专利名称：阀装置以及包括所述阀装置的蒸汽轮机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阀装置，具体地，涉及一种例如用在蒸汽发电系统中的包括停止阀以及控制阀的阀装置。
背景技术：
在蒸汽发电系统中，例如在蒸汽发生器与涡轮机之间使用阀装置，以控制到涡轮机的蒸汽流。这种阀装置典型地包括两个阀，也就是控制阀以及停止阀。控制阀，也被称为调节器阀，控制流过涡轮机的蒸汽量，其反过来又控制蒸汽轮机的转动速度或负载。停止阀是快速关闭阀，其在诸如控制错误或一些其它外部错误过程的紧急情况下起作用以完全停止到涡轮机的蒸汽流，以便防止对涡轮机的损坏。互相独立地控制该停止阀以及控制阀，也就是，该停止阀必须能够独立于控制阀的位置进行关闭。典型地，停止阀及控制阀分别包括阀头，阀头安装至各自的心轴上，该心轴能够前进至操作位置内，从而部分地或完全地阻塞流体管道。通常，在蒸汽流动通道中，停止阀及控制阀布置于各自的阀外壳/阀壳体中，停止阀布置于控制阀的上游处。在这种情况下，停止阀以及控制阀的各自的阀壳体分别形成蒸汽流动通道的垂直弯曲部，这导致两次改变蒸汽流的方向，使其方向改变90度。蒸汽流的这种双重再定向导致压力的显著下降，从而导致流损失。而且，由于该结构需要两个阀壳体，所以这种紧缩是昂贵的并且还占据了涡轮机周围的大量空间，最近，已经开发出在一个外壳中包括停止阀以及控制阀两者的阀组件。例如，通过设置一个用于停止阀的同心心轴以及用于控制阀的多个偏心心轴使得该布置成为可能。然而，这种具有一个同心心轴以及多个偏心心轴的布置导致加工过程方面的困难并且进一步可能导致因侧壁上的力致使阀心轴卡住而引起的故障。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述缺点并提供一种用于在一个公共外壳中包括停止阀以及控制阀两者的阀装置的改进的布置。通过根据权利要求1的阀装置已经实现上述目的。本发明的根本思想是提供带有环形孔的第一心轴，从而在该该环形孔内容纳第二心轴，以允许布置于共同外壳的同一侧的两个阀例如停止阀以及控制阀的同心运动。从制造的观点来看，与设置一个同心心轴以及多个偏心心轴相比，设置同心孔是容易的，因为设置一个同心心轴以及多个偏心心轴在机械加工方面具有难度并且可能导致由于阀心轴卡住而引起的故障。所述第一阀头及第二阀头分别包括各自的第一部分以及各自的第二部分，所述第一部分沿垂直于所述轴线的平面布置，所述第二部分沿平行于所述轴线的平面布置，所述阀装置进一步包括第一空间，所述第一空间限定在所述第二心轴与所述第二阀头的所述第一部分之间，以及阀盖，所述阀盖同心地布置于所述第一心轴周围，所述阀盖具有第一部分，所述第一部分限定所述阀盖的所述第一部分与所述第一阀头的所述第一部分之间的第二空间，所述阀盖进一步包括一个或多个开口，所述开口允许所述第二空间与所述流体流动通道之间的流体连通，其中，所述第二空间的垂直于所述轴线的投影面积大于所述第一空间的垂直于所述轴线的投影面积。所述第一空间允许两个阀的基本上独立的操作。所述第一空间与第二空间的投影面积之间的差异确保沿所述轴线朝向关闭第一阀的方向的正蒸汽压力，这减小了当使蒸汽经由第一阀头的第一部分运动至第一空间时用于开启第一阀所需的致动力。如果第一阀是停止阀，那么这种实施方式特别有利。在一种实施方式中，该阀装置进一步包括第一衬套，所述第一衬套与所述环形第一心轴和所述第二心轴同心且密封地布置于所述环形第一心轴与所述第二心轴之间。该衬套用于引导第一心轴抵靠第二心轴的滑动，也防止这两个心轴之间的流体泄漏。在优选的实施方式中，所述第一阀头及第二阀头的所述第二部分包括中空锥形体部。此外，在有利的构造中，为了使空间需求最小化，该阀装置包括公共阀座，所述阀座构造为用于在所述各自的阀处于关闭位置时使所述第一阀头及第二阀头坐置在所述阀座上。