調節閥和渦輪機的製作方法

2023-05-05 05:16:16 1

本發明涉及一種用於調節氣態的體積流，尤其蒸汽體積流的調節閥，所述調節閥具有閥殼體、閥座和可相對於閥座沿著移動軸線移動的閥節流元件，其中閥殼體構成閥座，並且其中可移動的閥節流元件具有與閥座相互作用的節流稜邊區域。

此外，本發明涉及一種渦輪機，尤其蒸汽輪機，所述渦輪機具有多個閥裝置。

背景技術：

這種調節閥尤其在蒸汽輪機上是已知的。如果這類調節閥例如在節流的運行狀態中，即在調節閥的不完全打開或關閉的運行狀態中運行，那麼在調節閥的流動內部空間中幾乎始終產生特徵性的流譜，所述流譜基本上特徵在於構成具有如下流動速度的附壁射流區域，所述流動速度明顯高於體積流的核心流區域的流動速度。

就此而言，不同的流動速度造成在穿流調節閥的體積流的附壁射流區域和所述體積流的具有通常不可忽略的大的速度梯度的核心流區域之間的剪切層。

從這種調節閥處的流動特性的實驗的和數字的研究中已知的是，在剪切層中能夠出現流動不穩定性，所述流動不穩定性能夠造成調節閥的流動空間中的臨界的共振效應。由此，在最差的情況下，能夠出現調節閥結構的一種不期望的激勵，所述激勵能夠造成所述調節閥結構的損壞。

為了消除所述共振效應，已知的是，在閥座的區域中在閥殼體上設有流體整流器，所述流體整流器能夠有助於正面影響剪切層。當然，呈流體整流器的形式的這種裝入件幾乎總是引起明顯的流動損耗，由此降低渦輪機的或蒸汽輪機的總功率。

在us5,150,736中公開了一種閥，所述閥具有圓柱形的閥截止機構和環形的閥座。

技術實現要素：

本發明的目的是，改進這種調節閥。

所述目的通過獨立權利要求1和10的特徵來實現。

所述目的由一種用於調節氣態的體積流，尤其蒸汽體積流的調節閥來實現，所述調節閥具有閥殼體、閥座和可相對於閥座沿著移動軸線移動的閥節流元件，其中閥殼體構成閥座，並且其中可移動的閥節流元件具有與閥座相互作用的節流稜邊區域，其中調節閥具有多個與節流稜邊區域相互作用的體積流渦流元件，所述體積流渦流元件避免或至少減少在氣態的體積流的附壁射流區域和氣態的體積流的核心流區域之間的剪切層中的剪切層不穩定性。

通過與節流稜邊區域相互作用的體積流渦流元件，在氣態的體積流的附壁射流區域和氣態的體積流的核心流區域之間的剪切層能夠如下被控制或正面影響，減小或避免在氣態的體積流的剪切層的區域中的臨界的不穩定性。

尤其地，剪切層在此明顯更好地混合。

由此，能夠在結構上非常簡單地避免或至少減弱在調節閥上的不期望的共振效應，使得尤其能夠防止調節閥結構的損壞。

當體積流渦流元件沿環周方向至少部分地不同長度地構成時，能夠進一步改進剪切層的混合。

當前的調節閥能夠在構造上非常不同地構成，只要其能夠用於截止或至少部分地節流氣態的體積流。

在蒸汽輪機上的優選的使用範圍方面提出，氣態的體積流是蒸汽體積流。

因此，本發明的目的也由一種渦輪機，尤其蒸汽輪機來實現，所述渦輪機具有多個閥裝置，其中所述閥裝置中的至少一個閥裝置包括根據在此描述的特徵中的一個特徵的調節閥。

有利地，當至少渦輪機的或蒸汽輪機的相關的閥裝置具有在本發明的範圍中構成的調節閥時，明顯提高渦輪機，尤其蒸汽輪機的效率。

在氣態的體積流中用作為幹擾體的體積流渦流元件在此例如能夠——沿流動方向觀察——在節流稜邊區域之前不遠處設置在閥殼體上。

為了將調節閥中的流動損耗保持得儘可能小，所述體積流渦流元件的超出閥殼體內側的高度應儘可能小地構成。

因為臨界的剪切層基本上僅在調節閥的節流的運行狀態中表現，所以體積流渦流元件的高度限制對其效果不產生影響或僅產生可忽略的影響。

此外，能夠將調節閥上的壓力損耗保持在可接受的或可忽略的範圍中。

如果體積流渦流元件同心地環繞移動軸線且相對節流稜邊區域設置在閥殼體上，剪切層能夠在四周尤其有效地被控制。渦流元件也能夠不對稱地沿環周方向設置。

附加地或替選地，有利的是，體積流渦流元件同心地環繞移動軸線設置在可移動的閥節流元件的節流稜邊區域上。藉助直接集成在節流稜邊區域中的體積流渦流元件也能夠實現本發明的有利的效果。

