Клапан для машины, приводимой в действие потоком

Изобретение относится к клапану для машины, приводимой в действие потоком, в частности, паровой турбины. Клапан включает шток клапана и седло клапана. Причем шток образован в корпусе клапана с возможностью перемещения по отношению к седлу клапана. Корпус клапана имеет первую камеру нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании в первой камере нагнетания давления шток клапана перемещается в направлении седла клапана. Причем корпус клапана имеет вторую камеру нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании во второй камере нагнетания давления шток клапана перемещается от седла клапана. Причем первая камера нагнетания, если смотреть в направлении перемещения штока клапана к седлу клапана, имеет проецированную эффективную поверхность, нагруженную давлением, A1, причем вторая камера нагнетания, если смотреть в направлении перемещения штока клапана от седла клапана, имеет проецированную эффективную вторую поверхность, нагруженную давлением, причем имеет место A1<A2. Изобретение направлено на повышение надежности, безопасности клапана, облегчение управления клапаном.10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к клапану для машины, приводимой в действие потоком, в частности, паровой турбины, со штоком клапана и седлом клапана, причем шток клапана образован в корпусе клапана с возможностью перемещения по отношению к седлу клапана.

Клапанам для машин, приводимых в действие потоком, в частности, паровых турбин, придается особое значение, так как подвод пара к паровой турбине должен обладать в основном двумя качествами. Это, во-первых, регулирование пара, поступающего в паровую турбину, и быстрое закрытие клапана в случае нарушения, чтобы прекратить подвод пара. Существуют формы осуществления клапанов, в которых эти оба качества реализуются в одном единственном корпусе клапана. Вследствие высокой температуры и высокого давления пара требования к таким клапанам особенно высоки. Открытие и закрытие при высокой температуре и высоком давлении организовывается с трудом. Как правило, в клапанах шток клапана должен образовываться с возможностью перемещения в одном направлении. Усилия, чтобы иметь возможность перемещать этот шток клапана, сравнительно велики и создаются либо гидравлическим, либо электрогидравлическим путем.

Кроме того, клапаны из соображений безопасности должны быть выполнены таким образом, что ошибка или отказ управления должны вести к автоматическому закрытию клапана (безопасное положение «клапан закрыт»).

Задачей изобретения является предложение альтернативной возможности перемещения штока клапана по отношению к седлу клапана.

Эта задача решена с помощью клапана для машины, приводимой в действие потоком, в частности, паровой турбины, со штоком клапана и седлом лапана, причем шток клапана образован с возможностью перемещения в корпусе клапана по отношению к седлу клапана, причем корпус клапана имеет первую камеру нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании нагрузки в первой камере нагнетания с давлением p₁ шток клапана перемещается в направлении седла клапана, причем корпус клапана имеет вторую камеру нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании нагрузки во второй камере нагнетания с давлением p₁ шток клапана перемещается в направление, противоположное седлу клапана.

Первая камера нагнетания, если смотреть в направлении перемещения штока клапана, выполнятся таким образом, что она имеет проецированную эффективную первую поверхность A₁, нагруженную давлением, причем вторая камера нагнетания, если смотреть в направлении перемещения штока клапана, имеет проецированную эффективную вторую поверхность A₂, нагруженную давлением, причем имеет место: A₁<A₂.

Вследствие того, что усилие, созданное с помощью давления на обе поверхности, нагруженные давлением, различно по величине, в итого возможно перемещение штока клапана.

Согласно изобретению, таким образом, в результате применения внутренних для процесса сред при учете различной геометрии рабочих камер и использования термодинамически различных параметров состояния становится возможным открытие и закрытие клапана. При этом, в частности, первая камера нагнетания нагружается давлением p₁, причем давление p₁ образовано с помощью поступающей текущей среды, здесь пара.

Предпочтительные варианты усовершенствования раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Так клапан для подведения рабочей среды имеет впускную камеру, причем в штоке клапана или в корпусе клапана образован подводящий трубопровод, который благоприятно в аэрогидродинамическом отношении соединяет впускную камеру с первой камерой нагнетания.

Таким образом, предлагается образование в штоке клапана или корпусе клапана дополнительного трубопровода, именно, подводящего трубопровода, который позволяет сообщающееся соединение между впускной камерой и камерой нагнетания.

Таким образом давление p₁ распространяется в первой камере нагнетания и в итоге создает усилие в направлении седла клапана.

Предпочтительным образом предусмотрено устройство для подведения пара во вторую камеру нагнетания, причем устройство выполнено таким образом, что при перемещении штока клапана в направлении седла клапана вторая камера нагнетания нагружена давлением p₀, причем имеет место: p₀<p₁.

Точно также предпочтительным образом устройство выполняется таким образом, что при перемещении штока клапана в противоположном направлении к седлу клапана вторая камера нагнетания нагружена давлением p₁. Таким образом устройство может включать, по меньшей мере, один клапан, который обеспечивает благоприятное в аэрогидродинамическом отношении соединение для рабочей среды с давлением либо p₁, либо p₀.

