CN102787871B - 一种汽轮机主汽阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机主汽阀门，包括阀体、阀盖和阀杆，阀体上设有上下游蒸汽通道、阀杆装配孔、阀盖装配孔和阀座；阀盖主要由从下到上依次装配在阀盖装配孔内的内阀盖、弹性密封圈、压紧环、定位环和通过固定螺栓固定在阀盖装配孔外端的外阀盖构成，内阀盖为自紧密封，承受大部分压力，外阀盖承受较小压力，密封效果优异；阀杆上端穿过套筒连接阀碟，在阀杆动作下，阀碟和阀座配合，将阀体上的上下游蒸汽通道切断或打通；套筒上设有密封套，阀杆上设有密封锥面，当阀碟和阀座打开时，阀杆通过密封锥面与密封套实现密封，且通过密封锥面对阀碟的开度作限位。它具有密封性能好、制造成本低、能够承受高参数蒸汽、实用性强等特点。

Description

一种汽轮机主汽阀门

技术领域

本发明涉及汽轮机，具体是一种汽轮机主汽阀门。

背景技术

汽轮机主汽阀门是汽轮机的第一道阀门，通过主汽阀门的打开和关闭，实现汽轮机蒸汽的供给和切断，因而主汽阀门长期在高温高压的蒸汽环境中运行，要求主汽阀门具有良好的密封性，以防高温高压的蒸汽泄漏，造成热能损失，甚至安全事故发生。

参见图1：传统汽轮机主汽阀门包括阀体08、阀盖010和阀杆01。其中，阀体08为内空结构，阀体08上设有上游蒸汽通道012、下游蒸汽通道013、阀杆装配孔和阀盖装配孔；上游蒸汽通道012和下游蒸汽通道013径向错位设置，上游蒸汽通道012和下游蒸汽通道013之间的阀体08内表面固定有阀座014；阀杆装配孔上通过限位台阶015和压板04装配有套筒02，套筒02伸入阀杆装配孔内，外周在阀杆装配孔内端的限位台阶015上定位，压板04通过拉紧螺栓016固定在套筒02的外端，被阀杆装配孔的外端限位，且压板通过固定螺栓05固定在阀杆装配孔的外端，压板04和套筒02上分别设有对阀杆01进行导向的导向孔，压板04上的导向孔和套筒02上的导向孔同轴线布置。阀盖010为整体结构，通过大规格的紧固螺栓011密封装配在阀体08的阀盖装配孔上，依靠大规格紧固螺栓011的紧力与阀体08产生接触应力，实现密封。阀杆01的上端穿过压板04和套筒02上的导向孔连接阀碟09，在阀杆01的动作下，阀碟09和阀体08上的阀座014配合，将阀体08上的上游蒸汽通道012和下游蒸汽通道013切断或打通；为了保证阀杆01动作的自由，阀杆01与套筒02之间必须保持一定的间隙，该间隙的宽度通常为0.20～0.35mm，这样就使阀杆01与套筒02之间形成一个宽约0.20～0.35mm的环形空间，该环形空间会产生严重的漏汽现象，为了避免蒸汽泄入机房，在阀体08上设有第一抽汽接头06和第二抽汽接头07，这两个抽汽接头分别于环形空间相通，第一抽汽接头06连接在三号高压加热器或除氧器上，第二抽汽接头07连接在汽封加热器上。该主汽阀门造成了大量优质蒸汽通过阀杆01和套筒02之间的环形空间漏入低位蒸汽***中，造成了一定的热能损失，增加了汽轮机的运营成本，这在高参数蒸汽的超超临界机组或二次再热机组上更为凸显。为了减小蒸汽泄漏，常规方法是在套筒02内的阀杆01上装一个汽封套03，该方法虽然能起到一定的堵漏作用，但其效果甚微，依旧存在大量优质蒸汽泄漏的现象，可靠性差。

此外，上述整体结构的阀盖010完全依靠紧固螺栓011密封装配在阀体08的阀盖装配孔上，在高温高压的蒸汽环境中，阀盖010承受的压力大，这在高参数蒸汽的超超临界机组或二次再热机组上也是尤为凸显的，为了保证阀盖010可靠的密封性和固定强度，要求紧固螺栓011具有良好的结构强度，而紧固螺栓011的结构强度提高，是通过对紧固螺栓011的材料升档，以及规格（包括直径和长度）的增大实现的，这不仅增加了主汽阀门的制造成本，而且更为严重的是，随着紧固螺栓011的增大，对紧固螺栓的设计、加工难度也随之增大，一味的增大阀盖的紧固螺栓势必对阀盖和阀体的结构应力也造成破坏，从而使得整个主汽阀门设计、加工难度增大，使用寿命缩短，制造效率降低，企业制造成本显著增加。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种密封性能好、可靠稳定、方便设计加工、制造成本低、能够承受高参数蒸汽的汽轮机主汽阀门。

