蒸汽管道封闭阀和具有蒸汽管道封闭阀的汽轮机设备的制作方法

专利名称：蒸汽管道封闭阀和具有蒸汽管道封闭阀的汽轮机设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸汽管道封闭阀，用于封闭一个蒸汽管道、尤其是在一个汽轮机设备中的一个第一膨胀段和至少一个第二膨胀段之间的蒸汽管道，第二膨胀段使用一个比第一膨胀段较小的压力进行工作。
在一个膨胀段的情况下，不但互相分开的子汽轮机分别具有一个自身的壳体，而且依次布置在一个共同的壳体中的子汽轮机区段分别具有一个自身的蒸汽输入。
这种类型的蒸汽管道封闭阀、也称作截止阀，是一种安全机构。当在设备的载荷减少时出现的转速超速只能限于许可值时，在饱和汽轮机组中、在蒸汽进入到在第一子汽轮机的后面设置的低压汽轮机中之前布置这些蒸汽管道封闭阀。在载荷减少时，在较短的时间内，由汽轮机组所驱动的发电机的负载力矩消失，例如因为三极电网短路。在这种情况下，新气电枢关闭，这样另一条向子汽轮机的蒸汽输入被切断。在这个子汽轮机中的、中间连接的蒸汽管道中的和在必要时存在的中间过热器中存储的蒸汽继续膨胀。该膨胀由于缺乏负载力矩致使汽轮机组转速提高。因此需要阻止这种膨胀以及阻止蒸汽进入到第二并可能其它的子汽轮机中。不需要完全密封的封闭。允许可以存在较小的泄漏流量。
美国专利US3,444,894公开了一个用于控制气态介质的压力或者量的装置。该装置具有一个限定一个纵向延伸的管道的壳体，该管道使用用于该介质的一个入口以及一个出口。两个如此命名的减震叶片布置在壳体中并且彼此相对沿着垂直于纵向轴线的方向运动。另外在减震叶片之间的中心元件基本上中心地布置在管道中。该中心元件对于一种有利的入流进行流线型的设计，并且在管道中沿着纵向轴线方向延伸。该中心元件在其逆流而上的端部处具有一个有值得注意的厚度的圆形轮廓，而在其顺流而下的端部处收缩成尖角。
在DE36 07 736 C2中公开了一种用于管道的封闭盖，以及这一类的具有一个在壳体中可旋转地支承的盖，该盖在闭合状态紧贴在一个连续地布置在整个壳体宽度上的密封衬垫上，该衬垫由一种没有或者仅有少量弹性的塑料、例如一种氟塑料制成。密封衬垫在密封的部位上、朝向盖的闭合位置弹性地布置在一个弹簧桥(Feder-bruecke)和一个位于弹簧桥与壳体之间的间隙之上，该密封衬垫在密封部位中在断开位置上与盖相比具有一个略微减小的净余直径。在这种情况下，具有缝隙的弹簧桥在密封衬垫中通过部分的或者全部的外壳固定地锚固，密封衬垫与弹簧桥形成一个单元。
由DE 38 26 592 A1得到一种用于在一个蒸汽管道中、最好在一个汽轮机的一个蒸汽管道中操作一个快速闭合盖的机构。在快速闭合盖的一个旋转轴上布置一个小齿轮，两对齿条使用该小齿轮处于啮合中。一对齿条用于与用于打开快速闭合盖的液压机构相连接，另一对齿条与用于迅速闭合的闭合弹簧相连接。这两个用于打开或者闭合的独立系统通过完全的无间隙来减小力学的磨损，并可以通过一个相应的液压错接(hydraulische Verschaltung)在进入到闭合状态时使快速闭合盖的盖盘的减震成为可能。为了保持这种减震与不同的工作状态无关，采用与一个截止节流阀(Abfang-drossel)相连接的压力天平，该压力天平也可以根据旋转角度进行调节。为了在打开时将快速闭合盖进行压力补偿而使用一条并行线路，该线路本身可以通过迅速封闭的切断阀进行切断。
在已知的蒸汽管道封闭阀中设置几个盖，它们用于封闭蒸汽管道而旋转。在蒸汽管道中的压力在直径为1.2至1.4米时、在通常情况下在10-15(18)巴之间。蒸汽管道封闭阀的闭合时间应该位于一到两秒之间。由于因压力、蒸汽管道的直径和存在的温度而载荷较高，所以盖设计得相对厚实。因此该盖具有较大的尺寸和一个较大的质量。这导致一个围绕所设置的旋转轴线较大的转动惯量。因此为了实现所需要的、较短的闭合时间，必须将明显的加速力矩施加到该盖上。
