Результат интеллектуальной деятельности: КЛАПАН ДЛЯ МАШИНЫ, ПРИВОДИМОЙ В ДЕЙСТВИЕ ПОТОКОМ

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.