CN110792789A - 耐侵蚀蒸汽阀 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“耐侵蚀蒸汽阀”。本发明提供了一种蒸汽阀(10)，包括：壳体(12)，限定与阀腔体流体连通的蒸汽入口(14)和蒸汽出口(16)；以及环形阀座，设置在阀腔体内。控制阀(17)被构造成选择性地接合阀座(21)。蒸汽阀(10)还包括截止阀(19)，截止阀(19)被构造成选择性地接合阀座(21)。蒸汽阀(10)包括压力密封头(100)，压力密封头(100)被构造成接纳截止阀(19)。压力密封头(100)包括：细长主体(102)，具有纵向延伸穿过细长主体(102)的内孔(106)；和鼻件(104)，鼻件(104)从细长主体(102)的端部延伸。鼻件(104)具有至少锥形端部部分(122)和纵向延伸穿过锥形端部部分(122)的内孔(128)。鼻件(104)的内孔(128)与细长主体(102)的内孔(106)纵向对齐。鼻件(104)由比形成细长主体(102)的第二材料具有更好耐侵蚀特性的第一材料形成。

Description

耐侵蚀蒸汽阀
背景技术
本主题整体涉及一种用于蒸汽涡轮机的蒸汽阀，或者更具体地，涉及一种具有耐侵蚀压力密封头(即阀杆引导件)的蒸汽阀。
固体颗粒侵蚀是发电行业中影响蒸汽发电部件的常见问题。由于夹带的磁铁颗粒从锅炉管剥落进入蒸汽输送系统，动力锅炉和蒸汽涡轮机之间的蒸汽路径的许多部件容易发生材料侵蚀问题。随着时间的推移，侵蚀损坏可能累积并影响蒸汽管道完整性、阀操作、蒸汽涡轮机叶片等，导致设备效率的损失，以及由于修理损坏部件的强制停机的增加而降低的可靠性和可用性。最终，设备所有者将认识到收益和盈利率的损失越来越大。
蒸汽阀可能经历极端的侵蚀情况，特别是当蒸汽阀打开和关闭时。如图1所示，通常用10表示的已知蒸汽阀具有蒸汽阀主体12，该蒸汽阀主体12具有内部腔体13、蒸汽入口14、蒸汽出口16、包括控制阀头18的控制阀17和包括截止阀头20的截止阀19。在控制阀18上方，控制阀致动器(未示出)耦接到杆36，用于升高和降低控制阀头18以选择性地接合阀座21，从而控制通过阀10的蒸汽流量。应当理解，流量控制头18相对于阀座21的位置可以响应于涡轮机上的负载变化来控制。
控制头18在构型上是环形的，沿其下侧具有中空部或凹部40。如图1所示，处于关闭位置的控制阀头18的环形下边缘接合并密封阀座21。截止阀头20被构造成接纳在凹部40内，并且还包括围绕其下侧的环形表面41，用于在截止阀关闭位置密封和接合阀座21。截止阀头20安装在轴或杆44上，该轴或杆44穿过压力密封头35延伸至液压缸(未示出)。截止阀头20通过控制系统(未示出)跟随控制阀头18的移动。通过跟随控制阀17的移动，控制阀头18和截止阀头20的组合提供了蒸汽经过这些头并通过阀到达出口16的平滑层流。
图2示出了处于打开位置的图1的控制阀头18和截止阀头20。在控制阀头18和截止阀头20下方，设置有出口通道50，该出口通道50将通过阀的蒸汽流导向至出口16。出口通道50和阀座21具有基本上在它们之间形成平滑、连续过渡的壁，而没有流动方向的任何突然变化。以这种方式，流过阀10、经过阀座21并通过出口通道50到达出口16的蒸汽基本上没有涡流，并以最小的损失提供最佳的蒸汽流动特性。此外，出口通道50的横截面积不显著大于阀座21和出口16的横截面积。因此，在阀打开状态下的蒸汽流模式趋向于无显著涡流的层流，因此具有最小的压头损失。该层流可以包括夹带的固体颗粒，固体颗粒在通过出口通道时撞击压力密封头35的上尖端，导致严重的侵蚀。
参考图3，处于部分打开位置的蒸汽阀10的示意图示出了在控制阀头18和阀座21之间通过的高速环形蒸汽流54，特别是当控制阀头18和阀座21之间的间距较窄时，诸如在控制阀座18或截止阀头20从阀座21提升或接合阀座21的过渡期间。在该过渡时间或阀位置期间，高速蒸汽54环形地冲击压力密封头35的尖端，例如在区域42处。可以理解，蒸汽流54中夹带的任何颗粒都会增加压力密封头35在该区域42的侵蚀。
