CN1719003A - 用于汽轮机的主汽阀 - Google Patents

Abstract

一种具有改进的流量特性和提高的稳定性的主汽阀，包括阀座、主阀体和旁通阀体。旁通阀体的侧面滑动地配合到主阀体的内表面中并形成一个蒸汽入口，该蒸汽入口由多排沿该侧面布置的入口孔道组成。孔道在直径方向对称地布置在旁通阀上，每排孔道的位置是从下一排孔道的位置平移得到的。

Description

用于汽轮机的主汽阀

交叉引用的相关申请

本申请根据并主张2004年7月7日提出的在先日本专利申请号2004-200640的优先权，本文通过引用包括了该申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及一种汽轮机，尤其涉及一种包括旁通阀的主汽阀。

背景技术

传统汽轮机有两种蒸汽阀。一种是主汽阀(也被称为“主截止阀”)。另一种是调节阀。

这两种阀均设在汽轮机的上游侧。主汽阀的作用是切断流向汽轮机的蒸汽。调节阀设在主汽阀的下游侧，控制运行期间流入汽轮机的蒸汽流量。

当发电站比如热电厂或核电站的汽轮机启动时，通常需要一种预热运转来防止汽轮机部件因突然暴露给蒸汽发生器产生的高温蒸汽而遭受到高应力。对调节阀来说也如此。

在预热运行期间，该预热一般运行到初始载荷运行为止，当预热调节阀时，主汽阀控制蒸汽流量。为此，一些传统汽轮机有一个也具有控制蒸汽流量作用的主汽阀。该作用是通过在主汽阀内部安装一个旁通阀实现的。

图8是表示内部有旁通阀的传统主汽阀的截面示意图。图8中，阀室1包含主阀体2和旁通阀体3。主阀座4与主阀体2配合。当旁通阀杆6向下运动打开与之连接的旁通阀体3时，就出现旁通蒸汽流5。

如图8所示，旁通阀体3装在主阀体2内。预热运行期间，主阀体2落在主阀座4上并且切断主阀体2和主阀座4之间的蒸汽流。主阀内有一个中空凹槽，旁通蒸汽流5流过此凹槽。旁通阀体3设在该中空凹槽内部。主阀体2的内表面担当该旁通阀的阀座。因此，通过沿轴向上下移动旁通阀杆6来控制蒸汽流5的流量。

然而，在预热期间，通过旁通阀控制流量时，由于所需的流量可能相当的小，所以流过旁通阀的蒸汽流5的流速可能非常高。流经该旁通阀的高流速蒸汽在旁通阀体3或旁通阀杆6上引起腐蚀，该腐蚀是由包含在蒸汽流5中的非常少量的氧化物或排水(水滴)引起的。当这种腐蚀很严重时，旁通阀体3或旁通阀杆6就会受损。

为了解决这个问题而改进的传统主汽阀在日本专利公开号特开(KOKAI)57-151006中有描述。图9和10是表示这种改进型传统主汽阀的截面示意图。

如图9和10所示，主阀包括主阀体2和主阀座4。主阀体2基本是圆柱形状。主阀座4与主阀体2同轴对齐，从而主阀体2的外表面，尤其是底部可以配合在阀座4上。图9中，主阀座4的外侧(主要是主阀座4的上部)是流体的上游侧，主阀座4的内侧(主阀座4的下部)是下游侧。

旁通阀体3装在主阀体2内，例如同轴地装在主阀体2内。旁通阀杆6与旁通阀体3连接，用来使旁通阀体3移动。因此，设在主阀体内的旁通阀体3可在轴向移动。

旁通阀体3穿过主阀体2。换句话说，旁通阀体3朝上游侧伸出到主阀体2的上方。旁通阀体3的侧面7与主阀体2的内表面配合。旁通阀体3的内部是空的，构成一个同轴位于旁通阀体3内部的蒸汽通道9。蒸汽通道9的顶面是封闭的，下面敞开并形成有蒸汽出口孔10，该出口孔将蒸汽通道9的蒸汽引到下游侧。

侧面7的上部有一个蒸汽入口8。蒸汽入口8包括多排沿侧面7布置的入口，每排入口包括多个个孔道。由于这种结构，即使主阀关闭，蒸汽流5也可以经过蒸汽入口8被引入蒸汽通道9内，然后通过蒸汽出口孔10流到下游侧。图9示出旁通阀全开时的状态。当阀杆向下移动使阀体关闭时，入口孔道被包含在主阀体2内并因此关闭。

