Система и способ регулирования давления в турбомашине Российский патент 2019 года по МПК F01D25/20 F01D25/18 F01M1/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе регулирования давления при смазывании турбомашины и, в частности, к системе и способу регулирования давления в паровой турбине атомного реактора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В паровых турбинах атомного реактора для подачи текучих сред, в частности, смазочного масла, используются, главным образом, центробежные насосы. Помимо центробежных насосов, при обычном режиме работы подача в систему смазывания маслом в паровых турбинах атомного реактора осуществляется насосом, который обеспечивает постоянный расход. Во время работы паровой турбины атомного реактора, если при необходимости запускаются или останавливаются несколько насосов, либо возникает какая-либо другая аномалия в давлении, давление в коллекторе смазочного масла резко изменяется. Это резкое изменение давления смазочного масла приводит к аварийной остановке паровых турбин атомного реактора. Кроме того, существующие системы смазывания в паровых турбинах атомного реактора имеют замедленную реакцию и не успевают реагировать на резкие изменения в режиме работы паровых турбин атомного реактора. Аварийная остановка паровых турбин атомного реактора плохо сказывается на работе всей станции в целом.

Поэтому существует потребность в системе регулирования давления, которая является простой в работе, легкой в установке, менее дорогой с точки зрения капитальных затрат и более эффективной с точки зрения борьбы с внезапными изменениями в режиме работы паровых турбин атомного реактора и недопущения аварийной остановки паровых турбин атомного реактора.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящей заявке рассмотрены система и способ регулирования давления в турбомашине, в частности, в паровой турбине атомного реактора. Это будет представлено в виде приведенного далее упрощенного краткого изложения, чтобы обеспечить базовое понимание одного или более аспектов изобретения, включая все преимущества. Единственной целью этого краткого изложения является представить некоторые идеи настоящего изобретения, его аспекты и преимущества в упрощенной форме в качестве предисловия к более подробному описанию, которое представлено после.

Задачей настоящего изобретения является предложить систему и способ регулирования давления в турбомашине, в частности, паровой турбине атомного реактора, которые можно использовать в существующих и новых отдельных установках, чтобы значительно уменьшить выброс этих загрязняющих веществ.

Настоящим изобретением предлагается техническое решение для точного управления изменением давления в коллекторе системы регулирования давления. Это решение представляет собой модификацию системы регулирования давления путем специальной установки перепускного элемента, который позволяет управлять изменением давления в коллекторе динамичным образом за счет соответствующей реакции на резкие изменения в режиме работы паровых турбин атомного реактора путем переведения системы регулирования давления в состояние закрытия за время меньше обычного, что приводит к полному восстановлению подачи смазочного масла в паровую турбину атомного реактора при возникновении этих резких изменений, с которыми можно бороться подачей соответствующего количества смазочного масла, требуемого для функционирования, а также недопущения аварийной остановки паровой турбины атомного реактора.

Различные другие задачи и признаки настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания и пунктов формулы изобретения.

Согласно одному из рассмотренных здесь аспектов, предлагается система регулирования давления для турбомашины, содержащая корпус, имеющий перемещаемый элемент, отверстие и уплотняющий элемент. Кроме того, предусмотрен первый смещающий элемент, предназначенный для удерживания перемещаемого элемента в закрытом положении. Предусмотрена исполнительная магистраль, продолжающаяся от основной питающей магистрали к системе регулирования давления, которая предназначена для воздействия на перемещаемый элемент с целью противодействия воздействию смещающего элемента подачей текучей среды под давлением в коллектор с увеличением ее давления до заданного значения в этом коллекторе. Предусмотрена импульсная магистраль, продолжающаяся от системы регулирования давления к основной питающей магистрали, которая предназначена для подачи текучей среды под давлением по меньшей мере в одну камеру перемещаемого элемента для подъема этого элемента в открытое положение, что позволяет переместить уплотняющий элемент в открытое положение для слива из коллектора через упомянутое отверстие.

Согласно другому аспекту, перемещаемый элемент перемещается из открытого положения в закрытое положение в течение обычного периода времени, если давление в импульсной магистрали равно давлению смазывания в турбомашине.

