[发明专利]带有锯齿状阀座的阀门

说明书

本发明涉及阀门，特别是涉及用于控制汽轮机的阀门。

这种阀门用来调节流入汽轮机中的气体流量。对于小的或中等的开启状态，这种阀门中能量损失是非常大的。在小的开启状态中，阀杆与阀座邻近接触的区域中的流速达到了超音速，流体和阀壁之间产生冲击波和分流并导致阀杆震动。在全部开启状态下，流向阀体对称轴的流束中心（见图1）产生大的压强波动，它也许大到平均压强的50%，由于这些波动向下流扩展，在一定情况下，它们会导致下流管路损坏。

解决这一问题的一种方法是将流束分解成多个小支流。这种方法可以通过带有节流环的阀座达到，节流环沿它的周边分布成锯齿状，齿与齿间有间隔。例如，法国实用新型第7612647号，或德国公开申请第DOS-3138459号所述。

世界上最大的汽轮机装有这种阀，但局部载荷上仍有一定程度的震动。

本发明提供一个产生适度压强波动，在局部载荷上没有震动的阀门，其特征在于当阀杆位于闭合状态时对应于锯齿部分的阀杆末端是凸圆形的，它与每一齿的内壁配合形成一通道，通道从齿的顶部到底部呈喇叭形，阀杆和阀座的接触点C处距锯齿部分的基部B有一距离d，它是齿与齿间隔宽度l的0.25到0.5倍。

本发明将根据以下内容进一步说明，在附图中：

图1是已知的阀门;

图2是图1所示的阀门的横向剖示图;

图3表明在图1所示阀门的阀座上锯齿部分出口附近的流体;

图4表明当阀杆位于开启状态时，本发明的锯齿部分和阀杆之间的配合形状;

图5表明当阀杆位于闭合状态时，同一锯齿部分和阀杆之间的配合形状。

图1和图2为已知的阀门结构，它包括一插入阀座2的阀杆1。阀杆周向对称于阀杆轴，阀杆表面11中有一凹部12。阀座2上分布有被间隔4分开的齿3组成的锯齿部分10。齿3沿圆周向分布，它们的内壁13构成垂直轴向圆柱面（与阀杆共轴线），并在阀杆落在阀座2上时包围住阀杆1。齿与齿的间隔宽度l比齿3内壁B的宽度b要小。

当阀杆1位于锯齿部分10中（如图2、图3所示），一定量的流体6流过阀杆1与阀座2的锯齿之间的通道5。主流7从间隔4流过。通道5的宽度非常窄，它仅仅是提供一个足够的间隙以避免阀杆与锯齿之间的摩擦。

齿的下方存在一弛缓区域，由于齿3两侧产生的旋涡8的非对称偏离造成波动，从而引起通道5中的压强波动，并引起作用在阀杆1上的非稳定力，这一非稳定力随通道5宽度减小而增大，从而引起震动。狭口9，也就是阀杆1和阀座2之间最小的断面部分非常接近于间隔4的出口部分。

图4、图5表示一个间隔4和本发明所述的阀杆1'末端（参看并比较图3）。只有阀杆1'变化了，阀杆1'和阀杆1一样也是圆周向对称于它的轴线的。当阀处于闭合状态时对应于齿3内壁13的阀杆1'的末端是凸圆形的。可以看出阀杆1'与锯齿部分10的齿3之间的通道5'较之通道5的形状是十分不同的。尽管顶部仍然狭窄，但通道的宽度在底部是扩大的。还可看出在阀的半开启状态（见图4），这种形状的通道5'消除了由于旋涡流窜产生的压强波动而造成的震动。尽管如此，这一形状带有一缺点，狭口9'离间隔出口部分有一距离，如果狭口9'的距离足够大，就可以看到，由于上流体压强与下流体压强的比率K很小，因此流体从狭口处形成超音速，所说的流体再次形成一持续的流束。可以得知，压强比率K越小，流体成为音速的截面宽度越大，超音速流体就越扩大。

在这种情况下，提供流体支流的带锯齿状的阀座失去作用，有关这种超音速流束的最初问题再次出现。为了克服这一现象，需要在每一间隔4的基部B和阀杆、阀座的接触点c之间设定距离d，它的范围是间隔宽度的0.25到0.5倍，这一宽度必须要比齿3宽度b小。

如果d/l＜0.25，通道扩展得不够，在阀杆和锯齿部分存在恒定间隙的阀门上就会产生一定的震动危险。

如果d/l＞0.5或l/d＞1，就会有再次形成流束的危险。