專利名稱：用于柱塞型閥門的對中及密封環(huán)回縮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與用于蒸汽透平的蒸汽控制閥有關(guān)，尤其是與蒸汽節(jié)流閥中所用的改進壓力密封環(huán)有關(guān)。
電力公用事業(yè)發(fā)電系統(tǒng)中一般都有由透平驅(qū)動的交流發(fā)電機，而某些系統(tǒng)用水力透平，大多數(shù)系統(tǒng)則用蒸汽透平，在用蒸汽透平的系統(tǒng)中，被控制流過透平的蒸汽流量調(diào)整驅(qū)動透平軸的轉(zhuǎn)速，蒸汽流量隨著對發(fā)電機的電功率需要量而進行控制，于是發(fā)電機產(chǎn)生的交流電頻率保持恒定值，而與加給發(fā)電機的電力需要量的變化無關(guān)。蒸汽流量又受諸如節(jié)流閥和蒸汽傍通閥等各種流量控制閥調(diào)整。
本發(fā)明涉及到蒸汽透平流量控制閥，特別是節(jié)流閥的一項改進。過去，這些閥門都有一個裝在閥罩圓柱筒內(nèi)的閥芯，閥芯中有一條或幾條壓力密封環(huán)的槽。壓力密封環(huán)能維持環(huán)前后的壓力降，此壓力降使壓力密封環(huán)與閥芯接觸。在運行時常常見到在閥芯沿著壓力密封環(huán)槽邊緣的接觸表面被壓力密封環(huán)磨出一個臺階，沿著槽邊磨出的這個臺階會導致壓力密封環(huán)嵌在閥芯和閥罩圓筒內(nèi)腔之間，并導致當要求蒸汽透平實現(xiàn)超速保護時，該閥失去關(guān)閉能力。本發(fā)明的目的就是當壓力密封環(huán)磨進閥芯上的密封槽壁的時候，防止壓力密封環(huán)嵌入閥芯和閥罩圓筒內(nèi)腔之間。
典型的節(jié)流閥和蒸汽旁通閥可見于先前授予Heymann《消聲節(jié)流閥》的美國專利(№ 3，857，542)和授予Brown等人《蒸汽透平控制閥的結(jié)構(gòu)》的美國專利(№3，602，261)以及授予Dawawala等人《周期性負載的蒸汽透平控制閥》的美國專利(№4，679，769)。后一個專利給出一種整體閥罩的控制閥的總體結(jié)構(gòu)。這些專利全部轉(zhuǎn)讓給西屋電氣公司。
閥芯在閥罩圓柱腔內(nèi)的導向，流行的做法是由鄰近閥芯上、下端處的間隙和壓力密封環(huán)完成;閥桿與閥芯間是球窩式聯(lián)接，在圓柱腔內(nèi)實現(xiàn)鉸接。橫向的或沿著軌道運動的阻力只局限于球窩聯(lián)接處的摩擦和壓力密封環(huán)與相關(guān)的閥芯槽之間的阻滯摩擦。
最近，已經(jīng)開發(fā)了一種設(shè)有壓力密封環(huán)的節(jié)流閥，密封環(huán)置于閥芯周圍的密封槽中，該槽有一個在槽的底表面相鄰的一個槽壁處形成的減載槽;減載槽使密封槽的一個壁表面的寬度減小到比密封環(huán)的寬度要窄。這樣，該窄的承載表面至少可以均勻地磨損到減載槽的深度，從而減少密封環(huán)嵌入或卡死的機會。關(guān)于這個方案的說明在轉(zhuǎn)讓給西屋公司的美國專利(№S.N.298，443)中有所描述。在那個專利中所陳述的發(fā)明提供了一種減輕密封槽磨損的影響和減少密封環(huán)嵌入可能性的方法，本發(fā)明的目的在于提供一種防止密封卡死和減少密封表面磨損的結(jié)構(gòu)。
