CN113757425A - 一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构及方法，该结构在阀体内固定设置节流环，节流阀芯为锥台结构，使得节流阀芯的侧壁面和节流环的型线配合，改变通流面积，实现对不同工况下的压降幅度调节，来实现宽负荷工况下的自适应变通流面积节流稳压。该结构可以改善变工况下的流体压力大幅波动、管路设备运行工况偏离设计点的问题，例如高压水源在变工况下的压力波动大，其管路系统上的调节阀存在阀芯压降大、运行工况恶劣的问题，不利于系统的稳定控制和调节。

Description

一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构及方法

技术领域

本发明属于火力发电和原子能发电技术领域，具体涉及一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构及方法。

背景技术

近年来，风电、光伏新能源装机规模不断增加，同时整体受电规模也大幅提升，电网调峰矛盾日益突出。为缓解出现的调差缺口矛盾，提升统调机组调峰能力，各地调度控制中心在总结深度调峰工作基础上，不断制定、完善深度调峰技术规范。部分地区已要求30万千瓦及以上统调公用燃煤发电机组调峰深度达到机组额定出力的40％。

目前国内各类电厂通常根据用户用汽参数需求，选择较为合理的抽汽汽源方案，常见的有主蒸汽抽汽、冷再抽汽、热再抽汽、连通管抽汽等。随着深度调峰要求的不断提高，机组低负荷运行已成常态，冷再、热再抽汽的参数在深度调峰期间也大幅降低，很多电厂的抽汽参数已无法满足工业用户的用汽需要，进而考虑选择更高参数的汽源。

为了与更高参数的汽源进行匹配，减温水的水源选取压力也需要相应提高，常见的2MPa及以上工业供汽所用的减温水水源可以是给水泵抽头，然而随着供汽流量的增加，以及深度调峰要求的日益严格，给水泵抽头在流量、深调参数方面已经难以满足要求，进而需要自给水泵出口引出减温水源。

机组常规运行过程中，给水泵出口压力往往高达20～30MPa，以亚临界机组为例，正常运行工况下，给水泵出口压力基本在8～23MPa之间，变化幅度较大；此外，工业供汽的用汽流量在日内受末端用户用汽需求及工艺流程的影响，变化也比较大。减温水自给水泵出口引出后，其压力变化范围很大，这就给减温水流量的稳定调节和减温水喷嘴的良好雾化造成了较大的困难，减温水调节阀需要承担极大的压降，且不同负荷下压降的变化十分剧烈，调节阀的运行工况较为恶劣。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构及方法，以改善高压水源在变工况下的压力波动大，调节阀芯压降大、运行工况恶劣的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，包括阀体，阀体中设置有同轴线的节流阀芯、节流环和固定装置；

所述节流阀芯和固定装置分别设置节流环的两侧，固定装置通过连接件和节流阀芯的中心部分连接，所述连接件上套转有限位弹簧，限位弹簧的自由长度大于连接件的长度；

所述节流阀芯两个侧面为对称且同轴线的锥台结构，从节流阀芯的内部向两侧外部的方向，两个锥台结构的截面逐渐减小；

从节流环的外圈向内圈方向，节流环的径向截面宽度逐渐减小；

节流阀芯的直径小于节流环外圈的直径，所述锥台结构的侧壁面和节流环的侧面相互配合。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述固定装置为支撑架，所述支撑架的外端部和阀体的内侧壁固定连接。

优选的，所述连接件为导向螺栓，所述导向螺栓通过紧固螺母和支撑架的中心部分连接。

优选的，所述阀体的一端为入口端，另一端为出口端，入口端和出口端之间的部分为中心部分。

优选的，从入口端向出口端的方向，中心部分中依次设置有节流阀芯、节流环和固定装置。

优选的，所述阀体在节流阀芯的两侧分别设置有一个节流环，每一个节流环的外侧设置有一个固定装置；两个节流环相对于节流阀芯所在的平面对称，两个固定装置相对于节流阀芯所在的平面对称。

