CN100553738C - 蒸汽阀 - Google Patents

Abstract

在蒸汽阀中，一个过滤器设置在阀体和阀壳之间，阀壳内收纳着阀体，一个筛子组件安装于过滤器的外围部分。筛子组件包括临时筛子装置和固定筛子装置，固定筛子装置设置在临时筛子装置内。每一个筛子装置是由带孔金属板制成的大致成圆筒状的结构。

Description

蒸汽阀

技术领域

本发明涉及一种用于蒸汽轮机或类似领域的蒸汽阀，特别的，涉及具有改进的过滤器的蒸汽阀，该过滤器容纳于阀壳内用于去除杂质或存在于蒸汽中的外来物体或物质。

背景技术

一般地，蒸汽轮机根据它们的作用和用途有许多不同直径的蒸汽阀。在这些蒸汽阀中，例如，主蒸汽截止阀和主蒸汽调节阀，两者都被设置在蒸汽轮机和蒸汽发生器(steam generator)例如锅炉之间，它们都不可避免的是需要能承受很大压力的阀，因为两个阀都暴露于超高压(16.6MPa到24.1MPa)和超高温(538℃到566℃)的蒸汽中。

暴露于超高压和超高温蒸汽中的这种非常大的主蒸汽截止阀和主蒸汽调节阀在壳内具有一个过滤器。这一过滤器阻止产生的焊屑或制造中遗落的工具在蒸汽轮机正常操作之前试运行进行振动测试时与阀体碰撞，进而防止产生意外。

容纳具有这种作用的过滤器的蒸汽阀如图9所示，主蒸汽流由锅炉经过蒸汽进口1流入并到达正对蒸汽进口1的过滤器2的封闭区域3，然后流入过滤器2的圆周方向。流动的主蒸汽流通过过滤器2上的孔或孔眼4流入过滤器2然后通过蒸汽流出口5供给蒸汽轮机。

这一蒸汽阀装置阻止在试运行中存在于由蒸汽流进口1进入的蒸汽中的外来物体直接接触过滤器2的筛子7。试运行开始后马上相对大的外来物体经常漂浮着。如果这样的外来物体直接撞击筛子7，外来物体将打破筛子7进入蒸汽阀。为了阻止这样的进入，采用一种结构在其中漂浮的外来物体先撞击过滤器的封闭区域3，以降低它的速度，这样筛子可以有效地俘获外来物体。

如图9和10所示的，在锅炉中产生的相对细的杂质，例如氧化物污质，通过圆周地安装在过滤器2的主体6上的筛子7而被去除。

筛子7具有三层(三倍壁)结构，包括圆周安装在过滤器2主体6一部分上的固定筛子装置8，安装在固定筛子装置8外的临时筛子装置9，和安装在临时筛子装置9外的保护筛子装置10。

在此三层筛子7中，固定筛子装置8由相对粗的筛孔铁丝网组成，临时筛子装置9由相对细的筛孔铁丝网组成，保护筛子装置10由相对粗的筛孔铁丝网组成。如图11所示，这些筛子装置通过例如铆钉安装支撑在过滤器2的主体5上。

在现有的大容量的蒸汽轮机中，固定筛子装置8由粗筛孔铁丝网组成，以在设备正常的(稳定的)操作时去除杂质，例如由锅炉产生的氧化物，临时筛子装置9具有细的筛孔铁丝网，用来在试运行(操作试验)时去除杂质，保护筛子装置10具有粗的筛孔铁丝网来保护临时筛子装置9。

每一个铁丝网的筛孔尺寸决定于强度、蒸汽压力损失和去除杂质程度。

在三层筛子7中，临时筛子装置9和保护筛子装置10在试运行时使用，试运行之后，两个筛子装置被卸下或除去。在正常运行时，固定筛子装置8再通过铆钉11被安装和支撑在过滤器主体6上。

日本的未经审查的专利(KOKAI)平成10-8913公开了一种用于蒸汽轮机的蒸汽阀，例如截止阀，其具有过滤器。

在具有圆周安装有三层筛子的过滤器的蒸汽阀中，存在于蒸汽中的杂质和外来物体被有效地阻止进入过滤器，这样，蒸汽轮机可以在稳定的条件下安全地工作。然而，由于超高压和超高温蒸汽所产生的热振动直接冲击着铁丝网筛子。这样，几年使用之后，铁丝网膨胀、收缩或松散，产生振动或噪音，最后，铁丝网破裂，产生重大的缺陷。

