專利名稱：蒸汽管道封閉閥和具有蒸汽管道封閉閥的汽輪機設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽管道封閉閥，用于封閉一個蒸汽管道、尤其是在一個汽輪機設備中的一個第一膨脹段和至少一個第二膨脹段之間的蒸汽管道，第二膨脹段使用一個比第一膨脹段較小的壓力進行工作。
在一個膨脹段的情況下，不但互相分開的子汽輪機分別具有一個自身的殼體，而且依次布置在一個共同的殼體中的子汽輪機區(qū)段分別具有一個自身的蒸汽輸入。
這種類型的蒸汽管道封閉閥、也稱作截止閥，是一種安全機構。當在設備的載荷減少時出現(xiàn)的轉速超速只能限于許可值時，在飽和汽輪機組中、在蒸汽進入到在第一子汽輪機的后面設置的低壓汽輪機中之前布置這些蒸汽管道封閉閥。在載荷減少時，在較短的時間內，由汽輪機組所驅動的發(fā)電機的負載力矩消失，例如因為三極電網(wǎng)短路。在這種情況下，新氣電樞關閉，這樣另一條向子汽輪機的蒸汽輸入被切斷。在這個子汽輪機中的、中間連接的蒸汽管道中的和在必要時存在的中間過熱器中存儲的蒸汽繼續(xù)膨脹。該膨脹由于缺乏負載力矩致使汽輪機組轉速提高。因此需要阻止這種膨脹以及阻止蒸汽進入到第二并可能其它的子汽輪機中。不需要完全密封的封閉。允許可以存在較小的泄漏流量。
美國專利US3,444,894公開了一個用于控制氣態(tài)介質的壓力或者量的裝置。該裝置具有一個限定一個縱向延伸的管道的殼體，該管道使用用于該介質的一個入口以及一個出口。兩個如此命名的減震葉片布置在殼體中并且彼此相對沿著垂直于縱向軸線的方向運動。另外在減震葉片之間的中心元件基本上中心地布置在管道中。該中心元件對于一種有利的入流進行流線型的設計，并且在管道中沿著縱向軸線方向延伸。該中心元件在其逆流而上的端部處具有一個有值得注意的厚度的圓形輪廓，而在其順流而下的端部處收縮成尖角。
在DE36 07 736 C2中公開了一種用于管道的封閉蓋，以及這一類的具有一個在殼體中可旋轉地支承的蓋，該蓋在閉合狀態(tài)緊貼在一個連續(xù)地布置在整個殼體寬度上的密封襯墊上，該襯墊由一種沒有或者僅有少量彈性的塑料、例如一種氟塑料制成。密封襯墊在密封的部位上、朝向蓋的閉合位置彈性地布置在一個彈簧橋(Feder-bruecke)和一個位于彈簧橋與殼體之間的間隙之上，該密封襯墊在密封部位中在斷開位置上與蓋相比具有一個略微減小的凈余直徑。在這種情況下，具有縫隙的彈簧橋在密封襯墊中通過部分的或者全部的外殼固定地錨固，密封襯墊與彈簧橋形成一個單元。
由DE 38 26 592 A1得到一種用于在一個蒸汽管道中、最好在一個汽輪機的一個蒸汽管道中操作一個快速閉合蓋的機構。在快速閉合蓋的一個旋轉軸上布置一個小齒輪，兩對齒條使用該小齒輪處于嚙合中。一對齒條用于與用于打開快速閉合蓋的液壓機構相連接，另一對齒條與用于迅速閉合的閉合彈簧相連接。這兩個用于打開或者閉合的獨立系統(tǒng)通過完全的無間隙來減小力學的磨損，并可以通過一個相應的液壓錯接(hydraulische Verschaltung)在進入到閉合狀態(tài)時使快速閉合蓋的蓋盤的減震成為可能。為了保持這種減震與不同的工作狀態(tài)無關，采用與一個截止節(jié)流閥(Abfang-drossel)相連接的壓力天平，該壓力天平也可以根據(jù)旋轉角度進行調節(jié)。為了在打開時將快速閉合蓋進行壓力補償而使用一條并行線路，該線路本身可以通過迅速封閉的切斷閥進行切斷。
