CN102865109B - 汽轮机的高压主汽门装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机的高压主汽门装置，包括主汽阀（20）和弹簧机构（10），其中，弹簧机构（10）包括：固定在主汽阀上的壳体（11），该壳体的一端设置有端盖（12）；弹簧座（13），该弹簧座沿轴向可移动地安装在壳体内；弹簧（14），该弹簧的两端分别安装在端盖和弹簧座上，并且分别对端盖和弹簧座施加弹性力；导杆（15），该导杆在壳体内与主汽阀的阀杆（21）连接；在壳体内固定有导筒（16），弹簧套设在该导筒（16）上，导杆能够在导筒的中空腔室（16a）中移动，并且当主汽阀开启时，弹簧座支撑在导筒上。本发明通过导筒承受弹簧座和弹簧的重力，减小了阀杆所承受的重力，避免了主汽阀关闭时间过长的问题。

Description

汽轮机的高压主汽门装置

技术领域

本发明涉及火力发电领域，具体地，涉及一种汽机轮的高压主汽门装置。

背景技术

在汽轮机中，高压主汽门的功能是在需要时起到紧急阻断进汽的作用；在汽轮机机组启动时，高压主汽门具有调节转速的作用。

现有的汽轮中通常采用卧式高压主汽阀，其中主汽阀20通常使用油动机开启，并且使用弹簧机构关闭。具体地，如图1A和图1B所示，活塞缸30的活塞杆31通过杠杆32与弹簧机构10中的导杆15连接，导杆15与主汽阀20的阀杆21连接。其中活塞杆31与杠杆32垂直，导杆15连接在杠杆32的中部。

在出现紧急情况时，通过控制系统使活塞缸30内的抗燃油迅速卸掉，弹簧14的弹性力作用在弹簧座13上，弹簧座13推动阀杆21移动，从而关闭主汽阀20的阀芯，并且通过蒸汽压力和弹簧14的弹性力使主汽阀20保持在关闭状态，进而停运汽轮机。

在紧急情况解除后，通过控制系统使活塞缸30内充入抗燃油，抗燃油推动活塞杆31朝向主汽阀20开启的方向运动，活塞杆31作用在杠杆32上，然后依次使杠杆32作用在导杆15上，使导杆15作用在阀杆21上，从而带动阀杆21移动，使主汽阀20的阀芯开启，并通过活塞缸30内的抗燃油的压力保持阀芯开启状态。

在实际操作中，紧急停机经常会出现主汽阀关闭时间过长的现象。特别是在高负荷的状态下，关闭时间过长的现象更加严重。经检查发现，造成主汽阀关闭时间过长的主要原因是弹簧机构20中的弹簧座13受力复杂并且主汽阀的阀杆容易弯曲，从而导致主汽阀关闭阻力变大。

此外，从图1B中可以看出，在高压主汽门开关过程中，杠杆32与活塞杆31和导杆15的连接处的运动均可以看作为圆弧运动，这种圆弧运动必然造成阀杆21与活塞杆31受到较大的侧向力，从而增加了高压主汽门关闭的阻力。

以上情况都将产生主汽阀关闭时间过长的问题，而且由于阀杆弯曲以及存在侧向力，在主汽门开关过程中容易使导杆、杠杆和活塞杆之间产生干涉，导致活塞缸漏油等，给汽轮机机组的安全可靠运行带来严重威胁。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽机轮的高压主汽门装置，该汽机轮的高压主汽门装置在紧急停机时可以减小高压主汽门的关闭时间。

为了实现上述目的，本发明提供一种汽轮机的高压主汽门装置，该高压主汽门装置包括主汽阀和弹簧机构，其中，所述弹簧机构包括：固定在所述主汽阀上的壳体，该壳体的一端设置有端盖；弹簧座，该弹簧座沿轴向可移动地安装在壳体内；弹簧，该弹簧的两端分别安装在端盖和弹簧座上，并且分别对端盖和弹簧座施加弹性力；导杆，该导杆在壳体内与主汽阀的阀杆连接；在壳体内固定有导筒，弹簧套设在该导筒上，导杆能够在所述导筒的中空腔室中移动，并且当主汽阀开启时，弹簧座支撑在导筒上。

