帶熱補償和彈性補償密封面的高溫高壓彈簧安全閥制造技術

本實用新型專利技術公開了一種帶熱補償和彈性補償密封面的高溫高壓彈簧安全閥，閥門的閥瓣由熱閥瓣和閥瓣體構成，閥瓣上設置有熱補償、彈性補償和防卡結構；排汽室上端設置有防蒸汽逸出結構；閥體、噴嘴采用分體組裝結構；閥瓣采用更合理的背壓進壓結構；閥桿、閥瓣采用硬質合金鋼球頂壓結構；支架采用帶閥桿導向的整體鑄件結構；閥門還設有泄漏時便于現場處置的結構。主要優點：具有更好的熱補償、彈性補償能力，能夠改善閥門的密封可靠性、有效延遲前泄現象發生，彈性變形間隙不易卡堵，排汽室上端無蒸汽逸出能保證彈簧可靠工作，維修時密封面修復、研磨方便，閥門安裝、進行鍋爐水壓試驗和閥門校驗更方便，閥門出現一定泄漏時易于進行現場處置。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種閥門結構，具體涉及一種電站用高溫高壓彈簧安全閥的產品結構。
技術介紹
高溫高壓彈簧安全閥是火力發電機組配套閥門中的關鍵閥門之一，在火電機組的過熱汽系統、再熱汽系統以及汽包、除氧器、高低加汽側和水側等部位，都安裝有數量不等的安全閥。按照相關的鍋爐及壓力容器安全規范的要求，亞臨界、超臨界和超超臨界等大容量的電站機組應配用直接作用式的全啟式或全量型彈簧安全閥；國內早期投產的高壓和超高壓機組按照前蘇聯火電機組的配套習慣多采用脈沖式安全閥，即依靠小口徑的沖量閥啟跳后帶動主安全閥動作，隨著機組維修和機組的改造升級許多原來安裝脈沖式安全閥的機組也逐步改為安裝全啟式或全量型的彈簧式安全閥。高溫高壓彈簧安全閥作為電站機組的重要的安全泄壓閥門，對保證機組的安全可靠運行有著至關重要的影響。電站用高溫高壓彈簧安全閥由于下述幾個方面的原因，其閥瓣密封面的結構往往會采用帶有熱補償功能和彈性補償功能的密封面結構而較少采用通常的整體式的密封面結構:1、閥門在工作狀態時，閥瓣密封面的內側為主蒸汽，溫度較高(540°C?610°C )，而密封面的外側因與大氣相通因而溫度會低于閥瓣密封面的內側，內外側溫差較大易導致密封面部位產生變形、密封面的平面度改變而影響閥門的密封。2、當密封面某處出現泄漏時，泄漏出的介質因體積急劇膨脹吸熱會使密封面泄漏點附近的溫度下降，不均衡的溫度變化又會導致密封面產生不均勻變形從而加劇泄漏。3、閥門進入排汽狀態時以及排汽結束閥瓣關閉后，閥瓣下部都會在短時間內產生較顯著的溫度改變和溫度分布的變化，也易導致密封面產生變形。4、高溫高壓蒸汽由于其水分子具有很高的平均動能和內能因而具有較強的逸出能力，同時安全閥的密封面在工作狀態時又需要以較小的密封比壓來保證密封，這就要求高溫高壓安全閥的密封面需要采用不同于常規安全閥的密封面結構設計以使密封面具有能夠滿足密封需要的較強的密封能力；此外更為重要的一點是，當介質壓力接近閥門的整定壓力(啟跳壓力)時，閥瓣、閥座的密封力是很小的，分攤在密封面圓環面積上的實際比壓要比保證密封的必需密封比壓小很多，因而此時如果閥瓣密封面是常規的整體剛性密封面或密封面雖帶有補償設計但補償結構的結構和尺寸設計不恰當則無法阻止介質外泄而會產生較為明顯的前泄現象。