В другом предпочтительном варианте усовершенствования корпус клапана имеет третью камеру нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании нагрузки в третьей камере нагнетания с давлением p₀ осуществляется нажимное усилие на шток клапана в направлении седла клапана. Предпочтительным образом шток клапана выполнен трубообразным, причем с концевой стороны шток клапана имеет выступ, причем верхний выступ придан третьей камере нагнетания и нижний выступ придан первой камере нагнетания.

Предпочтительным образом внутри штока клапана расположен другой шток клапана, который выполнен для регулирования и экстренного закрытия потока пара.

Согласно изобретению шток клапана выполнен для экстренного закрытия.

Изобретение более подробно поясняется с помощью примера осуществления. В нем схематично представлено следующее:

фигура 1: клапан в закрытом состоянии,

фигура 2: клапан в открытом состоянии.

Фигура 1 показывает клапан 1, включающий шток 2 клапана, седло 3 клапана и корпус 4 клапана. Внутри корпуса 4 клапана расположен другой вспомогательный шток 5 регулирующего клапана. Шток 2 клапана выполнен в основном вращательно-симметрично вокруг оси 6 вращательной симметрии. Корпус 4 клапана при этом может перемещаться в направлении оси 6 вращательной симметрии как в направлении седла 3 клапана, так и может быть выполнен с возможностью перемещения от седла 3 клапана.

Корпус 4 клапана и седло клапана 3 выполнены в виде цельной детали конструкции. В клапане 1 расположена впускная камера 7, в которую может поступать рабочая среда, например, пар. Дальше клапан 1 включает выпускную камеру 8. Через благоприятное в аэрогидродинамическом отношении соединение пар в итоге подводится к паровой турбине 10. Клапан 1 выполнен для машины, приводимой в действие потоком, в частности паровой турбины 10.

Корпус 4 клапана имеет первую камеру 11 нагнетания. Первая камера 11 нагнетания при этом выполнена таким образом, что при создании нагрузки в первой камере 11 нагнетания с давлением p₁ шток 2 клапана перемещается в направлении седла 3 клапана.

Корпус 4 клапана имеет вторую камеру 12 нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании нагрузки во второй камере 12 нагнетания с давлением p₁ шток 2 клапана перемещается в противоположном направлении прочь от седла 3 клапана.

На чертеже фигуры 1 в этом случае шток 2 клапана двигался бы вверх.

Во впускной камере 7, как правило, находится рабочая среда, в частности, пар с давлением p₁.

Шток 2 клапана или корпус 4 клапана имеет подводящий трубопровод 13 или 20, который благоприятно в аэрогидродинамическом отношении соединяет впускную камеру 7 с первой камерой 11 нагнетания. Для этого в штоке 2 клапана находится благоприятное в аэрогидродинамическом отношении соединение, которое может быть выполнено в виде кольцевого канала и простирается вращательно-симметрично по отношению к оси 6 симметрии. При этом подводящий трубопровод 13 имеет отверстие 14, которое с наружной стороны смотрит в направлении впускной камеры 7.

Клапан 1 имеет подробно не показанное устройство для подведения пара с давлением p₀ или p₁ во вторую камеру 12 нагнетания, а также подробно не показанное устройство для подведения пара с давлением p₀ в третью камеру 19 нагнетания, причем устройство выполнено таким образом, что при перемещении штока 2 клапана в направлении седла 3 клапана вторая камера 12 нагружена давлением p₀, причем имеет место: p₀<p₁.

При перемещении в противоположное направление, то есть прочь от седла клапана, вторая камера 12 нагнетания нагружена с давлением p₁.

Чтобы сделать возможным перемещение штока 2 клапана, шток 2 клапана выполнен трубообразно по отношению к оси 6 с вращательной симметрией, причем с концевой стороны 15 шток 2 клапана имеет выступ 16, причем верхний выступ 17 и нижний выступ 18 расположены с концевой стороны 15.

Корпус 4 клапана имеет третью камеру 19 нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании нагрузки в третьей камере 19 с давлением p₀ нажимное усилие осуществляется на шток 2 клапана в направлении седла 3 клапана.

Шток 2 клапана имеет в первой камере 11 нагнетания, если смотреть в направлении седла 3 клапана, (то есть в направлении оси 6 с вращательной симметрией) проецированную эффективную первую поверхность A1, нагруженную давлением.

Шток 2 клапана во второй камере 12 нагнетания в направлении прочь от седла 3 клапана имеет проецированную эффективную вторую поверхность A2, нагруженную давлением.

Шток 2 клапана в третьей камере 19 нагнетания, если смотреть в направлении седла 3 клапана, имеет проецированную эффективную третью поверхность A3, нагруженную поверхность. Шток 2 клапана имеет во впускной камере 7 в направлении прочь от седла 3 клапана проецированную эффективную четвертую поверхность A4, нагруженную давлением. При этом имеет место: A1<A2, A1>A4, A1+A3>A2, A1+A3=A2+A4. Это означает, что при одинаковом давлении p₁ в первой (A1) и четвертой (A4) камере нагнетания и давлении p₀ во второй (A2) и третьей (A3) камере нагнетания и p₁>p₀, усилие нажима в целом на поверхность A1+A3 больше, чем на поверхность A2+A4, что ведет к перемещению штока 2 клапана в направлении к седлу 3 клапана, и таким образом делает возможным закрытие клапана 1.

