CN102066839A - 减温器喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的阀元件，其用于蒸汽减温装置的喷嘴组件，该喷嘴组件设置成将冷却水以大致均匀分布的喷雾模式而喷射至过热蒸汽流中。阀元件包括阀体和细长阀杆，该阀杆整体连接在阀体上，并从该阀体轴向伸出。阀体自身包括喷嘴圆锥体，该喷嘴圆锥体整体连接在阀杆上，并限定外表面。毂形部成一体地形成于喷嘴圆锥体的底表面上，该毂形部具有多个肋状物，这些肋状物从毂形部凸出。大致圆形的断裂环整体连接在各肋状物上。断裂环布置成与喷嘴圆锥体的下边缘间隔开，该下边缘包围喷嘴圆锥体的底表面。这样，一系列窗口形成于阀体中，且各窗口由喷嘴圆锥体的下边缘的区段、相邻成对的肋状物和断裂环的顶边缘的区段形成。

Description

减温器喷嘴

相关申请的交叉引用

不适用

声明：联邦资助的研究/发展

不适用

技术领域

本发明通常涉及蒸汽减温器，特别是涉及用于蒸汽减温装置的喷嘴组件中的独特构造的阀元件。喷嘴组件特别适用于产生基本均匀分布的冷却水喷雾，用于喷射至过热蒸汽流中，以便降低该过热蒸汽流的温度。

背景技术

很多工业设备通过过热蒸汽来操作，该过热蒸汽具有比它在给定压力下的饱和温度更高的温度。因为过热蒸汽可能损坏涡轮或其它下游部件，因此有必要控制蒸汽的温度。减温是指使得过热蒸汽的温度降低至更低温度的处理，其允许系统按预计操作，保证系统防护，并校正离规定操作温度设置点的意外偏差。

蒸汽减温器可以通过将冷却水喷射至经过蒸汽管的过热蒸汽流中来降低过热蒸汽的温度。一旦冷却水喷射至过热蒸汽流中，冷却水与过热蒸汽混合并蒸发，从而从蒸汽中吸收热能，并降低它的温度。如果冷却水作为非常细小的水滴或雾而喷射至过热蒸汽管中，则冷却水与过热蒸汽通过蒸气流而更均匀地混合。

另一方面，如果冷却水以流动形式喷射至过热蒸汽管中，则冷却水的蒸发大大减少。此外，冷却水的流动喷雾将通过过热蒸汽流，并撞上蒸汽管的相对侧，从而导致水积累。该水积累可能引起蒸汽管的腐蚀和热应力，这可能导致结构故障。不过，当暴露于过热蒸汽中的冷却水喷雾的表面面积较大(因此将可能有非常细小的液滴尺寸)时，蒸发的效果大大增加。

此外，冷却水与过热蒸汽的混合可以通过使得冷却水以均匀几何形状流的形式喷射至蒸汽管中而提高，从而冷却水的作用均匀分布在整个蒸气流中。相反，冷却水的非均匀喷射形式可能导致整个过热蒸汽流的不均匀和较差控制的温度降低。沿这些管线，冷却水喷雾不能有效地在过热蒸汽流中蒸发也可能导致冷却水积累于蒸汽管中。该冷却水的积累最终将在水和过热蒸汽之间的非均匀热交换中蒸发，从而导致较差控制的温度降低。

在进行满足前述需要的尝试时，现有技术中已经发展了多种减温器装置。这些现有技术包括在美国专利No.6746001(标题为Desuperheater Nozzle)和7028994(标题为Pressure Blast Pre-FilmingSpray Nozzle)以及美国专利公开No.2006/0125126(标题为PressureBlast Pre-Filming Spray Nozzle)中所述的装置，这些文献结合在本文中，作为参考。本发明对这些和其它现有技术方案进行了改进，并提供了用于将冷却水喷射至过热蒸汽流中的减温器装置，该减温器装置结构简单，具有相对较少部件，并需要最少量的维护，它能够以细小水雾(具有非常小的液滴)的形式喷射冷却水，用于更有效地在过热蒸汽流中蒸发，并能够以几何上均匀的流动形式喷射冷却水，用于在整个过热蒸汽流中更均匀地混合。下面将更详细地介绍本发明的各种新颖特征。

发明内容

根据本发明，提供了一种改进的阀元件，用于蒸汽减温装置的喷嘴组件，该喷嘴组件设置成将冷却水以基本均匀分布的喷雾的形式喷射至过热蒸汽流中。

喷嘴组件包括喷嘴壳体和阀元件，该阀元件可运动地与喷嘴壳体相接。阀元件(通常也称为柱销(pintle)或阀塞)延伸穿过喷嘴壳体，并可在关闭位置和打开(流动)位置之间轴向滑动。喷嘴壳体具有壳体入口和壳体出口。壳体入口位于喷嘴壳体的上部部分处，壳体出口位于喷嘴壳体的下部部分处。喷嘴壳体的上部部分限定用于从喷嘴进口接收冷却水的壳体腔室。喷嘴壳体的下部部分限定阀前廊道，该阀前廊道通过喷嘴壳体的中间部分而与壳体腔室分离。阀杆孔穿过中间部分轴向形成。

多个壳体通道形成于中间部分中，以便使得壳体腔室(即壳体入口)与阀前廊道(即壳体出口)相互流体连接，使得当阀元件移动或驱动至打开位置时，冷却水在从壳体出口处离开壳体组件之前可以进入壳体入口，流入壳体腔室，流过壳体通道和流入阀前廊道中。

