專利名稱：減溫器噴嘴的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明通常涉及蒸汽減溫器，特別是涉及用于蒸汽減溫裝置的噴嘴組件中的獨特 構(gòu)造的閥元件。噴嘴組件特別適用于產(chǎn)生基本均勻分布的冷卻水噴霧，用于噴射至過熱蒸 汽流中，以便降低該過熱蒸汽流的溫度。
背景技術(shù)：
很多工業(yè)設備通過過熱蒸汽來操作，該過熱蒸汽具有比它在給定壓力下的飽和溫 度更高的溫度。因為過熱蒸汽可能損壞渦輪或其它下游部件，因此有必要控制蒸汽的溫度。 減溫是指使得過熱蒸汽的溫度降低至更低溫度的處理，其允許系統(tǒng)按預計操作，保證系統(tǒng) 防護，并校正離規(guī)定操作溫度設置點的意外偏差。蒸汽減溫器可以通過將冷卻水噴射至經(jīng)過蒸汽管的過熱蒸汽流中來降低過熱蒸 汽的溫度。一旦冷卻水噴射至過熱蒸汽流中，冷卻水與過熱蒸汽混合并蒸發(fā)，從而從蒸汽中 吸收熱能，并降低它的溫度。如果冷卻水作為非常細小的水滴或霧而噴射至過熱蒸汽管中， 則冷卻水與過熱蒸汽通過蒸氣流而更均勻地混合。另一方面，如果冷卻水以流動形式噴射至過熱蒸汽管中，則冷卻水的蒸發(fā)大大減 少。此外，冷卻水的流動噴霧將通過過熱蒸汽流，并撞上蒸汽管的相對側(cè)，從而導致水積累。 該水積累可能引起蒸汽管的腐蝕和熱應力，這可能導致結(jié)構(gòu)故障。不過，當暴露于過熱蒸汽 中的冷卻水噴霧的表面面積較大(因此將可能有非常細小的液滴尺寸)時，蒸發(fā)的效果大 大增加。此外，冷卻水與過熱蒸汽的混合可以通過使得冷卻水以均勻幾何形狀流的形式噴 射至蒸汽管中而提高，從而冷卻水的作用均勻分布在整個蒸氣流中。相反，冷卻水的非均勻 噴射形式可能導致整個過熱蒸汽流的不均勻和較差控制的溫度降低。沿這些管線，冷卻水 噴霧不能有效地在過熱蒸汽流中蒸發(fā)也可能導致冷卻水積累于蒸汽管中。該冷卻水的積累 最終將在水和過熱蒸汽之間的非均勻熱交換中蒸發(fā)，從而導致較差控制的溫度降低。在進行滿足前述需要的嘗試時，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)發(fā)展了多種減溫器裝置。這些現(xiàn) 有技術(shù)包括在美國專利No. 6746001 (標題為Desuperheater Nozzle)和7028994 (標題為 Pressure Blast Pre-FiImingSpray Nozzle)以及美國專利公開 No. 2006/0125126 (標題 為PressureBlast Pre-Filming Spray Nozzle)中所述的裝置，這些文獻結(jié)合在本文中，作 為參考。本發(fā)明對這些和其它現(xiàn)有技術(shù)方案進行了改進，并提供了用于將冷卻水噴射至過 熱蒸汽流中的減溫器裝置，該減溫器裝置結(jié)構(gòu)簡單，具有相對較少部件，并需要最少量的維 護，它能夠以細小水霧(具有非常小的液滴)的形式噴射冷卻水，用于更有效地在過熱蒸汽流中蒸發(fā)，并能夠以幾何上均勻的流動形式噴射冷卻水，用于在整個過熱蒸汽流中更均勻 地混合。下面將更詳細地介紹本發(fā)明的各種新穎特征。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種改進的閥元件，用于蒸汽減溫裝置的噴嘴組件，該噴嘴組 件設置成將冷卻水以基本均勻分布的噴霧的形式噴射至過熱蒸汽流中。噴嘴組件包括噴嘴殼體和閥元件，該閥元件可運動地與噴嘴殼體相接。閥元件 (通常也稱為柱銷(pintle)或閥塞)延伸穿過噴嘴殼體，并可在關(guān)閉位置和打開(流動) 位置之間軸向滑動。噴嘴殼體具有殼體入口和殼體出口。殼體入口位于噴嘴殼體的上部部 分處，殼體出口位于噴嘴殼體的下部部分處。噴嘴殼體的上部部分限定用于從噴嘴進口接 收冷卻水的殼體腔室。噴嘴殼體的下部部分限定閥前廊道，該閥前廊道通過噴嘴殼體的中 間部分而與殼體腔室分離。閥桿孔穿過中間部分軸向形成。多個殼體通道形成于中間部分中，以便使得殼體腔室(即殼體入口)與閥前廊道 (即殼體出口)相互流體連接，使得當閥元件移動或驅(qū)動至打開位置時，冷卻水在從殼體出 口處離開殼體組件之前可以進入殼體入口，流入殼體腔室，流過殼體通道和流入閥前廊道 中。閥元件包括閥體和細長閥桿，該閥桿整體附接在閥體上，并從該閥體軸向伸出。閥 桿從閥體軸向伸出，并通過噴嘴殼體的閥桿孔而前進，且尺寸和結(jié)構(gòu)設置成提供在閥桿孔 中的軸向滑動配合，使得閥元件可以在打開和關(guān)閉位置之間往復運動。噴嘴殼體的下部部 分包括環(huán)繞其形成的閥座，用于與閥體密封接合。閥座優(yōu)選地設置成與閥體互補。在本發(fā)明的一個實施例中，閥體自身包括噴嘴圓錐體，該噴嘴圓錐體整體連接在 閥桿上，并限定外表面，該外表面專門成形為具有彎曲的橢圓形輪廓。大致四邊形的轂形 部成一體地形成于噴嘴圓錐體的底表面上，該轂形部具有四個肋狀物，這四個肋狀物從由 轂形部限定的四個角部區(qū)域中的相應一個處凸出。大致圓形的斷裂環(huán)整體連接在各肋狀物 上。肋狀物的外端與噴嘴圓錐體的外表面和斷裂環(huán)的外表面都連續(xù)，且肋狀物、斷裂環(huán)和噴 嘴圓錐體的外表面一起限定閥體的漸縮輪廓。在閥體中，斷裂環(huán)布置成與噴嘴圓錐體的下邊緣間隔開，該下邊緣包圍噴嘴圓錐 體的底表面。這樣，在閥體中形成一系列窗口，且各窗口由噴嘴圓錐體的下邊緣的區(qū)段、相 鄰對的肋狀物和斷裂環(huán)的頂邊緣的區(qū)段來形成。