Устройство для отслеживания состояния клапанов и способ работы указанного устройства Российский патент 2017 года по МПК F16K37/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Варианты выполнения, описанные в данном документе, относятся, в целом, к гидравлическим системам и, в частности, к способам и устройствам, облегчающим обнаружение эрозии клапанов в паровых установках.

[0002] С парогенераторами, которые содержат по меньшей мере один котел, работающий на ископаемом топливе, и/или по меньшей мере один теплоутилизационный парогенератор (ТУПГ), связаны по меньшей мере несколько паровых турбин. Котлы и ТУПГ включают трубы, в которых вода преобразуется в пар. Паровая турбина связана с котлом/ТУПГ посредством паропровода. Некоторые известные паровые турбины содержат отсечные клапаны, установленные на впуске, и регулирующие клапаны. Данные отсечные и регулирующие клапаны могут быть объединены в один клапанный узел. Пар направляют в паровую турбину через систему переноса пара, которая содержит паропровод, отсечные и регулирующие клапаны.

[0003] Многие известные системы трубопроводов, обеспечивающие перенос пара между паровыми котлами и ТУПГ, содержат систему металлических труб, и трубы в котлах и ТУПГ тоже выполнены из металла. От внутренних стенок металлических, например, железных, трубопроводов и труб отслаиваются твердые частицы, например, магнитной окиси железа, которые попадают в систему переноса пара и проходят через нее. Твердые частицы попадают в пар, направляемый из котлов/ТУПГ в паровую турбину, и сталкиваются с компонентами, расположенными на пути переноса пара, тем самым, обусловливая механизм разрушения указанных компонентов, который обычно называют эрозией в результате воздействия твердых частиц. Со временем эрозия в результате воздействия твердых частиц может привести к ускоренному износу компонентов паровой турбины, включая паровые клапаны, например, штоки клапанов. Повышенный износ штоков паровых клапанов, обусловленный эрозией в результате воздействия твердых частиц, приводит к снижению КПД установки, а дальнейший износ может привести к снижению уровня безопасности и эксплуатационной готовности вследствие увеличения частоты случаев простоя паровой турбины при проверке и/или ремонте паровых клапанов. Более того, наиболее известные процедуры проверки паровых клапанов требуют их физической разборки с целью визуального осмотра штока на предмет износа материала вследствие эрозии. Снижение производительности турбины и увеличение объема работ по техническому обслуживанию приводит к повышению эксплуатационных расходов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Согласно одному аспекту предложен клапан, который содержит узел штока, включающий по меньшей мере одну стенку и по меньшей мере один проход, по меньшей мере частично образованный внутри указанного узла штока клапана. Указанный по меньшей мере один проход образует первое отверстие. По меньшей мере одна часть указанной по меньшей мере одной стенки определяет участок возникновения эрозии, который подвержен контакту с твердыми частицами, в результате чего в проходе образуется второе отверстие. Кроме того, клапан содержит по меньшей мере одно чувствительное устройство, проточно сообщающееся посредством первого отверстия с указанным по меньшей мере одним проходом. Указанное по меньшей мере одно чувствительное устройство выполнено с возможностью передачи сигнала, указывающего на увеличение потока текучей среды через указанный по меньшей мере один проход.

[0005] Согласно другому аспекту предложена гидравлическая система, которая содержит по меньшей мере один источник текучей среды и по меньшей мере один клапан, проточно сообщающийся с указанным по меньшей мере одним источником текучей среды. Указанный по меньшей мере один клапан содержит узел штока, содержащий по меньшей мере одну стенку, и систему отслеживания состояния клапана, которая содержит по меньшей мере часть указанной по меньшей мере одной стенки. Кроме того, система отслеживания состояния клапана содержит по меньшей мере один проход, по меньшей мере частично образованный внутри узла штока клапана. Указанный по меньшей мере один проход образует первое отверстие. Система отслеживания состояния клапана дополнительно содержит по меньшей мере одно чувствительное устройство, проточно сообщающееся с указанным по меньшей мере одним проходом посредством первого отверстия. Указанное по меньшей мере одно чувствительное устройство выполнено с возможностью передачи сигнала, указывающего на увеличение потока текучей среды через указанный по меньшей мере один проход. Указанная по меньшей мере часть указанной по меньшей мере одной стенки образует участок возникновения эрозии, который подвергается контакту с твердыми частицами, в результате чего в указанном проходе образуется второе отверстие.

[0006] Согласно еще одному аспекту предложен способ работы гидравлической системы. Способ включает направление текучей среды от источника текучей среды к клапану. Текучая среда содержит твердые частицы. Клапан содержит узел штока. Кроме того, способ включает соударение текучей среды, содержащей твердые частицы, с по меньшей мере частью узла штока клапана. Способ дополнительно включает эрозионное разрушение указанной по меньшей мере части узла штока клапана и открытие прохода, проходящего через указанный узел штока клапана, для текучей среды. Кроме того, способ включает направление части текучей среды по проходу и обеспечение ее контактирования с чувствительным устройством. Способ также включает передачу сигнала от чувствительного устройства, что указывает на увеличение потока текучей среды через проход.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Фиг. 1 - схематическое изображение примерной энергетической системы комбинированного цикла.

[0008] Фиг. 2 - схематическое изображение примерного комбинированного запорно-регулирующего клапана паровой турбины, оснащенного примерной системой отслеживания состояния клапана.

[0009] Фиг. 3 - схематическое изображение комбинированного запорно-регулирующего клапана паровой турбины, показанного на фиг. 2, оснащенного альтернативной примерной системой отслеживания состояния клапана.