在已知的蒸汽管道封閉閥中設置幾個蓋，它們用于封閉蒸汽管道而旋轉。在蒸汽管道中的壓力在直徑為1.2至1.4米時、在通常情況下在10-15(18)巴之間。蒸汽管道封閉閥的閉合時間應該位于一到兩秒之間。由于因壓力、蒸汽管道的直徑和存在的溫度而載荷較高，所以蓋設計得相對厚實。因此該蓋具有較大的尺寸和一個較大的質量。這導致一個圍繞所設置的旋轉軸線較大的轉動慣量。因此為了實現(xiàn)所需要的、較短的閉合時間，必須將明顯的加速力矩施加到該蓋上。
目前所使用的蓋的擴大的直徑在結構上只能以較大的困難來實現(xiàn)。必須首先準備可以施加所需要的加速力矩的傳動裝置。另外在實現(xiàn)蓋的固定時會出現(xiàn)困難。對于直徑的擴大當然是值得追求的，因為在汽輪機設備的當前功率的情況下不再可以切斷單獨的子汽輪機之間的蒸汽管道的全部橫截面。因此蒸汽管道封閉閥必須布置在對于單獨的第二子汽輪機的輸送管道中。對于每一個第二子汽輪機需要一個自身的蒸汽管道封閉閥。這導致較高的結構和經濟費用，并擴大了對于位置的需要。
因此本發(fā)明的任務是，提供一種蒸汽管道封閉閥，該閥在相同尺寸的情況下具有一個較小的轉動慣量或者在相同轉動慣量的情況下具有較大的尺寸，因此可以對于一個具有最大橫截面的蒸汽管道實現(xiàn)封閉。
根據(jù)本發(fā)明，這個任務在開頭所述類型的一種蒸汽管道封閉閥的情況下如此來解決，即將該閥劃分為多個元件，它們可以共同覆蓋蒸汽管道的橫截面。
通過這種劃分可以使用較小的單元。轉動慣量在矩形的情況下隨著到旋轉軸線的距離而增加。通過根據(jù)本發(fā)明所建議的劃分為多個元件，這種距離顯著減小，這樣得到整體上明顯較小的轉動慣量。因為暴露給蒸汽壓力的每一個元件的表面也得以減小，所以出現(xiàn)較小的支承力。因此對于單獨元件的支承可以較為簡單地實現(xiàn)。因此在蒸汽管道橫截面相同的情況下，所需要的加速力矩得到根本的減小。在相同的加速力矩的情況下，可替換的是閉合一個較大的橫截面。對于該關系用公式表達的說明在


中給出。
本發(fā)明的優(yōu)選的方案和改進方案在從屬權利要求中得知。
該元件最好覆蓋蒸汽管道的整個橫截面。此處理解為保持最小的、功能或者制造條件的間隙。為了實現(xiàn)對于蒸汽管道的完全閉鎖，該元件適應于蒸汽管道的橫截面。作為另一種選擇，在蒸汽管道封閉閥的部位上的蒸汽管道的橫截面可以適應于該元件的形式。也可以改變蒸汽管道的橫截面和該元件的形式。
在一種優(yōu)選的方案中，在打開蒸汽管道封閉閥的情況下并不是全部的橫截面在較短的打開時間內同時開松。更確切地說，這是逐漸的、上升的開松。這可以通過在該元件中的溝槽或者切口形式的空隙來實現(xiàn)，在該元件完全開松橫截面之前，這些空隙在打開蒸汽管道封閉閥時首先打開一個小的橫截面。避免了對于第二膨脹段的突然卸載。另外在打開蒸汽管道封閉閥時全部設備實現(xiàn)容易的可調控性。
如果該元件適應于蒸汽管道的橫截面，那么該元件中的至少一個具有一個圓角。蒸汽管道通常由于存在的較高的壓力和溫度是圓形的，以便使材料載荷達到最小并均勻分配。此外，通過該元件的至少一個的圓角而獲得改善的流動特性。
該元件具有同一的寬度。這導致簡化的制造。在另一種可替換的方案中，該元件為了適應于蒸汽管道的橫截面而具有不同的尺寸。尤其可以在元件的長度上改變其寬度。