窗口的邊緣較尖銳，以便切割離開噴嘴圓 錐體的外表面的層流，該尖銳邊緣對于減小閥元件和因此噴嘴組件的液滴的尺寸很重要。閥體的斷裂環(huán)具有三角楔形截面構(gòu)造，且各楔形的頂點優(yōu)選地與來自噴嘴圓錐體 的下邊緣的切線相交。類似的，各肋狀物優(yōu)選地具有三角楔形截面構(gòu)造，且肋狀物的頂點 朝著閥元件的軸線向內(nèi)連續(xù)，直到肋狀物最終與形成于噴嘴圓錐體的底表面上的轂形部連 接。肋狀物與轂形部(因此與噴嘴圓錐體)的整體連接將明顯提高肋狀物以及整體連接在 該肋狀物上的斷裂環(huán)的機械強度。由肋狀物、斷裂環(huán)、轂形部和噴嘴圓錐體限定的閥體的內(nèi) 表面沒有方形角部或相交部，該角部或相交部的消除將防止在離開閥元件的層流中形成條 紋。本領域普通技術(shù)人員應當知道，該條紋的產(chǎn)生又將在低噴嘴流速時產(chǎn)生不希望的較大 液滴。根據(jù)本發(fā)明的閥元件的另一實施例，各肋狀物的外端表面可以相對于噴嘴圓錐體的下邊緣為臺階形。這與前述實施例不同，前述實施例為成直線的輪廓，其中，斷裂環(huán)的外 表面、肋狀物的外表面和噴嘴圓錐體的外表面基本相互平齊或連續(xù)，如上所述。通過臺階形 輪廓，斷裂環(huán)和肋狀物的外表面在基本相互平齊或連續(xù)的同時相對于噴嘴圓錐體的外表面 稍微成銳角，因此在噴嘴圓錐體下面的臺階處與該噴嘴圓錐體相交。臺階形輪廓的目的是 在低流速時產(chǎn)生分離的層流。層流在斷裂環(huán)處分裂，且角度差使得流體流的一部分徑向向 外偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生噴霧的圓錐形區(qū)域。相反，通過成直線的輪廓，斷裂環(huán)、肋狀物和噴嘴圓錐 體的相切或連續(xù)外表面使得對層流的破壞最小，特別是在低噴嘴流速時。根據(jù)本發(fā)明的閥元件的還一實施例，斷裂環(huán)通過連續(xù)間隙或槽道而與噴嘴圓錐體 分離。在該特殊實施例中，肋狀物整體連接在大致圓形的轂形部部分上，該轂形部部分整體 連接在噴嘴圓錐體的底表面上。盡管根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的閥元件的幾何形狀稍微復雜，但是這樣的閥元件能夠非常 簡單地制造。內(nèi)部的漸縮輪廓和輪廓的彎曲橢圓形路徑通過由簡單的漸縮輪廓工具在CNC 機器上機械加工閥體而產(chǎn)生。這明顯提高了現(xiàn)有技術(shù)的閥元件設計，現(xiàn)有技術(shù)的閥元件設 計通常很難在不損害性能和強度的情況下制造。在本發(fā)明的閥元件的各實施例中，噴嘴圓錐體的外表面的一部分設置成與噴嘴組 件的閥座互補，使得當閥元件處于關(guān)閉位置時，噴嘴圓錐體的外表面與由噴嘴殼體的下部 部分限定的閥座的接合有效阻塞冷卻水流出噴嘴組件。相反，當閥元件從關(guān)閉位置軸向運 動至打開位置時，冷卻水能夠向下流過由噴嘴圓錐體的外表面和閥座一起限定的環(huán)形間 隙。當閥元件處于打開位置時，圓錐形閥座和圓錐形外表面的組合能使得離開環(huán)形間隙的 冷卻水有效地產(chǎn)生圓錐形噴霧模式。當冷卻水的薄膜向下流過閥體的噴嘴圓錐體的外表面 時，冷卻水層的一部分撞上斷裂環(huán)，且全部冷卻水最終進入流過蒸汽管的過熱蒸汽流中。由于根據(jù)本發(fā)明的各實施例構(gòu)成的閥元件的結(jié)構(gòu)和功能特性，冷卻水液滴尺寸保 持最小，從而除了改進冷卻水的空間分布，還改進了冷卻水在過熱蒸汽流中的吸收和蒸發(fā) 效率。這樣，當閥元件處于打開位置時，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的閥元件的結(jié)構(gòu)和功能特性可操作 成引起由噴嘴組件產(chǎn)生的、冷卻水的圓錐形噴霧模式，且冷卻水層的一部分在斷裂環(huán)上經(jīng) 過提供了所需的較低液滴尺寸特性，如上所述。通過結(jié)合附圖閱讀下面的詳細說明，將更好地理解本發(fā)明。


通過參考附圖將更清楚本發(fā)明的這些以及其它特征，附圖中圖1是減溫器裝置的縱剖圖，該減溫器裝置包括具有根據(jù)本發(fā)明第一實施例構(gòu)成 的閥元件的噴嘴組件；圖2a是圖1的噴嘴組件的縱剖圖，表示了第一實施例的閥元件處于關(guān)閉位置；圖2b是圖1的噴嘴組件的縱剖圖，表示了第一實施例的閥元件處于打開位置；圖3是第一實施例的閥元件的側(cè)視圖；圖4是第一實施例的閥元件的仰視圖；圖5是第一實施例的閥元件沿圖4中的線5-5剖開的局部剖視圖；圖6是第一實施例的閥元件沿圖4中的線6-6剖開的局部剖視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例構(gòu)成的閥元件的側(cè)視圖8是圖7中所示的包圍區(qū)域8的放大圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實施例構(gòu)成的閥元件的側(cè)視圖；圖10是圖9中所示的第三實施例的閥元件的剖視圖；圖11是第三實施例的閥元件的仰視圖；圖12是第三實施例的閥元件沿圖11中的線12-12剖開的局部剖視圖；以及圖13是第三實施例的閥元件沿圖11中的線13-13剖開的局部剖視圖。共同參考標號用于全部附圖和具體實施方式
中并表示相同元件。
