本公开内容涉及喷射喷嘴(spraynozzle)，更具体地，涉及用于蒸汽调节设备(例如，减温器和蒸汽调节阀)的喷射喷嘴。
背景技术：
在许多工业流体和气体管线中使用蒸汽调节设备(例如，减温器和蒸汽调节阀)，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，减温器用于电力过程工业以冷却过热的蒸汽。减温器利用喷嘴将雾化的冷却水或其它流体的精细喷射(可以称为喷水云)注入到过程蒸汽流过的蒸汽管中。喷水云中的水滴的蒸发降低过程蒸汽的温度。可以通过调整一个或多个控制变量(例如，被强制通过喷嘴的冷却水的流速、压力和/或温度)而调整喷水云的特性来控制所得的温度下降。但是这些控制变量的可调整性可以基于喷嘴本身的结构而受限制。例如，配备用于高流速和/或高压条件的喷嘴在低流速和/或低压条件下可能不会正常运作。因此，当针对任何给定应用设计蒸汽调节设备时，必须考虑任何给定的喷嘴集合的操作范围。
技术实现要素：
本公开内容的一个方面提供了一种喷射喷嘴，其包括喷嘴主体、限定第一阀头的阀杆、流体导管、第二阀头以及偏置设备。喷嘴主体具有近端、远端、在喷嘴主体的近端与远端之间延伸的第一通孔以及设置在喷嘴主体的远端处的阀座。阀杆可滑动地设置在喷嘴主体的第一通孔中，并且包括近端、远端以及第一阀头。第一阀头限定就座表面，该就座表面适于当阀杆处于闭合位置时接合阀座以及适于当阀杆处于打开位置时与阀座间隔开。流体导管设置在阀杆中，并且限定第一阀头中的在阀杆的远端处的流体出口。第二阀头附接到阀杆的阀头处的流体出口，并且限定喷嘴开口，该喷嘴开口连续地打开并与阀杆中的流体导管流体连通。偏置设备产生使阀杆的第一阀头朝向喷嘴主体的阀座偏置的力。在将小于阈值流体压力的第一流体压力施加在第一阀头的就座表面上时，偏置设备将阀杆维持在闭合位置，同时第二阀头连续地打开。并且，在将至少与阈值流体压力一样大的第二流体压力施加在第一阀头的就座表面上时，阀杆从闭合位置移动到打开位置，同时第二阀头保持连续地打开。
本公开内容的另一个方面提供了一种蒸汽调节设备，其包括蒸汽管和连接到歧管并围绕蒸汽管安装的多个喷射喷嘴。该多个喷射喷嘴适于将冷却水流传递入蒸汽管。每个喷射喷嘴包括：喷嘴主体、限定第一阀头的阀杆、流体导管、第二阀头和偏置设备。喷嘴主体具有近端、远端、在喷嘴主体的近端与远端之间延伸的第一通孔以及设置在喷嘴主体的远端处的阀座。该阀杆可滑动地设置在喷嘴主体的第一通孔中，并且包括近端、远端、和第一阀头。第一阀头限定就座表面，该就座表面适于当阀杆处于闭合位置时接合阀座以及适于当阀杆处于打开位置时与阀座间隔开。流体导管设置在阀杆中，并且限定第一阀头中的在阀杆的远端处的流体出口。第二阀头附接到阀杆的阀头处的流体出口，并且限定喷嘴开口，该喷嘴开口连续地打开并与阀杆中的流体导管流体连通。偏置设备产生将阀杆的第一阀头朝向喷嘴主体的阀座偏置的力。在将小于阈值流体压力的第一流体压力施加在第一阀头的就座表面上时，偏置设备将阀杆维持在闭合位置，同时第二阀头连续地打开。并且，在将至少与阈值流体压力一样大的第二流体压力施加在第一阀头的就座表面上时，阀杆从闭合位置移动到打开位置，同时第二阀头保持连续地打开。
在一些方面中，喷嘴主体包括限定第一通孔的圆柱壁。
在一些方面中，偏置设备设置在阀杆的近端处。
在一些方面中，偏置设备包括附接到阀杆的近端的螺母以及设置在螺母与喷嘴主体的近端之间的弹簧。
在一些方面中，弹簧围绕阀杆的近端而设置。
在一些方面中，喷嘴主体的近端限定肩部表面，并且当阀杆处于闭合位置时，螺母与肩部表面间隔开，当阀杆处于打开位置时，螺母与肩部表面接触。