高溫高壓的蒸汽安全閥產品在蒸汽排放時容易有蒸汽從閥瓣上端的零件配合間隙處逸出，當閥門有一定泄漏時也會有蒸汽逸出。如果逸出的蒸汽較多且時間又較長的話，安全閥的彈簧容易受高溫影響而使彈簧的剛度有所降低，使閥門密封面在關閉狀態時的壓緊比壓下降而產生泄漏或進一步加劇泄漏。同時，高溫蒸汽的逸出也會給生產環境帶來一定影響。為了改善閥門在高溫高壓工況時的密封性能，現行的高溫高壓彈簧安全閥產品的閥瓣密封面多采用如圖3所示的帶有一定的熱補償和彈性補償能力的“柔性閥瓣”結構，典型產品如美國德萊賽-康索里德(Dresser-Consolidated)和克羅斯比(Crosby)等公司的全啟式高溫高壓彈簧安全閥產品。如圖1和圖2所示為采用了這種柔性閥瓣結構的美國德萊賽-康索里德公司的全啟式彈簧安全閥的產品結構示意圖，其柔性閥瓣結構將系統壓力導入閥瓣密封面背側的環形凹槽并作用在密封面背側的環形斜面上，由于密封面內側舌部具有一定的彈性，隨著運行壓力的升高閥瓣密封面內側舌部被系統壓力向下推壓產生微小變形，與噴嘴密封面呈接近線接觸狀態使密封面接觸比壓升高，從而使閥門的前泄點推遲。閥門在正常工作狀態時，密封面內側舌部在介質壓力作用下具有一定的彈性補償作用也有助于改善閥門的密封狀況；此外，閥瓣密封面背側的環形凹槽增加了密封面內側與高溫介質的接觸面積，也能夠使更多的熱量傳遞到密封面外側，使密封面內外側的溫差減小，也有助于減小密封面因溫差而產生的不均勻變形。上述的這種柔性閥瓣結構從產品的實際使用情況來看，其彈性補償和熱補償功能在一定程度上改善了閥門密封面的密封效果，但由于受結構和尺寸的制約-密封面內側舌部尺寸較小、密封面背側環形空間與密封面外側尚有一段間距，因而其彈性補償和熱補償功能所能發揮的作用也受到限制，并不能完全滿足大容量高參數的火電機組尤其是超(超)臨界火電機組在苛刻工況下的密封和可靠性要求。此外，產品在實際使用中也發現，機械強度較為薄弱的密封面內側舌部因為疲勞強度不足和回座沖擊的影響而出現裂紋和斷裂的現象也并不鮮見。針對閥門在蒸汽排放時蒸汽從閥瓣上端的零件配合間隙處逸出的問題，德萊賽-康索里德公司的高溫高壓彈簧安全閥產品在背壓排汽室的上端設置了滑動阻漏環結構(參見圖4和圖1)，通過與背壓調節套外圓配合、處于浮動狀態的滑動阻漏環來減少蒸汽向上逸出。該滑動阻漏環結構既減少了向閥門外逸出的蒸汽，同時也能夠避免產生由于零件的高溫應力釋放、閥桿受壓以及零件加工等原因導致相關零件存在同心度偏差時產生卡澀現象而影響閥門準確啟跳和回座的問題。由于滑動阻漏環與相鄰零件之間包括與背壓調節套之間仍存在一定的配合間隙，并不能完全阻斷蒸汽向外逸出，因而這種結構并未能很好地解決高溫蒸汽逸出導致彈簧剛度有所降低而使閥門出現泄漏的問題以及高溫蒸汽逸出給生產環境帶來影響的問題。相對于前述的柔性閥瓣結構，日本岡野閥門公司的全量型安全閥(參見圖5)所設置的具有彈性補償和熱補償功能的閥瓣具有相對更好的補償能力和改善密封的效果。該結構的閥瓣密封面背側的彈性舌部具有向外側更深入和空間更大的環形凹槽，因而其彈性補償和熱補償能力更強，同時在閥瓣密封面背側的環形斜面的上側并設置有可控制密封面彈性舌部彎曲變形量的止退斜面，以保證密封面結構的使用可靠性。