专利名称：覆盖压力容器的方法与设备的制作方法
技术领域：
和
背景技术：
内含流体且内压高于外压的容器通常称为“压力容器”。压力容器可用来安装上阀以控制通过此容器的流体流动。这类流体流动例如在汽轮发电厂的情形可以是蒸汽输送。于压力容器内安装阀时，例如为了检修阀就需要能通过容器的盖够得到阀。此盖必须在容器所能遇到的各种工作条件下，例如高温、高压以及周期性地改变压力与温度的工作条件下，形成和保持着压力容器的密封。
变流“控制阀”以及只全开或全闭的“断流阀”普遍用于汽轮发电设备。应用这种阀时最好要有贯通所述盖的孔，以供从压力容器之外通过孔来起动该阀。将起动器设于压力容器之外能改进对致动器的可达性，便于检修致动器，这是由于不需干扰盖对压力容器的密封。
设有孔的盖常常是十分厚重的金属板。采用厚盖是为了使在盖的整个厚度上因压力负载引起的应力以及因温度变化导致的热弯曲等所造成的盖的变形减至最少。大的变形可导致将盖紧固到容器上的螺栓或盖本身因循环数少的疲劳(LFC)而失效，故必须使此种变形最小化。
带孔的用于压力容器的盖通常是平齐的以置纳和校正紧靠盖面的阀的部件。这类部件例如可以包括在盖的外表面上的致动轭以及在盖的内表面上的平衡室与套筒夹。这些部件紧靠环绕所述孔的平表面，在外部使致动器对中而在内部使开关头与阀座对准。
但是具有带孔的厚而平齐的盖的压力容器仍然会因应力而失效。这种失效包括由于周期性地施加弯曲应力而造成的LCF螺栓失效。某些弯曲应力是在热蒸汽最初到达所述盖的内表面时由于涡轮起动而发生。在这种瞬变条件下，此盖的内表面随着温度的升高将在盖的其余部分之前膨胀。这种膨胀导致盖朝压力容器向内下凹。下凹的结果使得螺栓所通过的盖的周边部分也因下陷而形成加到螺栓上的弯曲应力。
相反，在盖与螺栓到达稳态工作温度而将正常蒸汽压力施加到此内表面上时，便迫使此盖向外弯曲。这种除了来源于涡轮起动条件之外的在相对方向上的外弯会按相反方向在螺栓上形成弯曲应力。于是汽轮机的各个起动周期会造成盖与螺栓的疲劳周期，首先在一个方向上，然后于相对方向上。
为此，在相关技术领域需要有这样一种压力容器盖，它能减少盖上的以及将盖紧固到压力容器上的螺栓上的应力。
发明内容
本发明公开的设备涉及到压力容器盖，它包括盖的周边；用于密封到盖的第一侧上的此周边的第一表面；与此第一侧相对的在此盖第二侧上的第二表面；在此盖的第一侧上且从周边沿径向朝内定位的第三表面，所述第三表面于第二表面的方向沿轴向离开此第一表面；在此盖的第二侧上沿径向从周边朝内定位的第四表面，以及通过此盖与上述第三表面和第四表面形成流体通连的孔。
本发明还公开了一种涉及到于压力容器有孔盖中分配应力的方法，包括将施加到盖的内表面上的应力环绕所述孔对称地传递到盖的周边厚度上。
下面的说明决不应视作为限制。参考附图，各图中相同的元件标以相同的数号。
图1是在此公开的阀组件的局部横剖图；图2是在此公开的盖的透视图；图3是图2中的盖的横剖图。
具体实施例方式
参看图1，本发明一实施例的蒸汽阀组件总体以10标明。阀组件10包括具有入口8和出口22的阀体10。阀座26可密封地安装到阀体14上，能够容纳例如控制阀头30或断流阀头34。通过阀10从入口18到出口22的蒸汽流流过阀头30、34与阀座间的环形口。当阀头30、34中之一接触阀座26，蒸汽流即被截止。断流阀头34通过断流阀杆38由断流阀起动器(未图示)起动。此断流阀设计成全开或全闭型同时可以用作应急关停阀。控制阀头30通过控制阀杆42由控制阀起动器(未图示)起动。控制阀设计成可根据控制阀头30离阀座26的远近来改变闭合程度。上述结构有时称作直列式组合阀，这是因为此控制阀与断流阀共用一公共轴线。
控制阀杆42可滑动地与通过盖54压入孔50中的套筒相配合。控制阀的致动器通过在盖54上抵靠轭面62的致动轭58而相对于盖54定位，由此使控制阀杆42与套筒和孔对准。轭面62可以是平整地以便于轭58与套筒46和孔50的对准。轭面62基本上垂直于孔50和套筒46，这种垂直性给致动器提供了准垂性，使得杆42能以垂直的方式通过盖54到达轭面62。控制阀杆42可有效地与阀头30关联而使杆42的运动导致阀头30运动，这样就直接控制着阀头30与阀座26之间的环行流面积。此环行流面积控制通过阀10的蒸汽流率。蒸汽流率的控制可以通过控制所述控制阀致动器来直接控制。