Дальше это означает, что при одинаковом давлении p₁ в первой (A1), второй (A2) и четвертой камере нагнетания и давлении p₀ в третьей (A3) камере нагнетания и p₁>p₀ усилие нажима в целом на поверхность A2+A4 больше, чем на поверхность A1+A3, что ведет к перемещению штока 2 клапана прочь от седла 3 клапана и таким образом делает возможным открытие клапана 1.

Благодаря этому клапан 1 может открываться и закрываться только с помощью изменения между p₁ и p₀ в камере 12 нагнетания при постоянном давлении p₀ в камере 19 нагнетания и p₁ в камере 11 нагнетания и впускной камере 7.

Дальше клапан 1 при падении давления с p₁ до p₀ камере 12 нагнетания и приложенном давлении p₁ во впускной камере автоматически закрывается.

Шток 2 клапана выполнен для быстрого закрытия.

Таким образом, верхний выступ 17 придан третьей камере 19 нагнетания и нижний выступ 18 первой камере 11 нагнетания.

Шток 5 регулирующего клапана наряду с функцией быстрого закрытия имеет также функцию регулирования потока пара.

Таким образом согласно изобретению с помощью различной геометрии рабочих камер и применения двух термодинамических различных состояний пара становится возможно, что клапан 1 при имеющихся рабочих средах с давлением p₀ и p₁ сохраняет закрытое положение и открывается с помощью направленного подвода рабочей среды p₁ в камеру 12 нагнетания.

1. Клапан (1) для машины, приводимой в действие потоком, в частности, для паровой турбины (10), причем клапан (1) включает шток (2) клапана и седло (3) клапана, причем шток (2) образован в корпусе (4) клапана с возможностью перемещения по отношению к седлу (3) клапана, причем корпус (4) клапана имеет первую камеру (11) нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании в первой камере (11) нагнетания давления p₁ шток (2) клапана перемещается в направлении седла (3) клапана, причем корпус (4) клапана имеет вторую камеру (12) нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании во второй камере (12) нагнетания давления p₁ шток (2) клапана перемещается от седла (3) клапана, причем первая камера (11) нагнетания, если смотреть в направлении перемещения штока (2) клапана к седлу (3) клапана, имеет проецированную эффективную поверхность, нагруженную давлением, A1, причем вторая камера (12) нагнетания, если смотреть в направлении перемещения штока (2) клапана от седла (3) клапана, имеет проецированную эффективную вторую поверхность A2, нагруженную давлением, причем имеет место A1<A2.

2. Клапан по п. 1, содержащий впускную камеру (7) для подведения рабочей среды, в частности пара, причем в штоке (2) клапана образован подводящий трубопровод (13) или в корпусе клапана подводящий трубопровод (20), который предпочтительно в аэрогидродинамическом отношении соединяет впускную камеру (7) с первой камерой (11) нагнетания.

3. Клапан по п. 1 или 2, содержащий устройство для подведения пара во вторую камеру (12) нагнетания, причем устройство выполнено таким образом, что при перемещении штока (2) клапана в направлении седла (3) клапана вторая камера (12) нагнетания нагружена давлением p₀, причем имеет место: p₀<p₁.

4. Клапан по п. 1 или 2, в котором устройство выполнено таким образом, что при перемещении штока (2) клапана от седла (3) клапана вторая камера (12) нагнетания нагружена давлением p₁.

5. Клапан по п.1 или 2, в котором корпус (4) клапана имеет третью камеру (19) нагнетания, которая выполнена таким образом, что при создании нагрузки в третьей камере (19) нагнетания с давлением p₀ на шток (2) клапана осуществляется усилие нажима в направлении седла (3) клапана.

6. Клапан по п. 1 или 2, в котором шток (2) клапана выполнен трубообразным, причем с концевой стороны шток (2) клапана имеет выступ, причем верхний выступ придан третьей камере (19) нагнетания и нижний выступ первой камере (11) нагнетания.

7. Клапан по п. 1 или 2, в котором внутри штока (2) клапана расположен шток регулирующего клапана, который предназначен для регулирования потока пара.

8. Клапан по п. 1 или 2, в котором клапан (1) выполнен в виде быстродействующего клапана.

9. Клапан по п. 1 или 2, в котором третья камера (19) нагнетания в направлении перемещения штока (2) клапана к седлу (3) клапана имеет проецированную эффективную поверхность A3, нагруженную давлением, причем имеет место: A1+A3>A2.

10. Клапан по п. 1 или 2, в котором шток (2) клапана в направлении перемещения штока (2) клапана от седла (3) клапана имеет во впускной камере (7) проецированную эффективную третью поверхность, нагруженную давлением, причем:

A1+A3=A2+A4.

11. Клапан по п. 10, в котором A1>A4.