具體實施例方式下面將參考附圖，附圖中所示只是為了表示本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而并不是為了 限制本發(fā)明，圖1表示了示例減溫裝置10，該示例減溫裝置10包括在噴嘴組件20中的改進 柱銷或閥元件78。閥元件78延伸穿過噴嘴組件20，并可在關(guān)閉位置和打開位置之間軸向 滑動。如圖1中所示，過熱蒸汽流在升高壓力下經(jīng)過蒸汽管12，噴嘴組件20可以通過合適 方式而附接在該蒸汽管12上，所述合適方式例如通過焊接等。噴嘴保持器18使得冷卻水 供給管線16與噴嘴組件20連接，用于向它提供合適的冷卻水供給。冷卻水供給管線16與冷卻水控制閥14連接。冷卻水控制閥14可以與高壓水供 給源(未示出)流體連接。控制閥14可操作成響應安裝在噴嘴組件20下游的蒸汽管12 中的溫度傳感器(未示出)來控制進入冷卻水供給管線16的冷卻水流?？刂崎y14可以改 變流過冷卻水供給管線16的流量，以便在噴嘴組件20中產(chǎn)生變化的水壓。當噴嘴組件20中的冷卻水壓力大于蒸汽管12中的過熱蒸汽的升高壓力時，噴嘴 組件20將冷卻水噴霧提供到蒸汽管12中。盡管圖1表示了與蒸汽管12連接的單個噴嘴 組件20，但是也可以考慮任意數(shù)目的噴嘴組件20環(huán)繞蒸汽管12的周邊間隔開，用于優(yōu)化減 溫器裝置10的效率。各噴嘴組件20可以通過冷卻水供給管線16而與歧管(未示出)連 接，該歧管環(huán)繞蒸汽管12，并與冷卻水控制閥14連接。如后面所述，噴嘴組件20的閥元件 78專門用于產(chǎn)生基本均勻分布的冷卻水噴霧，用于噴射至過熱蒸汽流中，以便降低該過熱 蒸汽流的溫度。下面參考圖2A和2B，圖中表示了圖1的減溫裝置10的噴嘴組件20的剖視圖。在 圖2A和2B中，噴嘴組件20包括噴嘴殼體22和閥元件78，該閥元件78根據(jù)本發(fā)明第一實 施例構(gòu)成。圖3-6中也表示了第一實施例的閥元件78。下面將更詳細地介紹閥元件78的 特定結(jié)構(gòu)和特征。噴嘴組件20在圖2A中示出，其中閥元件78布置在關(guān)閉位置。圖2B表 示了布置在打開位置的閥元件78。噴嘴殼體22具有殼體入口 28和殼體出口 30。殼體入 口 28位于噴嘴殼體22的上部部分24處。殼體出口 30位于噴嘴殼體22的下部部分26處。 上部和下部部分24、26可以集成為單個結(jié)構(gòu)。也可選擇，噴嘴殼體22可以制造為兩個單獨部件，這兩個部件包括上部部分24和 下部部分26，如圖2A和2B中所示。上部部分24可以在它和下部部分26之間的抵靠件40 處螺紋附接在下部部分26上，使得閥元件78和下部部分26可以從上部部分24上除去，并 由相同結(jié)構(gòu)或可選結(jié)構(gòu)的閥元件78和下部部分26來代替。因此，可以設想，閥元件78可 以互換，其中，閥元件78的可選實施例可以代替第一實施例。這樣，圖7和8表示了根據(jù)本 發(fā)明第二實施例構(gòu)成的閥元件78a。圖9-13表示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例構(gòu)成的閥元件106。閥元件78的第二和第三實施例的特定結(jié)構(gòu)和特征將在后面更詳細介紹。還參考圖2A，噴嘴殼體22的上部部分24可以限定用于從殼體入口 28接收冷卻 水的殼體腔室32。噴嘴殼體22的下部部分26可以限定閥前廊道34，該閥前廊道34通過 噴嘴殼體22的中間部分76而與殼體腔室32分開。殼體腔室32和閥前廊道34可以為環(huán) 形形狀。閥桿孔42可以穿過噴嘴殼體22的中間部分76而沿軸向形成。多個殼體通道36 形成于中間部分76中，以便使得殼體腔室32 (即殼體入口 28)與閥前廊道34 (即殼體出口 30)相互流體連通，使得當閥元件78移動或啟動至打開位置時，冷卻水在殼體出口 30處離 開噴嘴組件20之前從殼體入口 28流入殼體腔室32中，并通過殼體通道36而流入閥前廊 道34中。如圖2A中所示，殼體通道36可以相對于閥桿孔42沿從殼體入口 28至殼體出口 30的方向向內(nèi)成一定角度。殼體通道36的這樣向內(nèi)成一定角度可以使得噴嘴組件20的總 體尺寸基本減小。此外，殼體通道36這樣向內(nèi)成一定角度可以有利于形成從噴嘴組件20 排出的、基本均勻噴霧形式的冷卻水。殼體通道36可以環(huán)繞閥桿孔42同心布置并等距離 間隔開。不過，殼體通道36可以設置成任意結(jié)構(gòu)。例如，殼體通道36可以設置成具有基本 相等的圓形截面形狀，并與閥桿孔42軸向?qū)R。此外，殼體通道36可以設置為多個大致弓形的狹槽，這些狹槽彼此等距離間隔開 地軸向延伸穿過中間部分76。殼體通道36繞閥桿孔42間隔開，以便消除冷卻水以流動噴 霧形式離開噴嘴組件20的趨勢。這樣，閥元件78的幾何形狀和殼體通道36的組合設置成 進行配合，以便將幾何上均勻的噴霧形式的冷卻水提供至蒸汽管12中。不管它們的特定幾 何布置、尺寸和形狀，當閥元件78運動至打開位置時，殼體通道36設置成提供從殼體入口 28至殼體出口 30的冷卻水流，如后面更詳細所述。已經(jīng)這樣介紹了噴嘴組件20的結(jié)構(gòu)和功能特性，下面將特別參考圖3-6介紹它的 閥元件78的特定功能和結(jié)構(gòu)特征。特別是，閥元件78包括閥體80和細長閥桿82，該閥桿 82成一體地附接在閥體80上，并從該閥體80軸向伸出。閥桿82具有大致圓形的截面形 狀，并限定遠端84?？