CN114673815B - 一种主蒸汽阀站加速泄压装置及超压保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主蒸汽阀站加速泄压装置及超压保护方法，装置包括壳体、阶梯式活塞和弹簧；壳体内部设有阶梯式活塞，通过密封圈将壳体内部由上至下分为第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体。第三柱段底部与壳体内腔的底面间固定有能调节初始轴向压缩量的弹簧；第一腔体和第三腔体均能通过第一管道与主阀的阀盖内腔相连通，第二内腔能通过第二管道与外界相连通，第四腔体能通过第三管道与主阀内腔相连通。本发明装置中的阶梯式活塞会由于腔体内上下部分产生的压差而上下运动，以实现对主阀的超压保护。同时，通过旋转手轮来调节弹簧初始预紧力，从而控制装置的开启时间，保证主阀在响应时间内开启，确保主蒸汽阀站的安全平稳运行。

Description

一种主蒸汽阀站加速泄压装置及超压保护方法
技术领域
本发明属于主蒸汽阀站领域，特别涉及一种主蒸汽阀站加速泄压装置及超压保护方法。
背景技术
目前核能的主要利用形式是核电。主蒸汽阀站作为核电厂二回路的关键超压保护设备之一，对主蒸汽系统的安全可靠运行具有重要意义。在上游(朝向蒸汽发生器)和下游(朝向汽轮机)发生故障时，例如管道破裂，这个过程会使阀站进口处的蒸汽压力升高到超过允许值，主蒸汽阀站通过先导控制开启前置隔离阀或主蒸汽安全阀将蒸汽泄放至大气压，当系统压力恢复正常时关闭泄放功能。因此，确保前置隔离阀和安全阀在规定时间内开启是保障主蒸汽系统安全和人员生命安全的关键所在。
主蒸汽阀站是由主蒸汽隔离阀、前置隔离阀、两个主蒸汽安全阀相互焊接组成的阀组系统。阀站内的每一个阀门都是多级先导控制方式，即利用多个体积更小的阀门来控制主阀门的阀芯上部流体的流动，进而自动控制主阀门的启闭。当系统压力超过安全值时，主蒸汽阀站内的前置隔离阀会先开启，若系统压力持续升高到一定值时，主蒸汽安全阀会随后开启。在这过程中，一旦先导阀由于卡滞或者其他外界原因无法在规定时间精确控制主阀的开启，将造成不可预料的后果。
因此，研究一种可以装载置主阀上与先导阀并联使用的加速泄压装置及超压保护方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种主蒸汽阀站加速泄压装置及超压保护方法。本发明的加速泄压装置能够与先导阀并联使用，可以在先导阀未按规定响应时间开启或者开启速度较慢的情况下保证主阀一定开启，确保主蒸汽系统的安全稳定运行；同时，可以经过手轮来调节加速泄压装置开启的时间，确保加速泄压装置对不同工况的适应能力。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种主蒸汽阀站加速泄压装置，包括壳体、阶梯式活塞和弹簧；
所述壳体内腔中设有阶梯式活塞，阶梯式活塞包括由上至下截面逐渐增加的第一柱段、第二柱段和第三柱段；所述第一柱段由上至下套设有第一密封圈和第二密封圈；第一密封圈和第二密封圈均固定于壳体内壁，分别将所在处与壳体内壁和接触的第一柱段外壁面完全密封；第一柱段能在第一密封圈和第二密封圈的限位作用下沿轴向上下移动，且第一柱段顶部能始终与壳体内腔的上壁面留有空隙；位于第一密封圈上方的壳体内腔作为第一腔体，第二密封圈与第一密封圈之间的壳体内腔作为第二腔体；所述第二柱段套设有第三密封圈；第三密封圈固定于壳体内壁，将所在处与壳体内壁和接触的第二柱段外壁面完全密封，第二柱段能在第三密封圈的限位作用下沿轴向上下移动；第三密封圈与第二密封圈之间的壳体内腔作为第三腔体，位于第三密封圈下方的壳体内腔作为第四腔体；所述第三柱段位于第四腔体内，底部与壳体内腔的底面间固定有能调节初始轴向压缩量的弹簧；所述第一腔体和第三腔体均能通过第一管道与主阀的阀盖内腔相连通，第二内腔能通过第二管道与外界相连通，第四腔体能通过第三管道与主阀内腔相连通。
