CN104864173B - 限定平衡室的阀托架元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种阀的托架元件。该托架元件相对阀的阀座可移动，并且包括：平衡室壁，其与中心体限定平衡室，该中心体相对阀座局部地固定；上头部；平衡室保持器，其具有与上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及紧固元件，其布置为将平衡室保持器紧固至上头部。平衡室保持器布置在中心体和平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从平衡室壁传递至紧固元件。

Description

限定平衡室的阀托架元件
技术领域
在本文中公开的主题涉及由阀的托架(poppet)元件限定的平衡室，并且更特定地，涉及由高温阀的托架元件限定的平衡室。
背景技术
蒸汽涡轮控制和停止阀通常采用平衡室。在阀打开情况下，平衡室内的蒸汽通过均压阀或托架阀排出，使得平衡室内的压力降低，并且需要更少的液压力来打开阀。
为了确保平衡室内的压力降低，通常尽可能减小在阀盘和平衡室的壁之间的间隙，其中，使用密封环来提供高质量的密封特性。但是，由于为了确保阀无干扰地打开和闭合而需要维持一些预定量的间隙，因而间隙缩小被限制。
在某些应用中，平衡室可经由螺钉固定至上头部，并且在一些情况下，平衡室材料不同于上头部材料。不同材料具有相应不同的热膨胀系数(CTE)，且因此，在产生热时(即，当蒸汽涡轮启动时)，上头部和平衡室以不同的速率膨胀。在稳定状态下，由于CTE的不同，在螺钉上产生弯曲应力，并且该弯曲应力经由剪切应力传递至上头部。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种阀的托架元件。托架元件相对阀的阀座可移动，并且包括：平衡室壁，其与中心体限定平衡室，该中心体相对阀座局部地固定；上头部；平衡室保持器，其具有与上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及紧固元件，其布置为将平衡室保持器紧固至上头部。平衡室保持器布置在中心体和平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从平衡室壁传递至紧固元件。
根据本发明的另一方面，提供一种功率设备阀，其包括相对阀座可移动的托架元件。该托架元件包括：平衡室壁，其与中心体限定平衡室，该中心体相对阀座局部地固定；上头部；平衡室保持器，其具有与上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及紧固元件，其布置为将平衡室保持器紧固至上头部。平衡室保持器布置在中心体和平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从平衡室壁传递至紧固元件。
根据本发明的又一方面，提供一种功率设备。功率设备包括锅炉元件、蒸汽涡轮、管道、以及沿着管道布置的阀，管道布置为从锅炉元件且朝向蒸汽涡轮传输蒸汽。阀包括阀座和托架元件，其相对阀座可移动来打开或闭合阀。托架元件包括：平衡室壁，其与中心体限定平衡室，该中心体相对阀座局部地固定；上头部；平衡室保持器，其具有与上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及紧固元件，其布置为将平衡室保持器紧固至上头部。平衡室保持器布置在中心体和平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从平衡室壁传递至紧固元件。
本发明的第一技术方案为一种阀的托架元件，其能够相对阀的阀座移动，并且包括：平衡室壁，其与中心体限定平衡室，中心体相对阀座局部地固定；上头部；平衡室保持器，其具有与上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及紧固元件，其布置为将平衡室保持器紧固至上头部，平衡室保持器布置在中心体和平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从平衡室壁传递至紧固元件。
本发明的第二技术方案为，在本发明的第一技术方案中，平衡室保持器包括锻造铬12材料。
本发明的第三技术方案为，在本发明的第一技术方案中，在上头部和平衡室保持器之间提供间隙。
本发明的第四技术方案为，在本发明的第一技术方案中，平衡室壁包括外凸缘，并且平衡室保持器包括下部，在变化的操作条件期间，下部邻接并干涉外凸缘。
本发明的第五技术方案为，在本发明的第一技术方案中，平衡室壁包括外凸缘，并且平衡室保持器包括下部，下部不论其热膨胀或收缩均邻接并干涉外凸缘。
