего из выпускного отверстия, а тарелка регулировочного клапана, избирательно, плотно прижимается к клапанному седлу, и
запорный клапан, расположенный в кольцевой полости мелкозубчатой части и имеющий шток и седло, которое, избирательно, плотно прижимается к клапанному седлу, причем наклонная поверхность по меньшей мере одного из зубцов ориентирует пар в окружном направлении на удалении от штока запорного клапана и за его тарелкой.

19. Клапанная система по п.18, в которой количество текучей среды проходит через канал, расположенный между тарелкой регулировочного клапана и окружными промежутками мелкозубчатой части клапанного седла.

20. Клапанная система по п.19, в которой между верхней поверхностью множества зубцов и тарелкой регулировочного клапана проходит другое количество текучей среды.