阀元件包括阀体和细长阀杆，该阀杆整体附接在阀体上，并从该阀体轴向伸出。阀杆从阀体轴向伸出，并通过喷嘴壳体的阀杆孔而前进，且尺寸和结构设置成提供在阀杆孔中的轴向滑动配合，使得阀元件可以在打开和关闭位置之间往复运动。喷嘴壳体的下部部分包括环绕其形成的阀座，用于与阀体密封接合。阀座优选地设置成与阀体互补。

在本发明的一个实施例中，阀体自身包括喷嘴圆锥体，该喷嘴圆锥体整体连接在阀杆上，并限定外表面，该外表面专门成形为具有弯曲的椭圆形轮廓。大致四边形的毂形部成一体地形成于喷嘴圆锥体的底表面上，该毂形部具有四个肋状物，这四个肋状物从由毂形部限定的四个角部区域中的相应一个处凸出。大致圆形的断裂环整体连接在各肋状物上。肋状物的外端与喷嘴圆锥体的外表面和断裂环的外表面都连续，且肋状物、断裂环和喷嘴圆锥体的外表面一起限定阀体的渐缩轮廓。

在阀体中，断裂环布置成与喷嘴圆锥体的下边缘间隔开，该下边缘包围喷嘴圆锥体的底表面。这样，在阀体中形成一系列窗口，且各窗口由喷嘴圆锥体的下边缘的区段、相邻对的肋状物和断裂环的顶边缘的区段来形成。窗口的边缘较尖锐，以便切割离开喷嘴圆锥体的外表面的层流，该尖锐边缘对于减小阀元件和因此喷嘴组件的液滴的尺寸很重要。

阀体的断裂环具有三角楔形截面构造，且各楔形的顶点优选地与来自喷嘴圆锥体的下边缘的切线相交。类似的，各肋状物优选地具有三角楔形截面构造，且肋状物的顶点朝着阀元件的轴线向内连续，直到肋状物最终与形成于喷嘴圆锥体的底表面上的毂形部连接。肋状物与毂形部(因此与喷嘴圆锥体)的整体连接将明显提高肋状物以及整体连接在该肋状物上的断裂环的机械强度。由肋状物、断裂环、毂形部和喷嘴圆锥体限定的阀体的内表面没有方形角部或相交部，该角部或相交部的消除将防止在离开阀元件的层流中形成条纹。本领域普通技术人员应当知道，该条纹的产生又将在低喷嘴流速时产生不希望的较大液滴。

根据本发明的阀元件的另一实施例，各肋状物的外端表面可以相对于喷嘴圆锥体的下边缘为台阶形。这与前述实施例不同，前述实施例为成直线的轮廓，其中，断裂环的外表面、肋状物的外表面和喷嘴圆锥体的外表面基本相互平齐或连续，如上所述。通过台阶形轮廓，断裂环和肋状物的外表面在基本相互平齐或连续的同时相对于喷嘴圆锥体的外表面稍微成锐角，因此在喷嘴圆锥体下面的台阶处与该喷嘴圆锥体相交。台阶形轮廓的目的是在低流速时产生分离的层流。层流在断裂环处分裂，且角度差使得流体流的一部分径向向外偏转，从而产生喷雾的圆锥形区域。相反，通过成直线的轮廓，断裂环、肋状物和喷嘴圆锥体的相切或连续外表面使得对层流的破坏最小，特别是在低喷嘴流速时。

根据本发明的阀元件的还一实施例，断裂环通过连续间隙或槽道而与喷嘴圆锥体分离。在该特殊实施例中，肋状物整体连接在大致圆形的毂形部部分上，该毂形部部分整体连接在喷嘴圆锥体的底表面上。

尽管根据本发明构成的阀元件的几何形状稍微复杂，但是这样的阀元件能够非常简单地制造。内部的渐缩轮廓和轮廓的弯曲椭圆形路径通过由简单的渐缩轮廓工具在CNC机器上机械加工阀体而产生。这明显提高了现有技术的阀元件设计，现有技术的阀元件设计通常很难在不损害性能和强度的情况下制造。

在本发明的阀元件的各实施例中，喷嘴圆锥体的外表面的一部分设置成与喷嘴组件的阀座互补，使得当阀元件处于关闭位置时，喷嘴圆锥体的外表面与由喷嘴壳体的下部部分限定的阀座的接合有效阻塞冷却水流出喷嘴组件。相反，当阀元件从关闭位置轴向运动至打开位置时，冷却水能够向下流过由喷嘴圆锥体的外表面和阀座一起限定的环形间隙。当阀元件处于打开位置时，圆锥形阀座和圆锥形外表面的组合能使得离开环形间隙的冷却水有效地产生圆锥形喷雾模式。当冷却水的薄膜向下流过阀体的喷嘴圆锥体的外表面时，冷却水层的一部分撞上断裂环，且全部冷却水最终进入流过蒸汽管的过热蒸汽流中。

由于根据本发明的各实施例构成的阀元件的结构和功能特性，冷却水液滴尺寸保持最小，从而除了改进冷却水的空间分布，还改进了冷却水在过热蒸汽流中的吸收和蒸发效率。这样，当阀元件处于打开位置时，根据本发明构成的阀元件的结构和功能特性可操作成引起由喷嘴组件产生的、冷却水的圆锥形喷雾模式，且冷却水层的一部分在断裂环上经过提供了所需的较低液滴尺寸特性，如上所述。

