Усовершенствованный высокорасходный клапан в системе безопасности паровой турбины Российский патент 2018 года по МПК F01D21/16 F16K1/36 F16K31/122 F16K31/124 

Область техники

[0001] Данное изобретение относится в целом к системам безопасности паровых турбин и, в частности, к высокорасходному клапану в электрогидравлическом блоке управления безопасностью, предназначенному для выпуска объема масла по командам от системы безопасности паровой турбины с приведением в действие исполнительных устройств для прекращения потока пара в паровых турбинах для их остановки.

Краткое описание уровня техники

[0002] Система безопасности паровой турбины обеспечивает защиту паровой турбины с использованием предохранительной цепи, которая имеет электрогидравлический интерфейс, содержащий клапаны.

[0003] Пример такого клапанного устройства показан на фиг. 1, относящейся к уровню техники, и представляет собой клапан 10 в состоянии ожидания. Такой клапан 10 представляет собой масляный клапан, содержащий кожух 11, имеющий периферический фланец 12, который обеспечивает возможность установки кожуха 13 клапана. Кожух 13 имеет впускной/выпускной канал 13а. Корпус 11 клапана также имеет впускное отверстие 11а и выпускное отверстие 11b, через которые текучая среда соответственно поступает и выходит. Клапан 10 также содержит картридж 14, расположенный в корпусе 11. Картридж 14 клапана имеет полую удлиненную конструкцию, при этом полая часть ограничивает камеру 14а. Канал 13а обеспечивает возможность управления положениями картриджа 14 через камеру 14а. Когда система безопасности паровой турбины, в зависимости от требования безопасности использующая электромагнитный клапан, качает масло для его введения через канал 13а, она прикладывает давление к камере 14а с обеспечением закрытия клапана 10, в результате чего поток текучей среды от впускного отверстия 11а к выпускному отверстию 11b прекращается. Кроме того, когда электромагнитный клапан качает масло для его вывода через канал 13а, он сбрасывает давление, действующее на камеру 14а, с обеспечением открытия клапана 10, в результате чего происходит высвобождение потока текучей среды от отверстия 11а к отверстию 11b. Кроме того, клапан 10 может также содержать пружину 15, которая может активировать картридж, когда гидравлическая энергия отключена.

[0004] Такой клапан 10 в состоянии ожидания может успешно использоваться при соответствующей необходимости, однако всегда имеется риск заклинивания вследствие большего перемещения, известного как величина хода (S1), картриджа 14 в корпусе 11, при этом клапан 10 требует подходящего размера (G1) направляющей вследствие большего удлиненного профиля картриджа 14 клапана и его малого диаметра D1.

[0005] Соответственно, существует необходимость в усовершенствованном высокорасходном клапане в системе безопасности паровой турбины, который устраняет вышеуказанные проблемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В данном изобретении предложен усовершенствованный высокорасходный клапан в системе безопасности паровой турбины, описанный ниже в упрощенном кратком виде для обеспечения базового понимания одного или более аспектов изобретения, которые предназначены для устранения рассмотренных недостатков, но при этом сохраняют все преимущества наряду с обеспечением некоторых дополнительных преимуществ. Это краткое описание не является исчерпывающим обзором изобретения. Предполагается, что оно не указывает на ключевые или критические элементы изобретения и не определяет границы его объема. Краткое описание служит исключительно для представления некоторых принципов изобретения, его аспектов и преимуществ в упрощенном виде в качестве введения к более подробному описанию, приведенному ниже.

[0007] Целью данного изобретения является раскрытие усовершенствованного высокорасходного клапана в системе безопасности паровой турбины, который уменьшает риск заклинивания для обеспечения высокой надежности экономичным и осуществимым образом.

[0008] В одном аспекте данного изобретения предложен высокорасходный клапан. Такой высокорасходный клапан может быть встроен в электрогидравлический блок управления безопасностью и обеспечивать выпуск объема масла по командам от системы безопасности паровой турбины. Выпущенный объем масла может затем приводить в действие исполнительные устройства с обеспечением прекращения потока пара в паровых турбинах для их остановки. Высокорасходный клапан содержит корпус, имеющий на одном конце фланец, выполненный за одно целое и проходящий в радиальном направлении. В указанном фланце выполнены разнесенные сквозные отверстия. На другом удаленном конце корпус клапана ограничивает впускное отверстие, обеспечивающее возможность поступления через него текучей среды, и выпускные отверстия, образованные с помощью указанных разнесенных сквозных отверстий и обеспечивающие возможность выпуска из них текучей среды.

