CN105370331A - 蒸汽阀门装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于蒸汽循环过程的蒸汽阀门装置，包括：蒸汽入口、蒸汽出口、旁路蒸汽出口、第一阀体和第一阀座、第二阀体和第二阀座。第一阀体和第一阀座共同限定在蒸汽入口和蒸汽出口之间的第一蒸汽连接的第一流动横截面，在第一阀体上连接有第一调节驱动装置，借助于该装置通过改变第一阀体相对于第一阀座的位置能够改变第一流动横截面；第二阀体和第二阀座共同限定在蒸汽入口和旁路蒸汽出口之间的第二蒸汽连接的第二流动横截面，在第二阀体上连接有第二调节驱动装置，借助于该调节驱动装置通过改变第二阀体相对于第二阀座的位置能够改变第二横截面。蒸汽出口和旁路蒸汽出口共同与蒸汽入口形成一个共同的阀门模块，其也形成第一和第二蒸汽连接。

Description

蒸汽阀门装置

技术领域

本发明涉及一种蒸汽阀门装置，尤其涉及用于蒸汽循环过程的蒸汽阀门装置。

背景技术

蒸汽循环过程，如其在根据实施例的本发明中所涉及的那样具有工作介质循环(蒸汽循环)，在该循环中设置有用于使工作介质蒸发的蒸发器，接下来是膨胀器，在该膨胀器中，蒸汽态的工作介质膨胀以在完成机械做功，接下来是冷凝器，在该冷凝器中，工作介质被冷凝，通常接下来是用于工作介质的储备容器并且接下来是供给泵，其将工作介质泵回到蒸发器中。为了实现能将蒸汽以确定的工作状态部分或者全部地流过也成为蒸汽发动机的膨胀器，而经常设置有用于膨胀器的旁路。为了控制有多少蒸汽穿过膨胀器流动并且有多少蒸汽穿过旁路流动，通常设置有能够彼此单独地操作的蒸汽阀门，也就是在用于膨胀器的工作介质的流动路径中的第一阀门和用于旁路的工作介质的流动路径中的第二阀门。可替换的是，可以使用所谓的三位两通阀，其具有调节驱动装置，该调节驱动装置使得阀体相对于一个或者多个阀座移动，从而确定有多少蒸汽向膨胀器流动并且有多少蒸汽穿过旁路流动。

已知的设计方案的缺点在于，必须使用具有相应的调节驱动装置的彼此分开地设置的蒸汽阀门，从而提供用于蒸汽循环过程的所有运行状态的期望的控制。相反，在设置三位两通阀时仅仅存在一个驱动调节装置，由此限制了可控性。

以下文件为现有技术：

US4403476A

US3958600A

US1355365A

这些文件描述了用于燃气涡轮机或者蒸汽泵的阀门。

发明内容

本发明的目的在于提出一种尤其是之前描述的类型的用于蒸汽循环过程的蒸汽阀门装置，其相对于现有技术进行了改进并且避免了所述的缺点。

根据本发明的目的通过具有权利要求1的特征的蒸汽阀门装置实现。在从属权利要求中给出了本发明的优选的和特别有利的设计方案。

用于蒸汽循环过程的根据本发明的蒸汽阀门装置具有蒸汽入口、蒸汽出口和旁路蒸汽出口。此外，设置有第一阀体和第一阀座，二者共同限定在蒸汽入口和蒸汽出口之间的第一蒸汽连接的第一流动横截面，在第一阀体上连接有第一调节驱动装置，借助于第一调节驱动装置通过改变第一阀体相对于第一阀座的位置能够改变第一流动横截面。

此外，设置有第二阀体和第二阀座，二者共同限定在蒸汽入口和旁路蒸汽出口之间的第二蒸汽连接的第二流动横截面，在第二阀体上连接有第二调节驱动装置，借助于第二调节驱动装置通过改变第二阀体相对于第二阀座的位置能够改变第二流动横截面。根据优选的实施例，在蒸汽阀门装置中仅仅设置有两个所述的阀体和两个所述的阀座，这就是说没有另外的阀体和另外的阀座和/或刚好设置有两个调节驱动装置。