梢钥紤]，閥桿82的、延伸至遠端84的遠端部分可以在外部具有螺紋， 用于方便閥元件78與噴嘴組件20的其余部分的操作相接。閥桿82的尺寸和結(jié)構(gòu)設置成 可通過噴嘴殼體22的閥桿孔42滑動前進。這樣，閥桿82的尺寸和結(jié)構(gòu)可以設置成與閥桿 孔42互補，使得在它們之間提供軸向滑動配合。這使得閥桿82 (和因此閥元件78)能夠在 閥桿孔42內(nèi)往復運動，使得閥元件78可以在它的打開和關(guān)閉位置之間運動，如下面更詳細 所述。閥元件78的閥體80自身包括噴嘴圓錐體86，該噴嘴圓錐體86整體連接在閥桿82 上，并限定圓錐形外表面88，當它沿閥元件78的軸線延伸時，該圓錐形外表面88專門成形 為具有彎曲的橢圓形輪廓。除了外表面88，噴嘴圓錐體86限定底表面90，該底表面90由 大致圓形的周邊下邊緣92包圍。大致四邊形的轂形部94成一體地形成于噴嘴圓錐體86 的底表面90上。多個(例如四個)肋狀物96整體連接在轂形部94上，該肋狀物96從由 轂形部94限定的四個角部區(qū)域中的相應一個處凸出。如圖6中所示，肋狀物96也整體連 接在噴嘴圓錐體86的底表面90上。大致圓形或環(huán)形的斷裂環(huán)98整體連接在各肋狀物96 上，該斷裂環(huán)98布置成與噴嘴圓錐體86間隔開，特別是與該噴嘴圓錐體86的下邊緣92間 隔開。在閥體80中，肋狀物96的外端或外端表面基本與噴嘴圓錐體86的外表面88和斷裂環(huán)98的外表面平齊或連續(xù)，最好如圖3中所示。因此，噴嘴圓錐體86的外表面88、肋狀 物96的外端表面以及斷裂環(huán)98的外表面共同限定用于閥體80的漸縮輪廓。在閥元件78中，閥體80的斷裂環(huán)98布置成與噴嘴圓錐體86的周邊下邊緣92間 隔開，如上所述，該下邊緣92環(huán)繞噴嘴圓錐體86的底表面90。斷裂環(huán)98優(yōu)選地還有三角 楔形截面形狀，如圖5中所示，且該楔形的頂點限定斷裂環(huán)98的前邊緣或頂邊緣102，該頂 邊緣102優(yōu)選地與來自噴嘴圓錐體86的下邊緣92的切線相交。類似地，最好如圖6中所 示，各肋狀物96優(yōu)選地具有三角楔形截面形狀，且各肋狀物96的頂點限定它的底邊緣104， 其指向背離噴嘴圓錐體86。在閥元件78中，各肋狀物96的的頂點或底邊緣104朝著閥元 件78的軸線向內(nèi)連續(xù)，直到肋狀物96最終與形成于噴嘴圓錐體86的底表面90上的上述 轂形部94連接。如上所述，在閥體80中，斷裂環(huán)98布置成與噴嘴圓錐體86的下邊緣92間隔開。 因此，多個(例如四個)窗口 100形成于閥體80中，且各窗口 100由噴嘴圓錐體86的下邊 緣92的區(qū)段、相鄰對的肋狀物96以及斷裂環(huán)98的頂邊緣102的區(qū)段來構(gòu)成。窗口 100的 邊緣(特別是斷裂環(huán)98的頂邊緣102)較尖銳，以便切割離開噴嘴圓錐體86的外表面88 的層流，且該尖銳邊緣對于減小從閥元件78 (因此從噴嘴組件20)出來的液滴尺寸很重要。在閥元件78中，肋狀物96與轂形部94和噴嘴圓錐體86的一體連接明顯提高了 肋狀物96和整體連接在該肋狀物96上的斷裂環(huán)98的機械強度。另外，由肋狀物96、斷裂 環(huán)98、轂形部94和噴嘴圓錐體86限定的閥體80的內(nèi)表面各自優(yōu)選地形成為這樣，即在閥 元件78上面流動的冷卻水并不接觸到任何方形角部或相交部，該角部或相交部的消除將 防止在離開閥元件78的層流中形成條紋。這樣，如圖3中所示，在各肋狀物96和斷裂環(huán)98 的頂邊緣102之間的轉(zhuǎn)變將由各肋狀物96的相對的成對弓形區(qū)段95來部分限定。因此，各 窗口 100將部分地由包含在相鄰對的肋狀物96的相應一個上的兩個弓形區(qū)段95來限定。 而且，如圖4中所示，在各肋狀物96的相對側(cè)表面和斷裂環(huán)98的內(nèi)表面之間的轉(zhuǎn)變由各肋 狀物96的相對的成對弓形區(qū)段97來限定。如上所述，由肋狀物96的弓形區(qū)段95、97產(chǎn)生 的圓角角部對于減少或消除離開閥元件78的層流中的條紋起作用。如上所述，閥桿82可通過閥桿孔42而滑動前進，并與噴嘴殼體22操作連接，以便 允許閥元件78在它的打開位置和關(guān)閉位置之間往復運動。在噴嘴組件20中，噴嘴殼體22 的、在殼體出口 30處的下部部分26限定環(huán)形閥座44，該環(huán)形閥座44用于與閥體80密封接 合，特別是與閥體80的噴嘴圓錐體86的外表面88的一部分密封接合。閥座44通常成一定 角度為大致圓錐形構(gòu)造，如圖2A和2B中所示。優(yōu)選地，在閥體80中的噴嘴圓錐體86的外 表面88的尺寸和結(jié)構(gòu)設置成與閥座44互補，使得當閥元件78處于關(guān)閉位置時，外表面88 與閥座44的接合有效阻止冷卻水流出至噴嘴組件20的外部。相反，當閥元件78從關(guān)閉位 置軸向運動至打開位置時，冷卻水能夠以圖2B中所示的方式向下流過由噴嘴圓錐體86的 外表面88和閥座44共同限定的環(huán)形間隙56。優(yōu)選地，閥體80的噴嘴圓錐體86的外表面88設置成使得它的半角與閥座44的 半角不同。更具體地說，外表面88的半角優(yōu)選地設置成小于或大于閥座44的半角。另外， 外表面88的半角和閥座44的半角優(yōu)選地在大約20度和大約60度之間。