[0009] Высокорасходный клапан также содержит плоско-круглый пластинчатый картридж, расположенный с возможностью перемещения на корпусе клапана у фланца для обеспечения закрытия выпускных отверстий диаметром D. Вдоль кромок картридж имеет незаклинивающий профиль. В одном варианте выполнения незаклинивающий профиль картриджа имеет сферические кромки для создания зазора между смежными поверхностями вдоль периферийного гнезда поджимающего крепления.

[0010] Кроме того, высокорасходный клапан содержит кожух, имеющий камеру, впускной/выпускной канал и периферийное гнездо. Камера предназначена для размещения в ней объема масла. Кроме того, впускной/выпускной канал выполнен с обеспечением возможности поступления и выхода через него объема масла. Периферийное гнездо предназначено для размещения вдоль него пластинчатого картриджа и части корпуса клапана. Пластинчатый картридж выполнен с возможностью небольшого перемещения в направлении вверх или вниз с очень коротким ходом S при увеличении или уменьшении объема масла в камере для открытия и закрытия выпускных отверстий, образованных разнесенными сквозными отверстиями, с обеспечением возможности прохождения потока текучей среды из камеры и его остановки.

[0011] Пластинчатый картридж выполнен с очень малым отношением ход/диаметр (S/D), что обеспечивает существенно более низкое требование к размеру G направляющей пластинчатого картриджа при снятии или приложении усилия со стороны текучей среды.

[0012] Эти и другие аспекты данного изобретения, наряду с различными новыми особенностями, которые характеризуют данное изобретение, подробно изложены в данном описании. Для лучшего понимания данного изобретения, его преимуществ и вариантов применения, следует сделать ссылку на прилагаемые чертежи и описательный материал, которые иллюстрируют примерные варианты выполнения данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Преимущества и особенности данного изобретения станут более понятны из нижеследующего подробного описания и формулы изобретения при их рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми символами и на которых:

[0014] фиг. 1 изображает известный клапан в состоянии ожидания согласно примерному варианту выполнения данного изобретения,

[0015] фиг. 2 изображает принципиальную схему предохранительной цепи в системе безопасности паровой турбины, которая обеспечивает защиту паровой турбины путем использования электрогидравлического интерфейса, содержащего усовершенствованный высокорасходный клапан согласно примерному варианту выполнения данного изобретения,

[0016] фиг. 3А и 3В изображают усовершенствованные высокорасходные клапаны в системе безопасности паровой турбины согласно примерному варианту выполнения данного изобретения, и

[0017] фиг. 4А-4Е изображают упрощенный электрогидравлический блок управления безопасностью в предохранительной цепи, содержащий усовершенствованный высокорасходный клапан согласно данному изобретению в соответствии с примерным вариантом его выполнения.

[0018] Одинаковые номера позиций относятся к одинаковым элементам на протяжении всего описания нескольких видов, приведенных на чертежах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

[0019] Для полного понимания данного изобретения необходимо обратиться к нижеследующему подробному описанию, в том числе формуле изобретения, совместно с вышеописанными чертежами. В нижеследующем описании в пояснительных целях для обеспечения полного понимания данного изобретения приведены многочисленные конкретные подробности. Однако специалисту должно быть очевидно, что данное изобретение может быть реализовано без этих конкретных подробностей. В других случаях конструкции и устройства показаны только в виде структурных схем, чтобы избежать усложнения описания. Ссылка в данном описании на «один вариант выполнения», «вариант выполнения», «другой вариант выполнения», «различные варианты выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характерная особенность, описанные в связи с вариантом выполнения, присущи по меньшей мере одному варианту выполнения данного изобретения. Фразы «в одном варианте выполнения», встречающиеся в разных местах описания, не обязательно все относятся к одному и тому же варианту выполнения и не означают отдельные или альтернативные варианты выполнения, взаимно исключающие другие варианты выполнения. Кроме того, описаны различные особенности, которые могут быть присущи некоторым вариантам выполнения и отсутствовать в других вариантах. Аналогичным образом, описаны различные требования, которые могут представлять собой требования для одних вариантов выполнения, но не являться требованием для другого варианта выполнения.