[0010] Фиг. 4 - схематическое изображение комбинированного запорно-регулирующего клапана паровой турбины, показанного на фиг. 2, оснащенного другой альтернативной примерной системой отслеживания состояния клапана.

[0011] Фиг. 5 - схематическое изображение комбинированного запорно-регулирующего клапана паровой турбины, показанного на фиг. 2, оснащенного еще одной альтернативной примерной системой отслеживания состояния клапана.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] На фиг. 1 представлено схематическое изображение примерной установки для производства электроэнергии, которая в примерном варианте выполнения представляет собой энергетическую систему 100 комбинированного цикла. Указанная система 100 содержит газовую турбину 102 и паровую турбину 104, приводящие во вращение, соответственно, первый электрогенератор 106 и второй электрогенератор 108. Кроме того, система 100 содержит теплоутилизационный парогенератор (ТУПГ) 110, проточно сообщающийся с газовой турбиной 102 посредством канала 111 для отработанных газов. В альтернативном варианте установка для производства электроэнергии может содержать любые устройства для генерации пара, связанные с паровой турбиной 104, включая, помимо прочего, работающий на ископаемом топливе энергетический котел и ядерный паро-производящий комплекс.

[0013] В примерном варианте выполнения одна газовая турбина 102 связана с одним ТУПГ 110, который связан с одной паровой турбиной 104. Как вариант, несколько газовых турбин 102 связаны с несколькими ТУПГ 110, которые связаны с одной паровой турбиной 104. Кроме того, в альтернативном варианте энергетическая система 100 комбинированного цикла содержит любое количество газовых турбин 102, любое количество ТУПГ 110 и любое количество паровых турбин 104, которые обеспечивают работу системы 100 в соответствии с настоящим описанием.

[0014] В примерном варианте выполнения паровая турбина 104 проточно сообщается с ТУПГ 110 посредством паропроводов 112. Согласно данному документу, паропроводы 112 включают трубопроводы и/или трубы любого сортамента, выполненные из любого материала, которые обеспечивают работу системы 100 в соответствии с настоящим описанием. Кроме того, паровая система 104 проточно сообщается с конденсатором 122 посредством канала 124 для выпуска пара низкого давления. В примерном варианте выполнения ТУПГ 110 содержит секцию 126 пароперегревателя высокого давления (HP), секцию 128 промежуточного перегревателя/промежуточного давления (RH/IP) и секцию 130 низкого давления (LP). Аналогичным образом, паровая турбина 104 содержит HP секцию 132, IP секцию 134 и LP секцию 136. В примерном варианте выполнения паропроводы 112 включают HP паропровод 138 перегретого пара, гидравлически соединяющий HP секцию 126 пароперегревателя с HP секцией 132. Кроме того, паропроводы 112 включают паропровод 140 холодного перегрева (CRH), обеспечивающий проточное сообщение HP секции 132 с RH/IP секцией 128. Паропроводы 112 дополнительно включают паропровод 142 горячего перегрева (HRH), обеспечивающий проточное сообщение RH/IP секции 128 с IP секцией 134. Помимо этого, паропроводы 112 включают LP паропровод 144, обеспечивающий проточное сообщение LP секции 130 с LP секцией 136. Более того, паровая турбина 104 включает перепускной паропровод 145, обеспечивающий проточное сообщение IP секции 134 с LP секцией 136.

[0015] Энергетическая система 100 дополнительно содержит основной регулирующий клапан (MCV) 151 и основной запорный клапан (MSV) 152, расположенные в HP паропроводе 138 перегретого пара, непосредственно перед HP секцией 132. Кроме того, система 100 содержит промежуточный регулирующий клапан (ICV) 153 и промежуточный запорный клапан (ISV) 154, расположенные в HRH паропроводе 142 непосредственно перед IP секцией 134. Система 100 дополнительно содержит HP перепускной клапан 156, расположенный внутри HP перепускного трубопровода 148, и IP перепускной клапан 158, расположенный внутри IP перепускного паропровода 150. Несмотря на то, что на чертеже клапаны MSV 152 и MCV 151 схематически изображены в виде двух отдельных клапанов, указанные клапаны расположены внутри общего корпуса (не показан на фиг. 1). Аналогичным образом, несмотря на то что на чертеже клапаны ISV 154 и ICV 153 изображены в виде двух отдельных клапанов, указанные клапаны расположены внутри общего корпуса (не показан на фиг. 1). В альтернативном варианте выполнения клапаны MSV 152, MCV 151, ISV 154 и ICV 153 представляют собой отдельные клапаны, установленные на определенном расстоянии друг от друга на соответствующих участках паропровода.

[0016] Кроме того, в примерном варианте выполнения система 100 содержит контроллер 174, функционально связанный с клапанами MSV 152, MCV 151, ISV 154 и ICV 153. В альтернативном варианте выполнения система 100 может содержать любое количество контроллеров, функционально связанных с любыми клапанами, обеспечивая работу указанной системы в соответствии с настоящим описанием. Контроллер 174 облегчает функции оперативного отслеживания состояния клапанов MSV 152, MCV 151, ISV 154 и ICV 153 благодаря использованию таких функциональных особенностей, как прием разрешающих сигналов, передача разрешающих сигналов, а также передача команд открытия и закрытия, но не ограничиваясь указанными особенностями.

[0017] Более того, в примерном варианте выполнения контроллер 174 содержит по меньшей мере один процессор (не показан на чертеже) и/или выполнен в виде по меньшей мере одного процессора. В соответствии с настоящим описанием, процессор включает любую схему управления, выполненную с возможностью быть запрограммированной соответствующим образом, например, помимо прочего, одну или более систем и микроконтроллеров, микропроцессоров, процессоров общего назначения (CPU), схем с сокращенным набором команд (RISC), специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых логических схем (PLC), программируемых пользователем матриц логических элементов (FPGA) и/или другую схему, обеспечивающую выполнение функций, описанных в данном документе. Вышеперечисленные примеры приведены исключительно в качестве пояснения и, следовательно, никоим образом не ограничивают определение и/или значение термина «процессор».