要理解的是，體積流渦流元件能夠近似任意地同心地環繞移動軸線設置，尤其均勻地分布。在此，體積流渦流元件是否設置在閥座或節流稜邊區域上不重要。

當可移動的閥節流元件的節流稜邊區域在朝向閥座的一側上不對稱地構成時，能夠尤其好地表現出關於剪切層的效果，尤其剪切層的混合。

就此而言有利的是，可移動的閥節流元件的節流稜邊區域在其環周方向上不對稱地構成。由此，也能夠非常好地影響剪切層的混合。

通過改變節流稜邊區域的幾何形狀，能夠實現剪切層的正面的影響，尤其改進的混合。

要理解的是，體積流渦流元件能夠非常不同地實現。

當可移動的閥節流元件的節流稜邊區域具有材料凹部和/或材料接片時，其在結構上能夠非常簡單地實現。

當材料凹部和/或材料接片朝向閥座時，所述材料凹部和/或材料堆積部能夠尤其好地特別在調節閥的節流狀態中起作用。

當材料凹部和/或材料接片沿節流稜邊區域的環周方向不均勻分布地設置在閥節流元件上，能夠尤其好地表現出關於剪切層的效果。

當材料凹部和/或材料接片沿環周方向至少部分不同長度地構成時，能夠進一步改進剪切層的混合。

關於本發明的一個尤其有利的設計方案，可移動的閥節流元件的節流稜邊區域在朝向閥座的一側上能夠具有呈鋸齒狀的冠形。

冠形的鋸齒能夠通過沿環周方向伸展的材料凹部和材料接片之間的相互作用在結構上簡單地實現。

就此而言，冠形能夠不對稱地或對稱地構成，使得能夠存在均勻地或不均勻地構成的冠形。

附圖說明

本發明的其他特徵、效果和優點根據所附的附圖和下面的描述來闡述，其中示例性地示出和描述調節閥和仍示例性示出的閥節流元件的不同構成的節流稜邊區域。

在附圖中示出：

圖1示意地示出用於調節蒸汽體積流的調節閥的模型視圖，所述調節閥具有多個與節流稜邊區域相互作用的體積流渦流元件，所述體積流渦流元件避免在氣態的體積流的附壁射流區域和氣態的體積流的核心流區域之間的剪切層中的剪切層不穩定性；

圖2示意地示出另一閥節流元件的立體圖，所述另一閥節流元件具有多個沿環周方向對稱地設置在節流稜邊區域上的體積流渦流元件；和

圖3示意地示出另一閥節流元件的立體圖，所述另一閥節流元件具有多個沿環周方向不對稱地設置在節流稜邊區域上的體積流渦流元件。

具體實施方式

在圖1中示出的用於調節或至少用於特別是節流蒸汽體積流2的調節閥1具有閥殼體3，所述閥殼體具有流動內部空間4，在所述流動內部空間的內側上(未特別編號)構成有錐形的閥座5。

在閥殼體3上設置有可相對於閥座5移動的閥節流元件6，其中所述閥節流元件6可沿著移動軸線7移動。

蒸汽體積流2在此沿穿流方向8穿流調節閥1。

閥節流元件6具有節流稜邊區域10，閥節流元件6越移近閥座5，所述節流稜邊區域越能夠與引入閥殼體3中的閥座5更強地相互作用。如果調節閥1在節流的運行狀態中運行，那麼尤其涉及這種情況，其中與在調節閥1的打開的運行狀態中相比，閥節流元件6僅以較小的間隙與閥座5間隔開地設置。

