CN1093910C - 一种阀装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于通道结构的阀装置(8)，该结构具有一个沿着纵向(a)延伸并用于第一流体的内部通道(1)和一个包围该内部通道并用于温度低于第一流体的第二流体的外部通道(4)。阀装置(8)包括至少两个布置得能够截断通过外部通道(4)的流动的第一阀(9)。外部通道(4)包括两个U形通道部分(12，13)，每个U形通道部分包括两个相对于内部通道(1)向外延伸的管部分(12)和一个连接向外延伸的管部分的中间管部分(13)。每个中间管部分(13)包括至少一个所述第一阀(9)。

Description

一种阀装置
本发明涉及一种用于一种通道结构的阀装置，该通道结构具有一个沿着纵向延伸并且用于第一流体的内部通道和一个包围内部通道并且用于比第一流体温度较低的第二流体的外部通道，该阀装置包括至少两个布置得能够截断通过外部通道流动的第一阀。
已知在包括高压流化床的燃烧设备即一种所谓的高压沸腾燃烧(PFBC)设备方面采用这样的阀装置。这样的设备可以包括用于从流化床产生的热的高压燃烧气体获得能量的燃气轮机，并且燃烧所需要的压缩燃烧空气可以通过一个空气通道供给流化床，其中空气通道具有环形截面并包围将燃烧气体从燃烧室引导到燃气轮机的热气通道。另外已知要为这样的通道提供一种阀装置，其在燃气轮机关闭即当燃气轮机必须迅速停车时能够将燃气轮机与压力容器隔开。
SE-B-456757示出了这样的用于PFBC设备的阀装置。该已知的阀装置包括两个布置在热气通道中并可以围绕各自旋转轴旋转的连续的节流阀。另外，它包括四个分布在空气通道圆周并且用于关闭环形空气通道并同时打开环形空气通道和热气通道之间连通的锥形阀。这四个锥形阀并列布置，即所有四个阀必须都起作用，以便停止通过空气通道的流动。即使这种现有阀装置在目前安装着它的那些设备上能够令人满意地工作，它也受到特别是当要建造特别大型的燃烧设备时产生的某些问题的限制。另外，这些锥形阀要求强有力的用于对其操纵的位置控制器和布置得直接与热气接通的阀心轴导向装置，导致阀可能卡住等问题。由现有的阀装置引起的另外一个问题是它包括大型的和复杂的铸件，这样的铸件不可能制造，当其安装到具有大流量的大型设备时至少导致费用很高。另外，现有的阀装置有一种相当复杂的流动通道，因而导致至少关系到空气通道的高的压力降。
EP-A-721062示出了用于PFBC设备的这样一种阀装置。这里，带有所有三个阀功能的整个阀装置被安装在具有相当大尺寸的共用的阀壳体中。从该文件可知，燃气轮机和压缩机被布置在所述阀壳体上。另外，所有三个阀的功能取决于一个位置控制器并且布置在一个共用轴上。因此，该现有阀装置的安全性具有很小的余度。
本发明的目的是提供一种能够借以排除上述问题的阀装置。
该目的可以借助在本文开头处限定的具有下列特征的阀装置来获得。其特征在于，外部通道包括两个U形通道部分，每个U形通道部分包括两个相对于内部通道向外延伸的两个管部分和一个连接向外延伸的两个管部分的中间管部分，并且每个中间管部分包括至少一个所述的第一阀。借助这样的阀装置，即使该阀装置准备用于大型设备，也容许一种具有低结构高度的较为紧凑的结构。通过提供至少两个U形通道部分，便可以避免阀装置的热变形。因此，有利的是，U形通道部分相对于内部通道对称布置。
根据本发明的一个实施例，至少一个所述的第一阀包括一个阀盘，该阀盘可以围绕穿过中间管部分的一个旋转轴旋转。这样的旋转阀盘或者所谓的节流阀，与轴向位移的锥形阀比较，制造简单，并且利用小的并较为简单的位置控制器就能够操纵。
根据本发明的另外一个实施例，向外延伸的两个管部分沿着与内部通道的纵向大致形成垂直角度的方向延伸。另外，有利的是，中间管部分可以沿着大致平行于内部通道的纵向的方向延伸。
根据本发明的另外一个实施例，一个截断壁布置在外部通道中，位于每个U形通道部分的向外的延伸的两个管部分之间，并且有利的是，该截断壁具有锥形形状。这样的锥形形状使稳定连接成为可能，并容许内部通道因温差而相对于外部通道移动。
根据本发明的另外一个实施例，内部通道和外部通道由一个壁分开，该壁包括一个外壁件和一个内壁件。因为外通道被布置来引导其压力高于内部通道中的压力的第二流体，所以，有利的是，可以将外壁件布置得可以吸收存在在内部通道和外部通道之间的压力差。另外，内壁件可以布置得形成一个对抗在内部通道中的流体的保护层，并且，一个热绝缘层可以设置在内和外壁件之间。为了避免热张力，内壁件可以通过一个容许内壁件相对于外壁件活动的连接件连接在外壁件上。