根据本发明，现在蒸汽出口和旁路蒸汽出口共同与蒸汽入口形成一个共同的阀门模块，其也形成第一和第二蒸汽连接。

该共同的阀门模块优选设计为一体的。该阀门模块例如由金属制成。

当共同的阀门模块也形成第一阀座和第二阀座时，如根据优选的实施例所提出的那样，那么当阀体也由金属制成或者涂覆由金属时，在蒸汽阀门装置中就可以设计出金属密封。这样的金属密封的蒸汽阀门装置适合于特别高的压力和/或特别高的温度，例如适合于超过50巴的压力和超过400℃的温度，尤其适合于超过60巴(bar)的压力和超过500℃的温度或者更多。

根据本发明的一个优选的设计方案，在共同的阀门模块上连接有，尤其是螺纹连接有第一阀门壳体，该第一阀门壳体承载第一调节驱动装置，并且此外还连接有，尤其是螺纹连接有第二阀门壳体，该第二阀门壳体承载第二调节驱动装置。每个调节驱动装置都具有阀杆，该阀杆承载或形成相应的阀体，并且阀杆可移动地、尤其是可推移地安装在相应的阀门壳体中。阀门壳体例如至少在面对阀门模块的轴向部段中具有套筒的形状，其包围阀杆。该套筒能够例如具有法兰，尤其是径向法兰，该套筒通过法兰旋拧在共同的阀门。套筒除了容纳阀杆之外还能够容纳一个或者多个弹簧和尤其是一个或者多个密封件，从而使阀杆相对于阀门壳体密封，或者使得阀体或者密封件被弹性地预加偏压。

根据一个设计方案，阀杆在其远离阀门模块的端部上承载由活塞，其为了液压地或者气动地进行推移而能够被加载力，从而在该端部形成用于对阀体进行调节的气动或者液压的致动器。在此也可以适用于一个或者多个弹性的弹簧件，以施加偏压，其中优选这样地对两个调节驱动装置或者阀体中的一个施加偏压，即其在致动器的未激活的状态中密封地抵靠在对应的发作上，相反，另外的阀体在其致动器的未激活状态中从阀座上抬起。

阀门壳体可以连接在、尤其是旋拧在阀门模块的彼此相对的侧面上。调节驱动装置尤其利用其阀杆彼此齐平地定位。

根据本发明的一个特别紧凑的设计方案，在阀门模块中设置有贯通孔，在贯通孔的第一端部上形成有第一阀座并且在贯通孔的第二端部上形成有第二阀座。优选的是，蒸汽入口能够尤其是通过垂直于贯通孔定位的蒸汽入口通道通常以相对于两个端部的一个间距通入到两个端部之间的贯通孔中。蒸汽入口通道可以例如同样设计成形成在阀门模块中的孔。

在具有这样的贯通孔的设计方案中，贯通孔在其第一端部由第一环形通道环绕，蒸汽出口尤其是通过垂直于贯通孔定位的蒸汽出口通道通入到第一环形通道中，并且贯通孔在其第二端部由第二环形通道环绕，旁路蒸汽出口尤其是通过垂直于贯通孔定位的旁路蒸汽出口通道通入到第一环形通道中。

在本发明的优选的改进方案中，第一阀门壳体连接在阀门模块的贯通孔的第一端部的第一侧上，并且第二阀门壳体连接在阀门模块的贯通孔的第二端部的一侧上。第一阀门壳体在其面对贯通孔的端部上具有第一缺口，阀体在贯通孔的第一端部的方向上为了关闭贯通孔的第一端部而能够或多或少地潜入到第一缺口中，其中，第一缺口在所述阀体从贯通孔的第一端部上抬起时能将贯通孔与第一环形通道连接，从而使工作介质或者蒸汽能够从蒸汽入口通过贯通孔以及其第一端部流动进入到第一环形通道中并从那里向蒸汽出口流动。

在该设计方案中或者可替换的是，第二阀门壳体现在在其面对贯通孔的端部上具有第二缺口，阀体在贯通孔的第二端部的方向上为了关闭贯通孔的第二端部而能够或多或少地潜入到第二缺口中并且第二缺口在阀体从贯通孔的第二端部上抬起时能将贯通孔与第二环形通道连接，从而使工作介质或者蒸汽能够从蒸汽入口通过贯通孔以及其第而端部流动进入到第二环形通道中并进而向旁路蒸汽出口流动。因此，在贯通孔中或者实现了工作介质或者蒸汽在蒸汽出口和旁路蒸汽出口中的分配或者实现了工作介质或者蒸汽向蒸汽出口或者旁路蒸汽出口的绕行。