而且，如圖2A中 所示，相對于噴嘴殼體22，閥元件78的尺寸和結(jié)構(gòu)為這樣，甚至當閥元件78處于它的關(guān)閉 位置時，噴嘴圓錐體86的周邊邊緣92、窗口 100、肋狀物96和斷裂環(huán)98各自布置在噴嘴殼體20的下部部分26的外部。當閥元件78驅(qū)動至它的打開位置時，如圖2B中所示，圓錐形閥座44和噴嘴圓錐 體86的圓錐形外表面88的組合能有效地使得離開環(huán)形間隙56的冷卻水產(chǎn)生圓錐形噴霧 模式。當冷卻水的薄膜沿閥體80的噴嘴圓錐體86的外表面88流動時，噴嘴圓錐體86的 逐漸增加的直徑(由于它的圓錐形形狀)可操作成逐漸減小冷卻水的層厚度，從而有利于 初步減小在圓錐形噴霧模式中的液滴尺寸。另外，在斷裂環(huán)98和噴嘴圓錐體86之間的間 距用于使得冷卻水的圓錐形噴霧模式或?qū)拥闹辽僖徊糠峙c閥元件78分離。當圓錐形噴霧 模式或?qū)优c斷裂環(huán)98的頂邊緣102碰撞時，斷裂環(huán)98的頂邊緣102使得冷卻水的圓錐形 層分裂，從而提供第二級霧化。斷裂環(huán)98的功能基于Lefavre原理，它保持冷卻水的液滴 尺寸在它經(jīng)過閥元件78之后與冷卻水的層厚成比例。在冷卻水的液滴尺寸通過使得冷卻 水層撞上斷裂環(huán)98的頂邊緣102上而有效減小之后，冷卻水進入通過蒸汽管12的過熱蒸 汽流中。優(yōu)選地，閥元件78的結(jié)構(gòu)和功能特征使得冷卻水液滴尺寸有效地減至最小，從而 除了改進冷卻水的空間分布，還改進冷卻水在過熱蒸汽流中的吸收和蒸發(fā)效率。返回參考圖2A和2B，噴嘴組件20還可以包括至少一個閥彈簧58，該閥彈簧58與 閥元件78操作連接，用于將閥元件78偏壓成密封接合在閥座44上。閥彈簧58抵靠噴嘴 殼體22的殼體凸肩38，并將閥體80偏壓成密封接合在閥座44上?？梢钥紤]，偏壓力可以 由以背對背結(jié)構(gòu)可滑動地安裝在閥桿82上的至少一對貝式彈簧墊片來提供。另外，盡管表 示為貝式彈簧墊片，但是應當注意，閥彈簧58可以設置成多種可選結(jié)構(gòu)。隔離件60也可以 包含在噴嘴組件20內(nèi)，且隔離件60與閥彈簧58抵靠地安裝在閥桿82上。圖2A和2B中 所示的隔離件60具有大致圓柱形構(gòu)造。隔離件60的厚度可以選擇地調(diào)節(jié)，以便限制閥元 件78在噴嘴殼體22內(nèi)的壓縮特征，從而閥元件78從關(guān)閉位置向打開位置運動的點可以調(diào) 節(jié)。在該方面，可以考慮，對于給定構(gòu)造的噴嘴組件20，各種厚度的隔離件60可以被替換， 以便對于閥元件78的軸向運動以及最后當閥元件78處于打開位置時的環(huán)形間隙56的尺 寸將提供一些程度的可控制性。安裝在閥元件78的閥桿82上的閥止動器62也包含在噴嘴組件20中。對于包括 穿過形成的彈簧孔(未示出)的噴嘴殼體22的構(gòu)造，閥止動器62可以設置成延伸超過隔離 件60的直徑。在包括彈簧孔的這種結(jié)構(gòu)中，閥止動器62可以限制閥元件78的軸向運動。 在圖2A和2B中，閥止動器62表示為設置成止動器墊圈，該止動器墊圈安裝在閥桿82上， 并布置成與隔離件60抵靠接觸。止動器墊圈的直徑可以大于彈簧孔(如果包括的話)的 直徑，用于限制閥元件78的軸向運動，從而可以限制環(huán)形間隙56的尺寸。如圖2A和2B中進一步所示，噴嘴組件20還可以包括負載螺母64，該負載螺母64 可螺紋附接在上述閥桿82的外螺紋遠端部分上。負載螺母64可以調(diào)節(jié)成通過使得閥桿82 和隔離件60相對彼此軸向運動來向閥彈簧58施加彈簧預負載，以便在隔離件60和殼體凸 肩38之間壓縮閥彈簧58。對于不包括隔離件60的噴嘴組件20的構(gòu)造，負載螺母64的調(diào) 節(jié)將壓縮在殼體凸肩38和閥止動器62之間的閥彈簧58。對于不包括閥止動器62的噴嘴 組件20的構(gòu)造，負載螺母64的調(diào)節(jié)將壓縮在負載螺母64和殼體凸肩38 (或彈簧孔，如果 包括的話)之間的閥彈簧58。在任何情況下，負載螺母64都可以調(diào)節(jié)成向閥體80施加相 對于閥座44的壓縮力。負載螺母64可選擇地調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)在閥前廊道34中的冷卻水的、 對閥體80的壓力克服彈簧預負載和過熱蒸汽的升高壓力對閥體80的組合壓力處的點。因此，彈簧預負載被相對于閥座44傳遞給閥體80。由閥彈簧58施加在閥座44上的線性關(guān)閉 力的大小通過負載螺母64沿閥桿82的螺紋部分的軸向位置來調(diào)節(jié)。盡管未示出，還可以 考慮噴嘴組件20可以設有結(jié)構(gòu)特征，該結(jié)構(gòu)特征用于以在負載螺母64的調(diào)節(jié)過程中保持 閥元件78防止其旋轉(zhuǎn)的方式與閥元件78相接，并進一步用于防止負載螺母64在調(diào)節(jié)后旋 轉(zhuǎn)。在操作中，升高壓力的過熱蒸氣流經(jīng)過蒸汽管12，噴嘴殼體22附接在該蒸汽管12 上，如圖1中所示。冷卻水供給管線16提供了冷卻水向噴嘴組件20的供給?？刂崎y14改 變流過冷卻水供給管線16的流量，以便控制噴嘴組件20中的水壓力。離開冷卻水供給管 線16的冷卻水通入殼體入口 28附近的殼體腔室32中。冷卻水流過噴嘴殼體22的殼體通 道36進入鄰近殼體出口 30的閥前廊道34中。殼體通道36使冷卻水以流動噴霧形式離開 噴嘴組件20的趨勢最小化或消除。當閥元件78處于如圖2A中所示的關(guān)閉位置時，在閥前 廊道34中的冷卻水壓靠閥元件78的閥體80。