电站主蒸汽系统用顶部排汽电磁泄压阀的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种阀门结构，具体涉及一种电站主蒸汽系统所使用的顶排汽电磁泄压阀的产品结构。
【背景技术】
[0002]电磁泄压阀是电站主蒸汽(过热汽)系统的一种重要的安全泄压阀门，是一种以电磁铁等驱动装置驱动先导阀瓣泄放蒸汽而使主阀瓣动作的先导式阀门。电磁泄压阀安装在主蒸汽弹簧安全阀的前面，是主蒸汽安全阀的预启阀和保护阀门，其所设定的启跳压力值略低于主蒸汽安全阀的启跳压力，当主蒸汽出现超压但还没有达到主蒸汽安全阀的启跳压力值时电磁泄压阀快速开启排放蒸汽，将系统的压力降至正常值，尽可能避免主蒸汽安全阀动作，以维持安全阀的性能和可靠性、延长主蒸汽安全阀的使用和维修周期，使机组保持足够的安全保证能力并保证机组的平衡和稳定运行，并能为根据机组运行状况可能需要同时进行的快开汽机旁路、降低燃烧强度、维持汽包水位等一系列复杂控制赢得宝贵的缓冲时间，是火电机组的重要配套阀门和关键阀门。
[0003]电磁泄压阀根据机组启动和运行时的压力控制的实际需要，可以自动和手动开阀，也可进入闭锁操作状态；电磁泄压阀的控制系统选用高精度的压力开关(压力传感器)，可控制启闭压差达到2%。目前电磁泄放阀产品应用较多的为以美国德莱赛-康索里德(Dresser-Consolidated)和克罗斯比(Crosby)等企业的产品为代表的采用主阀辧密封面朝上、顶排汽、辅阀分体侧装结构的产品(见图1和图2)。这种结构型式的电磁泄压阀其主要优点是流道的结构较为简单，主阀阀体便于采用锻件进行加工，因而有利于使阀门保持较高的安全可靠性。
[0004]由于产品结构设计的原因，目前电磁泄压阀已成为火电机组所配套的各类阀门中一直存在较严重问题的关键阀门之一。现行的主阀瓣朝上、顶排汽、辅阀分体侧装的电磁泄压阀产品在使用方面所存在的缺点和问题有:1、由于蒸汽排放的原因，排气管和出口连接法兰的内腔会较快地氧化锈蚀，尤其是当阀门有一定泄漏时排气通道内会很快发生较严重的锈蚀现象，因为阀门为顶排汽结构，氧化皮等锈蚀产物会掉落或随冷凝水的流动而积聚在主阀瓣密封面附近，从而会给阀门的密封带来影响；2、顶排汽结构会使主阀瓣上端面处有凝结水溅滴或积存凝结水，而主阀瓣密封面的外侧位于阀门内腔、与高温蒸汽直接接触，因而主阀瓣密封面的内侧局部或整个密封面内侧与主阀瓣密封面的外侧会因此而产生较大的温差而使密封面部位产生变形甚至开裂，导致阀门的使用受到影响；3、辅阀的先导密封面处也同样存在前述的这一问题，排汽后会不断有凝结水下渗至密封面的不同部位，使密封面部位因不断的局部降温而产生不均匀变形，造成电磁泄压阀产品在使用中普遍存在辅阀开启数次后密封面即开始出现泄漏这一让电站用户很头痛的现象，辅阀出现泄漏后又会导致主阀瓣的背压不足继而引起主阀瓣密封面出现泄漏；4、主阀瓣和先导阀瓣密封面的设计多为无热补偿能力的常规整体式阀瓣结构。