регулирующий клапан

Формула изобретения

1. Регулирующий клапан, содержащий запорный орган в виде поршня с профилированной торцевой чашей и седлом, уплотнительные кольца, шток и внешний цилиндрический стакан, отличающийся тем, что седло выполнено конфузорно-диффузорным с цилиндрическим участком, а профилированная торцевая часть поршня совместно с входным участком седла образует осесимметричный клапанный канал и содержит пояс перфорации отверстий, расположенный на диаметре, равном (0,7-0,8)D_n, где D_n - посадочный диаметр клапана, и с диаметрами отверстий, равными 0,04-(0,02-0,05)D_n и окружным шагом (0,02-0,06)D_n, а на диаметре (0,2-0,5)D_n нормально к поверхности поршня проточены поперечные канавки шириной 1-1,5 мм и глубиной 4-5 мм.

2. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что на цилиндрическом участке седла выполнен пояс перфорации с отверстиями 3-5 мм, замкнутыми на общую камеру.

3. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что шпонки, предохраняющие клапан от поворота, располагаются на максимальном диаметре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при регулировании давления пара на выходе турбины.

Известен стопорно-регулирующий клапан (фиг.1) Ленинградского металлического завода (см. прототип, Трухний А.Д., Крупеников Б.Н., Петрунин С.В., "Атлас конструкций деталей турбин", Москва, Изд-во МЭИ, 1999 г., стр.145; Трухний А. Д. , "Стационарные паровые турбины", Москва, Энергоиздат, 1990, стр.183), содержащий выполненный в виде поршня запорно-регулирующий орган 1, седло 2, внешний цилиндрический стакан 3, уплотнительное кольцо 4, жестко соединенный с торцовой частью запорного поршня 1 шток 5. Для обеспечения разгрузки поршня от осевых усилий на его торцевой части выполнено несколько отверстий 6, обеспечивающих выравнивание давлений по обе стороны торцевой части поршня.

Недостатком известных технических решений, в том числе и прототипа, является отсутствие у клапана клапанного канала, позволяющего регулировать (восстанавливать) давление в диффузорной части седла. При подъеме поршня течение пара проходит через кольцевую щель между запорными кромками поршня и входным участком седла. С этого момента на всех режимах работы клапана возникает струйное течение, способствующее усилению пульсаций давления в потоке пара и снижающее восстановление давления в выходной части седла. При больших скоростях пара потери давления резко увеличиваются, а пульсации давления не только снижают надежность самого клапана, но и отрицательно влияют на работу первой ступени турбины.

В основу настоящего изобретения положена задача снижения пульсаций давления в потоке пара, возникающих при образовании струйного течения, снижающих восстановление давления в диффузорной части седла и надежность самого клапана и отрицательно влияющих на работу первой ступени турбины.

Поставленная задача решается тем, что регулирующий клапан содержит запорный орган в виде поршня с профилированной торцевой чашей и седла, уплотнительные кольца, шток и внешний цилиндрический стакан, седло выполнено конфузорно-диффузорным с цилиндрическим участком, а профилированная торцевая часть поршня совместно с входным участком седла образует осесимметричный клапанный канал и содержит пояс перфорации отверстий, расположенный на диаметре, равном (0,7-0,8)D_n, где D_n - посадочный диаметр клапана, и с диаметрами отверстий, равными 0,04-(0,02-0,05)D_n, и окружным шагом (0,02-0,06)D_n, а на диаметре (0,2-0,5)D_n нормально к поверхности проточены поперечные канавки шириной 1-1,5 мм и глубиной 4-5 мм.

Кроме того, на цилиндрическом участке седла выполнены отверстия перфорации диаметром 3-5 мм, замкнутые на общую камеру, а шпонки, предохраняющие клапан от поворота, располагаются на максимальном диаметре.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.2.