现在，为了提高设备的热效率，在蒸汽轮机内的蒸汽温度倾向于升高。这就导致降低了筛子允许的应力。尽管这一缺点通过加强筛子的强度而加以消除，但如果铁丝网的每一根铁丝的直径增加，筛孔不可避免的变大，细而小的杂质就无法被去除。换句话说，热效率的改进与强度的增加相反。

发明内容

本发明是为了充分消除上面提及的现有技术的不足和缺点而被设计出来的，本发明的一个目的是提供一种具有筛子的蒸汽阀，所述筛子具有高强度且圆周安装在过滤器上的，能有效地去除即使很细小的杂质。

本发明的以上目的或其他目的可以通过下述的蒸汽阀实现，该蒸汽阀包括：

蒸汽流进口；

阀体，用来控制通过蒸汽流进口进入阀体的蒸汽流；

阀壳，用来收纳阀体并与蒸汽流进口连通；

过滤器，设置在阀体和阀壳之间以围绕阀体，用来去除存在于蒸汽中的外来物体；和

筛子组件，安装于过滤器的外围部分，所述的筛子组件包括至少一个由带孔板制成的筛子装置。

在上面提及的本发明的优选实施例中，筛子组件包括临时筛子装置和固定筛子装置，固定筛子装置设置在临时筛子装置内与过滤器的外围部分接触。

临时筛子和固定筛子分别带孔，临时筛子装置的每一个孔的直径与固定筛子装置的每一个孔的直径相同或小于固定筛子装置的每一个孔的直径。临时筛子装置的孔可与固定筛子装置的孔的相错位。

固定筛子装置可以通过焊接固定筛子装置的两端部与过滤器连接，另外，在固定筛子装置两端部之间的中间位置通过铆钉连接到过滤器上，所述临时筛子装置在中间位置有一个开口，以在其中穿过铆钉，并在其两端部与固定筛子装置焊接。

过滤器最好具有圆筒状结构，孔状筛子组件安装在筒状过滤器的外围部分。

筛子组件上形成有许多孔，它可以被设计成当安装在圆筒状过滤器外围部分的筛子组件的侧面被展开，筛子组件上形成的孔排列成使相邻近的三个孔的中心组成等边三角形的顶点，该等边三角形边长对应于相邻两孔的中心距(pitch)“a”，中心距“a”是孔直径“d”和相邻两孔间距离L之和，直径“d”和中心距“a”的值可被分别随意设置，根据筛子组件相对于过滤器布置而定。

过滤器具有带孔的外围部分和形成有正对蒸汽流进口的封闭区的外围部分，此处没有形成孔。另外，过滤器可以具有其上整个形成许多孔的外围部分。

根据以上提及的本发明的蒸汽阀结构，无论仅是固定筛子装置或是固定筛子装置和临时筛子装置都安装在过滤器的主体上，固定筛子装置和临时筛子装置都由带孔板制成的圆筒形或大致成圆筒形的结构形成。圆筒形固定筛子装置和临时筛子装置的孔设置成使每个孔的中心位于等边三角形的顶点，这样，间隔率(space ratio)可以被随意地设置。另外，如果板选用高强度的材料，筛子可以达到满足抵抗主蒸汽流产生的振动的强度。

附图说明

在附图中：

图1是本发明第一实施例的蒸汽阀的纵向断面示意图；

图2是沿图1II-II线截取的断面图；

图3是安装在用于第一实施例的蒸汽阀上的过滤网上的固定筛子装置和临时筛子装置的展开平面图；

图4展示了用于第一实施例的蒸汽阀上的过滤网上的固定筛子装置和临时筛子装置的安装；

图5是类似于图4的本发明第二实施例的蒸汽阀的局部纵向断面图；

图6是图5的箭头VI方向看的平面图；

图7是本发明第三实施例的蒸汽阀的展开平面图；

图8是类似于图2的本发明第四实施例的从图1的沿II-II线看的断面示意图；

图9是现有的蒸汽阀的示意剖视图；

图10是沿图9X-X线截取的透视断面图；

图11是沿图10XI-XI线截取的断面图。

具体实施方式

本发明的蒸汽阀的优选实施例将在下文中通过附图进行描述。

图1展示了符合本发明第一实施例的蒸汽阀，蒸汽阀15是一个具有复合结构的大阀，其中，例如，一个主蒸汽截止阀装置和一个蒸汽调节阀装置收纳在一个单独的阀壳内。

在这一实施例中的蒸汽阀15具有布置于主蒸汽流的上游并相当于主蒸汽阀装置的第一阀装置16，和布置于第一阀装置16的下游并相当于蒸汽调节阀装置的第二阀装置17。第一阀装置16和第二阀装置17被收纳在一个单独的或公共的阀壳18内。

