CN113833872B - 一种调节管道局部流速的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调节管道局部流速的装置及方法，该装置在阀体内部设置可调阀板和固定阀板，采用可调阀板、固定阀板进行管道通流面积调整，辅以双流道套筒建立内、外双层通流空间，内、外层通流空间互相独立；可调阀板在外界驱动的情况下，绕轴旋转；通过改变可调阀板、固定阀板的重叠度，调整外层通流空间的通流面积；必要情况下，可完全关闭外层通流空间，仅保留内层通流空间，以避免小流量工况下，管道内的工质流速过低，影响相关系统正常运行，本发明以调节系统内的局部流速，为对工质流速有要求的系统，在局部进行工质流速的调节，使其运行在合理的流速范围之内，避免流速过低影响系统正常运行。

Description

一种调节管道局部流速的装置及方法

技术领域

本发明属于火力发电和原子能领域，具体涉及一种调节管道局部流速的装置及方法。

背景技术

近年来，风电、光伏新能源装机规模不断增加，同时整体用电规模也大幅提升，电网调峰矛盾日益突出。为缓解出现的调差缺口矛盾，提升统调机组调峰能力，各地调度控制中心在总结深度调峰工作基础上，不断制定、完善深度调峰技术规范。部分地区已要求30万千瓦及以上统调公用燃煤发电机组调峰深度达到机组额定出力的40％。

个别地区已经将深度调峰的目标进一步下探到30％，未来甚至可能达到20％。受此影响，很多对工质流速具有一定要求的系统，都可能面临运行工况超出设计范围的情况，以高温蒸汽的减温系统为例，系统中的蒸汽流速过低，会导致汽水换热不充分，影响调节品质及运行安全。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种调节管道局部流速的装置及方法，以解决现有技术中系统中蒸汽流速过低，影响调节品质及运行安全的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种调节管道局部流速的装置，包括阀体，阀体的轴线处插入有阀杆，阀杆的上端连接有动力装置；阀体的上部分侧端开设有流体入口，阀体的下端开设有流体出口，

阀杆的下端连接有传动轴，传动轴的下端连接有可调阀板；可调阀板的下侧设置有固定阀板，固定阀板的下侧设置有双流道套筒；

可调阀板为环形板，环形部分为上部外环板，上部外环板的板面上开设有若干个上部通流口，上部通流口贯穿上部外环板的上表面和下表面，上部通流口之间的部分为上部截流块；

固定阀板为环形板，环形部分为下部外环板，下部外环板的板面上开设有若干个下部通流口，下部通流口贯穿下部外环板的上表面和下表面，下部通流口之间的部分为下部截流块；

上部外环板的内孔直径和下部外环板的内孔直径相等，上部截流块的数量和下部通流口的数量相等，上部截流块下端面的面积大于下部通流口上端面的面积；下部截流块的数量和上部通流口的数量相等，下部截流块上端面的面积大于上部通流口下端面的面积；

