Комбинированный стопорно-регулирующий клапан

 

Использование: при проектировании органов парораспределения паровых турбин для атомных, тепловых или геотермальных станций. Сущность изобретения: чаша стопорного клапана закреплена неподвижно, а седло выполнено разъемным, состоящим из неподвижной периферийной части под регулирующий клапан и установленной с возможностью перемещения, жестко связанной с приводным штоком части под топорный клапан. 1 ил.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано при проектировании органов парораспределения паровых турбин, в частности турбин для атомных, тепловых или геотермальных электрических станций.

Известна конструкция стопорно-регулирующего клапана, состоящая из объединенных в одном узле парораспределения стопорного и регулирующего клапанов, каждый из которых имеет свой корпус, чашу, систему уплотнения штоков [1] .

Недостатками данной конструкции являются потери, возникающие из-за дополнительных поворотов потока в клапанной коробке, значительные размеры конструкции.

Аналогичные конструкции клапанов широко применяются и в других турбомашинах.

Прототипом изобретения является стопорно-регулирующий клапан, содержащий чашу стопорного клапана, имеющему цилиндрический участок, являющийся направляющим для соосно расположенной чаши регулирующего клапана, приводной шток чаши регулирующего клапана, приводной шток чаши стопорного клапана, причем штоки клапанов расположены один внутри другого, а регулирующий клапан выполнен в виде колокола, во внутренней полости которого расположен стопорный клапан с профилированной чашей, образующий в поднятом положении конфузорный канал с входным участком седла [2] .

Недостатком конструкции прототипа является большая вероятность нарушения подвижности штоков из-за перекосов в конструкции и заклинивания чаши одного из клапанов, вызванного выполнением штоков стопорного и регулирующего клапанов один внутри другого. В турбинах ТЭС или геотермальных электростанций такое конструктивное решение требует увеличения зазоров в узле подвески из-за менее жестких требований к составу пара и возможности интенсивного отложения солей с последующим заеданием штоков клапана. Значительное увеличение зазоров между штоками и крышкой клапанной коробки приводит к усложнению конструкции из-за необходимости развитых уплотнений между штоками и коробкой. Надежность такого клапана резко снижается с ростом его размеров из-за увеличения усилий, действующих на шток стопорного клапана, приводящих к увеличению размеров сервомотора и снижению его быстродействия.

Целью изобретения является повышение надежности конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в комбинированном стопорно-регулирующем клапане, содержащем чашу стопорного клапана, имеющую цилиндрический участок, являющийся направляющим для соосно расположенной чаши регулирующего клапана, приводной шток, соединенный с чашей регулирующего клапана, приводной шток стопорного клапана, седло с отводящим диффузором, внутренняя часть которого соответствует чаше стопорного клапана, а сопрягающаяся с ней периферийная часть - чаше регулирующего клапана, чаша стопорного клапана закреплена неподвижно, а седло выполнено разъемным, состоящим из неподвижной периферийной части под регулирующий клапан и установленной с возможностью перемещения, жестко связанной с приводным штоком части под стопорный клапан.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность работы клапана за счет отказа от расположения штоков стопорного и регулирующего клапанов один внутри другого. Надежность повышается за счет уменьшения вероятности заедания штоков, снижения усилий, действующих на штоки клапанов, увеличения быстродействия за счет встречного движения штоков и уменьшения, при прочих равных условиях, размеров сервомоторов.

В источниках информации не обнаружены клапаны с указанными отличительными признаками, следовательно, предложенное решение отвечает критерию "существенные отличия".

На чертеже показан клапан на режиме полного открытия.