如上所述，負載螺母64的調(diào)節(jié)將壓縮閥彈簧58，以便相對于閥座44向閥體80提 供壓縮力。這樣，彈簧預負載用于首先將閥元件78保持在關(guān)閉位置，如圖2A中所示。由閥 彈簧58施加在閥座44上的線性關(guān)閉力的大小通過使得負載螺母64沿閥桿82的外螺紋部 分旋轉(zhuǎn)而進行調(diào)節(jié)。負載螺母64可選擇地調(diào)節(jié)，以便調(diào)整在閥前廊道34中的冷卻水的、對 閥體80的壓力克服彈簧預負載和過熱蒸汽的升高壓力的組合壓力處的點，該過熱蒸汽的 升高壓力作用在由閥體80限定的閥元件78的內(nèi)表面上。當冷卻水對閥體80的壓力克服彈簧預負載和過熱蒸汽的升高壓力的組合壓力 時，閥體80軸向運動離開閥座44，從而打開環(huán)形間隙，如圖2B中所示。然后，冷卻水流過環(huán) 形間隙56，并進入包含過熱蒸汽流的蒸汽管12中。當控制閥14響應來自溫度傳感器的信 號而增加流過冷卻水供給管線16的水流量時，冷卻水對閥體80的壓力增加，從而迫使閥體 80進一步軸向遠離閥座44，并進一步增加環(huán)形間隙56的尺寸。這又允許更大量的冷卻水 通過環(huán)形間隙56并進入過熱蒸汽流中。為了使得冷卻水沿噴嘴圓錐體86的圓錐形外表面 88流動，上述外表面88的彎曲的橢圓形輪廓產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)角，該偏轉(zhuǎn)角幫助優(yōu)化冷卻水流過 間隙56的流動特征。如上所述，由于閥元件78的結(jié)構(gòu)和功能特性，來自流過閥元件78的圓錐形層的冷 卻水液滴尺寸最小，從而除了提高冷卻水的空間分布，還提高了冷卻水在過熱蒸汽流中的 吸收和蒸發(fā)效率。這樣，冷卻水以包括非常小的水滴的、大致均勻的細小噴霧形式的圓錐形 模式進入蒸汽管12中。均勻噴霧形式保證冷卻水與過熱蒸汽流的完全和均勻混合。均勻 噴霧形式還使得冷卻水噴霧的表面面積最大，從而提高了冷卻水的蒸發(fā)速率。下面參考圖7和8，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例構(gòu)成的閥元件78a。閥元件 78a的結(jié)構(gòu)和功能基本與上述閥元件78類似，在閥元件78、78a之間的僅有區(qū)別在下面特別 說明。在閥元件78、78a之間的僅有區(qū)別在于閥元件78a中的各肋狀物96a的外端表面 相對于噴嘴圓錐體86a的下邊緣92a具有臺階。這與成直線輪廓的閥元件78不同，在閥元 件78中，斷裂環(huán)98的外表面、肋狀物96的外端表面和噴嘴圓錐體86的外表面88基本相 互平齊或連續(xù)，如上面所述。通過臺階輪廓，斷裂環(huán)98a和肋狀物96a的外表面在基本相互 平齊或連續(xù)的同時還相對于噴嘴圓錐體88的外表面88a稍微成銳角，因此在該噴嘴圓錐體86a下面的臺階99a處與該噴嘴圓錐體86a相交，最好如圖8中所示。該臺階輪廓的目的是 在較低流速時產(chǎn)生分離的層流。這樣，在閥元件78a中，盡管層流仍然在斷裂環(huán)98a處分裂， 但是由于臺階99a的不同角度而使得流體流的一部分徑向向外偏轉(zhuǎn)，從而增加了噴霧的圓 錐面積。相反，對于上面關(guān)于閥元件78所述的成直線輪廓，斷裂環(huán)98、肋狀物96和噴嘴圓 錐體86的相切或連續(xù)外表面使層流的破裂最小，特別是在低噴嘴流速時。下面參考圖9-13，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例構(gòu)成的閥元件106。閥元 件106包括閥體108和細長閥桿110，該閥桿110 —體地附接在閥體108上，并從該閥體108 軸向伸出。閥桿110具有大致圓形截面構(gòu)造，并限定遠端112?？梢钥紤]，閥桿110的、伸向 它的遠端112的遠端部分可以具有外螺紋，用于方便使得閥元件106操作相接至上述噴嘴 組件20中。與閥元件78的閥桿82類似，閥桿110的尺寸和構(gòu)造設置成可通過噴嘴殼體22 的閥桿孔42而滑動前進。這樣，閥桿110的尺寸和構(gòu)造設置成與閥桿孔42互補，從而在它 們之間提供軸向滑動配合。這使得閥桿110和(因此)閥元件106能夠在閥桿孔42內(nèi)往 復運動，從而使得閥元件106可以在噴嘴組件20內(nèi)在打開和關(guān)閉位置之間運動。閥元件106的閥體108自身包括噴嘴圓錐體114，該噴嘴圓錐體114整體連接在閥 桿110上，并限定外表面116，該外表面116特別成形為當它沿閥元件106的軸線延伸時具 有彎曲的橢圓形輪廓。除了外表面116，噴嘴圓錐體114限定底表面118，該底表面118由 大致圓形的周邊下邊緣120包圍。圓形的、大致圓柱形的轂形部122成一體地形成于噴嘴 圓錐體114的底表面118上。多個(例如四個)肋狀物124整體連接在轂形部122上。肋 狀物124以大約90°的等距離間距從轂形部122徑向向外凸出。大致圓形或環(huán)形的斷裂環(huán) 126整體連接在各肋狀物124的遠端上。在閥元件106中，閥體108的斷裂環(huán)126布置成與噴嘴圓錐體114的周邊下邊緣 120成間隔關(guān)系，該周邊下邊緣如上所述包圍噴嘴圓錐體的底表面118。斷裂環(huán)126還優(yōu)選 地具有三角楔形截面構(gòu)造，如圖12和13中所示，其中，該楔形的頂點限定斷裂環(huán)126的頂 邊緣128，該頂邊緣128優(yōu)選地與來自噴嘴圓錐體114的下邊緣120的切線相交。