第一阀装置16具有在阀壳18上的第一主蒸汽流进口19和与第二阀装置17上的第二主蒸汽流进口20连通的第一主蒸汽流出口21。在第一阀装置16中收纳有圆筒形过滤器22，用于去除杂质，例如氧化物污质。

第一阀装置16具有第一阀体24和第一驱动装置26。第一阀体24可以自由的接近和远离邻近第一主蒸汽流出口21的第一阀座23，第一驱动装置26可以使第一阀体24作往复运动，在第一驱动装置和第一阀体之间夹有第一阀杆25。

驱动第一阀体24往复运动的第一驱动装置26被设置在与位于阀壳18外的第一主蒸汽流进口19的轴线垂直的方向上，这是为了确保在阀壳18内提供更宽广的通路供主蒸汽流通过，以有效地减少主蒸汽流的压力损失。

第二阀装置17具有第二主蒸汽流出口27、第二阀体30、和第二驱动装置32。第二主蒸汽流出口27布置在阀壳18的下游。第二阀体30可以自由的接近和远离邻近第二主蒸汽流出口27的第二阀座28并可在滑套29内滑动。第二驱动装置32可以使第二阀体30作往复运动，第二驱动装置和第二阀体之间夹带有第二阀杆31。

如图1，2所示，被收纳在第一阀装置16的阀壳18内的过滤器22具有一个封闭区域35用来阻止主蒸汽流流动然后使主蒸汽流在圆周方向流动，还具有一个不同于封闭区域的另一区域，此区域上形成有孔34，圆周地设置在封闭区域35的下游侧。封闭区域35被设置在圆筒状(如环形筒)过滤器主体33正对第一主蒸汽进口19的位置上。过滤器主体33上的这些孔34在其中从外到内引导主蒸汽流，并沿着第一阀杆25的轴向布置。

过滤器22在过滤器主体33圆周方向上具有大致成圆筒状的筛子36。筛子36安装成从外部覆盖住过滤器22的孔34。

如图2所示，筛子36具有大致由双圆筒结构构成的双重或双层结构，该双圆筒结构由一个安装在切割部分上的固定筛子装置37和一个安装在固定筛子装置37外侧的临时筛子装置38组成，其中所述切割部分形成于过滤器22的圆筒形过滤器主体33上，过滤器22的封闭区域没有被覆盖。双圆筒结构在下文可以仅被叫做“双重结构”。

每一个固定筛子装置37和临时筛子装置38可以由，例如，不锈钢构成，可以是打孔的钢板形成的圆筒结构。沿着过滤器22的轴向和圆周方向，固定筛子装置37和临时筛子装置38分别具有许多用于充当筛孔的孔39a和39b。

如图3所示，孔39a(39a₁，39a₂，39a₃，...)的中心位于各个划线(marking-off line)E₁，E₂，E₃...的交叉点O₁，O₂，O₃...，在固定筛子装置37所在平面上形成一个等边三角形，而且每个孔具有直径d。孔39b以相同的方式位于临时筛子装置38上。

也就是，每一个筛子装置由大量的孔形成，当筛子装置的侧面部分被展开时，形成在筛子装置上的孔39排列成使相邻的三个孔39的中心组成等边三角形的顶点，该等边三角形的边长相应于相邻两孔间的中心距“a”，中心距“a”是孔直径“d”和相邻两孔间距离L之和，直径“d”和中心距“a”的值可被分别随意设置，其取决于筛子组件相对于过滤器的设置。

每一个孔39b的直径可以与每一个孔39a的相同或小于每一个孔39a的直径。

如果孔39a和39b的直径相同，显示出关于主蒸汽流通过固定筛子装置37和临时筛子装置38的比率的间隔率S可以被表示成包括在一个单个的三角形面积T(例如附图3的阴影部分)里的孔39的孔径面积D和三角形面积T的比率，可以给出下列等式(1)：

等式(1)

$S=\frac{D}{T}=\frac{\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}^2\×\frac{1}{2}}{\frac{1}{2}\×a\×\frac{\sqrt{3}}{2}a}=\frac{\mathrm{\π}{d}^2}{2\sqrt{3}{a}^2}---\mathrm{\Λ\Λ}\left(1\right)$