在一些方面中，喷嘴主体、阀杆和第二阀头同轴地对齐。
一些方面还包括喷嘴壳体，其附接到喷嘴主体，并且包围阀杆的近端并包围偏置设备。
在一些方面中，第二阀头的喷嘴开口包括固定的孔口直径。
在一些方面中，阀杆中的流体导管包括第二通孔，第二通孔在阀杆的近端与远端之间延伸，并且限定在阀杆的近端处的流体入口。
在一些方面中，流体导管包括多个流体导管，该多个流体导管以成角度的方式径向地延伸穿过阀杆并且包括与流体出口流体连通的相应多个流体入口。
附图说明
图1是根据本公开内容的教导来构造的包括多个喷射喷嘴的蒸汽管的透视图。
图2是根据本公开内容的教导来构造的一种形式的喷射喷嘴的横截面。
图3是根据本公开内容的教导来构造的另一种形式的喷射喷嘴的横截面。
具体实施方式
本公开内容针对一种通常用于蒸汽调节应用(例如，减温器和蒸汽调节阀，但是可以设想到其它应用)的喷射喷嘴。在所公开的实施例中，喷射喷嘴包括用于适应通过喷嘴的、增加范围的冷却流体操作压力和流速的两个或多个操作阶段。通过实施具有不同操作灵敏度的两个或多个阀头来实现两个或多个阶段。
图1描绘了根据本公开内容来构造的包括多个喷射喷嘴100的蒸汽管10。通常，蒸汽管10可以用于将在其中行进的过热蒸汽的温度降低到期望的设定点温度。仅举例而言，图1的蒸汽管10可以是减温器(例如，
在操作期间，过热的蒸汽或气体可以在例如从约1000°f至约1200°f的高温范围沿着蒸汽管10中的流动路径p流动。根据蒸汽或气体的温度、组成和流速，将温度降低到设定点所需的冷却流体的量和压力可以变化。这样，通过喷射喷嘴100的冷却流体的量和压力可以针对不同的应用和环境而变化。例如，在某些情况下，可能需要具有通过喷射喷嘴100的高压和高流速的冷却流体，而在其它情况下期望低压和低流速。本公开内容有利地提供了可以在两种情况下工作的单一喷射喷嘴，其用于大范围的操作条件，同时还提供具有优化的使用寿命的紧凑设备。典型的蒸汽压力范围从下降到低至约5psia(真空)的非常低的压力到高达约为2500psia或更高。随后，冷却流体压力通常在比蒸汽压力大50-500psi的范围内。蒸汽和水的流速可以根据管道尺寸和压力以及在特定的降温应用中多少温度降低是期望的而甚至更广泛地变化。
图2描绘了一种形式的喷射喷嘴100的横截面，该喷射喷嘴100安装到图1的蒸汽管10的圆柱壁12。如图所示，喷射喷嘴100包括：喷嘴主体102、具有第一阀头128的阀杆104、安装到阀杆104的第二阀头106、偏置设备108和喷嘴壳体112。喷嘴壳体112被示出为安装在蒸汽管10的圆柱壁12中的孔或开口中。这种安装可以利用螺纹连接、焊接、摩擦配合、粘合剂或任何其它方式来实现。
喷嘴主体102是中空的大致圆柱体，其包括近端114、远端116、通孔118和阀座120。通孔118在近端114与远端116之间延伸，并且包括在远端116处的扩大的流动空腔117。阀座120设置在远端116处，并且包括围绕扩大的流动空腔117的喷嘴主体102的内部环形表面。在一种形式中，外部阀座120包括相对于喷射喷嘴100的纵向轴线a成角度α延伸的截锥体表面。喷嘴主体102还包括螺纹区域122，螺纹区域122设置在近端114与远端116之间并且螺纹附接到喷嘴壳体112。由此配置，喷嘴主体102被固定以防相对于喷嘴壳体112轴向移位。喷嘴主体102的近端114设置在喷嘴壳体112内部以及蒸汽管10的外部。喷嘴主体102的远端116设置在喷嘴壳体112的外部以及蒸汽管10的内部。在所公开的实施例中，螺纹区域122具有的直径大于喷嘴主体102的近端114的直径并且小于喷嘴主体102的远端116的直径。尽管本形式的喷射喷嘴100已经被描述为包括喷嘴壳体112，但是在其它形式中，喷嘴壳体112可以被视为喷水歧管18或蒸汽管10的圆柱壁112的部件。例如，在一些实施例中，喷嘴壳体112可以是蒸汽管10的组成部分，使得喷嘴主体直接被螺纹连接到蒸汽管10中。
