УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2024 года по МПК F01D21/00 F01D17/20 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к устройствам, служащим для защиты паровой турбины от разгона обратным потоком пара из паропроводов отборов при отключении турбогенератора от сети или аварийном останове.

Известно устройство для защиты паровой турбины [1], содержащее обратный клапан, сервомотор со штоком и поршнем, пружину, предназначенную для создания усилия на обратном клапане в сторону его закрытия, и гидравлическую систему с управляющим клапаном, соединяющую камеру под поршнем с магистралью подвода рабочей жидкости.

Обратный клапан открывается потоком среды (паром), а закрывается под действием собственного веса, усилия со стороны сервомотора и обратного потока среды. Сервомотор на верхнем упоре удерживается давлением рабочей жидкости в камере под поршнем, сжимающим пружину сервомотора. Подача рабочей жидкости осуществляется от гидравлической системы. Усилие в сторону закрытия обратного клапана формируется путем воздействия на управляющий клапан гидросистемы, который открывает слив из камеры под поршнем сервомотора, что приводит к снижению давления рабочей жидкости в камере и перемещению поршня сервомотора пружиной.

Недостатками известного устройства являются коррозия внутренних элементов сервомотора клапана вследствие использования основного конденсата в качестве рабочей жидкости, а также наличие сложной гидравлической системы с управляющим клапаном для питания и управления сервомоторами и связанные с этим затраты на ее обслуживание и ремонт.

Известно также устройство для защиты паровой турбины [2], содержащее обратный клапан, сервомотор со штоком и поршнем, пружину, предназначенную для создания усилия на обратном клапане в сторону его закрытия, гидравлическую систему с управляющим клапаном, соединяющую камеру под поршнем с магистралью подвода рабочей жидкости и шариковый замок [3].

В известном устройстве также обратный клапан открывается потоком среды (паром), а закрывается под действием собственного веса, усилия со стороны сервомотора и обратного потока среды. Однако подвод основного конденсата используется только для сжатия пружины и перемещения поршня сервомотора на верхний упор, а удержание поршня в этом положении обеспечивается шариковым замком, давления рабочей жидкости не требуется. Это устройство является ближайшим по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению.

Недостатком этого известного устройства также следует считать коррозию внутренних элементов сервомотора, наличие гидравлической системы с управляющим клапаном для сжатия пружины, а также использование шарикового замка, являющегося нестандартным элементом индивидуального производства, требующим регулярного технического обслуживания, контроля при эксплуатации и ремонта.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства для защиты паровой турбины и снижение затрат на его обслуживание и ремонт.

Указанная цель достигается за счет того, что устройство для защиты паровой турбины дополнительно оснащено прямоходным мотор-редуктором (ПМР), выходной шток которого расположен в камере под поршнем сервомотора, управляемой муфтой и рычажной системой, обеспечивающей кинематическую связь штока сервомотора с управляемой муфтой.

Сущность изобретения поясняется чертежами устройства:

- на фиг. 1 представлено устройство, обратный клапан которого находится в закрытом положении, поршень сервомотора находится на нижнем упоре;

- на фиг. 2 обратный клапан устройства изображен в открытом положении, поршень сервомотора и ПМР на верхнем упоре (конечное положение элементов устройства в процессе открытия обратного клапана);

- на фиг. 3 обратный клапан устройства изображен в открытом положении, поршень сервомотора находится на верхнем упоре, а шток ПМР - на нижнем (устройство находится во «взведенном» состоянии, обратный клапан готов к закрытию);

- на фиг. 4 представлен разрез А-А с фиг. 1.

Рассматривается конструкция устройства, в котором в качестве управляемой муфты применена нормально замкнутая электромагнитная муфта. Возможна также установка муфты с гидравлическим или пневматическим управлением в зависимости от сферы применения устройства. Также в зависимости от условий применения управляемая муфта может быть не только нормально замкнутой, но и нормально разомкнутой.

На фиг. 1 обратный клапан 1 через рычаг 2 и серьгу 3 связан со штоком 4, на поршень 7 сервомотора которого воздействует пружина 6. В нижней части корпуса 8 установлен ПМР 9 с выдвижным штоком 11. Муфта 13 (и ее корпус 14) закреплена на кронштейне 10. Нормально замкнутая управляемая электромагнитная муфта 13, состоит из двух полумуфт. Первая полумуфта состоит из корпуса 20, закрепленного через шпонку 21 на валу 18, подвижного зубчатого венца 16, пружин 15 и катушки 19. Подвижный зубчатый венец 16 не имеет возможности проворачиваться относительно корпуса 20. Вторая полумуфта состоит из втулки 22 и жестко закрепленного на ней зубчатого венца 23. При отсутствии напряжения на катушке 19, пружины 15 воздействуют на подвижный зубчатый венец 16 и перемещают его на расстояние X, обеспечивая смыкание с зубчатым венцом 23. Втулка 22 жестко закреплена на крышке 17. Вал 18 через систему рычагов 5 и кронштейн 12 связан со штоком 4.