Регулирующий клапан включает запорный орган в виде поршня с профилированной чашей 1 и конфузорно-диффузорное седло 2. Торцевая часть поршня и входной участок седла спрофилированы таким образом, что при расчетном подъеме поршня образуется конфузорный осесимметричный канал, формирующий равномерное поле скоростей перед входным сечением клапанного диффузора. На профилированной поверхности чаши поршня выполнен пояс перфорации отверстий 3, расположенных на диаметре (0,7-0,8)D_n с окружным шагом (0,02-0,06)D_n, D_n - посадочный диаметр клапана. Диаметр отверстий пояса перфорации зависит от посадочного диаметра клапана и равен 0,04-(0,02-0,05)D_n. Все отверстия пояса перфорации 3 замкнуты между собой через внутреннюю часть поршня и обеспечивают стабильную разгрузку поршня от осевых усилий при всех положениях поршня относительного седла. Ниже от пояса перфорации отверстий 3 на поверхности профилированной чаши поршня 1 перпендикулярно к обтекаемой поверхности на диаметре (0,2-0,5)D_n проточены узкие 1-1,5 мм поперечные канавки 4 глубиной 4-5 мм, которые создают условия для дополнительного выравнивания окружной неравномерности потока. На профилированной поверхности чаши поршня 1 выполнен также торцевый срез с конусной демпферной камерой 5, обеспечивающей защиту поверхности от прямого контакта с оторвавшемся потоком пара. Поршневые уплотнительные кольца 6 создают условия герметизации внутренней полости клапана от давления свежего пара. Отверстия перфорации 7 выполнены на цилиндрической части седла 2 и замыкаются на общую камеру 8, создавая условия снижения и выравнивания окружной неравномерности потока, перед узким сечением диффузора. Шпонки 9 установлены на максимальном диаметре клапана и предотвращают поворот клапана. Шток 10 жестко соединен с поршнем 1. Внешний цилиндрический стакан 11 замыкает конструкцию клапана.

Клапан работает следующим образом. При подъеме поршня 1 пар движется вниз по криволинейным профилированным поверхностям чаши поршня и входного участка седла 2, поворачиваясь в направлении клапанного конического диффузора с минимальными потерями. Герметизация внутренней полости клапана от давления свежего пара обеспечивается поршневыми уплотнительными кольцами 6. Защита поверхности поршня клапана от потока оторвавшегося пара осуществляется посредством демпферной камеры 5. Выравнивание окружной неравномерности потока, перед узким сечением диффузора, осуществляется через пояс перфорации 7, расположенный на цилиндрической части седла 2. Одновременно с этим происходит снижение окружной неравномерности потока за счет выполнения пояса перфорации отверстий 3 на профилированной поверхности чаши поршня 1, расположенных на диаметре (0,7-0,8)D_n с окружным шагом (0,02-0,06)D_n. Дополнительное выравнивание окружной неравномерности потока пара в клапане происходит за счет наличия прорезов 4, располагающихся на профилированной части поршня ниже от пояса перфорации отверстий 3 на поверхности профилированной чаши поршня перпендикулярно к обтекаемой поверхности на диаметре (0,2-0,5)D_n.

Таким образом, в предлагаемом устройстве с помощью пояса перфорации отверстий, находящихся на профилированной поверхности поршня, и поперечных узких канавок создается выравнивание потока в окружном направлении, а формирование сравнительно равномерного поля скоростей перед входным сечением диффузора обеспечивает высокую степень восстановления давления и снижения пульсаций, что позволяет использовать клапан для высоких (до 140 м/с) скоростей пара при сохранении достаточно низкого общего сопротивления и способствует повышению надежности эксплуатации клапана.

Кроме того, отверстия перфорации на профильной части клапана помимо снижения окружной неравномерности параметров потока обеспечивают выравнивание давлений и по обеим сторонам торцевой части клапана и, таким образом, резко снижают осевое усилие, необходимое для перестановки поршня.