通过结合附图阅读下面的详细说明，将更好地理解本发明。

附图说明

通过参考附图将更清楚本发明的这些以及其它特征，附图中：

图1是减温器装置的纵剖图，该减温器装置包括具有根据本发明第一实施例构成的阀元件的喷嘴组件；

图2a是图1的喷嘴组件的纵剖图，表示了第一实施例的阀元件处于关闭位置；

图2b是图1的喷嘴组件的纵剖图，表示了第一实施例的阀元件处于打开位置；

图3是第一实施例的阀元件的侧视图；

图4是第一实施例的阀元件的仰视图；

图5是第一实施例的阀元件沿图4中的线5-5剖开的局部剖视图；

图6是第一实施例的阀元件沿图4中的线6-6剖开的局部剖视图；

图7是根据本发明的第二实施例构成的阀元件的侧视图；

图8是图7中所示的包围区域8的放大图；

图9是根据本发明第三实施例构成的阀元件的侧视图；

图10是图9中所示的第三实施例的阀元件的剖视图；

图11是第三实施例的阀元件的仰视图；

图12是第三实施例的阀元件沿图11中的线12-12剖开的局部剖视图；以及

图13是第三实施例的阀元件沿图11中的线13-13剖开的局部剖视图。

共同参考标号用于全部附图和具体实施方式中并表示相同元件。

具体实施方式

下面将参考附图，附图中所示只是为了表示本发明的优选实施例，而并不是为了限制本发明，图1表示了示例减温装置10，该示例减温装置10包括在喷嘴组件20中的改进柱销或阀元件78。阀元件78延伸穿过喷嘴组件20，并可在关闭位置和打开位置之间轴向滑动。如图1中所示，过热蒸汽流在升高压力下经过蒸汽管12，喷嘴组件20可以通过合适方式而附接在该蒸汽管12上，所述合适方式例如通过焊接等。喷嘴保持器18使得冷却水供给管线16与喷嘴组件20连接，用于向它提供合适的冷却水供给。

冷却水供给管线16与冷却水控制阀14连接。冷却水控制阀14可以与高压水供给源(未示出)流体连接。控制阀14可操作成响应安装在喷嘴组件20下游的蒸汽管12中的温度传感器(未示出)来控制进入冷却水供给管线16的冷却水流。控制阀14可以改变流过冷却水供给管线16的流量，以便在喷嘴组件20中产生变化的水压。

当喷嘴组件20中的冷却水压力大于蒸汽管12中的过热蒸汽的升高压力时，喷嘴组件20将冷却水喷雾提供到蒸汽管12中。尽管图1表示了与蒸汽管12连接的单个喷嘴组件20，但是也可以考虑任意数目的喷嘴组件20环绕蒸汽管12的周边间隔开，用于优化减温器装置10的效率。各喷嘴组件20可以通过冷却水供给管线16而与歧管(未示出)连接，该歧管环绕蒸汽管12，并与冷却水控制阀14连接。如后面所述，喷嘴组件20的阀元件78专门用于产生基本均匀分布的冷却水喷雾，用于喷射至过热蒸汽流中，以便降低该过热蒸汽流的温度。

下面参考图2A和2B，图中表示了图1的减温装置10的喷嘴组件20的剖视图。在图2A和2B中，喷嘴组件20包括喷嘴壳体22和阀元件78，该阀元件78根据本发明第一实施例构成。图3-6中也表示了第一实施例的阀元件78。下面将更详细地介绍阀元件78的特定结构和特征。喷嘴组件20在图2A中示出，其中阀元件78布置在关闭位置。图2B表示了布置在打开位置的阀元件78。喷嘴壳体22具有壳体入口28和壳体出口30。壳体入口28位于喷嘴壳体22的上部部分24处。壳体出口30位于喷嘴壳体22的下部部分26处。上部和下部部分24、26可以集成为单个结构。

也可选择，喷嘴壳体22可以制造为两个单独部件，这两个部件包括上部部分24和下部部分26，如图2A和2B中所示。上部部分24可以在它和下部部分26之间的抵靠件40处螺纹附接在下部部分26上，使得阀元件78和下部部分26可以从上部部分24上除去，并由相同结构或可选结构的阀元件78和下部部分26来代替。因此，可以设想，阀元件78可以互换，其中，阀元件78的可选实施例可以代替第一实施例。这样，图7和8表示了根据本发明第二实施例构成的阀元件78a。图9-13表示了根据本发明第三实施例构成的阀元件106。阀元件78的第二和第三实施例的特定结构和特征将在后面更详细介绍。

还参考图2A，喷嘴壳体22的上部部分24可以限定用于从壳体入口28接收冷却水的壳体腔室32。喷嘴壳体22的下部部分26可以限定阀前廊道34，该阀前廊道34通过喷嘴壳体22的中间部分76而与壳体腔室32分开。壳体腔室32和阀前廊道34可以为环形形状。阀杆孔42可以穿过喷嘴壳体22的中间部分76而沿轴向形成。多个壳体通道36形成于中间部分76中，以便使得壳体腔室32(即壳体入口28)与阀前廊道34(即壳体出口30)相互流体连通，使得当阀元件78移动或启动至打开位置时，冷却水在壳体出口30处离开喷嘴组件20之前从壳体入口28流入壳体腔室32中，并通过壳体通道36而流入阀前廊道34中。