两个调节驱动装置能够被彼此独立地操作是有利的。

阀门模块可有优选地具有至少一个传感器通道，优选是多个传感器通道。这样的传感器通道或者通入到蒸汽入口中，蒸汽出口中，旁路蒸汽出口中或者蒸汽连接中，为此也考虑为蒸汽出口通道、旁路蒸汽出口通道和蒸汽入口通道，从而例如通过传感器通道能够检测到相应的开口位置处的工作介质或者蒸汽的压力和/或温度。

调节驱动装置在其远离阀门模块的端部上分别优选地具有致动器，其中，阀门壳体优选具有用于降低从阀门模块到相应的致动器中的热传导的热退耦装置。该致动器例如可以设计成具有相应的活塞的气动或者液压的压力气缸或者磁性驱动装置。然而另外的驱动装置也是可以的。

通过本发明能够实现一种特别紧凑的蒸汽阀门装置或者具有这样的紧凑的蒸汽阀门装置的、开头所述类型的蒸汽循环，其中提供了用于在膨胀器的方向上或者穿过旁路在一旁经过膨胀器对蒸汽进行分配或者绕行的控制可能性。为此，该紧凑的设计方案避免了特别是该管路应用在机动车中尤其作为废气热量利用系统使用时冷却循环停机时管路出现冷凝，然而在静态的设备中也要避免管路出现冷凝，如生物气发电装置中，其中可以使用用于使用来自生物气体电机的排气的热量的蒸汽循环。

附图说明

接下来根据实施例和附图来示意性地描述本发明。

图中示出:

图1A、图1B和图1C是根据本发明设计的蒸汽阀门装置的三个视图；

图2是具有相对于蒸汽出口的布置的偏差的图1A、图1B和图1C中的蒸汽阀门装置的截面图；

图3是图1A、图1B和图1C中的蒸汽阀门装置的径向截面图；

图4是具有根据本发明的蒸汽阀门装置的蒸汽循环的实施例。

具体实施方式

图1A、图1B和图1C中示出了根据本发明的蒸汽阀门装置的三个视图，其中，蒸汽阀门装置具有类似于骨骼的长形延伸的形状，其带有在轴向中心的阀门模块1和在两侧连接于其上的阀门壳体2，其中，阀门壳体2连接在阀门模块1的相对的侧面上，在此通过法兰3连接在阀门壳体2的与阀门模块1面对的、具有法兰螺纹套管接头4的轴向端部上。

阀门壳体2在轴向外侧的端部的区域中分别承载一个调节驱动装置5，从而在相对于阀座7来调节在接下来参考图2描述的阀体6并且由此改变在蒸汽入口8和蒸汽出口9与旁路蒸汽出口10中任一之间的用于蒸汽的流动横截面。

在所有示出的实施例中，蒸汽接口-蒸汽入口8，蒸汽出口9和旁路蒸汽出口10-设计穿过垂直地在蒸汽阀门装置或者阀门壳体2和阀门模块1的纵向轴向11上延伸的孔。根据图1A、图1B和图1C，蒸汽入口8，蒸汽出口9和旁路蒸汽出口10在阀门模块1的周向上彼此错开地布置，相反，在根据图2的稍微偏差的设计方案中，蒸汽出口9和旁路蒸汽出口10彼此对角线地相对于蒸汽入口8定位在具有蒸汽入口8的共同的平面中或者至少共同定位在阀门模块1的相同的周向部段中。因为两个调节驱动装置在关闭的状态中(一个“正常开启”而另一个“正常关闭”)设计具有相对的位置，从而在控制失效的情况中将蒸汽入口8与旁路蒸汽出口10连接并且关闭蒸汽出口9，因此两个调节驱动装置5中的一个具有排气口12并且另一个具有压力口13，二者分别布置在外部的轴向端部上。

此外，在阀门模块1中同样设置有设计成孔的、优选垂直于纵向轴线1的传感器通道14，其例如能够检测在阀体模块1的内部的压力或者检测相应的温度。

阀门壳体2此外具有热去耦装置15，在此设计成缝隙的形式，尤其是在阀门壳体2的纵向方向上延伸的缝隙，从而使得调节驱动装置5与阀体模块1热去耦。

在图2中仅仅可以识别出蒸汽阀门装置的“内部情况”，其除了蒸汽接口的位置，精确地说旁路蒸汽出口10的位置之外都相应于图1A、图1B和图1C来设计。调节驱动装置5设计成气动致动器，包括相应的活塞16，其能够以控制空气压力来驱动。一个调节驱动装置5，在此为下部的调节驱动装置5的活塞在其面对阀门模块1的一侧利用在此压力弹簧的形式的弹簧件17来驱动。因此，在压力空气接口13上不存在空气压力时将活塞16压离阀门模块1并进而将形成在阀杆18的面对阀门模块1中的阀座7的端部上的阀体6从阀座7上抬起。在示出的设计方案中，阀体6通过安装在阀杆18上的盘形成。

