专利名称：控制阀的振动缓冲器/隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制阀(例如蒸汽控制阀)的一种振动缓冲器/隔离器。
控制液流用的控制阀是熟知技术。在核动力发电系统中，用控制阀控制诸如蒸汽类流体的流动，过去的核控制阀由于其工作于严峻的条件下故曾发生很大的问题。
在核动力发电设备中的蒸汽控制阀一般比用于其它动力(如矿物燃料)发电设备中的蒸汽控制阀相对地大些。在核动力设备中采用较大的阀，其部分原因是因为，核发电设备比矿物燃料发电设备所产生的蒸汽能量一般较低的缘故。这些较大的阀构件所呈现出的一些问题，可能就不象在较小阀构件中发生的那么大。例如，典型的用于动力设备中的蒸汽控制阀必须在短时间内可操作到切断蒸气通道，因此用于这种阀中的阀栓必须能高速地运动到闭锁或切断该蒸汽通道的位置。为了保证大多数核控制阀中用的相对大的阀栓组件的快速运动，阀栓就不应当在阀帽中配合得到那些紧密，以致阀栓沿该衬垫轴向的运动被大大地限制或减慢。但是，过去的阀结构中包括一个这样的阀栓，它在阀帽中是如此地松配合，致使阀栓必然产生相对于阀帽的侧向振动。
因此，这种过去的核反应堆蒸气控制阀所遇到的一个普遍问题就是这种阀的工作部件有很大的振动。这些振动基本上属于由通过阀座的流体流(如蒸汽所引起的高频振动。由蒸汽流所引起的各种振动的频率一般发生在宽广的声频的频谱范围。例如，为K85Hz的频率，这里已记录到K＝0，1，2…，大部分记录的振动能量趋向于发生在300到400Hz范围。
这种振动对阀内的部件会造成严重的磨耗和损坏，例如，阀部件中的裂纹，包括外壳和消声器的裂纹，以及阀衬垫、密封环槽、阀杆和阀杆套筒的过份磨损都归因于这种振动所致。此外，已发现这种振动致使装在阀帽上或与阀帽一起安装的外部工作系统遭到损伤。还有，这种振动已被感到把过高的噪声传送到核反应堆的速率机室地面上。
本发明的主要目的是提供一种缓冲器/隔离器，当它结合在一个核反应堆控制阀中时能降低阀在运行期间所遭受的振动。
本发明将此目的寄托于具有一个外壳的控制阀，并在该外壳中设置了一个可动的阀栓，其特征为，有多个环扇形体设置在所述阀栓内形成的腔中，以便可以相对地运动;及有弹性的器件与该环扇形体相结合，用于将此相结合的环扇形体压向外壳。
最好是该缓冲器/隔离器装置有多个环扇形体被保持在上导座的各槽中，该环扇形体被经向向外地压在一个阀帽衬垫上，并被蛇形或蝶状式弹簧把持和定中于该槽中。在各环扇形体和上导座之间表面的相互作用提供给该系统以附加的摩擦阻尼。缓冲弹簧系统的自然频率被设计得比通过阀座的液流所引起的高频振动的频率低得多，因此能由该缓冲器系统在该衬垫/阀帽膛孔中将该阀栓与振动隔离开。
从结合附图对反作为举例之用的最佳实施例所作的下述说明，可对本发明更加容易明了。
图1，结合本发明的一个实施例作成的一个核电站蒸汽控制阀的横剖视图;
图2，是图1中画圈并标记Ⅱ的部分放大尺寸的详视图;
图3，是图2中标线3-3所示设备的平剖视详图;
如图1所示，一个控制阀包括一个阀体9，它界限出一个蒸汽流通道，并具有以10作总指示的阀帽。阀帽10的一部分11具有一个基本上中空的圆柱形，一个阀杆12设置在实质上中空的阀帽部分11中并沿阀帽部分11的中心轴线延伸。一个阀栓13也布置在实质上中空的阀帽部分11中。阀杆12的一端(示于图1的较低端)由一个杆夹持器14固定在阀栓13上。
示于图1的阀栓13具有一个基本上为圆柱形的壁15和一个底部16。基本上圆柱形壁15具有的外直径最好稍小于实质上中空的圆柱形阀帽部分的内直径。在运行中，阀栓13装在阀帽部分11内与布置在该实质上圆柱形阀帽部分的内表面附近的壁15的外表面合适地配合。