因此，希望提供一种减少蒸汽阀的压力密封头的侵蚀的方法。
发明内容
各方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来了解。
在一个方面，本公开涉及一种蒸汽阀的压力密封头，该压力密封头包括：细长主体，该细长主体具有纵向延伸穿过该主体的内孔；以及从细长主体的端部延伸的鼻件。鼻件具有至少锥形端部部分和纵向延伸穿过该锥形端部部分的内孔。鼻件被构造成将鼻件的内孔与细长主体的内孔纵向对齐。鼻件由比形成细长主体的第二材料具有更好侵蚀特性的第一材料形成。
在另一方面，本公开涉及一种蒸汽阀，其包括限定与阀腔体流体连通的蒸汽入口和蒸汽出口的壳体，以及设置在阀腔体内的环形阀座。具有耦接到控制阀杆的阀头的控制阀被构造成选择性地接合阀座。蒸汽阀还包括截止阀，截止阀具有截止阀头和耦接到截止阀头的截止阀杆。截止阀被构造成选择性地接合阀座。蒸汽阀包括压力密封头，该压力密封头被构造成接纳截止阀杆。压力密封头包括：细长主体，该细长主体具有纵向延伸穿过该主体的内孔；以及从细长主体的端部延伸的鼻件。鼻件具有至少锥形端部部分和纵向延伸穿过该锥形端部部分的内孔。鼻件被构造成将鼻件的内孔与细长主体的内孔纵向对齐。鼻件由比形成细长主体的第二材料具有更好侵蚀特性的第一材料形成。
在另一方面，本公开涉及蒸汽阀的压力密封头的鼻件。鼻件包括至少锥形端部部分和纵向延伸穿过该端部部分的内孔，该内孔被构造成与压力密封头的细长主体的内孔纵向对齐。鼻件被构造成可移除地和可替换地附接到压力密封件的细长主体。
参照以下描述和所附权利要求书，这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合到本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施方案，并与描述一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
在参照附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的全面且能够实施的公开内容，包括其最佳模式，其中：
图1是已知蒸汽阀的局部视图；
图2是图1的蒸汽阀的放大剖视图；
图3是图2的蒸汽阀的横截面部分的示意图，示出了穿过其中的空气和颗粒的流动；
图4是根据本发明的实施方案的用于图1的蒸汽阀的压力密封头的实施方案的剖视图；
图5是根据本发明的示例性实施方案的用于图1的蒸汽阀的压力密封头的另一个实施方案的剖视图；
图6是根据本发明的示例性实施方案的用于图1的蒸汽阀的压力密封头的另一个实施方案的剖视图；
图7是根据本发明的示例性实施方案的图4的鼻件的另一个实施方案的剖视图；以及
图8是根据本发明的示例性实施方案的沿着虚线8-8截取的图7的鼻件的剖视图。
在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例是通过解释本发明的方式提供的，而不是对本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施方案，以产生又一个实施方案。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变型。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，并且“下游”是指流体向其流动的方向。
术语“上”、“下”、“向上”和“向下”是指部件的特征的相对位置或相对于其在部件的图示中的取向的方向，并不旨在表示在部件的使用期间的特征的取向或方向。