在另一实施方式中，为了防止流体从所述空间泄露，该阀装置进一步包括第二衬套，所述第二衬套与第一心轴和所述阀盖的第二部分同心且密封地布置在所述第一心轴与所述阀盖的第二部分之间。在预期的实施方式中，所述流体流动通道构造并布置为使所述流体在所述入口与所述出口之间转过大于90度的角度。通过设置至流体流动通道的逐渐偏转，这防止了流体流的方向的急剧改变，由此使压力损失最小化。在有利的实施方式中，该阀装置进一步包括环形第一致动器以及延伸通过所述环形第一致动器的第二致动器，所述第一致动器及第二致动器分别联接于第一心轴及第二心轴并适于分别致动所述第一心轴及第二心轴的移位。这种布置使致动器突出量最小化并且因此减小了该致动器的振动，同时也提供了紧凑的设计。在本发明的另一方面中，提供了一种系统，所述系统包括根据前述权利要求中任一项所述的阀装置并且进一步包括控制器，所述控制器适于监控所述阀装置的外部和/或内部的状态、并适于基于所述状态控制所述第一阀及第二阀的位置。在本发明的另一方面中，提供了一种蒸汽轮机系统，所述蒸汽轮机系统包括蒸汽发生器、蒸汽轮机以及通道，所述通道用于将来自所述蒸汽发生器的蒸汽传递至所述蒸汽轮机，其中，所述蒸汽轮机系统包括根据前述实施方式的阀装置，所述阀装置适于影响通过所述通道的蒸汽流。
参考在附图中示出的所示实施方式，下文将进一步描述本发明，其中图1是根据本发明的一种实施方式的阀装置的剖视图；图2是根据本发明的另一种实施方式的阀装置的剖视图；以及
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图3是根据本发明的一个方面的蒸汽轮机系统的示意图。
具体实施例方式现参考附图，其中，相似的数字指示相似或相应的部件，图1示出根据本发明一种实施方式的阀装置10。应当注意，在图1的描绘中，阀装置10的位于轴线观右侧的部分代表关闭位置，位于轴线观左侧的部分代表开启位置。这仅是为了说明的目的。实际上，阀装置10，更具体地，阀头、阀心轴以及致动器基本上关于轴线28对称。阀装置10可广泛地视为包括阀部分12以及致动器部分50。阀部分12包括流体入口 14以及流体出口 16，流体入口 14以及流体出口 16通过流体流动通道18连接。在该示例中，阀装置10是为了用于蒸汽轮机系统中，入口 14典型地连接于蒸汽发生器(图1中未示出)的蒸汽通道，出口 16经由扩散器44通至蒸汽轮机(图1中未示出)。外壳13形成用于流过流动通道18的流体的压力容器。通过通道18的蒸汽流受容置于外壳13中的一对阀的影响，所述一对阀例如停止阀以及控制阀。在所示的实施方式中，停止阀包括安装于第一环形或中空心轴20上的停止阀头 22。该停止阀是快速关闭阀，其能够操作从而在紧急情况下起作用以完全停止通过通道18 流至出口 16的蒸汽流。例如，在蒸汽轮机系统中，停止阀可在控制错误或一些其它的外部错误发生的情况下，完全停止流至涡轮机的蒸汽流。因此，心轴20操作以使停止阀头22沿中央阀轴线观基本上在两个位置之间移位，所述两个位置即由阀装置的位于轴线观左侧的位置表示的完全开启位置、以及在轴线观右侧表示的关闭位置。如图所示，在开启或缩回位置，出口 16与入口 14流体连通，而在关闭位置，停止阀头22坐置于环形阀座30上，从而使出口 16与入口 14隔离。控制阀包括安装于第二心轴M上的控制阀头26。控制阀的心轴M与停止阀的中空心轴20同心且以可滑动的方式延伸穿过停止阀的中空心轴20。心轴对操作以使控制阀头沈朝向和远离阀座30移位，该阀座30是停止阀与控制阀的公共阀座。因此，该控制阀用作用于控制流过流动通道18的流体量(或流体的流速)的调节器。上述设计允许布置于公共外壳的同一侧的停止阀与控制阀的同心运动。有利地， 从制造角度而言，与设置一个同心心轴以及多个偏心心轴相比，设置与心轴之一(在该示例中为停止阀心轴)同心的孔是更容易的，因为设置一个同心心轴以及多个偏心心轴在加工过程方面存在困难并且可能导致由于阀心轴的卡住而导致故障。