CN107208494A - 调节阀和涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节气态的体积流，尤其蒸汽体积流(2)的调节阀(1)，所述调节阀具有阀壳体(3)、阀座(5)和可相对于阀座(5)沿着移动轴线(7)移动的阀节流元件(6；106；206)，其中阀壳体(3)构成阀座(5)，并且其中可移动的阀节流元件(6；106；206)具有与阀座(5)相互作用的节流棱边区域(10；110；210)，其中调节阀(1)具有多个与节流棱边区域(10；110；210)相互作用的体积流涡流元件(15；115；215)，所述体积流涡流元件避免或至少减小在气态的体积流的附壁射流区域和气态的体积流的核心流区域之间的剪切层中的剪切层不稳定性。

Description

调节阀和涡轮机
技术领域
本发明涉及一种用于调节气态的体积流，尤其蒸汽体积流的调节阀，所述调节阀具有阀壳体、阀座和可相对于阀座沿着移动轴线移动的阀节流元件，其中阀壳体构成阀座，并且其中可移动的阀节流元件具有与阀座相互作用的节流棱边区域。
此外，本发明涉及一种涡轮机，尤其蒸汽轮机，所述涡轮机具有多个阀装置。
背景技术
这种调节阀尤其在蒸汽轮机上是已知的。如果这类调节阀例如在节流的运行状态中，即在调节阀的不完全打开或关闭的运行状态中运行，那么在调节阀的流动内部空间中几乎始终产生特征性的流谱，所述流谱基本上特征在于构成具有如下流动速度的附壁射流区域，所述流动速度明显高于体积流的核心流区域的流动速度。
就此而言，不同的流动速度造成在穿流调节阀的体积流的附壁射流区域和所述体积流的具有通常不可忽略的大的速度梯度的核心流区域之间的剪切层。
从这种调节阀处的流动特性的实验的和数字的研究中已知的是，在剪切层中能够出现流动不稳定性，所述流动不稳定性能够造成调节阀的流动空间中的临界的共振效应。由此，在最差的情况下，能够出现调节阀结构的一种不期望的激励，所述激励能够造成所述调节阀结构的损坏。
为了消除所述共振效应，已知的是，在阀座的区域中在阀壳体上设有流体整流器，所述流体整流器能够有助于正面影响剪切层。当然，呈流体整流器的形式的这种装入件几乎总是引起明显的流动损耗，由此降低涡轮机的或蒸汽轮机的总功率。
在US 5,150,736中公开了一种阀，所述阀具有圆柱形的阀截止机构和环形的阀座。
发明内容
本发明的目的是，改进这种调节阀。
所述目的通过独立权利要求1和10的特征来实现。
所述目的由一种用于调节气态的体积流，尤其蒸汽体积流的调节阀来实现，所述调节阀具有阀壳体、阀座和可相对于阀座沿着移动轴线移动的阀节流元件，其中阀壳体构成阀座，并且其中可移动的阀节流元件具有与阀座相互作用的节流棱边区域，其中调节阀具有多个与节流棱边区域相互作用的体积流涡流元件，所述体积流涡流元件避免或至少减少在气态的体积流的附壁射流区域和气态的体积流的核心流区域之间的剪切层中的剪切层不稳定性。
通过与节流棱边区域相互作用的体积流涡流元件，在气态的体积流的附壁射流区域和气态的体积流的核心流区域之间的剪切层能够如下被控制或正面影响，减小或避免在气态的体积流的剪切层的区域中的临界的不稳定性。
尤其地，剪切层在此明显更好地混合。
由此，能够在结构上非常简单地避免或至少减弱在调节阀上的不期望的共振效应，使得尤其能够防止调节阀结构的损坏。
当体积流涡流元件沿环周方向至少部分地不同长度地构成时，能够进一步改进剪切层的混合。
当前的调节阀能够在构造上非常不同地构成，只要其能够用于截止或至少部分地节流气态的体积流。
在蒸汽轮机上的优选的使用范围方面提出，气态的体积流是蒸汽体积流。
因此，本发明的目的也由一种涡轮机，尤其蒸汽轮机来实现，所述涡轮机具有多个阀装置，其中所述阀装置中的至少一个阀装置包括根据在此描述的特征中的一个特征的调节阀。
