一种汽轮机调节阀及设计方法与流程

1.本发明属于调节阀技术领域，具体地说是一种汽轮机调节阀及设计方法。


背景技术：

2.汽轮机调节阀是汽轮机内部控制装置，汽轮机调节阀用来调节汽轮机的进汽量，以满足电网功率的需要，或维持电网的频率，也可用以调整并列运行的各机组间负荷的分配。当机组甩负荷时，它应能迅速关小，以防止超速，并保持机组空载稳定运转。调节阀一般可有二至四只，可以顺序开启，也可以同时开启。
3.汽轮机调节阀作为汽轮机的控制装置，其作用是根据汽轮机负荷的变化情况，控制汽轮机的进汽量，从而达到控制转子转速的目的。因此，汽轮机调节阀对机组的性能有很重要的影响。
4.现有技术中的调节阀存在以下缺点：
5.1、阀杆与阀碟机械连接，阀碟易脱落
6.2、阀杆渗氮处理，间隙0.35mm，密封不良，漏气量大
7.3、阀门压损5％，效率低
8.4、小流量时阀碟振动，阀门特性不好，机组启动不稳定
9.5、负荷敏感区难以调节


技术实现要素：

10.为解决现有调节阀的阀杆部分及阀碟部分之间连接不牢固，以及存在压损大、不稳定及负荷敏感区难以调节的问题，本发明提供一种汽轮机调节阀及设计方法。
11.本发明一方面是通过下述技术方案来实现的：
12.一种汽轮机调节阀及设计方法，包括阀体、阀座、隔热护套、密封导向套筒、阀杆阀碟一体件。
13.所述隔热护套与阀座设置于所述阀体内并连接形成具有内腔的结构；所述隔热护套及阀座分别设置于内腔的上方和下方，且所述阀杆阀碟一体件设置于阀体内并在内腔内滑动，且所述阀杆阀碟一体件为一体式结构设置，也就是说，阀杆阀碟包括阀杆部分和阀碟部分，阀杆部分的下端与阀碟部分一体成型。所述阀杆与阀碟整体连接，阀碟不易脱落。
14.本发明的进一步改进还有，上述阀杆阀碟一体件与密封导向套筒及隔热护套的配合面均焊有司太立合金。以提高耐磨性和严密性，不卡涩，不氧化，不腐蚀，间隙0.2mm，漏气量小。
15.本发明的进一步改进还有，上述阀杆阀碟一体件上设有两个与隔热护套内壁相配合的活塞环。通过活塞环提高阀碟与隔热护套之间的密封性。
16.本发明的进一步改进还有，上述阀杆阀碟一体件通过密封导向套筒与隔热护套的内壁相配合。通过密封导向套筒为阀杆在隔热护套内的滑动提供导向，并实现密封效果。
17.本发明的进一步改进还有，上述隔热护套上设有对密封导向套筒压紧的密封压
盖。以实现对密封导向筒在隔热护套内的位置稳定。
18.本发明的进一步改进还有，上述隔热护套的上部延伸出阀体的顶部，所述阀体上方设有执行器托架，所述执行器托架包括上盖、下盖和立柱，所述上盖和下盖分别设置于立柱的两端；所述立柱的下端穿过下盖与阀体相接。通过执行器托架的下盖结构，将隔热护套压紧固定在阀体上。
19.本发明的进一步改进还有，上述隔热护套上方设有安装于执行器托架上的隔热罩，所述隔热罩在上盖与下盖之间的立柱上。通过隔热罩对阀杆与隔热护套之间的热量形成密封。
20.本发明的进一步改进还有，上述隔热护套的上部设有轴肩，所述轴肩上设有压环，所述压环与轴肩之间还设有密封环；所述压环上设有嵌设于阀体内壁上的定位环，且该定位环与压环的顶面相抵接。通过压环、密封环及定位环的相互配合，实现对隔热护套在阀体内的部分进行固定。
21.本发明的进一步改进还有，上述阀座上部装有滤网，所述滤网分别通过圆柱销与隔热护套和阀座连接。通过滤网对进入到内腔的介质进行过滤。
22.本发明另一方面是通过下述技术方案来实现的：
23.一种汽轮机调节阀的设计方法，包括以下步骤：
24.s1、确定调节阀整体结构，并依据机组容量及参数；
25.s2、依据机组容量及参数，确定阀杆阀碟一体件及阀座尺寸；
26.s3、在s2的基础上，确定阀体的壁厚，并对阀体进行强度校核；确定阀杆部分的直径，并对阀杆部分进行强度校核；确定阀盖的厚度，并对阀盖进行强度校核；
27.s4、对阀座与阀碟部分进行型线计算；以及阀碟部分的行程计算；
28.s5、对阀杆阀碟一体件、阀盖、阀体及阀座的材料依据机组容量及参数进行选择；
29.s6、控制设计流程，完成后对调节阀设计进行检查。