Согласно следующему аспекту, между перемещаемым элементом и коллектором установлен перепускной элемент для быстрого удаления текучей среды в течение периода времени, который меньше обычного периода времени.

Согласно еще одному аспекту, перепускной элемент обеспечивает то, что перемещаемый элемент раньше переходит в закрытое положение, ускоряя перемещение перемещаемого элемента в закрытое положение.

Согласно следующему аспекту, перепускной элемент имеет впускное отверстие для приема текучей среды из камеры перемещаемого элемента, и выпускное отверстие для слива текучей среды из перепускного элемента в коллектор. Предусмотрены закрывающий элемент, который приводится в действие потоком текучей среды, и второй смещающий элемент для противодействия перемещению закрывающего элемента.

В системе регулирования давления перемещаемый элемент реагирует на условия по давлению, с изменением его положения максимально эффективным образом, чтобы разрешить протекание смазочного масла, если давление в турбомашине является высоким, или запретить, если давление в турбомашине является низким.

Настоящее изобретение также относится к способу регулирования давления в турбомашине, включающему в себя этапы, на которых: удерживают перемещаемый элемент в закрытом положении посредством первого смещающего элемента, воздействуют на перемещаемый элемент по исполнительной магистрали, которая продолжается от основной питающей магистрали к системе регулирования давления, обеспечивают противодействие воздействию смещающего элемента подачей текучей среды под давлением в коллектор с увеличением давления текучей среды в коллекторе до заданного значения, подают текучую среду под давлением по меньшей мере в одну камеру перемещаемого элемента по импульсной магистрали, которая продолжается от системы регулирования давления к основной питающей магистрали, и поднимают перемещаемый элемент в открытое положение, что приводит к перемещению уплотняющего элемента в открытое положение для слива из коллектора через упомянутое отверстие.

Согласно другому аспекту, перемещают перемещаемый элемент из открытого положения в закрытое положение в течение обычного периода времени, если давление в импульсной магистрали равно давлению смазывания в турбомашине.

Согласно следующему аспекту, устанавливают перепускной элемент между перемещаемым элементом и коллектором, чтобы удалить текучую среду в течение периода времени, который меньше обычного периода времени.

Согласно еще одному аспекту, ускоряют переход перемещаемого элемента в закрытое положение, чтобы переместить перемещаемый элемент в закрытое положение раньше, чем в случае обычного периода времени.

Согласно следующему аспекту, принимают текучую среду из камеры перемещаемого элемента через впускное отверстие в перепускном элементе, приводят в действие по меньшей мере один закрывающий элемент в перепускном элементе посредством потока текучей среды, обеспечивают противодействие перемещению закрывающего элемента в перепускном элементе посредством по меньшей мере второго смещающего элемента, и сливают текучую среду из перепускного элемента в коллектор через выпускное отверстие.

Эти аспекты вместе с другими аспектами настоящего изобретения, равно как и различными элементами новизны, которые отличают настоящее изобретение, подробно рассмотрены в настоящем описании. Для лучшего понимания настоящего изобретения, его преимуществ с точки зрения функционирования и вариантов его использования необходимо обратиться к сопровождающим чертежам и текстовому материалу, которыми проиллюстрированы примерные варианты реализации настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Преимущества и признаки настоящего изобретения станут более понятными при ознакомлении с приведенным далее подробным описанием и пунктами Формулы изобретения с использованием сопровождающих чертежей, на которых похожие элементы указаны похожими обозначениями, и из которых:

на фиг. 1 схематично показана интеграция системы регулирования давления с паровой турбиной атомного реактора, согласно примерному варианту настоящего изобретения;

на фиг. 2 система регулирования давления, соответствующая настоящему изобретению, показана в разрезе; и

на фиг. 3 в разрезе показан перепускной элемент, соответствующий настоящему изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 схематично показана система 10 регулирования давления, которая интегрирована с турбомашиной, например, с паровой турбиной 180 атомного реактора. Текучая среда, например, смазочное масло, подаваемая основным насосом 190 для смазочного масла в паровую турбину 180 атомного реактора, продолжается через охлаждающее устройство 200 и фильтр 210 по основной питающей магистрали 310. Система 10 регулирования давления соединена с основной питающей магистралью 310 посредством исполнительной магистрали 60. Исходя из потребностей в текучей среде, например, в смазочном масле, паровой турбины 180 атомного реактора, лишняя текучая среда может отводиться по исполнительной магистрали 60 в систему 10 регулирования давления и оттуда в масляный резервуар 220. Далее, в масляном резервуаре 220 установлен вспомогательный насос 230 для смазочного масла, предназначенный для дополнительной подачи смазочного масла в паровую турбину 180 атомного реактора. Также предусмотрен аварийный насос 240 для смазочного масла, предназначенный для подачи смазочного масла в паровую турбину 180 атомного реактора в случае, если нормальная подача не обеспечивается.

