RU2183780C1 - Regulating valve - Google Patents

Abstract

FIELD: power mechanical engineering; control of pressure at turbine outlet. SUBSTANCE: regulating valve includes shut- off member made in form of piston with profiled end bowl, contraction- diffuser seat with cylindrical section, sealing rings, rod and external cylindrical sleeve. Profiled end section of piston forms axisymmetric valve passage together with inlet section of seat; it contains perforated belt whose holes are found on diameter equal to (0,7÷0,8)D_m, where D_m is mounting diameter of valve. Diameter of holes is equal to 0,04÷(0,02+0,05)D_m at circular pitch of (0,02÷0,06)D_m. Transversal grooves, 1 to 1.5 mm in width and 4 to 5 mm in depth are bored on diameter (0.2-0.5) of mounting diameter of valve normally to surface. EFFECT: reduction of pressure fluctuations in flow of steam arising in forming of jet flow which reduces restoration of pressure in diffuser of seat impairing reliability of valve and operation of first stage of turbine. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при регулировании давления пара на выходе турбины. The invention relates to the field of power engineering and can be used to control steam pressure at the turbine outlet.

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. Known check valve (figure 1) of the Leningrad Metal Plant (see prototype, Truhniy A.D., Krupenikov B.N., Petrunin S.V., "Atlas of turbine component designs", Moscow, MPEI Publishing House, 1999, p. 145; Trukhniy A. D., “Stationary steam turbines”, Moscow, Energoizdat, 1990, p. 183), containing a shut-off-regulating body 1 made in the form of a piston 1, seat 2, external cylindrical cup 3, O-ring 4, rigidly connected to the end part of the locking piston 1, rod 5. To ensure unloading of the piston from axial forces on its end part Several holes 6 are made, providing pressure equalization on both sides of the piston end part.

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. A disadvantage of the known technical solutions, including the prototype, is the lack of a valve channel in the valve that allows you to adjust (restore) the pressure in the diffuser part of the seat. As the piston rises, steam flows through the annular gap between the locking edges of the piston and the inlet portion of the seat. From this moment on, in all valve operating modes, a jet flow arises, which contributes to an increase in pressure pulsations in the steam stream and reduces the pressure recovery in the outlet part of the seat. At high steam speeds, pressure losses increase sharply, and pressure pulsations not only reduce the reliability of the valve itself, but also adversely affect the operation of the first stage of the turbine.

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. The present invention is based on the task of reducing pressure pulsations in the steam stream that occur during the formation of a jet stream, reducing the pressure recovery in the diffuser part of the seat and the reliability of the valve itself and adversely affecting the operation of the first stage of the turbine.

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.The problem is solved in that the control valve contains a shut-off element in the form of a piston with a profiled end cup and seats, o-rings, a stem and an outer cylindrical cup, the saddle is made confuser-diffuser with a cylindrical section, and the profiled end part of the piston together with the inlet section of the saddle forms axisymmetric valve channel and contains a hole punching belt located on a diameter equal to (0.7-0.8) • D _n , where D _n is the valve bore diameter, and with hole diameters equal to 0.04- (0.02- 0 , 05) • D _n , and in a circumferential step (0.02-0.06) • D _n , and on the diameter (0.2-0.5) • D _n, transverse grooves with a width of 1-1.5 are normal to the surface mm and a depth of 4-5 mm.