术语“一体的”和“整体的”是指冶金接合或形成在一起的至少两个部件，使得部件的分离不容易在不损坏部件的情况下进行。
术语“耦接”、“固定”、“附接到”、“固连”等是指直接耦接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接耦接、固定或附接，除非本文另有说明。
图4示出了用于图1的蒸汽阀10的本发明的压力密封头100的示例性实施方案。压力密封头100包括主体102和鼻件104，鼻件104附接到主体，以使得鼻件能够在不损坏主体的情况下被移除和更换。鼻件104由高耐侵蚀材料形成，诸如高铬合金、钴基合金、钴/铬合金、钨合金、钛合金或任何其他高耐侵蚀材料。例如，鼻件104可以由司太立6B形成。主体102可以由与鼻件104相同或相似的材料形成，然而，为了降低成本，主体可以由比鼻件的材料具有更少耐侵蚀特性的材料形成，诸如低铬合金。
主体102可以是大体圆柱形形状的，具有纵向或轴向穿过主体的内孔106，用于可滑动地接纳图1的截止阀19的杆44。内孔106限定主体102的内表面103，该内表面103具有凹部108，以容纳套筒衬套(未示出)，从而为杆44提供支承表面。主体102包括从外表面110延伸的环形脊112，用于接合壳体12(如图1中最佳示出的)，以提供支撑和止动件，从而确保主体在蒸汽阀10的内部腔体13内以期望的高度延伸。主体102的下端部114被构造成延伸到壳体12中的内孔中和/或延伸穿过该内孔。主体102的上端部105的外径小于外表面110的外径，以提供环形台阶116，环形台阶116可以为鼻件104提供座。在步骤116，主体102的上端部105可以包括用于接合鼻件104的环形凹槽118。
鼻件104可以成形为包括具有大体圆柱形形状的下部分120和大体锥形的上部分122。下部分120的外径或形状可以与主体102的外表面110基本上相同，以在两者间提供相对平滑的过渡。鼻件104的锥形部分122的外表面124可以是弓形的、倒圆的、平坦的或任何其他特征，以提供用于接合流过压力密封头100的蒸汽流54(图3)的期望的空气动力学轮廓。如图4所示，鼻件104的锥形上部分122可以具有倒圆的凸形表面124。鼻件104包括内孔128，内孔128限定鼻件的内表面130，并且纵向或轴向穿过鼻件，以可滑动地接纳截止阀19的杆44。鼻件104的内孔106包括凹部132，以容纳套筒衬套(未示出)，从而为杆44提供支承表面。鼻件104的下部分120包括沉孔134，沉孔134的直径基本上等于或小于主体102的上端部105的外径，以用于在其中接纳主体。沉孔134内的下端部120可以包括向内延伸的环形脊136，其具有与主体中的凹槽118互补的形状。
如图4中最佳示出的，鼻件104可以通过将鼻件收缩配合到主体而附接到主体102，由此鼻件配合到主体的上端部105上，并且鼻件的环形脊136锁定到主体的凹槽118中以形成压力密封头100。为了进一步将鼻件104固连到主体102，至少一个销140可以穿过鼻件中的通孔延伸到主体102的上端部105中的孔中。本发明还设想鼻件104不设有环形脊136，主体102也不设有凹槽118，由此鼻件104通过可移除的至少一个销140简单地固连到主体102。本发明还设想，一至四个销140可以用于将鼻件104固连到主体102，以形成压力密封头100。
在图5中的另一个示例性实施方案中，示出了压力密封头200，其类似于图4的压力密封头100，因此，共同特征将具有相同的附图标记和特性。压力密封头200和压力密封头100之间的主要区别是将鼻件附接到主体以能够移除和/或更换鼻件的手段。在该实施方案中，主体202的上部分105的外表面和鼻件104的下部分120的沉孔134的内表面都带有螺纹。鼻件204和主体202螺纹连接在一起，以将这些部件固连在一起。图4和图5中所示的这些附接手段使得鼻件104、204能够从主体102、202移除，并用新的鼻件替换，而不会损坏压力密封阀100、200的主体。