如图2A中所示，壳体通道36可以相对于阀杆孔42沿从壳体入口28至壳体出口30的方向向内成一定角度。壳体通道36的这样向内成一定角度可以使得喷嘴组件20的总体尺寸基本减小。此外，壳体通道36这样向内成一定角度可以有利于形成从喷嘴组件20排出的、基本均匀喷雾形式的冷却水。壳体通道36可以环绕阀杆孔42同心布置并等距离间隔开。不过，壳体通道36可以设置成任意结构。例如，壳体通道36可以设置成具有基本相等的圆形截面形状，并与阀杆孔42轴向对齐。

此外，壳体通道36可以设置为多个大致弓形的狭槽，这些狭槽彼此等距离间隔开地轴向延伸穿过中间部分76。壳体通道36绕阀杆孔42间隔开，以便消除冷却水以流动喷雾形式离开喷嘴组件20的趋势。这样，阀元件78的几何形状和壳体通道36的组合设置成进行配合，以便将几何上均匀的喷雾形式的冷却水提供至蒸汽管12中。不管它们的特定几何布置、尺寸和形状，当阀元件78运动至打开位置时，壳体通道36设置成提供从壳体入口28至壳体出口30的冷却水流，如后面更详细所述。

已经这样介绍了喷嘴组件20的结构和功能特性，下面将特别参考图3-6介绍它的阀元件78的特定功能和结构特征。特别是，阀元件78包括阀体80和细长阀杆82，该阀杆82成一体地附接在阀体80上，并从该阀体80轴向伸出。阀杆82具有大致圆形的截面形状，并限定远端84。可以考虑，阀杆82的、延伸至远端84的远端部分可以在外部具有螺纹，用于方便阀元件78与喷嘴组件20的其余部分的操作相接。阀杆82的尺寸和结构设置成可通过喷嘴壳体22的阀杆孔42滑动前进。这样，阀杆82的尺寸和结构可以设置成与阀杆孔42互补，使得在它们之间提供轴向滑动配合。这使得阀杆82(和因此阀元件78)能够在阀杆孔42内往复运动，使得阀元件78可以在它的打开和关闭位置之间运动，如下面更详细所述。

阀元件78的阀体80自身包括喷嘴圆锥体86，该喷嘴圆锥体86整体连接在阀杆82上，并限定圆锥形外表面88，当它沿阀元件78的轴线延伸时，该圆锥形外表面88专门成形为具有弯曲的椭圆形轮廓。除了外表面88，喷嘴圆锥体86限定底表面90，该底表面90由大致圆形的周边下边缘92包围。大致四边形的毂形部94成一体地形成于喷嘴圆锥体86的底表面90上。多个(例如四个)肋状物96整体连接在毂形部94上，该肋状物96从由毂形部94限定的四个角部区域中的相应一个处凸出。如图6中所示，肋状物96也整体连接在喷嘴圆锥体86的底表面90上。大致圆形或环形的断裂环98整体连接在各肋状物96上，该断裂环98布置成与喷嘴圆锥体86间隔开，特别是与该喷嘴圆锥体86的下边缘92间隔开。在阀体80中，肋状物96的外端或外端表面基本与喷嘴圆锥体86的外表面88和断裂环98的外表面平齐或连续，最好如图3中所示。因此，喷嘴圆锥体86的外表面88、肋状物96的外端表面以及断裂环98的外表面共同限定用于阀体80的渐缩轮廓。

在阀元件78中，阀体80的断裂环98布置成与喷嘴圆锥体86的周边下边缘92间隔开，如上所述，该下边缘92环绕喷嘴圆锥体86的底表面90。断裂环98优选地还有三角楔形截面形状，如图5中所示，且该楔形的顶点限定断裂环98的前边缘或顶边缘102，该顶边缘102优选地与来自喷嘴圆锥体86的下边缘92的切线相交。类似地，最好如图6中所示，各肋状物96优选地具有三角楔形截面形状，且各肋状物96的顶点限定它的底边缘104，其指向背离喷嘴圆锥体86。在阀元件78中，各肋状物96的的顶点或底边缘104朝着阀元件78的轴线向内连续，直到肋状物96最终与形成于喷嘴圆锥体86的底表面90上的上述毂形部94连接。

如上所述，在阀体80中，断裂环98布置成与喷嘴圆锥体86的下边缘92间隔开。因此，多个(例如四个)窗口100形成于阀体80中，且各窗口100由喷嘴圆锥体86的下边缘92的区段、相邻对的肋状物96以及断裂环98的顶边缘102的区段来构成。窗口100的边缘(特别是断裂环98的顶边缘102)较尖锐，以便切割离开喷嘴圆锥体86的外表面88的层流，且该尖锐边缘对于减小从阀元件78(因此从喷嘴组件20)出来的液滴尺寸很重要。

在阀元件78中，肋状物96与毂形部94和喷嘴圆锥体86的一体连接明显提高了肋状物96和整体连接在该肋状物96上的断裂环98的机械强度。另外，由肋状物96、断裂环98、毂形部94和喷嘴圆锥体86限定的阀体80的内表面各自优选地形成为这样，即在阀元件78上面流动的冷却水并不接触到任何方形角部或相交部，该角部或相交部的消除将防止在离开阀元件78的层流中形成条纹。这样，如图3中所示，在各肋状物96和断裂环98的顶边缘102之间的转变将由各肋状物96的相对的成对弓形区段95来部分限定。因此，各窗口100将部分地由包含在相邻对的肋状物96的相应一个上的两个弓形区段95来限定。而且，如图4中所示，在各肋状物96的相对侧表面和断裂环98的内表面之间的转变由各肋状物96的相对的成对弓形区段97来限定。如上所述，由肋状物96的弓形区段95、97产生的圆角角部对于减少或消除离开阀元件78的层流中的条纹起作用。