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. In addition, perforation holes with a diameter of 3-5 mm are made on the cylindrical portion of the saddle, closed to a common chamber, and the dowels protecting the valve from rotation are located at the maximum diameter.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.2. The essence of the invention is illustrated in figure 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.The control valve includes a shut-off element in the form of a piston with a profiled bowl 1 and a confuser-diffuser seat 2. The end part of the piston and the inlet portion of the saddle are profiled so that when the piston is designed to rise, a confuser axisymmetric channel is formed that forms a uniform velocity field in front of the inlet section of the valve diffuser. On the profiled surface of the piston bowl a perforation belt is made for holes 3 located on a diameter of (0.7-0.8) • D _n with a circumferential pitch (0.02-0.06) • D _n , D _n — valve seating diameter. The diameter of the holes of the perforation belt depends on the landing diameter of the valve and is equal to 0.04- (0.02-0.05) • D _n . All holes of the perforation belt 3 are closed to each other through the inner part of the piston and provide stable unloading of the piston from axial forces at all piston positions of the relative saddle. Below the perforation belt of holes 3 on the surface of the profiled piston bowl 1, perpendicular to the streamlined surface at a diameter of (0.2-0.5) • D _{n there} are narrow 1-1.5 mm transverse grooves 4 of 4-5 mm deep that create conditions for additional alignment of circular flow irregularity. An end cut with a conical damper chamber 5 is also made on the profiled surface of the piston bowl 1, which protects the surface from direct contact with the detached steam stream. Piston sealing rings 6 create the conditions for sealing the internal cavity of the valve from the pressure of fresh steam. The perforation holes 7 are made on the cylindrical part of the seat 2 and are closed to the common chamber 8, creating conditions for reducing and leveling the circumferential flow unevenness, before the narrow cross section of the diffuser. The dowels 9 are mounted on the maximum diameter of the valve and prevent the valve from turning. The rod 10 is rigidly connected to the piston 1. An external cylindrical cup 11 closes the valve structure.

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.The valve operates as follows. When lifting the piston 1, the steam moves down along the curved profiled surfaces of the piston bowl and the inlet portion of the seat 2, turning in the direction of the valve conical diffuser with minimal losses. The sealing of the valve’s internal cavity against fresh steam pressure is provided by piston sealing rings 6. The valve piston surface is protected from the flow of detached steam by means of the damper chamber 5. The equalization of the circular flow unevenness, before the narrow cross-section of the diffuser, is carried out through the perforation belt 7 located on the cylindrical part of the seat 2 At the same time, there is a decrease in the circumferential flow unevenness due to the performance of the perforation belt of the holes 3 on the profiled erhnosti piston bowl 1 located on a diameter (0,7-0,8) • D _n with the circumferential step (0,02-0,06) • D _n. An additional equalization of the circular unevenness of the steam flow in the valve occurs due to the presence of slots 4 located on the profiled part of the piston below the perforation belt of holes 3 on the surface of the profiled piston bowl perpendicular to the streamlined surface on a diameter of (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. Thus, in the proposed device with the help of a perforation belt of holes located on the profiled surface of the piston and transverse narrow grooves, the flow is aligned in the circumferential direction, and the formation of a relatively uniform velocity field in front of the inlet section of the diffuser provides a high degree of pressure recovery and reduction of pulsations, which allows use the valve for high (up to 140 m / s) steam velocities while maintaining a sufficiently low overall resistance and helps to increase reliability ty operation valve.

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. In addition, the perforation holes on the profile part of the valve, in addition to reducing the circumferential unevenness of the flow parameters, provide pressure equalization on both sides of the end part of the valve and, thus, sharply reduce the axial force required to move the piston.

Claims (3)

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.1. A control valve containing a locking member in the form of a piston with a profiled end cup and seat, o-rings, a stem and an external cylindrical cup, characterized in that the saddle is made of diffuser-diffuser with a cylindrical section, and the shaped end part of the piston together with the inlet section of the saddle forms an axisymmetric valve channel and contains a hole punching belt located at a diameter equal to (0.7-0.8) • D _n , where D _n is the valve bore and with hole diameters equal to 0.04- (0.02 -0.05) • D _n and env at a perfect pitch (0.02-0.06) • D _n , and on the diameter (0.2-0.5) • D _n, transverse grooves 1–1.5 mm wide and 4–5 mm wide are normal to the piston surface . 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. 2. The control valve according to claim 1, characterized in that a perforation belt with holes of 3-5 mm closed to a common chamber is made on the cylindrical portion of the seat. 3. Регулирующий клапан по п. 1, отличающийся тем, что шпонки, предохраняющие клапан от поворота, располагаются на максимальном диаметре. 3. The control valve according to claim 1, characterized in that the keys that prevent the valve from turning are located at the maximum diameter.

Images