虽然图4和图5所示的附接手段提供了将主体102、202插入和附接到鼻件104、204中的特征，但是本发明设想这些附接特征可以颠倒，由此鼻件104、204和主体102、202通过将鼻件插入主体而附接在一起，使得鼻件104、204包括附接件的公部分，并且主体102、202包括母部分。例如，主体102、202的上部分105可以包括类似于图4和图5的相应鼻件104、204的沉孔134的沉孔，而鼻件104、204的下部分120可以包括外径小于鼻件104、204的外表面的外径的下端部，以提供类似于图4和图5的相应主体102、202的上端部105的环形台阶。图4的压力密封头100的该替代实施方案可以包括互补的环形脊和凹槽，以将鼻件附接到主体中。类似地，图5的压力密封头200的该替代实施方案可以包括在鼻件的下端部和主体的沉孔上的螺纹表面，以将鼻件螺纹连接和固连到主体中。此外，虽然鼻件104、204和主体102、202被描述为具有大体圆柱形的形状或圆形的横截面，但是应当理解，该形状或横截面可以包括任何形状或横截面，例如任何六边形。
参考图6，示出了根据本发明的压力密封头300的另一个实施方案，其分别类似于图4和图5的压力密封头100、200，因此，共同的特征将具有相同的附图标记和特性。压力密封头300包括固定地附接在一起的主体302和鼻件304。类似于压力密封头100、200，鼻件304由高耐侵蚀材料形成，而主体可以由比鼻件的材料具有更低耐侵蚀特性的材料形成，诸如低铬合金。
压力密封头300和压力密封头100、200之间的主要区别是将主体302和鼻件304附接在一起的手段。主体302和鼻件304可以通过各种附接方法或手段形成或接合在一起，以形成一体或整体部件，所述附接方法或手段为诸如传统的硬钎焊或焊接(例如惯性焊接)附接方法。替代地，鼻件304和主体302可以通过模制或增材制造方法，包括异质增材制造方法，形成为整体部件。如图所示，鼻件304和主体302分别提供互补的平坦接合表面306、308，以在部件之间提供平面过渡。虽然接合表面是平的，但是应当理解用来提供互补的互锁特征的接合表面。例如，主体302的上端部可以延伸到鼻件304内的互补内孔中，反之亦然。在该实施方案中，鼻件304从主体302的无损移除和更换既不简单也不经济，因此，整个压力密封头300的更换是最可行的。
在另一个示例性实施方案中，图7和图8示出了类似于图4的压力密封头100的鼻件104的鼻件404，该鼻件404被修改成包括磨损指示器410，以提供通知操作者鼻件404的外表面具有过度侵蚀的手段。因此，共同的特征将具有相同的附图标记。鼻件404可以包括设置在锥形部分112内的至少一个腔体412，其中鼻件可以在区域42处经历最大量的侵蚀，如图3所示。腔体412可以从鼻件404的尖端414延伸到鼻件404的锥形部分120的至少底部。腔体410与设置在鼻件404的下部分120的内表面中的开口或狭槽416流体连通。腔体412与鼻件400的外表面间隔开，以提供内壁415和具有期望外壁厚度t1的外壁415，如图8中最佳示出的。外壁414的厚度t1指示鼻件404上的特定区域42(参见图2和图3)的可接受侵蚀量。如图所示，随着腔体412向下延伸，鼻件404的外壁414的厚度可以增加得更大。本发明还设想外壁的厚度在鼻件412的锥形部分122上保持恒定，或者外壁的厚度在锥形部分122上随着腔体412向下延伸而减小。此外，外壁的厚度可以根据鼻件404上的侵蚀模式而变化。例如，在经历最多侵蚀的区域42处，壁厚可能最大。如图8中最佳示出的，腔体412进一步围绕鼻件404的一部分周向延伸，如图所示，或者完全围绕鼻件的整个圆周延伸。在图7和图8所示的实施方案中，鼻件404包括围绕鼻件404周向均匀间隔开的四个腔体412，每个腔体与相应的狭槽416流体连通。