在上部的调节驱动装置5也就是另一个调节驱动装置5中刚好相反。在此，活塞16通过弹簧件7在远离阀门模块1并进而远离阀座7的一侧上弹性地施加偏压。因此，当调节驱动装置5中的压力腔9中无控制压力也就是控制空气压力时，活塞16与阀杆18和阀体6一同在阀门模块1的方向上推移，从而使阀体6密封地抵靠在阀座7上。

在阀门壳体2中能够纵向轴线11的方向(参见图1A、图1B和图1C)上滑动地安装的阀杆18在示出的实施例中由密封件20包围，该密封件在此也设计成填塞密封并且通过压力弹簧21预加偏压，从而使得阀杆18相对于阀门壳体2密封。

在图2中可以识别出在阀门模块1中在纵向轴线11的方向上指向的贯通孔22，其在示出的实施例中定位在阀门模块1的中央。在贯通孔22的两个轴向端部上设计有两个阀座7。贯通孔22的两个轴向端部分别通过环形通道23包围，该环形通道在阀体6从相应的阀座7上抬起时与贯通孔22流体导通地连接，在此通过在相应的阀门壳体2中的端侧的缺口27，并且在阀体6坐落在阀座7上时压力密封地与贯通孔22分隔。

蒸汽入口8通过垂直于贯通孔22延伸的蒸汽入口通道24通入到贯通孔22中。蒸汽出口9通过垂直于贯通孔22延伸的蒸汽出口通道25通入到两个环形通道23中的第一环形通道中并且旁路蒸汽出口10通过垂直于贯通孔22延伸的旁路蒸汽出口通道26通入到环形通道23的第二环形通道中。

此外，在图2和图3中还可以看到传感器通道14，其同样垂直于贯通孔22延伸，其中在图2和图3中示出的、定位在阀门模块1的蒸汽入口通道8的轴向部段上的传感器通道14设计为用于检测温度的传感器通道14并且两个另外的仅仅在图3中示出的传感器通道14设计为用于检测压力。因此，例如能够通过相应的温度测量点检测蒸汽入口8中的蒸汽的温度，利用第一压力检测点能够检测蒸汽入口8中的压力并且利用另外的压力检测点能够检测蒸汽出口9中的压力。

在图4中示出了根据本发明的一个设计方案的蒸汽循环，其包括：蒸发器28，其再次通过来自内燃机30、例如发电机或者另外的设备的废气留29驱动，用于产生蒸汽。内燃机20例如是燃气发电站，尤其是生物气发电站的燃气发动机。在蒸汽循环的蒸发器28的下游是再次以标号31示出的根据本发明设计的蒸汽阀门装置。该蒸汽阀门装置31将来自蒸发器28的蒸汽或者在膨胀器32的方向上输送或者通过旁路33绕开膨胀器32输送。视调节驱动装置5的位置而定，参见图1A、图1B、图1C和图3，也可以在旁路33和膨胀器32上分配来自蒸发器28的蒸汽。

从旁路33和膨胀器32流出的蒸汽在蒸汽循环的后接的冷凝器34中冷凝。冷凝物被输送给储备容器35，供给泵36又将液态的工作介质从储备容器中泵送至蒸发器28。

如通过虚线示出的那样，供给泵36由膨胀器32驱动，蒸汽膨胀以完成机械做功，然而可替换地或者附加的是也能够通过另外的在此并未示出的驱动装置或者内燃机30驱动。

Claims (12)

1.用于蒸汽循环过程的蒸汽阀门装置

1.1具有蒸汽入口(8)；

1.2具有蒸汽出口(9)；

1.3具有旁路蒸汽出口(10)；

1.4具有第一阀体(6)和第一阀座(7)，二者共同限定在所述蒸汽入口(8)和所述蒸汽出口(9)之间的第一蒸汽连接的第一流动横截面，

其中，在所述第一阀体(6)上连接有第一调节驱动装置(5)，借助于所述第一调节驱动装置通过改变所述第一阀体(6)相对于所述第一阀座(7)的位置能够改变所述第一流动横截面；