本发明的第六技术方案为一种功率设备阀，包括能够相对阀座移动的托架元件，托架元件包括：平衡室壁，其与中心体限定平衡室，中心体相对阀座局部地固定；上头部；平衡室保持器，其具有与上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及紧固元件，其布置为将平衡室保持器紧固至上头部，平衡室保持器布置在中心体和平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从平衡室壁传递至紧固元件。
本发明的第七技术方案为，在本发明的第六技术方案中，平衡室保持器包括锻造铬12材料。
本发明的第八技术方案为，在本发明的第六技术方案中，在上头部和平衡室保持器之间提供间隙。
本发明的第九技术方案为，在本发明的第六技术方案中，平衡室壁包括外凸缘，并且平衡室保持器包括下部，在变化的操作条件期间，下部邻接并干涉外凸缘。
本发明的第十技术方案为，在本发明的第六技术方案中，平衡室壁包括外凸缘，并且平衡室保持器包括下部，下部不论其热膨胀或收缩均邻接并干涉外凸缘。
本发明的第十一技术方案为一种功率设备，包括锅炉元件、蒸汽涡轮、管道、以及沿着管道布置的阀，管道布置为从锅炉元件且朝向蒸汽涡轮传输蒸汽，阀包括：阀座；以及托架元件，其能够相对阀座移动来打开或闭合阀。托架元件包括：平衡室壁，其与中心体限定平衡室，中心体相对阀座局部地固定；上头部；平衡室保持器，其具有与上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及紧固元件，其布置为将平衡室保持器紧固至上头部。平衡室保持器布置在中心体和平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从平衡室壁传递至紧固元件。
本发明的第十二技术方案为，在本发明的第十一技术方案中，管道包括IP或HP管道。
本发明的第十三技术方案为，在本发明的第十一技术方案中，管道布置为朝向蒸汽涡轮的IP或HP区段传输蒸汽。
本发明的第十四技术方案为，在本发明的第十一技术方案中，阀包括再加热阀。
本发明的第十五技术方案为，在本发明的第十一技术方案中，平衡室保持器包括锻造铬12材料。
本发明的第十六技术方案为，在本发明的第十一技术方案中，在上头部和平衡室保持器之间提供间隙。
本发明的第十七技术方案为，在本发明的第十一技术方案中，平衡室壁包括外凸缘，并且平衡室保持器包括下部，在变化的操作条件期间，下部邻接并干涉外凸缘。
本发明的第十八技术方案为，在本发明的第十一技术方案中，平衡室壁包括外凸缘，并且平衡室保持器包括下部，下部不论其热膨胀或收缩均邻接并干涉外凸缘。
从结合附图的下列描述中，这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书的结尾处的权利要求中被特别地指出且清楚地主张权利。本发明的前述和其他的特征和优点从结合附图进行的下列详细描述中是显而易见的，其中：
图1是蒸汽涡轮的一部分的示意图；以及
图2是根据实施例的用于与图1的蒸汽涡轮一起使用的平衡室的侧视示意图。
详细的描述参照附图以示例方式说明本发明的实施例以及优点和特征。
附图标记：
10 平衡室
20 功率设备
21 锅炉元件
210 HP区段
211 IP区段
212 LP区段
22 内部
23 HP管道
24 IP管道
25 LP管道
26 蒸汽涡轮
30 组合阀
31 入口管
32 出口管
33 阀组件
34 阀座
35 中心体
351 可移动构件
352 主构件
353 管状构件
354 内凸缘
36 托架元件
361 上头部
362 平衡室壁
363 阀盘
364 平衡室保持器
365 外凸缘
366 轴向突起
37 环形空间(annulus)
38 紧固构件
39 密封元件
40 轴向面对表面
41 径向面对表面
42 轴向面对表面
43 径向面对表面
50 紧固元件
60 下部
600 内轴向面对表面
601 外轴向面对表面
61 上部
610 内径向面对表面
611 外径向面对表面。
具体实施方式
虽然平衡室螺钉可遭受可经由剪切应力传递至上头部的弯曲应力，但在蒸汽涡轮的平衡室中，在某些情况下，弯曲应力可处于可接受的参数内。但是，当蒸汽涡轮设计为用于在高温状况(例如，在1150°F下)内的操作时，弯曲应力可超出可接受的参数达某一程度，使得材料升级不足以阻止由在上头部和平衡室的各自热膨胀系数(CTE)之间的不同导致的损害，该不同可由通过设计需要、可制造性以及成本驱动的用于上头部和平衡室的不同材料的使用而引起。
因此，参照图1和图2，提供平衡室10以在功率设备20中或在另一相似应用中使用。如图1所示，功率设备20包括形成为限定内部22的锅炉元件21，加热的流体被引导入内部22。该加热的流体可包括例如燃气涡轮排气，其中，锅炉元件21提供为布置在燃气涡轮发动机的涡轮区段的下游的热回收蒸气发生器。