目前所使用的盖的扩大的直径在结构上只能以较大的困难来实现。必须首先准备可以施加所需要的加速力矩的传动装置。另外在实现盖的固定时会出现困难。对于直径的扩大当然是值得追求的，因为在汽轮机设备的当前功率的情况下不再可以切断单独的子汽轮机之间的蒸汽管道的全部横截面。因此蒸汽管道封闭阀必须布置在对于单独的第二子汽轮机的输送管道中。对于每一个第二子汽轮机需要一个自身的蒸汽管道封闭阀。这导致较高的结构和经济费用，并扩大了对于位置的需要。
因此本发明的任务是，提供一种蒸汽管道封闭阀，该阀在相同尺寸的情况下具有一个较小的转动惯量或者在相同转动惯量的情况下具有较大的尺寸，因此可以对于一个具有最大横截面的蒸汽管道实现封闭。
根据本发明，这个任务在开头所述类型的一种蒸汽管道封闭阀的情况下如此来解决，即将该阀划分为多个元件，它们可以共同覆盖蒸汽管道的横截面。
通过这种划分可以使用较小的单元。转动惯量在矩形的情况下随着到旋转轴线的距离而增加。通过根据本发明所建议的划分为多个元件，这种距离显著减小，这样得到整体上明显较小的转动惯量。因为暴露给蒸汽压力的每一个元件的表面也得以减小，所以出现较小的支承力。因此对于单独元件的支承可以较为简单地实现。因此在蒸汽管道横截面相同的情况下，所需要的加速力矩得到根本的减小。在相同的加速力矩的情况下，可替换的是闭合一个较大的横截面。对于该关系用公式表达的说明在


中给出。
本发明的优选的方案和改进方案在从属权利要求中得知。
该元件最好覆盖蒸汽管道的整个横截面。此处理解为保持最小的、功能或者制造条件的间隙。为了实现对于蒸汽管道的完全闭锁，该元件适应于蒸汽管道的横截面。作为另一种选择，在蒸汽管道封闭阀的部位上的蒸汽管道的横截面可以适应于该元件的形式。也可以改变蒸汽管道的横截面和该元件的形式。
在一种优选的方案中，在打开蒸汽管道封闭阀的情况下并不是全部的横截面在较短的打开时间内同时开松。更确切地说，这是逐渐的、上升的开松。这可以通过在该元件中的沟槽或者切口形式的空隙来实现，在该元件完全开松横截面之前，这些空隙在打开蒸汽管道封闭阀时首先打开一个小的横截面。避免了对于第二膨胀段的突然卸载。另外在打开蒸汽管道封闭阀时全部设备实现容易的可调控性。
如果该元件适应于蒸汽管道的横截面，那么该元件中的至少一个具有一个圆角。蒸汽管道通常由于存在的较高的压力和温度是圆形的，以便使材料载荷达到最小并均匀分配。此外，通过该元件的至少一个的圆角而获得改善的流动特性。
该元件具有同一的宽度。这导致简化的制造。在另一种可替换的方案中，该元件为了适应于蒸汽管道的横截面而具有不同的尺寸。尤其可以在元件的长度上改变其宽度。
该元件围绕一个旋转轴线最好具有同一的转动惯量。对于该元件的每一个来说，为了封闭蒸汽管道需要同一的加速力矩。如果该元件互相独立地运动，那么对于每一个元件可以使用同一个驱动机构。这导致减少了零件的多样性。当多个元件通过一个传动机构与一个共同的驱动机构相连接时，那么就实现传动机构的均匀的载荷和一个较高的寿命。在这种情况下该元件可以以组件的方式进行组合。可替换的是，可以通过一个唯一的驱动机构操作蒸汽管道封闭阀的所有元件。
另外本发明涉及一种具有至少一个第一膨胀段和至少一个第二膨胀段以及至少一个用于给第二膨胀段供料的蒸汽管道的一个汽轮机设备，其中第二膨胀段使用比第一膨胀段较小的压力进行工作。在这个根据本发明的汽轮机设备中，在每一个蒸汽管道中从输入到至少一个第二膨胀段逆流布置根据本发明的蒸汽管道封闭阀。
下面根据在附图中简要示出的实施例对于本发明进行详细说明。对于相同并且功能一样的构件一致地应用同一个附图标记。在这里示出图1一个汽轮机设备的示意性示图；图2通过根据现有技术的一个蒸汽管道封闭阀的截面的示意性示图；图3在第一种方案中的一个根据本发明的蒸汽管道封闭阀的另一种形式的示意性示图；图4在第二种方案中类似于图2的示图；图5根据本发明的在第三种方案中的蒸汽管道封闭阀的俯视图；图6至图11一个根据本发明的类似于图3的蒸汽管道封闭阀的其它方案形式的不同示意性示图。