如上所述，阀杆12布置在阀帽部分11内且其一端被固定在阀栓13处。阀杆12是可活动地固定在阀帽部分11内并在阀帽部分11的轴线方向上运动。在图1的实施例中，阀杆12是由一个弹簧板17和一个联轴节18固定装在一起。
一个水力驱动器杆19从一个水力驱动器(未示出)伸出并与联轴节18固装在一起。水力驱动器(未示出)以一熟知的方式运行以控制水力驱动器杆19在相对于阀帽部分11的轴线方向上运动。在这种方式下、水力驱动器也控制联轴节18、弹簧板17、阀杆12和阀栓13的运动。因此，就图1来看，因为水力驱动器使杆19运动于阀帽部分11的轴线方向，所以该水力驱动器也驱动弹簧板17阀杆12和阀栓13使之在阀帽部分11的轴线方向运动。在这种方式下，水力驱动器能控制阀栓13在阀帽部分11内作向上或向下运动，就图1来看即籍此而打开或关闭该阀门，并因此而控制着通过阀体9的蒸汽流，这将描述于下，弹簧20紧靠该弹簧板17并沿着阀帽11的轴线的一个方向(图1中为向下)压迫弹簧板17。由于该弹簧20沿阀帽部分11的轴线的一个方向，压迫阀杆12和阀栓13结果导致关闭该阀门，如下所述。
从该基本上圆筒形阀帽部分11延伸的是一个基本上圆筒形的消声器21，提供有一个排气区22和多个孔，其中两个孔分别示于24和25处，消声器21可以用任意合适的装置(如销钉23)连接到阀帽部分11上。在图1中，孔24和25被阀栓13的基本上圆筒形壁15堵住。但孔24和25可以借助将阀栓13在阀帽部分11的轴线方向运动而被打开，以便通过这里沟通流体(如蒸汽)。例如利用水力驱动器的作用使阀栓13向上运动，就图1来说，借此而提供了在孔24与25和阀排气区22之间的连系通路。此外，利用水力驱动器的作用和/或利用弹簧20的压迫力能使阀栓13向下运动，就图1而论，借此而关闭住孔24与25和阀排气区22之间的流体通道。在这种方式下，借助于控制阀栓13的运动能将控制流体流(例如蒸汽流)使之通过孔24和25而流通，或者堵住其由孔24和25流通的通路。
消声器21还包括有多个孔26穿过该消声器21的基本上与圆筒形的壁，孔26比孔24和25在面积上小许多。如图1所示，当阀栓15沿阀帽部分11的中心线向一个方向(图1为向上)运动时各孔26适宜于使流体通过该消声器21。流通于消声器孔26的流体可以有选择地被阀栓13的底部16堵住，见图1。
可以用任意合适的固定装置(如螺栓组件27)将阀帽部分11紧固在阀体9上。套筒29围绕阀杆12布置在阀帽部分11内作为该阀杆的导向。阀帽部分11设有一些阀杆泄漏槽28，它们从阀杆12附近位置通过阀帽部分11伸出，在这种情况下，套管29和阀杆12之间可能通过的蒸汽即可通过该阀杆泄漏槽28疏导出来。
基本上中空的圆筒形阀帽部分11的内表面设有一层阀帽衬30，阀栓13即顶着它被可移动地密封住。按照本发明实施例，为了缓冲、隔离和密封该阀栓13用的一个缓冲器/隔离器和密封结构就衬垫30而论，基本上如图1中符号Ⅱ内所圈画的，并在图2和3中详加描绘。
图2示出阀帽部分11和设在其内表面上的衬垫30的一部，还示出阀栓13的基本上圆筒形壁15的一部分。
一个上导座31的任意合适的装置(例如螺丝或螺栓组件32)固定于壁15上。该壁15上设有面对衬垫30的一个槽33，还设有一个台阶部分34也面向衬垫30。在将上导座31固定在壁15上后，上导座31的一个表面35就延伸在台阶部分34的附近而将台阶部分34形成为一个槽。最好是，延伸在台阶部分34邻近的表面35是表面渗碳硬化的。槽33和台阶部分34与表面35所形成的槽形成一些容器，可在其中布置合适的密封件，例如压力密封环或类似物。
