Клапан паровой турбины: назначение, разновидности, обслуживание

Клапан паровой турбины: назначение и виды

Клапаном паровой турбины называют составную часть системы парораспределения – подачи, регулирования расхода и параметров рабочего тела.

Паровые турбины оснащаются стопорными и регулирующими клапанами. Во всей системе каждых из них насчитывается около трех. Пара регулирующего и стопорного клапана образует блок клапанов.

Регулирующий клапан – это устройство для пропуска и перенаправления потоков пара.

Он состоит из паровой коробки с направляющим элементом, штока и связанной с ним чаши.

Стопорный клапан – это аварийный элемент, который осуществляет перекрытие доступа пара к проточной части установки. Скорость срабатывания закрывающего устройства составляет доли секунды.

Перекрытие потока среды осуществляется за счет резкого перемещения клапана вверх после срабатывания электромагнитного выключателя.

Закрытие стопорного клапана препятствует продолжению функционирования турбины: рабочая среда, которая движет вал, перестает попадать в камеру и ротор останавливается.

В общем виде движение пара по клапанам выглядит следующим образом: горячий пар после котла по паропроводам попадает в стопорный клапан (в открытом положении он не препятствует движению рабочего тела), далее среда достигает регулирующего устройства и направляется в проточную часть турбины для придания движения ротору с лопатками. Отработанный перегретый пар перемещается обратно тем же путем.

Обслуживание клапанов

Каждый клапан паровой турбины контактирует с перегретым паром, из-за чего основные детали устройства подвергаются быстрому износу. Кроме того, ресурс элементов сокращается вследствие высоких контактных давлений и малых скоростей движения.

Производители комплектующих паровых турбин находятся в поиске способов повышения ресурса механизмов. Одним из наиболее эффективных решений данной задачи является применение антифрикционных твердосмазочных покрытий. На элементы клапанов паровых турбин наносят материал MODENGY 1001.

Благодаря этому снижаются потери на трение, облегчается процесс открытия/закрытия клапанов, обеспечивается защита от разрушения деталей под действием экстремально высоких температур.

Так как от стабильной и корректной работы клапанов зависит функционирование всей паротурбинной установки, узлы подвергаются постоянному контролю.

Изношенные или поврежденные элементы как можно раньше заменяются, для удобства установки запчастей клапаны делаются разборными.

Контроль функционирования клапанов заключается в их расхаживании – перемещении запирающего элемента на полный ход. Необходимо проводить эту процедуру перед каждым запуском турбины, так как нарушение работы системы парораспределения приводит к необходимости остановки и простоя всей паросиловой установки.

Помимо расхаживания на полный ход проводят ежедневное закрытие механизма на часть хода.

Ежегодно инспектируется плотность клапанов – отсутствие вращения вала при одновременном перекрытии всех клапанов. В случае нарушения герметичности проводят внеочередное обслуживание установок для восстановления уровня непроницаемости, соответствующего допускам.

Клапан паровой турбины

Клапан паровой турбины – это элемент системы парораспределения.

Клапаны бывают двух типов: стопорного и регулирующего. Как правило, их число в турбинах равно и составляет 2-4 единицы.

Назначение стопорного клапана состоит в ограничении доступа пара к проточной части турбины в аварийной ситуации. В исправном состоянии он срабатывает за миллисекунды.

Клапан двигается вверх и вниз, тем самым перекрывая или открывая доступ пара.

Основными элементами запорного устройства являются тарелка, стакан и седло. Для обеспечения герметичности в закрытом состоянии используются уплотнительные детали. Тарелка совмещена с электроприводом с помощью штока. Электропривод представляет собой систему из пружин, тяг и коромысел, предназначение которой состоит в быстром перекрытии потока пара, то есть закрытии стопорного клапана. Его приводит в работу электрический сигнал. Он заставляет пружины привода сжиматься и опускать стопорный клапан вниз, тем самым создавая зазор.

В случае возникновения аварийной ситуации срабатывает электромагнитный выключатель, пружины возвращаются в исходное положение, клапан поднимается вверх и перекрывает доступ пара. После закрытия клапана постепенно останавливается ротор.

Когда стопорный клапан паровой турбины открыт, то есть существует зазор, пар поступает в регулирующий клапан.

В современных турбинах стопорные и регулирующие клапаны зачастую образуют единую систему – блок клапанов.

Регулирующий клапан обеспечивает пропуск и изменение движения пара.

Основные элементы регулирующего клапана:

• 
  Паровая коробка с направляющей буксой
• 
  Шток
• 
  Чаща, связанная со штоком, которая управляет положением клапана в седле

Каждый клапан паровой турбины функционирует в условиях воздействия перегретого пара, температура которого достигает несколько сотен градусов. В совокупности с малыми скоростями перемещения и высокими контактными давлениями это приводит к преждевременному износу элементов.