1.5具有第二阀体(6)和第二阀座(7)，二者共同限定在所述蒸汽入口(8)和所述旁路蒸汽出口(10)之间的第二蒸汽连接的第二流动横截面，其中，在所述第二阀体(6)上连接有第二调节驱动装置(5)，借助于所述第二调节驱动装置通过改变所述第二阀体(6)相对于所述第二阀座(7)的位置能够改变所述第二横截面。

其特征在于，

1.6所述蒸汽出口(9)和所述旁路蒸汽出口(10)共同与所述蒸汽入口(8)形成一个共同的阀门模块，其也形成所述第一和第二蒸汽连接。

2.根据权利要求1所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，所述共同的阀门模块也形成所述第一阀座(7)和所述第二阀座(7)。

3.根据权利要求1或2所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，所述阀门模块(1)由金属一体制成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，在所述共同的阀门模块(1)上连接有，尤其是螺纹连接有第一阀门壳体(2)，所述第一阀门壳体承载所述第一调节驱动装置(5)，并且此外还连接有，尤其是螺纹连接有第二阀门壳体(2)，所述第二阀门壳体承载所述第二调节驱动装置(5)，其中，每个所述调节驱动装置(5)都具有阀杆(18)，所述阀杆承载或形成相应的所述阀体(6)，并且所述阀杆(18)可移动地、尤其是可推移地安装在相应的所述阀门壳体(2)中。

5.根据权利要求4所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，所述阀门壳体(2)连接在所述阀门模块(1)的彼此相对的侧面上并且所述调节驱动装置(5)尤其利用其所述阀杆(18)彼此齐平地定位。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，在所述阀门模块(1)中设置有贯通孔(22)，在所述贯通孔的第一端部上形成有所述第一阀座(7)并且在所述贯通孔的第二端部上形成有所述第二阀座(7)。

7.根据权利要求6所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，所述蒸汽入口(8)通入到所述两个端部之间的所述贯通孔(22)中，尤其是通过垂直于所述贯通孔(22)定位的蒸汽入口通道(24)。

8.根据权利要求6或7所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，所述贯通孔(22)在其所述第一端部由第一环形通道(23)环绕，所述蒸汽出口(9)通入到所述第一环形通道中，尤其是通过垂直于所述贯通孔(22)定位的蒸汽出口通道(25)，并且所述贯通孔(22)在其所述第二端部由所述第二环形通道(23)环绕，所述旁路蒸汽出口通入到所述第一环形通道中，尤其是通过垂直于所述贯通孔(22)定位的旁路蒸汽出口通道(26)。

9.根据权利要求4、5和8中任一项所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，所述第一阀门壳体(2)连接在所述阀门模块(1)的所述贯通孔(22)的第一端部的所述第一侧上，所述第二阀门壳体(2)连接在所述阀门模块(1)的所述贯通孔(22)的第二端部的一侧上，所述第一阀门壳体(2)在其面对所述贯通孔(22)的端部上具有第一缺口(27)，所述阀体(6)在所述贯通孔(22)的所述第一端部的方向上为了关闭所述贯通孔(22)的所述第一端部而能够潜入到所述第一缺口中并且所述第一缺口在所述阀体(6)从所述贯通孔(22)的所述第一端部上抬起时能将所述贯通孔(22)与所述第一环形通道(23)连接，并且所述第二阀门壳体(2)在其面对所述贯通孔(22)的端部上具有第二缺口(27)，所述阀体(6)在所述贯通孔(22)的所述第二端部的方向上为了关闭所述贯通孔(22)的所述第二端部而能够潜入到所述第二缺口中并且所述第二缺口在所述阀体(6)从所述贯通孔(22)的所述第二端部上抬起时能将所述贯通孔(22)与所述第二环形通道(23)连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，两个所述调节驱动装置(5)能够彼此独立地操作。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，所述阀门模块(1)具有至少一个传感器通道(14)，尤其是多个传感器通道(14)，一个/多个所述传感器通道通入到所述蒸汽入口(8)中，所述蒸汽出口(9)中，所述旁路蒸汽出口(10)中或者所述蒸汽连接中。

12.根据权利要求4至11中任一项所述的蒸汽阀门装置，其特征在于，所述调节驱动装置(5)在其远离所述阀门模块(1)的端部上分别具有致动器，如气动或者液压的压力气缸或者磁性驱动装置，其中，所述阀门壳体(2)尤其具有用于降低从所述阀门模块(1)到所述致动器中的热传导的热去耦装置(15)。