[0020] Несмотря на то что в нижеследующем описании в иллюстративных целях рассмотрен ряд конкретных случаев, любому специалисту должно быть понятно, что объем данного изобретения охватывает множество вариантов и/или модификаций этих конкретных случаев. Аналогичным образом, хотя многие особенности данного изобретения описаны одно с точки зрения другого или в связи друг с другом, специалисту должно быть понятно, что многие из этих особенностей могут быть обеспечены независимо от других особенностей. Соответственно, данное описание изобретения приведено с сохранением общности и без наложения ограничений на данное изобретение. Кроме того, относительные понятия, используемые в данном документе, не указывают на какой-либо порядок, степень или важность, а используются для отличия одного элемента от другого. Кроме того, формы единственного числа и слово «набор», используемые в данном документе, означают не ограничение по количеству, а присутствие по меньшей мере одного указанного элемента.

[0021] На фиг. 2 изображена принципиальная схема системы 1000 безопасности паровой турбины, содержащей предохранительную цепь 1100, на которой показана только гидравлическая диаграмма. Цепь 1100 также содержит электрические компоненты, не показанные на данном чертеже. Цепь 1100 обеспечивает защиту паровой турбины 1020. Цепь 1100 может содержать один или более электрогидравлических блоков 200 управления безопасностью и различные другие существенные компоненты, такие как серводвигатели 1002, управляющие исполнительные устройства 1004/исполнительные устройства 1006 и паровые регулирующие клапаны 1008 для остановки турбины 1020 в случае необходимости. Указанные компоненты, например серводвигатели 1002, устройства 1004/устройства 1006 и клапаны 1008, зависят от работы блока 200 для остановки турбины 1020 в случае аварийной ситуации. Цепь 1100 обеспечивает защиту турбины 1020 путем обесточивания блоков 200 в случае критических ситуаций, определенных системой 1000. Для этого в электрогидравлический блок управления безопасностью встроен усовершенствованный высокорасходный клапан 100, обеспечивающий выпуск объема масла по командам от системы 1000 к серводвигателям 1002 с приведением в действие устройств 1004/устройств 1006 для остановки/регулирования потока пара при помощи регулирующих клапанов 1008/запорного клапана 1010 в паровых турбинах 1020 для их выключения и, кроме того, защиты от повреждения. Ниже приведено подробное описание клапана 100 со ссылкой на фиг. 2, 3А-3В и 4А-4Е.

[0022] Поскольку в том, что касается конструкции и устройства системы 1000, содержащей электрогидравлический блок 200 управления безопасностью с клапаном 100, различные связанные с ней элементы могут быть хорошо известны специалистам, для лучшего понимания данного изобретения не обязательно перечислять в данном документе все элементы конструкции и пояснять их. Предполагается, что достаточно просто указать, что в системе 1000, изображенной на фиг. 2, 3А-3В и 4А-4Е и содержащей блок 200 с клапаном 100, показаны только те компоненты, которые являются существенными для описания различных вариантов выполнения данного изобретения.

[0023] Ниже сделана ссылка на фиг. 3А и на фиг. 3В, изображающую увеличенный вид части фиг. 3А. Высокорасходный клапан 100 содержит корпус 110, плоско-круглый пластинчатый картридж 130 и кожух 140, расположенные относительно друг друга с образованием клапана 100.

[0024] Корпус 110 проходит между двумя удаленными концами 114а, 114b и имеет на конце 114а фланец 112, выполненный за одно целое и проходящий в радиальном направлении. Фланец 112 может иметь диаметр d. Кроме того, во фланце 112 выполнены разнесенные сквозные отверстия 116. На конце 114b корпус 110 ограничивает впускное отверстие 118, обеспечивающее возможность поступления через него текучей среды, а на конце 114а - выпускные отверстия 120, образованные отверстиями 116 и обеспечивающие возможность выхода из них текучей среды.

