减温器及其喷嘴的制作方法
【专利说明】减温器及其喷嘴
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年11月8日提交的美国临时申请N0.61/901583的优先权，出于所有目的，其内容通过引用明确地全面结合于此。
技术领域
[0003]本发明涉及减温器，其通常用在电力和过程工业中的流体和气体管线上(例如蒸汽管线)，并进一步涉及用于减温器的喷嘴。
【背景技术】
[0004]减温器用于许多工业流体和气体管线中，以将过热的过程流体和气体的温度降低到期望的设定点温度。例如，减温器用于电力工业中以冷却过热的蒸汽。减温器将雾化的冷却水或其它流体的精细喷雾，在此被称为喷水云，喷入蒸汽管，过程蒸汽流动通过该蒸汽管。喷水云中水滴的蒸发降低了过程蒸汽的温度。通过调整一个或多个控制变量，例如喷射冷却水的体积比率和/或冷却水的温度，能够控制所得到的温度下降。也能调节喷水云中单独液滴的尺寸和/或喷水云的模式来控制温度下降所需的时间。
[0005]典型地，喷水云需要位于喷射点下游的直管的一定的最小长度或行程，以确保单个的雾化水滴基本上完全蒸发。否则，当在蒸汽管中遇到弯管或裂口时，喷水云可能会冷凝或不完全蒸发。直管的这个长度或行程通常被称为“下游管道长度”。温度传感器通常也位于下游管道长度的端部，以感测蒸汽所产生的温度下降。
[0006]减温器通常有两种主要功能之一:机械雾化或蒸汽辅助。机械雾化的减温器仅靠冷却水机械流动通过雾化头，以在喷水云中雾化冷却水。冷却水流入雾化头，其形成喷水云并将喷水云喷入蒸汽管道。
[0007]蒸汽辅助的减温器包括雾化头，其将蒸汽的高速气流与冷却水的水流相结合以雾化冷却水并产生喷水云，蒸汽的高速气流被称为雾化蒸汽。在蒸汽辅助的减温器中，喷水云中单个液滴的大小通常比在机械雾化减温器中的小，因此，在蒸汽管道内蒸发得更快。因此，蒸汽辅助的减温器可被用于更短的下游管道长度可获得的应用中。
[0008]图1示出了一个典型的蒸汽辅助的插入式减温器10。减温器10包括径向突出到蒸汽管12中的插入管11，蒸汽管12携带过程蒸汽。插入管11将单个雾化头13设置在管横截面的中心区域。雾化头13被引导为沿着管12的轴线19轴向地喷射喷水云14。如在此所使用的，术语轴向地用来表示喷水云14的轴线相比于对准管的半径更近地成角度地对准管的轴线19，优选地与轴线19间小于约45°，更优选地与轴线19间小于约5-10°，最优选地平行或同轴于管12的轴线19。雾化蒸汽控制阀15控制雾化蒸汽向减温器10的流动。喷水控制阀16控制冷却水向减温器10的流动。插入管11将雾化蒸汽和冷却水的每一个分别引导至雾化头13。雾化头13混合雾化蒸汽和冷却水，并将所得喷水云轴向地喷入过程蒸汽的流动气流中。然而，主体管11可在过程蒸汽的流动中引起涡流和旋涡。这些旋涡可能在减温器上引起不期望的振动或有其他不期望的影响。此外，对于这种类型的减温器，在减温器10与温度传感器18之间的下游管道长度17可以为30英尺或更多，这取决于许多因素，由于在许多工业环境中的空间限制，其可能会产生问题。
[0009]图2示出了典型的机械雾化环式减温器20，其解决了蒸汽辅助的插入式减温器10的一些限制。环式减温器20将一个或多个喷水云径向地喷入过程蒸汽的流动中，而不是像在插入式减温器10中那样轴向地喷入。环式减温器20包括环形体21和围绕环形体21的圆周设置的一个或多个喷嘴22。环形体21可以是轴向管段，过程蒸汽轴向地移动通过该管段。喷水歧管23向喷嘴22提供冷却水。喷水歧管23由各种管制成，其将喷嘴22连接至冷却水源。每个喷嘴22具有沿环形体21的内表面设置的雾化头24。雾化头24将喷水云径向地喷入蒸汽的轴向流中。环式减温器20克服了或显著地降低了可能发生在插入式减温器10中的涡流旋涡和振动的问题，因为环式减温器20不具有主体管11。环式减温器20为具有更大差异的蒸汽流动特征的蒸汽线路提供更多的灵活性，因为喷嘴22的数量可以增加或减少，以提供更多或更少的冷却喷水进入过程蒸汽中。另外，环式减温器20的下游管道长度经常短于插入式减温器10的下游管道长度，因为喷嘴22径向地喷射喷水云。然而迄今为止，环式减温器已限于机械雾化种类。
【发明内容】
[0010]根据本发明的一些方面，提供了一种蒸汽辅助的环式减温器，其不包括面临旋涡脱落问题的插入式管。在该方面的一些布置示例中，减温器包括具有围绕环形体设置的雾化头的一个或多个喷嘴，以及向每个喷嘴提供冷却水和雾化蒸汽的单独的歧管。