大容量火电机组的主蒸汽温度通常为540?610°C，阀门在工作状态时，阀瓣密封面的外侧为主蒸汽，温度较高，而阀瓣密封面的内侧因与大气相通温度会有所下降因而温度低于阀瓣密封面的外侧，内外温差较大会导致变形而影响阀门密封；5、主阀瓣和先导阀瓣密封面部位采用无热补偿能力的常规整体式阀瓣结构，当密封副某处出现泄漏时，泄漏出的介质因体积急剧膨胀吸热会使密封面泄漏点附近的温度下降，不均衡的温度变化又会导致密封面产生不均匀变形从而加剧泄漏；6、排放蒸汽时或当辅阀有泄漏时，辅阀上端会有蒸汽逸出，除了会对生产环境带来影响，并影响驱动装置的工作可靠性外，更重要的影响是，逸出的高温蒸汽会使辅阀阀盖上侧的弹簧的机械性能受到影响，弹性降低，从而会影响到辅阀的密封以及辅阀关闭动作的可靠性，严重时会使密封面处出现大漏或使阀杆无法关闭；7、阀体与阀座安装面处的密封可靠性差，外泄漏问题较为严重。克罗斯比(Crosby)公司电磁泄压阀产品的阀体与阀座部位以及辅阀的阀体与阀盖部位采用的是V型金属密封圈(如图13所示，件号32为所述的V型金属密封圈)密封，而德莱赛-康索里德(Dresser-Consolidated)公司的产品则采用了 C型金属密封圈密封(如图14所示，件号33为C型金属密封圈)、其辅阀的阀体阀盖处则采用柔性石墨缠绕垫密封。V型或C型金属密封圈依靠自身的弹性张力和压力自密封效应而产生密封比压，但由于下述两个因素的影响，其密封可靠性往往并不能满足要求:一是因为上述两种产品的阀座均采用螺纹旋合的方式安装在阀体上(见图1、图2)，金属密封圈预压紧而产生初始密封比压是通过旋紧阀座来实现的，由于金属密封圈是采用不锈钢材料制作，抗擦伤能力较差，且阀座或阀体的本体材料的抗擦伤能力也并不强，因而在旋紧阀座压紧金属密封圈的过程中，在密封圈与阀座或阀体的接触面处容易产生擦伤现象而影响密封；二是因为V型或C型金属密封圈与阀体和阀座密封表面的接触面积很小，基本为线接触状态，当阀门运行于高温工况时(大容量火电机组的主蒸汽温度为540?610°C )，阀体、阀座材料的强度和硬度会下降、塑性增加，阀体、阀座上与金属密封圈呈线接触状态的表面会因受压产生塑性变形而凹入、使接触比压下降，导致密封可靠性降低。电磁泄压阀产品在安装使用中阀体、阀座等密封部位出现外泄漏是一个较常见的问题；当需要更换密封件时，一个进口金属密封圈的价格会高达四至五万元，且供货期长达数十天，使电厂的产品维修成本大大增加、维修周期加长、制定维修计划的难度和不确定性增大，给电站机组的运行维修带来了较大影响。8、现行产品的用于主阀瓣导向定位的导向套在阀内的固定方式和结构一般是将导向套以过盈配合的方式部分或完全压入和固定在支撑架上或阀体上(图1、图2)，这种方式所存在的缺点有:一是可靠性差，容易因排汽时的强烈振动和碰撞、高速流动介质的扰动以及可能会发生的主阀瓣与导向套的卡涩而使导向套脱出或部分脱出；二是装配和维修不方便、加工要求高。9、先导密封部位的结构:由于电磁泄压阀产品出于执行启闭动作的响应速度的需要，所采用的驱动装置(一般采用电磁铁驱动)的额定作用力较小，再加上现行的电磁泄压阀产品基本上是采用对力的放大倍数较小的杠杆结构这一并不适合的传动结构来传递驱动装置的驱动力，因而使阀杆所能获得的推力受到了限制；受这一因素的影响，现行产品的先导密封面的直径都设计得较小；由于先导密封面主要是依靠关闭后的介质上顶力来保证密封，因而密封面直径越小其所能获得的介质作用力也越小、密封能力也就越差。