本发明的上述技术目的通过下述技术方案实现，一种汽轮机主汽阀门，包括：

-阀体，所述阀体上设有上游蒸汽通道、下游蒸汽通道、阀杆装配孔和阀盖装配孔，上游蒸汽通道和下游蒸汽通道之间的阀体上固定有阀座，阀杆装配孔上通过限位台阶和压板装配有套筒，压板和套筒上分别设有对阀杆进行导向的导向孔；

-阀盖，所述阀盖密封装配在阀体的阀盖装配孔上；

-阀杆，所述阀杆的上端穿过压板和套筒上的导向孔连接阀碟，阀杆与套筒之间具有环形空间，该环形空间与连接在阀体上的第一抽汽接头相通，在阀杆的动作下，阀碟和阀体上的阀座配合，将阀体上的上游蒸汽通道和下游蒸汽通道切断或打通；所述套筒的导向孔内端处设有密封套，所述阀杆靠近套筒导向孔内端处设有密封锥面，当阀碟和阀座打开时，阀杆通过密封锥面与套筒上的密封套实现密封，且通过密封锥面对阀碟和阀座的开度作限位。

所述阀盖主要由从下到上依次装配在阀盖装配孔内的内阀盖、弹性密封圈、压紧环、定位环和通过固定螺栓固定在阀盖装配孔外端的外阀盖构成，内阀盖和外阀盖通过第二拉紧螺栓连接，定位环的外周镶嵌在阀盖装配孔内的定位槽上，定位环的内周压在压紧环的顶面。

所述内阀盖和压紧环分别以锥面与弹性密封圈抵接。

所述弹性密封圈的外周面上开有弹性槽，弹性密封圈的密封面具有若干凸齿。

所述定位环为分段结构，由至少两个弧段组成。

所述内阀盖的底面具有与阀碟对应匹配的中空保护套，保护套上设有多个蒸汽通孔。

所述外阀盖上连接有与阀盖装配孔内空间相通的第二抽汽接头。

所述阀杆上的密封锥面为45o锥形面，密封锥面上堆焊有司太立合金。

所述密封套上具有匹配于阀杆上密封锥面的密封锥面。

本发明具有以下主要优点：

1. 当阀门处于打开状态时，阀杆和套筒上的密封套之间通过密封锥面形成可靠稳定的密封，密封性能良好，达到了零泄漏的效果，使汽轮机效率有高达12KJ/kw·h的收益，有效降低了汽轮机的运营成本；

2. 阀盖采用分体的内阀盖和外阀盖，内阀盖被镶嵌在阀盖装配孔上的定位环限位固定，外阀盖由固定螺栓固定，蒸汽的绝大部分压力由内阀盖承受，在蒸汽压力的作用下内阀盖实现自锁，固定可靠，外阀盖仅承受微小蒸汽压力，这大大降低了对外阀盖固定螺栓的结构强度要求，避免了对固定螺栓材料的升档以及规格的扩大，有效降低了外阀盖固定螺栓的设计、加工难度，同时也不会破坏阀体、阀盖的结构应力，降低了阀门整体的设计、加工难度，延长了阀门的使用寿命，提高了制造效率，降低了企业制造成本；

3. 组成阀盖的弹性密封圈的密封效果与内阀盖承受到的蒸汽压力成正比，也就是说内阀盖承受到的蒸汽压力越大，弹性密封圈的变形量越大，密封效果也就越好，有效避免了蒸汽从阀盖处泄漏；此外，弹性密封圈的密封结构（包括自身结构以及与其它部件的配合结构）设计进一步提升了密封效果；

4. 组成阀盖的定位环以分段结构设计，极大的方便了阀盖在阀体上的组合装配；当弹性密封圈万一遇到密封故障时，泄漏进入阀盖装配孔内空间的蒸汽通过外阀盖上的第二抽汽接头引入汽封加热器，进一步降低了外阀盖承受到的蒸汽压力，确保外阀盖在阀体上的固定强度，提高阀门运行的安全性；

5. 本发明除了适合普通汽轮机机组使用外，还可以适合高参数蒸汽的超超临界机组或二次再热机组使用，同样具有良好的密封性和可靠性，实用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是传统汽轮机主汽阀门的结构示意图。

图2是本发明的一种结构示意图。

图3是图2中的局部A放大图。

图1中的代号含义：01—阀杆；02—套筒；03—汽封套；04—压板；05—固定螺栓；06—第一抽汽接头；07—第二抽汽接头；08—阀体；09—阀碟；010—阀盖；011—紧固螺栓；012—上游蒸汽通道；013—下游蒸汽通道；014—阀座；015—限位台阶；016—拉紧螺栓。