30.从以上技术方案可以看出，本发明的有益效果是：解决了现有技术中调节阀存在的缺点。所述阀杆阀碟一体件为一体式结构设置，阀杆部分与阀碟部分整体连接，阀碟部分不易脱落。所述阀杆阀碟一体件与密封导向套筒及隔热护套配合面焊有司太立合金，以提高耐磨性和严密性，不卡涩，不氧化，不腐蚀，间隙0.2mm，漏气量小。气动性能良好，在运行时汽流的脉动力小，以减少了阀杆部分振动。阀门压损小于3％，效率高。小流量时阀碟部分稳定，阀门性能好，机组启动稳定。上述结构的设计最终解决了传统调节阀存在负荷敏感区难以调节的问题，降低了故障发生率。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明具体实施方式的结构示意图。
33.图2为本发明具体实施方式的调节阀的设计流程图。
34.附图中：1、阀体，2、阀座，3、隔热护套，4、密封导向套筒，5、阀杆阀碟一体件，51、阀杆部分，52、阀碟部分，6、导向套筒，7、密封环，8、压环，9、定位环，10、滤网，11、密封压盖，
12、套管、13、阀杆联轴器，14、执行器托架，141、上盖，142、下盖，143、立柱，15、活塞环，16、隔热罩。
具体实施方式
35.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
36.如附图所示，一种汽轮机调节阀及设计方法，包括阀体1、阀座2、隔热护套3、密封导向套筒4、阀杆阀碟一体件5。
37.所述隔热护套3与阀座2设置于所述阀体1内并连接形成具有内腔的结构。
38.所述阀座2上部装有滤网10，所述滤网10分别通过圆柱销与隔热护套3和阀座2连接。通过滤网10对进入到内腔的介质进行过滤。
39.所述隔热护套3及阀座2分别设置于内腔的上方和下方，且所述阀杆阀碟一体件设置于阀体1内并在内腔内滑动，且所述阀杆的下端与所述阀碟为一体式结构设置。也就是说，阀杆阀碟包括阀杆部分51和阀碟部分52，阀杆部分51的下端与阀碟部分52一体成型。所述阀杆与阀碟整体连接，阀碟不易脱落。
40.所述阀杆阀碟一体件5通过密封导向套筒4与隔热护套3的内壁相配合。通过密封导向套筒4为阀杆阀碟一体件5在隔热护套3内的滑动提供导向，并实现密封效果。
41.所述阀杆阀碟一体件5与密封导向套筒4及隔热护套3间必须保持一定的间隙，需要根据密封导向套筒4及隔热护套3的型式不同、阀杆阀碟一体件5直径的大小和蒸汽参数的高低，通过材料线性膨胀系数计算而来的。
42.现有技术中的调节阀存在的缺点，阀杆通常渗氮处理，间隙0.35mm，密封不良，漏气量大，所述阀杆阀碟一体件5与密封导向套筒4及隔热护套3间隙为0.2mm，是我们通过在阀杆阀碟一体件5与密封导向套筒4及隔热护套3配合面焊有司太立合金实现的。
43.所述隔热护套3上设有对密封导向套筒4压紧的密封压盖11。以实现对密封导向筒在隔热护套3内的位置稳定。
44.所述隔热护套3的上部延伸出阀体1的顶部，所述阀体1上方设有执行器托架14，所述执行器托架14包括上盖141、下盖142和立柱143及隔热罩16，所述上盖141和下盖142分别设置于立柱143的两端；所述立柱143的下端穿过下盖142与阀体1相接。通过下盖142结构，将隔热护套3压紧固定在阀体1上。
45.所述密封压盖11通过圆柱销固定于下盖142上。
46.所述上盖通过阀杆联轴器13与阀杆部分51的上端相接。所述阀杆部分51的下端通过导向套筒6与隔热护套3之间连接。通过导向套筒6与密封导向套筒4形成上下配合对阀杆部分51的运动轨迹形成限定。
47.所述隔热护套3上方设有安装于执行器托架14上的隔热罩16，所述隔热罩16在上盖与下盖之间的立柱上。通过隔热罩16对阀杆阀碟一体件5与隔热护套3之间的热量形成密封。
48.所述隔热护套3的上部设有轴肩，所述轴肩上设有压环8，所述压环8与轴肩之间还
设有密封环7；所述压环8上设有嵌设于阀体1内壁上的定位环9，且该定位环9与压环8的顶面相抵接。通过压环8、密封环7及定位环9的相互配合，实现对隔热护套3在阀体1内的部分进行固定。
49.所述阀杆阀碟一体件5上设有2个与隔热护套3内壁相配合的活塞环15。通过活塞环15提高阀杆阀碟一体件5与隔热护套3之间的密封性。
50.一种汽轮机调节阀的设计方法，包括以下步骤：
51.s1、确定调节阀整体结构，并依据机组容量及参数；
