高压主汽阀设计

王雪梅

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司研究院，哈尔滨150046）

高压主汽阀设计

王雪梅

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司研究院，哈尔滨150046）

高压主汽阀是汽轮机的重要部件，对汽轮机的安全影响重大，需要紧急停机时，能够快速切断新汽汽源，保护设备安全，文中主要针对高压主汽阀进行了设计。

阀壳；阀座；阀碟；阀杆

1 高压主汽阀的功能及设计要求

高压主汽阀是主蒸汽进入汽轮机的第一道阀门，是保证机组安全起、停和运行的关键部件，其主要功能是在危急情况下能迅速自动关闭，切断进入汽轮机的主蒸汽通路使机组停机，以防止产生过大的超速或避免事故扩大。甚至还可控制带部分负荷。

主汽阀应能缓慢开起，迅速关闭，并能在正常运行时做阀杆的活动试验，以保证动作灵活、安全可靠。

2 主汽阀的结构设计

2.1 立式结构

立式主汽阀是指阀杆垂直设置，操纵机构可以设在上方，也可以设在下方。立式的优点是装拆时起吊比较方便，阀杆不易变形，不易产生卡涩，阀杆等活动件的自重有助于阀门的关闭，安全性比较好。其不足之处是大多数情况下，由于进汽管道的走向和调节阀的布置，使得经过这种阀门的汽流转折次数较多，会增加附加压损。

2.2 卧式结构

卧式主汽阀是指阀杆水平设置。其优点是汽流转折次数少，附加压损小，但当阀门尺寸较大、阀碟部件较重时，会在阀杆端部产生附加力矩，结构设计时应考虑防止阀杆或阀碟部分卡涩的问题。阀芯部件的装拆比立式结构要困难一些，为此设计有专门的检修工具。

2.3 汽轮机高压主汽阀简介

超超临界600MW汽轮机有两个相同的主汽阀，均为卧式结构，由液压执行机构驱动，可以在启动时控制转速，并可以通过控制快速关闭阀门。上述操作可以通过控制室完成。

图1 卧式主汽阀

机组在运行时可进行阀门活动试验，如图1所示。

2.4 结构设计

2.4.1 阀壳

阀壳是一种在高温、高压下工作的压力容器。其形状很多，但一般都可以简化成圆筒形、球形和椭球型等壳体，如图2所示。

图2 阀壳

阀壳就其壁厚可分为厚壁和薄壁壳体两类。当壳体外径D外和内径D内的比值K≤1.1～1.2时，称为薄壁壳体；反之为厚壁壳体。图2阀壳外内径比值K＝560/380＝1.47＞1.1～1.2，最小壁厚为180 mm，因此该阀壳为厚壁壳体。关于阀壳壁厚计算，详见阀门强度手册。

阀壳作为大型铸锻件（图2阀壳为锻件），须做回火热处理，且加工精度要求也很高。另外，由于阀壳是高压容器，阀壳与阀盖一起做水压试验，因此对铸锻造质量、结构的刚性及严密性等须做综合检查。

2.4.2 阀座与阀碟

1）阀座与阀碟的结构设计的最根本就是确定二者之间的型线配合关系，如图3所示。

首先，需确定阀门口径，即阀座喉部直径D喉：

式中：D喉为内径，mm；G0为阀前流量，kg/s；V0为蒸汽比容，m3/kg；c0为流速，m/s。

其次，由阀座喉部直径D喉，按照D喉＝（0.93～0.95）D配的关系（参考类似阀门结构），求得阀座配合直径D配。

最后，通过以下两种方式确定阀碟球面半径SR：

下面以主汽阀为例，来介绍阀座与阀碟的型线计算：

图3 阀座与阀碟型线

图4 阀座与阀碟型线

由T-MCR工况热平衡图可知：

由于阀座与阀碟为圆锥面与球面接触，因此可得：SR＝D配/（2sinα）＝311.127/（2sin45°）＝220 mm。

2）提升力。

式中：F为提升力，kg；D预配为预启阀配合直径，mm；D阀杆为阀杆直径，mm；P0为阀前压力，MPa。

用预启阀可控制机组升速；另外，预启阀能控制升负荷到15%额定负荷左右。

2.4.3 阀杆

阀杆及其传动部件在阀门开启或关闭时，都要承受一定的载荷。当阀杆将阀碟由关闭位置打开时，必须克服阀碟前后压差所产生的纵向合力，因此在设计阀杆时，可先根据经验选定阀杆的直径，然后进行必要的强度校核。有关阀杆的动应力计算以及阀杆的安全设计原则请参看阀门强度手册。阀杆装配图如图5所示。

图5 阀杆装配图

3 结语

根据机组的参数及功能要求，优先借用已有的成型结构。若不能直接借用，则可在已有结构的基础上进行模化，一般情况主要是阀座与阀碟的型线配合计算，然后对其涉及到的相关部件进行必要的强度校核，最终满足机组的安全运行要求。

（编辑昊 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，工程师，从事汽轮机主机设计工作。

2014-03-11