根据本发明的另外一个实施例，至少一个第二阀被布置得能够截断通过内部通道的流动。另外，至少一个第三阀布置得可以打开在外部通道和内部通道之间的连通，并且布置在在外部通道中的所述第一阀的上游和在内部通道中的所述第二阀的下游。
根据本发明的另外一个实施例，至少一个所述第一阀包括一个阀盘，该阀盘利用一个第一和第二心轴可以旋转地支承在所述中间管部分上。因为第一心轴固定地布置在阀盘上，而第二心轴可以脱开地布置在阀盘上，所以在中间管部分无需任何轴向分界面的情况下，便可以将阀盘安装在中间管部分上，同时阀盘可以以对于流动有利的方式设计。因此第一心轴和阀盘可以制成一个单件体，而阀盘可以包括一个第二心轴得以插入的凹槽。
根据本发明的另外一个实施例，第一和第二阀中至少一个包括两个连续布置的阀盘，每个阀盘包括一个凹口，并且每个凹口布置得当阀盘处于其打开位置时与另外一个阀盘的凹口相啮合。通过这样的凹口，则可以降低阀盘引起的流动阻力。
现在通过不同实施例和参照附图进一步解释本发明。
图1示意性地示出了本发明的一个实施例的具有阀装置的燃烧设备；
图2示出了图1阀装置的剖视图；
图3示出了沿着图2的III-III线的剖视图；
图4示出了沿着图2的IV-IV线的剖视图；
图5示出了图4剖视图的放大部分；
图6示出了图2阀装置的阀盘的透视图；
图7示出了图6阀盘的俯视图；
图8示出了沿着图7的VIII-VIII线通过阀盘的剖视图；
图9示出了图2剖视图的放大部分。
图1示意性地示出了具有通道结构的燃烧设备，它包括一个沿着纵向a延伸并且形成一个将燃烧气体从高压燃烧室2引导到燃气轮机3的热气通道的内部通道1。该通道结构还包括一个具有环形截面并包围着内部通道1的外部通道4。外部通道4用于第二流体并形成一个空气通道，以便将高压的燃烧空气或者含氧气体从压缩机5供给压力容器6和被包围在其内的燃烧室2。在所示的实施例中，高压燃烧室2包括高压流化床7，高压空气通过在燃烧室2底部的示意示出的喷嘴供给流化床7而实现流化床7的流化。在空气通道4中流动的空气具有大约200-400℃的温度和大约15-17巴(绝对的)的压力，而在热气通道1中流动的燃烧气体具有大约800-900℃的温度和比空气通道4中的压力低大约0.5巴的压力。
该通道结构包括一个阀装置8，其在图2和3中详细示出。阀装置8包括第一阀9，第二阀10和第三阀11，其中第一阀9布置得能够切断通过通道4的空气流，第二阀10布置得能够切断通过热气通道1的热气流，而第三阀11(见图3)布置得能够使空气通道4和热气通道1之间的连通打开。第三阀11布置在在空气通道4中第一阀9的上游，在热气通道1中的第二阀10的下游。如果第一阀9和第二阀10打开，而第三阀11关闭，热气则可以自由流过热气通道1，而高压燃烧空气可以流过空气通道4。如果第一阀9和第二阀10关闭，这些流动将被阻止。如果这些流动必须迅速停止，则重要的是要能够同时打开第三阀11，以便将高压空气直接引导至燃气轮机3，以便不会使压缩机5和燃气轮机3破坏。
阀装置8包括环形空气通道4的两个U形通道部分，其每个部分包括两个相对于热气通道1向外延伸的管部分12和一个连接向外延伸的管部分12的中间管部分13。管部分12沿着大致与热气通道1的纵向形成大致为垂直角度的方向b径向向外延伸，而中间管部分13沿着大致平行于热气通道1的纵向的方向延伸。在该于中间管部分13和管部分12中间形成的通道转弯部分，布置了导片14，以便降低U形通道部分的流动阻力。U形通道部分相对于热气通道1和空气通道4对称布置，也就是说，它们布置在同样的高度上，延伸得同样远，并且具有大致相同的结构。为了迫使燃烧空气流过U形通道部分，阀装置8包括一个截断壁15，该截断壁15布置在环形空气通道4中，介于每个U形通道部分的向外延伸的两个管部分12之间。截段壁15有一种锥形并且围绕热气通道1在一个内壁16和一个外壁17之间延伸，其中，内壁16将热气通道1与空气通道4分开，而外壁17将空气通道4向外定界并且管部分12穿过它。管部分12应当有这样的的长度，使得在所述通道转弯处和中间管部分13不产生因温度而造成的特大应力。
内壁16(见图4和5)包括一个外壁件18和一个内壁件19，其中，外壁件18布置得可以吸收在热气通道1和空气通道4之间存在的压力差，而内壁件19布置得可以形成对抗在热气通道1中的热气流体的保护层。一个热绝缘层20设置在外和内壁件18和19之间并固定连接在外壁件18上。设计成耐温材料保护层的内壁件19因而可以防止流动的热气与热绝缘层20和外壁件18直接接触。在内壁件19和热绝缘层20之间，还有一个空间21和环形支承件22，其中，环形支承件22围绕内壁件19延伸并且布置得当其为最大时可以支承内壁件19。热绝缘层20利用在环形支承件22之间延伸并且连接在其上的薄板固定在外壁件18上。