有利地，当至少涡轮机的或蒸汽轮机的相关的阀装置具有在本发明的范围中构成的调节阀时，明显提高涡轮机，尤其蒸汽轮机的效率。
在气态的体积流中用作为干扰体的体积流涡流元件在此例如能够——沿流动方向观察——在节流棱边区域之前不远处设置在阀壳体上。
为了将调节阀中的流动损耗保持得尽可能小，所述体积流涡流元件的超出阀壳体内侧的高度应尽可能小地构成。
因为临界的剪切层基本上仅在调节阀的节流的运行状态中表现，所以体积流涡流元件的高度限制对其效果不产生影响或仅产生可忽略的影响。
此外，能够将调节阀上的压力损耗保持在可接受的或可忽略的范围中。
如果体积流涡流元件同心地环绕移动轴线且相对节流棱边区域设置在阀壳体上，剪切层能够在四周尤其有效地被控制。涡流元件也能够不对称地沿环周方向设置。
附加地或替选地，有利的是，体积流涡流元件同心地环绕移动轴线设置在可移动的阀节流元件的节流棱边区域上。借助直接集成在节流棱边区域中的体积流涡流元件也能够实现本发明的有利的效果。
要理解的是，体积流涡流元件能够近似任意地同心地环绕移动轴线设置，尤其均匀地分布。在此，体积流涡流元件是否设置在阀座或节流棱边区域上不重要。
当可移动的阀节流元件的节流棱边区域在朝向阀座的一侧上不对称地构成时，能够尤其好地表现出关于剪切层的效果，尤其剪切层的混合。
就此而言有利的是，可移动的阀节流元件的节流棱边区域在其环周方向上不对称地构成。由此，也能够非常好地影响剪切层的混合。
通过改变节流棱边区域的几何形状，能够实现剪切层的正面的影响，尤其改进的混合。
要理解的是，体积流涡流元件能够非常不同地实现。
当可移动的阀节流元件的节流棱边区域具有材料凹部和/或材料接片时，其在结构上能够非常简单地实现。
当材料凹部和/或材料接片朝向阀座时，所述材料凹部和/或材料堆积部能够尤其好地特别在调节阀的节流状态中起作用。
当材料凹部和/或材料接片沿节流棱边区域的环周方向不均匀分布地设置在阀节流元件上，能够尤其好地表现出关于剪切层的效果。
当材料凹部和/或材料接片沿环周方向至少部分不同长度地构成时，能够进一步改进剪切层的混合。
关于本发明的一个尤其有利的设计方案，可移动的阀节流元件的节流棱边区域在朝向阀座的一侧上能够具有呈锯齿状的冠形。
冠形的锯齿能够通过沿环周方向伸展的材料凹部和材料接片之间的相互作用在结构上简单地实现。
就此而言，冠形能够不对称地或对称地构成，使得能够存在均匀地或不均匀地构成的冠形。
附图说明
本发明的其他特征、效果和优点根据所附的附图和下面的描述来阐述，其中示例性地示出和描述调节阀和仍示例性示出的阀节流元件的不同构成的节流棱边区域。
在附图中示出：
图1示意地示出用于调节蒸汽体积流的调节阀的模型视图，所述调节阀具有多个与节流棱边区域相互作用的体积流涡流元件，所述体积流涡流元件避免在气态的体积流的附壁射流区域和气态的体积流的核心流区域之间的剪切层中的剪切层不稳定性；
图2示意地示出另一阀节流元件的立体图，所述另一阀节流元件具有多个沿环周方向对称地设置在节流棱边区域上的体积流涡流元件；和
图3示意地示出另一阀节流元件的立体图，所述另一阀节流元件具有多个沿环周方向不对称地设置在节流棱边区域上的体积流涡流元件。
具体实施方式
在图1中示出的用于调节或至少用于特别是节流蒸汽体积流2的调节阀1具有阀壳体3，所述阀壳体具有流动内部空间4，在所述流动内部空间的内侧上(未特别编号)构成有锥形的阀座5。
在阀壳体3上设置有可相对于阀座5移动的阀节流元件6，其中所述阀节流元件6可沿着移动轴线7移动。
蒸汽体积流2在此沿穿流方向8穿流调节阀1。
