CN102537513B - 高温蒸汽阀 - Google Patents

Abstract

公开了一种高温致动的蒸汽阀(5)，其具有在阀的壳体(10)与其致动器(20)之间延伸的连接器(30)。连接器(30)包括两个间隔件(35、40)，其由具有不同耐热强度的材料制成，第一间隔件(35)邻近壳体(10)被固定并具有比第二间隔件(40)更高的耐热强度，该第二间隔件邻近致动器(20)被固定。

Description

高温蒸汽阀

技术领域

本发明大体上涉及具有致动器的高温蒸汽阀，并且具体地涉及用于限制这种致动器的热暴露的装置。

为了说明的目的，术语“高温”应该理解为意味着高于650摄氏度的温度。

背景技术

由于需要高效改进蒸汽轮机，所以存在增加蒸汽轮机的运行温度的需求。然而，更高的温度造成了新的材料要求。例如，在温度超过650摄氏度时，适合用于最大610度的常用的耐热12-Cr钢合金不再适合使用。在这种情况中，通常需要更合适的但更昂贵的镍合金。

专门的材料考虑不仅针对阀体还针对阀致动器。然而，由于致动器的内部工作，所以高温所造成的问题通常无法仅仅通过材料选择而得到解决。实际上，需要限制致动器的热暴露的装置。

实现该需求的一种措施是冷却阀壳体，从而过多的热量不会传递至致动器。专利公开文献US7481058B2公开了一种这样的冷却结构，在其中，阀壳体设有冷却端口以及使得冷却媒介通过这些端口的装置。这种结构是复杂的并且进一步需要冷却媒介的构造与供应。

另一种方案是在阀壳体与致动器之间设置由高耐热强度材料制成的间隔件。具有高耐热强度意味着连接器间隔件能够忍受从阀壳体传导的热能，同时该间隔件的长度使得以对流的方式消散一部分热量，因而在壳体与致动器之间造成温度梯度。通过构造间隔件的长度，能够产生足够大的温度梯度，这确保了致动器并不暴露于过高的温度。然而，在提供温度梯度时，间隔件必须被构造成承受阀壳体的高温。对于高蒸汽温度工作中的阀而言，通常这意味着间隔件必须由昂贵的镍合金制成。

因此，存在提供替代的简单成本高效的解决方案，其克服蒸汽阀致动器在大约650摄氏度蒸汽场所内安置时的过大热暴露的问题。

发明内容

公开了一种蒸汽阀，其提供了一种替代的措施，以克服蒸发器致动器在高温蒸汽工作环境中对流热暴露的问题。

本发明的实施例试图通过独立权利要求的技术方案解决该技术问题。有利的实施例在从属权利要求中给出。

该说明书的一个方面是基于在致动器与壳体之间提供具有分级的温阻的高温蒸汽阀的基本思路。

根据一个方面，提供有一种高温蒸汽阀，其包括壳体、用于操作阀的致动器以及连接器，该连接器一端邻近壳体固定且第二端固定至致动器。连接器具有第一间隔件和第二间隔件，每个间隔件具有第一和第二远端。第一间隔件的第一端邻近壳体被固定并且第二端邻近第二间隔件被固定。第二间隔件的第二端然后邻近致动器被固定。第二间隔件由与第一间隔件相比耐热强度低的材料制成。

大体上，第一间隔件长度被构造成确保，在阀操作过程中，第二间隔件不暴露于超过其耐热强度的温度，而同时被构造成足够的短以最小化耐热强度材料的使用。

在另一方面，第一间隔件包括多个彼此相互隔离开的隔块，从而在它们之间产生气隙。该气隙降低了从壳体传递至第一间隔件的热能。各间隔件还可以包括表面不规则部，该表面不规则部被构造成增加表面面积，从而增加间隔件的对流热损失并因而沿间隔件的延伸长度增加热学梯度。以这样的方式，能够提供具有更低材料重量的更短的间隔件。

在一个方面，螺纹装置相应地将第一间隔件固定至第二间隔件并将第一间隔件固定至壳体。同一螺纹装置能够用于将第一间隔件、第二间隔件和壳体固定在一起。螺纹装置提供了钎焊的替代方案，克服了将不同金属钎焊在一起的问题。

