СЕРВОМОТОР ДЛЯ ПРИВОДА РЕГУЛИРУЮЩЕГО КЛАПАНА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
SERVO MOTOR FOR ACTUATOR OF CONTROL VALVE OF STEAM TURBINE

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах регулирования и защиты паровых турбин, а именно к гидравлическим приводным механизмам, предназначенным для перестановки клапанов паровых турбин и изменения при этом количества проходящего в турбину пара и, следовательно, для изменения мощности, вырабатываемой турбиной, и для поддержания постоянной частоты вращения вала турбины. Техническое название таких гидравлических приводных механизмов - сервомоторы.
Известно множество различных видов сервомоторов для перемещения регулирующих клапанов, заслонок, шиберов с целью изменения регулируемого параметра: мощности, скорости, направления движения, качества продукта и т.п.
Известен гидравлический сервомотор блока регулирующих клапанов паровой турбины, состоящий из силового цилиндра с поршнем и штоком, соединенным со штоком клапана. Поршень сервомотора нагружен пакетом пружин, расположенных внутри силового цилиндра. Перемещением поршня управляет золотниковое устройство (RU 2264542, МПК: F01D 17/26, опубл. 20.11.2005).
Недостатком известного сервомотора является то, что золотниковое устройство вынесено из корпуса сервомотора, между сервомотором и золотниковым устройством выполняются длинные трубопроводы напорного и импульсного масла, вводятся дополнительные фланцевые соединения.
Известен сервомотор для привода регулирующего клапана турбины, состоящий из силового цилиндра с поршнем и пакетом пружин внутри, с золотниковым устройством для управления поршнем. В данном сервомоторе силовой цилиндр и корпус золотникового устройства выполнены в виде единой отливки. Нижний торец золотника нагружен давлением импульсного масла от регулятора скорости вращения вала турбины. Сила, действующая на золотник вверх от импульсного масла, уравновешивается силой золотникового пакета пружин, действующей на золотник вниз. Под действием этих двух сил золотник находится в среднем (или в другом расчетном) положении, управляя положением поршня и клапана (Щегляев А.В. Регулирование паровых турбин. ГЭИ, М.-Л., 1962 г., 256 с, стр.242, рис.12-3).
Недостатком известной конструкции сервомотора является то, что для обеспечения работы поршня и клапана в расчетном режиме необходимо произвести наладку сервомотора и периодически проверять качество наладки по инструкции завода-изготовителя. Качество наладки во многом зависит от качества работы золотниковой части, конкретно от величины нечувствительности золотника. То есть при наладке необходимо определить характеристику золотника - зависимость перемещения золотника от величины давления импульсного масла при ходе золотника вверх и вниз. Для определения этой характеристики необходимо на один из торцов золотника установить мерительный инструмент, например индикатор часового типа. Однако при данной конструкции сервомотора это сделать невозможно. Измерение перемещения золотника производится не непосредственно, а косвенно, и это снижает качество наладки.
Известна конструкция сервомотора, в котором золотниковое устройство отделено от силового цилиндра. С силовым цилиндром золотниковое устройство соединено, преимущественно, жесткими специальными маслопроводами, исполняющими функции подвода-отвода масла и функцию кронштейна. Золотник, управляющий поршнем, нагружен сверху давлением импульсного масла в камере между золотником и буксой, а снизу - пружиной, расположенной в дренажной камере золотникового устройства. В этом сервомоторе конструкция золотниковой камеры позволяет установить индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм в нижней крышке золотникового устройства. Для этого необходимо изготовить несколько специальных деталей: нижнюю тарелку пружины с центральным отверстием ⌀6…10 мм и со специальной сферой для упорного пальца, изготовить специальный упорный палец со специальной сферой и сквозным отверстием ⌀8 мм для установки индикатора часового типа, изготовить удлинитель для измерительного стержня индикатора так, чтобы удлинитель упирался в верхнюю тарелку пружины, так как перемещение этой тарелки является и перемещением золотника. (Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1990 г., 640 с., стр 272, рис.6.17).
По совокупности признаков это известное изобретение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.
Недостатком известного изобретения, а также причиной, препятствующей достижению желаемого технического результата при использовании упомянутого известного устройства, является то, что, во-первых, для выполнения наладки требуется изготовить специальные детали, которые после наладки заменяются штатными. Во-вторых, несмотря на то, что нижняя крышка золотникового устройства имеет в центре специальный буртик для защиты от сливающегося масла, индикатор заливается маслом во время испытаний, и надо подставлять поддон для сбора протечек масла, иначе в условиях электростанции масло попадет на расположенный под сервомотором клапан, пропитает изоляцию паропроводов и может быть причиной пожара. В условиях электростанции сервомотор, преимущественно, устанавливается над клапаном на фланец крышки клапана. То есть сервомотор устанавливается в проеме пола машинного зала и поэтому не на что ставить поддон для сбора протечек масла. Это создает определенные препятствия при наладке сервомоторов. И, в-третьих, измерительный инструмент-индикатор заливается маслом, что создает неудобство в работе, так как масло попадает на спецодежду наладчика.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым.
Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных из уровня техники решений. Результаты поиска показали, что предлагаемое изобретение не вытекает явным для специалиста образом из известного уровня техники и определенного заявителем. В частности, предлагаемым изобретением не предусматривается следующее:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) устройства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом известного из уровня техники для такого исключения результата, как, например, упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности, сокращение продолжительности процесса и т.п.;
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- создание устройства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, а достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение позволяет увеличить надежность управления регулирующими клапанами турбины за счет размещения золотниковой пружины вне корпуса золотникового устройства, обеспечить работу поршня и регулирующего клапана в расчетном режиме за счет повышения качества наладки, упрощения процесса наладки за счет исключения заливания инструмента - индикатора маслом, а также снизить вероятность появления аварийных ситуаций на электростанциях из-за попадания масла на изоляцию паропроводов, что может стать причиной пожаров.