内壁件19通过一个容许内壁件19相对于外壁件18活动的连接件(见图5)连接在外壁件18上。该连接件包括一个固定连接在内壁件19上并围绕其延伸的法兰23。在所示的实施例中，法兰23与内壁件19制成一个单件。法兰23径向向外延伸并且这样向上转向，使得其大致平行于内壁件19。法兰23的上部包括一个鞋根状的部分24，该部分24围绕内壁件19延伸并且被夹在在外壁件18的两个壁部分18a和18b之间的凹槽之中。利用这样的夹紧法兰23，内壁件19当其由于热气达到的温度高于外壁件18的温度时便可以向外膨胀。
在每个中间管部分13中，布置两个所述的第一阀9。这些第一阀9中的每一个都包括一个阀盘，而阀盘可以围绕一个穿过每个相应的中间管部分13并大致垂直于热气通道1的纵向a的旋转轴旋转。在两个这样的第一阀9串联的情况下，安全性得以提高，因为只需要其一正确工作，即可以止住来自压缩机5的空气流。每个第一阀9利用一个相应的位置控制器25来控制(见图2)。
在热气通道1中，两个所述的第二阀10串联布置。每个第二阀10包括一个阀盘，而阀盘支承在外壁件18上并可以围绕一个沿着大致垂直于热气通道1的纵向的方向穿过热气通道1的旋转轴旋转。每个第二阀10利用一个相应的位置控制器26来控制，其中一个位置控制器26示意性地示于附图4中。第二阀10的轴承利用连接空气通道4至热气通道1的冷却通道来冷却。因为空气通道4中的压力较高，可以按照在瑞典专利申请No.9502462-6中描述的方法通过这些通道来获得冷却气流。
如从图3可见，阀装置8包括两个第三阀11，每个第三阀11包括一个锥形阀，锥形阀利用各自的位置控制器27可以沿着大致垂直于热气通道1的纵向的方向轴向位移。
在图6-8中示出了一个第一阀9的阀盘28。阀盘28利用一个第一心轴29和一个第二心轴30可以旋转地支承在中间管部分13上。第一心轴29固定地布置在阀盘28上，而第二心轴30可脱开和可拆卸地布置在阀盘28上。在所示的实例中，阀盘28和第一心轴29制成一个单件体。在大致与第一心轴29径向对置的位置上，阀盘28包括一个凹槽31，该第二可脱开的心轴30可以插入该凹槽中。阀盘28包括一个布置得朝向流动方向的上侧28a和一个布置得指向流动方向的对置的下侧28b。该第二松弛的心轴30可以利用从上侧28a穿过的第一螺栓32和从下侧28b穿过的第二螺栓33固定在凹槽31中。由于第一螺栓32比第二螺栓33更加靠近阀盘28的中心，所以由于流动而作用在阀盘28上的弯曲作用力可以降低。
因为阀盘28如此地设置有一个固定的和一个松弛的心轴29，30，所以它可以制造得尽可能的薄，管部分13不需要在阀28的旋转轴线所在的平面内包括一个分界面。通过拆除松弛的心轴30来安装阀盘28，随后，可以将阀盘28滚入管部分13内并使固定心轴29穿过其轴承孔伸出。之后，阀盘28定位在右侧位置，使松弛的心轴30通过其轴承孔进入凹槽31。之后，松弛的心轴30利用螺钉32和33固定。
在图9中，两个第一阀9被表示为两个连续的阀盘28，每个阀盘28包括一个凹口34(也请见图6，7)，一个阀盘28的凹口34布置得当两个阀盘28处于打开位置时与另外一个阀盘28的凹口34相啮合。连续阀盘28的凹口34这样布置，使得一个阀盘28的凹口34布置在上侧28a，而第二阀盘28的凹口34布置在下侧28上。因此，当两个阀盘28处于其打开位置时而凹口34彼此相啮合时，阀盘28将布置得以其盘面大致平行于中间管部分13的纵向。
本发明不限于上述的实施例而是可以在随后的权利要求的范围内予以变化和改进的。
也可以使第二阀10的阀盘设置有象设置在第一阀9的阀盘28上的那样的凹口34。
虽然本发明的阀装置是结合PFBC设备描述的，但是应当指出，该阀装置也可以用于所有带有外燃的即燃烧发生在与燃气轮机分开的单独的燃烧室中的燃气轮机设备上。

Claims (21)

1.一种用于通道结构的阀装置，其具有一个沿着纵向(a)延伸并且用于第一流体的内部通道(1)和一个包围内部通道(1)并且用于比第一流体温度较低的第二流体的外部通道(4)，阀件(8)包括至少两个布置得能够截断通过外部通道(4)的流动的第一阀(9)，其特征在于，外部通道(4)包括两个U形通道部分(12，13)，每个U形通道部分包括两个相对于内部通道(1)向外延伸的两个管部分(12)和一个连接向外延伸的两个管部分(12)的中间管部分(13)，并且每个中间管部分(13)包括至少一个所述的第一阀(9)。