[0018] Кроме того, контроллер 174 содержит по меньшей мере одно запоминающее устройство (не показано на чертежах), связанное с процессором, в котором хранятся исполняемые компьютером команды и данные, такие как оперативная информация, параметры, уставки, пороговые значения и/или другие данные, обеспечивающие работу энергетической системы 100 комбинированного цикла в соответствии с настоящим описанием. Запоминающее устройство может включать один или более материальных энергонезависимых машиночитаемых носителей, таких как, помимо прочего, оперативное запоминающее устройство (RAM), динамическое оперативное запоминающее устройство (DRAM), статическое оперативное запоминающее устройство (SRAM), твердотельный накопитель, накопитель на жестком диске, постоянное запоминающее устройство (ROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM) и/или энергонезависимое оперативное запоминающее устройство (NVRAM).

[0019] Способы, описанные в данном документе, могут быть закодированы в виде исполняемых команд, содержащихся на энергонезависимом материальном машиночитаемом носителе, таком как, помимо прочего, устройство хранения данных и/или запоминающее устройство. Исполнение указанных команд процессором обеспечивает выполнение по меньшей мере части способов, описанных в данном документе. Более того, используемое в данном документе выражение «материальный энергонезависимый машиночитаемый носитель» включает все энергонезависимые материальные машиночитаемые носители, такие как встроенное программное обеспечение, физические и виртуальные хранилища данных, CD-ROMs, DVDs и другие цифровые источники, такие как сеть или Интернет, а также находящиеся в разработке цифровые средства, за единственным исключением, которым является источник распространения неустановившегося сигнала.

[0020] На фиг. 2 схематически изображен примерный комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины, оснащенный примерной системой 250 отслеживания состояния клапана. В примерном варианте выполнения указанный клапан 200 содержит выполненный как единое целое корпус 202 клапана. Корпус 202 клапана образует паровпускное отверстие 204, связанное с HP паропроводом 138 перегретого пара (показанным на фиг. 1), а также паровыпускное отверстие 206, связанное с HP секцией 132 паровой турбины (показанной на фиг. 1). Кроме того, клапан 200 содержит фильтр 207 пара на впуске, расположенный после паровпускного отверстия 204.

[0021] Кроме того, в примерном варианте выполнения клапан 200 включает клапаны MCV 151 и MSV 152. Клапан MCV 151 содержит диск 208, связанный со штоком 210 указанного клапана. Клапан MSV 152 включает затвор 212 и узел 214 штока. Клапаны MCV 151 и MSV 152 имеют общее седло 216.

[0022] В альтернативном варианте комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины может включать клапаны ICV 153 и ISV 154, причем паровпускное отверстие 204 связано с HRH паропроводом 142 (изображенным на фиг. 1), а паровыпускное отверстие 206 связано с IP секцией 134 паровой турбины (изображенной на фиг. 1). Кроме того, в альтернативном варианте клапан 200 может быть применен в любой гидравлической системе, в которой существует возможность попадания в текучую среду твердых частиц, обеспечивающая работу системы 250 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом, в том числе в системах переноса газа и жидкости.

[0023] Более того, в примерном варианте выполнения узел 214 штока запорного клапана содержит шток 218 и контрупорное кольцо 220, связанное с указанным штоком. Помимо этого, узел 214 содержит втулку 222, связанную со штоком 218 и кольцом 220, причем втулка 222 проходит вокруг указанного штока 218. Узел 214 дополнительно содержит охватывающее устройство, а именно уплотнительную прижимную головку 224, связанную с контрупорным кольцом 220, втулкой 222 и штоком 218 и проходящую вокруг указанных элементов. Шток 218 клапана имеет стенку 226 с наружной поверхностью 228. Втулка 222 имеет стенку 230 с внутренней поверхностью 232, расположенной напротив наружной поверхности 228 стенки штока клапана. Между наружной поверхностью 228 и внутренней поверхностью 232 образован проход 234. Головка 224 имеет стенку 236 с наружной поверхностью 238.

[0024] В некоторых альтернативных вариантах выполнения комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины не содержит втулку 222. В таких вариантах выполнения прижимная уплотнительная головка 224 проходит в радиальном направлении к наружной поверхности 228 штока клапана, при этом между указанными головкой и поверхностью образуется проход 234 для пара.

[0025] Более того, в примерных вариантах выполнения комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины содержит устройство 240 утечки пара вдоль штока, в котором образован проход 242.

[0026] В процессе эксплуатации комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины обеспечивает регулирование потока пара 244 на впуске, протекающего из HP паропровода 138 перегретого пара, и потока пара 246 на выпуске, протекающего в HP секцию 132 паровой турбины через корпус 202 клапана. Узел 214 штока запорного клапана перемещается кверху, открывая клапан MSV 152 путем выдвижения затвора 212 из седла 216. Закрытие MSV 152 происходит в результате перемещения затвора 212 книзу до тех пор, пока он не войдет в контакт с седлом 216. Клапан MSV 152 либо полностью открыт, либо полностью закрыт и не используется с целью регулирования потока пара. В отличие от этого, поток пара через MCV 151 регулируется путем изменения положения диска 208 указанного клапана относительно седла 216 посредством штока 210. Контроллер 174 управляет работой клапанов MSV 152 и MCV 151 посредством устройств, которые включают, помимо прочего, двигатели с электроприводом и электрогидравлические механизмы (не показаны на чертеже).