Предложен сервомотор для привода регулирующего клапана паровой турбины, включающий силовой цилиндр с поршнем, нагруженным пакетом пружин, и штоком, соединенным с регулирующим клапаном и золотниковым устройством, в котором размещены неподвижная и подвижная буксы с окнами, золотник, с одной стороны нагруженный импульсным давлением от управляющего блока системы регулирования турбины, а с другой стороны - золотниковой пружиной, к золотниковому устройству присоединены маслопровод управляющего масла, соединенный посредством отверстий в подвижной буксе с верхней торцевой камерой, и маслопровод напорной магистрали, соединенный с золотниковым устройством, при этом золотниковая пружина размещена вне корпуса золотникового устройства в боксе, образованном корпусом с дренажным трубопроводом и съемной крышкой, прикрепленными к нижнему фланцу золотникового устройства так, что одна часть бокса закрыта сверху золотниковым устройством, а другая - съемной крышкой, причем внутри бокса расположен равноплечий рычаг, плечи которого связывают с помощью сферических шарнирных соединений и скалок золотник с золотниковой пружиной, диафрагма, защищающая от брызг и капель масла, и планка для установки мерительного инструмента во время наладки.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид сервомотора с рычажной обратной связью в разрезе по силовому цилиндру и золотниковому устройству, на фиг.2 и фиг.3 - сечение А-А по фиг.1.
Сервомотор для привода регулирующего клапана паровой турбины включает силовой цилиндр 1 с поршнем 2, нагруженным пакетом пружин 3 и со штоком 4, соединенным с регулирующим клапаном (не показан) и золотниковым устройством 5, в котором размещены неподвижная 6 и подвижная 7 буксы с окнами 8, золотник 9, с одной стороны нагруженный импульсным давлением от управляющего блока системы регулирования турбины, а с другой стороны - золотниковой пружиной 10 (фиг.2). К золотниковому устройству 5 присоединен маслопровод управляющего масла 11 (фиг.1), соединенный посредством отверстий 12 в подвижной буксе 7 с верхней торцевой камерой 13. Между буксами 6 и 7 и между золотником 9 и буксой 7 выполнены зазоры, соединяющие камеру 13 со сливной полостью 14 и со сливным трубопроводом. К золотниковому устройству 5 присоединен маслопровод напорной магистрали 15, соединенный с золотниковым устройством 5. Золотниковая пружина 10 размещена вне корпуса золотникового устройства 5 в боксе, образованном корпусом 17 с дренажным трубопроводом 18 и съемной крышкой 19. Корпус 17 и съемная крышка 19 прикреплены к нижнему фланцу 20 золотникового устройства 5 так, что одна часть бокса закрыта сверху золотниковым устройством 5, а другая - съемной крышкой 19. Внутри корпуса 17 расположен равноплечий рычаг 21. Плечи рычага 21 связывают с помощью сферических шарнирных соединений и скалок 22 и 23 золотник 9 с золотниковой пружиной 10, расположенной под крышкой 19. Необходимый натяг золотниковой пружины 10 регулируется с помощью шпилек 24, гаек 25 и тарелок 26 и 27, расположенных под крышкой 19. Также под крышкой 19 на шпильках 24 размещена планка 28 для установки мерительного инструмента во время наладки и испытания. Для выполнения операций наладки сервомотора съемная крышка 19 снимается (фиг.3). В планке 28 устанавливают и закрепляют измерительный инструмент - индикатор 29 часового типа. Измерительный стержень 30 индикатора 29 упирают в верхнюю пяту 31 скалки 23. Перемещение пяты 31, измеряемое индикатором 29, равно перемещению золотника 9. Для защиты от брызг и капель масла в боксе, в выемке развитого фланца 20 расположена диафрагма 32, выполняющая роль уплотнения. Для отключения управляющего сигнала предусмотрен рычаг 33 обратной связи.
Предлагаемый сервомотор работает следующим образом. Для открытия регулирующего клапана в камеру 13 по маслопроводу 11 подается импульсное масло от управляющего блока системы регулирования турбины, создавая силу для перемещения золотника 9 вниз. Когда эта сила будет превышать силу пружины 10, действующую через рычаг 21 на золотник 9 снизу, золотник 9 пойдет вниз и откроет окна 8. Это откроет подвод напорного масла из маслопровода 15 и полости 16 под поршень 2. Поршень 2 переместится вверх на открытие клапана и рычагом 33 обратной связи передвинет подвижную буксу 7 вниз, закроет окна 8. После чего движение поршня 2 и соединенного с ним клапана прекратится, то есть команда блока управления выполнена. Для перемещения поршня 2 вниз необходимо уменьшить величину давления в камере 13, и процесс регулирования пойдет в обратном порядке. При этом по зазорам между буксами 6 и 7 и между золотником 9 и буксой 7 масло стекает внутрь корпуса 17 бокса, из которого отводится сливным трубопроводом 18.
Вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании предлагаемого устройства следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее предлагаемое изобретение при его осуществлении, используется в теплоэнергетике, в частности в системах регулирования и защиты паровых турбин;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждается возможность его осуществления с помощью приведенных в описании заявки средств и методов;
- устройство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».