在图1中简要地示出了一个汽轮机10。由没有详细示出的机构所产生的饱和蒸汽输送给一个饱和蒸汽子汽轮机11。在从这个饱和蒸汽子汽轮机11出来之后，蒸汽在一个去水机构12中去除水分，接下来在一个中间过热机构13中进行过热。然后经过一个蒸汽管道20输送给两个低压子汽轮机15，该汽轮机15使用比饱和子汽轮机11小的压力进行工作。在从低压子汽轮机15的出口处布置一个冷凝器，其中蒸汽凝结并且返回。该蒸汽流通过箭头简要示出。饱和蒸汽子汽轮机11和低压子汽轮机15沿箭头方向19驱动一个共同的轴18。轴18又驱动一个发电机17以产生电能。
在负荷减少，例如由于三极的电网短路时，传输到子汽轮机11的蒸汽供给通过没有详细示出的电枢而中断。储存在饱和蒸汽子汽轮机11、去水机构12和过热机构13中的蒸汽当然还可以膨胀，并且可以进入低压子汽轮机15中。为了阻止这种进入而设置一个蒸汽管道封闭阀14，该阀直接布置在供应两个低压子汽轮机15的蒸汽管道20中。在用于单独的低压子汽轮机15的分支20a、20b中，在所示实施例中不需要切断电枢。
图2示出一个通过根据现有技术的一个蒸汽管道封闭阀14的一个横截面。为了封闭蒸汽管道20设置一个唯一的、基本上为圆形的、具有半径为r的盖21。盖21通过螺栓30、31围绕一个旋转轴线y可旋转地支承在蒸汽管道20中。该盖具有一个绕着旋转轴线y的转动惯量Iy。为了将盖进行偏转而使用一个通过杠杆33提供加速力矩My的线性驱动机构23。这个盖的转动惯量Iy是明显的。因此需要一个较高的加速力矩My。
图3简要示出了一个本发明的第一实施例。盖21根据本发明分成四个元件25a、25b、25c、25d，其中每一个分别具有一个各自的驱动机构26a、26b、26c、26d。元件25a、25b、25c、25d可以分别围绕一个旋转轴线y进行旋转，并且具有一个转动惯量Iy。驱动机构26a、26b、26c、26d分别提供一个加速力矩My。由元件25a、25b、25c、25d所覆盖的面相应于由盖21所覆盖的面。
图4至图11示出了本发明的另一个实施例。蒸汽管道20的横截面以点划线示意性地示出。在图3中对于每一个元件25a、25b、25c、25d分别设置一个各自的驱动机构26a、26b、26c、26d，而在根据图4的方案中只需要两个驱动机构26a、26b。这些驱动机构26a、26b通过杠杆机构27a、27b分别作用于两个元件25a、25b或者25c、25d。这两个外部的元件25a、25d为了适合于蒸汽管道20的横截面并且为了改善流动特性而设置圆角28。
在根据图5的方案中，所有存在的元件25a、25b、25c、25d由一个共同的驱动机构26通过一个杠杆机构27来驱动。在这种实施例中元件25a、25b、25c、25d的厚度d大约是宽度b的一半。这种宽度b与厚度b的比例可以仅作为例子、而不作为优选的方案进行设置。厚度d的精确值通过考虑强度来获得。也示出宽度b相应于半径r的一半，并且因此数据b＝2r/n是正确的。
设置以槽或者切口形式的空隙29，该空隙不在全部的厚度d上延伸。在图5中示出的闭合状态中将蒸汽管道20的横截面完全封闭住。将空隙29加深到元件25b、25c的边缘。只要旋转这些用于开通蒸汽管道20的横截面的元件25b、25c，那么就形成预先开启，因为空隙29首先大约在元件25b、25c的中点处到达密封平面。
因此在旋转元件25a、25b、25c、25d时，蒸汽管道的横截面逐渐打开，并且因此第二子汽轮机15缓慢上升地加载。这在打开蒸汽管道20时、例如在载荷减少之后根据自身需要进行截止时改善了汽轮机设备10的可调控性。
可以在一个或者多个元件25b、25c上设置一个或者多个空隙29。在相邻的元件25b、25c上的空隙29可以如在图5中所示出的布置在不同的侧面上、但是最好在同一高度上。但也可以是其它方案。空隙29的数量、大小和布置根据边界条件而确定。
其它附图还示出了本发明的其它实施例。在图6中简要示出了四个所使用的元件25a、25b、25c、25d的基本形式和待封闭的蒸汽管道20的投影。蒸汽管道20的横截面局部地适应于元件25a、25b、25c、25d的形式，并且全部封闭。也可以如在图4中示出的，使元件25a、25b、25c、25d适应于横截面，或者使元件25a、25b、25c、25d与横截面相适合。元件25a、25b、25c、25d可以制造成矩形，并且适应于蒸汽管道20的在蒸汽管道封闭阀14的部位上所更改的横截面。