优选地，所述导筒具有锥形部，该锥形部的外周面朝向所述弹簧座缩小；所述弹簧座具有容纳开口，该容纳开口的内周面能够与所述锥形部的外周面相配合。

进一步地，在所述壳体中安装有连接头，该连接头的一端通过销与所述导杆连接，另一端与所述阀杆连接。

优选地，在所述连接头和所述弹簧座之间固定安装有连接件。

优选地，所述壳体包括第一容纳室和第二容纳室，所述第一容纳室的内周面大于所述第二容纳室的内周面，所述弹簧座安装在所述第一容纳室中，所述连接头安装在所述第二容纳室中。

进一步地，所述高压主汽门装置包括活塞缸，所述端盖具有开口，所述活塞缸的活塞杆穿过所述开口后与所述导杆连接。

优选地，所述弹簧包括内弹簧和外弹簧，所述内弹簧位于所述导筒的外周面上，所述外弹簧位于所述内弹簧的外侧。

优选地，所述弹簧的预紧力为7×10⁴~7.5×10⁴N。

优选地，用于关闭所述主汽阀的关闭动力为1.58×10⁵~1.62×10⁵N。

本发明通过使用导筒来承受弹簧座和弹簧的重力，以减小了阀杆所承受的重力。此外，本发明中通过将活塞缸和主汽阀设置在同一水平面上，使活塞杆直接与导杆连接，并通过在导杆上直接施加作用力以驱动主汽阀的阀杆移动，从而减小了阀杆受到的侧向力。因此，本发明减小了阀杆弯曲的可能性，进而减小了主汽阀的关闭阻力，避免了主汽阀关闭时间过长的问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1A和图1B是现有技术的汽轮机的高压主汽门装置的结构示意图；

图2是本发明的汽轮机的高压主汽门装置的结构的剖视图；

图3是图2中弹簧机构的放大示意图；

图4是图3中弹簧机构沿A-A线的剖视示意图；

图5是图2中壳体的结构示意图；

图6是图2中导筒的局部结构的放大示意图。

附图标记说明

10弹簧机构                11壳体

11a第一容纳室             11b第二容纳室

12端盖                    12a开口

13弹簧座                  13a容纳开口

14弹簧                    14a内弹簧

14b外弹簧                 15导杆

16导筒                    16a中空腔室

16b锥形部                 17连接头

18连接件                  19销

20主汽阀                  21阀杆

30活塞缸                  31活塞杆

32杠杆

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”通常是指相对于弹簧机构的壳体的中心线而言，相对靠近壳体的中心线的为“内”，相对远离壳体的中心线的为“外”。

如前所述，现有的主汽门装置在紧急停机时，常常出现关闭时间过长的问题。经检查、验证等发现，主汽阀关闭时间过长的主要原因是主汽阀20的阀杆21长期承受杠杆32、弹簧14以及导杆15的重力作用，从而造成阀杆21的弯矩非常大。尤其是在汽轮机运行时，由于蒸汽的进入，使得阀杆21在热态下的弯曲速度增加，导致阀杆21的弹性弯曲增大。因此，在上述情况下阀杆21的弯曲都将导致主汽阀的关闭阻力增加以及关闭时间增加。如果主汽阀20没有及时关闭，使得蒸汽进入汽轮机中，将可能损坏汽轮机组，影响汽轮机组的安全可靠性。

参见图2，为了解决上述问题，本发明的汽轮机的高压主汽门装置包括主汽阀20和弹簧机构10。其中，主汽阀20与现有技术中主汽阀20的结构和工作原理等相同，因此不再赘述。

与现有技术不同是弹簧机构10的结构，其主要包括壳体11、端盖12、弹簧座13、弹簧14和导杆15。其中，壳体11固定在主汽阀20上，所述端盖12设置在壳体11的一端。此外，弹簧座13沿轴向可移动地安装在壳体11内，弹簧14的两端分别安装在端盖12和弹簧座13上，并且分别对端盖12和弹簧座13施加弹性力。在本发明中，弹簧14压缩在端盖12和弹簧座13之间。导杆15在壳体11内与主汽阀20的阀杆21连接。

