система управления отбором пара паровой турбины
Классы МПК: | F01D17/20 устройства, содержащие датчики и исполнительные органы со средствами передачи между ними, например устройства с сервоприводами |
Автор(ы): | Новоселов В.Б., Баринберг Г.Д., Кортенко В.В. |
Патентообладатель(и): | ОАО "Турбомоторный завод" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-02-14 публикация патента:
20.12.2002 |
Система предназначена для управления отбором пара паровой турбины. Система управления отбором пара паровой турбины содержит регулирующую диафрагму с поворотным кольцом и сопловым аппаратом, сервомотор, рычажный механизм и тягу, соединенные таким образом, что один рычаг рычажного механизма соединен с сервомотором, другой рычаг рычажного механизма соединен с одним концом тяги, а другой ее конец соединен с поворотным кольцом регулирующей диафрагмы. Соединение рычага рычажного механизма с тягой в положении полного закрытия регулирующей диафрагмы выполняется под углом, определяемым по формуле
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-1t.gif)
где
- угол между рычагом рычажного механизма и тягой, k = P3/P0 - заданное отношение усилий, приложенных к поворотному кольцу в положении полного закрытия (Р3) и полного открытия (Р0) регулирующей диафрагмы,
- угол поворота рычажного механизма,
- угол поворота поворотного кольца. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-1t.gif)
где
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/946.gif)
Формула изобретения
Система управления отбором пара паровой турбины, содержащая регулирующую диафрагму с поворотным кольцом и сопловым аппаратом, сервомотор, рычажный механизм и тягу, соединенные таким образом, что один рычаг рычажного механизма соединен с сервомотором, другой рычаг рычажного механизма соединен с одним концом тяги, а другой ее конец соединен с поворотным кольцом регулирующей диафрагмы, отличающаяся тем, что соединение рычага рычажного механизма с тягой в положении полного закрытия регулирующей диафрагмы выполняется под углом, определяемым по формуле:![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-19t.gif)
где
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194125/981.gif)
k= P3/P0 - заданное отношение усилий, приложенных к поворотному кольцу в положении полного закрытия (Р3) и полного открытия (Р0) регулирующей диафрагмы,
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/946.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах регулирования турбин с отборами пара. Наиболее эффективные системы управления расходом пара в отбор паровой турбины имеют в своем составе регулирующие диафрагмы, расположенные в проточной части турбины за камерой отбора. Известна система управления отбором пара паровой турбины, содержащая регулирующую диафрагму с поворотным кольцом, сопловым аппаратом и разгрузочными полукольцами, сервомотор, рычажный механизм и тягу, соединенные таким образом, что один конец тяги соединен с поворотным кольцом, другой ее конец соединен с одним из рычагов рычажного механизма под углом, близким к 90o во всем диапазоне положений поворотного кольца, а другой рычаг рычажного механизма соединен со штоком сервомотора [Веллер В.Н. Автоматическое регулирование паровых турбин. М.: Энергия, 1977, с. 178, рис. 3-17]. В такой системе мощность сервомогора относительно невелика вследствие разгрузки поворотного кольца. Приведенное техническое решение имеет следующие недостатки:1. Значительная сложность конструкции регулирующей диафрагмы вследcтвиe наличия разгрузочных полуколец. 2. Существенная неплотность регулирующей диафрагмы, являющаяся следствием паровой разгрузки поворотного кольца, снижающего экономичность турбины в режиме работы с полностью закрытой регулирующей диафрагмой (с противодавлением). Наиболее близкой но технической сущности к заявляемому устройству является система управления отбором пapa паровой турбины, содержащая регулирующую диафрагму с поворотным кольцом и сопловым аппаратом, сервомотор, рычажный механизм и тягу, соединенные таким образом, что один конец тяги соединен с поворотным кольцом, другой ее конец соединен с одним из рычагов рычажного механизма под углом, близким к 90o во всем диапазоне положений поворотного кольца, а другой рычаг рычажного механизма соединен со штоком сервомотора [Бененсон Е. И. , Иоффе Л.С. Теплофикационные паровые турбины. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 196, 1-й абзац]. Такая регулирующая диафрагма может быть достаточно плотной в закрытом состоянии. Известная система имеет следующие недостатки. Для привода поворотного кольца требуется мощный сервомотор, причем усилие, необходимое для перемещения поворотного кольца, имеет максимальную величину в положении полного закрытия регулирующей диафрагмы, когда на поворотное кольцо действует полный перепад давления пара до и после диафрагмы. По мере открытия регулирующей диафрагмы необходимое усилие значительно (в 7... 