Многоконусное, многоступенчатое распылительное сопло
Изобретение относится к распылительным соплам. Распылительное сопло, содержащее корпус сопла, имеющий ближний конец, дальний конец, первое сквозное отверстие, проходящее между ближним и дальним концами корпуса сопла, и седло клапана, расположенное на дальнем конце корпуса сопла, шток клапана, расположенный с возможностью скольжения в первом сквозном отверстии корпуса сопла и содержащий ближний конец, дальний конец и первую головку клапана, причем первая головка клапана образует посадочную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с седлом клапана, когда шток клапана находится в закрытом положении, и выполненную с возможностью расположения на расстоянии от седла клапана, когда шток клапана находится в открытом положении, канал для текучей среды, расположенный в штоке клапана и образующий выпускное отверстие для текучей среды в первой головке клапана на дальнем конце штока клапана, вторую головку клапана, прикрепленную к выпускному отверстию для текучей среды на головке клапана в штоке клапана, причем вторая головка клапана образует отверстие сопла, которое постоянно открыто и сообщается по текучей среде с каналом для текучей среды в штоке клапана, смещающее устройство, создающее усилие, смещающее первую головку клапана в штоке клапана в направлении седла клапана корпуса сопла, и кожух сопла, прикрепленный к корпусу сопла и закрывающий ближний конец штока клапана и охватывающий смещающее устройство, при этом при приложении первого давления текучей среды, которое меньше порогового давления текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана смещающее устройство поддерживает шток клапана в закрытом положении, в то время как вторая головка клапана постоянно открыта, и при приложении второго давления текучей среды, которое, по меньшей мере, равно пороговому давлению текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана шток клапана перемещается из закрытого положения в открытое положение, в то время как вторая головка клапана остается постоянно открытой. Технический результат - обеспечение рабочего диапазона сопла для устройства кондиционирования пара. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к распылительным соплам, в частности к распылительным соплам для устройств кондиционирования пара, таких как пароохладители и клапаны кондиционирования пара.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Устройства кондиционирования пара (например, пароохладители и клапаны кондиционирования пара) используются во многих промышленных трубопроводах для текучей среды и газа для снижения температуры перегретой технологической текучей среды и газа до необходимой заданной температуры. Например, пароохладители используют в энергетической промышленности для охлаждения перегретого пара. В пароохладителе используют сопла для впрыскивания мелкодисперсной струи распыленной охлаждающей воды или другой текучей среды, которую можно назвать облаком распыленной воды, в паропровод, через который проходит технологический пар. Испарение капель воды в облаке распыленной воды снижает температуру технологического пара. Результирующее падение температуры может быть регулируемым за счет регулирования характеристик облака распыленной воды путем регулирования одной или более регулируемых величин, таких как скорость потока, давление и/или температура охлаждающей воды, подаваемой через сопла. Но возможность регулирования этих регулируемых величин может быть ограничена в зависимости от механического строения самих сопел. Например, сопло, оборудованное для условий высокой скорости потока и/или высокого давления, может не функционировать должным образом в условиях низкой скорости потока и/или низкого давления. Таким образом, при разработке устройства для кондиционирования пара для любого конкретного применения должен учитываться рабочий диапазон для любого данного набора сопел.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В одном варианте настоящего изобретения предложено распылительное сопло, содержащее корпус сопла, шток клапана, образующий первую головку клапана, канал для текучей среды, вторую головку клапана и смещающее устройство. Корпус сопла имеет ближний конец, дальний конец, первое сквозное отверстие, проходящее между ближним и дальним концами корпуса сопла, и седло клапана, расположенное на дальнем конце корпуса сопла. Шток клапана расположен с возможностью скольжения в первом сквозном отверстии корпуса сопла и содержит ближний конец, дальний конец и первую головку клапана. Первая головка клапана образует посадочную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с седлом клапана, когда шток клапана находится в закрытом положении, и выполненную с возможностью расположения на расстоянии от седла клапана, когда шток клапана находится в открытом положении. Канал для текучей среды расположен в штоке клапана и образует выпускное отверстие для текучей среды в первой головке клапана на дальнем конце штока клапана. Вторая головка клапана прикреплена к выпускному отверстию для текучей среды на головке клапана в штоке клапана и образует отверстие сопла, которое постоянно открыто и сообщается по текучей среде с каналом для текучей среды в штоке клапана. Смещающее устройство создает усилие, смещающее первую головку клапана в штоке клапана в направлении седла клапана корпуса сопла. При приложении первого давления текучей среды, которое меньше порогового давления текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана, смещающее устройство поддерживает шток клапана в закрытом положении, в то время как вторая головка клапана постоянно открыта. И при приложении второго давления текучей среды, которое по меньшей мере равно пороговому давлению текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана, шток клапана перемещается из закрытого положения в открытое положение, в то время как вторая головка клапана остается постоянно открытой.