图2和图3中的代号含义：1—阀杆；2—套筒；3—压板；4—第一拉紧螺栓；5—阀体；6—限位台阶；7—内阀盖；8—弹性密封圈；9—压紧环；10—定位环；11—密封垫片；12—外阀盖；13—第二拉紧螺栓；14—固定螺栓；15—密封锥面；16—保护套；17—蒸汽通孔；18—阀碟；19—阀座；20—滤网体；21—蒸汽出口孔；22—预启阀碟；23—上游蒸汽通道；24—下游蒸汽通道；25—第一抽汽接头；26—环形空间；27—第二抽汽接头；28—密封套。

具体实施方式

参见图2和图3：本发明包括阀体5、阀盖和阀杆1。

其中，阀体5为内空结构，即阀体5具有内表面和外表面。在阀体5上设有上游蒸汽通道23、下游蒸汽通道24、阀杆装配孔和阀盖装配孔，上游蒸汽通道23和下游蒸汽通道24径向错位设置，上游蒸汽通道23和下游蒸汽通道24之间的阀体5内表面固定有阀座19。阀盖装配孔设在阀体5的上部。阀杆装配孔设在阀体5的下部，阀杆装配孔的内端设有限位台阶6，阀杆装配孔内伸入有套筒2，套筒2的外周在阀杆装配孔内端的限位台阶6上定位，限位台阶6与套筒2的之间设有齿形垫片，以提高其密封性；套筒2的底端延伸至阀杆装配孔的外端处，套筒2的底端通过第一拉紧螺栓4固定有压板3，压板3由阀杆装配孔的外端定位，至此，阀杆装配孔通过限位台阶6和压板3装配套筒2，为了提高压板3的稳固性，可以将压板3通过固定螺栓固定在阀体5上。在压板3和套筒2上分别设有对阀杆1进行导向的导向孔，压板3上的导向孔和套筒2上的导向孔应当以同轴线布置，套筒2的导向孔内端处设有密封套28。

阀盖主要由从下到上依次装配在阀盖装配孔内的内阀盖7、弹性密封圈8、压紧环9、定位环10和通过固定螺栓14固定在阀盖装配孔外端的外阀盖12构成，内阀盖7、弹性密封圈8和压紧环9的外径应当与阀盖装配孔的内径相匹配。内阀盖7和外阀盖12通过第二拉紧螺栓13连接，内阀盖7的底面具有与阀碟18对应匹配的中空保护套16，保护套16上设有多个蒸汽通孔17，内阀盖7的底面与阀座19之间设有滤网体20，以防止异物进入汽轮机内。弹性密封圈8选用软态高温材料制作而成，例如06Cr19Ni10；弹性密封圈8接触内阀盖7和压紧环9的密封面分别为锥面，弹性密封圈8的截面呈三角形，弹性密封圈8的外周面上开有弹性槽，以提高弹性密封圈8的变形量，弹性密封圈8的密封面（主要是接触内阀盖7、压紧环9和阀盖装配孔内壁的面）具有若干凸齿，这些凸齿为锥形齿，斜度约为45o。定位环10为分段结构，由四个弧段组成，定位环10的外周镶嵌在阀盖装配孔内的定位槽上，定位环10的内周压在压紧环9的顶面，定位环10的强度通过调整其厚度来满足要求，设计难度小。外阀盖12上连接有与阀盖装配孔内空间相通的第二抽汽接头27，该第二抽汽接头27与汽封加热器连接，以此将泄漏至阀盖装配孔内空间的蒸汽引出，降低外阀盖12所承受的蒸汽压力。