作为优选，所述壳体内腔的侧壁面为阶梯式结构，由上至下包括截面逐渐增加的第一筒体、第二筒体和第三筒体；所述第一密封圈和第二密封圈固定于第一筒体上，第三密封圈固定于第二筒体上，弹簧位于第三筒体中；所述第二柱段的横截面大于第一筒体的横截面，第三柱段的横截面大于第二筒体的横截面，使得第二柱段无法进入第一筒体中，第三柱段无法进入第二筒体中。
进一步的，所述第一筒体的轴向长度大于第一柱段的轴向长度，以使第一柱段顶部能始终与壳体内腔的上壁面留有空隙。
进一步的，所述第一筒体上部侧壁开设与第一腔体连通的第一进口，第二筒体侧壁开设与第三腔体连通的第二进口，第一进口和第二进口均能与第一管道相连通；所述第一筒体侧壁开设与第二腔体连通的第一出口，第一出口能与第二管道相连通；所述第三筒体侧壁开设与第四腔体连通的第三进口，第三进口能与第三管道相连通。
作为优选，所述第三柱段套设有多孔板，多孔板固定于壳体内壁且位于第四腔体中；第三柱段能在多孔板的限位作用下沿轴向上下移动，以限制阶梯式活塞轴向运动过程中径向的振动。
作为优选，所述弹簧的顶部固定于第三柱段的底部，底部通过连接件与位于壳体外部的手轮相连，能通过手轮转动以调节弹簧的初始预紧力。
进一步的，所述连接件与壳体之间的连接处具有气密性。
作为优选，所述弹簧始终处于压缩状态。
作为优选，所述壳体和阶梯式活塞同轴设置，两者之间具有间隔。
第二方面，本发明提供了一种基于第一方面任一所述主蒸汽阀站加速泄压装置的超压保护方法，具体如下：
S1：将第一腔体和第三腔体均通过第一管道与主阀的阀盖内腔相连通，第二内腔通过第二管道与外界相连通，第四腔体通过第三管道与主阀内腔相连通；根据实际工况，通过调节弹簧初始预紧力的大小，改变阶梯式活塞上下运动的初始加速度，以调整主蒸汽阀站加速泄压装置的开启时间；
S2：初始状态下，主阀内部压力未达到整定压力，阶梯式活塞保持静止并处于上极限位置，第二管道封闭。当主阀内部压力达到整定压力后，第一腔体和第三腔体中的压力升高并大于第四腔体中的压力，第一腔体、第三腔体与第四腔体中存在压差，阶梯式活塞受到向下的压力，当受到的向下的压力和自身的重力大于弹簧初始弹力时，阶梯式活塞开始向下运动。由于第一腔体的截面积较小，因此第一柱段受到的推动力较小，随着阶梯式活塞的向下移动，第一柱段和第二柱段顶部均受到向下的推动力促使阶梯式活塞加速向下运动。若只有第一腔体，由于第一柱段的截面积较小，因此活塞收到的向下推动力较小，会增加装置开启的时间，增加第三腔体可以增加一个向下的推动力，使得活塞快速向下运动，缩短装置开启时间；
S3：随着超压时间的增长，第一柱段顶部逐渐靠近第一密封圈；当第一柱段顶部移动至第一密封圈下方，第一腔体和第二腔体相连通，第二管道开启，主阀阀盖内腔中的气体经第一腔体和第二腔体从第二管道向外释放，以对主阀进行泄压；
S4：当泄压至第四腔体内部压力高于第一腔体、第二腔体和第三腔体内部压力时，阶梯式活塞底部受到向上的作用力，使阶梯式活塞向上移动；当第一柱段顶部移动至位于第一密封圈上方时，第二管道关闭，停止泄压；
S5：当主阀压力变化时，重复步骤S2～S4，以实现对主阀的超压保护。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)在主阀上增添本发明的主蒸汽阀站加速泄压装置，与先导阀并联使用。当超压时间小于装置开启时间时，先导阀起主要作用。当阶梯式活塞运动至装置开启时间时，本装置与先导阀共同作用，加速主阀泄压，为主阀提供双层保护。
2)本发明装置的开启时间可以通过旋转手轮进行调节，具体的原理是通过调整弹簧初始预紧力的大小，进而改变阶梯式活塞的初始加速度，从而实现调整装置开启时间的目的，增强了装置对不同工况的适应性。
附图说明
图1是加速泄压装置的结构示意图；
图2是加速泄压装置装配于安全阀上的结构示意图；
图3是加速泄压装置的剖面结构示意图；