如上所述，阀杆82可通过阀杆孔42而滑动前进，并与喷嘴壳体22操作连接，以便允许阀元件78在它的打开位置和关闭位置之间往复运动。在喷嘴组件20中，喷嘴壳体22的、在壳体出口30处的下部部分26限定环形阀座44，该环形阀座44用于与阀体80密封接合，特别是与阀体80的喷嘴圆锥体86的外表面88的一部分密封接合。阀座44通常成一定角度为大致圆锥形构造，如图2A和2B中所示。优选地，在阀体80中的喷嘴圆锥体86的外表面88的尺寸和结构设置成与阀座44互补，使得当阀元件78处于关闭位置时，外表面88与阀座44的接合有效阻止冷却水流出至喷嘴组件20的外部。相反，当阀元件78从关闭位置轴向运动至打开位置时，冷却水能够以图2B中所示的方式向下流过由喷嘴圆锥体86的外表面88和阀座44共同限定的环形间隙56。

优选地，阀体80的喷嘴圆锥体86的外表面88设置成使得它的半角与阀座44的半角不同。更具体地说，外表面88的半角优选地设置成小于或大于阀座44的半角。另外，外表面88的半角和阀座44的半角优选地在大约20度和大约60度之间。而且，如图2A中所示，相对于喷嘴壳体22，阀元件78的尺寸和结构为这样，甚至当阀元件78处于它的关闭位置时，喷嘴圆锥体86的周边边缘92、窗口100、肋状物96和断裂环98各自布置在喷嘴壳体20的下部部分26的外部。

当阀元件78驱动至它的打开位置时，如图2B中所示，圆锥形阀座44和喷嘴圆锥体86的圆锥形外表面88的组合能有效地使得离开环形间隙56的冷却水产生圆锥形喷雾模式。当冷却水的薄膜沿阀体80的喷嘴圆锥体86的外表面88流动时，喷嘴圆锥体86的逐渐增加的直径(由于它的圆锥形形状)可操作成逐渐减小冷却水的层厚度，从而有利于初步减小在圆锥形喷雾模式中的液滴尺寸。另外，在断裂环98和喷嘴圆锥体86之间的间距用于使得冷却水的圆锥形喷雾模式或层的至少一部分与阀元件78分离。当圆锥形喷雾模式或层与断裂环98的顶边缘102碰撞时，断裂环98的顶边缘102使得冷却水的圆锥形层分裂，从而提供第二级雾化。断裂环98的功能基于Lefavre原理，它保持冷却水的液滴尺寸在它经过阀元件78之后与冷却水的层厚成比例。在冷却水的液滴尺寸通过使得冷却水层撞上断裂环98的顶边缘102上而有效减小之后，冷却水进入通过蒸汽管12的过热蒸汽流中。优选地，阀元件78的结构和功能特征使得冷却水液滴尺寸有效地减至最小，从而除了改进冷却水的空间分布，还改进冷却水在过热蒸汽流中的吸收和蒸发效率。

返回参考图2A和2B，喷嘴组件20还可以包括至少一个阀弹簧58，该阀弹簧58与阀元件78操作连接，用于将阀元件78偏压成密封接合在阀座44上。阀弹簧58抵靠喷嘴壳体22的壳体凸肩38，并将阀体80偏压成密封接合在阀座44上。可以考虑，偏压力可以由以背对背结构可滑动地安装在阀杆82上的至少一对贝式弹簧垫片来提供。另外，尽管表示为贝式弹簧垫片，但是应当注意，阀弹簧58可以设置成多种可选结构。隔离件60也可以包含在喷嘴组件20内，且隔离件60与阀弹簧58抵靠地安装在阀杆82上。图2A和2B中所示的隔离件60具有大致圆柱形构造。隔离件60的厚度可以选择地调节，以便限制阀元件78在喷嘴壳体22内的压缩特征，从而阀元件78从关闭位置向打开位置运动的点可以调节。在该方面，可以考虑，对于给定构造的喷嘴组件20，各种厚度的隔离件60可以被替换，以便对于阀元件78的轴向运动以及最后当阀元件78处于打开位置时的环形间隙56的尺寸将提供一些程度的可控制性。

安装在阀元件78的阀杆82上的阀止动器62也包含在喷嘴组件20中。对于包括穿过形成的弹簧孔(未示出)的喷嘴壳体22的构造，阀止动器62可以设置成延伸超过隔离件60的直径。在包括弹簧孔的这种结构中，阀止动器62可以限制阀元件78的轴向运动。在图2A和2B中，阀止动器62表示为设置成止动器垫圈，该止动器垫圈安装在阀杆82上，并布置成与隔离件60抵靠接触。止动器垫圈的直径可以大于弹簧孔(如果包括的话)的直径，用于限制阀元件78的轴向运动，从而可以限制环形间隙56的尺寸。

