Регулирующий клапан паровой турбины Советский патент 1983 года по МПК F01D17/10 F16K47/00 

ИзобрегiiHc относится к апергетике и может 5ы ь использовано к системе- регулирования JliipOBiJX , Известен односедельиый регулируошик клапан паророй турбины, сидсчэжаший кор пус с седлом, установленный по оси Kopii са и подвижно соединенный со штоком, выполненным заодно с разгрузочным клапаном, основной клапан, состоящий из чашки и жестко соединенной с ней гайки, имеющей наружные направляюплие поверхности и разгрузочную камеру коничеекой формы, ограниченную жестко соединенным с корпусом разгрузочным горшпем 1J. Недостатком этого регулируюп1его клапана является возможность свободных перемеп1,ений основного клапана (в пределах радиальных зазоров и осевого хода разгрузочного клапана) под действием пульсаций потока, приводяншх к поломкам IHTOка и интенсивному износу крепежных резьб и контактных поверхностей разгрузочного клапана, гайки, чашки, разгрузочного поршня. Известен также регулирующий клапан паровой турбины, содержаш.ий корпус с седлом, в котором установлен подвижно соединенный со штоком основной клапан, состоящий из ча1пки и жестко соединенпой с ней гайки, и разгрузочный клапан, размеп1епный внутри основного клапана,а между чашкой и гайкой установлено застопоренное кольцо 2. Недостатками этого регулирующего клапана являются: возможность свободных перемещений основного к;1апана (в радиальном 1аправлен1П1 -- в пределах установочных зазоров порп1неиых Ko;ien -- и в осевом --- в предс:. осевого хода разгрузочного клапана) по.ч действием пульсации парового потока, что приводит к поломкам штока и riopiiniefcibix колец, 1 нтенсивному износу крепежных резьб, поршневых колец, опорных поверхностей ко.чеи в разгрузочном поршие и контактных поверхностей разгрузочного клапана, чашки и направляющих новерхносте и, как следствие, к г,нижению надежности; невозможность достижения полной разгрузки ОСНОВН01Ч) клапана от паровых уси.чий из-за его самопропзвольных смещений в паровомнс)токе и появление режима автоколебаний. Целью изоГ1|)етения является новыишние надежности и увеличение разгрузки от паровых усилий путем ограпичения подвижности основного клапана относительно штока, а также упрощение регулирования положения втулки. Указанная цель достигается тем, что регул и клапан паровой турбины, содержащий корпус с седлом, в котором установлен подвижно соединенный со штоком основной клапан, состояпшй из чащки и жеСтко соединенной с Ней гайки, и разгрузоч12 ный клапа I, :азмеще ;гП,1Й внутри основ П)го K/iaiiMia, а междх маткой и гайкой оио застопорення- кольцо, снаб ;-:cii закрепленной в корпусе втулкой, последняя, цггок и кольцо снабжены плицами с винтовыми скосами, при этом винтовые скосы щлицев втулки и кольца расположены оппозитно. 1риэтом над втулкой установлена дисгапционйая прокладка, а втулка закреплепа в корпусе с возможностью поворота. На фиг. 1 показан клапан, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. Г, на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - верхняя часть клапана продольный разрез по втулке; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 5. Регулируюпхий клапан состоит из основного клапана, сос-1оящего из чащки 1, на которую навинчена гайка 2 с цилиндрической расточкой 3 диаметра d, внутренними каналами 4 и двумя секторными шпонками 5, а последние выполнены с фаской 6, имею1пей угол с( 1 45°. В цилиндрическую расточку 3 гайки 2 входит разгрузочный поршен1) 7, выпо;пчеиный заодно с неподвижной буксой надетыми на него снаружи поршневыми кольцами 9. В чашке 1 имеется разгрузочное отверстие 10, которое прикрыто разгрузочНы.