[0027] В примерном варианте выполнения система 250 отслеживания состояния клапана содержит проход 252, выполненный способом машинной обработки. В частности, первая часть 254 прохода 252 просверлена в стенке 230 втулки и частично в уплотнительной прижимной головке 224. Проход 252 образует первое отверстие 256 во внутренней поверхности 232 стенки втулки. Вторая часть 258 прохода 252 просверлена в головке 224. Первая часть 254 и вторая часть 258 проточно сообщаются и ориентированы по существу ортогонально друг другу. В альтернативном варианте первая часть 254 и вторая часть 258 могут иметь любую ориентацию внутри узла 214 штока запорного клапана и относительно друг друга, которая обеспечивает работу системы 250 согласно данному документу. Кроме того, проход 252, выполненный способом машинной обработки, имеет любые внутренние размеры, например, но не исключительно, длины и диаметры, которые обеспечивают работу системы 250 в соответствии с данным документом.

[0028] Вторая часть 258 прохода 252 просверлена таким образом, что между наружной поверхностью 238 стенки уплотнительной головки и указанной частью прохода 252 обеспечена заданная толщина Τ стенки 236 указанной головки. В альтернативном варианте, вторая часть 258 может быть просверлена так, что она проходит сквозь стенку 236 к наружной поверхности 238, при этом для закрытия стенки 236 и обеспечения толщины Τ указанной стенки замещают материал способами, включающими, помимо прочего, пайку, уплотняющую сварку и установку заглушки. Вблизи второй части 258 прохода 252 расположен предполагаемый участок 260 эрозии, причем толщина Τ имеет любое значение, которое обеспечивает работу системы 250 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом. Участок 260 возникновения эрозии имеет такую ориентацию и конфигурацию, которые обеспечивают эрозионное разрушение в пределах заданного диапазона скоростей развития эрозии для заданного диапазона концентраций твердых частиц, содержащихся в текучей среде, направляемой через комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины.

[0029] Кроме того, в примерном варианте выполнения первая часть 254 прохода 252, выполненного способом машинной обработки, проточно сообщается с паропроводом 234 посредством первого отверстия 256. Паропровод 234 проточно сообщается с проходом 242, образованным в устройстве утечки пара вдоль штока, причем проходы 234 и 242 относятся к системе 250 отслеживания состояния клапана. Проходы 234 и 242 имеют любые внутренние размеры, например, но не исключительно, длины и диаметры, которые обеспечивают работу указанной системы 250 в соответствии с данным документом.

[0030] Более того, в типичном варианте выполнения система 250 отслеживания состояния клапана содержит чувствительное устройство 262, которое представляет собой по меньшей мере одно из таких устройств, как датчик давления, датчик потока, или датчик любого типа, обеспечивающее работу указанной системы согласно данному документу. Чувствительное устройство 262 связано с устройством обработки, например, контроллером 174 (изображенным на фиг. 1), посредством канала 263, обеспечивая отслеживание утечки 264 пара между штоком 218 клапана и втулкой 222.

[0031] Во время работы узел 214 штока запорного клапана перемещается кверху, открывая клапан MSV 152 путем перемещения затвора 212 из седла 216 клапана, которое продолжается до тех пор, пока указанный клапан не достигнет заднего упора, то есть не переместится в полностью открытое положение. Шток 218 клапана посажен вплотную к контрупорному кольцу 220, так что чувствительное устройство 262 обнаруживает по существу отсутствие потока пара в паропроводе 234 и проходе 242 устройства утечки пара вдоль штока. Сразу после первичного ввода в эксплуатацию клапана 200 участок 260 возникновения эрозии находится по существу в исходном состоянии на момент изготовления, которому соответствует заданная толщина Т, и по существу еще не подвергался эрозии.

[0032] Когда поток пара 244 на впуске направляется через клапаны MCV 151 и MSV 152, попавшие в пар вещества, которые включают магнитные частицы 266, отслоившиеся от HP секции 126 ТУПГ 110 и HP паропровода 138 перегретого пара (изображены на фиг. 1), следуют по заданной траектории по направлению к участку 260 возникновения эрозии. При взаимодействии, то есть столкновении и соударении частиц 266 с участком 260, в указанном месте возникает эрозионное разрушение материала на наружной поверхности 238 стенки уплотнительной прижимной головки, в результате которого происходит уменьшение значения толщины Т. После разрушения достаточного количества материала, в результате чего толщина Τ приближается к нулевому значению, во второй части 258 прохода 252, выполненного способом машинной обработки, на участке 260 возникновения эрозии образуется второе отверстие 268. В проход 252 нагнетается пар, и утечка 264 пара направляется к чувствительному устройству 262 через второе отверстие 268, проход 252, первое отверстие 256, паропровод 234 и проход 242. Сигнал (не показан на чертеже), свидетельствующий об увеличении потока 264 пара через устройство 240 утечки вдоль штока клапана, передается по каналу 263, так что к оператору (не показан на чертеже) поступает сигнал тревоги и/или предупредительная индикация (не показаны на чертеже). Таким образом, можно начинать работы по техническому обслуживанию для проверки и/или ремонта клапана 200.

[0033] На фиг. 3 представлено схематическое изображение комбинированного запорно-регулирующего клапана 200 паровой турбины, выполненного с примерной альтернативной системой 350 отслеживания состояния клапана. В некоторых альтернативных вариантах выполнения клапан 200 не содержит втулку 222. В таких вариантах выполнения прижимная уплотнительная головка 224 проходит в радиальным направлении к наружной поверхности 228 штока клапана, при этом между указанными головкой и поверхностью образуется проход 234 для пара.