从蒸汽入口8引入的蒸汽流向蒸汽通道9的中心。蒸汽通过蒸汽入口8时具有很高的流速，然而由于蒸汽流5是从围绕侧面7的所有侧面方向流进蒸汽通道的，所以围绕蒸汽通道中央的蒸汽动能减少。因此，蒸汽通道9内水平方向的蒸汽流速很低。然后蒸汽流5在蒸汽通道9内向下流动并且压力回升，并通过蒸汽出口孔10流向下游侧。

被引入蒸汽通道9内的蒸汽流量可由旁通阀体3的轴向位置控制。当旁通阀杆6沿箭头X向下移动时，侧面7落入主阀体2内。这样，位于主阀体2上方的蒸汽入口8的面积，即蒸汽入口8在主阀体2上方的孔道总面积减小，蒸汽流量也随之减少。

另一方面，当旁通阀杆6向上移动时，侧面7从主阀体2的内部提上来。因此，位于主阀体2上方的蒸汽入口8的面积，即蒸汽入口8在主阀体2上方的孔道总面积增加，蒸汽流量也增加。

在图10中，该图是沿图9中X-X线的剖面图，键槽11设在旁通阀的侧面7的下部。键槽11包括一个凹槽。与该键槽配合的键12设在主阀体2的内表面上。键12包括一个与凹槽形式的键槽配合的凸起。键12和键槽11配合在一起可以阻止旁通阀体3绕轴转动。

图7是各种旁通阀的流动特性的比较示意图。横轴代表阀门升程，纵轴代表蒸汽的流量。图8所示传统旁通阀的特性在图7中用A表示。

如上所述，图9和10所示传统旁通阀的流量依赖于位于主阀体2之上的蒸汽入口8的孔道总面积。由于蒸汽入口8包括多排入口，每一排包括多个沿侧面7布置的孔道，因此，需要在轴向上沿侧面布置足够排数的入口才能保证流量大到足以使旁通阀适当发挥作用。这样就需要为图9和10所示的旁通阀设置一个很大的行程开关，这意味着一个很大的阀门升程。这可能使得旁通阀动作不稳定。此外，可能需要扩大主汽阀尺寸。

图9和10所示旁通阀的特性在图7中由B线表示。如图7所示，从流量特性的观点来看，图9和10所示传统旁通阀次于图8所示的传统旁通阀。即使图9和10所示传统旁通阀的阀门升程是图8所示传统旁通阀的两倍，图9和10所示传统旁通阀的流量仍低于图8所示传统旁通阀的流量。

由于图9和10所示传统主汽阀的尺寸大于图8所示传统主汽阀，所以很难用图9和10所示改进型传统主汽阀替换图8所示传统主汽阀。此外，蒸汽入口8的孔道周围的蒸汽流速仍然相当高，这会引起腐蚀。

此外，改进型传统主汽阀的另一个问题是包含了两组键12和键槽11。采用两组防止旁通阀不按照规定行程动作的键/键槽不能充分发挥其功能。尤其当旁通阀完全打开时，主阀体2因蒸汽流5而震动，因此可能引起旁通阀的侧面8和主阀体2的内侧面磨损。主阀体2的内侧面和旁通阀体3的侧面7有一个圆柱形接触面。由于圆柱形接触面相对较大，因此经常出现碎屑夹在圆柱形接触面之间的缝隙这样一个问题。这会妨碍表面的自由运动。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有改善的流动特性并且可靠性提高的主汽阀。

根据本发明的一个方面，提供一种用于汽轮机的主汽阀，包括主阀座；主阀体，该主阀体具有限定出一个蒸汽通道的内表面和与主阀座配合的外表面；和旁通阀体，该旁通阀体可轴向滑动地设在主阀体的蒸汽通道内，从而旁通阀的侧面可滑动地与主阀体的内表面配合。该侧面包括一个由多排沿该侧面布置的入口孔道构成的蒸汽入口，其中每排入口的多个入口孔道的每一个在直径方向对称布置在旁通阀上，并且被定向，从而每个孔道可将蒸汽引到蒸汽通道的中心，并且其中每一排入口的孔道位置与下一排入口的孔道的位置环向偏移。