如图2A和2B中进一步所示，喷嘴组件20还可以包括负载螺母64，该负载螺母64可螺纹附接在上述阀杆82的外螺纹远端部分上。负载螺母64可以调节成通过使得阀杆82和隔离件60相对彼此轴向运动来向阀弹簧58施加弹簧预负载，以便在隔离件60和壳体凸肩38之间压缩阀弹簧58。对于不包括隔离件60的喷嘴组件20的构造，负载螺母64的调节将压缩在壳体凸肩38和阀止动器62之间的阀弹簧58。对于不包括阀止动器62的喷嘴组件20的构造，负载螺母64的调节将压缩在负载螺母64和壳体凸肩38(或弹簧孔，如果包括的话)之间的阀弹簧58。在任何情况下，负载螺母64都可以调节成向阀体80施加相对于阀座44的压缩力。负载螺母64可选择地调节，以便调节在阀前廊道34中的冷却水的、对阀体80的压力克服弹簧预负载和过热蒸汽的升高压力对阀体80的组合压力处的点。因此，弹簧预负载被相对于阀座44传递给阀体80。由阀弹簧58施加在阀座44上的线性关闭力的大小通过负载螺母64沿阀杆82的螺纹部分的轴向位置来调节。尽管未示出，还可以考虑喷嘴组件20可以设有结构特征，该结构特征用于以在负载螺母64的调节过程中保持阀元件78防止其旋转的方式与阀元件78相接，并进一步用于防止负载螺母64在调节后旋转。

在操作中，升高压力的过热蒸气流经过蒸汽管12，喷嘴壳体22附接在该蒸汽管12上，如图1中所示。冷却水供给管线16提供了冷却水向喷嘴组件20的供给。控制阀14改变流过冷却水供给管线16的流量，以便控制喷嘴组件20中的水压力。离开冷却水供给管线16的冷却水通入壳体入口28附近的壳体腔室32中。冷却水流过喷嘴壳体22的壳体通道36进入邻近壳体出口30的阀前廊道34中。壳体通道36使冷却水以流动喷雾形式离开喷嘴组件20的趋势最小化或消除。当阀元件78处于如图2A中所示的关闭位置时，在阀前廊道34中的冷却水压靠阀元件78的阀体80。

如上所述，负载螺母64的调节将压缩阀弹簧58，以便相对于阀座44向阀体80提供压缩力。这样，弹簧预负载用于首先将阀元件78保持在关闭位置，如图2A中所示。由阀弹簧58施加在阀座44上的线性关闭力的大小通过使得负载螺母64沿阀杆82的外螺纹部分旋转而进行调节。负载螺母64可选择地调节，以便调整在阀前廊道34中的冷却水的、对阀体80的压力克服弹簧预负载和过热蒸汽的升高压力的组合压力处的点，该过热蒸汽的升高压力作用在由阀体80限定的阀元件78的内表面上。

当冷却水对阀体80的压力克服弹簧预负载和过热蒸汽的升高压力的组合压力时，阀体80轴向运动离开阀座44，从而打开环形间隙，如图2B中所示。然后，冷却水流过环形间隙56，并进入包含过热蒸汽流的蒸汽管12中。当控制阀14响应来自温度传感器的信号而增加流过冷却水供给管线16的水流量时，冷却水对阀体80的压力增加，从而迫使阀体80进一步轴向远离阀座44，并进一步增加环形间隙56的尺寸。这又允许更大量的冷却水通过环形间隙56并进入过热蒸汽流中。为了使得冷却水沿喷嘴圆锥体86的圆锥形外表面88流动，上述外表面88的弯曲的椭圆形轮廓产生了偏转角，该偏转角帮助优化冷却水流过间隙56的流动特征。

如上所述，由于阀元件78的结构和功能特性，来自流过阀元件78的圆锥形层的冷却水液滴尺寸最小，从而除了提高冷却水的空间分布，还提高了冷却水在过热蒸汽流中的吸收和蒸发效率。这样，冷却水以包括非常小的水滴的、大致均匀的细小喷雾形式的圆锥形模式进入蒸汽管12中。均匀喷雾形式保证冷却水与过热蒸汽流的完全和均匀混合。均匀喷雾形式还使得冷却水喷雾的表面面积最大，从而提高了冷却水的蒸发速率。

下面参考图7和8，图中表示了根据本发明第二实施例构成的阀元件78a。阀元件78a的结构和功能基本与上述阀元件78类似，在阀元件78、78a之间的仅有区别在下面特别说明。

在阀元件78、78a之间的仅有区别在于阀元件78a中的各肋状物96a的外端表面相对于喷嘴圆锥体86a的下边缘92a具有台阶。这与成直线轮廓的阀元件78不同，在阀元件78中，断裂环98的外表面、肋状物96的外端表面和喷嘴圆锥体86的外表面88基本相互平齐或连续，如上面所述。通过台阶轮廓，断裂环98a和肋状物96a的外表面在基本相互平齐或连续的同时还相对于喷嘴圆锥体88的外表面88a稍微成锐角，因此在该喷嘴圆锥体86a下面的台阶99a处与该喷嘴圆锥体86a相交，最好如图8中所示。该台阶轮廓的目的是在较低流速时产生分离的层流。这样，在阀元件78a中，尽管层流仍然在断裂环98a处分裂，但是由于台阶99a的不同角度而使得流体流的一部分径向向外偏转，从而增加了喷雾的圆锥面积。相反，对于上面关于阀元件78所述的成直线轮廓，断裂环98、肋状物96和喷嘴圆锥体86的相切或连续外表面使层流的破裂最小，特别是在低喷嘴流速时。