双流道套筒包括同轴的内套筒和外套筒，内套筒套装在外套筒内，内套筒的直径和下部外环板的直径相等，双流道套筒的下方为流体出口。

本发明的进一步改进在于：

优选的，上部外环板的中心设置有中心圈，中心圈和传动轴连接，中心圈通过若干个上部连接板和上部外环板连接。

优选的，下部外环板的中心设置有支撑轴，支撑轴设置在中心圈的下侧，支撑轴通过下部连接板和下部外环板连接。

优选的，上部通流口上端面的面积大于下端面的面积。

优选的，上部外环板套装在轴承中，轴承的外侧壁和阀体的内侧壁连接。

优选的，内套筒和外套筒通过底部连接板连接。

优选的，阀体的上端连接有入口端阀盖，阀杆穿过入口端阀盖的中心。

优选的，阀杆插入入口端阀盖处设置有填料，填料的上侧设置有填料压套，填料压套的上侧设置有填料压板。

优选的，所述流体入口的内端部设置有套筒，套筒的内端部和传动轴接触。

一种基于上述调节管道局部流速的装置的方法，通过旋转可调阀板，调整上部通流口和下部通流口之间重叠的部分，控制流体的流量；具体的，流体从流体入口流入至阀体中；

当上部通流口和下部通流口连通时，流体首先穿过上部外环板的内圈和上部通流口，然后穿过下部外环板的内圈和下部通流口，再通过内套筒和外套筒从流体出口流出；

当上部通流口和下部通流口隔离时，流体依次流过上部外环板的内圈、下部外环板的内圈和内套筒，从流体出口流出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种调节管道局部流速的装置，该装置在阀体内部设置可调阀板和固定阀板，采用可调阀板、固定阀板进行管道通流面积调整，辅以双流道套筒建立内、外双层通流空间，内、外层通流空间互相独立；可调阀板通过可调阀板传动轴与阀杆连接，阀杆的驱动端可以通过组件连接适宜的执行机构或手轮用以对其进行驱动；可调阀板在外界驱动的情况下，绕轴旋转；通过改变可调阀板、固定阀板的重叠度，调整外层通流空间的通流面积；双流道套筒一体成型，与阀体之间不进行刚性连接，避免部分进汽的情况下套筒与阀体膨胀不一致产生较大应力；必要情况下，可完全关闭外层通流空间，仅保留内层通流空间，以避免小流量工况下，管道内的工质流速过低，影响相关系统正常运行，本发明以调节系统内的局部流速，为对工质流速有要求的系统，在局部进行工质流速的调节，使其运行在合理的流速范围之内，避免流速过低影响系统正常运行。该调节管道局部流速的装置及方法，在基本保持既有管道布置的基础上，不另设小口径旁路，仅增加局部装置和管道组件，避免显著增加运行人员工作量或过度复杂化系统，系统所占用的总空间基本维持不变。

进一步的，通过中心圈和传动轴连接，带动整个可调阀板转动。

进一步的，固定阀板的中间设置支撑轴，一方面和下部外环板连接，同时能够支撑中心圈。

进一步的，可调阀板套装在轴承中，使得可调阀板能够相对于阀体转动。

进一步的，内套筒和外套筒连接，使得整个的双流道套筒的刚度更强。

进一步的，入口端阀盖设置有填料，保证阀杆运动时的密封性好。

进一步的，套筒对转动轴有支撑导向作用。

本发明还公开了一种基于上述调节管道局部流速的装置的方法，该方法采用可调阀板、固定阀板进行管道通流面积调整，辅以双流道套筒建立内、外双层通流空间，内、外层通流空间互相独立；通过上述的调节管道局部流速的方法，可以在必要时对管道内的工质流速进行调节，对于需要工质流速在一定区间内方可正常运行的系统，可以在拓展其正常运行的工况范围。相较于常规设置小口径旁路以提高工质流速的方法，本发明提出的调节管道局部流速的方法不需要另设旁路，减少了相应的管道、管件、阀门等的投资费用，减少了相应的运行、检修、维护等工作量，系统清晰明了、管线简洁；节约空间，不需要另设旁路占用现场检修及巡检空间，特别是对于布置紧凑、空间紧张的现场优势显著；简化系统，避免了双重管道系统涉及的两路系统切换等问题；减少工质浪费，由于不存在双管道系统的切换，也就避免了切换过程中出现的暖管、疏水等情况，节约工质；可实现流速自动控制，减少了运行人员的工作量，通过合理设计的测点布置和控制逻辑，在监测到系统流量过低，工质流速无法满足要求的情况下，配合执行机构，远程自动调节管道内的工质流速；

附图说明

图1为本发明装置的剖面主视图；

图2为本发明装置的剖面轴测图；

图3为本发明装置的剖面侧视图；

图4为本发明装置的剖面俯视图；

图5为本发明可调阀板、固定阀板和双流道套筒的装配轴侧图；

图6为本发明可调阀板、固定阀板和双流道套筒的装配俯视图；

图7为本发明可调阀板、固定阀板和双流道套筒的装配爆炸图；

其中，1-阀杆；2-填料压板紧固螺母；3-填料压板紧固螺栓；4-填料压板；5-填料压套；6-填料；7-入口端阀盖；8-入口端阀盖紧固螺栓；9-入口端阀盖紧固螺母；10-阀体；11-套筒；12-传动轴；13-可调阀板轴承；14-可调阀板；15-固定阀板；16-双流道套筒；17-出口端阀盖；18-出口端阀盖紧固螺母；19-出口端阀盖紧固螺栓；20-流体入口；21-流体出口；7-1-上部分；7-2-下部分；7-3-第一通孔；10-1-第二通孔；14-1-中心圈；14-2-上部连接板；14-3-上部外环板；14-4-上部通流口；14-5-上部截流块；15-1支撑轴；15-2-下部连接板；15-3-下部外环板；15-4-下部通流口；15-5-下部截流块；16-1-内套筒；16-2-外套筒；16-3-环状腔体；16-4-底部连接板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1、图2、图3和图4，本发明公开了一种调节管道局部流速的装置及方法，该装置包括阀体10，阀体10的上端面通过4个入口端螺栓结构连接有入口端阀盖7，入口端阀盖7包括一体连接且同轴的上部分7-1和下部分7-2，上部分7-1的直径小于下部分7-2的直径。每一个入口端螺栓结构包括入口端阀盖紧固螺栓8和入口端阀盖紧固螺母9，入口端阀盖紧固螺栓8穿过下部分7-2，深入至阀体10中，入口端阀盖紧固螺母9固定入口端阀盖紧固螺栓8。