为减轻阀杆21所承受的重力，本发明在壳体11内固定有导筒16，并且将弹簧14套设在导筒16上，同时导筒16包括中空腔室16a，导杆15能够在该中空腔室16a中移动。在本发明的实施方式中，导筒16可通过多种方式（如螺纹连接等）固定在端盖12上，也可以与端盖12一体形成等，本发明对此不进行限定。

如本领域技术人员所公知的，汽轮机通常处于运行状态，即主汽阀20长期处于开启状态。根据上述结构，当主汽阀20处于开启状态时，弹簧座13支撑在导筒16上。此时，由于导筒16承受弹簧座13和弹簧14的重力，因而阀杆21不再长时间地承受弹簧14和弹簧座13的重力，从而减少了阀杆21弯曲的可能性。

参见图3、图4和图6，本发明中导筒16具有锥形部16b，该锥形部16b的外周面朝向弹簧座13缩小；同时弹簧座13具有容纳开口13a，该容纳开口13a的内周面能够与锥形部16b的外周面相配合。

当主汽阀20从关闭状态转为开启状态时，导杆15拉动阀杆21在壳体11中移动，同时带动弹簧座13移动，并相应地压缩弹簧14。由于导筒16固定不动，在弹簧座13移动一段距离后通过导筒16的锥形部16b与弹簧座13的开口13a相配合，从而使弹簧座13支撑在导筒16上。通过设置锥形部16b和与之相配合弹簧座13的内周面，可以使弹簧座13在朝向导筒16移动时更为容易地支撑在导筒16上。

由图可以看出，导筒16和弹簧座13支撑弹簧14的部分应当具有相同的外径，以适应弹簧14的内径。因此，导筒16设置成阶梯轴状，锥形部16b位于导筒16外周面较小的位置，以与弹簧座13的内周面配合，并且可以避让弹簧座13突出的部分。

在实际应用中，导杆15可以通过多种方式与阀杆21连接。本发明的实施方式中，在壳体11中安装有连接头17，该连接头17的一端通过销19与导杆15连接，另一端与阀杆21连接，从而将导杆15和阀杆21连接在一起。

可以理解，将连接头17与导杆15通过销19连接，在安装时，可以转动销19，从而调节导杆15和阀杆21，使导杆15和阀杆21处于与销19垂直的同一平面上，从而消除了销19在垂直平面内的侧向力。

由图3和图4可以看出，在连接头17和弹簧座13之间固定安装有连接件18。在关闭主汽阀20时，导杆15通过连接头17将作用力施加在阀杆21上，以减小主汽阀20的关闭阻力。在开启主汽阀20时，导杆15需要通过安装在连接头17和弹簧座13之间的连接件18将作用力施加在弹簧座13上，从而压缩弹簧14，并且使弹簧座13支撑在导筒16上。其中连接件18也应当可以具有多种结构形式，例如在本发明中，连接件18呈中空的圆柱形，但是不限于中空的圆柱形。

优选地，如图3、图4和图5所示，壳体11包括第一容纳室11a和第二容纳室11b，第一容纳室11a的内周面大于第二容纳室11b的内周面，并且将弹簧座13安装在第一容纳室11a中，将连接头17安装在第二容纳室11b中。由于第一容纳室11a的内周面大于第二容纳室11b的内周面，因此在主汽阀关闭时，弹簧座13由于弹簧14的弹性力可以紧靠在壳体11的第一容纳室11a的壁部（未标示）上，以限制弹簧座13移动。在此基础上，将连接头17安装在第二容纳室11b中，并通过连接件18与弹簧座13固定连接。

另外，高压主汽门装置包括活塞缸30，并且端盖12具有开口12a，活塞缸30的活塞杆31穿过开口12a后与导杆15连接。由于活塞缸30的结构（如图1B所示）为本领域所公知的，为简化视图，在图2中仅显示了活塞缸30的活塞杆31，而且活塞缸30的工作原理等也与现有技术相同，在此不再详细描述。

在现有技术中，活塞杆31与导杆15处于平行的位置，并且通过杠杆32驱动导杆15移动。如前所述，将活塞杆31与导杆15布置成这种连接结构容易产生阀杆21弯曲、侧向力等问题。通过将活塞缸30的活塞杆31与导杆15直接连接，可以进一步解决阀杆21弯曲的问题同时相应地减小侧向力。