功率设备20还包括：高压(HP)管道26，其布置在锅炉元件21的HP区段210中；中压(IP)管道24，其布置在锅炉元件21的IP区段211中；以及低压(LP)管道25，其布置在锅炉元件21的LP区段212中。HP管道23、IP管道24以及LP管道25延伸穿过内部22并承载流体，该流体由加热的流体加热来产生蒸汽。该蒸汽然后通过HP管道23、IP管道24以及LP管道25向蒸汽涡轮26传输，在此蒸汽的热能转换成机械能，该机械能可用来产生功率或电流。
平衡室10可提供作为组合阀30的部件，该组合阀30可操作地布置在IP管道24和蒸汽涡轮26之间。根据实施例，还可将与组合阀30(公知为主停止和控制阀)相似的阀可操作地布置在HP管道23和蒸汽涡轮26之间。
如图2中所示，组合阀30包括：入口管31，其可流体地联接至HP管道23或IP管道24；出口管32，其可流体地联接至蒸汽涡轮26的HP或IP区段；以及阀组件33，其介于入口管31和出口管32之间。阀组件33包括阀座34、中心体35以及托架元件36，该托架元件36沿着中心体35相对于阀座34可移动来占据且在第一和第二位置之间移动。在第一位置，托架元件36从阀座34移置，并且允许流体流从入口管31行进至出口管32。在第二位置，托架元件36接触阀座34，并且阻止从入口管31向出口管32的流体流。
中心体35包括主构件352，其可称作上头部套管，并且其相对阀座34和可称为阀杆的可移动构件351固定在适当位置，并且其可与托架元件36一起移动，使得中心体35作为整体而相对阀座34局部地固定。主构件352包括管状构件353和从管状构件353径向向外延伸的内凸缘354。托架元件36包括上头部361、平衡室壁362、阀盘363以及平衡室保持器364。平衡室壁362可为围绕中心体35布置以限定平衡室10内的环形空间37的环形构件。阀盘363的上部具有通过紧固构件38和密封元件39与平衡室壁362配合的间隙。提供该间隙，使得可在平衡室壁362内相对顺利地将阀盘363移动为打开或关闭。阀盘363的下部成形为在托架元件36占据第二位置时与阀座34对准。
平衡室壁362的上部包括外凸缘365，其从平衡室壁362径向向内延伸。根据实施例，内凸缘354包括轴向面对表面40和径向面对表面41，而外凸缘365包括轴向面对表面42和径向面对表面43。轴向面对表面40和42可为基本共面，而径向面对表面41和43可基本彼此平行。外凸缘365还可包括轴向突起366，其轴向地突出超出平衡室壁362的轴向面的平面。内凸缘354可轴向地延伸超出轴向突起366。
平衡室保持器354由紧固元件50固连至上头部361，并且包括下部60和上部61。下部60和上部61可彼此一体地形成，或者根据备选实施例，可形成为由紧固元件50紧固在一起的分离部分。紧固元件50可扭紧至设计的预应力并包括带螺纹螺钉和头部部分，其延伸穿过平衡室保持器364以与设在上头部361中或上的螺纹对准。头部部分干涉平衡室保持器364的下表面，使得紧固元件50围绕其纵向轴线的旋转将头部部分和平衡室保持器364在拧紧方向上朝上头部361牵引。根据实施例，间隙C将设于上头部361的下表面与上部61的上表面之间。
紧固元件50可提供为多个紧固元件50，并且可围绕中心体35以环状阵列来排列。
下部60包括内轴向面对表面600和外轴向面对表面601，并且上部61包括内径向面对表面610和外径向面对表面611。平衡室保持器364是一次性的，使得下部60布置在平衡室壁362和管状构件353的相应部分之间，并使得上部61布置在外凸缘365和内凸缘354的相应部分之间。在该位置，内轴向面对表面600可邻接并干涉内凸缘354的轴向面对表面40，并且外轴向面对表面601可邻接并干涉外凸缘365的轴向面对表面42。相似地，内径向面对表面610可邻接并与内凸缘354的径向面对表面41对准，并且外径向面对表面611可邻接并与外凸缘365的径向面对表面43对准。
根据实施例，平衡室保持器364可由具有与上头部361材料的CTE相似或配合的CTE的材料制成。作为示例，平衡室保持器364可由锻造铬12材料形成。
通过上面描述的构造，紧固元件50延伸穿过上头部361和平衡室保持器364，并且上头部361和平衡室保持器364具有相似的CTE，使得上头部361和平衡室保持器364在相似速率下热膨胀和收缩。因此，紧固元件50上的弯曲应力可被限制或降低，而上头部361上的剪切应力也可相似地被限制或降低。此外，通过设在上头部361的下表面与上部61的上表面之间的间隙C，在变化的操作条件期间，不存在或基本受限的接触压力存在于上头部361和平衡室保持器364之间。这确保了，由于紧固元件50中的扭矩，在外凸缘365和上头部361之间存在高接触应力，且由此提供在平衡室10和上头部361之间的蒸汽泄漏的防止，并由此提供在平衡室10和上头部361之间的蒸汽泄漏的防止。
此外，平衡室保持器364的下部60设有空间以在例如启动和停机操作期间热膨胀和收缩。即，在启动和停机操作或其它变化的操作条件期间，平衡室保持器364的下部60可径向向外膨胀或径向向内收缩，但在任一情况下，内轴向面对表面600继续邻接和干涉内凸缘354的轴向面对表面40，而外轴向面对表面601继续邻接和干涉外凸缘365的轴向面对表面42。因而，平衡室保持器364的部分的热膨胀和收缩可进行，而没有热负载传递到紧固元件50或上头部361上。