該元件圍繞一個旋轉軸線最好具有同一的轉動慣量。對于該元件的每一個來說，為了封閉蒸汽管道需要同一的加速力矩。如果該元件互相獨立地運動，那么對于每一個元件可以使用同一個驅動機構。這導致減少了零件的多樣性。當多個元件通過一個傳動機構與一個共同的驅動機構相連接時，那么就實現(xiàn)傳動機構的均勻的載荷和一個較高的壽命。在這種情況下該元件可以以組件的方式進行組合。可替換的是，可以通過一個唯一的驅動機構操作蒸汽管道封閉閥的所有元件。
另外本發(fā)明涉及一種具有至少一個第一膨脹段和至少一個第二膨脹段以及至少一個用于給第二膨脹段供料的蒸汽管道的一個汽輪機設備，其中第二膨脹段使用比第一膨脹段較小的壓力進行工作。在這個根據(jù)本發(fā)明的汽輪機設備中，在每一個蒸汽管道中從輸入到至少一個第二膨脹段逆流布置根據(jù)本發(fā)明的蒸汽管道封閉閥。
下面根據(jù)在附圖中簡要示出的實施例對于本發(fā)明進行詳細說明。對于相同并且功能一樣的構件一致地應用同一個附圖標記。在這里示出圖1一個汽輪機設備的示意性示圖；圖2通過根據(jù)現(xiàn)有技術的一個蒸汽管道封閉閥的截面的示意性示圖；圖3在第一種方案中的一個根據(jù)本發(fā)明的蒸汽管道封閉閥的另一種形式的示意性示圖；圖4在第二種方案中類似于圖2的示圖；圖5根據(jù)本發(fā)明的在第三種方案中的蒸汽管道封閉閥的俯視圖；圖6至圖11一個根據(jù)本發(fā)明的類似于圖3的蒸汽管道封閉閥的其它方案形式的不同示意性示圖。
在圖1中簡要地示出了一個汽輪機10。由沒有詳細示出的機構所產生的飽和蒸汽輸送給一個飽和蒸汽子汽輪機11。在從這個飽和蒸汽子汽輪機11出來之后，蒸汽在一個去水機構12中去除水分，接下來在一個中間過熱機構13中進行過熱。然后經過一個蒸汽管道20輸送給兩個低壓子汽輪機15，該汽輪機15使用比飽和子汽輪機11小的壓力進行工作。在從低壓子汽輪機15的出口處布置一個冷凝器，其中蒸汽凝結并且返回。該蒸汽流通過箭頭簡要示出。飽和蒸汽子汽輪機11和低壓子汽輪機15沿箭頭方向19驅動一個共同的軸18。軸18又驅動一個發(fā)電機17以產生電能。
在負荷減少，例如由于三極的電網(wǎng)短路時，傳輸?shù)阶悠啓C11的蒸汽供給通過沒有詳細示出的電樞而中斷。儲存在飽和蒸汽子汽輪機11、去水機構12和過熱機構13中的蒸汽當然還可以膨脹，并且可以進入低壓子汽輪機15中。為了阻止這種進入而設置一個蒸汽管道封閉閥14，該閥直接布置在供應兩個低壓子汽輪機15的蒸汽管道20中。在用于單獨的低壓子汽輪機15的分支20a、20b中，在所示實施例中不需要切斷電樞。
圖2示出一個通過根據(jù)現(xiàn)有技術的一個蒸汽管道封閉閥14的一個橫截面。為了封閉蒸汽管道20設置一個唯一的、基本上為圓形的、具有半徑為r的蓋21。蓋21通過螺栓30、31圍繞一個旋轉軸線y可旋轉地支承在蒸汽管道20中。該蓋具有一個繞著旋轉軸線y的轉動慣量Iy。為了將蓋進行偏轉而使用一個通過杠桿33提供加速力矩My的線性驅動機構23。這個蓋的轉動慣量Iy是明顯的。因此需要一個較高的加速力矩My。
圖3簡要示出了一個本發(fā)明的第一實施例。蓋21根據(jù)本發(fā)明分成四個元件25a、25b、25c、25d，其中每一個分別具有一個各自的驅動機構26a、26b、26c、26d。元件25a、25b、25c、25d可以分別圍繞一個旋轉軸線y進行旋轉，并且具有一個轉動慣量Iy。驅動機構26a、26b、26c、26d分別提供一個加速力矩My。由元件25a、25b、25c、25d所覆蓋的面相應于由蓋21所覆蓋的面。