通过使阀杆42伸展出同时移动控制阀头30使之与阀座26接触，就可让控制阀完全截止蒸汽流。当发头30与阀座26接触时，必须使这两者对准才能确保将阀关闭。压力容器内的上述对准是通过一平衡室66为阀头30提供的。平衡室66紧靠一在此也称为室面的第三表面70，此室面可以取平面形式，在垂直于孔50的盖54的内面之上。阀头34的外部圆柱壁80可滑动地配合平衡室66的内圆柱壁76，而将阀头30沿垂直于平表面70上的方向导引。这样，通过使平表面70、62垂直于孔50，所述致动器(未图示)、致动轭58、控制阀杆42、平衡室66以及阀头30全都相对于盖54对中。阀体14也保证了阀头30与阀座对中，这是因为阀座26与盖54是直接安装于阀体14之上的。
参看图2与3，盖54的周边74上设有许多轴向延伸的通孔78。孔78中纳置与阀体14中的螺纹孔螺合的螺栓82以使盖54装附于阀体14上。除了能将盖54从结构上与阀体14连接到一起外，还能实现盖54对阀体14的密封。盖54之上的第一表面在此称之为密封面86，它可以是一种平表面而同压力容器中阀体14的开口的密封面90密封配合。在这两个面86与90之间可设一密封垫(未图示)以便于进行密封。这两个密封面86与90可以如同孔78与84那样处于同一平面，或也可以阶梯式地处于独立的平面上，这样并不背离本发明的实施例的精神。
为了对蒸汽的高压保持密封就需将螺栓82在盖54上产生的力均匀分布。盖54之上的第二表面在此称之为表面94，它可以是一种平表面且基本上垂直于孔72，而为螺栓82的螺栓头提供支撑面。此平表面94实质上与平表面86平行，只是与此密封平表面86位于周边74的相对侧。所有这四个平表面62、70、86与94实质上相互平行，以使孔50定位成垂直于盖54的表面且垂直于阀体14的密封面90，而能如上所述使阀头30与阀座26对中。
盖54除了用来使各个阀部件对中外，还需承受住由于其内表面在高温与高压影响下，所产生的应力。本发明的一种实施形式是通过使盖54隆凸化来分布种种有关的应力。特别是盖54的中央部分100，还包括有平表面62、70与孔50，沿轴向偏离开周边74。平缓弯曲的内表面104将中央部分100的偏移的平表面70与周边74的平表面86连接。类似地，平缓弯曲的外表面108则将一在此也称之为第四表面即中央部分100的部分表面108的平表面62与周边74的平表面94连接。平表面86与94之间的厚度、弯曲表面104与108之间的厚度以及平表面70与62之间的厚度实质上是相等的。换言之，盖54处处的壁厚实际上是相同的。
盖54的拱形与平坦而无拱形的盖相比，减小了整个盖54上的应力以及作用到螺栓82上的应力。在加热过程，例如当冷的部件暴露于热蒸汽之下时，与蒸汽直接接触的内表面70与104首先升温也就最早膨胀。正如在以上发明背景一节中所述，热弯曲会造成向外弯曲，但拱起的盖则不会导致热弯曲。拱形盖54中之所以不发生热弯曲实是由于这种拱形的几何结构。特别是例如此膨胀的内部平面70基本上是位于周边74的平表面86与94的中间，这样就将此种膨胀负载对称地分布到周边74的整个厚度上而不仅仅是进到平面86之中。通过对称地分布了应力，便几乎没有力可用来使盖54变成碟形。此外，通过将负载分配到周边74的中心，周边74的整个厚度便能反抗这种负载而减小周边74的总应力。
从盖54加到螺栓82上的负载同样会因盖54的拱形而减小。既然如上所述，周边74所受的总应力较小，周边74就不会太多地膨胀。由于在阀体14中孔78保持与孔84平行且对中，也就减小了盖54加到螺栓82上的弯曲力。
盖54的拱形也减小了由作用到盖54上的压力所产生的应力。这是由于拱形增强了盖54的刚性，类似于对任何平板形部件加助而加固的结果。
盖54的改进的负载分布特性与平板形的盖在相同应用的情形下相比，允许在制造盖54时采用较薄的整体厚度和较少的总体材料。此外，由于在拱形盖54上可能需要机加工出一些平表面，而这同可比较的平板式盖相比所包括的总面积就较少，例如在进行这类机加工作业时也就能减少耗用的材料、时间与劳力。