阀节流元件6具有节流棱边区域10，阀节流元件6越移近阀座5，所述节流棱边区域越能够与引入阀壳体3中的阀座5更强地相互作用。如果调节阀1在节流的运行状态中运行，那么尤其涉及这种情况，其中与在调节阀1的打开的运行状态中相比，阀节流元件6仅以较小的间隙与阀座5间隔开地设置。
节流棱边区域10至少部分地锥形地或环面形地构成，使得所述节流棱边区域与锥形的阀座5相匹配。
节流棱边区域10在此环形地环绕移动轴线7延伸。
此外，在阀节流元件6的一个端部11上形成节流棱边区域10，所述端部朝向阀座5。
为了避免或至少减少剪切层不稳定性，调节阀1具有多个与节流棱边区域10相互作用的体积流涡流元件15(仅示例性地编号)，借助于所述体积流涡流元件，实现剪切层(没有示出)的明显改进的混合，使得能够避免或至少减缓在蒸汽体积流2的附壁射流区域(未示出)和蒸汽体积流2的核心流区域(未示出)之间的速度梯度。
在图1中示出的实施例中，体积流涡流元件15同心地环绕移动轴线7设置在阀壳体3上并且相对于节流棱边区域10设置。
体积流涡流元件15在此构成为阀壳体3上的材料堆积部16，所述材料堆积部在阀座5上形成。
在图1中示出的调节阀1作为在此没有进一步示出的蒸汽轮机17的阀装置中的节流阀使用。
在图2中示出的其他阀节流元件106中，所述阀节流元件能够是类似于在图1中示出的调节阀1的组成部分，其中属于其他阀节流元件106的调节阀未示出。
阀节流元件106具有至少部分锥形构成的节流棱边区域110，所述节流棱边区域在朝向阀座5(示例性地参见图1)的一侧120上对称地构成。
在阀节流元件106的节流棱边区域110上设置有多个体积流涡流元件115，所述体积流涡流元件在该实施例中形成为在节流棱边区域110上的材料凹部121。
材料凹部121也取决于节流棱边区域110上的材料接片122，其中各两个材料接片122在节流棱边区域110的环周方向123上侧向地对材料凹部121限界，并且反之亦然。
所述材料凹部121作为袋状区域引入到节流棱边区域110中，并且所述材料凹部避免在蒸汽体积流的附壁射流区域和蒸汽体积流的核心流区域之间的剪切层中的剪切层不稳定性。
材料凹部121或材料接片122沿节流棱边区域110的环周方向123均匀分布地设置在阀节流元件106上。
在任何情况下，可移动的阀节流元件106的节流棱边区域110在其朝向阀座5的一侧124上以呈锯齿状的冠形125的构造实现，其中锯齿通过材料接片122成形。
借助于这样构成的阀节流元件106，能够附加地或替选地避免在蒸汽体积流2的附壁射流区域(示例性地参见图1)和蒸汽体积流2的核心流区域之间的剪切层中的剪切层不稳定性。
在图3中示出的另一阀节流元件206中，所述阀节流元件与在图2中示出的其他阀节流元件106大致结构相同，设在节流棱边区域210上的材料凹部221或材料接片222沿节流棱边区域210的环周方向223不均匀分布地设置在阀节流元件206上，由此能够进一步增强在避免在蒸汽体积流2的附壁射流区域(示例性地参照图1)和蒸汽体积流2的核心流区域之间的剪切层中的剪切层不稳定性方面的效果。
在节流棱边区域210上加工出的材料凹部221和就此而言还有与其相匹配的材料接片222在节流棱边区域210的环周方向223上不同长度地构成。
所述另一阀节流元件206也能够是类似于在图1中示出的调节阀1的组成部分，其中属于其他调节元件206的调节阀也未示出。
阀节流元件206因此具有至少部分锥形地构成的节流棱边区域210，然而所述节流棱边区域在朝向阀座5(示例性地参照图1)的一侧224上不对称地构成。
就此而言，在阀节流元件206的节流棱边区域210上同样存在多个体积流涡流元件215，所述体积流涡流元件在图3中示出的实施例中在节流棱边区域210上以袋状区域的构造形成为材料凹部221。
材料凹部221或材料接片222沿节流棱边区域210的环周方向223不均匀分布地设置在阀节流元件206上。