Как показано на фиг. 2, система 10 регулирования давления имеет корпусной элемент 20, например, остов. Корпусной элемент 20 содержит перемещаемый элемент 30, например, поршень, который перемещается между закрытым положением 100 и открытым положением 110. В закрытом положении 100 перемещаемый элемент 30 входит в отверстие 50, которое сообщается с масляным резервуаром 220. Отверстие 50 перенаправляет текучую среду в масляный резервуар 220, если перемещаемый элемент 30 не входит в это отверстие. В открытом положении 110 головка 250 перемещаемого элемента 30 прижимается к пластине 260. Пластина 260 служит опорой первому смещающему элементу 40, например, пружине. Первый смещающий элемент содержит пружину сжатия, которую можно регулировать регулирующим винтом 280, и крышку 290 пружины. Чтобы не допустить утечки по регулирующему винту 280, предусмотрена гайка 300. В системе 10 регулирования давления установлено заданное значение силы. Первый смещающий элемент 40 удерживает перемещаемый элемент 30 в закрытом положении 100 за счет приложения первой силы, которая действует через пластину 260 на головку 250 перемещаемого элемента 30. По исполнительной магистрали 60 воздействуют на перемещаемый элемент 30 против действия первого смещающего элемента 40 путем увеличения давления текучей среды, например, смазочного масла, до заданного значения в коллекторе 170. Перемещаемый элемент 30 поднимается в открытое положение 110 при подаче текучей среды под давлением в камеры 90, 270 этого элемента 30 по импульсной магистрали 70. Давление текучей среды, подаваемой в камеры 90, 270 перемещаемого элемента 30, создает в импульсной магистрали 70 вторую силу. Когда вторая сила в импульсной магистрали 70 больше упомянутого заданного значения силы, перемещаемый элемент 30 удерживается в открытом положении 110. Повышение давления текучей среды выше заданного значения в коллекторе 170 приводит к перемещению уплотняющего элемента 80 в открытое положение для слива смазочного масла из коллектора 170 через отверстие 50 в масляный резервуар 220, когда перемещаемый элемент 30 находится в открытом положении 110. Чем выше давление в исполнительной магистрали 60, тем больший объем будет удаляться системой 10 регулирования давления.

В случае, когда вторая сила в импульсной магистрали 70 меньше упомянутого заданного значения силы, которое установлено в системе 10 регулирования давления, первый смещающий элемент 40 будет перемещаться вниз, воздействуя через пластину 260 на головку 250 перемещаемого элемента 30, чтобы переместить его в закрытое положение 100. Перемещаемый элемент 30 перемещается из открытого положения 110 в закрытое положение 100 в течение обычного периода времени, если давление в импульсной магистрали 70 равно требуемому давлению смазывания в паровой турбине атомного реактора. При закрывании текучая среда удаляется. Импульсная магистраль 70 продолжается от системы 10 регулирования давления к основной питающей магистрали 310.

Реакция системы 10 регулирования давления является медленной из-за гидравлических задержек в импульсной магистрали 70. В случае атомной электростанции, насосы для смазочного масла имеют большие размеры и создают значительные перепады давления при включении или выключении. Чтобы ускорить переход системы 10 регулирования давления в закрытое состояние, между перемещаемым элементом 30 и коллектором 170 установлен перепускной элемент 120 для быстрого удаления текучей среды в течение периода времени, который меньше обычного периода времени. Перепускной элемент 120 позволяет быстрее удалить объем текучей среды в коллектор 170, если разница давлений в импульсной магистрали 70 и коллекторе 170 выше заданного значения. Перепускной элемент 120 обеспечивает то, что перемещаемый элемент 30 раньше переходит в закрытое положение, ускоряя перемещение перемещаемого элемента 30 в закрытое положение. С другой стороны, перемещение перемещаемого элемента 30 при открытии остается неизменным. Через импульсную магистраль 70 текучая среда не удаляется.