优选地，如图所示，弹簧14包括内弹簧14a和外弹簧14b，其中内弹簧14a位于导筒16的外周面上，外弹簧14b则位于内弹簧14a的外侧。可以理解，为保证足够的弹性力，如果仅设置一个弹簧，该弹簧将具有较大的尺寸，相应地具有较大的刚度。在这种情况下，不易压缩弹簧。因此将弹簧14设置为内弹簧14a和外弹簧14b的形式，既可以保证足够的弹性力，而且各自具有相对较小的刚度，以便于压缩内弹簧14a和外弹簧14b。

此外，为解决主汽阀关闭时间过长的问题，可以通过增加弹簧14的预紧力，以提高高压主汽门装置的关闭动力。优选地，本发明中弹簧14的预紧力为7×10⁴~7.5×10⁴N。

优选地，为解决主汽阀关闭时间过长的问题，还可以直接增加高压主汽门装置的关闭动力。本发明中用于关闭主汽阀20的关闭动力为1.58×10⁵~1.62×10⁵N。

通过使用本发明的汽轮机的高压主汽门装置，在汽轮机需要紧急停机时，可以尽可能地缩短高压主汽门装置的关闭时间，提高汽轮机安全运行的可靠性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种汽轮机的高压主汽门装置，包括主汽阀(20)和弹簧机构(10)，其特征在于，该弹簧机构(10)包括：

固定在所述主汽阀(20)上的壳体(11)，该壳体(11)的一端设置有端盖(12)；

弹簧座(13)，该弹簧座(13)沿轴向可移动地安装在壳体(11)内；

弹簧(14)，该弹簧(14)的两端分别安装在端盖(12)和弹簧座(13)上，并且分别对端盖(12)和弹簧座(13)施加弹性力；

导杆(15)，该导杆(15)在壳体(11)内与主汽阀(20)的阀杆(21)连接；

其中，在壳体(11)内固定有导筒(16)，弹簧(14)套设在该导筒(16)上，导杆(15)能够在所述导筒(16)的中空腔室(16a)中移动，并且当主汽阀(20)开启时，弹簧座(13)支撑在导筒(16)上；

所述弹簧(14)的预紧力为7×10⁴～7.5×10⁴N。

2.根据权利要求1所述的汽轮机的高压主汽门装置，其特征在于，所述导筒(16)具有锥形部(16b)，该锥形部(16b)的外周面朝向所述弹簧座(13)缩小；所述弹簧座(13)具有容纳开口(13a)，该容纳开口(13a)的内周面能够与所述锥形部(16b)的外周面相配合。

3.根据权利要求1所述的汽轮机的高压主汽门装置，其特征在于，在所述壳体(11)中安装有连接头(17)，该连接头(17)的一端通过销(19)与所述导杆(15)连接，另一端与所述阀杆(21)连接。

4.根据权利要求3所述的汽轮机的高压主汽门装置，其特征在于，在所述连接头(17)和所述弹簧座(13)之间固定安装有连接件(18)。

5.根据权利要求3所述的汽轮机的高压主汽门装置，其特征在于，所述壳体(11)包括第一容纳室(11a)和第二容纳室(11b)，所述第一容纳室(11a)的内周面大于所述第二容纳室(11b)的内周面，所述弹簧座(13)安装在所述第一容纳室(11a)中，所述连接头(17)安装在所述第二容纳室(11b)中。

6.根据权利要求1所述的汽轮机的高压主汽门装置，其特征在于，所述高压主汽门装置包括活塞缸(30)，所述端盖(12)具有开口(12a)，所述活塞缸(30)的活塞杆(31)穿过所述开口(12a)后与所述导杆(15)连接。

7.根据权利要求1所述的汽轮机的高压主汽门装置，其特征在于，所述弹簧(14)包括内弹簧(14a)和外弹簧(14b)，所述内弹簧(14a)位于所述导筒(16)的外周面上，所述外弹簧(14b)位于所述内弹簧(14a)的外侧。

8.根据权利要求1或7所述的汽轮机的高压主汽门装置，其特征在于，用于关闭所述主汽阀(20)的关闭动力为1.58×10⁵～1.62×10⁵N。