м клапано.м 11, закрепленным при помопди гаек 12 и 13 и стогюрного винта 14 на конце штока 15. Между гайкой 2 и чашкой 1 установлено кольцо 16, которое стопорится от вращения цлифтом 17 и имеет отверстия 18 для прохода пара и четыре П1лица 19. На верхних торцах щлицев 19 выполнены винтовые поверхности 20 с углом подъема о(, равным, например 45°. В Нижней части штока 15 имеется бурт 21 с переходом 22, выполненным в виде конуса с углом Л (как и на фаске б гайки 2) и обеспечивающим центровку клапава на штоке 15 при его ;; дьеме. На бурте 21 имеется четыре шлица 23, снабженные винтовыми поверхностями 20 с углом подъема ot (как и на поверхности 20 шлицев 19). Чашка 1 в закрытом состоянии регулируюпдего клапана прижата к седлу 24. Шток 15 клапана связан в верхней части с нриводным мех1анизмом (не показан) посредством рамки 25, втулки 26, насаженной на шток 15, прижимных колец 27, шайбы 28, гайки 29. Ниже втулки 26 на шток 15 насажена втулка 30, которая стопоритСИ от проворачивания шпонкой 31. На втулке 30 вьнюлнены четыре шлица 32 с винтовыми поверхностями 33 и с тем же углом подъема о(, что и для впнтовых поверхностей 20. На корпусе 34 установлена неподвижная втулка 35 и дистанционная металлическая прокладка 36. На неподвижной втулке 35 выполнены четыре щлица 37 с винтовыми поверхностями 38 с тем же углом подъема ok. Неподвижная втулка 35 крепится к корпусу 34 посредством своего фланца 39, имеющего овальные отверстия 40, и стопорится от проворачивания призонным штифтом 41. Боковые поверхности 42 и 43 шлицев 32 втулки 30 и шлицев 37 неподвижной втулки 35 и сопряженные поверхности 44 и 45 секторных шпонок 5 гайки 2 и разгрузочного поршня 7 параллельны оси 46 клапана. Основной клапан имеет внутреннюю полость 47. Угол подъема контактирующих поверхностей винтовых поверхностей 20 шлицев 19 и 23 значительно больше угла трения этих поверхностей. Между винтовыми поверхностями 33 и 38 имеется зазор сГ, определяемый условиями обеспечения возможности свободной самоустановки основного клапана в седле 24. Диаметр d разгрузочного поршня 7 принимается равным посадочному диаметру dp чашки 1 основного клапана. Перед посадкой гайка 2 опирается фаской 6 на переход 22 штока 15, между винтовыми поверхностями 20 шлицев 19 кольца 16 и шлицев 23 штока 15 имеется зазор c5i (не показан). Необходимая величина зазора 6 (между винтовыми поверхностями 33 шлицев 32 штока 15 и винтовыми поверхностями 38 шлицев 37 Неподвижной втулки 35) обеспечивается пригонкой толщины прокладки 36 при сборке регулирующего клапана. Регулируемый клапан работает следующим образом. При закрытом клапане усилие от приводного механизма через рамку 25, втулку 26, прижимные кольца 27 и гайку 29 передается штоку 15. Шток 15 упирается в разгрузочный клапан 11, который закрывает отверстие 10 чашки 1 и прижи.мает ее к седлу 24. При этом основной клапан и разгрузочный клапан 11 са.моустанавливаются по седлу 24 и отверстию 10 чашки 1 благодаря наличию осевых и радиальных зазоров в местах соединения их со штоком 15. Винтовые поверхности 20 на шлицах 19 кольца 16 и шлицах 23 штока 15 не принимают участия в передаче усилия от штока 15 к разгрузочному клапану 11 и основному клапану, поскольку шлицы 23 на штоке 15 могут проскальзывать по шлицам 19 кольца 16, благодаря чему шток 15 проворачивается. Когда основной клапан и разгрузочный клапан 11 закрыты, свежий пар поступает между поршневыми кольцами 9 и гайкой 2. Поэтому во внутренней полости 47 создается почти полное давление свежего пара, которым основной клапан прижимается. к седлу 24. Для открытия основного клапана приводным механизмом сначала перемешают вверх (в пределах хода h) шток 15 с разгрузочным клапаном 11, открывая отверстие 10 чашки 1. Давление пара во внутренней полости 47 основного клапана снижается до величины давлени.