На фиг. 3 приведен разрез перепускного элемента 120, имеющего впускное отверстие 160 для приема текучей среды из камеры 90 перемещаемого элемента 30. Закрывающий элемент 130, например, шарик, приводится в действие потоком текучей среды, протекающим через впускное отверстие 160. Перемещению закрывающего элемента 130 препятствует второй смещающий элемент 140, например, пружина. Более высокое давление текучей среды перемещает закрывающий элемент 130, который, в свою очередь перемещает второй смещающий элемент 140, в результате чего текучая среда сливается из перепускного элемента 120 в коллектор 170 через выпускное отверстие 150. При отсутствии поступления текучей среды из впускного отверстия 160 закрывающий элемент 130 перемещается обратно в свое исходное положение, в котором он удерживался вторым смещающим элементом 140. Перепускной элемент 120 не допускает возникновения обратного потока.

Согласно способу регулирования давления в турбомашине, например, в паровой турбине 180 атомного реактора, выполняют следующие этапы. Удерживают перемещаемый элемент 30, например, поршень, в закрытом положении посредством первого смещающего элемента 40. Воздействуют на перемещаемый элемент 30 по исполнительной магистрали 60, обеспечивая противодействие воздействию смещающего элемента 40 путем заполнения коллектора 170 текучей средой под давлением. Увеличивают давление текучей среды в коллекторе 170 до заданного значения, чтобы поднять перемещаемый элемент 30 в открытое положение 110, в результате чего уплотняющий элемент 80 будет переходить в открытое положение для слива из коллектора 170 через отверстие 50. Подают текучую среду под давлением в камеры 90, 270 перемещаемого элемента 30 по импульсной магистрали 70. Перемещают перемещаемый элемент 30 из открытого положения 110 в закрытое положение 100 в течение обычного периода времени, если давление в импульсной магистрали 70 больше, чем в коллекторе 170. Чтобы ускорить переход системы 10 регулирования давления в закрытое состояние, между перемещаемым элементом 30 и коллектором 170 устанавливают перепускной элемент 120, чтобы удалить текучую среду в течение периода времени, которые меньше обычного периода времени. А именно, посредством перепускного элемента 120 ускоряют переход перемещаемого элемента 30 в закрытое положение, и перемещаемый элемент 30 перемещается в закрытое положение раньше, чем в случае обычного периода времени. Подают текучую среду из камер 90, 270 перемещаемого элемента 30 в перепускной элемент 120 через впускное отверстие 160. Приводят в действие закрывающий элемент 130 посредством потока текучей среды. Обеспечивают противодействие перемещению закрывающего элемента 130 посредством второго смещающего элемента 140. Затем сливают текучую среду из перепускного элемента 120 в коллектор 170 через выпускное отверстие 150.

Приведенное выше описание конкретных вариантов реализации настоящего изобретения представлено с целью иллюстрации и объяснения. Подразумевается, что эти варианты не являются исчерпывающими и не ограничивают настоящее изобретение точными воплощениями, которые здесь рассмотрены. С учетом приведенных выше примеров, возможны различные модификации и изменения. Варианты реализации настоящего изобретения выбраны и рассмотрены для того, чтобы лучше объяснить принципы настоящего изобретения и его практическое применение, с целью позволить специалистам в данной области техники наилучшим образом применить настоящее изобретение и различные варианты его реализации с использованием различных модификаций, которые подходят для конкретного предполагаемого его использования. Понятно, что возможны различные исключения и замены на эквиваленты в том виде, как предполагают обстоятельства, или чтобы обеспечить соответствие, но подразумевается, что все они относятся к применению или реализации на практике, которые не выходят за пределы сущности или объема настоящего изобретения, определенных в пунктах формулы изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 – Система регулирования давления