在所示的实施方式中，阀头22具有L形剖视图，其包括沿垂直于轴线观的平面布置的第一部分40 (也称为预行程部分)以及沿平行于轴线观的平面布置的第二部分41。 同样，阀头沈具有沿垂直于轴线观的平面布置的第一部分25以及沿平行于轴线观的平面布置的第二部分27。阀头沈的第一部分25以及心轴M限定第一空间39。该空间39 允许第一阀以及第二阀的基本上独立的操作。阀头22的部分41及阀头沈的部分27分别包括中空锥形体部。为了引导心轴M抵靠中空心轴20的运动，衬套33同心地布置于两个心轴20与 M之间。该衬套33附加地防止这两个阀心轴之间的蒸汽泄漏。阀盖34环形地包围该中空心轴20。阀盖34具有第一部分35，该第一部分35限定阀盖34与阀头22的预行程部分40 之间的第二空间36。该空间36经由阀盖34上的一个或多个开口 38流体地连接于流动通
6道18，所述开口 38允许蒸汽充满空间36。空间36的垂直于轴线28的投影面积Al大于空间39的垂直于轴线观的投影面积A2。这确保了沿轴线观朝向关闭该停止阀的方向的正蒸汽压力，这减少了在允许蒸汽经由预行程部分40运动至空间39时开启停止阀所需的致动力。该停止阀心轴20能够抵靠阀盖34的第二部分37滑动。为了引导心轴20的运动， 衬套32可布置于心轴20与阀盖34的部分37之间，这也用于提供防止蒸汽从空间36中泄漏的密封。在所示的实施方式中，在阀盖34的部分35与抵靠该部分35滑动的阀头22之间进一步设置有引导衬套42。在所示的实施方式中，流体流动通道18使流体(例如，蒸汽)的方向改变90度角， 对传统的设计也是这样的。然而，在图2中示出的优选实施方式中，流体流动通道18构造并布置为使流体在入口 14与出口 16之间转过大于90度的角度θ。有利地，该实施方式通过提供至流体流动通道的逐渐偏转来防止流体流方向的急剧变化，由此使显著的压力流损失最小化。此外，应当注意，在所示的实施方式中，包括中空心轴20以及阀头22的外部阀构造为作为停止阀被致动，而包括心轴M以及阀头沈的内部阀构造为作为控制阀被致动。 这是有利的，因为内部阀头其直径小于外部阀头的直径，所以内部阀在调节穿过通道18的流体流速方面提供较大的控制。然而，将该外部阀构造并操作为控制阀、并将内部阀构造并操作为停止阀也将是可能的。示例性实施方式中的致动器部分50包括与心轴20及M同轴的致动器52及Μ， 用于分别致动停止阀及控制阀的移位。停止阀致动器52是环形的，同时致动器M同心地延伸穿过致动器52。致动器52包括环形圆柱液压腔室90，在该液压腔室90内布置有环形致动器头92。在致动器头92上安装有一个或多个偏心布置的致动器杆94、96，这些致动器杆94、96控制环形心轴20的移位。致动器杆94、96通过联接构件58联接于环形心轴20。 致动器M包括圆柱液压腔室100，在该液压腔室100内布置有致动器头102。在该致动器头102上安装有致动器杆104，该致动器杆104同轴地联接于心轴M并控制该心轴M的移位。致动器52及M进一步分别包括偏置构件60、62，该偏置构件60、62抵靠相应的致动器头92、102布置并分别抵抗腔室90及100内的液压流体的压力进行偏置。在该示例中， 环形致动器52中的偏置构件60包括螺旋弹簧，中央致动器M中的偏置构件62包括盘簧。 盘簧提供高压缩力。另一方面，螺旋弹簧具有较大的未被利用的中央空间，因此适于布置在环形腔室90中。上述布置使致动器突出量最小化，并且因此减小了致动器的振动，同时也提供了紧凑的设计，其中，整个致动器组件可使用单个轭架56支承。然而，也可使用具有传统或已知设计的致动器(例如，多个外伸的致动器)。在操作时，致动器52及M大体由控制器基于由该控制器监控的内部和/或外部因素控制。为此，液压腔室90以及100能够通过各自的伺服阀(未示出)控制，所述伺服阀将来自控制器的电信号转化为从该液压腔室倾倒或收回流体的液压信号，从而引起致动器的移位。