仍然参考图2，阀杆104可滑动地设置在喷嘴主体102的通孔118中，并且包括设置在纵向轴线a上的细长构件。这样，阀杆104与喷嘴主体102同轴地对齐。更具体地，阀杆104包括近端124、远端126、第一阀头128和流体导管134。图2中所公开的形式的流体导管134包括多个流体导管134a、134b，该多个流体导管134a、134b以成角度的方式径向地延伸穿过阀杆104并且包括在阀杆104的径向侧壁上的相应多个流体入口135a、135b。流体导管134a、134b终止于阀杆104的流体出口119。因此，流体入口135a、135b经由流体导管134a、134b与阀杆104的流体出口119流体连通。如图所示，在该形式中，多个流体导管134a、134b会聚到流体出口119。流体出口119是在阀杆104的远端126处、形成在第一阀头128中的圆柱空腔。
第一阀头128包括扩大的部分，该扩大的部分限定用于选择性地抵靠喷嘴主体102的阀座120的就座表面132。在一些实施例中，为了实现流体紧密密封，阀杆104的第一阀头128的就座表面132可以以与外部阀座120相同的角度α进行设置。因此，第一阀头128的就座表面132适于当阀杆104处于闭合位置(如图2所示)时接合喷嘴主体102的阀座120以及适于当阀杆104处于打开位置(未示出)时与喷嘴主体102的阀座120间隔开。
如上所述，第二阀头106安装到阀杆104。更具体地，第二阀头106安装在阀杆104的第一阀头128的流体出口119中。在所公开的形式中，第二阀头106包括具有固定地安装在流体出口119中的圆柱阀体130的阀。第二阀头106还包括喷嘴135和将喷嘴135固定到阀体130的紧固件136。喷嘴135限定喷嘴开口138。在所公开的形式的第二阀头106中，喷嘴开口138连续地且不间断地打开，并且与阀杆104的流体出口119和流体导管134恒定地流体连通。在一些实施例中，第二阀头106可以包括固定的几何设计，例如，从美国伊利诺伊州惠顿市的喷涂系统公司(sprayingsystemsco.,wheaton,illinoisusa)可商购获得的型号m或bd喷射喷嘴。
如上所述，本公开内容的喷射喷嘴100还包括偏置设备108。在所公开的实施例中，偏置设备108将阀杆104偏置到图2所示的闭合位置。也就是说，偏置设备108产生使阀杆104的第一阀头126的就座表面132朝向喷嘴主体102的阀座120偏置的力f。在所公开的形式的喷射喷嘴100中，偏置设备108位于阀杆104的近端124处。并且这样，偏置设备108位于喷嘴壳体112的内部。由此配置，在使用期间，偏置设备108仅暴露于流过喷射喷嘴100的冷却流体，其在所公开的形式中是经由喷嘴壳体112和喷水歧管18。这有利地将偏置设备108维持在与冷却流体一致的温度，该温度是在所用材料的正常操作范围内。这优化了偏置设备108的使用寿命，因为暴露于诸如蒸汽管10内部的高温之类的高温，会降低偏置设备108的部件的完整性和强度。