可移动的阀节流元件206的节流棱边区域210在其朝向阀座5的一侧224上以呈锯齿状的冠形225的构造实现。
虽然本发明在细节上通过优选的实施例详细地说明和描述，但本发明不由这些公开的实施例所限制，并且其他的变型形式能够由本领域技术人员从中推导出，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于调节气态的体积流的调节阀(1)，所述调节阀具有阀壳体(3)、阀座(5)和能相对于所述阀座(5)沿着移动轴线(7)移动的阀节流元件(6；106；206)，其中所述阀壳体(3)构成所述阀座(5)，并且其中能移动的所述阀节流元件(6；106；206)具有与所述阀座(5)相互作用的节流棱边区域(10；110；210)，
其中所述调节阀(1)具有多个与所述节流棱边区域(10；110；210)相互作用的体积流涡流元件(15；115；215)，所述体积流涡流元件避免或至少减少在气态的体积流的附壁射流区域和气态的体积流的核心流区域之间的剪切层中的剪切层不稳定性，
其特征在于，
能移动的所述阀节流元件(106；206)的所述节流棱边区域(110；210)具有材料凹部(121；221)和/或材料接片(122；222)，其中所述材料凹部(221)和/或所述材料接片(222)沿环周方向(223)至少部分不同长度地构成。
2.根据权利要求1所述的调节阀(1)，
其中所述体积流涡流元件(15)同心地环绕所述移动轴线(7)且相对所述节流棱边区域(10)设置在所述阀壳体(3)上。
3.根据权利要求1或2所述的调节阀(1)，
其中所述体积流涡流元件(15)同心地环绕所述移动轴线(7)设置在能移动的所述阀节流元件(106；206)的所述节流棱边区域(110；210)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的调节阀(1)，
其中能移动的所述阀节流元件(206)的所述节流棱边区域(210)在朝向所述阀座(5)的一侧(224)上不对称地构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的调节阀(1)，
其中能移动的所述阀节流元件(206)的所述节流棱边区域(210)沿其环周方向(223)不对称地构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的调节阀(1)，
其中所述材料凹部(121；221)和/或所述材料接片(122；222)朝向所述阀座(5)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的调节阀(1)，
其中所述材料凹部(221)和/或所述材料接片(222)沿所述节流棱边区域(210)的环周方向(223)不均匀分布地设置在所述阀节流元件(206)上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的调节阀(1)，
其中能移动的所述阀节流元件(106；206)的所述节流棱边区域(110；210)在朝向所述阀座(5)的一侧(123；223)上具有呈锯齿状的冠形(125；225)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的调节阀，
其中气态的体积流是蒸汽体积流(2)。
10.一种具有多个阀装置的涡轮机，
其中所述阀装置中的至少一个阀装置包括根据上述权利要求中任一项所述的调节阀(1)。
11.根据权利要求10所述的涡轮机，
其中所述涡轮机是蒸汽轮机(17)。
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