出于這個目的，本發(fā)明所考慮的有圓錐形部份保證絕對對中(中心活動)并對閥芯上部產(chǎn)生阻滯，當要求閥芯突然關(guān)閉時，楔形物的形狀將使密封環(huán)趨于縮回，從而不與圓柱腔襯套接觸，這有利于關(guān)閉。
為了更好地理解本發(fā)明，可能還必須參考對以下有關(guān)附圖所做的詳細描述。在這些附圖中

圖1是閥芯和閥罩的局部剖視圖，描述了壓力密封環(huán)圍繞著閥芯延伸的圓周槽中定位;
圖2是一張類似的閥芯剖視圖，給出壓力密封環(huán)對密封槽側(cè)壁磨損的情況;
圖3是閥罩的局部剖視圖，包括一個通常在蒸汽控制閥中能見到的那種閥芯;
圖4是閥芯的一部份的局部剖視，閥芯按照本發(fā)明設(shè)置在閥罩內(nèi)側(cè)。
參考圖1和圖2，這里示出按先有技術(shù)的蒸汽透平蒸汽控制閥或叫有閥罩的閥門10的局部。這種先有技術(shù)結(jié)構(gòu)包括一個與活塞相似的閥芯11，它裝在閥罩圓筒13的圓筒腔12中。壓力密封環(huán)14設(shè)在圓周槽15內(nèi)，圍繞閥體或閥芯11的外表面19上延伸，并相對于閥罩圓筒腔12內(nèi)壁17的一個鄰近接觸表面滑動。正常工作時，環(huán)形空間P1是高壓側(cè)，而在密封環(huán)14的另一側(cè)有更高的壓力P2。應(yīng)用這個壓差驅(qū)動密封環(huán)14緊靠在密封槽15的內(nèi)壁面18上。槽15還有一底面20和與壁18相對的另一側(cè)壁21。
P1和P2之間的壓差在槽15的側(cè)壁18的表面上保持一個壓力，當臺階22被磨得足夠深的時候(就像圖2所表示的那樣)，環(huán)14有卡在沿其外徑24閥芯上磨出的臺階23與閥罩圓柱腔12之間任何一個地方的趨勢。因此臺階22能夠?qū)е聣毫γ芊馊缢灸菢忧度?，當要求蒸汽透平實現(xiàn)超速保護時，閥門不能關(guān)閉。
如圖1局部剖視圖所示，閥芯11包括一個閥體25，在其上形成壓力密封環(huán)槽15。在閥罩筒腔內(nèi)閥體25由導向環(huán)27導向。導向環(huán)27是一個精密機加工的零件，由諸如螺釘29等聯(lián)結(jié)件直接固定在閥體25上并使閥芯在閥罩圓筒體內(nèi)定位。在導向環(huán)27與閥罩圓筒腔的內(nèi)表面12之間設(shè)有間隙30以便讓閥芯11在圓筒腔內(nèi)滑動。這個間隙30是讓閥芯在圓筒腔內(nèi)移動所必須的。在鄰近閥芯11下端36設(shè)有類似的間隙34以幫助閥芯在圓筒腔12內(nèi)導向。
現(xiàn)在看圖3。這里給出一個完整的閥芯組件的剖視圖。閥芯11是一個圓杯形組件，在閥罩13內(nèi)分別由上、下導向環(huán)27和31導向。導向環(huán)27和31用若干以29和33表示的螺釘固定在閥芯11的每一端。閥芯11通過軸35來操縱，借助球窩式聯(lián)接，軸35耦合到閥芯下端在圖中所注的37處。軸35在支持架39中滑動，該支持架有適當?shù)拿芊猓苑乐箒碜蚤y芯上部泄漏的蒸汽通過軸35與支持架39之間的滑動界面處漏出。為更好地描述圖3中示出的這種形式蒸汽閥門，可參考轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國3857542號專利。