[0025] Плоско-круглый пластинчатый картридж 130 (пластинчатый картридж 130) выполнен в соответствии с корпусом 110 клапана. В частности, картридж 130 расположен с возможностью перемещения на корпусе 110 над фланцем 112 для обеспечения закрытия сквозных отверстий 116, ограничивающих выпускные отверстия 120. В одном варианте выполнения картридж 130 имеет диаметр D, который по существу совпадает с диаметром d фланца 112. Картридж 130 имеет незаклинивающий профиль вдоль кромок 132. В одном варианте выполнения незаклинивающий профиль картриджа 130 имеет сферические кромки 132.

[0026] Кроме того, кожух 140 клапана имеет камеру 142, впускной/выпускной канал 144 и периферийное гнездо 146. Камера 142 предназначена для размещения в ней объема масла. Впускной/выпускной канал 144 предназначен для обеспечения возможности поступления и выхода через него объема масла. Гнездо 146 предназначено для размещения картриджа 130 и части корпуса 110 с образованием, таким образом, узла высокорасходного клапана 100.

[0027] Картридж 130 выполнен с возможностью небольшого перемещения в направлении вверх или вниз с очень коротким ходом S при увеличении или уменьшении объема масла в камере 142 для открытия и закрытия выпускных отверстий 120, образованных отверстиями 116, с обеспечением возможности прохождения потока текучей среды из камеры и его остановки. Короткий ход S обусловлен плоской формой и малой высотой/толщиной картриджа 130, который совершает небольшое перемещение для открытия и закрытия отверстий 116. Когда система 1000, в зависимости от требований безопасности использующая электромагнитный клапан 300 (показан на фиг. 4), качает масло или текучую среду для его/ее введения через канал 144 в камеру 142, она прикладывает давление к картриджу 130 с обеспечением закрытия клапана 10, в результате чего поток текучей среды от впускного отверстия 114а к выпускному отверстию 114b останавливается. Кроме того, когда электромагнитный клапан качает масло/текучую среду для его/ее выхода через канал 144, количество масла в камере 142 уменьшается, что, в свою очередь, сбрасывает давление, действующее на картридж 130, с обеспечением открытия клапана 10, в результате чего происходит высвобождение потока текучей среды от отверстия 114а к отверстию 114b. Кроме того, клапан 10 может также содержать пружину 150, которая может приводить картридж в действие только при отключении гидравлической энергии.

[0028] В одном варианте выполнения незаклинивающий профиль картриджа 130, имеющий сферические кромки 132, обеспечивает зазор между смежными поверхностями вдоль гнезда 146.

[0029] При работе, как описано со ссылкой на фиг. 2 и 4А-4Е (в сочетании с фиг. 3А и 3В), в случае критической ситуации, определенной системой 1000 безопасности, по команде извне, например от электрической защиты, защиты реактора, защиты вспомогательных механизмов, в результате действия оператора и т.д., к электрогидравлическим блокам 200 в цепи 1100 передаются аварийные сигналы.

[0030] Электрогидравлические блоки 200 управления безопасностью, принципиальная схема которых показана на фиг. 4А-4Е, содержат электромагнитные клапаны 300, высокорасходные клапаны 100, соединение P контура текучей среды, соединение S1 предохранительного контура текучей среды и резервуар T для текучей среды. Соединение P обеспечивает возможность прохождения текучей среды от источника энергии к соединению S1. Кроме того, соединение P подает текучую среду к каналу 144 через клапаны 300 для обеспечения возможности управления положением картриджа 130. Масло в соединении S1 и текучая среда в соединении P представляют собой одну и ту же среду, однако терминология является различной для лучшего понимания специалистом в данной области техники.