应当理解，可以在鼻件404内周向设置任意数量的腔体412。在一个实施方案中，腔体412之间的间距420最小，以最小化没有磨损指示器的周向区域。腔体412可以具有不同的变化的周向宽度或相同的周向宽度。磨损指示器系统410还包括传感器(未示出)，用于测量压力密封头100的内孔128、106内和表面124和122外的压力。当鼻件404的外壁414侵蚀到突破任何一个腔体412的程度时，蒸汽阀10中的蒸汽经由与相应腔体416流体连通的相应狭槽416流入腔体410至内孔128、106。响应于压力变化，控制系统(未示出)向操作者提供警报或指示器，表明鼻件100指示过度侵蚀，因此可能需要更换鼻件404。
虽然鼻件104可以被修改成包括磨损指示器410，如图7和图8所示，但是应当理解，此前提供的鼻件204、304中的每一个可以包括类似的过度磨损指示器410，以确定更换鼻件200或压力密封头300的需要。
本发明将为客户提供防止固体颗粒侵蚀的长期影响的提高水平的保护。具有这一应用特征的压力密封头将具有增加的耐侵蚀性，并有助于防止由于设备故障而导致的强制停机。
本书面描述使用示例性实施方案来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质差异的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种蒸汽阀的压力密封头的鼻件，所述鼻件包括：
至少锥形端部部分和纵向延伸穿过所述锥形端部部分的内孔，所述内孔被构造成与所述压力密封头的细长主体的内孔纵向对齐；
其中，所述鼻件由比形成所述细长主体的第二材料具有更好耐侵蚀特性的第一材料形成。
2.根据权利要求1所述的鼻件，其中，所述第一材料包括以下中的至少一种：高铬合金、钴基合金、钴/铬合金、钨合金和钛合金。
3.根据权利要求1或2所述的鼻件，其中，所述鼻件包括：磨损指示器，在所述磨损指示器中具有围绕所述鼻件的至少一部分周向延伸的至少一个腔体，所述至少一个腔体限定所述至少一个腔体径向向内的内壁和所述至少一个腔体径向向外的外壁；以及狭槽，所述狭槽在所述至少一个腔体和所述鼻件的所述内孔之间提供流体连通；其中，所述至少一个腔体在暴露于侵蚀的所述外壁的一部分下方延伸。
4.根据权利要求3所述的鼻件，其中，所述至少一个腔体包括周向设置在所述鼻件内的多个腔体。
5.一种蒸汽阀的压力密封头，所述压力密封头包括：
细长主体，所述细长主体具有纵向延伸穿过所述主体的内孔；和
根据权利要求1至4中任一项所述的鼻件。
6.根据权利要求5所述的压力密封头，其中，形成所述细长主体的所述第二材料包括低铬合金。
7.根据权利要求5或6所述的压力密封头，其中，所述鼻件从所述细长主体一体地延伸。
8.根据权利要求5或6所述的压力密封头，其中，所述鼻件被构造成可移除地和可替换地附接到所述压力密封头的所述细长主体；并且其中，所述鼻件和所述压力密封头被构造成螺纹连接在一起或者卡扣配合在一起。
9.根据权利要求8所述的压力密封头，还包括被构造成将所述鼻件和所述细长主体固连在一起的销。
10.一种蒸汽阀，所述蒸汽阀包括：
壳体，所述壳体限定与阀腔体流体连通的蒸汽入口和蒸汽出口；
环形阀座，所述环形阀座设置在所述阀腔体内；
控制阀，所述控制阀具有耦接到控制阀杆的阀头，其中，所述控制阀被构造成选择性地接合所述阀座；和
截止阀，所述截止阀包括：
截止阀头；
截止阀杆，所述截止阀杆耦接到所述截止阀头，其中，所述截止阀被构造成选择性地接合所述阀座；和
压力密封头，所述压力密封头被构造成接纳所述截止阀杆，所述压力密封头包括：
细长主体，所述细长主体具有纵向延伸穿过所述主体的内孔；和
根据权利要求1至4中任一项所述的鼻件。
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