高壓主汽閥設(shè)計(jì)

王雪梅

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司研究院，哈爾濱150046）

高壓主汽閥設(shè)計(jì)

王雪梅

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司研究院，哈爾濱150046）

高壓主汽閥是汽輪機(jī)的重要部件，對汽輪機(jī)的安全影響重大，需要緊急停機(jī)時(shí)，能夠快速切斷新汽汽源，保護(hù)設(shè)備安全，文中主要針對高壓主汽閥進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

閥殼；閥座；閥碟；閥桿

1 高壓主汽閥的功能及設(shè)計(jì)要求

高壓主汽閥是主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的第一道閥門，是保證機(jī)組安全起、停和運(yùn)行的關(guān)鍵部件，其主要功能是在危急情況下能迅速自動關(guān)閉，切斷進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽通路使機(jī)組停機(jī)，以防止產(chǎn)生過大的超速或避免事故擴(kuò)大。甚至還可控制帶部分負(fù)荷。

主汽閥應(yīng)能緩慢開起，迅速關(guān)閉，并能在正常運(yùn)行時(shí)做閥桿的活動試驗(yàn)，以保證動作靈活、安全可靠。

2 主汽閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 立式結(jié)構(gòu)

立式主汽閥是指閥桿垂直設(shè)置，操縱機(jī)構(gòu)可以設(shè)在上方，也可以設(shè)在下方。立式的優(yōu)點(diǎn)是裝拆時(shí)起吊比較方便，閥桿不易變形，不易產(chǎn)生卡澀，閥桿等活動件的自重有助于閥門的關(guān)閉，安全性比較好。其不足之處是大多數(shù)情況下，由于進(jìn)汽管道的走向和調(diào)節(jié)閥的布置，使得經(jīng)過這種閥門的汽流轉(zhuǎn)折次數(shù)較多，會增加附加壓損。

2.2 臥式結(jié)構(gòu)

臥式主汽閥是指閥桿水平設(shè)置。其優(yōu)點(diǎn)是汽流轉(zhuǎn)折次數(shù)少，附加壓損小，但當(dāng)閥門尺寸較大、閥碟部件較重時(shí)，會在閥桿端部產(chǎn)生附加力矩，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮防止閥桿或閥碟部分卡澀的問題。閥芯部件的裝拆比立式結(jié)構(gòu)要困難一些，為此設(shè)計(jì)有專門的檢修工具。

2.3 汽輪機(jī)高壓主汽閥簡介

超超臨界600MW汽輪機(jī)有兩個(gè)相同的主汽閥，均為臥式結(jié)構(gòu)，由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動，可以在啟動時(shí)控制轉(zhuǎn)速，并可以通過控制快速關(guān)閉閥門。上述操作可以通過控制室完成。

圖1 臥式主汽閥

機(jī)組在運(yùn)行時(shí)可進(jìn)行閥門活動試驗(yàn)，如圖1所示。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1 閥殼

閥殼是一種在高溫、高壓下工作的壓力容器。其形狀很多，但一般都可以簡化成圓筒形、球形和橢球型等殼體，如圖2所示。

圖2 閥殼

閥殼就其壁厚可分為厚壁和薄壁殼體兩類。當(dāng)殼體外徑D外和內(nèi)徑D內(nèi)的比值K≤1.1～1.2時(shí)，稱為薄壁殼體；反之為厚壁殼體。圖2閥殼外內(nèi)徑比值K＝560/380＝1.47＞1.1～1.2，最小壁厚為180 mm，因此該閥殼為厚壁殼體。關(guān)于閥殼壁厚計(jì)算，詳見閥門強(qiáng)度手冊。

閥殼作為大型鑄鍛件（圖2閥殼為鍛件），須做回火熱處理，且加工精度要求也很高。另外，由于閥殼是高壓容器，閥殼與閥蓋一起做水壓試驗(yàn)，因此對鑄鍛造質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的剛性及嚴(yán)密性等須做綜合檢查。

2.4.2 閥座與閥碟

1）閥座與閥碟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最根本就是確定二者之間的型線配合關(guān)系，如圖3所示。

首先，需確定閥門口徑，即閥座喉部直徑D喉：

式中：D喉為內(nèi)徑，mm；G0為閥前流量，kg/s；V0為蒸汽比容，m3/kg；c0為流速，m/s。

其次，由閥座喉部直徑D喉，按照D喉＝（0.93～0.95）D配的關(guān)系（參考類似閥門結(jié)構(gòu)），求得閥座配合直徑D配。

最后，通過以下兩種方式確定閥碟球面半徑SR：

下面以主汽閥為例，來介紹閥座與閥碟的型線計(jì)算：

圖3 閥座與閥碟型線

圖4 閥座與閥碟型線

由T-MCR工況熱平衡圖可知：

由于閥座與閥碟為圓錐面與球面接觸，因此可得：SR＝D配/（2sinα）＝311.127/（2sin45°）＝220 mm。

2）提升力。

式中：F為提升力，kg；D預(yù)配為預(yù)啟閥配合直徑，mm；D閥桿為閥桿直徑，mm；P0為閥前壓力，MPa。

用預(yù)啟閥可控制機(jī)組升速；另外，預(yù)啟閥能控制升負(fù)荷到15%額定負(fù)荷左右。

2.4.3 閥桿

閥桿及其傳動部件在閥門開啟或關(guān)閉時(shí)，都要承受一定的載荷。當(dāng)閥桿將閥碟由關(guān)閉位置打開時(shí)，必須克服閥碟前后壓差所產(chǎn)生的縱向合力，因此在設(shè)計(jì)閥桿時(shí)，可先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定閥桿的直徑，然后進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核。有關(guān)閥桿的動應(yīng)力計(jì)算以及閥桿的安全設(shè)計(jì)原則請參看閥門強(qiáng)度手冊。閥桿裝配圖如圖5所示。

圖5 閥桿裝配圖

3 結(jié)語

根據(jù)機(jī)組的參數(shù)及功能要求，優(yōu)先借用已有的成型結(jié)構(gòu)。若不能直接借用，則可在已有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行模化，一般情況主要是閥座與閥碟的型線配合計(jì)算，然后對其涉及到的相關(guān)部件進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核，最終滿足機(jī)組的安全運(yùn)行要求。

（編輯昊 天）

Design of High Pressure Main Stop Valve

WANG Xuemei
（Research Institute of Harbin Turbine Company Limited,Harbin 150046,China）

High pressure main stop valve is an important part of a turbine,it has a great influence on the safety of the turbine,in need emergency stop,the valve can fast cut off new steam source to protect the safety of equipment,the high pressure main stop valve is desiged.

valve casing；valve seat；valve disc；valve rod

TK 263

B

1002－2333（2014）05－0240－02

王雪梅（1961—），女，工程師，從事汽輪機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)工作。

2014-03-11