[0034] Система 350 подобна системе 250 (изображенной на фиг. 2), за исключением того, что система 350 имеет альтернативный проход 352, выполненный способом машинной обработки. В данном альтернативном примерном варианте выполнения проход 352 образует первое отверстие 356, связывающее указанный проход с паропроводом 234. Кроме того, в проходе 352 образовано второе отверстие 368, расположенное вблизи альтернативного участка 360 возникновения эрозии, причем указанный участок расположен на наружной поверхности 228 стенки штока клапана. В примерном варианте выполнения первое отверстие 356 и второе отверстие 368 отстоят друг от друга на 180° на наружной поверхности 228 стенки штока клапана. В альтернативном варианте проход 352, первое отверстие 356 и второе отверстие 368 имеют любую ориентацию внутри узла 214 штока запорного клапана и относительно друг друга, которая обеспечивает работу системы 350 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом.

[0035] Проход 352, выполненный способом машинной обработки, просверлен таким образом, чтобы была обеспечена заданная толщина Τ наружной поверхности 228 стенки штока клапана. В альтернативном варианте проход 352 может быть просверлен сквозь наружную поверхность 228 штока 218 клапана с образованием второго отверстия 368, при этом для закрытия указанного отверстия 368 и обеспечения толщины Τ внутри наружной поверхности 228 замещают материал способами, включающими, помимо прочего, пайку, уплотняющую сварку и установку заглушки. Толщина Τ имеет любое значение, которое обеспечивает работу системы 350 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом. Участок 360 возникновения эрозии имеет такую ориентацию и конфигурацию, которые обеспечивают эрозионное разрушение в пределах заданного диапазона скоростей развития эрозии для заданного диапазона концентраций твердых частиц, содержащихся в текучей среде, направляемой через комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины. Кроме того, проход 352 имеет любые внутренние размеры, например, помимо прочего, длины и диаметры, которые обеспечивает работу системы 350 отслеживания состояния клапана согласно данному документу. Работа системы 350 подобна работе системы 250.

[0036] На фиг. 4 представлено схематическое изображение комбинированного запорно-регулирующего клапана 200 паровой турбины, выполненного с другой примерной альтернативной системой 450 отслеживания состояния клапана. В некоторых альтернативных вариантах выполнения клапан 200 не содержит втулку 222. В таких вариантах выполнения прижимная уплотнительная головка 224 проходит в радиальным направлении к наружной поверхности 228 штока клапана, при этом между указанными головкой и поверхностью образуется проход 234 для пара.

[0037] Система 450 подобна системе 250 (изображенной на фиг. 2) и системе 350 (изображенной на фиг. 3). Однако в данном альтернативном примерном варианте выполнения система 450 имеет альтернативный проход 452, выполненный способом машинной обработки. В данном альтернативном примерном варианте выполнения проход 452 имеет первую часть 454, просверленную прямолинейным образом в штоке 218 клапана. Кроме того, в системе 450 первая часть 454 прохода 452 образует первое отверстие 456, расположенное вблизи альтернативного чувствительного устройства 462. Чувствительное устройство 462 расположено снаружи штока 218, причем указанное устройство представляет собой датчик давления или датчик любого типа, который обеспечивает работу системы 450 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом. Чувствительное устройство 462 связано посредством канала 463 с устройством обработки, например контроллером 174 (изображенным на фиг. 1), для обеспечения отслеживания утечки 464 пара внутри штока 218 клапана.

[0038] Кроме того, в данном примерном альтернативном варианте выполнения система 450 содержит вторую часть 458 прохода 452, которая тоже просверлена так, что она проходит через шток 218. Первая часть 454 и вторая часть 458 проточно сообщаются и ориентированы по существу ортогонально друг другу. Как вариант, первая часть 454 и вторая часть 458 имеют любую ориентацию внутри штока 218 клапана и относительно друг друга, которая обеспечивает работу системы 450 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом. Кроме того, проход 452, выполненный способом машинной обработки, имеет любые внутренние размеры, например, помимо прочего, длины и диаметры, которые обеспечивают работу системы 450 отслеживания состояния клапана согласно данному документу.

[0039] Более того, в данном примерном альтернативном варианте выполнения проход 452 просверлен таким образом, чтобы была обеспечена заданная толщина Τ наружной поверхности 228 стенки штока клапана. Как вариант, проход 352 может быть просверлен сквозь наружную поверхность 228 штока 218 клапана с образованием второго отверстия 468, расположенного вблизи альтернативного участка 460 возникновения эрозии, причем указанный участок расположен на наружной поверхности 228 стенки штока клапана. В данных альтернативных вариантах выполнения для закрытия второго отверстия 468 и обеспечения толщины Τ внутри наружной поверхности 228 замещают материал способами, включающими, помимо прочего, пайку, уплотняющую сварку и установку заглушки. Толщина Τ имеет любое значение, которое обеспечивает работу системы 450 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом. Ориентация и конфигурация участка 460 возникновения эрозии обеспечивают эрозионное разрушение в пределах заданного диапазона скоростей развития эрозии для заданного диапазона концентраций твердых частиц, содержащихся в текучей среде, направляемой через комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины.

[0040] Работа системы 450 подобна работе системы 250 за исключением того, что после разрушения достаточного количества материала, в результате чего толщина Τ приближается к нулевому значению, во второй части 458 прохода 452, выполненного способом машинной обработки, на участке 460 возникновения эрозии образуется второе отверстие 468. В проход 452 нагнетается пар, и пар 464 утечки направляется к чувствительному устройству 462 через второе отверстие 468, проход 452 и первое отверстие 456. Когда проход 452 заполнится паром 464, а давление в первом отверстии 456 сравняется с давлением пара во втором отверстии 468, поток пара внутри прохода 452 уменьшится. Сигнал (не показан на чертеже), указывающий на увеличение потока пара внутри прохода 452, передается по каналу 463, так что к оператору (не показан на чертеже) поступает сигнал тревоги и/или предупредительная индикация (не показаны на чертеже). Таким образом, можно начинать работы по техническому обслуживанию для проверки и/или ремонта клапана 200.