在一个方面，大体上由陶瓷或具有低导热率金属制成的绝热构件位于第一间隔件与壳体之间。

为了减少热流，第一间隔件针对壳体的凸缘、第一间隔件针对第二间隔件的凸缘或第二间隔件针对致动器的凸缘可以包括位于分开平面内的凹槽，以进一步降低热流。

通过以下说明、结合附图将清楚本发明的其它方面和优点，在附图中示意性示出了所公开的本发明的实施例。

附图说明

例如，本发明的实施例参照附图以下被更加全面地说明，其中：

图1是根据示意性实施例的高温蒸汽阀的透视图；

图2是根据示意性实施例的高温蒸汽阀的透视图；

图3是图1或2的阀的连接器的放大图，示出了连接器的示意性连接结构的细节；

图4是图1或2的阀的连接器的放大图，示出了连接器的另一示意性连接结构的细节；

图5是图1或2的阀的连接器的间隔件的放大图，示出了示意性绝热间隔件；并且

图6和7是示意性实施例的间隔件的各部分的示意图，示出了该部分的面特征。

具体实施方式

在以下说明中，出于说明的目的，提供了多个具体细节，以完全理解示意性实施例。然而，应该清楚的是各实施例能够没有这些具体细节地被实现。

在上下文中，“耐热强度”指的是限定材料在不断裂的情况下能够承受拉伸负载的最大应力的术语。否则的话，该术语在现有技术中被称为“抗拉强度”。

图1和2示出了高温蒸汽阀5，其具有壳体10、用于操作阀5的致动器20；以及在壳体10与致动器20之间延伸的连接器30。在如图1和2所示的示意性实施例中，连接器30包括至少两个独立的间隔件35、40：其中，第一间隔件35具有较高的耐热强度且靠近壳体10被固定；并且第二间隔件40具有较低的耐热强度且靠近第一间隔件35和致动器20被固定，从而该第二间隔件位于第一间隔件35与致动器20之间。

以这种结构，在运行的过程中，由于对流而热量损失至周围环境，所以产生贯穿间隔件35、40的延伸长度的自然温度梯度。在该实施例中，第一间隔件35由于其邻近壳体10并因此暴露至壳体10的高温所以由与壳体10相同的材料制成。然而，由于贯穿第二间隔件40的温度梯度，所以该第二间隔件大体上由耐热强度比第一间隔件35低的材料制成。该材料例如是不锈钢而非镍合金。沿第二间隔件40的延伸长度的进一步的热损失还导致了第二间隔件40的远端处的温度降低。在示意性实施例中，第二间隔件40的长度考虑到该温度梯度而被构造成确保致动器20不暴露于过高的温度。

如图4所示，在示意性实施例中，第二间隔件40具有在第一远端和第二远端之间横跨的延伸部分46，每个远端分别具有面42，第一端的面42邻近第一间隔件35的第二端被固定，并且第二端的面42邻近致动器20被固定。在示意性实施例中，第二间隔件40的一个或两个面42包括凹槽45，如图6和7所示，所述凹槽能够沿径向形成为径向凹槽、沿周向形成为周向凹槽或沿任何其它方向形成为沿这两个边界方向之间的方向的凹槽。凹槽45的目的在于限制第一间隔件与第二间隔件40之间的表面接触，因而降低对流传热速度。

通过在壳体10与致动器20之间沿连接器的延伸长度使得连接器30分段，能够降低制造部件所需的过高耐热强度材料的量。

为了确保自第一间隔件35以及第二间隔件40的足够的对流热损失并因而确保运行中第二间隔件40和致动器20的耐热强度不被超过，在限定第一间隔件35的最小延伸长度时涉及多种因素。这些因素包括但不限于壳体10的温度、第一间隔件35的每延伸长度的表面面积、间隔件35、40的材料的导热率、环境温度以及能够限制对流热损失的任何绝热或其它装置的出现。

在如图1所示的示意性实施例中，第一间隔件35是一体中空圆柱形间隔件。在上下文中，“一体”意味着“整体制成”。

在如图2所示的另一示意性实施例中，第一间隔件35包括多个彼此相互隔开的隔块36，从而在它们之间产生气隙。由此，第一间隔件35与壳体10之间的接触表面能够被减少，因而减少了提供给第一间隔件35的总传导的热能。另外，由于隔块36是单独的隔块，所以第一间隔件35的表面面积与体积之比被增加，这是由于增加第一间隔件35的对流损失而导致了更陡峭的温度梯度，因而使得第一间隔件35缩短。所有这些因素结合，以减少必须用于形成屏蔽致动器20所需的第一间隔件35的潜在更昂贵的高耐热强度的材料的量。

在另一示意性实施例中，如图5所示，第二间隔件40包括位于延伸部分46内的开口47。开口的目的在于降低第二间隔件40的热流通。

在另一示意性实施例中，第一间隔件35设有增加表面面积的结构。这种结构包括表面粗糙部、表面凹槽、和/或已知的增加间隔件的表面面积的表面结构。

在示意性实施例中，壳体10和第一间隔件35由相同的材料制成，从而确保所有结构都能够承受相同的热学应力。

图3示出了不同的示意性实施例，其中，螺纹装置38相应地被用于将第一间隔件35固定至第二间隔件40并将第一间隔件35固定至壳体10。在示意性实施例中，如图2所示，螺纹装置38被用于将第一间隔件35和第二间隔件40固定在一起并将第一间隔件35和壳体10固定在一起。在另一示意性实施例中，如图4所示，螺纹装置38将第一间隔件35、第二间隔件40和壳体10固定在一起。