下面参考图9-13，图中表示了根据本发明的第三实施例构成的阀元件106。阀元件106包括阀体108和细长阀杆110，该阀杆110一体地附接在阀体108上，并从该阀体108轴向伸出。阀杆110具有大致圆形截面构造，并限定远端112。可以考虑，阀杆110的、伸向它的远端112的远端部分可以具有外螺纹，用于方便使得阀元件106操作相接至上述喷嘴组件20中。与阀元件78的阀杆82类似，阀杆110的尺寸和构造设置成可通过喷嘴壳体22的阀杆孔42而滑动前进。这样，阀杆110的尺寸和构造设置成与阀杆孔42互补，从而在它们之间提供轴向滑动配合。这使得阀杆110和(因此)阀元件106能够在阀杆孔42内往复运动，从而使得阀元件106可以在喷嘴组件20内在打开和关闭位置之间运动。

阀元件106的阀体108自身包括喷嘴圆锥体114，该喷嘴圆锥体114整体连接在阀杆110上，并限定外表面116，该外表面116特别成形为当它沿阀元件106的轴线延伸时具有弯曲的椭圆形轮廓。除了外表面116，喷嘴圆锥体114限定底表面118，该底表面118由大致圆形的周边下边缘120包围。圆形的、大致圆柱形的毂形部122成一体地形成于喷嘴圆锥体114的底表面118上。多个(例如四个)肋状物124整体连接在毂形部122上。肋状物124以大约90°的等距离间距从毂形部122径向向外凸出。大致圆形或环形的断裂环126整体连接在各肋状物124的远端上。

在阀元件106中，阀体108的断裂环126布置成与喷嘴圆锥体114的周边下边缘120成间隔关系，该周边下边缘如上所述包围喷嘴圆锥体的底表面118。断裂环126还优选地具有三角楔形截面构造，如图12和13中所示，其中，该楔形的顶点限定断裂环126的顶边缘128，该顶边缘128优选地与来自喷嘴圆锥体114的下边缘120的切线相交。类似的，如图12中所示，各肋状物124优选地具有三角楔形截面构造，其中，各肋状物124的顶点限定它的下边缘130，其指向背离喷嘴圆锥体114。在阀元件106中，各肋状物124的下边缘130的顶点朝着阀元件106的轴线向内连续，直到肋状物124最终与在喷嘴圆锥体114的底表面118上形成的上述毂形部122连接。

在阀元件106的阀体108中，断裂环126布置成与喷嘴圆锥体114间隔开，特别是与喷嘴圆锥体114的下边缘120间隔开。因此，连续槽道或间隙132限定于喷嘴圆锥体114和断裂环126之间，更特别是在喷嘴圆锥体114的下边缘120和断裂环126的顶边缘128之间。断裂环126的顶边缘128较尖锐，以便切割离开喷嘴圆锥体114的外表面116的层流，该尖锐边缘对于如果阀元件106集成于喷嘴组件20中则减小阀元件106的液滴尺寸很重要。

在阀元件106中，肋状物124与毂形部122的整体连接将明显提高肋状物124以及与该肋状物124整体连接的断裂环126的机械强度。另外，由肋状物124、断裂环126、毂形部122和喷嘴圆锥体114限定的阀体108的内表面各自优选地形成这样，即在阀元件106上面流动的冷却水并不接触到任何方形角部或相交部，该角部或相交部的消除将帮助防止在离开阀元件106的层流中形成条纹。

阀元件106操作附接在喷嘴组件20的其余部分上的方式与上面对于阀元件78相接在喷嘴组件20的其余部分内所述的方式相同。喷嘴圆锥体114的外表面116还设置成在需要时使得它的半角与阀座44的半角不同，以便于当阀元件106处于关闭位置时在阀元件106和喷嘴壳体22之间进行规定的密封接合。如果阀元件106代替阀元件78，并被驱动至与图2B中所示类似的打开位置，圆锥形阀座44和喷嘴圆锥体114的圆锥形外表面116的组合能有效地引起离开环形间隙56的冷却水的圆锥形喷雾模式。当冷却水的薄膜沿阀体108的喷嘴圆锥体114的外表面116流动时，喷嘴圆锥体114由于它的圆锥形形状而逐渐增加的直径可操作成逐渐减小冷却水的层厚，从而有利于初步减小在圆锥形喷雾模式中的液滴尺寸。另外，在断裂环126和喷嘴圆锥体114之间的间距用于使得冷却水的圆锥形喷雾模式或层暂时与阀元件106分开。当圆锥形喷雾模式或层与断裂环126的顶边缘128碰撞时，断裂环126的顶边缘128使得冷却水的圆锥形层分裂，从而提供第二级雾化，与对于阀元件78所述类似。因此，阀元件106的结构和功能特性使得冷却水液滴尺寸有效地减至最小，从而除了改进冷却水的空间分布，还改进了冷却水在过热蒸汽流中的吸收和蒸发效率。

本说明书提供了本发明的示例实施例。本发明的范围并不由这些示例实施例限制，本领域技术人员根据本说明书可以进行多种变化，不管是由说明书中明确提出还是暗示，所述变化例如结构、尺寸、材料类型和制造方法的变化。

Claims (20)