继续参考图2，所公开的形式的偏置设备108包括螺母144和弹簧146。弹簧146可以围绕或环绕阀杆104的近端124而设置。螺母144是中空管状的构件，其包括领部部分154和肩部部分152，该肩部部分152具有与阀杆104的近端124螺纹地耦接的螺纹156。另外，所描绘的形式的偏置设备108还包括止动销157，止动销157延伸穿过螺母144并将螺母144耦接到阀杆104的近端124。因此，止动销157可以防止螺母144和阀杆104的相对旋转，该相对旋转会改变螺母144的轴向位置。领部部分154限定环形凹槽155，其中在环形凹槽155中，弹簧146位于在喷嘴主体102的近端114与螺母144的肩部部分152压缩的位置处。因此，在所描绘的形式中，压缩的弹簧146通过承靠固定的喷嘴主体102施加力f以推压螺母144并且因此推压被固定到螺母144的阀杆104远离喷嘴主体102(即，相对于图2的方向向右)。
在所公开的喷射喷嘴100中，第二阀头106总是打开的，而第一阀头128由偏置设备108进行偏置关闭。因此，在施加足够克服由偏置设备108设定的阈值压力的压力时，第一阀头128才会打开。因此，打开的第二阀头106与第一阀头128之间的关系有助于所公开的喷射喷嘴100的预期的两阶段操作。
在操作期间，图2的喷射喷嘴100具有两个操作状态或阶段—第一打开阶段和第二打开阶段。图2描绘了第一打开阶段，其中，第二阀头106不间断地打开，并且第一阀头128关闭。也就是说，阀杆104的第一阀头128的就座表面132是闭合的，并且通过由偏置设备108产生的力f而与喷嘴主体102的外阀座120密封地接合。在该配置中，喷嘴壳体112内加压的冷却流体经由在喷嘴主体102的近端116中形成的多个旁通导管150进入喷嘴主体102的流动空腔117中。随后，该流体中的一些流体经由阀杆104中的多个流体导管134a、134b从第二阀头106的喷嘴135排出。留在流动空腔117中的流体压力承靠第一阀头128的就座表面132的暴露的背面，但不会产生足够的力以克服偏置设备108的弹簧146的偏置而移动阀杆104。因此，冷却流体能够传递通过第二阀头106以发射第一锥形(cone)喷射s1，但冷却流体不能在第一阀头128与喷嘴主体102之间传递。可以说，在第一打开阶段，喷嘴壳体112中的冷却流体的压力小于由偏置设备108产生的力f所设定的阈值压力，并且将第一阀头128保持在闭合位置。这种布置对于例如在冷却流体以低压和/或低流速供应的情况下可能是有用的。
随着喷嘴壳体112中的冷却流体的压力增加，喷射喷嘴100可以在第二打开阶段中操作。在第二打开阶段中，喷嘴壳体112中的冷却流体可以被加压至第二压力，该第二压力至少与由偏置设备108设定的阈值压力一样大。同上所述，冷却流体通过旁通管道150而最终供应到喷嘴主体102中的流动空腔117。该流体中的一些流体自然地从第二阀头106排出以发射第一锥形喷射s1。剩余部分承靠外部阀杆104的就座表面132的暴露的背面。一旦流动空腔117中的压力达到阈值压力，其就将阀杆104推向喷嘴主体102，使得第一阀头128的就座表面132移动离开阀座120以打开第一阀头128。当期望高压和高流速的冷却流体时，该第二打开阶段因此是有利的。
如图2所示，当阀杆104占据闭合位置时，耦接到阀杆104的近端124的偏置设备108的螺母144与喷嘴主体102间隔开距离d。但是，当压力建立在喷嘴壳体112中并且阀杆104朝向喷嘴主体102移动时，螺母144与喷嘴杆102的近端116接触。这样，喷嘴主体102用作在阀杆104达到最大打开位置时限制阀杆104的移动的止动件。在任何打开位置，从第一阀头128的就座表面132与喷嘴主体102的阀座120之间的间隙g发射第二锥形喷射s2。应当理解的是，在图2中，第一阀头128被描绘在闭合位置，但是第二锥形喷射s2和间隙g被标识为仅用于说明。从前面的描述中应当理解的是，由于第二阀头106被固定在第一阀头128中的流体出口119内部的事实，当阀杆104从闭合位置移动到最大打开位置时，第二阀头106也随着阀杆104移动。然而，第二阀头106的这种移动不是相对于第一阀头128或阀杆104，并且对其性能没有影响。