根据本发明的另一个方面，提供了一种包括蒸汽发生器、透平机和设在蒸汽发生器和透平机之间的主汽阀的汽轮机，主汽阀包括如上面限定的蒸汽阀。

附图说明

下面结合附图对最佳实施例的详细描述中可以更加清楚本发明的其它特征、方面和优点。

图中：

图1是表示根据本发明第一实施例的主汽阀剖面示意图。

图2是沿图1的II-II线的主汽阀剖面示意图。

图3A和3B是根据第一实施例的蒸汽入口另一种布置的平面示意图。

图4是沿图1中的IV-IV线的主汽阀剖面示意图。

图5是改进型蒸汽入口的平面示意图。

图6是沿图1中的IV-IV线的改进型主汽阀剖面示意图。

图7是表示各种旁通阀流动特性的比较图表。

图8是表示内部有旁通阀的传统主汽阀剖面示意图。

图9和10是表示另一种传统主汽阀的剖面示意图。

具体实施方式

参考图1到4说明根据本发明的第一个实施例。

图1是表示根据第一实施例的主汽阀剖面示意图。图2是沿图1中的II-II线的主汽阀剖面示意图。如图1和2所示，主阀包括主阀体2和主阀座4。主阀体2基本是圆筒形状，这表示阀体有一个外表面和一个内表面，其中有一部分的横截面关于中心轴基本为圆形。主阀座4同轴地设在主阀体2内。主阀体2的外表面的下部边缘设计成为一个密封面并安置在相应形状的主阀座4上。换句话说，主阀体2的外表面，尤其是在底部配合或落座在阀座4上。图1中，主阀座4的外侧(基本在主阀座4的上部)是流体的上游侧，主阀座4的内侧(主阀座4的下部)是流体的下游侧。

旁通阀体3装在主阀体2的内部，最好同轴地位于主阀体2的内部。旁通阀杆6与旁通阀体3连接，以便使旁通阀体3移动。因此，设在主阀体内部的旁通阀体3可沿轴向移动。旁通阀体3穿过主阀体2。换句话说，旁通阀体3的一部分向上游侧伸到主阀体2的上方。旁通阀体3的侧面7配合进入主阀体2的内表面。旁通阀体3有一个中空的通路，该通路构成同轴设在旁通阀体3内部的蒸汽通道9。蒸汽通道9的上端是封闭的，下端与蒸汽出口孔10连接，该蒸汽出口孔将蒸汽通道9的蒸汽引到下游侧。侧面7的上部包括一个蒸汽入口8。蒸汽入口8包括多排沿侧面7布置的入口。每排入口包括多个个孔道8A。

旁通阀体3的侧面7上在其表面上有一层涂层14。涂层14可以是钴基合金。比如钨铬钴合金，它具有很高的抗磨损和抗氧化特性。钴基合金组分(Wt％)的一个示例可以是：

Ni：等于或小于3％，Cr：28％，W：4％，Fe：等于或小于3％，C：1％，Co：其余。

或者其组分的另一个示例可以是：

Ni：2.5％，Cr：27％，Mo：5％，Fe：等于或小于2％，C：0.25％，Co：其余。与旁通阀体3的侧面7接触的主阀体2的内表面最好涂有相同的钴基合金。涂层14可以通过比如氧炔处理、钨极惰性气体保护处理、屏蔽式金属电弧处理、等离子转移电弧处理、或激光处理这样的焊接处理来涂敷。涂层也可通过热喷射和涂抹来涂敷。

在图2中，该图是沿图1中II-II线的剖面图，键槽11设在侧面7的下部。键槽11由一个凹槽构成。与键槽配合的键12设在主阀体2的内表面上。键12由一个凸起构成，该凸起配合在表现为凹槽的键槽内。四组键12和键槽11结合，共同阻止旁通阀体3绕轴转动。四组键12和键槽11的作用是阻止旁通阀在非预料方向上移动，并且即使旁通阀完全打开，键/键槽也可与内表面和侧面7上的涂层14一起，安全可靠地将旁通阀体3维持在主阀体2内。此外，表面涂层防止旁通阀的侧面8以及主阀体2的内表面磨损。

此外，旁通阀体3的侧面7上设有多个个凹槽15。凹槽15使吸入内表面和侧面7之间空隙的碎屑更容易排放到下游侧。因此，可以防止主阀体2的内表面和旁通阀体的侧面7粘合在一起。

图3A和3B是根据第一实施例的蒸汽入口8备选设计方案的平面示意图。更具体地说，图3A和3B是从图1的箭头III方向看过去的示意图。

如图3A所示，每一排入口中的孔道8A的位置最好是通过将下一排入口的孔道8A平移得到。每一排入口的孔道8A的轴向区域可以与下一排入口的孔道8A的轴向区域重叠，如图3B所示。