入口端阀盖7的内部开设有第一通孔7-3，第一通孔7-3贯穿入口端阀盖7，阀杆1插入至第一通孔7-3中，阀杆1和第一通孔7-3的入口处之间设置有填料6，第一通孔7-3的上部设置有填料压套5，填料压套5的上部设置有填料压板4，填料压板4和入口端阀盖之间7之间通过螺栓结构连接，第一螺栓结构包括填料压板紧固螺母2和填料压板紧固螺栓3，填料压板紧固螺栓3和填料压板紧固螺母2配合将填料压板4和入口端阀盖7连接。

阀体10的上部分侧壁上开设有流体入口20，流体入口20的内端部设置有向内突出的套筒11，套筒11和传动轴12相接触，阀体10的内部沿其轴线方向开设有第二通孔10-1。

第二通孔10-1内从上到下依次设置有传动轴12、可调阀板14、固定阀板15和双流道套筒16。

更为具体的，传动轴12的上部和阀杆1的下端连接，传动轴12的下部和可调阀板14的中心部分连接。流体入口20和传动轴12相对。

参见图5、图6和图7，可调阀板14套装在轴承13的内圈中，轴承13的外圈和阀体10固定连接，使得可调阀板14相对于阀体10能够相对转动。可调阀板14为圆环板状结构，包括设置在圆心处的中心圈14-1和上部外环板14-3，中心圈14-1和上部外环板14-3通过若干个上部连接板14-2固定连接，所述上部连接板14-2围绕内圈14-1的周向等分设置，上部外环板14-3上开设有若干个上部通流口14-4，每一个上部通流口14-4贯穿上部外环板14-3的上表面和下表面，上部通流口14-4围绕上部外环板14-3的周向等分设置，沿着上部外环板14-3的平面截面，上部通流口14-4的截面为扇环状，上部通流口14-4上端面的面积大于下端面的面积，即上部通流口14-4的两个侧壁相对于竖向是向中间倾斜的面，使得气流易于流入至上部通流口14-4中，相邻的上部通流口14-4之间的部分为上部截流块14-5，上部截流块14-5上端面的面积小于下端面的面积。中心圈14-1用于和传动轴12固定连接。上部外环板固定套装在轴承13的内侧壁中，轴承13的外侧壁和阀体10的内侧壁连接。

可调阀板14的下部设置有固定阀板15，固定阀板15的外侧壁和阀体10固定连接，固定阀板15的主体结构同为圆环板状结构，其中心处设置有支撑轴15-1，围绕支撑轴15-1的为下部外环板15-3，支撑轴15-1和下部外环板15-3通过若干个下部连接板15-2连接，所述下部连接板15-2围绕支撑轴15-1的周向等分设置；支撑轴15-1用于支撑中心圈14-1，中心圈14-1的外径和支撑轴15-1的直径相等。下部外环板15-3的宽度和上部外环板14-3的宽度相等，下部外环板15-3上开设有若干个下部通流口15-4，下部通流口15-4的沿下部外环板15-3的周向等分设置，下部通流口15-4贯穿下部外环板15-3的上下表面；沿着下部外环板15-3的平面截面，每一个下部通流口15-4的截面为扇环状，相邻的两个下部通流口15-4之间的部分为下部截流块15-5。

为了保证通过可调阀板14和固定阀板15之间的配合能够完全截流，下部截流块15-5的上端面面积大于上部通流口14-4下端面面积，在可调阀板14和固定阀板15宽度相等的情况下，即下部截流块15-5内弧长度大于上部通流口14-4的内弧长度，下部截流块15-5的外弧长度大于上部通流口14-4的外弧长度；同理，上部截流块14-5的面积大于下部通流口15-4的面积。