[0031] В соответствии с фиг. 4В и 4С, при принятии блоками 200 аварийного сигнала от системы 1000 клапаны 300 выключаются с обеспечением возможности падения давления вдоль соединения S1, что, в свою очередь, обеспечивает возможность прохождения потока масла от канала 144 со снятием давления с картриджа 130. При таком воздействии картридж 130 слегка перемещается вверх с очень коротким ходом S и, в свою очередь, открывает отверстия 116 с обеспечением возможности выхода текучей среды, показанного как Т1, в резервуар Т. Для этого может быть предусмотрен узел А двигателя, насоса и фильтра (показанный на фиг. 2). Пластинчатый картридж 130 выполнен с очень низким отношением ход/диаметр (S/D), что обеспечивает существенно более низкое требование к размеру G направляющей картриджа 130 при действии усилия со стороны текучей среды.

[0032] Аналогичным образом, как показано на фиг. 4D и 4Е, при выключении аварийного сигнала от системы 1000 клапаны 300 включаются с обеспечением возможности повышения давления вдоль соединения S1, что, в свою очередь, обеспечивает возможность поступления масла из канала 144 с приложением, таким образом, давления к картриджу 130. При таком воздействии картридж 130 перемещается с коротким ходом S вниз и, в свою очередь, закрывает разнесенные сквозные отверстия 116 для остановки потока текучей среды к резервуару Т.

[0033] В дополнительном варианте выполнения высокорасходный клапан 100 может содержать пружинный элемент 150, расположенный над картриджем 130 в камере 142 и предназначенный для приведения картриджа 130 в действие при прекращении потока масла.

[0034] Высокорасходный клапан 100 согласно данному изобретению обеспечивает преимущества в различных областях, например описанных выше. Клапан, содержащий пластинчатый картридж, выполнен с очень коротким ходом, т.е. приблизительно 1,6 мм. Кроме того, пластинчатый картридж выполнен с очень низким отношением ход/диаметр (S/D). Такая конструкция пластинчатого картриджа ведет к уменьшению размера направляющей картриджа, что устраняет требование большого размера направляющей в существующих клапанах, где вследствие указанного требования всегда существует риск заклинивания такого обычного картриджа (показанного на фиг. 1). В данном изобретении сферические кромки пластин и малый размер направляющей обеспечивают незаклинивающий профиль. Кроме того, в обычном картридже из-за необходимости большего размера направляющей важными требованиями является точная машинная обработка, т.е. перпендикулярность и плоскостность картриджа, при этом отсутствие такой обработки может привести к протечке. Однако в данном изобретении такое требование может быть необязательным, что обеспечивает преимущества с точки зрения экономичности и допусков.

[0035] Вышеприведенные описания конкретных вариантов выполнения представлены в иллюстративных и описательных целях. Они не должны считаться исчерпывающими или ограничивающими данное изобретение конкретными описанными формами, при этом очевидно, что в свете вышеизложенных идей возможны различные модификации и варианты. Варианты выполнения были выбраны и описаны для наилучшего объяснения принципов данного изобретения и его практического применения и возможности, таким образом, наилучшего использования данного изобретения и различных вариантов его выполнения другими специалистами с выполнением разнообразных модификаций, подходящих для конкретного предполагаемого использования. Следует понимать, что предусмотрены различные опущения и замены эквивалентов, которые могут считаться или представляться целесообразными в определенных обстоятельствах, однако предполагается, что такие опущения и замены охватывают вариант применения или реализации без отклонения от идеи или объема формулы изобретения.

