[发明专利]用于消除刚性流体系统中瞬间压力峰值的装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种溢流阀，尤其涉及一种可用于工业涡轮机系统的溢流阀。

背景技术

在电力工业中，采用工业涡轮机系统发电。涡轮机系统，除了别的以外，包括工业涡轮机(例如，汽轮机)、供应箱、供应通道、计量通道、泵、溢流阀、截流阀和连接管。供应通道和计量通道协作，为工业涡轮机供应或馈送液态燃料，比如柴油、航空煤油、煤油、汽油，等等。

燃料的特性是这样的，涡轮机系统中的截流阀(也就是，截止阀)的突然关闭导致系统中的压力的快速上升，通常导致压力峰值。压力的上升或压力峰值通常会持续，直到驱动燃料通过系统所用的泵(例如，容积式或离心式泵)能够有效地关闭，或直到溢流阀打开。除了泵的持续运行之外，泵的惯性、控制传感延迟、“水冲”作用和所使用的燃料的不可压缩性也能够导致压力的上升。

当截流阀非常快速地关闭时，涡轮机系统中的压力上升的速率通常是复合的。例如，在有些情况下，为了使涡轮机在某些运行中和故障情形下免于“超速”，使用在涡轮机系统中的截流阀必须非常快速。截流阀总的关闭时间可能仅仅是几毫秒。当如此快速地关闭截流阀以满足紧急情况下中断流向涡轮机的燃料流的要求，只是截流阀的上游就能够产生每毫秒大于一百磅每平方英寸(psi)的快速压力上升。由于压力如此快速地上升，在超出设备(例如管、零件等)的压力限度之前，必须提供某一形式的卸压。

除了快速上升的压力难题外，截流阀的突然关闭还在管子中引发大的“惯性”压力振荡，在一些安装设施中的供应通道和计量通道之间，其长度可以达到七十英尺或更长。该压力振荡能够潜在地损坏用于通道上的敏感设备(例如流量和压力传感器、过滤容器等)。

尽管已经设计有一些溢流阀用于非常快速地卸压，这些阀典型地只提供有限的流量。所述有限的流量使得这些阀在许多涡轮机应用中是不能用的。正如本领域技术人员能够知道的，增加溢流阀的流通面积和减少打开时间是互相矛盾的设计参数。例如，试着去设计能非常快(也就是在几毫秒或几微秒)地打开的溢流阀，以抑制或防止压力峰值和惯性压力振荡，同时维持足够有效的最大流通面积，以供应由燃料泵提供的燃料量(例如150加仑每分钟)。当一个实施例中的溢流阀足够大，以提供全部的流通能力时，该阀被限于大约四十毫秒的打开响应时间，这显然是太慢了。旨在提高对四十毫秒的响应的对溢流阀的进一步优化可能会由于溢流阀的振动而带来潜在的不合需要的系统稳定性问题。

工业上已经尝试了其他可能的方案。在一个例子中，为处理瞬间压力峰值问题，二个五加仑的充气囊蓄能器安装在截流阀的上游。这些类型的蓄能器不仅提供非常快速的卸压，并且具有非常大的流量吸收率。然而，充气囊蓄能器中的压力在温度变化时发生改变，这可能引起问题。比如，为了减轻由温度引起的改变充气压力的影响，必须附加温度控制系统，以调节蓄能器的温度。为了确保气体填充保持在允许的限度内，需要对气体压力作定期检测和维护。这个方案证明是昂贵的、复杂的、潜在不可靠的，并导致大的、昂贵的外围系统。结果，在大多数应用中，将多个蓄能器附加到涡轮机系统以获得更高的可靠性将不会富有成效。事实上，蓄能器的使用增加了气体泄漏的可能，并降低了系统的整体可靠性。

在处理压力峰值或瞬间压力的另外一个尝试中，在涡轮机系统中使用了三通截流阀。不幸的是，这些设备通常不是非常快速(例如，它们需要100毫秒以实现关闭)，并且在维持想要的成本和包装尺寸时，对于较大的尺寸不易进行升级。还有，这些设计通常限于液态燃料或水应用。这样，以成本有效的、可靠的和高效的方式得到一种能够排除或减轻压力峰值和瞬间压力的影响的装置是值得要的。本发明提供了这样的装置。本发明的这些和其他优点，以及其他发明特征，将从提供在此的本发明的描述中可明确。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种用于减小涡轮机系统的燃料管路中瞬间压力峰值的装置。该涡轮机系统具有截流阀和溢流阀。该溢流阀处于燃料管路中截流阀的上游，该装置包括本体、偏压件和可移动分隔件。该本体形成第一腔和第二腔。第一腔连接到截流阀上游的燃料管路，第二腔连接到截流阀下游的燃料管路。偏压件和可移动分隔件在所述本体内。当截流阀开着时，该可移动分隔件由偏压件强制偏压向第一腔，并将第一和第二腔分开。当截流阀关闭时，该可移动分隔件用于使第一腔膨胀并压缩偏压件。当溢流阀打开时，膨胀的第一腔积聚燃料，从而减小瞬间压力峰值，并且不会引起对涡轮机系统的损坏。