固定阀板15固定设置在双流道套筒16上，双流道套筒16包括同轴的内套筒16-1和外套筒16-2，内套筒16-1套装在外套筒16-2的内部，内套筒16-1的直径和下部外环板15-3的内径相等，即内套筒16-1和外套筒16-2之间的距离为下部外环板15-3的宽度，内套筒16-1和外套筒16-2之间的部分为环状腔体16-3，内套筒16-1和外套筒16-2之间通过若干个底部连接板16-4连接，所述底部连接板16-4围绕内套筒16-1的周向等分设置在环状腔体16-3中，外套筒16-2设置在第二通孔10-1中。

第二通孔10-1的底部为流体出口21，阀体10的下端通过出口端螺栓结构和出口端阀盖17固定连接，出口端螺栓结构包括出口端阀盖紧固螺母18和出口端阀盖紧固螺栓19，出口端阀盖紧固螺栓19穿过出口端阀盖17插入在阀体10的下端，出口端阀盖紧固螺栓19通过出口端阀盖紧固螺母18紧固。

本发明的工作原理：

流体从流体入口20进入后，顺着套筒11流入至第二通孔10-1中，通过旋转阀杆1，阀杆1带动传动轴12转动，传动轴12带动可调阀板14相对于阀体10旋转，通过调整可调阀板14和固定阀板15之间的重叠度，调整流体依次通过上部通流口14-4和下部通流口15-4的流量，流体同时从内套筒16-1和环状腔体16-3中流入至流体出口21。

当调整到某一角度时，流量最大，当调整到另外一个角度时，可调阀板14和固定阀板15完全闭合，使得流体无法从环状腔体16-3中流出，只从内套筒16-1中流入至了流体出口21中。

本发明用可调阀板14、固定阀板15进行管道通流面积调整，辅以双流道套筒16建立内、外双层通流空间，内、外层通流空间互相独立；可调阀板14通过传动轴12与阀杆1连接，阀杆1的驱动端可以通过组件连接适宜的执行机构或手轮用以对其进行驱动；可调阀板12在外界驱动的情况下，绕轴旋转；通过改变可调阀板14、固定阀板15的重叠度，调整外层通流空间的通流面积；双流道套筒16一体成型，与阀体之间不进行刚性连接，避免部分进汽的情况下套筒与阀体膨胀不一致产生较大应力；必要情况下，可完全关闭外层通流空间，仅保留内层通流空间，以避免小流量工况下，管道内的工质流速过低，影响相关系统正常运行。

系统运行时，可通过管道系统中已经存在的测量表计对管道系统中工质的流量、温度、压力等参数进行监测，通过测得的流量、压力、温度等参数的运算，得到工质的流速，当流速低于系统运行所需时，如采用执行机构驱动，可以远程调节可调阀板与固定阀板的重叠度，调整外层通流空间的通流面积，提高管道内的工质流速；如采用手轮驱动，可以现场手动调节可调阀板与固定阀板的重叠度，调整外层通流空间的通流面积，提高管道内的工质流速。

对于采用执行装置驱动的情况，上述操作通过合理设计的测点布置和控制逻辑，可以在需要的情况下进行自动流速控制，减少运行人员在流速调节过程中的工作量。

实施例

以采用本方法的一种调节管道局部流速的装置为例，其示意如附图所示。选取常见的供汽参数1.8MPa，300℃作为工质参数。以DN400的管道为例，按照最大流速60m/s进行估算，该工质参数下其通流能力约为194t/h。对于需要进行减温减压的系统，根据相关标准，运行范围应满足30％～100％设计流量。具体到本例中，系统运行范围约为58t/h～194t/h，当系统流量过低时，减温减压装置可能无法正常运行。

采用本方法的一种调节管道局部流速的装置，其通过可调阀板、固定阀板、双流道套筒建立了双层通流空间，内层约为DN300，外层约为DN500，外层通流空间开启的情况下，可调阀板与固定阀板重叠面积约100％，此时内、外层通流面积之和与DN400的管道相当，系统可以达到最大通流能力，系统运行范围同上，约为58t/h～194t/h；外层通流空间关闭的情况下，可调阀板与固定阀板几乎不重叠，外层通流空间被封闭，系统仅内层通流空间允许工质通过，参照上述最大流速进行估算，系统运行范围约为95t/h～28.5t/h；综合上述运行工况，可以看到在工质参数相同，运行要求一致的情况下，系统的运行范围由58t/h～194t/h，拓展到28.5t/h～194t/h，也就是由40％～100％设计流量，拓展到15％～100％设计流量，效果显著。