節流稜邊區域10至少部分地錐形地或環面形地構成，使得所述節流稜邊區域與錐形的閥座5相匹配。

節流稜邊區域10在此環形地環繞移動軸線7延伸。

此外，在閥節流元件6的一個端部11上形成節流稜邊區域10，所述端部朝向閥座5。

為了避免或至少減少剪切層不穩定性，調節閥1具有多個與節流稜邊區域10相互作用的體積流渦流元件15(僅示例性地編號)，藉助於所述體積流渦流元件，實現剪切層(沒有示出)的明顯改進的混合，使得能夠避免或至少減緩在蒸汽體積流2的附壁射流區域(未示出)和蒸汽體積流2的核心流區域(未示出)之間的速度梯度。

在圖1中示出的實施例中，體積流渦流元件15同心地環繞移動軸線7設置在閥殼體3上並且相對於節流稜邊區域10設置。

體積流渦流元件15在此構成為閥殼體3上的材料堆積部16，所述材料堆積部在閥座5上形成。

在圖1中示出的調節閥1作為在此沒有進一步示出的蒸汽輪機17的閥裝置中的節流閥使用。

在圖2中示出的其他閥節流元件106中，所述閥節流元件能夠是類似於在圖1中示出的調節閥1的組成部分，其中屬於其他閥節流元件106的調節閥未示出。

閥節流元件106具有至少部分錐形構成的節流稜邊區域110，所述節流稜邊區域在朝向閥座5(示例性地參見圖1)的一側120上對稱地構成。

在閥節流元件106的節流稜邊區域110上設置有多個體積流渦流元件115，所述體積流渦流元件在該實施例中形成為在節流稜邊區域110上的材料凹部121。

材料凹部121也取決於節流稜邊區域110上的材料接片122，其中各兩個材料接片122在節流稜邊區域110的環周方向123上側向地對材料凹部121限界，並且反之亦然。

所述材料凹部121作為袋狀區域引入到節流稜邊區域110中，並且所述材料凹部避免在蒸汽體積流的附壁射流區域和蒸汽體積流的核心流區域之間的剪切層中的剪切層不穩定性。

材料凹部121或材料接片122沿節流稜邊區域110的環周方向123均勻分布地設置在閥節流元件106上。

在任何情況下，可移動的閥節流元件106的節流稜邊區域110在其朝向閥座5的一側124上以呈鋸齒狀的冠形125的構造實現，其中鋸齒通過材料接片122成形。

藉助於這樣構成的閥節流元件106，能夠附加地或替選地避免在蒸汽體積流2的附壁射流區域(示例性地參見圖1)和蒸汽體積流2的核心流區域之間的剪切層中的剪切層不穩定性。

在圖3中示出的另一閥節流元件206中，所述閥節流元件與在圖2中示出的其他閥節流元件106大致結構相同，設在節流稜邊區域210上的材料凹部221或材料接片222沿節流稜邊區域210的環周方向223不均勻分布地設置在閥節流元件206上，由此能夠進一步增強在避免在蒸汽體積流2的附壁射流區域(示例性地參照圖1)和蒸汽體積流2的核心流區域之間的剪切層中的剪切層不穩定性方面的效果。

在節流稜邊區域210上加工出的材料凹部221和就此而言還有與其相匹配的材料接片222在節流稜邊區域210的環周方向223上不同長度地構成。

所述另一閥節流元件206也能夠是類似於在圖1中示出的調節閥1的組成部分，其中屬於其他調節元件206的調節閥也未示出。

閥節流元件206因此具有至少部分錐形地構成的節流稜邊區域210，然而所述節流稜邊區域在朝向閥座5(示例性地參照圖1)的一側224上不對稱地構成。

就此而言，在閥節流元件206的節流稜邊區域210上同樣存在多個體積流渦流元件215，所述體積流渦流元件在圖3中示出的實施例中在節流稜邊區域210上以袋狀區域的構造形成為材料凹部221。

材料凹部221或材料接片222沿節流稜邊區域210的環周方向223不均勻分布地設置在閥節流元件206上。

可移動的閥節流元件206的節流稜邊區域210在其朝向閥座5的一側224上以呈鋸齒狀的冠形225的構造實現。

雖然本發明在細節上通過優選的實施例詳細地說明和描述，但本發明不由這些公開的實施例所限制，並且其他的變型形式能夠由本領域技術人員從中推導出，而不脫離本發明的保護範圍。