虽然已结合仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但应容易理解，本发明不限于此类公开的实施例。而是，本发明可被修改以并入至今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、替换或等同配置。此外，虽然已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的方面可仅包括已描述实施例中的一些。因此，本发明不被看作由前述描述所限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (18)

1.一种阀的托架元件，其能够相对所述阀的阀座移动，并且包括：
平衡室壁，其与中心体限定平衡室，所述中心体相对所述阀座局部地固定；
上头部；
平衡室保持器，其具有与所述上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及
紧固元件，其布置为将所述平衡室保持器紧固至所述上头部，
所述平衡室保持器布置在所述中心体和所述平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从所述平衡室壁传递至所述紧固元件。
2.根据权利要求1所述的托架元件，其特征在于，所述平衡室保持器包括锻造铬12材料。
3.根据权利要求1所述的托架元件，其特征在于，在所述上头部和所述平衡室保持器之间提供间隙。
4.根据权利要求1所述的托架元件，其特征在于，所述平衡室壁包括外凸缘，并且所述平衡室保持器包括下部，在变化的操作条件期间，所述下部邻接并干涉所述外凸缘。
5.根据权利要求1所述的托架元件，其特征在于，所述平衡室壁包括外凸缘，并且所述平衡室保持器包括下部，所述下部不论其热膨胀或收缩均邻接并干涉所述外凸缘。
6.一种功率设备阀，包括能够相对阀座移动的托架元件，所述托架元件包括：
平衡室壁，其与中心体限定平衡室，所述中心体相对所述阀座局部地固定；
上头部；
平衡室保持器，其具有与所述上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及
紧固元件，其布置为将所述平衡室保持器紧固至所述上头部，
所述平衡室保持器布置在所述中心体和所述平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从所述平衡室壁传递至所述紧固元件。
7.根据权利要求6所述的功率设备阀，其特征在于，所述平衡室保持器包括锻造铬12材料。
8.根据权利要求6所述的功率设备阀，其特征在于，在所述上头部和所述平衡室保持器之间提供间隙。
9.根据权利要求6所述的功率设备阀，其特征在于，所述平衡室壁包括外凸缘，并且所述平衡室保持器包括下部，在变化的操作条件期间，所述下部邻接并干涉所述外凸缘。
10.根据权利要求6所述的功率设备阀，其特征在于，所述平衡室壁包括外凸缘，并且所述平衡室保持器包括下部，所述下部不论其热膨胀或收缩均邻接并干涉所述外凸缘。
11. 一种功率设备，包括锅炉元件、蒸汽涡轮、管道、以及沿着所述管道布置的阀，所述管道布置为从所述锅炉元件且朝向所述蒸汽涡轮传输蒸汽，所述阀包括：
阀座；以及
托架元件，其能够相对所述阀座移动来打开或闭合所述阀，所述托架元件包括：
平衡室壁，其与中心体限定平衡室，所述中心体相对所述阀座局部地固定；
上头部；
平衡室保持器，其具有与所述上头部的热膨胀系数相配合的热膨胀系数(CTE)；以及
紧固元件，其布置为将所述平衡室保持器紧固至所述上头部，
所述平衡室保持器布置在所述中心体和所述平衡室壁之间，并且构造为阻止热负载从所述平衡室壁传递至所述紧固元件。
12.根据权利要求11所述的功率设备，其特征在于，所述管道包括IP或HP管道。
13.根据权利要求11所述的功率设备，其特征在于，所述管道布置为朝向所述蒸汽涡轮的IP或HP区段传输蒸汽。
14.根据权利要求11所述的功率设备，其特征在于，所述阀包括再加热阀。
15.根据权利要求11所述的功率设备，其特征在于，所述平衡室保持器包括锻造铬12材料。
16.根据权利要求11所述的功率设备，其特征在于，在所述上头部和所述平衡室保持器之间提供间隙。
17.根据权利要求11所述的功率设备，其特征在于，所述平衡室壁包括外凸缘，并且所述平衡室保持器包括下部，在变化的操作条件期间，所述下部邻接并干涉所述外凸缘。
18.根据权利要求11所述的功率设备，其特征在于，所述平衡室壁包括外凸缘，并且所述平衡室保持器包括下部，所述下部不论其热膨胀或收缩均邻接并干涉所述外凸缘。
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