其中“a”是孔39的中心距，例如，孔39a₁和邻近的孔39a₂之间的中心距。

由等式(1)给出的间隔率S是与公知的临时铁丝网筛子装置中的是一致的。孔39a的直径d和中心距“a”可以被随意设置，这样筛子的间隔率可以被自由改变。

对于含有这些孔39a的固定筛子装置37和含有孔39b的临时筛子装置38的强度来说，剪应力由{(闭合的三角形面积T-孔的孔径面积D)×外部压力P}和三角形区域内的三个孔(例如39a₁，39a₂，39a₃)两两之间的距离L的比率表示，可以给出下列等式(2)：

等式(2)

$\mathrm{\τ}=\frac{\{(T-D)\×P\}}{L}=\frac{\{\frac{\sqrt{3}}{4}{a}^2-\frac{\mathrm{\π}{d}^2}{8}\}\×P}{3\×(a-d)\×h}---\left(2\right)$

其中“h”是每一个固定筛子装置37和临时筛子装置38的板厚度。

由等式(2)给出的剪应力，当板厚度“h”设置成合适的数值，本实施例中的筛子的强度高于公知的临时铁丝网筛子装置的强度。

如图4所示，安装在过滤器主体33上的固定筛子装置37和临时筛子装置38通过插入铆钉41安装支撑在过滤器主体33上。固定筛子装置37和临时筛子装置38的上端和下端被焊接在过滤器主体33上。

通过以上描述，在本实施例中，固定筛子装置37和临时筛子装置38被圆周地设置在形成于过滤器22主体33上的封闭区域35的下游，固定筛子装置37和临时筛子装置38分别具有孔39a和孔39b，其位于确定出等边三角形的划线或虚线的交叉点。结果，筛子更少被杂质或外来物体阻塞，这样，主蒸汽流可以在稳定的状态下供给蒸汽轮机。

另外，既然固定筛子装置37和临时筛子装置38都是由金属板制造的圆筒状结构，本实施例中的筛子可以相对于公知的金属网筛子大大提高强度。结果，筛子变松散和被损坏的可能性显著减小，并且因此，现有蒸汽阀中需要的且安装在临时筛子装置外部的保护屏不再需要了。

在第一实施例中，固定筛子装置37和临时筛子装置38具有由带孔金属板制成的大致成圆筒状的结构，其上分别带有孔39a和孔39b，这样提高了筛子的强度，结果，筛子可以承受由于主蒸汽流产生的振动。

另外，根据第一实施例，尽管固定筛子装置37和临时筛子装置38都安装在过滤器主体33上，例如，以重叠的方式安装，本发明并不限于这种结构。这样，在试运行时，固定筛子装置37和临时筛子装置38都被安装，然后，当转换到正常操作模式时，临时筛子装置38可以被除去(没有安装)。可选地，即使在试运行时，仅有固定筛子装置37安装于过滤器22的主体33上。这一问题可以，例如，依照存在于主蒸汽流中的杂质或外来物体的尺寸和量来确定。

图5和6展示了本发明第二实施例的蒸汽阀的原理。

图5是本实施例的蒸汽阀的局部纵向断面图，图6是从图5的箭头VI方向看的平面图。

在这一实施例的蒸汽阀中，铆钉41在固定筛子装置37和临时筛子装置38安装在过滤器主体33上之后穿过过滤器体33，以固定和支撑圆周地安装于过滤器22的过滤器主体33上的固定筛子装置37和临时筛子装置38。在这一实施例中，进一步地，为了简化拆卸临时筛子装置38的操作，临时筛子装置38具有开口43，通过该开口铆钉41的头42可以很容易地穿过。在临时筛子装置38上形成的开口43可以由锪孔(spot-faced hole)代替。

在现有的蒸汽阀中，为了在过滤器主体上安装固定筛子装置和临时筛子装置，在铆钉穿过固定筛子装置和临时筛子装置后，两个筛子的上下边缘和过滤器主体的邻近区域被焊接在一起，通过焊接部分安装和支撑两个筛子。

然而，由于固定筛子装置和临时筛子装置由铁丝网结构组成，焊接部分不可避免的不连续，因此，在试运行时筛子的流体振动和与流体振动一起产生的噪音可能会存在。当蒸汽轮机转换到正常操作模式时，临时筛子装置被拆除，过滤器仅包括固定筛子装置。以上描述的两种类型的连接方式，也就是铆钉和焊接部分，有在拆除连接处时耗时费力的缺点。特别的，使用铆钉会给简化操作步骤造成阻碍，因为固定筛子装置和临时筛子装置通过铆钉连接在一起，在转换成正常操作模式时，固定筛子装置不得不由铆钉再组装一次。