偏置装置60及62用于在经由伺服阀接收来自控制器的信号即从相应汽缸中倾倒液压流体时关闭相应的阀。图3示出了包括根据本发明的阀装置10的蒸汽动力系统70。该阀装置10布置为使流动通道18成为蒸汽发生器74与蒸汽轮机76之间的流动通道78的一部分。停止阀以及控制阀由控制器72控制，该控制器72监控诸如涡轮机76的速度或负载的因素，以便确定应当作出何种改变以改进动力系统70的运行。控制器72经由有线或无线通信链接80控制阀装置10。在系统70的操作过程中，蒸汽发生器74将水加热以产生蒸汽，该蒸汽从蒸汽发生器74进入阀装置10的通道18内。通道18通常是敞开的(即，入口与出口连通)，这时停止阀头22完全缩回并且控制阀头沈安置为用以调节蒸汽的压力，并且因此调节涡轮机76 的速度。控制器72监控系统70的状态，并相应地通过使用控制阀致动器M使控制阀心轴 24移位来调节控制阀头沈。如果操作状态要求应该防止蒸汽流过通道78(这可能是由于紧急情况导致，但也可能同样地是系统70的正常操作的一部分)，那么控制器72经由通信链接80控制停止阀致动器52以向前促动停止阀至其关闭位置，在该关闭位置通道18被密封。概括而言，本发明提供了一种在公共外壳的同一侧包括停止阀及控制阀的阀装置。所提出的阀装置包括通过流体流动通道连接的入口以及出口。该阀装置进一步包括容置在公共外壳中的第一阀以及第二阀。第一阀包括安装在环形第一心轴上的第一阀头。第二阀包括安装至第二心轴上的第二阀头，所述第二心轴与所述环形第一心轴同心且以可滑动的方式延伸通过所述环形第一心轴。该第一阀以及第二阀能够操作以影响所述入口与所述出口之间通过所述流动通道的流体流。虽然已经参考特定实施方式描述了本发明，但本意并非是以限制的意义解释这种描述。对本领域的技术人员来说，在参考本发明的描述的基础上，所披露的实施方式的多种修改，以及本发明的替代实施方式将变得显而易见。因此，可以预期，能够做出这种修改而不偏离由下文所述的专利权利要求限定的本发明的精神及范围。
权利要求
1.一种阀装置(10)，包括:通过流体流动通道(18)连接的入口(14)以及出口(16)，以及容置于公共外壳(13)中的第一阀及第二阀，所述第一阀包括安装在环形第一心轴 (20)上的第一阀头(22)，所述第二阀包括安装在第二心轴04)上的第二阀头( )，所述第二心轴04)与所述环形第一心轴OO)同心且以可滑动的方式延伸通过所述环形第一心轴(20)，所述第一阀以及所述第二阀能够沿公共轴线08)移位并能够操作以影响所述入口(14)与所述出口(16)之间通过所述流动通道(18)的流体流，其中，所述第一阀头及第二阀头0 分别包括各自的第一部分G0、25)以及各自的第二部分01、27)，所述第一部分(40、2幻沿垂直于所述轴线08)的平面布置，所述第二部分 (41,27)沿平行于所述轴线08)的平面布置，所述阀装置(10)进一步包括第一空间(39)，所述第一空间(39)限定在所述第二心轴04)与所述第二阀头06)的所述第一部分0 之间，以及阀盖(34)，所述阀盖(34)同心地布置于所述第一心轴OO)周围，所述阀盖(34)具有第一部分(35)，所述第一部分(3 限定所述阀盖(34)的所述第一部分(3 与所述第一阀头0 的所述第一部分GO)之间的第二空间(36)，所述阀盖(34)进一步包括一个或多个开口(38)，所述开口(38)允许所述第二空间(36)与所述流体流动通道(18)之间的流体连通，其中，所述第二空间(36)的垂直于所述轴线08)的投影面积(Al)大于所述第一空间 (39)的垂直于所述轴线08)的投影面积(A2)。