在由控制阀进行节流时有时需要所谓“排放”的部件，以便排放高压/高温蒸汽。为此，拱形盖54可包括一与孔50以及与周边74的外缘116流体通连的端口112。端口112也可用来将蒸汽排放到大气中或可通过与用螺栓固定到外缘116上的凸缘120相连的管道(未图示)将蒸汽排放到蒸汽回收装置中。在拱形盖54中，端口112可以相对于平表面86按某个角度形成，用以避免使端口112流体与表面86、94、62、70、194与108中的任何一个形成流体通连。
本发明的某些实施形式可以包括下述种种优点中的若干降低制造成本、减少总体质量、减少制造时间、较经久耐用、更长的寿命、在内部以及在用于阀部件的紧固螺栓和内外安装表面上的应力较小，同时减小了凹弯。
上面参考典型的实施形式描述了所公开的方法与设备，但应认识到，在不脱离这里公开的方法与设备的实施形式的范围时，内行人是可以作出各种变动并能用等效的部件来取代相应的部件的。此外，在不背离这里所公开的方法与设备的实质范围的前提下，可以对此种方法与设备的实施形式的原理作出许多修正以适应特殊的环境与特殊的材料。因此，这里所公开的方法与设备的实施形式并非是将所公开的具体实施形式限定为企图用来实施所公开的方法与设备的最佳方式，而是认为这里所公开的方法与设备将包括后附权利要求书范围内的所有实施形式。
部件表蒸汽阀组件 10阀体 14入口 18
出口 22阀座 26控制阀头 30截流阀头 34截流阀杆 38控制阀杆 42套管 46孔 50盖 54致动轭 58轭的平表面(第四表面) 62平衡室 66室的平表面(第三表面) 70周边 76内圆柱壁 78孔 80外圆柱壁 82螺栓 84罗纹孔 86密封平表面(第一表面) 90平表面(第二表面) 94中央部分 100弯曲的内表面 104弯曲的外表面 108端口 112外缘 116凸缘 120
权利要求
1.压力容器盖(54)，此盖包括盖(54)的周边(74)；周边(74)的用于密封到盖(54)第一测上的第一表面(86)；在盖(54)之上与该第一侧相对的第二表面(94)；在盖(54)的第一侧之上且从周边(74)沿径向朝内定位的第三表面(70)，此第三表面(70)于第二表面(94)的方向沿轴向离开第一表面(86)；在盖(54)的第二侧上从周边(74)沿径向朝内定位的第四表面(62)；以及通过盖(54)而与第三表面(70)以及第四表面(62)成流体流体通连的孔(50)。
2.权利要求1的压力容器盖(54)，它还包括通过盖(54)同孔(50)以及周边(74)的外缘(116)成流体通连的端口(112)。
3.权利要求1的压力容器盖(54)，它还包括在周边(74)之中同第一表面(86)以及第二表面(94)成流体通连的多个通孔(78)。
4.权利要求1的压力容器盖(54)，其中从第一表面(86)至第二表面(94)的轴向距离基本上等于从第三表面(70)至第四表面(108)的轴向距离。
5.权利要求3的压力容器盖(54)，其中此第一表面(86)上是平齐的。
6.权利要求5的压力容器盖(54)，所述这多个通孔(78)实质上是垂直于第一表面(86)，而这多个通孔(78)的垂直性不因对第三表面(70)加热与加压而改变。
7.权利要求5的压力容器盖(54)，所述第三表面(70)基本上是平齐的。
8.权利要求7的压力容器盖(54)，所述第四表面(62)基本上是平齐的。
9.权利要求8的压力容器盖(54)，所述第一表面(86)、第三表面(70)与第四表面(62)基本上相互平行。
10.于压力容器的有孔盖(54)中分布应力的方法，此方法包括将施加到盖(54)的内表面(70)之上的应力，环绕孔(50)对称地传递到盖(54)的周边(74)的整个厚度上。
全文摘要
本说明书所公开的设备涉及压力容器盖(54)，它包括盖(54)的周边(74)；周边(74)的用于密封到盖(54)第一侧的第一表面(86)；在盖(54)之上与该第一侧相对的第二表面(94)；在盖(54)的第一侧之上且从周边(74)沿径向朝内定位的第三表面(70)，此第三表面(70)于第二表面(94)的方向沿轴向离开第一表面(86)；在盖(54)的第二侧上从周边(74)沿径向朝内定位的第四表面(62)；以及通过盖(54)而与第三表面(70)以及第四表面(62)成流体通连的孔(50)。
文档编号F17C13/06GK101078463SQ20071010428
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月26日
发明者B·J·克拉克, D·E·韦尔奇 申请人:通用电气公司