[0004] В другом варианте настоящего изобретения предложено устройство для кондиционирования пара, содержащее паропровод и множество распылительных сопел, соединенных с коллектором и установленных вокруг паропровода. Множество распылительных сопел выполнено с возможностью подачи потока охлаждающей воды в паропровод. Каждое распылительное сопло содержит корпус сопла, шток клапана, образующий первую головку клапана, канал для текучей среды, вторую головку клапана и смещающее устройство. Корпус сопла имеет ближний конец, дальний конец, первое сквозное отверстие, проходящее между ближним и дальним концами корпуса сопла, и седло клапана, расположенное на дальнем конце корпуса сопла. Шток клапана расположен с возможностью скольжения в первом сквозном отверстии корпуса сопла и содержит ближний конец, дальний конец и первую головку клапана. Первая головка клапана образует посадочную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с седлом клапана, когда шток клапана находится в закрытом положении, и выполненную с возможностью расположения на расстоянии от седла клапана, когда шток клапана находится в открытом положении. Канал для текучей среды расположен в штоке клапана и образует выпускное отверстие для текучей среды в первой головке клапана на дальнем конце штока клапана. Вторая головка клапана прикреплена к выпускному отверстию для текучей среды на головке клапана в штоке клапана и образует отверстие сопла, которое постоянно открыто и сообщается по текучей среде с каналом для текучей среды в штоке клапана. Смещающее устройство создает усилие, смещающее первую головку клапана в штоке клапана в направлении седла клапана корпуса сопла. При приложении первого давления текучей среды, которое меньше порогового давления текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана, смещающее устройство поддерживает шток клапана в закрытом положении, в то время как вторая головка клапана постоянно открыта. И при приложении второго давления текучей среды, которое по меньшей мере равно пороговому давлению текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана, шток клапана перемещается из закрытого положения в открытое положение, в то время как вторая головка клапана остается постоянно открытой.
[0005] Согласно некоторым аспектам корпус сопла содержит цилиндрическую стенку, образующую первое сквозное отверстие.
[0006] Согласно одному аспекту смещающее устройство расположено на ближнем конце штока клапана.
[0007] Согласно некоторым аспектам смещающее устройство содержит гайку, прикрепленную к ближнему концу штока клапана, и пружину, расположенную между гайкой и ближним концом корпуса сопла.
[0008] Согласно некоторым аспектам пружина расположена вокруг ближнего конца штока клапана.
[0009] Согласно некоторым аспектам ближний конец корпуса сопла образует поверхность заплечиков, и, когда шток клапана находится в закрытом положении, гайка находится на расстоянии от поверхности заплечиков, а когда шток клапана находится в открытом положении, гайка находится в контакте с поверхностью заплечиков.
[0010] Согласно некоторым аспектам корпус сопла, шток клапана и вторая головка клапана расположены соосно.
[0011] Некоторые аспекты дополнительно включают в себя кожух сопла, прикрепленный к корпусу сопла и закрывающий ближний конец штока клапана и охватывающий смещающее устройство.