10 раз) падает вследствие уменьшения перепада давления пара на поворотном кольце. Располагаемое же усилие сервомотора, приложенное к поворотному кольцу, остается неизменным в силу того, что передаточное отношение от сервомотора к поворотному кольцу не изменяется во всем диапазоне положений поворотного кольца. При этом запас усилия сервомотора над требуемым, составляющий, как правило, около 1,8...2,0 в положении полного закрытия регулирующей диафрагмы, увеличивается до 13...16 и более по мере ее открытия. Это приводит к нерациональному использованию мощности сервомотора, завышению его объема, трудностям с его компоновкой на турбине, к снижению экономичности турбоустановки в целом вследствие необходимости применения более мощного насоса системы регулирования. Цель изобретения - рациональное использование мощности сервомотора в зависимости от степени открытия регулирующей поворотной диафрагмы, уменьшение объема сервомотора, упрощение его компоновки на турбине, повышение экономичности турбоустановки в целом. Указанная цель достигается тем, что в системе управления отбором пара паровой турбины, содержащей регулирующую диафрагму с поворотным кольцом и сопловым аппаратом, сервомотор, рычажный механизм и тягу, соединенные таким образом, что один конец тяги соединен с поворотным кольцом, другой ее конец соединен с одним из рычагов рычажного механизма под углом, близким к 90o во всем диапазоне положений поворотного кольца, а другой рычаг рычажного механизма соединен со штоком сервомотора, соединение рычага рычажного механизма с тягой в закрытом положении регулирующей диафрагмы выполняется под углом, определяемым по формуле
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-5t.gif)
где
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/946.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-6t.gif)
Значение утла
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-7t.gif)
где дополнительно обозначены углы:
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194042/948.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/946.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194042/948.gif)
Добавив в каждую часть неравенства (3) слагаемое
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/946.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194042/948.gif)
Учитывая, что и левая, и правая части неравенства (4) не превышают 90o, имеем
cos(
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194042/948.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/946.gif)
и, учитывая формулу (2), из (5) получаем неравенство:
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-8t.gif)
Но
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-9t.gif)
или
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-10t.gif)
Таким образом, с учетом (7) неравенство (6) приобретает вид:
k>cos(
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/946.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/946.gif)
из чего следует, что
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-11t.gif)
Поскольку
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-12t.gif)
Но угол
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/8736.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194125/981.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194093/176.gif)
и, следовательно, после подстановки (10) в (9) получается неравенство:
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-13t.gif)
С другой стороны, в формуле (2)
cos(
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194164/949.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194041/947.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194001/945.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194042/948.gif)
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194011/8804.gif)
Это означает, что плечо рычага 8 рычажного механизма 7 не может быть больше самого рычага 8 рычажного механизма 7 и, следовательно, из (2) и (12) вытекает, что
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-14t.gif)
или
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-15t.gif)
Следовательно,
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-16t.gif)
С учетом (10) из (15) получается второе неравенство:
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-17t.gif)
Объединяя неравенства (11) и (16), получаем, что угол, под которым должны соединяться тяга 10 и рычаг 8 рычажного механизма 7 в положении полного закрытия регулирующей диафрагмы 1 для обеспечения требуемого соотношения усилий k, приложенных к поворотному кольцу 2 в положениях полного закрытия и полного открытия регулирующей диафрагмы 1, определяется соотношением
![система управления отбором пара паровой турбины, патент № 2194866](/images/patents/276/2194866/2194866-18t.gif)
Таким образом, в предлагаемой системе управления отбором пара паровой турбины обеспечивается соответствие между требуемым по перепаду давления пара на поворотном кольце и передаваемым от сервомотора усилиями в зависимости от степени открытия регулирующей диафрагмы, что позволяет рационально использовать мощность сервомотора во всем диапазоне работы регулирующей диафрагмы, уменьшить его объем, упростить его компоновку на турбине, повысить экономичность турбоустановки в целом вследствие возможности применения в системе регулирования турбины насоса с уменьшенной производительностью.
Класс F01D17/20 устройства, содержащие датчики и исполнительные органы со средствами передачи между ними, например устройства с сервоприводами