优选的，所述节流阀芯所在的平面为阀体长度方向的中心平面。

优选的，所述节流环的外圈和阀体的内侧壁固定连接。

一种基于上述任意一项所述宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构的稳压方法，流体从阀体的一端进入，推动节流阀芯朝向节流环的方向沿轴线运动，通过节流阀芯的侧面和节流环的侧面配合，对流体进行稳压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，该结构在阀体内固定设置节流环，节流阀芯为锥台结构，使得节流阀芯的侧壁面和节流环的型线配合，改变通流面积，实现对不同工况下的压降幅度调节，来实现宽负荷工况下的自适应变通流面积节流稳压。该结构可以改善变工况下的流体压力大幅波动、管路设备运行工况偏离设计点的问题，例如高压水源在变工况下的压力波动大，其管路系统上的调节阀存在阀芯压降大、运行工况恶劣的问题，不利于系统的稳定控制和调节。该结构对于变工况的参数适应性强，能够在一定范围内实现对流体的自适应稳压调节，不需要专门对其进行控制调节；该结构不需要配置驱动机构，可降低相应的投资成本；不需要另行引接动力线缆、控制线缆，及其他气源或驱动用油，系统简单；该结构阀体对于现场环境无特殊要求，不需要对管道进行更换或特殊设计，通过现场加装本装置即可实现其功能；整个阀体的运行维护简单，且不存在显著的设备泄露点，仅需定期进行检查，降低了检修工作量。

进一步的，固定装置为支撑架，支撑架的外端部和阀体的内侧壁固定连接，使得支撑架能够给予节流阀芯足够的轴向运动支撑力。

进一步的，连接件为导向螺栓，通过紧固螺母和固定装置连接，进而使得节流阀芯运动时能够沿轴线运动。

进一步的，锥台结构的外端部直径小于节流环的外圈直径，保证节流阀芯能够和节流环的型线配合。

进一步的，本发明的实施例之一为设置有一个节流阀芯，节流环和固定装置，为单向阀门。

进一步的，本发明的另一个实施例为中心部分设置有一个节流阀芯，节流阀芯的两侧分别设置有一个节流环和固定装置，该结构使得阀体的两端都能够为入口端，另一端自动成为出口端，该结构为双向阀门。

本发明还公开了一种基于所述宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构的稳压方法，该方法通过自适应节流阀芯的轴向运动，与固定式节流环之间形成可变通流面积的环状过流区域，流体在此区域内流过进行减压；通过自适应节流阀芯与固定式节流环之间的型线配合，改变通流面积，实现对不同工况下的压降幅度调节；当自适应限位弹簧对于阀芯的施力，与阀芯在流体作用下受力的达到平衡，该方法通过对不同流量和压力下的工况研究，对自适应节流阀芯、固定式节流环、自适应限位弹簧的型线和参数进行选型设计。

附图说明

图1为实施例1结构的轴测剖面示意图；

图2为实施例1结构的侧视剖面示意图；

图3为实施例1结构的正视剖面示意图；

图4为实施例2稳压结构的外部正视图；

图5为实施例2稳压结构的外部轴侧图；

图6为实施例2稳压结构的正视剖面示意图；

图7为实施例2稳压结构的轴测剖面示意图；

图8为实施例2稳压结构的侧视剖面示意图。

其中，1-节流阀芯；2-节流环；3-导向螺栓；4-限位弹簧；5-紧固螺母；6-阀体；7-支撑架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，包括阀体节流阀芯1、节流环2、导向螺栓3、限位弹簧4、紧固螺母5、阀体6和支撑架7。

实施例1

参见图1、图2和图3，阀体6整体为管状结构，沿长度方向分为一体连接且同轴线的入口端601、中心部分602和出口端603，所述中心面在长度方向的中心线处，中心部分602的直径大于入口端601的直径。使得中心部分602中能够放置节流阀芯1、节流环2、导向螺栓3、限位弹簧4和紧固螺母5。

沿着阀体6的入口端601至出口端603的方向，即流体的流动方向，中间部分602中依次设置有节流阀芯1、节流环2和支撑架7。

更为具体的，参见图3，节流阀芯1为圆盘结构，设定节流阀芯1的内侧面为朝向节流环2的侧面，外侧面为朝向入口端601的侧面，节流阀芯1的内侧面为锥台结构，所述锥台结构和节流阀芯1同轴线，从节流阀芯1中间向内侧面的方向，锥台的截面逐渐缩小。