如上所述，为了使喷嘴壳体112中供应的冷却流体到达第二阀头106，其必须传递通过喷嘴主体102中的旁通管道150、喷嘴主体102中的流动空腔117、阀杆104中的流体导管134a、134b、以及最后是流体出口119。然而，该设计的变型意欲在本公开内容的范围内。
图3描绘了根据本公开内容的原理来构造的替代的喷射喷嘴100。在图3中，除了喷嘴壳体112与第二阀头106之间的冷却流体的流动路径，该喷射喷嘴100基本上与图2中的喷射喷嘴100相同。具体地，在图3中，阀杆104包括在喷嘴壳体112与第二阀头106之间实现直接流体连通的单个流体导管134。图3中的流体导管134沿着纵向轴线a在阀杆104的近端124与远端126之间延伸，并与流体出口119直接连通，流体出口119又与第二阀头106直接连通。另一区别是图3中的喷射喷嘴未示出包括通过螺母144和阀杆104的锁定销157。但是在一些形式中，锁定销157也可以包括在图3中。当包括锁定销157时，可能期望将锁定销157从阀杆104的中心偏移，例如不干扰通过流体导管134的流体的流动。图3中的喷射喷嘴100的所有其它结构和功能特征与图2中的喷射喷嘴100相同，并且这将不再重复。图3中的布置的一个优点可以是第二阀头106的喷嘴135通过穿过阀杆140的单个流体导管134的方式来与喷嘴壳体112中加压的流体直接流体连通，这可以确保冷却流体到达第二阀头106，而不经历可能发生在参考图2所公开的实施例的流动空腔117中的中断或流体流动扰乱。
基于前述内容，本公开内容提供了一种喷射喷嘴，其可以在低压和低流速下的第一打开阶段中操作，并且在高压和高流速下的第二阶段中操作，这有利地在类似应用中相比已知的喷射喷嘴增加了总的压力和流速范围。此外，本公开内容提供了一种具有优化的使用寿命的非常简单和紧凑的设计。也就是说，由于偏置设备仅位于冷却流体流动路径中，所以其不被暴露于驻留在蒸汽管中的过热的温度，该过热的温度会降低和减弱偏置设备部件。此外，在一些实施例中，偏置设备具有非常简单的构造，仅包括附接到阀杆的近端的螺母和弹簧。这种最小数量的部件允许喷射喷嘴的整体轴向和径向尺寸被最小化，这有助于处理、降低材料成本，并减小喷嘴附接到的蒸汽管或其它蒸汽调节设备的总体尺寸。
如上面关于图1所述，根据本公开内容来构造的蒸汽管10可以包括多个喷射喷嘴100。在一个实施例中，附接到圆柱壁12的喷射喷嘴100中的每个喷射喷嘴可以具有第二阀头106，该第二阀头106具有相同尺寸的喷嘴开口138。但是在其它形式中，喷射喷嘴100可以具有第二阀头106，该第二阀头106具有不同尺寸的喷嘴开口138以实现流入蒸汽管10的冷却流体的不同模式。
此外，尽管本文描述的喷射喷嘴100包括安装在阀杆104中的仅单个第二阀头106，但是在一些形式中，阀杆104可以具有足够的直径以包括安装在其中的多个第二阀头106。并且，尽管图2和图3一般性地示出了沿相同的方向(即，沿着纵向轴线a)被引导的第一锥形喷射s1和第二锥形喷射s2—但是其它形式的喷射喷嘴可以具有在不同方向上(例如，以相对于纵向轴线a的不同角度)发射的锥形喷射s1、s2。
最后，基于前述内容，应当理解的是，本公开内容的范围不限于本文公开的特定示例，根据期望的最终应用，各种改变和修改可以是有用的，并且这种改变和修改意欲在本公开内容的范围内。因此，本发明的范围不由本文所讨论的和在附图中示出的示例来限定，而是由在专利中最终发布的权利要求及其所有等同物来限定。