图7至9示出其它方案。在图7中，中间的元件25b在蒸汽管道20的圆周部位上设置侧面的凸起32。这些凸起将在侧面的元件25a、25b上的空隙进行封闭，为了使元件25a、25b旋转，该空隙是需要的。在图8和9中示出了具有三个或者四个元件25a、25b、25c、25d的变型。这些元件25a、25b、25c、25d单独地、以成组的形式或者所有共同地进行驱动。图10示出了一个具有两个元件25a、25b的实施例。
在图3、10和11中示出的实施例中，所应用的元件25a、25b、25c、25d或者25a、25b具有绕着其旋转轴线y同一的转动惯量Iy。单独的元件25a、25b、25c的宽度如此选择元件25a、25b、25c具有绕着其旋转轴线y同一的转动惯量Iy。因此中间的元件25b具有较小的宽度。通过应用具有同一的转动惯量Iy的元件25a、25b、25c、25d，对于每一个元件25a、25b、25c、25d使用相同的驱动机构。在多个或者所有的元件25a、25b、25c、25d的一个共同的驱动机构的情况下，所设置的传动机构27均匀加载，并且因此具有一个较高的寿命。
下面对于物理关系作详细说明。对于计算所应用的基础可以例如由W.Beitz，K.-H.Küttner(编写者)“用于机械制造的Dubbel手册(Dubbel-Taschenbuch für den Maschinenbau)”，Springer出版社，第16版，B32页中得知。
蒸汽管道20的封闭在现有技术中通过旋转盖21而实现，该盖覆盖蒸汽管道20的全部横截面。用于封闭的旋转加速度 与所施加的加速力矩My和围绕旋转轴线y的转动惯量Iy有关。
盖21的厚度明显地小于其直径并因此可以在计算转动惯量Iy时忽略。一个盖21的转动惯量Iy，盖由此得出 其中m盖的质量r盖的半径一个矩形元件25的转动惯量Iy，盖在不考虑厚度时，由此得出 其中m矩形的质量b矩形的宽度盖20和元件25的质量可以看作是相同的，因为在两种情况下应该封闭蒸汽管道20的同一的横截面。
通过将单独的元件25划分为数量为n的相同的元件25a、25b、25c、25d而得出
b＝2r/n 在使用4个元件25a、25b、25c、25d时n＝4 比较一个唯一的盖21和四个元件25a、25b、25c、25d的转动惯量Iy，盖，Iy，矩形，得出 普遍适用于 通过将唯一的盖21划分成四个相同类型的元件25a、25b、25c、25d因此可以将转动惯量Iy减少到三分之一。如果保持始终不变的转动加速度 那么因此也可以将加速力矩My减少到三分之一。即使在通过使用多个元件25a、25b、25c、25d而将质量的提高减少时，仍使转动惯量Iy显著减小。
即使在考虑元件25a、25b、25c、25d的厚度d的情况下，这种情景也不发生根本改变。如果例如将元件的厚度d考虑成宽度b的一半，那么得到 在使用n个相同的元件25a、25b、25c、25d时得到b＝2r/n
对于n＝4可以得到普遍适用于 在考虑元件25a、25b、25c、25d的厚度d时可以将转动惯量Iy减少到小于一半。因此在旋转加速度 始终不变的情况下，用于驱动机构26的加速力矩My可以显著减少。
在没有根本提高加速力矩My并使旋转加速度 保持不变的情况下，也可以封闭较大的横截面。为了计算，元件25a、25b、25c、25d的尺寸如此改变，即如在一个盖21的情况下得到同一的加速力矩My。这适于 不考虑盖的厚度d时 如果又设置n＝4，那么得到r新＝1.73r旧若考虑元件25a、25b、25c、25d的厚度d，得到
如果又设置n＝4，那么得到r新＝1.55r旧因此，为了保持所希望的旋转加速度 在不需要提高加速力矩My的情况下，待封闭的蒸汽管道20的半径可以提高73％或者55％。这相应于将蒸汽管道20的横截面面积提高了3倍或者2.4倍。
总的来说，本发明的主题得出一个具有减少的转动惯量Iy的蒸汽管道封闭阀14。因此在一个待封闭的蒸汽管道20尺寸保持不变的情况下使需要的加速力矩My显著减少。可替换地可以用同一加速力矩封闭较大的横截面。