参见图6，(该实施例和实施例2的节流环2的结构相同)，节流环2的外圈和中心部分602固定连接，从节流环2的外圈向内圈方向，节流环2径向截面的宽度逐渐减小。节流环2的侧面能够为平面，也能够为曲面，形成节流环2的型线结构。当侧面为平面时，平面相对于节流环2的中心面倾斜。

设定节流阀芯1的外径为d，节流环2外圈的直径为D，D大于d，而且台阶结构的外端面小于节流环2的外圈直径，使得节流阀芯1的锥台侧壁面能够和节流环2的侧面相配合，即和节流环2的型线配合，进而节流稳压。

节流环2的一侧设置有节流阀芯1，另一侧设置有支撑架7，支撑架7为交叉十字结构，其外端部和中心部分602的内侧壁固定连接，支撑架7的中心部分连接通过紧固螺母5和导向螺栓3的一端固定连接，导向螺栓3穿过节流环2，,另外一端和节流阀芯1的中心部分固定连接。

导向螺栓3上套装有同轴线的限位弹簧4，限位弹簧4的自由长度大于导向螺栓3的长度，导向螺栓3的外端和支撑架7连接，使得限位弹簧4被限制在支撑架7和节流阀芯1之间，始终处于压缩的状态，进而使得节流阀芯1始终被限位弹簧4支撑远离节流环2。

本实施例的工作过程：

当流体从入口端601进入阀体6中后，推动节流阀芯1朝向节流环2运动，侧方沿轴向运动，节流阀芯1和节流环2的型线配合，通过改变通流面积，实现对不同工况下的压降幅度调节，非工作状态下(流体静止或排出后)，节流阀芯1受限位弹簧4外推的作用力，回到原始位置。

实施例2

参见图4-图8，相对于实施例1，该实施例为两端均能够为进口的节流稳压阀结构，具体的，参见图5，阀体6在其中心面处分为两部分，两部分由螺栓结构连接，所述螺栓结构围绕轴线的周向等分设置，该结构使得中心部分602的长度增加，内部能够放置更多的结构。该实施例中包括一个节流阀芯1，两个节流环2、两个导向螺栓3、两个限位弹簧4、两个紧固螺母5、和两个支撑架7。

具体的，在阀体不工作的状态下，节流阀芯1位于阀体6的中心部分，节流阀芯1的两侧分别设置有一个节流环2，每一个节流环2的外侧设置有一个支撑架7。

本实施例中节流阀芯1的结构不同于实施例1，该节流阀芯1的两个侧面都为锥台结构，但锥台结构的尺寸可相同，也可不同，每一个侧面的锥台结构与该侧面对应的节流环2的型面相配合。相对应的两个节流环2的位置相对于整个阀体6的中心面对称，但节流环2侧面的倾斜程度可相同也可不同。

每一个支撑架7的外端部和中心部分602的内侧壁固定连接，中心部分通过紧固螺母5和导向螺栓3的一端固定连接，导向螺栓3穿过节流环2，另外一端和节流阀芯1的中心部分固定连接。

每一个导向螺栓3上套装有同轴线的限位弹簧4，限位弹簧4的自由长度大于导向螺栓3的长度，导向螺栓3的外端和支撑架7连接，使得每一个限位弹簧4被限制在支撑架7和节流阀芯1之间，始终处于压缩的状态。因此，在非工作状态下，节流阀芯1被两个限位弹簧4“外推”的处于阀体6的中心部分。

支撑架7的形状和结构，节流环2的形状和结构，以及节流阀芯1的形状和结构均和实施例1相同。

本实施例的工作原理为：

流体从任意一个入口端601进行阀体6中，推动节流阀芯1与节流环2同轴线向另一个方向运动，在这一过程中，节流阀芯1和位于流体下游的节流环2的型线配合，通过改变通流面积，实现对不同工况下的压降幅度调节，流体通过后，节流阀芯1受该侧限位弹簧4的作用力，回到原始位置。