52.s2、依据机组容量及参数，确定阀杆阀碟一体件5及阀座2尺寸；
53.s3、在s2的基础上，确定阀体1的壁厚，并对阀体1进行强度校核；确定阀杆部分51的直径，并对阀杆部分51进行强度校核；确定阀盖的厚度，并对阀盖进行强度校核；
54.s4、对阀座2与阀碟部分进行型线计算；以及阀碟部分的行程计算；
55.s5、对阀杆阀碟一体件5、阀盖、阀体1及阀座2的材料依据机组容量及参数进行选择；
56.s6、控制设计流程，完成后对调节阀设计进行检查。
57.上述步骤中，所述的阀盖实际为执行器托架14的下盖142。
58.综上所述本装置设计原理：
59.1、满足对不同用途的调节阀所要求的功能，动作灵活可靠，不产生卡涩。调节阀的关闭时间，中小型机组在0.3s以内，为此特别考虑阀座2等零件承受冲击载荷的能力。
60.2、气动性能良好，压力损失要尽可能低。对于调节阀，在运行时汽流的脉动力要小，以减少阀杆部分51振动。
61.3、在高温、高压工作的零部件要对其安全性和疲劳寿命等作全面的分析计算与试验研究，慎重考虑结构尺寸和选用合适的材料，以满足运行蒸汽参数及不同运行方式的要求。
62.4、布置合理，装拆维护方便。要考虑易损件和活动件的耐磨性能和寿命，以期延长大修周期。
63.5、调节阀的阀杆部分51应具有在运行中定期做活动试验的功能，以防止发生阀杆部分51卡涩故障。
64.阀体1作为大型铸锻件为消除由于铸锻造及机加工过程中所产生的内应力，须做回火热处理，且加工精度要求也很高。阀体1长期工作在高温高压下，在其工作时，除受到新蒸汽的压力、温度应力作用之外，还要受到进出汽管的作用力，因此选择了热强性较好的钢。
65.阀座2直接与高温高压蒸汽接触，既受到汽流冲刷又要受冲击载荷，而阀座在热态下又不允许松动，所以对阀座2应选择其线膨胀系数比阀体1材料的线膨胀系数大一些，且又抗氧化能力强的材料。
66.阀杆部分51及其传动部件，在阀门开启或关闭时，都要承受一定的载荷。根据汽轮机调节性能的要求，打开时必须具有一定的速度。于是，阀杆部分51承受着压差形成的外载力和阀杆部分51的惯性力。同样道理，关闭时也受到外载力和惯性力。可见，在开启和关闭时，对阀杆部分51都产生冲击作用。此外，阀杆部分51还受到蒸汽室内汽流扰动和阀门前后汽流扰动的影响。这些冲击和扰动，没有一定的周期和规律，汽流载荷强烈程度也没有一定
规律。这就使阀杆部分51处在随机冲击、随机加载的十分不利工况之中，使阀杆部分51中产生可观的动应力。在截面变化处，还考虑了应力集中系数。进行了强度校核。阀杆部分51在调节阀开启关闭及正常运行时，要经常受到冲击载荷。阀杆部分51与密封导向套筒4间隙较小，为防止卡死，选择了一种高温抗氧化能力强的材料做阀杆部分51。
67.依据设计原理解决了现有技术中调节阀存在的缺点。所述阀杆阀碟一体件5为一体式结构设置，阀杆部分51与阀碟部分52整体连接，阀碟部分52不易脱落。所述阀杆阀碟一体件5与密封导向套筒4及隔热护套3的配合面均焊有司太立合金，以提高耐磨性和严密性，不卡涩，不氧化，不腐蚀，间隙0.2mm，漏气量小。气动性能良好，在运行时汽流的脉动力小，以减少了阀杆部分51振动。阀门压损小于3％，效率高。小流量时阀碟部分52稳定，阀门性能好，机组启动稳定。上述结构的设计最终解决了传统调节阀存在负荷敏感区难以调节的问题，降低了故障发生率。
68.通过实际运行情况等分析，本发明提出的一种汽轮机调节阀及设计方法，其安全可靠，结构工艺简单，便于加工、安装、检修等操作，阀碟与阀杆一体结构，通过特殊的设计解决了传统调节阀存在负荷敏感区难以调节的问题。本发明解决了现有技术中的调节阀的缺点问题。具有较高的通用性和经济性。
69.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同、相似部分互相参见即可。
70.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”“内侧”等是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
71.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。