現(xiàn)在再來看圖4。這是一個閥芯組件的局部剖視圖，這里的閥芯是根據(jù)本發(fā)明制成的，用于圖3所描述的那種形式的蒸汽節(jié)流閥。這個閥芯有一個在41處表示的圓周壓力密封環(huán)槽，圍繞著閥芯，和位于槽41內(nèi)的壓力密封環(huán)43。改進后的閥芯有一個加寬了的上導向環(huán)45，沿著通過或橫切槽41的平面49與閥體47相接。最好該平面49落在閥體47的上表面46上。這樣，密封槽41就由裝上了上導向環(huán)45的圓周外緣部份而形成，這種結(jié)構(gòu)由于可以沿著導向環(huán)45的外緣構(gòu)成槽41，所以簡化了制造程序。請注意，這種方案可以在固定上導向環(huán)45之前即把密封環(huán)43放在閥體47的頂部，以簡化了將密封環(huán)安裝在槽41的程序。再有，在拆卸或檢查壓力密封環(huán)43時，只需拆掉螺釘29和上導向環(huán)45即可，而不碰傷或毀壞密封環(huán)。
如圖4所示，還可作進一步改進，即在上導向環(huán)45的一個內(nèi)壁53上開出一條附加切口51，然后把一個磨損環(huán)55置于該切口51中，以提供一個支撐面墊在壓力密封環(huán)的上支撐面上。磨損環(huán)55的外支撐面57最好用一個帶向內(nèi)斜度的或圓錐形的表面構(gòu)成;同樣地，壓力密封環(huán)43與磨損環(huán)55的支撐表面57相接觸的表面59也做成有角度的。壁面53可以比外表面63切得更深一些，或切削到鄰近密封槽41底表面。這樣，當磨損環(huán)55上的支撐表面逐漸磨掉的時候，可以有足夠的空間容納壓力密封環(huán)43的內(nèi)邊緣65。
傾斜的或者有角度的支撐面57和59的好處之一是有利于有一個較大的接觸面積，從而減小了接觸壓力。當閥芯向下運動時，加在密封環(huán)傾斜表面處的慣性作用引起密封環(huán)向內(nèi)運動，即縮回，因此減小了閥罩上的壓力。壓力密封環(huán)上的減小了的壓力可以使壓力密封環(huán)使用更長的時間，從而延長了它們的壽命。磨損環(huán)55可以用合適的材料制成，以便在與壓力密封環(huán)43的支撐表面59的接觸中逐漸被磨掉，因為這些磨損環(huán)很容易更換，只需從閥芯組件上將上導向環(huán)45拆下來即可。
推薦用于壓力密封環(huán)43和磨損環(huán)55的圓錐形斜面能使閥芯組件與閥的中心線更好地保持一致，從而增加閥芯在圓柱腔內(nèi)運動的穩(wěn)定性或阻力。上導向環(huán)與閥芯在密封槽處聯(lián)結(jié)便于組裝、拆卸和檢查閥芯組件的各部件等多種作業(yè)。還有，這種圓錐斜面的設(shè)計，以致閥芯向下的運動在密封環(huán)上產(chǎn)生一個周向均勻的壓力，加在組合密封環(huán)上的這個壓力將使密封環(huán)從與圓筒腔的接觸中縮回，于是增大了防止密封環(huán)在腔壁與閥門導向環(huán)槽之間卡死的裕度。
至此我們講過的是一種蒸汽節(jié)流閥或有罩閥門，它包括一個裝在閥罩或閥芯室內(nèi)，并有密封槽的閥芯組件，密封槽用于容納壓力密封環(huán)。密封環(huán)槽包括一個在閥芯外表面上構(gòu)成的環(huán)形槽，它有一對側(cè)壁和一個底面。一種形式的改進，它包括一個切口，至少在密封環(huán)槽的一個側(cè)壁、密封槽底面的中間部位和閥芯外表面構(gòu)成，環(huán)狀的磨損環(huán)置于該切口中并緊緊地、完全地環(huán)繞著閥芯延伸。磨損環(huán)徑向高度大于槽深，以便磨損環(huán)至少可以有一個預留部份露出在密封槽側(cè)壁之外-這里所說的側(cè)壁即是構(gòu)成切口的那面壁。