图中：1、壳体；2、阶梯式活塞；3、第二管道；4、第一密封圈；5、第二密封圈；6、第三密封圈；7、多孔板；8、弹簧；9、连接件；10、手轮；11、第三管道；12、第一管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
本发明提供了一种主蒸汽阀站加速泄压装置，该加速泄压装置用于与主阀相连，来实现对主阀的超压保护。同时，由于本发明的加速泄压装置内部构造相比于先导阀简单、运行稳定性更好、不易发生故障，因此，本发明的加速泄压装置还可以与先导阀并联使用，以实现对主阀运行过程中的双重保障。如图1和3所示，本发明的加速泄压装置主要包括壳体1、阶梯式活塞2和弹簧8，下面将对各部件的结构和连接方式进行具体说明。
壳体1的内腔中设有阶梯式活塞2，阶梯式活塞2包括第一柱段、第二柱段和第三柱段。第一柱段、第二柱段和第三柱段依次连接，且三者的横截面由上至下逐渐增加。在实际应用时，可以将壳体1同样设置为与阶梯式活塞2相同的结构，即壳体1内腔的侧壁面为阶梯式结构，由上至下包括截面逐渐增加的第一筒体、第二筒体和第三筒体。壳体1和阶梯式活塞2同轴设置，两者之间具有一定的间隔。
第一柱段上套设有第一密封圈4，第一密封圈4固定于壳体1内壁，第一密封圈4将所在处与壳体1内壁和接触的第一柱段外壁面完全密封。第一柱段上套设有第二密封圈5，第二密封圈5位于第一密封圈4下方，第二密封圈5固定于壳体1内壁，第二密封圈5将所在处与壳体1内壁和接触的第一柱段外壁面完全密封。第一柱段能在第一密封圈4和第二密封圈5的限位作用下沿轴向上下移动，且第一柱段顶部能始终与壳体1内腔的上壁面留有空隙。该空隙能够使实际操作时，主阀阀盖内腔中的高压气体能够对第一柱段顶部施加向下的压力，进而带动整个阶梯式活塞2向下运动。位于第一密封圈4上方的壳体1内腔作为第一腔体，第二密封圈5与第一密封圈4之间的壳体1内腔作为第二腔体。
第二柱段套设有第三密封圈6。第三密封圈6固定于壳体1内壁，将所在处与壳体1内壁和接触的第二柱段外壁面完全密封，第二柱段能在第三密封圈6的限位作用下沿轴向上下移动。第三密封圈6与第二密封圈5之间的壳体1内腔作为第三腔体，位于第三密封圈6下方的壳体1内腔作为第四腔体。
第三柱段位于第四腔体内，底部与壳体1内腔的底面间固定有能调节初始轴向压缩量的弹簧8。在实际应用时，弹簧8的顶部可以与第三柱段的底部相接触，通过阶梯式活塞2的重力作用压设于弹簧8的顶部；弹簧8的底部可以通过连接件9与位于壳体1外部的手轮10相连，能通过手轮10转动来调节弹簧8的初始压缩长度，即调节弹簧8的初始预紧力。为了保证装置更好的泄压效果，连接件9与壳体1的连接处应当具有气密性。在实际应用时，阶梯型活塞2可以通过第一腔体、第三腔体与第四腔体之前的压差来实现上下运动，通过弹簧8的初始压缩长度来控制其运动时间，即装置开启时间。
在实际应用时，为了使阶梯式活塞2轴向运动时更加平稳，可以在第三柱段套设多孔板7，多孔板7固定于壳体1内壁且位于第四腔体中。第三柱段能在多孔板7的限位作用下沿轴向上下移动，以限制阶梯式活塞2轴向运动过程中径向的振动。
如图2所示，第一腔体和第三腔体均能通过第一管道12与主阀的阀盖内腔相连通；第二内腔能通过第二管道3与外界相连通，即出口压力为大气压；第四腔体能通过第三管道11与主阀内腔相连通。
在实际应用时，若壳体1采用与阶梯式活塞2相同的阶梯式结构，则可以将第一密封圈4和第二密封圈5固定于第一筒体上，第三密封圈6固定于第二筒体上，弹簧8位于第三筒体中。第二柱段的横截面大于第一筒体的横截面，第三柱段的横截面大于第二筒体的横截面，使得第二柱段仅能在第二筒体或第三筒体中移动而无法进入第一筒体中，第三柱段仅能在第三筒体中移动而无法进入第二筒体中。在该种结构下，可以将第一筒体的轴向长度设置为大于第一柱段的轴向长度，以使第一柱段顶部能始终与壳体1内腔的上壁面留有空隙。第一筒体上部侧壁开设与第一腔体连通的第一进口，第二筒体侧壁开设与第三腔体连通的第二进口，第一进口和第二进口均能与第一管道12相连通。第一筒体侧壁开设与第二腔体连通的第一出口，第一出口能与第二管道3相连通。第三筒体侧壁开设与第四腔体连通的第三进口，第三进口能与第三管道11相连通。
