CN101297101B - 阀门组件和相应排列 - Google Patents

Abstract

一种阀门组件(100)具有一个进口端(104)和一个出口端(106)，这两端通过液体导管(102)相连以使其间的液体得以流通。该阀门组件包含一个停止阀，该停止阀具有一个安装于阀门组件中心的阀杆(112)以及一个设于此阀杆(112)上的阀头(108)。停止阀阀杆(112)可操控以使停止阀阀头(108)在进口端(104)和出口端(106)相连的开启位置和进口端(104)和出口端(106)相离的关闭位置之间移动。并且，阀门组件(100)还包含一个控制阀，该控制阀具有至少一个偏离中心地安装在阀门组件中的控制阀阀杆(114)，和安装在该至少一个控制阀阀杆(114)上的阀头(110)。该至少一个控制阀阀杆可操控以移动控制阀阀头(110)，用于控制流入液体导管(102)内的液体的分度流量，当停止阀在开启位置时，停止阀阀头(108)嵌入控制阀阀头(110)内。

Description

阀门组件和相应排列

【技术领域】

本发明涉及一种阀门组件，尤其是但非唯一性地指一种包含停止阀和控制阀的中压(Intermediate Pressure，IP)蒸汽阀门组件。

【背景技术】

一个位于例如蒸汽发生器和涡轮机之间的阀门运行于严酷环境下，受到来自其控制下的蒸汽流的热量和振动的损害，这对本领域的技术人员而言是显而易见的。通常需要两个阀：一个控制阀或者调节阀，用于控制流经涡轮机的蒸汽量(从而控制涡轮机的速度和载荷)；一个停止阀，在紧急情况下用于停止蒸汽流以避免涡轮机受到损坏。这种阀最简单的形式包括安装在阀杆上的栓塞或者阀头，该阀杆可以向前移动到运行位置内，在该运行位置内该阀杆部分地或者完全地阻塞流体导管(fluid conduit)。

近来，在一腔室内同时具有停止阀和控制阀的阀门组件已经被开发。为了将两个阀收容在一个腔室内，业界采取了下述的两种主要方案。

一种建议是设置两个同心的阀杆，每个阀杆具有一个能够分别向前移动的阀。这种阀门组件在Karlsson名下的美国专利第US5971018号中已有描述。这种阀门组件具有一个缺点，即快速关闭阀或者停止阀要通过被控制的相同流液来执行。这会导致用于高温和高压应用的垫圈以及弹簧的工艺技术问题。进一步地，在一些实施例中，一个阀杆穿过另一个阀杆比一个阀杆穿过静态套筒更容易引起机械故障，这已经被证实并且通过实践证明了。在包含有停止阀和控制阀的第二阀门组件内，每个阀的阀杆使用各自的启动装置从不同的组件末端运行。在一些实施例中，停止阀头位于在控制阀内，并且，例如，通过拉动运行停止阀，通过推动运行控制阀。这种组件的一个例子可在专利DE-A-2523297中见到。然而在这种组件中，一个阀杆通常位于蒸汽流线上，而管道必须拐弯以避免碰到其启动器。管道的每个拐角引起被控气体的动压力的损耗，此处所说的气体为蒸汽。这可在扩压器内(该扩压器是一个逐步扩展的管道)部分恢复，这是在现有技术中采用的解决方案。然而，这种扩压器通常用非常昂贵的金属制成，人们期待这种金属的使用能够降到最小。

【发明内容】

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种具有一个进口端和一个出口端的阀门组件，该进口端和出口端通过流体导管相连以使其间的流体得以通过，阀门组件设有一个停止阀，该停止阀具有安装于阀门组件中心的阀杆以及位于阀杆上的阀头，停止阀阀杆可操控以使停止阀阀头在开启位置(在开启位置上进口端和出口端相连接)和关闭位置(在关闭位置上进口端和出口端相分离)之间移动，阀门组件还包含一个控制阀，该控制阀具有至少一个偏离中心地安装在阀门组件中的阀杆和安装在该至少一个控制阀阀杆上的阀头，其中该至少一个控制阀阀杆可操控以移动控制阀阀头，用于控制流入流体导管内的流体的分度流量，当停止阀位于开启位置时，停止阀阀头嵌入控制阀阀头内。

优选地，相对于控制阀阀头，该至少一个控制阀阀杆是被偏离中心地安装，控制阀安装在至少两个阀杆上。通过提供多个阀杆(尤其是三个或者更多的均匀分布的阀杆)可以防止对单个阀杆产生力矩。