所述实施例中示出的上导座31包括一个基本上为环形的元件，它具有一个基本上方形横截面。该上导座31在它的面对衬垫30的外圆周表面上设置有多个圆周方向隔开的槽36。上导座31上最好设置4个槽36，每个槽延伸的长度小于上导座31的外圆周周边的1/4长度。还有，在较佳的布置中，各槽36是终端对着终端地排列，并且在圆周方向各槽端彼此隔开而围绕上导座31形成一个分叉的环。
每个槽36设有一个附加槽37，该槽为辐向并沿圆周周边地向着槽36的竖壁内部延伸到上导座31，延伸的长度稍大于槽36的延伸。各槽37在垂直方向稍窄于相配合的槽36，各槽37的一个功能在于持住弹簧44，下将述及。
如图2和3所示，一个环扇形体38设置在每个槽36中，每个环扇形体38整形成适于装在一个槽36中，但在太大不适于装在一个槽37中。参照图3，每个环扇形体38包括一个外圆周表面39，它在阀工作期间面向该衬垫30并支撑该衬30。该外圆周表面39最好设置多个凹坑或缺口40，以便提供穿过该环扇形体的流体流通路和有助于平衡跨越环状扇形体的压力。外圆周表面39是弧形的，以便与衬垫30的圆周表面相配合。每个环扇形体38可设置一个内圆周内表面41，它作成如图3所示的弧形。每个环扇形体338还设置了端面42和44，它们各面向相邻环扇形体的端表面的方向。
在图3所示的实施例中，每个环扇形体38被一个蛇形或蝶式弹簧44向外推动，离开上导座31而趋向衬垫30。每个弹簧44具有适于装在一个槽37中的构形，在这种情况下，每个弹簧44连接着上导座31与一个环扇形体38，并向着离开槽36的方向压迫该环扇形体38。
如图3所示，每个槽37可以从相关连的槽36所形成的所有三个表面延伸。在这种布置中，每个弹簧44可围绕一个环扇形体38的三个侧面延伸，并且对着该环扇形体表面41、42和43加力。所以，每个环扇形体38可从三个方向被压向衬垫30，并且能够紧密地适装在一个槽36中并贴近衬垫30。
因为每个环扇形体38被压向衬垫30，如上所述，所以上导座31和阀栓13即能合适地装在基本上中空的圆筒形阀帽部分11中，由弹簧44所施加的力迫使这4个环扇形体38顶着该衬垫力图控制阀栓13在阀帽部分11内的侧向运动。此外，偏助于上述被该环扇形体和弹簧组件施加在衬垫30的缓冲压力，该阀栓13在阀帽部分11内能够移动(沿阀帽13的轴线方向)而基本上阻止了不需要的振动(在阀帽部分11的侧方向)以及由此振动而造成的不良效果。
这样带弹性地安装扇形体38既允许阀栓13在竖向相对自由地运动，所以使阀栓13能承受快速打开和关闭的运动。
此外，该在阀帽中环扇形体表面上的凹坑或缺口40提供了跨在环扇形体两端的流体通道。在这种方式下，在上导座31一侧(即在图1中上导座下面)的压力与上导座另一侧(图1中上导座上面)的压力将无明显差异，这种抑制上导座两侧出现大的压力差的方向保证能减少某些不期望的振动的发生，也即已证实那样的压力差是会产生不期望的振动的。
上述的上导座31、环扇形体38和弹簧44组成一个独有的缓冲器/隔离器装置，当它结合到一个蒸汽控制阀中时，即体现出多种有利结果。例如，该缓冲器/隔离器装置可作用于使阀栓13相对于基本上中空的圆筒形阀帽部分11定中心因为每个环扇形体以与其它各环扇形体基本上相等的力压向衬垫30，所以阀栓13即力图相对于阀帽部分11保持在基本上中央位置。结果，在衬垫30和槽33内与由台阶34与壁35所形成的槽内所设置的压力密封之间所施加的力围绕着密封的周围是基本上相等的。而且，压力密封曾相对于阀栓13及衬垫30的位置将保持在正确的方位。压力密封层的这一正确方位将能帮助阻止蒸汽流过密封层。在这种方式下，不仅保持了较好的密封作用，而且能防止由于流过压力密封的蒸汽流所造成的阀栓振动和损坏。