1.一种用于集成在喷嘴组件中的阀元件，所述阀元件包括：

大致圆锥形的阀体；以及

细长阀杆，所述阀杆整体连接在所述阀体上，并沿阀元件轴线从所述阀体沿轴向伸出；

其中，所述阀体包括：

喷嘴圆锥体，所述喷嘴圆锥体限定外表面和底表面，所述底表面由周边下边缘包围，所述外表面在从所述阀杆朝着所述下边缘延伸时具有大致椭圆形的轮廓；

毂形部，所述毂形部整体连接在所述喷嘴圆锥体的底表面上；

至少一个肋状物，所述至少一个肋状物整体连接在所述毂形部上；以及

断裂环，所述断裂环整体连接在所述至少一个肋状物上，并相对于所述喷嘴圆锥体间隔布置。

2.根据权利要求1所述的阀元件，其中：所述至少一个肋状物包括多个肋状物，所述多个肋状物整体连接在所述毂形部上，所述断裂环整体连接在所述多个肋状物的每一个上。

3.根据权利要求2所述的阀元件，其中：所述毂形部具有大致四边形的构造，且四个肋状物整体连接在由所述毂形部限定的四个角部区域中的相应一个上并从所述角部区域凸出。

4.根据权利要求2所述的阀元件，其中：所述毂形部具有大致圆柱形的构造，且四个肋状物整体连接在所述毂形部上并从所述毂形部沿径向向外凸出。

5.根据权利要求4所述的阀元件，其中：所述肋状物布置成等距离间隔大约90°。

6.根据权利要求2所述的阀元件，其中：所述肋状物中的每一个还整体连接在所述喷嘴圆锥体的底表面上。

7.根据权利要求2所述的阀元件，其中：所述肋状物中的每一个具有大致楔形的截面构造，并限定下部顶点，所述下部顶点的指向背离所述喷嘴圆锥体。

8.根据权利要求2所述的阀元件，其中：所述肋状物中的每一个限定外端表面，所述外端表面与所述喷嘴圆锥体的外表面基本连续。

9.根据权利要求8所述的阀元件，其中：所述肋状物中的每一个的外端表面通过台阶与所述喷嘴圆锥体的下边缘分离，所述台阶由所述喷嘴圆锥体的底表面的周边部分来限定。

10.根据权利要求8所述的阀元件，其中：所述断裂环限定外表面，所述外表面与所述肋状物中的每一个的外端表面基本平齐。

11.根据权利要求1所述的阀元件，其中：所述断裂环具有大致楔形的截面构造，并限定上部顶点，所述上部顶点朝向喷嘴圆锥体的下边缘，并布置成与所述喷嘴圆锥体的下边缘间隔开。

12.根据权利要求11所述的阀元件，其中：所述喷嘴圆锥体的下边缘、断裂环的上部顶点和肋状物共同限定布置在所述阀体内的多个窗口。

13.一种用于集成在喷嘴组件中的阀元件，所述阀元件包括：

大致圆锥形的阀体；以及

细长阀杆，所述阀杆整体连接在所述阀体上，并沿阀元件轴线从所述阀体沿轴向伸出；

其中，所述阀体包括：

喷嘴圆锥体，所述喷嘴圆锥体限定外表面和底表面，所述底表面由周边下边缘包围；

毂形部，所述毂形部整体连接在所述喷嘴圆锥体的底表面上；

至少一个肋状物，所述至少一个肋状物整体连接在所述毂形部上，并限定外端表面，所述外端表面与所述喷嘴圆锥体的外表面基本连续；以及

断裂环，所述断裂环整体连接在所述肋状物上，并布置成与所述喷嘴圆锥体间隔开，所述断裂环具有外表面，所述外表面与所述肋状物的外端表面基本连续。

14.根据权利要求13所述的阀元件，其中：所述喷嘴圆锥体的外表面在从所述阀杆朝着下边缘延伸时具有大致椭圆形的轮廓。

15.根据权利要求2所述的阀元件，其中：所述毂形部具有大致四边形的构造，且四个肋状物整体连接在由毂形部限定的四个角部区域中的相应一个上并从所述角部区域凸出。

16.根据权利要求15所述的阀元件，其中：所述肋状物中的每一个还整体连接在所述喷嘴圆锥体的底表面上。

17.根据权利要求15所述的阀元件，其中：所述肋状物中的每一个具有大致楔形的截面构造，并限定下部顶点，所述下部顶点的指向背离所述喷嘴圆锥体。

18.根据权利要求13所述的阀元件，其中：所述断裂环具有大致楔形的截面构造，并限定上部顶点，所述上部顶点的指向朝向所述喷嘴圆锥体的下边缘，并布置成与所述喷嘴圆锥体的下边缘间隔开。

19.根据权利要求18所述的阀元件，其中：所述喷嘴圆锥体的下边缘、所述断裂环的上部顶点和所述肋状物共同限定布置在所述阀体内的多个窗口。

20.一种用于集成在喷嘴组件中的阀元件，所述阀元件包括：

大致圆锥形的阀体；以及

细长阀杆，所述阀杆整体连接在所述阀体上，并沿阀元件轴线从所述阀体沿轴向伸出；

其中，所述阀体包括：

喷嘴圆锥体，所述喷嘴圆锥体限定外表面和底表面，所述底表面由周边下边缘包围；

毂形部，所述毂形部整体连接在所述喷嘴圆锥体的底表面上；

至少一个肋状物，所述肋状物整体连接在所述毂形部上，并限定外端表面，所述外端表面通过台阶而与所述喷嘴圆锥体的下边缘分离，所述台阶由所述喷嘴圆锥体的底表面的周边部分限定；以及

断裂环，所述断裂环整体连接在所述肋状物上，并布置成与所述喷嘴圆锥体间隔开，所述断裂环具有外表面，所述外表面与所述肋状物的外端表面基本连续。

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