利用上述主蒸汽阀站加速泄压装置的超压保护方法，具体如下：
S1：将第一腔体和第三腔体均通过第一管道12与主阀的阀盖内腔相连通，第二内腔通过第二管道3与外界相连通，第四腔体通过第三管道11与主阀内腔相连通。
根据实际工况，通过调节弹簧8初始预紧力的大小，改变阶梯式活塞2上下运动的初始加速度，以调整主蒸汽阀站加速泄压装置的开启时间。
S2：初始状态下，主阀内部压力未达到整定压力，阶梯式活塞2保持静止并处于上极限位置，第二管道3封闭。当主阀内部压力达到整定压力后，第一腔体和第三腔体中的压力升高并大于第四腔体中的压力，第一腔体、第三腔体与第四腔体中存在压差，阶梯式活塞2受到向下的压力，当受到的向下的压力和自身的重力大于弹簧初始弹力时，阶梯式活塞2开始向下运动。由于第一腔体的截面积较小，因此第一柱段受到的推动力较小，随着阶梯式活塞2的向下移动，第一柱段和第二柱段顶部均受到向下的推动力促使阶梯式活塞2加速向下运动。若只有第一腔体，由于第一柱段的截面积较小，因此活塞收到的向下推动力较小，会增加装置开启的时间，增加第三腔体可以增加一个向下的推动力，使得活塞快速向下运动，缩短装置开启时间；
S3：随着超压时间的增长，第一柱段顶部逐渐靠近第一密封圈4。当第一柱段顶部移动至第一密封圈4下方，第一腔体和第二腔体相连通，第二管道3开启，主阀阀盖内腔中的气体经第一腔体和第二腔体从第二管道3向外释放，以对主阀进行泄压，主阀开启。
S4：当泄压至第四腔体内部压力高于第一腔体、第二腔体和第三腔体内部压力时，阶梯式活塞2底部受到向上的作用力，当该作用力大于自身重力和第一腔体、第二腔体和第三腔体内部压力总和时，阶梯式活塞2向上移动。当第一柱段顶部移动至位于第一密封圈4上方时，第二管道3关闭，停止泄压。
S5：当主阀压力变化时，重复步骤S2～S4，以实现对主阀的超压保护。
本发明装置中的阶梯式活塞会由于腔体内上下部分产生的压差而上下运动，以实现对主阀的超压保护。同时，通过旋转手轮来调节弹簧初始预紧力，从而控制装置的开启时间，保证主阀在响应时间内开启，确保主蒸汽阀站的安全平稳运行。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，包括壳体（1）、阶梯式活塞（2）和弹簧（8）；
所述壳体（1）内腔中设有阶梯式活塞（2），阶梯式活塞（2）包括由上至下截面逐渐增加的第一柱段、第二柱段和第三柱段；所述第一柱段由上至下套设有第一密封圈（4）和第二密封圈（5）；第一密封圈（4）和第二密封圈（5）均固定于壳体（1）内壁，分别将所在处与壳体（1）内壁和接触的第一柱段外壁面完全密封；第一柱段能在第一密封圈（4）和第二密封圈（5）的限位作用下沿轴向上下移动，且第一柱段顶部能始终与壳体（1）内腔的上壁面留有空隙；位于第一密封圈（4）上方的壳体（1）内腔作为第一腔体，第二密封圈（5）与第一密封圈（4）之间的壳体（1）内腔作为第二腔体；所述第二柱段套设有第三密封圈（6）；第三密封圈（6）固定于壳体（1）内壁，将所在处与壳体（1）内壁和接触的第二柱段外壁面完全密封，第二柱段能在第三密封圈（6）的限位作用下沿轴向上下移动；第三密封圈（6）与第二密封圈（5）之间的壳体（1）内腔作为第三腔体，位于第三密封圈（6）下方的壳体（1）内腔作为第四腔体；所述第三柱段位于第四腔体内，底部与壳体（1）内腔的底面间固定有能调节初始轴向压缩量的弹簧（8）；所述第一腔体和第三腔体均能通过第一管道（12）与主阀的阀盖内腔相连通，第二内腔能通过第二管道（3）与外界相连通，第四腔体能通过第三管道（11）与主阀内腔相连通。
2.根据权利要求1所述的一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，所述壳体（1）内腔的侧壁面为阶梯式结构，由上至下包括截面逐渐增加的第一筒体、第二筒体和第三筒体；所述第一密封圈（4）和第二密封圈（5）固定于第一筒体上，第三密封圈（6）固定于第二筒体上，弹簧（8）位于第三筒体中；所述第二柱段的横截面大于第一筒体的横截面，第三柱段的横截面大于第二筒体的横截面，使得第二柱段无法进入第一筒体中，第三柱段无法进入第二筒体中。