磨損環(huán)最好做成圓錐斜面的或者有向內(nèi)傾角的錐形支撐面;壓力密封環(huán)裝在該密封槽內(nèi)，并且也有傾斜的圓錐形支撐面，其形狀恰與磨損環(huán)上的支撐面相匹配;磨損環(huán)和密封環(huán)上的支撐面的角度的選擇要使閥芯下行時，磨損環(huán)對密封環(huán)在圓周上施加均勻向內(nèi)的壓力。上導向環(huán)構(gòu)成為閥芯的一個部件，并可拆裝地與在導向環(huán)外緣處形成的壓力密封槽相裝配。在此處導向環(huán)與閥芯相匹配。這種結(jié)構(gòu)可以通過簡單地從閥體上拆掉導向環(huán)達到拆下磨損環(huán)進行更換的目的。同樣，只需從閥體上拆掉上導向環(huán)即可無損傷地拆下和檢查壓力密封環(huán)。
盡管本發(fā)明敘述只考慮一個較佳實施例，但對那些精于本行技術(shù)的人來說，其它的改進、方案和布置是顯而易見的，因此其意圖是本發(fā)明不局限于這種特定實施例，而是在全部權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.蒸汽透平的蒸汽控制閥(10)閥罩的圓筒(13)內(nèi)裝有閥芯(11)，其外表面(19)上有環(huán)形的壓力密封環(huán)槽(41)，這個槽有一對相對的側(cè)壁(46、53)和一個底面(61)，且其間容納有壓力密封環(huán)(43)，其特征是槽(51)軸向延伸進入槽(41)底面(61)和閥芯(11)外表面(19)中間的密封環(huán)槽(41)的壁(46、53)之至少一個壁中；而環(huán)狀磨損環(huán)(55)即裝在上述的切口(51)中并與上述切口牢固地裝配在一起，上述磨損環(huán)(55)軸向尺寸大于切口(51)的深度，并在其軸向自由端為傾斜的支撐面(57)；且壓力密封環(huán)(43)裝在密封槽(41)內(nèi)，上述密封環(huán)(43)也有傾斜的支撐面(59)，其形狀恰與上述磨損環(huán)(55)上的支撐面(57)相吻合；這上述密封環(huán)和磨損環(huán)的兩個支撐面傾斜的角度要選得在閥芯(11)快速動作到關(guān)斷閥門的位置時造成加到密封環(huán)(43)上向內(nèi)的作用力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的閥芯，其特征是上導向環(huán)(45)沿著通過壓力密封環(huán)槽(41)分隔面可拆卸地裝在閥體(47)上，并成為閥芯(11)的一個部件，上述導向環(huán)(45)的一部分構(gòu)成密封環(huán)槽(41)的兩側(cè)壁(46、53)中至少一個，密封環(huán)槽(41)包含上述切口(51)。
全文摘要
用于蒸汽節(jié)流閥上的閥芯組件包括一個閥體和一個安裝在閥體一端并可拆卸的導向環(huán)，導向環(huán)和閥體共同形成一個圓周槽，該槽的一個側(cè)壁上另開有一個插入磨損環(huán)的槽。磨損環(huán)有一個緊靠在壓力密封環(huán)上的支撐面，當閥芯突然動作時，會相應(yīng)地在壓力密封環(huán)上產(chǎn)生某些回縮。
文檔編號F16J9/22GK1051227SQ90108618
公開日1991年5月8日 申請日期1990年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月26日
發(fā)明者托馬斯·萊昂納德·舒查特, 戴維·布魯斯·伯朗 申請人:西屋電氣公司