類似的， 如圖12中所示，各肋狀物124優(yōu)選地具有三角楔形截面構(gòu)造，其中，各肋狀物124的頂點限 定它的下邊緣130，其指向背離噴嘴圓錐體114。在閥元件106中，各肋狀物124的下邊緣 130的頂點朝著閥元件106的軸線向內(nèi)連續(xù)，直到肋狀物124最終與在噴嘴圓錐體114的底 表面118上形成的上述轂形部122連接。在閥元件106的閥體108中，斷裂環(huán)126布置成與噴嘴圓錐體114間隔開，特別是 與噴嘴圓錐體114的下邊緣120間隔開。因此，連續(xù)槽道或間隙132限定于噴嘴圓錐體114 和斷裂環(huán)126之間，更特別是在噴嘴圓錐體114的下邊緣120和斷裂環(huán)126的頂邊緣128 之間。斷裂環(huán)126的頂邊緣128較尖銳，以便切割離開噴嘴圓錐體114的外表面116的層 流，該尖銳邊緣對于如果閥元件106集成于噴嘴組件20中則減小閥元件106的液滴尺寸很 重要。在閥元件106中，肋狀物124與轂形部122的整體連接將明顯提高肋狀物124以 及與該肋狀物124整體連接的斷裂環(huán)126的機械強度。另外，由肋狀物124、斷裂環(huán)126、轂 形部122和噴嘴圓錐體114限定的閥體108的內(nèi)表面各自優(yōu)選地形成這樣，即在閥元件106 上面流動的冷卻水并不接觸到任何方形角部或相交部，該角部或相交部的消除將幫助防止 在離開閥元件106的層流中形成條紋。
閥元件106操作附接在噴嘴組件20的其余部分上的方式與上面對于閥元件78相 接在噴嘴組件20的其余部分內(nèi)所述的方式相同。噴嘴圓錐體114的外表面116還設置成在 需要時使得它的半角與閥座44的半角不同，以便于當閥元件106處于關(guān)閉位置時在閥元件 106和噴嘴殼體22之間進行規(guī)定的密封接合。如果閥元件106代替閥元件78，并被驅(qū)動至 與圖2B中所示類似的打開位置，圓錐形閥座44和噴嘴圓錐體114的圓錐形外表面116的 組合能有效地引起離開環(huán)形間隙56的冷卻水的圓錐形噴霧模式。當冷卻水的薄膜沿閥體 108的噴嘴圓錐體114的外表面116流動時，噴嘴圓錐體114由于它的圓錐形形狀而逐漸增 加的直徑可操作成逐漸減小冷卻水的層厚，從而有利于初步減小在圓錐形噴霧模式中的液 滴尺寸。另外，在斷裂環(huán)126和噴嘴圓錐體114之間的間距用于使得冷卻水的圓錐形噴霧 模式或?qū)訒簳r與閥元件106分開。當圓錐形噴霧模式或?qū)优c斷裂環(huán)126的頂邊緣128碰撞 時，斷裂環(huán)126的頂邊緣128使得冷卻水的圓錐形層分裂，從而提供第二級霧化，與對于閥 元件78所述類似。因此，閥元件106的結(jié)構(gòu)和功能特性使得冷卻水液滴尺寸有效地減至最 小，從而除了改進冷卻水的空間分布，還改進了冷卻水在過熱蒸汽流中的吸收和蒸發(fā)效率。本說明書提供了本發(fā)明的示例實施例。本發(fā)明的范圍并不由這些示例實施例限 制，本領域技術(shù)人員根據(jù)本說明書可以進行多種變化，不管是由說明書中明確提出還是暗 示，所述變化例如結(jié)構(gòu)、尺寸、材料類型和制造方法的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于集成在噴嘴組件中的閥元件，所述閥元件包括 大致圓錐形的閥體；以及細長閥桿，所述閥桿整體連接在所述閥體上，并沿閥元件軸線從所述閥體沿軸向伸出；其中，所述閥體包括噴嘴圓錐體，所述噴嘴圓錐體限定外表面和底表面，所述底表面由周邊下邊緣包圍，所 述外表面在從所述閥桿朝著所述下邊緣延伸時具有大致橢圓形的輪廓； 轂形部，所述轂形部整體連接在所述噴嘴圓錐體的底表面上； 至少一個肋狀物，所述至少一個肋狀物整體連接在所述轂形部上；以及 斷裂環(huán)，所述斷裂環(huán)整體連接在所述至少一個肋狀物上，并相對于所述噴嘴圓錐體間 隔布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥元件，其中所述至少一個肋狀物包括多個肋狀物，所述多 個肋狀物整體連接在所述轂形部上，所述斷裂環(huán)整體連接在所述多個肋狀物的每一個上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥元件，其中所述轂形部具有大致四邊形的構(gòu)造，且四個肋 狀物整體連接在由所述轂形部限定的四個角部區(qū)域中的相應一個上并從所述角部區(qū)域凸出ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥元件，其中所述轂形部具有大致圓柱形的構(gòu)造，且四個肋 狀物整體連接在所述轂形部上并從所述轂形部沿徑向向外凸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥元件，其中所述肋狀物布置成等距離間隔大約90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥元件，其中所述肋狀物中的每一個還整體連接在所述噴 嘴圓錐體的底表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥元件，其中所述肋狀物中的每一個具有大致楔形的截面 構(gòu)造，并限定下部頂點，所述下部頂點的指向背離所述噴嘴圓錐體。