阀杆1的上端穿过压板3和套筒2上的导向孔连接阀碟18，阀碟18的上部罩在内阀盖7的保护套16内。阀碟18的顶部连接有预启阀碟22，预启阀碟22上的蒸汽出口孔与阀碟18上的蒸汽出口孔21相通，通过阀碟18和预启阀碟22上的蒸汽出口孔可以有效提高蒸汽的流速，从而平衡上游蒸汽通道23和下游蒸汽通道24内的蒸汽平衡。阀杆1的下端与油动机连接，在油动机的驱动下阀杆1动作，在阀杆1的动作下，阀碟18和阀体5上的阀座19实现闭合或打开的配合，从而将阀体5上的上游蒸汽通道23和下游蒸汽通道24切断或打通。为了保证阀杆1动作的自由，阀杆1与套筒2之间必须保持宽约0.20～0.35mm的间隙，该间隙使阀杆1与套筒2之间形成一个环形空间26，环形空间26内的阀杆1位于靠近套筒2导向孔内端处设有密封锥面15，该密封锥面15为45o锥形面，密封锥面15上堆焊有司太立合金，以便增加密封锥面15的耐磨性；套筒2的密封套28上也设有密封锥面，密封套28上的密封锥面应当与阀杆1上的密封锥面15相适配；当阀碟18和阀座19打开时，阀杆1通过密封锥面15与密封套28实现密封，且通过密封锥面15对阀碟18和阀座19的开度作限位。当阀碟18在阀座19上全开时，阀杆1与密封套28上的密封锥面正常接触密封，蒸汽在环形空间26内的泄漏量为零，当阀碟18在阀座19上未全开时，阀杆1与密封套28上的密封锥面不能正常接触密封，蒸汽在环形空间26内有一定的泄漏量，为了减少泄漏，环形空间26内的阀杆1上套装有衬套；同时，为了避免蒸汽从环形空间26泄漏进入机房，在阀体5上设有与环形空间26相通的第一抽汽接头25，该抽汽接头连接在汽封加热器上，第一抽汽接头25用作将泄漏进入环形空间26内的蒸汽引入汽封加热器内。 

上述阀杆1的密封锥面15角度除了选用45o外还可以是其它角度，若选用其它角度的话，阀杆1和套筒2的加工难度会有一定的增加。

上述密封套28也可以无需设置密封锥面，同样能达到密封效果，但密封效果较差。

上述定位环10的分段数量并非特定值，除了选择四个弧段外，可以是其它数量，例如三个弧段、五个弧段、六个弧段等，主要是从方便组装的角度考虑。

Claims (6)

1. 一种汽轮机主汽阀门，包括：

-阀体（5），所述阀体（5）上设有上游蒸汽通道（23）、下游蒸汽通道（24）、阀杆装配孔和阀盖装配孔，上游蒸汽通道（23）和下游蒸汽通道（24）之间的阀体（5）上固定有阀座（19），阀杆装配孔上通过限位台阶（6）和压板（3）装配有套筒（2），压板（3）和套筒（2）上分别设有对阀杆（1）进行导向的导向孔；

-阀杆（1），所述阀杆（1）的上端穿过压板（3）和套筒（2）上的导向孔连接阀碟（18），阀杆（1）与套筒（2）之间具有环形空间（26），该环形空间（26）与连接在阀体（5）上的第一抽汽接头（25）相通，在阀杆（1）的动作下，阀碟（18）和阀体（5）上的阀座（19）配合，将阀体（5）上的上游蒸汽通道（23）和下游蒸汽通道（24）切断或打通；所述套筒（2）的导向孔内端处设有密封套（28），所述阀杆（1）靠近套筒（2）导向孔内端处设有密封锥面（15），当阀碟（18）和阀座（19）打开时，阀杆（1）通过密封锥面（15）与套筒（2）上的密封套（28）实现密封，且通过密封锥面（15）对阀碟（18）和阀座（19）的开度作限位；

-阀盖，所述阀盖密封装配在阀体（5）的阀盖装配孔上；其特征在于，所述阀盖主要由从下到上依次装配在阀盖装配孔内的内阀盖（7）、弹性密封圈（8）、压紧环（9）、定位环（10）和通过固定螺栓（14）固定在阀盖装配孔外端的外阀盖（12）构成，内阀盖（7）和外阀盖（12）通过第二拉紧螺栓（13）连接，弹性密封圈（8）分别以锥面与内阀盖（7）和压紧环（9）形成抵接，弹性密封圈（8）的外周面上开有弹性槽，弹性密封圈（8）的密封面具有若干凸齿，定位环（10）的外周镶嵌在阀盖装配孔内的定位槽上，定位环（10）的内周压在压紧环（9）的顶面。

2.根据权利要求1所述汽轮机主汽阀门，其特征在于，所述定位环（10）为分段结构，由至少两个弧段组成。

3.根据权利要求1所述汽轮机主汽阀门，其特征在于，所述内阀盖（7）的底面具有与阀碟（18）对应匹配的中空保护套（16），保护套（16）上设有多个蒸汽通孔（17）。

4.根据权利要求1所述汽轮机主汽阀门，其特征在于，所述外阀盖（12）上连接有与阀盖装配孔内空间相通的第二抽汽接头（27）。

5.根据权利要求1所述汽轮机主汽阀门，其特征在于，所述阀杆（1）上的密封锥面（15）为45o锥形面，密封锥面（15）上堆焊有司太立合金。

6.根据权利要求1所述汽轮机主汽阀门，其特征在于，所述密封套（28）上具有匹配于阀杆（1）上密封锥面（15）的密封锥面。