3.根据权利要求2所述的一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，所述第一筒体的轴向长度大于第一柱段的轴向长度，以使第一柱段顶部能始终与壳体（1）内腔的上壁面留有空隙。
4.根据权利要求2所述的一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，所述第一筒体上部侧壁开设与第一腔体连通的第一进口，第二筒体侧壁开设与第三腔体连通的第二进口，第一进口和第二进口均能与第一管道（12）相连通；所述第一筒体侧壁开设与第二腔体连通的第一出口，第一出口能与第二管道（3）相连通；所述第三筒体侧壁开设与第四腔体连通的第三进口，第三进口能与第三管道（11）相连通。
5.根据权利要求1所述的一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，所述第三柱段套设有多孔板（7），多孔板（7）固定于壳体（1）内壁且位于第四腔体中；第三柱段能在多孔板（7）的限位作用下沿轴向上下移动，以限制阶梯式活塞（2）轴向运动过程中径向的振动。
6.根据权利要求1所述的一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，所述弹簧（8）的顶部固定于第三柱段的底部，底部通过连接件（9）与位于壳体（1）外部的手轮（10）相连，能通过手轮（10）转动以调节弹簧（8）的初始预紧力。
7.根据权利要求6所述的一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，所述连接件（9）与壳体（1）之间的连接处具有气密性。
8.根据权利要求1所述的一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，所述弹簧（8）始终处于压缩状态。
9.根据权利要求1所述的一种主蒸汽阀站加速泄压装置，其特征在于，所述壳体（1）和阶梯式活塞（2）同轴设置，两者之间具有间隔。
10.一种基于权利要求1~9任一所述主蒸汽阀站加速泄压装置的超压保护方法，其特征在于，具体如下：
S1：将第一腔体和第三腔体均通过第一管道（12）与主阀的阀盖内腔相连通，第二内腔通过第二管道（3）与外界相连通，第四腔体通过第三管道（11）与主阀内腔相连通；根据实际工况，通过调节弹簧（8）初始预紧力的大小，改变阶梯式活塞（2）上下运动的初始加速度，以调整主蒸汽阀站加速泄压装置的开启时间；
S2：初始状态下，主阀内部压力未达到整定压力，阶梯式活塞（2）保持静止并处于上极限位置，第二管道（3）封闭；当主阀内部压力达到整定压力后，第一腔体中的压力升高并大于第四腔体中的压力，阶梯式活塞（2）顶部受到向下的压力并开始向下运动；由于第三腔体与第一腔体的压力相同，随着阶梯式活塞（2）的向下移动，第一柱段和第二柱段顶部均受到向下的压力促使阶梯式活塞（2）继续向下运动；
S3：随着超压时间的增长，第一柱段顶部逐渐靠近第一密封圈（4）；当第一柱段顶部移动至第一密封圈（4）下方，第一腔体和第二腔体相连通，第二管道（3）开启，主阀阀盖内腔中的气体经第一腔体和第二腔体从第二管道（3）向外释放，以对主阀进行泄压；
S4：当泄压至第四腔体内部压力高于第一腔体、第二腔体和第三腔体内部压力时，阶梯式活塞（2）底部受到向上的作用力，使阶梯式活塞（2）向上移动；当第一柱段顶部移动至位于第一密封圈（4）上方时，第二管道（3）关闭，停止泄压；
S5：当主阀压力变化时，重复步骤S2~S4，以实现对主阀的超压保护。
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