[0041] На фиг. 5 представлено схематическое изображение клапана 200 паровой турбины, выполненного с еще одной примерной альтернативной системой 550 отслеживания состояния клапана. В некоторых альтернативных вариантах выполнения клапан 200 не содержит втулку 222. В таких вариантах выполнения прижимная уплотнительная головка 224 проходит в радиальном направлении к наружной поверхности 228 штока клапана, при этом между указанными головкой и поверхностью образуется проход 234 для пара.

[0042] Система 550 подобна системе 250 (изображенной на фиг. 2), системе 350 (изображенной на фиг. 3) и системе 450 (изображенной на фиг. 4). Однако в данном альтернативном примерном варианте выполнения система 550 имеет альтернативный проход 552, выполненный способом машинной обработки. В данном альтернативном примерном варианте выполнения проход 552 включает по существу прямолинейный проход, просверленный прямо в головке 224. Как вариант, проход 552 имеет любую ориентацию внутри головки 224, обеспечивающую работу системы 550 согласно данному документу. Кроме того, проход 552 имеет любые внутренние размеры, например, помимо прочего, длины и диаметры, которые обеспечивают работу системы 550 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом.

[0043] Кроме того, в системе 550 проход 552 образует первое отверстие 556, расположенное вблизи альтернативного чувствительного устройства 562. Чувствительное устройство 562 расположено снаружи штока 218 клапана, причем указанное устройство представляет собой датчик давления или датчик любого типа, который обеспечивает работу системы 550 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом. Чувствительное устройство 562 связано посредством канала 563 с устройством обработки, например, контроллером 174 (изображенным на фиг. 1), для обеспечения отслеживания утечки 564 пара внутри прижимной уплотнительной головки 224.

[0044] Более того, в данном примерном альтернативном варианте выполнения проход 552 просверлен таким образом, чтобы была обеспечена заданная толщина Τ наружной поверхности 238 стенки уплотнительной головки. Как вариант, проход 552 может быть просверлен сквозь наружную поверхность 238 прижимной уплотнительной головки 224 с образованием второго отверстия 568, расположенного вблизи альтернативного участка 560 возникновения эрозии, причем участок 560 расположен на указанной наружной поверхности 238. В данных альтернативных вариантах выполнения для закрытия второго отверстия 568 и обеспечения толщины Τ внутри наружной поверхности 238, замещают материал способами, включающими, помимо прочего, пайку, уплотняющую сварку и установку заглушки. Толщина Τ имеет любое значение, которое обеспечивает работу системы 550 отслеживания состояния клапана в соответствии с данным документом. Ориентация и конфигурация участка 560 возникновения эрозии обеспечивают эрозионное разрушение в пределах заданного диапазона скоростей развития эрозии для заданного диапазона концентраций твердых частиц, содержащихся в текучей среде, направляемой через комбинированный запорно-регулирующий клапан 200 паровой турбины.

[0045] Работа системы 550 отслеживания состояния клапана подобна работе системы 250 за исключением того, что после разрушения достаточного количества материала, в результате чего толщина Τ приближается к нулевому значению, на участке 460 возникновения эрозии образуется второе отверстие 568. В проход 552 нагнетается пар, и пар 564 утечки направляется к чувствительному устройству 562 через второе отверстие 568, проход 552 и первое отверстие 556. Когда проход 552, выполненный способом машинной обработки, заполнится паром 564, а давление в первом отверстии 556 сравняется с давлением пара во втором отверстии 568, поток пара внутри прохода 552 уменьшится. Сигнал (не показан на чертеже), указывающий на увеличение потока пара через проход 552, передается по каналу 563, так что к оператору (не показан на чертеже) поступает сигнал тревоги и/или предупредительная индикация (не показаны на чертеже). Таким образом, можно начинать работы по техническому обслуживанию для проверки и/или ремонта клапана 200.

[0046] В отличие от известных систем и способов отслеживания состояния клапана, системы и способы, описанные в данном документе, обеспечивают усовершенствованное обнаружение эрозии штока клапана в процессе эксплуатации гидравлической системы, без необходимости вывода системы из эксплуатации и физической разборки клапана с целью визуальной проверки эрозионного разрушения штока. В частности, в отличие от известных систем и способов отслеживания состояния клапана, системы и способы, описанные в данном документе, включают выполнение способом машинной обработки проходов внутри частей запорных и регулирующих клапанов паровых турбин. Кроме того, в отличие от известных систем и способов отслеживания состояния клапана, системы и способы, описанные в данном документе, включают стратегически расположенные участки возникновения эрозии, ориентация и конфигурация которых обеспечивают эрозионное разрушение в пределах заданного диапазона скоростей развития эрозии для заданного диапазона концентраций твердых частиц, содержащихся в текучей среде, направляемой через паровые клапаны. Более того, в отличие от известных систем и способов отслеживания состояния клапана, аналогичные системы и способы, описанные в данном документе, включают чувствительные устройства, оповещающие оператора об эрозии штока, обеспечивая заблаговременное планирование мероприятий по замене или ремонту штока клапана и других поврежденных эрозией компонентов согласно плановым отключениям установки в условиях обычной эксплуатации.