本发明还包括上述的阀门组件和控制器的组合，该控制器设置用于监控阀门组件外部以及/或者内部的状态以及根据该状态监控组件中的阀门位置。

根据本发明的另一方面，涡轮系统包括蒸汽发生器、蒸汽涡轮机、以及用于将来自蒸汽发生器的蒸汽进一步导入到蒸汽涡轮机的流体导管，其中本发明的阀门组件或者上述的组合控制蒸汽流通过流体导管。

停止阀可安装在一个中心阀杆上，由于在一个阀杆的末端可能产生力矩，通常优选中心阀杆，因此具有中心阀杆的阀门在没有卡住时比由一个或者两个偏心阀杆操控的阀门更容易引导。从安全的角度考虑，停止阀比控制阀更加重要，因此，选择中心位置是有利的，这样就产生了更加可靠的引导。停止阀通常完全缩回或者完全延伸，从而与支撑装置或与阀门组件的外壳保持机械衔接。这意味着，阀杆通常通过阀门的机械衔接支撑，因此不经常承受力矩。停止阀可有锥形的阀门表面，这有利于在停止阀处于缩回状态时提供一锥面，用于蒸汽流的转向。当停止阀在中心位置以及/或者在完全缩回位置时尤其是这种情况，在该情况下提供倒密封(Back-Seating)用于保证机械刚性。

至少一个控制阀启动器以及/或者停止阀启动器可被设置用于通过使用液压力或者气压力(优选液压力)来移动各自的阀门。这提供了一种方便的装置用于控制阀门，并可产生一些实施例中需要的高压，用于克服流过组件的液流压力。

停止阀启动器可包括有一个偏置装置，设置用于在故障时关闭停止阀，从而提供了有利的故障安全功能。

本发明的其它方面可从附属的权利要求所得知。

【附图说明】

本发明的实施例通过附图举例来描述，其中：

图1为阀门组件的截面图，在该阀门组件中，在轴线A-A上方阀门显示为在关闭位置，在轴线A-A下方阀门显示为在开启位置。

图2示意性地显示了包含图1中的阀门组件的蒸汽能量发生器。

【具体实施方式】

如图1中的实施例所示，阀门组件(在该情况下为90度阀门组件100)包含具有蒸汽导管102的蒸汽阀门组件外壳101，在该实施例中，蒸汽导管102将进口端104和出口端106的蒸汽流向转90度。蒸汽阀门组件外壳101提供用于蒸汽通过阀门组件100的高压容器。

阀门组件100还包括停止阀阀头108和控制阀阀头110。通过将阀头108和110向前移动到一个阻塞或者部分阻塞出口端106(从而将出口端与进口端分离)的位置，来进行限流或者关闭流体导管102。停止阀阀头108设在中心阀杆112上，而控制阀阀头110设在偏心阀杆114a，114b上，该偏心阀杆114a，114b与控制阀阀头110远离出口端106的一端相连。

外壳101包围着(enclose)一个停止阀启动器116，该停止阀启动器通过将中心阀杆112沿着与出口端106中心对齐的轴线向前移动或者缩回，从而控制停止阀阀头108的位置，其中，该轴线与轴线A-A相一致或者平行。

阀门组件还包括阀门组件外壳101的辅助腔103，107。辅助腔103起到停止阀启动器的外壳的作用。从而，其内侧不承受阀门组件外壳101其它地方内的压力。

在外壳101的外部并安装在该外壳上的是控制阀启动器118，设置用于通过向前移动或者缩回与轴线A-A平行的偏心阀杆114a、114b来控制控制阀阀头110的位置。停止阀启动器外壳101为控制阀启动器118提供机械支撑。阀杆114a、114b大概设置在离轴线A-A两侧相同距离并且与轴线A-A平行的地方。在图示实施例中，阀杆114a、114b分别分为两个部分114ai、114aii、114bi、114bii，其中尾端阀杆部分114ai、114bi(也就是离控制阀阀头110最远的部分)相对于前端阀杆部分114aii、114bii彼此离得更远。前端、尾端阀杆部分114ai、114aii、114bi、114bii通过一圆形支柱119彼此相连，该圆形支柱119在一支撑套筒120的外侧滑行。尾端阀杆部分114ai、114bi之间的较大距离提供了置于两部分之间的停止阀启动器116的空间，而支柱119支撑前端、尾端阀杆部分。

在该实施例中，停止阀启动器116设有一故障安全装置，从而在液压的作用下停止阀启动器116可以开启到缩回位置，但是在例如一系列圆形弹簧117下是偏动的，从而，当阀门位于缩回位置并在液压装置的机械故障以及/或者停止阀启动器116的出现电气故障时，停止阀108关闭流体导管102。