я за клапаном, так как площадь зазоров, через которую продолжает поступать свежий пар, существенно меньше площади разгрузочного отверстия 10 ча1пки 1. При этом винтовые поверхности 33 шлицев 32 штока 15 скользят по винтовым поверхностям 38 на ni.iHuax 37 неподвижной втулки 35. благодаря чему шток 15 прововачивается вокруг своей оси. Одновременно винтовые поверхности 20 шлицев 23 штока 15 перем-ещаются с постоянным зазором относительно винтовых поверхностей 20 на шлицах 19 кольца 16. Когда UITOK 15 вместе с разгрузочным клапаном 11 подни.мется на величину хода h разгрузочного клапана И, он упрется в фаску 6 гайки 2 оновного клапана и дальнейший подъем штока 15 приводит к отрыву чашки 1 от седла 24 (открытию основного клапана). После отрыва чашки 1 от седла 24 вращение штока 15 продолжается, но подъем его относительно основного клапана прекращается, поскольку клапан и шток 15 движутся совместно. Вращение основного клапана при этом предотвращается шпонками 5. Зазор Si между винтовыми поверхностями 20 на шлицах 19 кольца 16 и шлицах 23 штока 15 начинает уменьшаться, и это продолжается до тех пор, пока не прекратится врашение П1тока. Окончание вращения штока происходит в момент, когда винтовые поверхности 33 шлицев 32 штока 15 и винтовые поверхности 38 на шлицах 37 неподвижной втулки 35 выходят из зацепления. Начиная с этого момента и до полного открытия клапана шток не вращается и зазор .между винтовыми поверхностями 20 на шлицах 19 кольца 16 и на шлицах 23 штока 15 не превосходит заданной величины. Шлицы 32 втулки 30 движутся при этом вдоль шлицев 37 неподвижной втумки 35, касаясь их боковых поверхностей 42 своими поверхностями 43. Одновременно секторные шпонки 5 гайки 2 скользят боковыми поверхностями 44 по боковым поверхностям 45 разгрузочного поршня 7. Самопроизвольный поворот штока 15 вокруг своей оси (оси клапана) 46 может происходить только в пределах заданного зазора. Этот зазор обеспечивается при сборке клапана путем соответствующей установки Неподвижной втулки 35 за счет ее поворота вокруг оси 46 клапана. Возможность поворота неподвижной втулки 35 обеспечивается наличием в ней овальных отверстий 40. Выбранное положение неподвижной втулки 35 фиксируется призонным щтифтом 41. В процессе подъема клапана конические поверхности фаски 6 гайки 2 и перехода 22 штока 15 находятся в контакте. обе;; 1ечивая центровку клапана. Зазор Si распределяется между тремя парами поBcpxiiociefi: винтовыми поверхностями 20 на шлицах 19 и шлицах 23; боковыми поверхностями 42 шлицев 37 неподвижной втулки 35 и боковыми поверхностями 45 шлицев 32 штока 15; боковыми поверхностя.ми 44 секторных шпонок 5 гайки 2 и боковыми поверхностями 45 разгрузочного поршня 7. При закрытии основной клапан из верхпего положения движется вниз (в сторону закрытия) приводным механизмом, воздействующим на шток 15. При этом шлицы 32 втулки 30 перемещаются вдоль шлицев 37 неподвижной втулки 35, направляя шток 15 в его верхней части, а секторные шпонки 5 гайки 2 движутся в разгрузочном поршне 7, направляя основной клапан. При достижении чашкой 1 положения, близкого к полному закрытию клапана, боковые поверхности 43 шлицев 32 втулки 30 выходят из зацепления с боковыми поверхностями 42 шлицев 37 неподвижной втулки 35 и к моменту посадки чашки 1 на седло 24 .