20 – Корпус

30 – Перемещаемый элемент

40 – Первый смещающий элемент

50 – Отверстие

60 – Исполнительная магистраль

70 – Импульсная магистраль

80 – Уплотняющий элемент

90 – Первая камера

100 – Закрытое положение

110 – Открытое положение

120 – Перепускной элемент

130 – Закрывающий элемент

140 – Второй смещающий элемент

150 – Выпускное отверстие

160 – Впускное отверстие

170 – Коллектор

180 – Паровая турбина атомного реактора

190 – Основной насос для смазочного масла

200 – Охлаждающее устройство

210 – Фильтр

220 – Масляный резервуар

230 – Вспомогательный насос для смазочного масла

240 – Аварийный насос для смазочного масла

250 – Головка

260 – Пластина

270 – Камера

280 – Винт регулирования пружины

290 - Крышка пружины

300 – Гайка

310 – Основная питающая магистраль.

Система 10 регулирования давления, которая интегрирована с турбомашиной, например паровой турбиной 180 атомного реактора. Текучая среда, например смазочное масло, подаваемая основным насосом 190 для смазочного масла в паровую турбину 180 атомного реактора, продолжается через охлаждающее устройство 200 и фильтр 210 по основной питающей магистрали 310. Система 10 регулирования давления соединена с основной питающей магистралью 310 посредством исполнительной магистрали 60. Исходя из потребностей в текучей среде лишняя текучая среда может отводиться по исполнительной магистрали 60 в систему 10 регулирования давления и оттуда в масляный резервуар 220. В масляном резервуаре 220 установлен вспомогательный насос 230 для смазочного масла, предназначенный для дополнительной подачи смазочного масла в паровую турбину 180 атомного реактора. Также предусмотрен аварийный насос 240 для смазочного масла, предназначенный для подачи смазочного масла в паровую турбину 180 атомного реактора в случае, если нормальная подача не обеспечивается. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система (10) регулирования давления для турбомашины, содержащая:

корпусной элемент (20), содержащий перемещаемый элемент (30) и отверстие;

первый смещающий элемент (40) для смещения перемещаемого элемента (30) в закрытое положение (100) для уплотнения отверстия;

исполнительную магистраль (60), проходящую от основной питающей магистрали (310) к системе (10) регулирования давления и выполненную с возможностью подачи текучей среды под давлением в коллектор для воздействия на перемещаемый элемент (30) с целью противодействия воздействию первого смещающего элемента (40);

импульсную магистраль (70), проходящую от системы (10) регулирования давления к основной питающей магистрали (360) и выполненную с возможностью подачи текучей среды под давлением по меньшей мере в камеру (90) перемещаемого элемента (30) для подъема этого элемента (30) в открытое положение (110) и слива из коллектора (170) через отверстие (50), и

перепускной элемент, установленный между перемещаемым элементом и коллектором, при этом перепускной элемент содержит:

впускное отверстие для приема текучей среды из камеры перемещаемого элемента;

по меньшей мере, один закрывающий элемент, который приводится в действие потоком текучей среды;

по меньшей мере, второй смещающий элемент для противодействия перемещению закрывающего элемента; и

выпускное отверстие для слива текучей среды из перепускного элемента в коллектор.

2. Способ регулирования давления в турбомашине, включающий этапы, на которых:

удерживают перемещаемый элемент (30) в закрытом положении посредством первого смещающего элемента (40);

воздействуют на перемещаемый элемент (30) через исполнительную магистраль (60), которая проходит от основной питающей магистрали (310) к системе (10) регулирования давления;

подают текучую среду под давлением в коллектор (170) до заданного значения для противодействия первому смещающему элементу;

подают текучую среду под давлением по меньшей мере в одну камеру (90) перемещаемого элемента (30) по импульсной магистрали (70), которая проходит от системы (10) регулирования давления к основной питающей магистрали (310); и

поднимают перемещаемый элемент (30) в открытое положение (110) для слива из коллектора (170) через отверстие (50) в масляный резервуар; и

обеспечивают перепускной элемент между перемещаемым элементом и коллектором, при этом перепускной элемент выполнен с возможностью:

приема текучей среды из камеры перемещаемого элемента через впускное отверстие;

приведения в действие по меньшей мере одного закрывающего элемента посредством потока текучей среды;

противодействия перемещению закрывающего элемента посредством по меньшей мере второго смещающего элемента; и

слива текучей среды из перепускного элемента в коллектор через выпускное отверстие.