该结构通过自适应节流阀芯的轴向运动，与固定式节流环之间形成可变通流面积的环状过流区域，流体在此区域内流过进行减压；通过自适应节流阀芯与固定式节流环之间的型线配合，改变通流面积，实现对不同工况下的压降幅度调节；当自适应限位弹簧对于阀芯的施力，与阀芯在流体作用下受力的达到平衡，该自适应限位弹簧的压缩达到稳定；通过对不同流量和压力下的工况研究，对自适应节流阀芯、固定式节流环、自适应限位弹簧的型线和参数进行选型设计。

采用本宽负荷自适应的变通流面积节流稳压方法，其自适应节流阀芯可在流体作用下沿轴向自行移动；其阀体内壁设置有固定式节流环，节流环与阀体间可通过焊接或其他方式限位固定，或与阀体一体制造成型；其阀体内部设置有支撑导向结构，用于对阀芯的移动进行限位和导向；支撑导向结构与节流阀芯通过阀芯导向螺栓和阀芯限位紧固螺母进行连接；阀芯导向螺栓上设有阀芯自适应限位弹簧，其施力于支撑导向结构和自适应节流阀芯，用于平衡流体对阀芯的作用力；通过自适应节流阀芯与固定式节流环的型线配合，结合阀芯在不同流体压力下的位移幅度，实现对流体的自适应节流稳压。

采用本方法的自适应变通流面积节流稳压阀，其对于变工况的参数适应性强，对于现场环境无特殊要求，不需要对管道进行更换或特殊设计，通过现场加装本装置即可实现其功能。采用本方法的自适应变通流面积节流稳压阀，且可通过增加阀芯级数或增加装置数量来进行多级稳压，进一步拓展适用的工况范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，其特征在于，包括阀体(6)，阀体(6)中设置有同轴线的节流阀芯(1)、节流环(2)和固定装置；

所述节流阀芯(1)和固定装置分别设置节流环(2)的两侧，固定装置通过连接件和节流阀芯(1)的中心部分连接，所述连接件上套转有限位弹簧(4)，限位弹簧(4)的自由长度大于连接件的长度；

所述节流阀芯(1)两个侧面为对称且同轴线的锥台结构，从节流阀芯(1)的内部向两侧外部的方向，两个锥台结构的截面逐渐减小；

从节流环(2)的外圈向内圈方向，节流环(2)的径向截面宽度逐渐减小；

节流阀芯(1)的直径小于节流环(2)外圈的直径，所述锥台结构的侧壁面和节流环(2)的侧面相互配合。

2.根据权利要求1所述的一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，其特征在于，所述固定装置为支撑架(7)，所述支撑架(7)的外端部和阀体(6)的内侧壁固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，其特征在于，所述连接件为导向螺栓(3)，所述导向螺栓(3)通过紧固螺母(5)和支撑架(7)的中心部分连接。

4.根据权利要求1所述的一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，其特征在于，所述阀体(6)的一端为入口端(601)，另一端为出口端(603)，入口端(601)和出口端(603)之间的部分为中心部分(602)。

5.根据权利要求4所述的一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，其特征在于，从入口端(601)向出口端(603)的方向，中心部分(602)中依次设置有节流阀芯(1)、节流环(2)和固定装置。

6.根据权利要求1所述的一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，其特征在于，所述阀体(6)在节流阀芯(1)的两侧分别设置有一个节流环(2)，每一个节流环(2)的外侧设置有一个固定装置；两个节流环(2)相对于节流阀芯(1)所在的平面对称，两个固定装置相对于节流阀芯(1)所在的平面对称。

7.根据权利要求1所述的一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，其特征在于，所述节流阀芯(1)所在的平面为阀体(6)长度方向的中心平面。

8.根据权利要求1所述的一种宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构，其特征在于，所述节流环(2)的外圈和阀体(6)的内侧壁固定连接。

9.一种基于权利要求1-8任意一项所述宽负荷自适应的变通流面积节流稳压结构的稳压方法，其特征在于，流体从阀体(6)的一端进入，推动节流阀芯(1)朝向节流环(2)的方向沿轴线运动，通过节流阀芯(1)的侧面和节流环(2)的侧面配合，对流体进行稳压。

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