圖4至圖11示出了本發(fā)明的另一個實施例。蒸汽管道20的橫截面以點劃線示意性地示出。在圖3中對于每一個元件25a、25b、25c、25d分別設置一個各自的驅動機構26a、26b、26c、26d，而在根據(jù)圖4的方案中只需要兩個驅動機構26a、26b。這些驅動機構26a、26b通過杠桿機構27a、27b分別作用于兩個元件25a、25b或者25c、25d。這兩個外部的元件25a、25d為了適合于蒸汽管道20的橫截面并且為了改善流動特性而設置圓角28。
在根據(jù)圖5的方案中，所有存在的元件25a、25b、25c、25d由一個共同的驅動機構26通過一個杠桿機構27來驅動。在這種實施例中元件25a、25b、25c、25d的厚度d大約是寬度b的一半。這種寬度b與厚度b的比例可以僅作為例子、而不作為優(yōu)選的方案進行設置。厚度d的精確值通過考慮強度來獲得。也示出寬度b相應于半徑r的一半，并且因此數(shù)據(jù)b＝2r/n是正確的。
設置以槽或者切口形式的空隙29，該空隙不在全部的厚度d上延伸。在圖5中示出的閉合狀態(tài)中將蒸汽管道20的橫截面完全封閉住。將空隙29加深到元件25b、25c的邊緣。只要旋轉這些用于開通蒸汽管道20的橫截面的元件25b、25c，那么就形成預先開啟，因為空隙29首先大約在元件25b、25c的中點處到達密封平面。
因此在旋轉元件25a、25b、25c、25d時，蒸汽管道的橫截面逐漸打開，并且因此第二子汽輪機15緩慢上升地加載。這在打開蒸汽管道20時、例如在載荷減少之后根據(jù)自身需要進行截止時改善了汽輪機設備10的可調控性。
可以在一個或者多個元件25b、25c上設置一個或者多個空隙29。在相鄰的元件25b、25c上的空隙29可以如在圖5中所示出的布置在不同的側面上、但是最好在同一高度上。但也可以是其它方案?？障?9的數(shù)量、大小和布置根據(jù)邊界條件而確定。
其它附圖還示出了本發(fā)明的其它實施例。在圖6中簡要示出了四個所使用的元件25a、25b、25c、25d的基本形式和待封閉的蒸汽管道20的投影。蒸汽管道20的橫截面局部地適應于元件25a、25b、25c、25d的形式，并且全部封閉。也可以如在圖4中示出的，使元件25a、25b、25c、25d適應于橫截面，或者使元件25a、25b、25c、25d與橫截面相適合。元件25a、25b、25c、25d可以制造成矩形，并且適應于蒸汽管道20的在蒸汽管道封閉閥14的部位上所更改的橫截面。
圖7至9示出其它方案。在圖7中，中間的元件25b在蒸汽管道20的圓周部位上設置側面的凸起32。這些凸起將在側面的元件25a、25b上的空隙進行封閉，為了使元件25a、25b旋轉，該空隙是需要的。在圖8和9中示出了具有三個或者四個元件25a、25b、25c、25d的變型。這些元件25a、25b、25c、25d單獨地、以成組的形式或者所有共同地進行驅動。圖10示出了一個具有兩個元件25a、25b的實施例。
在圖3、10和11中示出的實施例中，所應用的元件25a、25b、25c、25d或者25a、25b具有繞著其旋轉軸線y同一的轉動慣量Iy。單獨的元件25a、25b、25c的寬度如此選擇元件25a、25b、25c具有繞著其旋轉軸線y同一的轉動慣量Iy。因此中間的元件25b具有較小的寬度。通過應用具有同一的轉動慣量Iy的元件25a、25b、25c、25d，對于每一個元件25a、25b、25c、25d使用相同的驅動機構。在多個或者所有的元件25a、25b、25c、25d的一個共同的驅動機構的情況下，所設置的傳動機構27均勻加載，并且因此具有一個較高的壽命。