本发明对于电力行业，当前深度调峰的要求日益严格，需要不断拓展机组及其辅助设备的运行范围，采用本发明后，对于工质流速有一定要求的系统，其运行范围可以深度调峰对其提出的要求，显著改善部分系统在低工质流速工况下的运行状态，为系统的稳定可靠运行提供支持。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种调节管道局部流速的装置，其特征在于，包括阀体(10)，阀体(10)的轴线处插入有阀杆(1)，阀杆(1)的上端连接有动力装置；阀体(10)的上部分侧端开设有流体入口(20)，阀体(10)的下端开设有流体出口(21)，

阀杆(1)的下端连接有传动轴(12)，传动轴(12)的下端连接有可调阀板(14)；可调阀板(14)的下侧设置有固定阀板(15)，固定阀板(15)的下侧设置有双流道套筒(16)；

可调阀板(14)为环形板，环形部分为上部外环板(14-3)，上部外环板(14-3)的板面上开设有若干个上部通流口(14-4)，上部通流口(14-4)贯穿上部外环板(14-3)的上表面和下表面，上部通流口(14-4)之间的部分为上部截流块(14-5)；

固定阀板(15)为环形板，环形部分为下部外环板(15-3)，下部外环板(15-3)的板面上开设有若干个下部通流口(15-4)，下部通流口(15-4)贯穿下部外环板(15-3)的上表面和下表面，下部通流口(15-4)之间的部分为下部截流块(14-5)；

上部外环板(14-3)的内孔直径和下部外环板(15-3)的内孔直径相等，上部截流块(14-5)的数量和下部通流口(5-4)的数量相等，上部截流块(14-5)下端面的面积大于下部通流口(15-4)上端面的面积；下部截流块(14-5)的数量和上部通流口(14-4)的数量相等，下部截流块(14-5)上端面的面积大于上部通流口(14-4)下端面的面积；

双流道套筒(16)包括同轴的内套筒(16-1)和外套筒(16-2)，内套筒(16-1)套装在外套筒(16-2)内，内套筒(16-1)的直径和下部外环板(15-3)的直径相等，双流道套筒(16)的下方为流体出口(21)；

上部外环板(14-3)的中心设置有中心圈(14-1)，中心圈(14-1)和传动轴(12)连接，中心圈(14-1)通过若干个上部连接板(14-2)和上部外环板(14-3)连接；

上部通流口(14-4)上端面的面积大于下端面的面积。

2.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的装置，其特征在于，下部外环板(15-3)的中心设置有支撑轴(15-1)，支撑轴(15-1)设置在中心圈(14-1)的下侧，支撑轴(15-1)通过下部连接板(15-2)和下部外环板(15-3)连接。

3.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的装置，其特征在于，上部外环板(15-3)套装在轴承(13)中，轴承(13)的外侧壁和阀体(10)的内侧壁连接。

4.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的装置，其特征在于，内套筒(16-1)和外套筒(16-2)通过底部连接板(16-3)连接。

5.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的装置，其特征在于，阀体(10)的上端连接有入口端阀盖(7)，阀杆(1)穿过入口端阀盖(7)的中心。

6.根据权利要求5所述的一种调节管道局部流速的装置，其特征在于，阀杆(1)插入入口端阀盖(7)处设置有填料(6)，填料(6)的上侧设置有填料压套(5)，填料压套(5)的上侧设置有填料压板(4)。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的调节管道局部流速的装置，其特征在于，所述流体入口(20)的内端部设置有套筒(11)，套筒(11)的内端部和传动轴(12)接触。

8.一种基于权利要求1所述调节管道局部流速的装置的方法，其特征在于，通过旋转可调阀板(14)，调整上部通流口(14-4)和下部通流口(15-4)之间重叠的部分，控制流体的流量；具体的，流体从流体入口(20)流入至阀体(10)中；

当上部通流口(14-4)和下部通流口(15-4)连通时，流体首先穿过上部外环板(14-3)的内圈和上部通流口(14-4)，然后穿过下部外环板(15-3)的内圈和下部通流口(15-4)，再通过内套筒(16-1)和外套筒(16-2)从流体出口(21)流出；

当上部通流口(14-4)和下部通流口(15-4)隔离时，流体依次流过上部外环板(14-3)的内圈、下部外环板(15-3)的内圈和内套筒(16-1)，从流体出口(21)流出。