图4是主汽阀沿图1所示IV-IV线的剖面示意图。每排入口的孔道8A的数量最好是偶数。如图4所示，孔道8A绕轴线径向对称地布置在旁通阀内，该对称轴是蒸汽通道9的中轴线。由于每一排孔道8A数量为偶数并径向对称布置，所以每个孔道8A的对面有一个对应的孔道8A。换句话说，每个孔道8A与其对面的孔道8A有一个共同的中心轴线。因此，每个孔道8A可以直接将蒸汽流5引入蒸汽通道9的中心。根据这种结构，即使主阀关闭，蒸汽流5也可以通过蒸汽入口8被引入蒸汽通道9内，然后通过蒸汽孔10流到下游。图9示出旁通阀完全打开的状态。

从蒸汽入口8被引入的蒸汽直接流向蒸汽通道9的中心。当经过蒸汽通道8时，蒸汽的流速很高；然而，由于从蒸汽入口8的一个孔道出来的气流与从其对面孔道出来的另一股气流发生碰撞，所以蒸汽通道9中心周围的蒸汽动能减少。这样，蒸汽通道9内的蒸汽水平方向的流速非常低。蒸汽流5在蒸汽通道9内向下流动，恢复其压力，并通过蒸汽孔10流到下游。当只有一部分带孔道8A的侧面7被推出主阀体2上方而其余部分移入主阀体2内时，流入孔道8A的蒸汽流5可能不稳定；然而，当蒸汽流5流经孔道8A时则被校正(或者转向)。即使在这些情形下，蒸汽流5仍然直接流向蒸汽通道9的中心。

可以通过调节旁通阀体3轴向位置来控制被引入蒸汽通道9的蒸汽流量。当旁通阀杆6沿箭头X向下移动时，侧面7被拉进主阀体2内。这样在主阀体2上方的蒸汽入口8的面积，也就是在主阀体2上方的蒸汽入口8的所有孔道8A的总面积减小，蒸汽流量也随之减小。

另一方面，当旁通阀杆6向上移动时，将侧面7从主阀体2内推出。因此，在主阀体2上方的蒸汽入口8的面积，即在主阀体2上方的蒸汽入口8的所有孔道8A的总面积增加，蒸汽流量随之增加。

如上所述，因为每排入口的孔道8A位置是从下一排入口的孔道8A的位置点环向移位而来，所以孔道8A可以比图9和10所示的改进型传统主汽阀更为密集地装填在蒸汽入口8内，比如移动各排入口使之相互更靠近。因此，蒸汽入口8的面积，即所有孔道8A的总面积比图9和10所示改良型传统主汽阀增加30％。换句话说，阀门升程相同时，该实施例的旁通阀比图9和10所示改良型传统主汽阀的流量大30％。因此，为旁通阀所需的阀行程降低，阀的尺寸相应减小。

因为蒸汽入口8的侧面7外有一层涂层，所以阻止了因蒸汽流5流速很高所引起的蒸汽入口的孔道周围被腐蚀。

此外，如图3B所示，每排入口的孔道8A也可以在垂直方向上部分地被下一排入口的孔道覆盖(一个在另一个之上)。这种情况下，蒸汽入口8的面积，即孔道8A的总面积可以进一步减小，也就是允许缩小相邻孔道之间的环向间隔或者增加孔道的直径。因此，为旁通阀所需的阀行程进一步缩短。

此外，因为部分或所有入口排的孔道8A在轴向上与下一排入口的孔道重叠，所以阀门升程与流量之间的关系变得更接近线性特性。当某排孔道8A的轴心区不与轴向靠近的另一排孔道8A的轴心区重叠时，在轴向接近的两排孔道之间的边界层周围的流量不变。这一点在控制流量上是不太令人满意。然而，因为蒸汽入口孔道的各排入口8的轴心区，即图3B中所示孔道8A的总和与轴向邻近的那排入口轴向重叠，因此可以更容易通过调节旁通阀体3的轴向位置来控制蒸汽流量。孔道8A的形状最好确定为能够实现线性流动特性。圆形孔道代表一个最佳实施例。因此，当孔道8A本身最好在水平方向(环向)部分重叠时，它们还可以或可替换地在垂直(轴向)方向与轴向邻近的那排入口的孔道8A至少有一定程度的重叠。