在该申请文件中，“用于固定”和“固定”意味着将两个部件或间隔件稳固地相对定位。“固定”可以包括实际接触或可以包括不实际接触。

在未示出的示意性实施例中，钎焊与螺纹装置38的结合将诸如壳体10和致动器20和连接器30的间隔件35、40的不同部件连接在一起。

尽管在某些情况中钎焊能够用于连接诸如壳体10和致动器20以及间隔件35、40的部件，但是不能够或至少很难通过钎焊将其相连(由于它们的不同的成分)。如图3和4所示的示意性实施例因此提供了替代的连接措施。

在另一未示出的示意性实施例中，通过粉末冶金学与流体静压成形的结合而实现间隔件35、40的相互固定。例如，间隔件35、40的粉末材料被安置在一共用的模具内，此后，它们被流体静压成形。该压成形将粉末材料的温度增加至间隔件35、40被铸造并锻造在一起的点。在该示意性实施例中，间隔件35、40的不同材料之间的界面限定了它们之间的边界。

图5示出了示意性实施例，其中，绝热构件39位于第一间隔件35与壳体10之间。这些绝热构件39限制第一间隔件35的热量对流，因而有利地影响了间隔件35的所需的延伸长度，即使得间隔件更短。在示意性实施例中，绝热构件39由陶瓷制成，这是由于陶瓷的优异的绝热特性。然而，由于陶瓷无法钎焊至金属，所以陶瓷部件通过螺纹装置38被装配。

在未示出的示意性实施例中，附加的或可选的绝热构件39位于第一间隔件35与第二间隔件40之间。

在另一未示出的示意性实施例中，附加的或可选的绝热构件39位于第二间隔件40与致动器20之间。

尽管已经以针对最实际的示意性实施例可想到的方式示出并说明了本发明，但是本发明还可以以其它具体的形式被实施。因此，所公开的实施例被认为是示意性且非限制性的。本发明的保护范围由权利要求书而非前述说明体现，并且符合本发明的含义和范围以及等价物的所有改变而将涵盖在本发明的保护范围内。

附图标记列表

5阀

10壳体

20致动器

30连接器

35第一间隔件

36隔块

38螺纹装置

39绝热构件

40第二间隔件

42面

45凹槽

46延伸部分

47开口

Claims (11)

1.一种高温蒸汽阀(5)，其包括：

壳体(10)；

连接器(30)，其邻近所述壳体(10)被固定；以及

致动器(20)，其邻近所述连接器(30)被固定，以便操作所述阀(5)，所述阀(5)的特征在于，所述连接器(30)包括：

第一间隔件(35)，其具有分别具有面的第一远端和第二远端，所述第一远端的面被固定在所述壳体(10)的面上；以及

第二间隔件(40)，其具有延伸部分(46)，该延伸部分在分别具有面(42)的第一与第二远端之间跨接，所述第一远端的面(42)被固定在所述第一间隔件(35)的第二远端的面上，并且所述第二远端的面(42)被固定在所述致动器(20)的面上，

所述第二间隔件(40)由与所述第一间隔件(35)相比耐热强度低的材料制成；

所述第二间隔件(40)的面(42)包括表面不规则部，该表面不规则部被构造成增加表面的表面积，从而增加对流热损失；

所述表面不规则部包括多个径向凹槽(45)和/或周向凹槽(45)。

2.根据权利要求1所述的阀(5)，其特征在于，所述第一间隔件(35)包括：多个隔块(36)，它们彼此间隔开以在它们之间产生气隙。

3.根据权利要求1所述的阀(5)，其特征在于，所述第一间隔件(35)为一体中空圆柱形。

4.根据权利要求1或3所述的阀(5)，其特征在于，所述第一间隔件(35)的第一远端与第二远端之间的长度设置成，在操作中，由于所述第一间隔件(35)的对流热损失，所述第二间隔件(40)并不超过其耐热强度。

5.根据权利要求1所述的阀(5)，其特征在于，所述延伸部分(46)包括用于减少所述第二间隔件(40)的热流通的开口。

6.根据权利要求1至3任一所述的阀(5)，其特征在于，螺纹装置(38)相应地将所述第一间隔件(35)固定至所述第二间隔件(40)并将所述第一间隔件(35)固定至所述壳体(10)。

7.根据权利要求6所述的阀(5)，其特征在于，每个螺纹装置(38)相应地延伸穿过所述第一间隔件(35)、所述第二间隔件(40)和所述壳体(10)。

8.根据权利要求1至3任一所述的阀(5)，其特征在于，所述壳体(10)和所述第一间隔件(35)由相同的材料制成。

9.根据权利要求1至3任一所述的阀(5)，其特征在于，所述第二间隔件(40)由不锈钢制成。

10.根据权利要求1至3任一所述的阀(5)，其特征在于，绝热构件(39)位于所述第一间隔件(35)与所述壳体(10)之间。

11.根据权利要求10所述的阀(5)，其特征在于，所述绝热构件(39)由陶瓷制成。