然而，根据本发明，在蒸汽阀15中，形成在临时筛子装置38上的开口43可以允许铆钉41的头42可以很容易的穿过。特别是，固定筛子装置37通过固定筛子装置37的两端(上端和下端)焊接的方式与过滤器22连接，另外，在固定筛子装置两端的中间部分由铆钉41连接到过滤器上，而且，临时筛子装置38在中间部分具有开口43，开口中有铆钉穿过，临时筛子装置38在两端部分通过焊接与固定筛子装置连接。

既然临时筛子装置38具有开口43使铆钉41的头42可以很容易地穿过，临时筛子装置38可以很容易地在过滤器主体33上安装和拆卸，因此，蒸汽阀15的操作效率被提高了。

图7是本发明第三实施例的蒸汽阀的展开图。

在本实施例的蒸汽阀中，将固定筛子装置37和临时筛子装置38安装在过滤器主体33上时，固定筛子装置37的孔39a和临时筛子装置38的孔39b彼此错位。

在本实施例中，如前面所描述的，因为固定筛子装置37的孔39a和临时筛子装置38的孔39b在圆周方向彼此错位，间隔率(其显示出关于主蒸汽流通过筛子的比率)可以被设置成任意的值。

图8是本发明第四实施例的蒸汽阀的剖面图，示出了类似于图2的状态。

在本实施例中，固定筛子装置37和临时筛子装置38具有圆筒结构或大致成圆筒状的结构，圆筒状结构分别由形成有孔39a和孔39b的带孔板制成，由此保持高强度。由此，过滤器22的主体33不具有封闭区域35，过滤器主体33具有沿整个外围形成的孔34。

因此，本实施例的固定筛子装置37和临时筛子装置38可以有效地处理由于主蒸汽流产生的振动，以及在强度试运行中存在于进入第一主蒸汽流进口19的蒸汽中的外来物体。

进一步地，在固定筛子装置37和临时筛子装置38由金属板制成大致成圆筒结构的情况下，可以直接将固定筛子装置37和临时筛子装置38的连接部与第一主蒸汽流进口19对准或位于任意一个有角度的位置。

进一步指出，说明书中记载的“圆筒状”是指具有多边形或其他形状的横截面的中空圆筒状结构。

进一步需要指出的是，本发明并不限于所描述的实施例，在不超出权利要求要求保护的范围的情况下可做任何其他的改变和修改。

Claims (7)

1.一种蒸汽阀，包括：

蒸汽流进口；

阀体，用来控制通过蒸汽流进口进入阀体的蒸汽流；

阀壳，用来收纳阀体并与蒸汽流进口连通；

过滤器，设置在阀体和阀壳之间以围绕阀体，用来去除存在于蒸汽流中的外来物体；和

筛子组件，安装于过滤器的外围部分，所述的筛子组件包括多个由带孔板制成的筛子装置，

其中，所述筛子组件包括临时筛子装置和固定筛子装置，固定筛子装置设置在临时筛子装置内以与过滤器的外围部分接触，并且

所述固定筛子装置通过焊接固定筛子装置的两边缘部分与过滤器连接，另外，在固定筛子装置两边缘部分之间的中间位置通过铆钉连接到过滤器，所述临时筛子装置在中间位置有一个开口，并在其两端部分与固定筛子装置焊接，其中该开口的直径大于铆钉头的直径，以使铆钉头穿过该开口。

2.如权利要求1所述的蒸汽阀，其特征在于所述临时筛子装置和固定筛子装置分别带孔，临时筛子装置的每一个孔的直径与固定筛子装置的每一个孔的直径相同或小于固定筛子装置的每一个孔的直径。

3.如权利要求1所述的蒸汽阀，其特征在于临时筛子装置的孔与固定筛子装置的孔相错位。

4.如权利要求1所述的蒸汽阀，其特征在于所述过滤器具有圆筒状结构。

5.如权利要求4所述的蒸汽阀，其特征在于所述筛子组件上形成有许多孔，当安装在圆筒状过滤器外围部分上的筛子组件的侧面被展开时，筛子组件上形成的孔排列成使各相邻的三个孔的中心组成等边三角形的顶点，该等边三角形的边长相应于相邻两孔间的中心距“a”，中心距“a”是孔直径“d”和相邻两孔间距离L之和，直径“d”和中心距“a”的值可被分别随意设置，根据筛子组件相对于过滤器的布置而定。

6.如权利要求1所述的蒸汽阀，其特征在于所述过滤器具有形成有孔的外围部分和面对蒸汽流进口且没有形成孔的外围部分。

7.如权利要求1所述的蒸汽阀，其特征在于所述过滤器具有其上整个形成有许多孔的外围部分。

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