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥元件，其中所述肋狀物中的每一個限定外端表面，所述外 端表面與所述噴嘴圓錐體的外表面基本連續(xù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥元件，其中所述肋狀物中的每一個的外端表面通過臺階 與所述噴嘴圓錐體的下邊緣分離，所述臺階由所述噴嘴圓錐體的底表面的周邊部分來限 定。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥元件，其中所述斷裂環(huán)限定外表面，所述外表面與所述 肋狀物中的每一個的外端表面基本平齊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥元件，其中所述斷裂環(huán)具有大致楔形的截面構(gòu)造，并限 定上部頂點，所述上部頂點朝向噴嘴圓錐體的下邊緣，并布置成與所述噴嘴圓錐體的下邊 緣間隔開。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥元件，其中所述噴嘴圓錐體的下邊緣、斷裂環(huán)的上部頂 點和肋狀物共同限定布置在所述閥體內(nèi)的多個窗口。
13.一種用于集成在噴嘴組件中的閥元件，所述閥元件包括 大致圓錐形的閥體；以及細長閥桿，所述閥桿整體連接在所述閥體上，并沿閥元件軸線從所述閥體沿軸向伸出；其中，所述閥體包括噴嘴圓錐體，所述噴嘴圓錐體限定外表面和底表面，所述底表面由周邊下邊緣包圍；轂形部，所述轂形部整體連接在所述噴嘴圓錐體的底表面上；至少一個肋狀物，所述至少一個肋狀物整體連接在所述轂形部上，并限定外端表面，所 述外端表面與所述噴嘴圓錐體的外表面基本連續(xù)；以及斷裂環(huán)，所述斷裂環(huán)整體連接在所述肋狀物上，并布置成與所述噴嘴圓錐體間隔開，所 述斷裂環(huán)具有外表面，所述外表面與所述肋狀物的外端表面基本連續(xù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥元件，其中所述噴嘴圓錐體的外表面在從所述閥桿朝 著下邊緣延伸時具有大致橢圓形的輪廓。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥元件，其中所述轂形部具有大致四邊形的構(gòu)造，且四個 肋狀物整體連接在由轂形部限定的四個角部區(qū)域中的相應一個上并從所述角部區(qū)域凸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的閥元件，其中所述肋狀物中的每一個還整體連接在所述 噴嘴圓錐體的底表面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的閥元件，其中所述肋狀物中的每一個具有大致楔形的截 面構(gòu)造，并限定下部頂點，所述下部頂點的指向背離所述噴嘴圓錐體。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥元件，其中所述斷裂環(huán)具有大致楔形的截面構(gòu)造，并限 定上部頂點，所述上部頂點的指向朝向所述噴嘴圓錐體的下邊緣，并布置成與所述噴嘴圓 錐體的下邊緣間隔開。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的閥元件，其中所述噴嘴圓錐體的下邊緣、所述斷裂環(huán)的上 部頂點和所述肋狀物共同限定布置在所述閥體內(nèi)的多個窗口。
20.一種用于集成在噴嘴組件中的閥元件，所述閥元件包括大致圓錐形的閥體；以及細長閥桿，所述閥桿整體連接在所述閥體上，并沿閥元件軸線從所述閥體沿軸向伸出；其中，所述閥體包括噴嘴圓錐體，所述噴嘴圓錐體限定外表面和底表面，所述底表面由周邊下邊緣包圍；轂形部，所述轂形部整體連接在所述噴嘴圓錐體的底表面上；至少一個肋狀物，所述肋狀物整體連接在所述轂形部上，并限定外端表面，所述外端表 面通過臺階而與所述噴嘴圓錐體的下邊緣分離，所述臺階由所述噴嘴圓錐體的底表面的周 邊部分限定；以及斷裂環(huán)，所述斷裂環(huán)整體連接在所述肋狀物上，并布置成與所述噴嘴圓錐體間隔開，所 述斷裂環(huán)具有外表面，所述外表面與所述肋狀物的外端表面基本連續(xù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進的閥元件，其用于蒸汽減溫裝置的噴嘴組件，該噴嘴組件設置成將冷卻水以大致均勻分布的噴霧模式而噴射至過熱蒸汽流中。閥元件包括閥體和細長閥桿，該閥桿整體連接在閥體上，并從該閥體軸向伸出。閥體自身包括噴嘴圓錐體，該噴嘴圓錐體整體連接在閥桿上，并限定外表面。轂形部成一體地形成于噴嘴圓錐體的底表面上，該轂形部具有多個肋狀物，這些肋狀物從轂形部凸出。大致圓形的斷裂環(huán)整體連接在各肋狀物上。斷裂環(huán)布置成與噴嘴圓錐體的下邊緣間隔開，該下邊緣包圍噴嘴圓錐體的底表面。這樣，一系列窗口形成于閥體中，且各窗口由噴嘴圓錐體的下邊緣的區(qū)段、相鄰成對的肋狀物和斷裂環(huán)的頂邊緣的區(qū)段形成。
文檔編號F22G5/12GK102066839SQ200880129897
公開日2011年5月18日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者O·D·塞爾澤, R·R·牛頓, S·G·弗雷塔斯 申請人:控制元器件公司