[0011]根据本发明的其它方面，用于蒸汽辅助的环形减温器的喷嘴保持雾化蒸汽和冷却水物理地彼此分离，直到喷射点，优选地在雾化头处。在该方面的一些布置示例中，蒸汽辅助的环形减温器包括一个或多个喷嘴，每个喷嘴包括水流动通道和雾化蒸汽流动通道。保持水流动通道和雾化蒸汽流动通道沿着喷嘴彼此分离，并只汇聚于雾化头处的喷射点。优选地，水流动通道和雾化蒸汽流动通道中的一个或两者由设置在喷嘴壳体的空腔例如孔中的一个或多个流动通道插入件形成。
[0012]在一个示例性布置中，减温器包括限定了轴向流动路径的环形体，围绕环形体设置的多个喷嘴，连接至每个喷嘴的水歧管，用于向每个喷嘴提供冷却水，以及连接至每个喷嘴的蒸汽歧管，用于与冷却水分开地向每个喷嘴提供雾化蒸汽。每个喷嘴包括雾化头，其将冷却水和雾化蒸汽相结合以形成喷水云，并将喷水云径向地喷入轴向流动路径。
[0013]在另一个示例性布置中，环式蒸汽辅助的减温器包括具有壁的环形体，其限定了从环形体的第一端延伸至环形体的第二端的轴向流动路径，布置成提供雾化蒸汽的蒸汽歧管；布置成提供冷却水的水歧管；以及可操作地连接至每个蒸汽歧管和水歧管的喷嘴。喷嘴延伸通过环形体的壁中的孔，并包括连接至环形体的壁的壳体，容纳在孔中并延伸通过壳体的第一端的至少一个流动通道插入件，以及可操作地连接至至少一个流动通道插入件并在环形体内与环形体的壁相邻设置的雾化头。壳体包括在壳体的第一端和壳体的第二端之间延伸的孔。至少一个流动通道插入件限定了与水歧管流体连通的至少第一流体流动路径，以引导冷却水通过喷嘴，以及与蒸汽歧管流体连通的第二流体流动路径，以与冷却水分开地引导雾化蒸汽通过流动通道。雾化头将雾化蒸汽和冷却水相结合，以形成喷水云并将喷水云径向地引导至环形体中。
[0014]在另一个示例性布置中，用于蒸汽辅助的环式减温器的喷嘴包括壳体，其具有从壳体的第一端延伸至壳体的第二端的孔，延伸通过壳体并与孔相交的第一入口孔，以及延伸通过壳体并与孔相交的第二入口孔。第一流动通道插入件容纳在孔中，并形成从第一入口孔延伸至第一流动通道插入件的远端的第一流体流动路径。第二流动通道插入件容纳在第一流动通道插入件中，并形成与第一流动路径分开地、从第二入口孔延伸至第二流动通道插入件的远端的第二流体流动路径。第一密封可操作地设置在第一流动通道插入件和壳体之间，以将第一流体流动路径与第二流体流动路径流体地隔离。雾化头设置在第一流动通道插入件的远端和第二流动通道插入件的远端，并具有可操作地连接至第一流体流动路径的第一流动通道和可操作地连接至第二流体流动路径的第二流动通道。第一流动通道和第二流动通道靠近喷射点汇聚。
[0015]在进一步的示例性布置中，用于蒸汽辅助的环式减温器的喷嘴包括壳体，其具有从壳体的第一端延伸至壳体的第二端的孔，延伸通过壳体并与孔相交的第一入口孔，以及延伸通过壳体并与孔相交的第二入口孔。流动通道插入件容纳在孔中并形成第一流体流动路径和第二流体流动路径，第二流体流动路径与在第一和第二入口孔与流动通道插入件的远端之间的第一流体流动路径流体地分离。雾化头设置在流动通道插入件的远端并具有与第一流体流动路径和第一入口孔流体连通的第一流动通道，以及与第二流体流动路径和第二入口孔流体连通的第二流动通道。第一流体流动路径和第二流体流动路径靠近喷射点汇聚，喷水云在该喷射点被径向地喷入孔中。
[0016]进一步地根据前述方面和示例性布置中的任何一种或多种，根据本发明的教导的减温器组件、减温器、喷嘴和/或其元件可包括以下可选形式中的任何一个或多个。
[0017]在一些可选形式中，水歧管包括第一导管，其可操作地连接至每个喷嘴，并被布置成将冷却水携带至喷嘴，以及蒸汽歧管包括第二导管，其可操作地连接至每个喷嘴，并被布置成将雾化蒸汽携带至每个喷嘴。
[0018]在一些可选形式中，每个喷嘴包括与水歧管流体连通的第一流体流动路径，和与第一流体流动路径分开的、与蒸汽歧管流体连通的第二流体流动路径。
[0019]在一些可选形式中，每个喷嘴包括与雾化头和蒸汽歧管流体连通的流动通道插入件，以及与雾化头和水歧管流体连通的第二流动通道插入件。流动路径插入件具有穿过其中形成的孔，其限定了第二流体流动路径，以及第二流动通道插入件具有穿过其中形成的孔，其与流动通道插入件相结合，限定了第一流体流动路径。
[0020]在一些可选形式中，每个喷嘴还包括流动通道插入件，其具有轴向地穿过其中形成的内孔，和围绕内孔并与内孔径向地间隔形成的外环形孔。内孔与雾化头和蒸汽歧管流体连通，并限定了第二流体流动路径，以及外环形孔与雾化头和水歧管流