图5和6是改进型实施例的示意图。图5是改进的蒸汽入口的平面示意图。由于图1到图4所示相同部件用相同数字标记表示，所以对这些部件的详细说明将被省略。

如图5所示，蒸汽入口8的每一排入口包括两个环形板16，以及多个设在环形板16之间的轴向延伸的隔板17。换句话说，两个轴向邻近的环形板16和两个邻近的隔板17构成一个孔道8A。蒸汽入口8可以通过将环形板16和隔板17焊接起来而形成。环形板16和隔板17的尺寸最好根据蒸汽入口8所需的强度确定。与图3A所示蒸汽入口相比，本改进实施例的蒸汽入口8面积，即孔道8A的总面积可以进一步增加，旁通阀所需的阀行程可以进一步缩短。

图6是图5所示改进型蒸汽入口8沿图1所示IV-IV线的剖面示意图。在该改进型式中，蒸汽入口8还包括设在隔板17的径向中间点的凸板18。凸板18用来部分地打断或堵住蒸汽流5进入蒸汽通道9内。因此，可以进一步减小被引入蒸汽通道内的蒸汽流速。这对防止蒸汽入口8腐蚀有利。此外，被引入蒸汽入口8的流速逐渐降低，因此汽轮机启动时产生的噪音逐渐降低。凸板18可以根据需要设在部分或所有隔板上。

图7是表示上述几个旁通阀流动特性比较的示意图表。横轴表示阀升程的距离，纵轴表示蒸汽流量。A线表示图8所示传统旁通阀的流动特性，B线表示图9和10所示传统旁通阀的流动特性。另一方面，C线表示根据图3A所示实施例的旁通阀的流动特性，D线表示根据图5所示改进型实施例的旁通阀的流动特性。

根据图1到6所示的本发明实施例，流动特性得到提高，因此可以达到图8所示传统旁通阀的流量，但是对于增加的行程，比图9-10所示传统旁通阀的行程短了很多。

前述本发明的最佳实施例的描述只是以示意和说明为目的。不意味着穷举或将本发明限制到具体公开的形式，根据上述教导或者从本发明实践中可能和/或显然可以进行修改和变化。选择和描述这些实施例是为了解释本发明及其应用原理，使得本领域普通技术人员通过各种形式实施例以及适于特殊使用做的各种修改来利用本发明。本发明的保护范围限定在附后的权利要求书中，而且权利要求书包含被公开的实施例及其等同物。

Claims (11)

1、一种用于汽轮机的主汽阀，包括：

主阀座；

主阀体，该主阀体具有限定出蒸汽通道的内表面和与主阀座配合的外表面，和

旁通阀体，该旁通阀体可轴向滑动地设在主阀体的蒸汽通道内，从而旁通阀的侧面可滑动地与主阀体的内表面配合，该侧面包括蒸汽入口，所述蒸汽入口包括多排沿该侧面布置的入口孔道，

其中每排入口孔道中多个入口孔道的每一个在直径方向对称布置在旁通阀中，并且被定向，从而每个孔道可将蒸汽引到蒸汽通道的中心，以及

其中每排入口孔道的孔道位置与下一排的孔道的位置环向偏移。

2、根据权利要求1的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：设置在每排的孔道数量是偶数。

3、根据权利要求1的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：设置在每排的孔道数量相同。

4、根据权利要求1的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：至少有一排孔道至少部分地在轴向上与至少一排相邻近的孔道重叠，和可选择地的是，至少有一排孔道中的至少部分孔道至少部分地在轴向上与在至少相邻近一排孔道中的孔道重叠。

5、根据权利要求1的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：孔道包括基本圆形的孔。

6、根据权利要求1的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：每排入口孔道由两块环形板和径向设在环形板之间的多个隔板限定得到。

7、根据权利要求6的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：还包括：

设在至少部分隔板的径向中间位置的横向延伸的凸板。

8、根据权利要求1的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：主阀的内表面和旁通阀侧面之中的至少一个表面上有一层包括钴基合金的涂层。

9、根据权利要求1的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：还包括：

设在主阀内表面或者旁通阀侧面上的至少四个键，和；

至少四个键槽，每个键槽与其中一个键配合，所述键槽设在主阀内表面或旁通阀侧面中的另一个上，用来阻止旁通阀转动。

10、根据权利要求1的用于汽轮机的主汽阀，其特征在于：还包括：

至少一个设在旁通阀侧面并在整个旁通阀长度方向轴向延伸的凹槽。

11、一种包括蒸汽发生器、透平机和设在蒸汽发生器和透平机之间的主汽阀的汽轮机，主汽阀包括如权利要求1所述的蒸汽阀。

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