[0047] В данном документе описаны примерные варианты выполнения систем отслеживания состояния клапана, которые обеспечивают улучшенную промышленную эксплуатацию по сравнению с известными системами отслеживания состояния клапанов. Вышеописанные способы, устройства и системы обеспечивают сокращение незапланированных отключений. Данные способы, устройства и системы также снижают необходимость выполнения нецелесообразной разборки и проверок клапана по сравнению с известными системами отслеживания состояния клапанов. В частности, вышеописанные способы, устройства и системы обеспечивают обнаружение повышенной степени эрозии штока паровых клапанов еще на ранней стадии, до того как шток выйдет из строя, тем самым, повышая ресурс безопасной работы относительно возможных случаев разноса турбины. В частности, вышеописанные способы, устройства и системы также обеспечивают способ обнаружения повышенной степени эрозии штока клапана еще до того, как шток выйдет из строя, и обеспечивают заблаговременное планирование мероприятий по замене или ремонту согласно плановым отключениям установки в условиях обычной эксплуатации, тем самым, снижая частоту внеплановых отключений, обусловленных отказом оборудования.

[0048] Примерный технический эффект от внедрения способов, систем и устройств, описанных в данном документе, включает по меньшей мере один из следующих эффектов: а) сокращение нецелесообразной разборки, проверки и повторной сборки парового клапана, и б) оповещение операторов о возможном эрозионном разрушении штока клапана паровой турбины в ходе ее эксплуатации.

[0049] Предложенные способы, устройства и системы не ограничены конкретными, описанными в данном документе вариантами выполнения. Например, компоненты каждой системы и/или этапы каждого способа могут быть использованы и/или выполнены независимо и отдельно от других компонентов и/или этапов, описанных в данном документе. Кроме того, каждый компонент и/или этап может быть использован и/или выполнен совместно с другими узлами и способами.

[0050] Хотя изобретение было описано с учетом разнообразных конкретных вариантов выполнения, специалистам понятно, что изобретение может быть реализовано на практике с учетом модификаций, не выходящих за рамки сущности и объема формулы изобретения.

Группа изобретений относится к гидравлическим системам, в частности к способам и устройствам, облегчающим обнаружение эрозии клапанов. Клапан содержит узел штока, содержащий стенку и проход, образованный внутри указанного узла штока. Указанный проход образует первое отверстие. Часть указанной стенки образует участок возникновения эрозии, который подвержен контакту с твердыми частицами, в результате чего в проходе образуется второе отверстие. Кроме того, клапан содержит чувствительное устройство, проточно сообщающееся через первое отверстие с указанным проходом. Указанное чувствительное устройство выполнено с возможностью передачи сигнала, указывающего на увеличение потока текучей среды через проход. Группа изобретений направлена на снижение износа штоков в результате эрозии. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Клапан, содержащий

узел штока, содержащий по меньшей мере одну стенку и по меньшей мере один проход, по меньшей мере частично образованный внутри указанного узла штока клапана, причем указанный по меньшей мере один проход образует первое отверстие, а указанная по меньшей мере одна часть указанной по меньшей мере одной стенки образует участок возникновения эрозии, который подвержен контакту с твердыми частицами, в результате чего в проходе образуется второе отверстие, и

по меньшей мере одно чувствительное устройство, проточно сообщающееся посредством первого отверстия с указанным по меньшей мере одним проходом, причем указанное по меньшей мере одно чувствительное устройство выполнено с возможностью передачи сигнала, указывающего на увеличение потока текучей среды через указанный по меньшей мере один проход.

2. Клапан по п. 1, в котором указанный узел штока содержит шток клапана, имеющий наружную поверхность, и по меньшей мере одно охватывающее шток клапана устройство, по меньшей мере частично проходящее вокруг указанного штока клапана.

3. Клапан по п. 2, в котором указанный по меньшей мере один проход включает первый проход, образованный внутри указанного по меньшей мере одного охватывающего шток клапана устройства, и второй проход, образованный между штоком клапана и указанным по меньшей мере одним охватывающим шток клапана устройством, причем указанный второй проход проточно сообщается с первым проходом и с указанным по меньшей мере одним чувствительным устройством.

4. Клапан по п. 2, в котором указанный по меньшей мере один проход включает первый проход, образованный внутри штока клапана, и второй проход, образованный между штоком клапана и указанным по меньшей мере одним охватывающим шток клапана устройством, причем второй проход проточно сообщается с первым проходом и указанным по меньшей мере одним чувствительным устройством.

5. Клапан по п. 2, в котором указанный по меньшей мере один проход включает проход, образованный внутри штока клапана, при этом указанный проход проточно сообщается с указанным по меньшей мере одним чувствительным устройством.

6. Клапан по п. 2, в котором указанное по меньшей мере одно чувствительное устройство содержит по меньшей мере датчик давления или датчик потока.

7. Клапан по п. 2, в котором указанный участок возникновения эрозии имеет заданную толщину стенки, причем ориентация и конфигурация данного участка обеспечивают эрозионное разрушение в пределах заданного диапазона скоростей развития эрозии для заданного диапазона концентраций твердых частиц, содержащихся в текучей среде, направляемой через указанный клапан, при этом по меньшей мере часть текучей среды направляется к указанному по меньшей мере одному чувствительному устройству, когда толщина по меньшей мере части указанного по меньшей мере одного участка возникновения эрозии практически равна нулю.

8. Клапан по п. 2, в котором указанный по меньшей мере один проход просверлен внутри штока клапана, или внутри указанного по меньшей мере одного охватывающего шток клапана устройства, или внутри них обоих, причем указанный по меньшей мере один участок возникновения эрозии содержит по меньшей мере одно из следующего:

остальную часть штока клапана, или указанного по меньшей мере одного охватывающего шток клапана устройства, или их обоих, которая не была удалена в результате сверления, и

материал замещения, нанесенный на указанный по меньшей мере один участок возникновения эрозии.

