СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ С ДВУМЯ ПОДВОДЯЩИМИ ПАРОПРОВОДАМИ Российский патент 2017 года по МПК F01D17/08 

Изобретение относится к способу эксплуатации паровой турбины, включающей в себя присоединенный к ней первый подводящий паропровод, второй подводящий паропровод, расположенный в первом подводящем паропроводе первый клапан и расположенный во втором подводящем паропроводе второй клапан.

В паросиловых установках пар вырабатывается в парогенераторе, который по подводящим трубопроводам направляется к паровой турбине. В подводящих паропроводах установлены клапаны, которые регулируют расход пара. Таким образом, для регулирования мощности паровой турбины перед ней устанавливаются один или несколько клапанов. Возможны различные эксплуатационные режимы паровой турбины. Так, ее можно эксплуатировать при полной нагрузке. Другой возможностью является эксплуатация паровой турбины при частичной нагрузке. Это значит, что через клапаны и в паровую турбину течет не весь массовый поток пара, вырабатываемый в парогенераторе.

В этом режиме частичной нагрузки клапаны немного закрываются, так что в паровую турбину может течь лишь часть максимально возможного общего массового потока. В таком режиме частичной нагрузки клапаны склонны к колебаниям, поскольку за счет дросселирования до частичной нагрузки параметры потока в клапане могут измениться и вызвать возбуждение всей структуры, образованной клапаном и трубопроводами. Это следует считать критическим, поскольку в результате циклически изменяющихся и, возможно, циклически повторяющихся нагрузок детали сильно нагружаются, что при определенных условиях могло бы привести к трещинам в деталях, а этого следует избегать.

Кроме того, при определенных условиях на клапанной тарелке могут возникать недопустимо высокие неустановившиеся усилия, которые сообща приводят к повреждению клапана.

Проблему склонных к колебаниям клапанов в режиме частичной нагрузки можно было бы решить за счет того, что или такой клапан заново разрабатывается, или устанавливается другой клапан, что, однако, приводит к простоям и повышению расходов на материалы.

В основе изобретения лежит задача создания способа, с помощью которого можно было бы избежать колебаний.

Кроме того, задача изобретения заключается в создании паротурбинной установки, клапаны которой не приводили бы к колебаниям.

Поставленная задача решена посредством способа эксплуатации паровой турбины, включающей в себя присоединенный к ней первый подводящий паропровод, второй подводящий паропровод, расположенный в первом подводящем паропроводе первый клапан и расположенный во втором подводящем паропроводе второй клапан, причем при возникновении колебаний первого и/или второго клапана первый клапан закрывается, а второй клапан открывается.

Следовательно, согласно изобретению предложено эксплуатировать клапаны в паросиловой установке, имеющей более одного клапана, таким образом, что они срабатывают асимметрично, если возникают их недопустимые колебания. Под ними следует понимать механические колебания. Они касаются структуры из клапана и трубопроводов. Это осуществляется согласно изобретению за счет того, что определяется критическое эксплуатационное состояние отдельного клапана. Чтобы массовый поток равномерно затекал в паровую турбину, не находящийся в критическом эксплуатационном состоянии второй клапан согласуется с критическим эксплуатационным состоянием первого клапана. Это значит, что клапанные отверстия выполняются встречными. Если, например, находящийся в критическом эксплуатационном состоянии первый клапан закрывается, то откроется не находящийся в критическом эксплуатационном состоянии второй клапан, чтобы тем самым не изменять общий массовый поток, ведущий в паровую турбину.

Массовый поток через первый и второй клапаны регулируется клапанными отверстиями. Закрывание одного клапана означает, что массовый поток и клапанное отверстие уменьшаются. Открывание одного клапана означает, что массовый поток и клапанное отверстие увеличиваются.

За счет этого можно быстро преодолеть критическое эксплуатационное состояние первого клапана и тем не менее обеспечить равномерное изменение массового потока.

В зависимых пунктах формулы приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Так, в первом предпочтительном варианте в первом клапане расположен первый датчик ускорения, а во втором клапане - второй датчик ускорения для обнаружения недопустимых колебаний.

Для обнаружения критического эксплуатационного состояния определяется тем самым физическая величина, что осуществляется посредством датчика ускорения. Это значит, что можно определить положение тела клапана и диагностировать на основе данных возможное критическое эксплуатационное состояние. Как только такое критическое эксплуатационное состояние наступит, с помощью находящегося во втором клапане датчика ускорения проверяется его эксплуатационное состояние, и принимаются ответные меры согласно изобретению, которые заключаются в том, что тела клапанов приводятся в действие асимметрично по отношению друг к другу. Другими словами, оба клапана асимметрично регулируются, так что при возникновении колебаний один клапан закрывается, а другой клапан открывается с той целью, чтобы настроить нужный общий массовый поток и чтобы в то же время отдельный клапан оставался в критическом эксплуатационном состоянии в течение как можно более короткого времени.

Предложенный способ может быть реализован предпочтительным образом впоследствии в существующих паросиловых установках. Возможно программирование управления клапанами, что приводит к уменьшению затрат. Предпочтительным образом это позволяет в самой значительной степени избежать простоев.

Точно так же изобретение применимо предпочтительным образом после переналадок паровой турбины в паросиловой установке или при модернизации последней, поскольку за счет активного контроля и адаптивной стратегии предотвращения колебаний клапанов можно в самой значительной степени избежать их повреждений.

В одном предпочтительном варианте первый и второй клапаны включаются и выключаются таким образом, что достигается заданный общий массовый поток пара в паровую турбину.

Следовательно, несмотря на нежелательное колебание клапанов, паровую турбину можно эксплуатировать в нужном диапазоне мощности.