Для снижения потерь на трение и повышения ресурса механизмов применяют антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1001. Оно обладает длительным сроком службы, высокой несущей способностью (2500 МПа) и широким диапазоном рабочих температур (от – 180 до +440 °С). 

Благодаря применению этого материала облегчается открытие-закрытие клапана, стабилизируется трение сопряженных деталей, обеспечивается защита от разрушения при воздействии высоких температур.

На начальном этапе в паросиловую установку поступает вода. В котле она нагревается и образуется рабочее тело – горячий пар.

По паропроводам он поступает к паровой задвижке, затем через зазор стопорного клапана достигает регулирующего.

После этого пар поступает в паровпускную камеру внутреннего корпуса цилиндра высокого давления и проточную часть турбины, в которой располагается основной рабочий элемент – вал с лопатками.

Перегретый пар направляется обратно по клапанам согласно этой же схеме.

Для обеспечения стабильного функционирования клапанов и предотвращения их прикипания проводят процедуру расхаживания. Она заключается в открытии-закрытии механизма на полный ход (перед каждым запуском) или на его часть (ежедневно).

Возврат к списку

Клапанный механизм паровоза

Клапанный механизм на паровозе используется для управления впуском
пара в цилиндры тепловоза. В частности, клапанный механизм
контролирует время или продолжительность времени, в течение которого пар под давлением котла разрешен
в цилиндры. Из соображений эффективности вам нужно, чтобы пар
поступать в цилиндры во время короткой «впускной» части
ход, который позволил бы пару расширяться на протяжении всего «расширения»
часть хода. Однако для максимальной мощности при запуске парового
локомотив из состояния покоя, потребуется допустить пар под давлением котла
почти на протяжении всей части расширения хода.

Из-за этих меняющихся условий инженер должен иметь возможность
для управления или регулировки механизма клапана, который изменяет время подачи пара
допуск. Это было сделано с помощью большого рычага (часто называемого «Джонсоном»).
Бар») в кабине. Из-за веса всех рычажных и
через них передавались силы, часть сил передавалась
вернуться в бар Джонсон. Поэтому при регулировке этого рычага
инженеру придется собраться и крепко держаться за него.

При использовании стержня Джонсона для сокращения времени, в течение которого пар
впускаемого в цилиндры, впуск пара существенно
быть отрезанным в начале инсульта. Поэтому часто говорят, что
полоса Джонсона контролирует «отсечку». Это еще называется «подцепить»
паровоз.

Здесь
представляет собой отчет о правильном использовании бара Джонсона при запуске пара.
локомотив. Статья была написана моим колледжем в Миннесоте.
Музей транспорта с описанием локомотива, которым я когда-то управлял.
Прочитав, навевает массу приятных воспоминаний.

Следующие типы или конфигурации клапанного механизма использовались на локомотивах в Северной Америке:

• Стивенсон
• Вальшертс
• Бейкер
• Южный
• Молодой

Клапанный механизм Стивенсона был изобретен сотрудниками компании Stephenson’s.
Локомотивостроительный завод в 1840-х гг. В конструкции использованы эксцентрики на ведущих
оси локомотива для управления движением клапана. В США это быстро стало
самый популярный клапанный механизм в 1800-х годах. Однако, поскольку клапан
Зубчатый механизм располагался между колесами, его было сложно обслуживать.

Фото и анимация

• Википедия
• Анимированные паровозики

Клапанный механизм Walschaerts был изобретен примерно в то же время, что и Стефенсон.
клапанный механизм, но не стал популярным до самого конца 1800-х годов. После
что он быстро стал самым популярным клапанным механизмом на паровозах.
Его главное преимущество заключалось в том, что он располагался полностью вне колес.
и поэтому его было намного проще обслуживать, чем клапанный механизм Стивенсона.

Фото и анимация

• Очень красивая анимация клапанного механизма Walschaerts.
• Вальшертс (Википедия)

Клапанный механизм Бейкера был похож на клапанный механизм Вальшерта, за исключением того, что он
заменил ползунок и расширительное звено механизмом с шарнирным соединением. В большинстве
рычажные механизмы, скользящее соединение будет источником большинства проблем.
Механизм клапана Бейкера не имел соединений ползун/блок. Это было сделано
полностью состоит из штифтовых соединений, что требует меньшего обслуживания.