Комбинированный стопорно-регулирующий клапан содержит чашу 1 стопорного клапана, имеющую цилиндрический участок 2, являющийся направляющим для соосно расположенной чаши 3 регулирующего клапана, приводной шток 4, соединенный с чашей 3 регулирующего клапана, приводной шток 5 стопорного клапана, седло с отводящим диффузором 6, внутренняя часть 7 которого соответствует чаше 1 стопорного клапана, а сопрягающаяся с ней периферийная часть 8 - чаше 3 регулирующего клапана. Чаша 1 стопорного клапана закреплена неподвижно, а седло выполнено разъемным, состоящим из неподвижной периферийной части 8 под регулирующий клапан и установленной с возможностью перемещения, жестко связанной с приводным штоком части 7 под стопорный клапан. Все устройство смонтировано в клапанной коробке 9, имеющей съемную крышку 10. Рабочее тело в коробку 9 подводится через отверстие 11. Между клапанной коробкой 9 и седлом с отводящим диффузором 6 выполнена кольцевая проточка 12, связанная через зазор с проточной частью клапана.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Пар подводится к клапанной коробке 9 через отверстие 11. Стопорный клапан состоит из чаши 1, неподвижно закрепленной в крышке 10 клапанной коробки, и подвижного седла (часть 7) клапана, которое имеет возможность перемещаться относительно клапанной коробки с помощью штока 5. В данной конструкции шток 5 соединяется ребрами с частью 7 седла и отводящим диффузором 6. В закрытом положении седло стопорного клапана плотно прижимается штоком 5 к чаше 1, неподвижно закрепленной на крышке 10 клапанной коробки. В открытом положении седло стопорного клапана занимает положение, показанное на фиг. 1. Изменение расхода пара в проточную часть турбины осуществляется перемещением регулирующего клапана, состоящего из привода клапана (шток 4) и колокольной чаши 3. Перемещая шток 4, изменяем расстояние между чашей 3 и седлом (часть 8) регулирующего клапана, которое неподвижно закреплено относительно клапанной коробки 9.

На режиме полного открытия регулирующего клапана рабочее тело проходит в проточную часть турбины через конфузорный канал, образованный между профилированной чашей 1 стопорного клапана, седлом (часть 8) регулирующего клапана и подвижным седлом (часть 7) стопорного клапана. Кольцевая проточка 12 на входе в конфузорно-диффузорную проточную часть клапана. В данной конструкции это особенно важно, так как позволяет не только обеспечить более эффективную работу диффузора и, следовательно, повысить расход при заданном перепаде давления на клапан, но и уменьшает поперечные усилия, действующие на подвижное конфузорное седло (часть 7) с отводящими диффузором 6. При профилировании обтекаемой поверхности чаши 1 стопорного клапана и всей проточной части могут применяться известные методы выравнивания параметров потока, повышающие экономичность конструкции. Таким образом, поверхности седла регулирующего и седла стопорного клапанов образуют плавно обтекаемую поверхность, переходящую в отводящий диффузор.

На всех режимах работы в предлагаемой конструкции исключена передача каких-либо усилий между штоками 5 и 4 стопорного и регулирующего клапанов, на режиме закрытия обеспечено свободное встречное движение чаши 3 регулирующего клапана и седла (часть 7) стопорного клапана. Без каких-либо дополнительных конструктивных мер на штоки клапанов действуют минимальные перестановочные усилия. Одновременно сохранено основное преимущество прототипа - минимальное сопротивление на режиме полного открытия.

Таким образом, по сравнению с прототипом технико-экономическая эффективность данного решения достигается за счет повышения надежности, более простого конструктивного исполнения без повышения аэродинамического сопротивления проточной части стопорно-регулирующего клапана. Для турбин, работающих на рабочем теле с большим содержанием примесей, например турбин геотермальных электрических станций, предлагаемое техническое решение является единственно возможным, обеспечивающим надежную и экономичную работу системы парораспределения. Предлагаемая конструкция комбинированного стопорно-регулирующего клапана может быть использована при разработке систем парораспределения турбин как стационарного, так и транспортного энергомашиностроения. (56) 1. Паровая турбина К-500-240 ХТ13. /Под ред. В. Н. Саввина. М. : Энергоатомиздат, 1984, с. 117-127.

2. Авторское свидетельство СССР N 1539334, кл. F 01 D 17/14, 1965.

Формула изобретения

КОМБИНИРОВАННЫЙ СТОПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН, содержащий чашу стопорного клапана, имеющую цилиндрический участок, являющийся направляющим для соосно расположенной чаши регулирующего клапана, приводной шток, соединенный с чашей регулирующего клапана, приводной шток стопорного клапана, седло с отводящим диффузором, внутренняя часть которого имеет профиль, соответствующий профилю чаши стопорного клапана, а сопрягающаяся с ней перфорированная часть - чаши регулирующего клапана, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, чаша стопорного клапана закреплена неподвижно, а седло выполнено разъемным, имеющим неподвижную периферийную часть под регулирующий клапан и подвижную часть - под стопорный клапан, жестко связанную с приводным штоком последнего.

РИСУНКИ

Рисунок 1