但該閥瓣結構也存在一些不足之處，使閥瓣的密封結構并不能充分發揮其應有的作用:首先是閥瓣密封面彈性舌部僅錐尖端處較薄、有相對好一些的彈性變形能力，而錐部隨錐角往上則剛性迅速變大、幾乎不能提供所需的彈性彎曲變形，且密封面部位經過淬火硬化處理，僅依靠錐尖端提供彈性彎曲變形補償的話，在承受回座沖擊時其可靠性存在一定問題；其次，閥瓣密封面彈性舌上側的空腔處未設置向內側的通孔，一旦彈性變形間隙處因受壓閉合并達到較好的密封狀態時該空腔處將無高溫蒸汽能夠進入，這將會導致閥瓣密封面處的熱補償功能基本喪失；此外，閥瓣密封面彈性舌處與止退斜面之間設置的彈性變形間隙，該間隙在閥瓣開啟排放蒸汽時處于張開狀態，間隙的開口迎向介質流入方向，存在于排出介質中的小的雜質顆粒(如小的氧化皮、焊點焊渣和其它雜質)很容易順著介質排放的流動方向而嵌入彈性變形間隙中從而會使閥瓣密封面的密封狀況受到影響。此外，上述的全量型安全閥產品結構還存在如下的不足之處:1、閥門啟跳時蒸汽進入閥瓣上側形成背壓的蒸汽流入通道為閥瓣與套筒的配合間隙及套筒與導向套的配合間隙處，因而所述的配合間隙設計時需要考慮蒸汽向上的通流能力能夠滿足啟跳和回座時的背壓調節的需要；當配合間隙較大時，一方面高溫高壓的蒸汽排放時由于蒸汽能量的轉化會在排放時產生較劇烈的振動和噪音，閥瓣及相鄰零件的較大的配合間隙會使排放時的振動和噪音增強；另一方面，在靠近噴嘴密封面上側的閥瓣及相鄰零件的配合間隙偏大的情況下，在閥瓣回座、密封面貼合的過程中容易出現因閥瓣偏歪、調正的過程而導致產生密封面接觸狀況不佳或閥桿作用力不居中等復雜狀況，使閥門本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶熱補償和彈性補償密封面的高溫高壓彈簧安全閥，所述的彈簧安全閥帶有背壓調節結構、背壓調節套(12)以同心結構安裝于閥桿(8)上并位于排汽室(11)的中間位置，閥瓣(3)安裝在套筒(5)上并可隨套筒(5)在導向套(6)內上下運動，其特征在于：閥瓣(3)采用組件結構，由回轉體型的閥瓣體(3?1)和熱閥瓣(3?2)通過螺紋以及位于螺紋上側的焊縫連接而成、熱閥瓣(3?2)在閥瓣體(3?1)的外側，熱閥瓣(3?2)下端面靠內側為圓環形的閥瓣密封面(3?2?1)，熱閥瓣(3?2)在閥瓣密封面(3?2?1)的背側設置有錐面一熱閥瓣內錐面(3?2?2)，同時在閥瓣體(3?1)上位于熱閥瓣內錐面(3?2?2)上側的相鄰位置處亦設置有相同錐度的錐面一閥瓣體外錐面(3?1?2)，在閥瓣(3)處于未裝配時的自由狀態時，上述兩相鄰錐面之間存在微小的間隙，而在閥瓣(3)處于工況狀態受壓時則兩錐面相接觸；在熱閥瓣內錐面(3?2?2)上側處還設置有彈性槽(3?2?3)，所述彈性槽(3?2?3)包含有上、下平面和圓柱面，圓柱面和上、下平面之間以圓角過渡。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：章華，
申請(專利權)人：章華，
類型：新型
國別省市：江蘇;32