Клапанный механизм Baker стал основным конкурентом клапанного механизма Walschaerts.
Любопытно, что одним из его критических замечаний было то, что в нем было слишком много шарнирных соединений!
Он был популярен на следующих железных дорогах:

• Балтимор и Огайо
• Чесапик и Огайо
• Центральный Нью-Йорк
• Нью-Йорк, Чикаго и Сент-Луис
• Норфолк и Вестерн

Примечание. Я считаю, что в анимации, показанной выше, есть ошибка. Ошибка
заключается в том, как «шатун шестерни» соединяется с «обратным хомутом» и
«колокольчик». Сравните анимацию с этой картинкой. К сожалению, сайт, с которого
эти анимации были получены уже не активны.

Фото и анимация

• Шестерня клапана Бейкера (Википедия)
• Улучшенная анимация клапанного механизма Бейкера
• Шестерня клапана пекарни на C&O 2705
• Шестерня клапана пекарни на DM&IR 225
• Шестерня клапана пекарни на DM&IR 225

Южный клапанный механизм был разработан инженерами Южной железной дороги.
(отсюда и название). Он был похож на Walschaerts, за исключением того, что он убрал
с комбинированным рычагом и соединительными звеньями, соединенными с крейцкопфом.
У него было изогнутое расширительное звено (как у Walschaerts), за исключением того, что
был в основном горизонтальным, а не вертикальным, как у Walschaerts.

Он использовался в основном в следующих случаях:

• Южный
• УСРА 2-10-2
• Восточная широкая верхняя часть
• Новый Южный Уэльс, Австралия K класс 2-8-0s

Фото и анимация

• Southern 630 (фото клапанного механизма предоставлено Джордоном Фриманом)
• Southern 630 (крупный план клапанного механизма 2018 г., любезно предоставлен Джордоном Фриманом)
• Southern 630 (крупный план клапанного механизма и реверса 2018 года предоставлены Джордоном Фриманом)

Клапанный механизм Янга был изобретен сотрудником C&NW по имени О. В. Янг.
Этот клапанный механизм впервые был применен на паровозе на Большом Магистрале.
в 1915. Молодой клапанный механизм устранил необходимость в эксцентриковом кривошипе.
Он воспользовался четвертованием водителей с помощью поршня.
движение штока на одной стороне локомотива для управления паровыми клапанами на
с другой стороны локомотива. В результате было сказано, что он поставил
меньшие динамические нагрузки на основной драйвер. Предполагалось также производить
лучшие фазы газораспределения, что привело к увеличению мощности.

Молодой клапанный механизм использовался на Union Pacific 4-8-2 и 2-10-2.

Фото и анимация

• УП 2-10-2 5511 с молодым клапанным механизмом

Анимации на этой странице были созданы с помощью программного обеспечения, написанного Чарльзом Докстейдером.
и предоставлено Джоном Янгом. я
написал некоторое программное обеспечение для захвата отдельных кадров из этих приложений.
а затем использовал ImageMagick для
объедините отдельные кадры в анимацию, которую вы видите здесь.

Клапан поршневой (паровой двигатель) | Тракторно-строительный завод Wiki

в:
Страницы, использующие магические ссылки ISBN, Клапанный механизм локомотива, Технология парового двигателя,

и
еще 2

Для нелокомотивных поршневых клапанов см. Поршневой клапан.

Схема цилиндра и поршневого клапана. Затем клапан открывается путем перемещения его вправо, позволяя свободному пространству в середине клапана выровняться с каналом в цилиндре над ним.

Поршневые клапаны представляют собой один из видов клапанов, используемых для управления потоком пара в паровом двигателе или локомотиве. Они контролируют поступление пара в цилиндры и его выпуск из цилиндров после использования, позволяя локомотиву двигаться своим ходом.

Содержание

• 1 Обзор
• 2 примера
• 3 Принципы проектирования
  • 3.1 Круг
  • 3.2 Свинец
  • 3.3 Ход клапана
  • 3.4 Расчет событий клапана
• 4 См. также
• 5 Каталожные номера

Обзор[]

В 19 веке паровозы использовали золотниковые клапаны для управления потоком пара в цилиндры и из них. В 20 веке золотниковые клапаны постепенно вытеснялись поршневыми клапанами, особенно в двигателях, использующих перегретый пар. Тому было две причины:

• В присутствии перегретого пара сложно правильно смазать золотниковые клапаны
• С поршневыми клапанами можно сделать более короткими пути для пара. Это, особенно после работы Андре Шапелона, снижает сопротивление потоку пара и повышает эффективность.

Обычные клапанные механизмы локомотивов, такие как клапанные механизмы Стивенсона, Вальшерта и Бейкера, могут использоваться как с золотниковыми клапанами, так и с поршневыми клапанами. Там, где используются тарельчатые клапаны, может использоваться другая шестерня, такая как шестерня клапана Caprotti, хотя стандартные шестерни, упомянутые выше, также использовались Chapelon и другими.