между винтовыми поверхностями этих шлицев образуется зазор, равный (S-6-). После посадки чашки 1 на седло 24 и прекраш,ения, вследствие этого, передачи усилий на фаску 6 и переход 22 между ними образуется зазор. В конце продолжаюпдегося движения вниз штока 15, между этими поверхностями образуется зазор h; зазор между винтовыми поверхностями 20 шлицев 19 кольца 16 и шлицев 23 штока 15 после посадки основного клапана на седло 24 становится равным нулю. Одновременно зазор между винтовыми поверхностями 33 шлицев 32 штока 15 и винтовыми поверхностями 38 шлицев 37 неподвижной втулки 35 возрастает до величины S. От момента посадки основного клапана и до посадки разгрузочного клапана 11 на свои посадочные поверхности движение штока 15 вниз происходит при скольжении винтовых поверхностей 20 шлицев 23 штока 15 по винтовым поверхностям 20 шлицев 19 кольца 16 без силового воздействия и, таким образом, обеспечивается возможность самоустановки чашки 1 на седле 24. После посадки разгрузочного клапана 11 на посадочную поверхность в чашке 1 шток 15 упирается в разгрузочный клапан 11 и перестает вращаться. Тогда усилие на закрытие от приводного механизма, передаваемое через шток 15, воздействует на разгрузочный клапан 11 и через него на чашку 1. Разгрузочный клапан 11 самоустанавливается благодаря подвижному соединению его со штоком 15, осуш.ествляемому за счет осевых и радиальных зазоров (1,5-2 мм), имеющихся между гайками 12 и 13 и щтоком 15. Таким образом, предлагаемая конструкция регулирующего клапана паровой турбины позволяет получить уменьшение допускаемых перемещений (люфтов) и, следовательно амплитуды пульсаций и вибрации клапана относительно штока, а также штока, вызываемых нестабильностью потока, что приводит к значительному уменьщению ударных нагрузок и фрикционного износа деталей клапана. Исключается также возможность самопроизвольных перемещений (потери устойчивости)и возникновения режима автоколебаний при работе клапана. Предлагаемый клапан обладает основным преимуществом неразгруженного клапана - отсутствием пульсаций основного клапана относительно штока - и, одновременно, обеспечивает возможность полной разгрузки клапана от осевых усилий в момент открытия, что существенно снижает напряжения в штоке и позволяет сократить размеры сервомоторов, управляющих клапанами, уменьшить расход энергии на их привод, сократить расход рабочей жидкости, уменьщить размеры насосов, баков рабочей жидкости и т. д. Указанные преи.мущества особенно существенны для систем регулирования турбин энергоблоков больщой мощности, у которых паровые усилия на регулирующих клапанах весьма высоки. Снижение силовых нагрузок на регулирующих клапанах расширяет также возможность применения электрических устройств для их привода вместо гидравлических сервомоторов.

lik

A-A

15

15

Фиг 5

1. РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащий корнус с седлом, в котором установлен подвижно соединенный со штоком основной клапан, состоящий из чащки и жестко соединенной с ней гайки, и разгрузочный клапан, размещенный внутри основного клапана, а между чащкой и гайкой установлено застопоренное кольцо, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения разгрузки от паровых усилий путем ограничения подвижности основного клапана относительно щтока, регулирующий клапан снабжен закрепленной в корпусе втулкой, последняя, шток и кольцо снабжены шлицами с винтовыми скосами, при этом винтовые скосы шлицев втулки и кольца расположены оппозитно. 2. К-тапан по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения регулирования положения втулки, под последней установлена дистанционная прокладка, а втулка закреплена в корпусе с возможностью поворота.