现行产品的阀杆和先导阀瓣一般采用分开式的设计，由于阀杆、阀瓣和弹性卡环的尺寸较小(如现行产品阀杆下部轴颈处的直径仅为不到7_)，因而阀杆与先导阀瓣采用分开式而以装配结构来进行组装的方式(图2)，其可靠性会较差，再加上先导阀瓣为整体硬质合金材料，脆性很大，在承受回座的瞬间冲击时连接结构处容易出现断裂等问题，导致阀门不能正常工作；克罗斯比(Crosby)公司的产品尽管采用了阀杆与先导阀瓣一体式的设计，但是先导密封面采用了平面密封的结构(密封面宽度b = Imm)，虽然方便了密封面的研磨，但与锥面密封相比其密封能力受到了一定的限制；10、阀杆与先导阀瓣分开式结构的电磁泄压阀，其用于先导阀瓣定位导向的导向套处因受结构的制约，用于泄压和开启后通流的开孔面积偏小，限制了先导阀瓣开启时的蒸汽排放速度从而会使开阀速度受到影响；11、阀门的流道存在多处易导致蒸汽排放流动时产生较严重涡流的部位，如主阀内支撑架下侧的介质由入口侧向上往支撑架内毂外侧的分流处、主阀瓣上侧、支撑架连接筋附近；对于高速流动的气体介质来说，流道内一旦存在较严重的涡流，会使介质流动所产生的振动和噪音显著增强，同时强烈的振动又会使阀门的工作可靠性和使用寿命下降；12、如前所述，现行顶排汽电磁泄压阀产品的主阀瓣未考虑采用热补偿设计，会使密封面在高温工况时的密封可靠性受到影响，相对而言，日本企业所生产的两侧排汽、主阀辅阀一体式结构的电磁泄压阀产品则在主阀瓣密封面的结构上加入了热补偿的结构设计，能够使阀门密封面的高温密封可靠性得到改善。但所述的带有热补偿功能的电磁泄压阀的主阀瓣结构在结构设计方面也存在一些不足之处，使得主阀瓣的密封结构并不能充分发挥其应有的作用:首先是，主阀瓣密封面处尽管设置了热补偿和弹性补偿结构，但热阀瓣的锥部仅锥尖端弹性舌处较薄、有相对好一些的弹性弯曲变形能力，而锥部随锥角往上则刚性迅速变大，因而弹性补偿结构的合理性欠佳，且密封面部位经过淬火硬化处理，如果主要依靠锥尖端提供弹性弯曲变形补偿的话，在承受回座冲击时其可靠性存在一定问题；其次，主阀瓣密封面弹性舌上侧的空腔处未设置向外侧的通孔，一旦弹性变形间隙处因受压闭合并达到较好的密封状态时该空腔处将无高温蒸汽能够进入，这将会导致主阀瓣密封面处的热补偿功能基本丧失；此外，主阀瓣密封面弹性舌处设置的弹性变形间隙，该间隙在主阀瓣开启排放蒸汽时处于张开状态，间隙的开口迎向介质流入方向，存在于排出介质中的小的杂质颗粒(如小的氧化皮、焊点焊渣和其它杂质)很容易顺着介质排放的流动方向而嵌入弹性变形间隙中从而使主阀瓣密封面的密封状况受到影响。
[0005]为了解决主阀瓣密封面部位因无热补偿能力而带来的变形和泄漏这一问题，德莱赛-康索里德(Dresser-Consolidated)公司在其电磁泄压阀产品(图2)的主阀_密封面外侧增加了热补偿槽(见图3)，热补偿槽增加了密封面附近与高温蒸汽的接触面积并使主阀瓣上端靠密封面部位与高温蒸汽的距离缩短，因而可以有更多的热量传递到主阀瓣上端靠密封面的部位，使密封面内外侧的温差减小。主阀瓣通过增加上述的热补偿槽有助于控制密封面部位因温差而产生的变形，但由于需要保证密封面部位的强度因而槽深会受到一定的限制，这也使得该结构的热补偿能力难以真正满足要求。
【发明内容】
[0006]为了克服现有结构和技术所存在的上述的诸多的不足之处，本实用新型提出了一种不存在氧化锈蚀产物进入主阀瓣密封面附近影响阀门密封以及凝结水导致主阀和辅阀密封面出现泄漏的问题、能够完全杜绝主阀和辅阀的中腔外泄漏现象、主阀和辅阀密封面具有