2.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，U形通道部分(12，13)相对于内部通道(1)对称布置。
3.如权利要求1或者2中任何一项所述的阀装置，其特征在于，至少一个所述的阀装置(9)包括一个阀盘，该阀盘可以围绕穿过中间管部分(13)的旋转轴旋转。
4.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，向外延伸的两个管部分(12)沿着与内部通道(1)的纵向(a)大致形成垂直角度的方向延伸。
5.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，中间管部分(13)沿着大致平行于内部通道(1)的纵向(a)的方向延伸。
6.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，一个截断壁(15)布置在外部通道(4)中，位于每个U形通道(12，13)的向外延伸的两个管部分(12)之间，并且该截断壁(15)具有锥形形状。
7.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，该外部通道(4)布置得可以在高于在内部通道(1)中的压力的压力下导引第二流体。
8.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，
内部通道(1)和外部通道(4)由一个壁(16)分开，该壁包括一个外壁件(18)和一个内壁件(19)。
9.如权利要求7和8所述的阀装置，其特征在于，外壁件(18)布置得可以吸收存在在内部通道(1)和外部通道(4)之间的压力差。
10.如权利要求8所述的阀装置，其特征在于，内壁件(19)布置得可以形成一个对抗在内部通道(1)中的流体的保护层。
11.如权利要求8所述的阀装置，其特征在于，一个热绝缘层(20)设置在内和外壁件(19，18)之间。
12.如权利要求8所述的阀装置，其特征在于，内壁件(19)通过一个容许内壁件(19)相对于外壁件(18)可以活动的连接件(23)连接在外壁件(18)上。
13.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，至少一个第二阀(10)被布置得能够截断通过内部通道(1)的流动。
14.如权利要求13所述的阀装置，其特征在于，至少有一个第三阀(11)，其布置得可以打开在外部通道(4)和内部通道(1)之间的连通，并且布置在在外部通道(4)中的所述第一阀(9)的上游和在内部通道(1)中的所述第二阀(10)的下游。
15.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，至少一个所述第一阀(9)包括一个阀盘(28)，该阀盘利用一个第一和第二心轴(29，30)可以旋转地支承在所述中间管部分(13)上。
16.如权利要求15所述的阀装置，其特征在于，第一心轴(29)固定地布置在阀盘(28)上，而第二心轴(30)可以脱开地布置在阀盘(28)。
17.如权利要求16所述的阀装置，其特征在于，第一心轴(29)和阀盘(28)被制成为一个单件体。
18.如权利要求16所述的阀装置，其特征在于，阀盘(28)包括一个第二心轴(30)可以插入的凹槽(31)。
19.如权利要求18所述的阀装置，其特征在于，阀盘(28)包括一个布置得朝向流动方向的上侧(28a)和一个布置得指向流动方向的对置的下侧(28b)，并且第二心轴(30)可以利用一个从上侧(28a)穿过的第一螺栓(32)和一个从下侧(28b)穿过的第二螺栓(33)固定在凹槽(31)中，并且第一螺栓(32)比第二螺栓(33)更加靠近阀盘(28)的中心。
20.如权利要求15所述的阀装置，其特征在于，所述第一和第二阀(9)中至少一个包括两个连续布置的阀盘(28)，每个阀盘包括一个凹口(34)，并且每个凹口(34)布置得当阀盘处于其打开位置时与另外一个阀盘(28)的凹口(34)相啮合。
21.如权利要求20所述的阀装置，其特征在于，两个连续阀盘(28)的凹口(34)这样布置，使得一个阀盘(28)上的凹口(34)布置在朝向流动方向布置的上侧(28a)上，而第二阀盘(28)上的凹口(34)布置在指向流动方向布置的下侧(28b)上。
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