下面對于物理關系作詳細說明。對于計算所應用的基礎可以例如由W.Beitz，K.-H.Küttner(編寫者)“用于機械制造的Dubbel手冊(Dubbel-Taschenbuch für den Maschinenbau)”，Springer出版社，第16版，B32頁中得知。
蒸汽管道20的封閉在現(xiàn)有技術中通過旋轉蓋21而實現(xiàn)，該蓋覆蓋蒸汽管道20的全部橫截面。用于封閉的旋轉加速度 與所施加的加速力矩My和圍繞旋轉軸線y的轉動慣量Iy有關。
蓋21的厚度明顯地小于其直徑并因此可以在計算轉動慣量Iy時忽略。一個蓋21的轉動慣量Iy，蓋由此得出 其中m蓋的質量r蓋的半徑一個矩形元件25的轉動慣量Iy，蓋在不考慮厚度時，由此得出 其中m矩形的質量b矩形的寬度蓋20和元件25的質量可以看作是相同的，因為在兩種情況下應該封閉蒸汽管道20的同一的橫截面。
通過將單獨的元件25劃分為數(shù)量為n的相同的元件25a、25b、25c、25d而得出
b＝2r/n 在使用4個元件25a、25b、25c、25d時n＝4 比較一個唯一的蓋21和四個元件25a、25b、25c、25d的轉動慣量Iy，蓋，Iy，矩形，得出 普遍適用于 通過將唯一的蓋21劃分成四個相同類型的元件25a、25b、25c、25d因此可以將轉動慣量Iy減少到三分之一。如果保持始終不變的轉動加速度 那么因此也可以將加速力矩My減少到三分之一。即使在通過使用多個元件25a、25b、25c、25d而將質量的提高減少時，仍使轉動慣量Iy顯著減小。
即使在考慮元件25a、25b、25c、25d的厚度d的情況下，這種情景也不發(fā)生根本改變。如果例如將元件的厚度d考慮成寬度b的一半，那么得到 在使用n個相同的元件25a、25b、25c、25d時得到b＝2r/n
對于n＝4可以得到普遍適用于 在考慮元件25a、25b、25c、25d的厚度d時可以將轉動慣量Iy減少到小于一半。因此在旋轉加速度 始終不變的情況下，用于驅動機構26的加速力矩My可以顯著減少。
在沒有根本提高加速力矩My并使旋轉加速度 保持不變的情況下，也可以封閉較大的橫截面。為了計算，元件25a、25b、25c、25d的尺寸如此改變，即如在一個蓋21的情況下得到同一的加速力矩My。這適于 不考慮蓋的厚度d時 如果又設置n＝4，那么得到r新＝1.73r舊若考慮元件25a、25b、25c、25d的厚度d，得到
如果又設置n＝4，那么得到r新＝1.55r舊因此，為了保持所希望的旋轉加速度 在不需要提高加速力矩My的情況下，待封閉的蒸汽管道20的半徑可以提高73％或者55％。這相應于將蒸汽管道20的橫截面面積提高了3倍或者2.4倍。
總的來說，本發(fā)明的主題得出一個具有減少的轉動慣量Iy的蒸汽管道封閉閥14。因此在一個待封閉的蒸汽管道20尺寸保持不變的情況下使需要的加速力矩My顯著減少?？商鎿Q地可以用同一加速力矩封閉較大的橫截面。
權利要求
1.蒸汽管道封閉閥，用于封閉一個蒸汽管道(20)、尤其是在一個汽輪機設備(10)中、在一個第一膨脹段(11)和至少一個第二膨脹段(15)之間的蒸汽管道，第二膨脹段(15)使用比第一膨脹段(11)小的壓力進行操作，其特征在于，設有可以共同覆蓋蒸汽管道(20)的橫截面的多個元件(25a、25b、25c，25d)。