9. Гидравлическая система, содержащая

по меньшей мере один источник текучей среды,

по меньшей мере один клапан, проточно сообщающийся с указанным по меньшей мере одним указанным источником текучей среды, причем указанный по меньшей мере один клапан содержит узел штока, содержащий по меньшей мере одну стенку, и

систему отслеживания состояния клапана, содержащую

по меньшей мере часть указанной по меньшей мере одной стенки,

по меньшей мере один проход, по меньшей мере частично образованный внутри узла штока клапана, причем указанный по меньшей мере один проход образует первое отверстие, и

по меньшей мере одно чувствительное устройство, проточно сообщающееся с указанным по меньшей мере одним проходом посредством первого отверстия, при этом указанное по меньшей мере одно чувствительное устройство обеспечивает передачу сигнала, указывающего на увеличение потока текучей среды через указанный по меньшей мере один проход,

причем указанная по меньшей мере часть указанной по меньшей мере одной стенки образует участок возникновения эрозии, который подвергается контакту с твердыми частицами, в результате чего в указанном проходе образуется второе отверстие.

10. Гидравлическая система по п. 9, в которой узел штока содержит по меньшей мере одно из следующего:

шток клапана, имеющий наружную поверхность, или

по меньшей мере одно охватывающее шток клапана устройство, по меньшей мере частично проходящее вокруг штока клапана.

11. Гидравлическая система по п. 10, в которой указанный по меньшей мере один проход включает первый проход, образованный внутри указанного по меньшей мере одного охватывающего шток клапана устройства, и второй проход, образованный между штоком клапана и указанным по меньшей мере одним охватывающим шток клапана устройством, причем второй проход проточно сообщается с первым проходом и с указанным по меньшей мере одним чувствительным устройством.

12. Гидравлическая система по п. 10, в которой указанный по меньшей мере один проход включает первый проход, образованный внутри штока клапана, и второй проход, образованный между штоком клапана и указанным по меньшей мере одним охватывающим шток клапана устройством, причем второй проход проточно сообщается с первым проходом и с указанным по меньшей мере одним чувствительным устройством.

13. Гидравлическая система по п. 10, в которой указанный по меньшей мере один проход включает проход, образованный внутри штока клапана, при этом указанный проход проточно сообщается с указанным по меньшей мере одним чувствительным устройством.

14. Гидравлическая система по п. 10, в которой участок возникновения эрозии имеет заданную толщину стенки, причем ориентация и конфигурация указанного участка обеспечивают эрозионное разрушение в пределах заданного диапазона скоростей развития эрозии для заданного диапазона концентраций твердых частиц, содержащихся в текучей среде, направляемой через указанный клапан, при этом по меньшей мере часть текучей среды направляется к указанному по меньшей мере одному чувствительному устройству, когда толщина по меньшей мере части указанного по меньшей мере одного участка возникновения эрозии практически равна нулю.

15. Гидравлическая система по п. 10, в которой указанный по меньшей мере один проход просверлен внутри штока клапана, или внутри указанного по меньшей мере одного охватывающего шток клапана устройства, или внутри их обоих, причем указанный по меньшей мере один участок возникновения эрозии содержит по меньшей мере одно из следующего:

остальную часть штока клапана, или указанного по меньшей мере одного охватывающего шток клапана устройства, или их обоих, которая не была удалена в результате сверления, и

материал замещения, нанесенный на указанный по меньшей мере один участок возникновения эрозии.

16. Способ работы гидравлической системы, включающий

направление текучей среды от источника текучей среды к клапану, причем текучая среда содержит твердые частицы, а клапан содержит узел штока,

обеспечение соударения текучей среды, содержащей твердые частицы, с по меньшей мере частью узла штока клапана;

эрозионное разрушение указанной по меньшей мере части узла штока клапана и открытие прохода, проходящего через указанный узел штока клапана, для текучей среды,

направление части текучей среды по проходу и обеспечение ее контактирования с чувствительным устройством, и

передачу сигнала от чувствительного устройства, который указывает на увеличение потока текучей среды через проход.

17. Способ по п. 16, в котором эрозионное разрушение по меньшей мере части узла штока клапана и образование прохода для текучей среды включает эрозионное разрушение части участка возникновения эрозии, содержащего стенку штока клапана или стенку охватывающего шток клапана устройства, проходящего вокруг по меньшей мере части штока клапана, причем участок возникновения эрозии имеет заданную толщину.

18. Способ по п.16, в котором при направлении части текучей среды через проход и обеспечении ее контактирования с чувствительным устройством направляют текучую среду по первому проходу, образованному внутри охватывающего шток клапана устройства, которое проходит вокруг по меньшей мере части штока клапана, и направляют текучую среду по второму проходу, образованному между охватывающим шток клапана устройством и штоком клапана, причем второй проход проточно сообщается с первым проходом и чувствительным устройством.

19. Способ по п. 16, в котором при направлении части текучей среды по проходу и обеспечении ее контактирования с чувствительным устройством направляют текучую среду по первому проходу, образованному внутри штока клапана, и направляют текучую среду по второму проходу, образованному между охватывающим шток клапана устройством, причем указанное охватывающее шток клапана устройство проходит по меньшей мере частично вокруг штока клапана, при этом второй проход проточно сообщается с первым проходом и чувствительным устройством.

20. Способ по п. 16, в котором при направлении части текучей среды по проходу и обеспечении ее контактирования с чувствительным устройством направляют текучую среду по второму проходу, образованному внутри штока клапана, и проходу, проточно сообщающемуся с чувствительным устройством.