Устройство для защиты паровой турбины работает следующим образом. Исходное положение элементов (фиг. 1): обратный клапан 1 закрыт, шток 11 ПМР 9 находится на нижнем упоре, напряжение на катушке 19 электромагнитной муфты отсутствует, зубчатые венцы 16 и 23 полумуфт находятся в зацеплении.

Для перемещения поршня 7 сервомотора на верхний упор по сигналу электрической системы управления (ЭСУ) подается напряжение на катушку 19, что приводит к сжатию пружин 15 и размыканию зубчатых венцов 16 и 23. После этого от ЭСУ поступает сигнал на включение ПМР 9, шток 11 которого выдвигается и, воздействуя на поршень 7 сервомоотора, сжимает пружину 6. При достижении штоком 11 ПМР 9 положения, при котором пружина 6 полностью сжата, двигатель ПМР 9 отключается. Далее снимается напряжение с катушки 19 муфты, при этом подвижный зубчатый венец 16 под действием пружин 15 входит в зацепление с неподвижным венцом 23. При этом движение поршня 7 сервомотора вниз блокируется (фиг. 2), поскольку угол а и плечо L в этом положении выбираются таким образом, чтобы вращающий момент, передающийся от пружины 6 через систему рычагов 5 на зубчатый венец 23, был минимальным и не мог привести к размыканию зубчатых венцов 16 и 23.

После перемещения поршня 7 сервомотора на верхний упор ПМР 9 переводится в исходное положение - шток 11 переводится на нижний упор (фиг. 3). Усилие пружины 6 воспринимается через систему рычагов 5 венцом 23. Устройство готово к работе, обратный клапан переведен в открытое положение потоком среды.

Сигналом на срабатывание устройства для защиты паровой турбины (закрытие обратного клапана 1) является отключение генератора турбины от сети или закрытие стопорного клапана турбины. При этом по сигналу ЭСУ кратковременно подается напряжение на катушку 19, что приводит к перемещению подвижного зубчатого венца 16 под действием магнитного поля катушки 19, размыканию зубчатых венцов 16 и 23 и беспрепятственному движению поршня 7 сервомотора под действием пружины 6 в сторону закрытия обратного клапана 1. После закрытия обратного клапана 1 устройство переходит в состояние, изображенное на фиг. 1.

Основными преимуществами предлагаемого устройства для защиты паровой турбины являются использование серийного прямоходного мотор-редуктора для сжатия пружины и перемещения поршня сервомотора на верхний упор, а также серийной управляемой муфты для удержания поршня сервомотора на верхнем упоре, что существенно увеличивает надежность его работы и снижает затраты на его обслуживание и ремонт.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. В.И. Волчков, С.А.Г. Вольфский, И.А. Ковалев и др.; Под ред. А.П. Огурцова, В.К. Рыжкова. Паровые турбины сверхкритических параметров ЛМЗ. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с. 338.

2. Г.Д. Баринберг, Ю.М. Бродов, А.А. Гольдберг, Л.С.Иоффе, В.В. Кортенко, А.Ю. Култышев, В.Б. Новоселов, Ю.А. Сахнин, М.Ю. Степанов, М.В. Шехтер, Т.Л. Шибаев, А.А. Ямалтдинов; Под ред. проф., д.т.н. Ю.М. Бродова и к.т.н. А.Ю. Култышева; 3-е изд., переработанное и дополненное. Паровые турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода. Екатеринбург: ОАО «ИПП «Уральский рабочий», 2017, с. 418.

3. Патент RU 2583767 С1. Шариковый замок и способ выбора его геометрических параметров и силовых характеристик. Гольдберг А.А., 27.10.2014.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к устройствам, служащим для защиты паровой турбины от разгона обратным потоком пара из паропроводов отборов при отключении турбогенератора от сети или аварийном останове. Устройство содержит обратный клапан, сервомотор со штоком и поршнем, пружину, предназначенную для создания усилия на обратном клапане в сторону его закрытия, прямоходный мотор-редуктор, выходной шток которого расположен в камере под поршнем сервомотора, управляемую муфту и рычажную систему, обеспечивающую кинематическую связь штока сервомотора с управляемой муфтой. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства для защиты паровой турбины и снижение затрат на обслуживание и ремонт. 4 ил.

Устройство для защиты паровой турбины, содержащее обратный клапан, сервомотор со штоком и поршнем, пружину, предназначенную для создания усилия на обратном клапане в сторону его закрытия, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности его работы и снижения затрат на обслуживание и ремонт, оно дополнительно оснащено прямоходным мотор-редуктором, выходной шток которого расположен в камере под поршнем сервомотора, управляемой муфтой и рычажной системой, обеспечивающей кинематическую связь штока сервомотора с управляемой муфтой.