阀杆支撑套筒120集成在辅助腔107的端壁121上。密封盖105与端壁121的阀头侧面螺纹连接，并提供支撑滑动轴承表面给控制阀阀头110、阀头110的前端启动阀杆部分114aii、114bii以及停止阀阀杆112。控制阀阀头110在密封盖105的外部边缘部分126内滑动，而停止阀阀杆112在密封盖105的中心轴毂部分128内的孔130内滑行。该中心轴毂部分128在两个轴向方向凸出，用于支撑停止阀阀杆112，并且其后部的轴向凸出与支撑套筒120的内表面完全密封。密封盖105和端壁121上设有孔122、123，前端控制阀阀杆部分114aii、114bii在滑动作用下穿过孔122、123，，用于启动控制阀阀头110。密封盖105内的每个122孔和轴毂部分128的中心孔130填有石墨垫圈124，用于在阀杆112、114a、114b周围形成不漏流体密封(fluid-tight seal)，从而蒸汽不能从流体导管102中流出。端壁121和密封盖105一起将阀头108、110从辅助腔103、107中分离出，并在外壳101内保持蒸汽压力。

控制阀阀头110包括一中空的圆柱套筒形的结构，其中套筒边缘向前移入到流体导管102内，用于限制或者开启管道102，从而按需要调节通过管道102的蒸汽流以及因此由该蒸汽流驱动的涡轮机的速度和负载。停止阀阀头108通常设在控制阀阀头110内，但当需要关闭管道102时，可以向前移动出套筒形状的控制阀阀头110的口部。在阀门组件100正常运行下，停止阀阀头108收缩在控制阀套筒内，从而防止停止阀的振动。而且，停止阀阀头108的其它位置是完全收缩的，在该位置停止阀阀头108靠密封盖105的向前凸出的轴毂部分128通过倒密封(Back-Seating)进行保护，该密封盖105因此作为支撑。

图2显示了在原位置的作为蒸汽能量发生器200一部分的阀门组件100。阀门组件100设置其蒸汽导管102为蒸汽发生器202和涡轮机204之间管道203的一部分。阀门组件100的阀门108、110由控制器206控制，控制器206监控诸如涡轮机204的速度或者负载之类的因素，用于确定需要进行什么改变来改进蒸汽发生器200的运行。控制器206通过链环208控制阀门组件，链环208在该实施例中为与阀门组件100相连的总线电缆。从图1和图2中所知，导管102将蒸汽转向了90度。在正常运行下，如图1的下半部分所示，停止阀阀头108只是部分地嵌入在控制阀阀头内，在该位置上其圆锥形的斜表面通过将蒸汽偏移到出口端106来协助导管对蒸汽进行转向。

在能量发生器200的使用中，蒸汽发生器202对水进行加热以产生蒸汽，蒸汽从蒸汽发生器202通过阀门组件100的流体导管102进入管道203。流体导管102通常处于开启状态(也就是说进口端与出口端相连接)，停止阀阀头108完全收缩，并且控制阀阀头110定位用于调节蒸汽压力以及相应的涡轮机204的速度。控制器206监控能量发生器的状态并通过使用控制阀启动器118拉伸和收缩离心阀杆114a、114b，相应地调节控制阀阀头110。

如果运行条件要求通过管道203的蒸汽流应当被阻止(例如可能是由于紧急情况，但也可能是能量发生器200正常运行的一部分)，控制器206通过链环208控制停止阀启动器116，从而推动停止阀向前至流体导管102被密封的前沿位置上。

同样，其它涉及到本发明的实施例也可以纳入考虑范围。例如，由于在该阀杆上的力矩可能很大，因此这种阀杆应当被很好地机械支撑。这对于本领域的一般技术人员而言是显而易见的，但是控制阀仍可以仅仅通过一偏心阀杆被启动，而非图1中所示的两个偏心阀杆。我们也可以选择控制阀设有三个、四个或者更多的离心阀杆。虽然这可引起机械上的稳定组合，但对于本领域的一般技术人员而言，在这种组件上的密封是非常昂贵的。并且，密封数量的增加放大了密封中的其中一个发生故障的风险，因此，在一单个组件中密封的数量优选地保持为最小数量。在设计过程中，在对机械上更结实的多阀杆组件的期望和密封数量最小化的期望中可以采取折衷方案。

以上基于上述例子对本发明进行了描述。在本发明的权利要求范围内，可以对本发明进行修改。本发明还包括这里所描述的以及隐含的任意单个特征，或者显示以及隐含在附图中的任意单个特征，或者任意这些特征之间的任意组合，或者任意这些特征、组合之间的任意概括，即这些特征、组合等同物的延伸。因此，本发明的广度和范围不应当局限于上述的实施例。每个特征都有详尽的描述，在没有进行特殊声明的情况下，说明书、权利要求以及附图中揭示的每个特征都可以由具有相同的、等同的、或者类似目的的相对的特征进行替换。