2.根據(jù)權利要求1的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，元件(25b；25c)的至少一個設置一個或者多個空隙(29)，該空隙不在元件(25a、25b、25c、25d)的全部厚度上延伸。
3.根據(jù)權利要求2的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，空隙(29)深入到元件(25b；25c)的邊緣。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，元件(25a、25b、25c、25d)匹配于蒸汽管道(20)的橫截面，或者蒸汽管道(20)的橫截面匹配于元件(25a、25b、25c、25d)，或者蒸汽管道(20)的橫截面和元件(25a、25b、25c、25d)都改變。
5.根據(jù)權利要求4的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，元件(25a；25d)的至少一個具有一個圓角(28)。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，元件(25a、25b、25c、25d)具有同一寬度(b)。
7.根據(jù)權利要求1至5中任一項的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，為了匹配蒸汽管道(20)的橫截面，元件(25a、25b、25c、25d)具有不同的尺寸。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，元件(25a、25b、25c、25d)具有圍繞旋轉軸線(y)相同的轉動慣量(Iy)。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，蒸汽管道封閉閥(14)的元件(25a、25b、25c、25d)互相獨立地運動。
10.根據(jù)權利要求1至8中任一項的蒸汽管道封閉閥，其特征在于，蒸汽管道封閉閥(14)的多個元件(25a、25b、25c、25d)通過一個傳動機構(27a；27b)與一個共同的驅動機構(26a；26b)相連接。
11.具有至少一個第一膨脹段(11)和至少一個第二膨脹段(15)的汽輪機設備，第二膨脹段(15)使用一個比所述至少一個第一膨脹段(11)小的壓力進行工作，并且使用至少一個蒸汽管道(20)用于向第二膨脹段(15)供料，其特征在于，在每一個蒸汽管道(20)中從輸送機構(20a、20b)到第二膨脹段(15)逆流布置一個蒸汽管道封閉閥(14)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蒸汽管道封閉閥(14)，用于封閉一個蒸汽管道(20)、尤其是在一個汽輪機設備(10)中在一個第一子汽輪機(11)和至少一個第二子汽輪機(15)之間的蒸汽管道，第二子汽輪機(15)使用比第一子汽輪機(11)小的壓力進行操作。根據(jù)本發(fā)明，蒸汽管道封閉閥(14)劃分為多個元件(25a、25b、25c、25d)，它們可以共同覆蓋蒸汽管道(20)的橫截面。以此實現(xiàn)減小元件(25a、25b、25c、25d)的轉動慣量<i>I
文檔編號F16K1/22GK1496459SQ02806205
公開日2004年5月12日 申請日期2002年2月25日 優(yōu)先權日2001年3月8日
發(fā)明者D·哈杰, D 哈杰 申請人:西門子公司