上述的缓冲器/隔离器装置工作于一种阻尼的方式下也阻止了阀栓13和阀帽部分11之间的相对侧向运动，这种阻尼效应由于弹簧44的弹性而加大。阻尼行为决定于环扇形体38的质量、阀栓13的质量和弹簧44的弹力常数。最好是，通过选择环扇形体和阀栓的质量和/或弹簧常数将阻尼作用控制到在某一频率范围产生最大有效阻尼，该范围相应于阀门经受最大量的不利振动范围。例如，由于在核反应堆控制阀中流过阀座的蒸汽流引起的振动频率的数值为K85Hz，这里K＝0，1，2…，不过大部分在300-400Hz范围，应用于核反应堆控制阀中的缓冲器/隔离器装置的阻尼作用可选择为最大有效阻尼在300～400Hz范围、缓冲器/隔离器装置设计成Wn不等于W(例如Wn≥4W)，其中，W是诱导的振动的频率，以及Wn是阀构件的自然频率，Wn可由公式Wn＝K/M来确定，这里的K代表弹簧44的弹簧常数，以及M代表阀栓、弹簧和导座环的质量。
在这种方式中，该装置工作于减少或阻止振动从阀栓13传输到阀帽衬垫30，该衬垫将减小阀的外部和内部部件所遭受的振动。降低阀的外部和内部部件遭受的振动，将减少阀系统产生过份的噪声，并且延长外部和内部部件的寿命。当缓冲器/隔离器装置应用于一个阀系统，例如核反应堆控制阀时该阀将不会再经受到声频范围的振动，这时就能获得噪声大减的效果。
此外，已证实上述的缓冲器装置防止了过去的阀栓结构中所遭受的振动增大问题。已证实，当阀栓的振动频率相应于阀栓、阀杆和衬垫系统的自然频率时，过去的阀栓系统就出现振动的放大。但是，上面描述的缓冲器/隔离器装置将阀栓13与阀帽衬垫30隔离并借此防止了不然就会发生的振动增大。
上面描述的缓冲器/隔离器装置还提供出附加的阀栓摩擦阻尼(例如，就图1而论在阀栓13的顶部)。在这种方式下，缓冲器装置工作于降低整体阀栓和密封的磨耗和损坏。
权利要求
1.一个控制阀，具有一个外壳(10)和可移动地装在外壳(10)内的一个阀栓(13)，其特征为，有多个环扇形体(38)被装在由所述阀栓(13)形成的空腔(36)中以便可以相对地运动到那里，以及具弹性的装置(44)与环扇形体(38)相结合，用于将该结合的环扇形体(38)推向外壳(10)。
2.如权利要求1所要求保护的一个控制阀，其特征为，每个环扇形体(38)设有一个面向外壳(10)的一个第一表面(39)在该第一表面(39)处形成有多个凹坑(40)。
3.如权利要求2所要求保护的一个控制阀，其特征为，所述的弹性的装置是被设置在所述环扇形体(38)和阀栓(13)之间的弹簧(44)。
4.如权利要求3所要求保护的一个控制阀，其中，可获得最大阻尼的振动频率决定于环扇形体的质量、阀栓质量和弹簧常数，其特征为，至少环扇形体质量、阀栓质量和弹簧常数之一被选择到能使最大阻尼发生在300到400Hz的振动频率范围。
5.如权利要求3或4所要求保护的一个控制阀，其特征为，所述弹簧是蛇形弹簧(44)，合适地围绕该结合环扇形体(38)的三个表面(41、42、43)布置。
6.如权利要求3、4或5所要求保护的一个控制阀，其特征为，所述弹簧(44)设置在所述空腔(36)的各侧壁中形成的各槽(37)中。
7.如权利要求1到6中任一项要求保护的一个控制阀，其特征为，4个环扇形体(38)是围绕着该阀栓(13)而相互间均匀地隔开排列。
全文摘要
缓冲器/隔离器装置有4个持在上导座31内各槽36中的环扇形体38，该扇形体38被蛇形或蝶式弹簧44辐向向外地推向阀帽衬垫30并被把持和定中在槽36中、该缓冲器和弹簧系统的自然频率被设计成甚高于所施加的振动的频率，该振动指由蒸汽流过阀座所引起的。这样对阀栓13提供其与衬垫30和阀帽部分11的隔离在环扇形体38和上导座31之间的表面相互作用对该系统提供了附加的摩擦阻尼。
文档编号F16K47/02GK1053830SQ9110056
公开日1991年8月14日 申请日期1991年1月31日 优先权日1990年2月1日
发明者约瑟夫·W·罗斯 申请人:西屋电气公司