由于该现有技术在本领域中已经被广泛地认识或者是形成公知常识的部分，因此对说明书中的现有技术的任何评论是不能够被接收的。

除非文中明确表述，在说明书以及权利要求中，“包括”、“包含”以及相应的其它词汇，为非排他性的用语，也就是说，应该理解为“包括，但不限制于”的含义。

引用标号清单

100     阀门组件

101     外壳

102     蒸汽导管

103     外壳101的停止阀启动器外壳辅助腔

104     进口端

105     密封盖

106     出口端

107     外壳101的辅助腔

108     停止阀阀头(也称为快速连接阀头)

110     控制阀阀头(也称为调节阀阀头)

112     停止阀阀杆

113ai   离心阀杆-尾部

114aii  离心阀杆-首部

114bi   离心阀杆-尾部

114bii  离心阀杆-首部

116     停止阀启动器

117     圆形弹簧

118     控制阀启动器

119     圆形支柱

120    支撑套筒

121    辅助腔107的端壁

122    密封盖105上的孔

123    端壁121上的孔

124    石墨垫圈

126    密封盖105的外部边缘部分

128    密封盖105的中心轴毂部分

130    中心轴毂部分128内的孔

200    能量发生器

202    蒸汽发生器

203    管道或引流管

204    涡轮机

206    控制器

208    链环

Claims (9)

1.一种阀门组件(100)和控制器的组合，其中，

所述阀门组件具有进口端(104)和出口端(106)，所述进口端和出口端通过流体导管(102)相连以允许流体在其间通过，

所述阀门组件包括停止阀，所述停止阀具有安装于阀门组件内部中央的阀杆(112)，以及设于所述阀杆(112)的第一端上的阀头(108)、设于所述阀杆(112)的第二端上的停止阀启动器(116)，停止阀的阀杆(112)通过停止阀启动器(116)可操控以使停止阀的阀头(108)在进口端(104)和出口端(106)于其中相连接的开启位置、进口端(104)和出口端(106)于其中相分离的关闭位置之间移动，以及包围停止阀启动器(116)的外壳(101)，

所述阀门组件(100)还包括控制阀，所述控制阀具有至少两个偏离中心地安装在阀门组件中的阀杆(114)，和安装在所述至少两个控制阀阀杆(114)的第一端上的阀头(110)、设于所述至少两个控制阀阀杆(114)的第二端上且设于所述外壳(101)的外部上的控制阀启动器(118)，所述至少两个控制阀阀杆通过控制阀启动器(118)可以操控以移动控制阀阀头(110)，用于控制沿着流体导管(102)通过的流体的分度流量，当停止阀处在开启位置中时，停止阀阀头(108)被嵌入控制阀阀头(110)内，

所述停止阀启动器(116)位于所述至少两个控制阀阀杆(114)的第二端之间，

所述控制器被设置用于监控阀门组件内部以及/或者外部的状态，并根据这些状态通过链环(208)控制阀门组件内的阀门位置。

2.如权利要求1所述的阀门组件和控制器的组合，其中，相对于控制阀阀头，所述至少两个控制阀阀杆是被偏离中心地安装。

3.如权利要求1所述的阀门组件和控制器的组合，其中，流体导管(102) 被设置用于将流体在进口端(104)和出口端(106)之间转过90度弧度。

4.如权利要求1所述的阀门组件和控制器的组合，其中，当停止阀阀头处在关闭位置中时，停止阀阀头(108)封闭出口端(106)。

5.如权利要求1所述的阀门组件和控制器的组合，其中，当停止阀阀头(108)不处在关闭位置中时，其被设置用于帮助流体导管(102)以一预设角度偏转蒸汽流。

6.如权利要求1所述的阀门组件和控制器的组合，其中，停止阀阀杆(112)和控制阀阀杆(114)密封地通过不漏流体的密封盖元件(105)，并被密封盖元件(105)支撑。

7.如上述任一权利要求所述的阀门组件和控制器的组合，其中，停止阀被停止阀启动器(116)控制。

8.如权利要求7所述的阀门组件和控制器的组合，其中，停止阀启动器(116)包含偏置装置(117)，其被设置用于一旦停止阀启动器发生故障时关闭停止阀。

9.一种涡轮系统，其包括蒸汽发生器(202)、蒸汽轮机(204)以及用于将来自蒸汽发生器的蒸汽传送到蒸汽轮机中的流体导管(102)，其中，如权利要求1-8中任一项所述的阀门组件(100)和控制器的组合，控制流过流体导管的蒸汽流。 

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