В предпочтительных вариантах изобретение применимо в паросиловых установках более чем с двумя клапанами. Так, изобретение применимо в паросиловых установках, например, с тремя, четырьмя и более клапанами. Согласно изобретению клапаны эксплуатируются асимметрично по отношению друг к другу.

Далее задача решается посредством паротурбинной установки с паровой турбиной и первым и вторым подводящими паропроводами, причем в первом подводящем паропроводе расположен первый клапан, а во втором подводящем паропроводе - второй клапан, причем в первом клапане расположен первый датчик ускорения, а во втором клапане - второй датчик ускорения. С помощью датчиков ускорения определяются усилия на клапаны. За счет этого можно обнаружить колебания.

Изобретение более подробно поясняется на примере его осуществления.

Пример осуществления изобретения схематично изображен на чертежах, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - паросиловая установка;

фиг. 2 - массовые потоки.

На фиг. 1 изображена часть паросиловой установки 1, включающей в себя паровую турбину 2, а также первый 3 и второй 4 клапаны. Паровая турбина 2 выполнена с направляющими и рабочими лопатками (не показаны) и снабжается по первому 5 и второму 6 подающим паропроводам паром из парогенератора (не показан).

В подводящем паропроводе 5 расположен клапан 3. Во втором паропроводе 6 расположен клапан 4. Оба клапана включают в себя тело (не показано), которое выполнено подвижным относительно клапанной тарелки. Движение тела клапана к тарелке приводит к закрыванию клапана. Движение тела клапана от тарелки приводит к открыванию клапана. Открывающийся клапан приводит к увеличению массового потока пара через него. Движение тела клапана к тарелке приводит к уменьшению массового потока пара.

Оба клапана могут быть выполнены конструктивно одинаково. В альтернативных вариантах оба клапана могут быть выполнены по-разному. Паровая турбина 2 выполнена в варианте на фиг. 1 двухпоточной. В альтернативных вариантах паровая турбина 2 может быть выполнена однопоточной.

Паровая турбина 2 эксплуатируется следующим образом.

Первый датчик ускорения (не показан), расположенный в клапане 3, регистрирует движение его тела. Точно так же второй датчик ускорения (не показан) расположен в клапане 4 и выполнен для регистрации движений его тела. Как только первый или второй датчик ускорения обнаружит недопустимое колебание клапана, оба клапана приводятся в действие асимметрично по отношению друг к другу. Это значит, что в этом случае вмешивается регулирование, которое приводит к тому, что клапан 3 закрывается, а клапан 4 открывается. При этом регулирование выполнено таким образом, что клапаны 3, 4 регулируют массовый поток встречно друг другу. Это значит, что закрывание одного клапана, например клапана 3, приводит к открыванию другого клапана 4 или наоборот.

Это асимметричное регулирование клапанного отверстия происходит таким образом, что при возникновении колебаний максимально не изменяется нужный общий массовый поток, складывающийся из массовых потоков через оба клапана 3, 4.

На фиг. 2 на оси Y изображен массовый поток, а на оси X изображено время. В момент t₀, обозначенный штриховой линией, обнаруживается колебание клапана 4. Средняя линия 9 обозначает массовый поток пара через клапан 4. До момента t₀ характеристика массового потока пара через клапан 4 равномерная. В момент t₀ обнаруживаются колебания клапана 4, которые приводят к его закрыванию. Теперь согласно изобретению, как это обозначено нижней линией 10, регулируется массовый поток пара через клапан 3. Это значит, что в момент t₀ клапан 3 открывается, в результате чего массовый поток пара увеличивается. Это происходит до момента t₁, в который условия до момента t₂ обратные. Это значит, что клапан 3 закрывается, в результате чего уменьшается массовый поток пара, обозначенный нижней линией 10, а клапан 4 открывается, в результате чего увеличивается массовый поток пара, обозначенный средней линией 9. В момент t₂ колебания исчезают, так что, начиная с него, характеристики массовых потоков пара, обозначенных линиями 9, 10, снова равномерные.

Верхняя линия 11 обозначает суммарный массовый поток пара, протекающий через оба клапана 3, 4. Видно, что характеристика массового потока пара не имеет излома ни в момент t₀, ни в момент t₁ или t₂. Таким образом, массовый поток пара может течь в паровую турбину 2 равномерно.

Изобретение относится к паротурбинной установке и к способу эксплуатации паровой турбины (2), причем пар подается в паровую турбину через первый клапан (3) в первом подводящем паропроводе (5) и второй клапан (4) во втором подводящем паропроводе (6), причем клапаны регулируются асимметрично по отношению друг к другу, так что при возникновении недопустимых колебаний, измеренных посредством датчиков ускорения, один клапан закрывается, а другой клапан открывается в целях настройки нужного общего массового потока. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ эксплуатации паровой турбины (2), включающей в себя присоединенный к ней первый подводящий паропровод (5), второй подводящий паропровод (6), расположенный в первом подводящем паропроводе (5) первый клапан (3) и расположенный во втором подводящем паропроводе (6) второй клапан (4), отличающийся тем, что при возникновении колебаний первого клапана (3) и/или второго клапана (4) первый клапан закрывают, а второй клапан (4) открывают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в первом клапане (3) располагают первый датчик ускорения, а во втором клапане (4) - второй датчик ускорения для обнаружения недопустимых колебаний клапанов.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первый клапан (3) закрывают, а второй клапан (4) открывают таким образом, что достигается заданный общий массовый поток пара в паровую турбину (2).

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит третий, четвертый и дополнительные клапаны, которые приводят в действие асимметрично.