权利要求
1.蒸汽管道封闭阀，用于封闭一个蒸汽管道(20)、尤其是在一个汽轮机设备(10)中、在一个第一膨胀段(11)和至少一个第二膨胀段(15)之间的蒸汽管道，第二膨胀段(15)使用比第一膨胀段(11)小的压力进行操作，其特征在于，设有可以共同覆盖蒸汽管道(20)的横截面的多个元件(25a、25b、25c，25d)。
2.根据权利要求1的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，元件(25b；25c)的至少一个设置一个或者多个空隙(29)，该空隙不在元件(25a、25b、25c、25d)的全部厚度上延伸。
3.根据权利要求2的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，空隙(29)深入到元件(25b；25c)的边缘。
4.根据权利要求1至3中任一项的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，元件(25a、25b、25c、25d)匹配于蒸汽管道(20)的横截面，或者蒸汽管道(20)的横截面匹配于元件(25a、25b、25c、25d)，或者蒸汽管道(20)的横截面和元件(25a、25b、25c、25d)都改变。
5.根据权利要求4的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，元件(25a；25d)的至少一个具有一个圆角(28)。
6.根据权利要求1至5中任一项的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，元件(25a、25b、25c、25d)具有同一宽度(b)。
7.根据权利要求1至5中任一项的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，为了匹配蒸汽管道(20)的横截面，元件(25a、25b、25c、25d)具有不同的尺寸。
8.根据权利要求1至7中任一项的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，元件(25a、25b、25c、25d)具有围绕旋转轴线(y)相同的转动惯量(Iy)。
9.根据权利要求1至8中任一项的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，蒸汽管道封闭阀(14)的元件(25a、25b、25c、25d)互相独立地运动。
10.根据权利要求1至8中任一项的蒸汽管道封闭阀，其特征在于，蒸汽管道封闭阀(14)的多个元件(25a、25b、25c、25d)通过一个传动机构(27a；27b)与一个共同的驱动机构(26a；26b)相连接。
11.具有至少一个第一膨胀段(11)和至少一个第二膨胀段(15)的汽轮机设备，第二膨胀段(15)使用一个比所述至少一个第一膨胀段(11)小的压力进行工作，并且使用至少一个蒸汽管道(20)用于向第二膨胀段(15)供料，其特征在于，在每一个蒸汽管道(20)中从输送机构(20a、20b)到第二膨胀段(15)逆流布置一个蒸汽管道封闭阀(14)。
全文摘要
本发明涉及一种蒸汽管道封闭阀(14)，用于封闭一个蒸汽管道(20)、尤其是在一个汽轮机设备(10)中在一个第一子汽轮机(11)和至少一个第二子汽轮机(15)之间的蒸汽管道，第二子汽轮机(15)使用比第一子汽轮机(11)小的压力进行操作。根据本发明，蒸汽管道封闭阀(14)划分为多个元件(25a、25b、25c、25d)，它们可以共同覆盖蒸汽管道(20)的横截面。以此实现减小元件(25a、25b、25c、25d)的转动惯量<i>I
文档编号F16K1/22GK1496459SQ02806205
公开日2004年5月12日 申请日期2002年2月25日 优先权日2001年3月8日
发明者D·哈杰, D 哈杰 申请人:西门子公司