Примеры[]

Двигатель Swannington с наклонной обмоткой 1833 г. включал поршневой клапан . поршневого клапана . ^[1] Поршневые клапаны использовались годом или двумя ранее в горизонтальных двигателях, изготовленных Тейлором и Мартино из Лондона, но не стали общепринятыми для стационарных или локомотивных двигателей до конца 19 века. век. ^[2]

Принципы конструкции[]

Во время движения паровозу требуется, чтобы пар поступал в поршень с контролируемой скоростью. ^[3] Это влечет за собой управление впуском и выпуском пара в цилиндры и из них. ^[3] Пар входит и выходит из клапана через отверстие для пара, обычно в среднем положении поршневого клапана. ^[3] Если клапан соприкасается с паровыми портами, необходимо учитывать «нахлест» и «заход».

Lap[]

«Нахлест» — это величина, на которую клапан перекрывает каждый паровой порт в среднем положении каждого клапана. ^[3] Тем не менее, существует два разных типа «Lap».

Первый тип — это «перекрытие пара», то есть величина, на которую клапан перекрывает отверстие на стороне острого пара в цилиндре. ^[3] Во-вторых, существует «перекрытие выхлопа», то есть величина, на которую клапан перекрывает отверстие на выпускной стороне цилиндра. «Выхлопной круг» обычно дают тихоходным локомотивам. ^[3] Это связано с тем, что пар остается в цилиндре в течение максимально возможного времени, прежде чем он будет израсходован в виде выхлопных газов, что повышает эффективность. ^{[3] Маневровые локомотивы} , как правило, оснащались этим дополнением.

«Отрицательный перехлест выхлопа», также обычно называемый «выпускным зазором», представляет собой величину, на которую порт открыт для выхлопа, когда клапан находится в среднем положении, и он используется на многих быстроходных локомотивах для обеспечения свободного выхлопа. . ^[3] Величина редко превышает 1/16 дюйма, если указан зазор выхлопной трубы; цилиндр с обеих сторон поршня открыт для выпуска в то же время, когда клапан проходит через среднее положение, которое кратковременно при работе. ^[3]

Ход[]

«Опережение» клапана — это величина, на которую открыт паровой порт, когда поршень неподвижен в передней или задней мертвой точке. ^[3] Предварительный впуск пара заполняет зазор между цилиндром и поршнем и обеспечивает максимальное давление в цилиндре в начале хода. ^[3] «Опережение» особенно необходимо на локомотивах, предназначенных для высоких скоростей, при которых события клапана происходят в быстрой последовательности. ^[3]

Ход клапана[]

Поршневые клапаны с большим ходом позволяют использовать большие паровые порты для облегчения потока пара в цилиндр и из него.

Расчет событий клапана[]

Учитывая перекрытие, опережение и ход клапана, в какой момент хода поршня клапан открывается и закрывается, для пара и для выпуска?

Вычислить точный ответ на этот вопрос до компьютеров было слишком сложно. Простое приближение (используемое в диаграммах Цойнера и Реало) состоит в том, чтобы представить, что и клапан, и поршень совершают синусоидальное движение (как они были бы, если бы основной шток был бесконечно длинным). Затем, например, чтобы вычислить процент хода поршня, при котором прекращается подача пара:

• Вычислите угол, косинус которого равен удвоенному кругу, деленному на ход клапана
• Вычислите угол, косинус которого равен удвоенному значению (нахлест плюс ход), деленному на ход клапана

Сложи два угла и возьми косинус их суммы; вычтите из этого косинуса 1 и умножьте результат на -50.

Построенный I1s 2-10-0 Пенсильвании имел круг 2 дюйма, ход 1/4 дюйма и ход клапана 6 дюймов на полной передаче. На полной передаче два угла составляют 48,19° и 41,41°, а максимальное отсечное значение составляет 49,65% хода поршня.

См. также[]

• Задвижка
• Компоненты паровоза
• Механизм клапана

Ссылки []

1. ↑ Clinker, CR (1977) The Leicester & Swannington Railway Bristol: Avon Anglia Publications & Services. Перепечатано из Трудов Археологического общества Лестершира, том XXX, 1954 г.
2. ↑ Информационная табличка на паровозе Swannington, Национальный железнодорожный музей, Йорк.
3. ↑ ^{3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,0 6 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11} Garratt, C. & Wade-Matthews, M.: Полная энциклопедия паровых и железнодорожных локомотивов: Почти 2 века развития локомотивов и железных дорог
   (Лондон: Hermes Publishing Company, Ltd.