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ

1000 Система безопасности паровой турбины

1002 Серводвигатели

1004 Управляющие исполнительные устройства

1006 Исполнительные устройства

1008 Паровые регулирующие клапаны

1010 Запорный клапан

1020 Паровая турбина

1100 Предохранительная цепь

200 Электрогидравлический блок управления безопасностью

300 Электромагнитные клапаны

100 Высокорасходный клапан

110 Корпус клапана

112 Фланец, проходящий в радиальном направлении

114а, 114b Удаленные концы

116 Разнесенные сквозные отверстия

118 Впускное отверстие

120 Выпускные отверстия

130 Плоско-круглый пластинчатый картридж

132 Кромки/сферические кромки

140 Кожух клапана

142 Камера

144 Впускной/выпускной канал

146 Периферийное гнездо

150 Пружина

D Диаметр пластинчатого картриджа 130

d Диаметр фланца 112

P Соединение контура текучей среды

S1 Соединение предохранительного контура текучей среды

T Резервуар для текучей среды

Т1 Выход текучей среды

S Ход

А Узел двигателя, насоса и фильтра

S/D Отношение ход/диаметр

G Размер направляющей

Изобретение относится в целом к системам безопасности паровых турбин. Высокорасходный клапан в электрогидравлическом блоке управления безопасностью, предназначенный для выпуска объема масла по командам от системы безопасности паровой турбины с приведением в действие исполнительных устройств для прекращения потока пара в паровых турбинах для их остановки. Клапан содержит корпус с фланцем, имеющим разнесенные сквозные отверстия, плоско-круглый пластинчатый картридж и кожух, выполненные в соответствии друг с другом. Кожух имеет камеру для размещения объема масла, впускной/выпускной канал, предназначенный для поступления и выхода через него объема масла, и периферийное гнездо, в котором расположен картридж. Пластинчатый картридж выполнен с возможностью перемещения вверх и вниз с очень малым ходом S при увеличении или уменьшении объема масла в камере для открытия и закрытия выпускных отверстий, образованных разнесенными сквозными отверстиями, с обеспечением возможности прохождения через них потока текучей среды и его остановки. Изобретение позволяет уменьшить риск заклинивания для обеспечения высокой надежности экономичным и осуществимым образом. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Клапан в электрогидравлическом блоке (200) управления безопасностью, предназначенный для выпуска объема масла по командам от системы (1000) безопасности паровой турбины к серводвигателям с приведением в действие исполнительных устройств (1006) для прекращения потока пара в паровых турбинах (1020) для остановки паровых турбин и содержащий

корпус (110), имеющий противоположные удаленные первый и второй концы (114а, 114b) и фланец (112), выполненный за одно целое, проходящий в радиальном направлении и расположенный на указанном первом удаленном конце (114а), причем во фланце (112), имеющем диаметр (d), выполнены разнесенные сквозные отверстия (116), при этом на указанном втором удаленном конце (114b) корпус (110) клапана ограничивает впускное отверстие (118) для обеспечения возможности поступления через него текучей среды и выпускные отверстия (120), образованные указанными разнесенными сквозными отверстиями (116) и обеспечивающие возможность выхода из них текучей среды,

плоско-круглый пластинчатый картридж (130), расположенный с возможностью перемещения на корпусе (110) клапана у фланца (112) для обеспечения закрытия выпускных отверстий (120), выполненный с диаметром (D) и имеющий не заклинивающий профиль вдоль кромок (132), причем не заклинивающий профиль плоско-круглого пластинчатого картриджа (130) имеет сферические кромки (132), и

кожух (140), имеющий

камеру (142), предназначенную для размещения в ней объема масла,

впускной/выпускной канал (144), предназначенный для поступления и выхода через него объема масла, и

периферийное гнездо (146), предназначенное для размещения вдоль него пластинчатого картриджа (130) и части корпуса (110) клапана, причем указанные сферические кромки (132) создают зазор между смежными поверхностями вдоль периферийного гнезда (146) кожуха клапана,

при этом пластинчатый картридж (130) выполнен с возможностью перемещения в направлении вверх или вниз с ходом (S) при увеличении или уменьшении объема масла в камере (142) для открытия и закрытия выпускных отверстий (120), образованных разнесенными сквозными отверстиями (116), с обеспечением возможности прохождения через них потока текучей среды и его остановки, при этом пластинчатый картридж выполнен с отношением ход/диаметр, обеспечивающим низкое требование к размеру направляющей картриджа при действии усилия со стороны текучей среды.

2. Клапан (100) по п. 1, в котором пластинчатый картридж (130) выполнен с малым отношением ход/диаметр (S/D), обеспечивающим более низкое требование к размеру (G) направляющей пластинчатого картриджа (130) при снятии или приложении усилия со стороны объема масла.

3. Клапан (100) по п. 1, содержащий пружинный элемент (150), расположенный над плоско-круглым пластинчатым картриджем (130) в камере (142) и предназначенный для приведения картриджа (130) в действие при прекращении потока масла.