2.根据权利要求1所述的阀装置(10)，其中，所述第一阀及第二阀中的一个构造为停止阀，所述第一阀及第二阀中的另一个构造为控制阀，其中，所述构造的停止阀的心轴00)能够操作以使所述停止阀的所述阀头0 在关闭位置与开启位置之间移位，所述关闭位置将所述入口(14)与所述出口(16)隔离，所述开启位置允许所述入口(14)与所述出口(16)之间的流体连通，并且所述构造的控制阀的心轴04)能够操作以使所述控制阀的所述阀头06)移位用于沿所述流体流动通道(18)通过的流体的流动控制。
3.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(10)，进一步包括第一衬套(33)，所述第一衬套(3 与所述环形第一心轴00)和所述第二心轴04)同心且密封地布置于所述环形第一心轴00)与所述第二心轴04)之间。
4.根据权利要求1所述的阀装置(10)，其中，所述第一阀头及第二阀头Q2J6)的所述第二部分(41、27)包括中空锥形体部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀装置(10)，进一步包括第二衬套(32)，所述第二衬套(3 与所述第一心轴00)和所述阀盖(34)的第二部分(37)同心且密封地布置在所述第一心轴00)与所述阀盖(34)的第二部分(37)之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(10)，包括公共阀座(30)，所述阀座(30) 构造为用于在所述各自的阀处于关闭位置时使所述第一阀头及第二阀头(22、26)坐置在所述阀座(30)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(10)，其中，所述流体流动通道(18)构造并布置为使所述流体在所述入口(14)与所述出口(16)之间转过大于90度的角度(Θ)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(10)，进一步包括环形第一致动器(52) 以及延伸通过所述环形第一致动器(5 的第二致动器64)，所述第一致动器及第二致动器(52、54)分别联接于第一心轴及第二心轴(20、24)并适于分别致动所述第一心轴及第二心轴(20,24)的移位。
9.一种系统(70)，所述系统(70)包括根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(10) 并且进一步包括控制器(72)，所述控制器(7 适于监控所述阀装置(10)的外部和/或内部的状态、并适于基于所述状态控制所述第一阀及第二阀的位置。
10.一种蒸汽轮机系统(70)，所述蒸汽轮机系统(70)包括蒸汽发生器(74)、蒸汽轮机 (76)以及通道(78)，所述通道(78)用于将来自所述蒸汽发生器(74)的蒸汽传递至所述蒸汽轮机(76)，其中，所述蒸汽轮机系统(70)包括根据权利要求1至9中任一项所述的阀装置(10)， 所述阀装置(10)适于影响通过所述通道(78)的蒸汽流。
全文摘要
本发明提供一种包括容置于公共外壳的同一侧的两个阀，例如停止阀及控制阀的阀装置。所提出的阀装置(10)包括通过流体流动通道(18)连接的入口(14)以及出口(16)。所述阀装置(10)进一步包括容置于公共外壳(13)中的第一阀以及第二阀。所述第一阀包括安装在环形第一心轴(20)上的第一阀头(22)。所述第二阀包括安装在第二心轴(24)上的第二阀头(26)，所述第二心轴(24)与所述环形第一心轴(20)同心且以可滑动的方式延伸通过所述环形第一心轴(20)。所述第一阀以及所述第二阀能够沿公共轴线(28)移位并能够操作以影响所述入口(14)与所述出口(16)之间通过所述流动通道(18)的流体流。
文档编号F01D17/14GK102472397SQ201080029135
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年6月30日
发明者亚什万特·巴特瓦尔, 尼哈尔·兰詹·德, 普林斯·米塔尔 申请人:西门子公司