[0012] согласно некоторым аспектам отверстие сопла второй головки клапана содержит отверстие с фиксированным диаметром.
[0013] Согласно некоторым аспектам канал для текучей среды в штоке клапана содержит второе сквозное отверстие, проходящее между ближним и дальним концами штока клапана и образующее впускное отверстие для текучей среды на ближнем конце штока клапана.
[0014] Согласно некоторым аспектам канал для текучей среды содержит множество каналов для текучей среды, проходящих радиально под углом через шток клапана и содержащих соответствующее множество впускных отверстий для текучей среды, сообщающихся по текучей среде с выпускным отверстием для текучей среды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015] На фиг. 1 приведен вид в перспективе паропровода, содержащего множество распылительных сопел, выполненных в соответствии с принципами настоящего изобретения.
[0016] На фиг. 2 представлен поперечный разрез одного варианта распылительного сопла, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 3 представлен поперечный разрез другого варианта распылительного сопла, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] Настоящее изобретение относится к распылительному соплу, обычно используемому в системах кондиционирования пара, например, в пароохладителях и клапанах кондиционирования пара, но предполагаются и другие применения. В раскрытых вариантах реализации распылительное сопло содержит две или более рабочих ступеней для приспособления к увеличенному диапазону рабочих давлений и скоростей потока охлаждающей текучей среды через сопло. Две или более ступени получают путем выполнения двух или более головок клапанов с различной рабочей чувствительностью.
[0019] На фиг. 1 изображен паропровод 10, содержащий множество распылительных сопел 100, выполненных в соответствии с настоящим изобретением. Как правило, паропровод 10 может быть использован для снижения температуры перегретого пара, проходящего через него, до необходимой заданной температуры. В качестве примера, паропровод 10, показанный на фиг. 1, может быть частью пароохладителя, такого как, например, пароохладитель Fisher® TBX-Т, пароохладитель Fisher® TBX, пароохладитель Fisher® DMA/AF, или пароохладитель Fisher® DMA/AF-HTC. В других примерах паропровод 10 по фиг. 1 может представлять собой часть клапана для кондиционирования пара, такого как, например, клапан для кондиционирования пара Fisher® CVX. Паропровод 10, как правило, содержит полую цилиндрическую стенку 12, которая в некоторых случаях может содержать термовкладыш 14, образующий путь P потока пара. Кроме того, как показано, паропровод 10 содержит множество распылительных сопел 100, каждое из которых снабжается охлаждающей текучей средой посредством коллектора 18 для распыления воды, имеющего впускное отверстие 16 для текучей среды. В раскрытом варианте паропровод 10 содержит четыре (4) распылительных сопла 100, расположенных на расстоянии приблизительно 90° вокруг цилиндрической стенки 12. Предполагается, что в пределах объема настоящего изобретения находятся другие конфигурации. Как указано, распылительные сопла 100 согласно настоящему изобретению выполнены таким образом, что имеют большой диапазон рабочих давлений и скоростей потока, так что один и тот же паропровод 10 может использоваться во множестве различных вариантов, имеющих различные рабочие требования, без необходимости замены сопла 100.
[0020] Во время работы перегретый пар или газ могут проходить вдоль пути P потока в паропроводе 10 при высоких температурах, находящихся, например, в диапазоне приблизительно от 1000°F до 1200°F. В зависимости от температуры, состава и скорости потока пара или газа, количество и давление охлаждающей текучей среды, необходимое для снижения температуры до заданного значения, могут изменяться. По существу, количество и давление охлаждающей текучей среды, проходящей через распылительные сопла 100, может изменяться для различных вариантов применения и сред. Например, в определенных обстоятельствах может существовать необходимость в высоком давлении и высоких скоростях потока охлаждающей текучей среды, проходящей через распылительные сопла 100, тогда как в других обстоятельствах желательны низкое давление и низкие скорости потока. Настоящее изобретение преимущественно обеспечивает одно распылительное сопло, которое может работать в обеих ситуациях, обслуживая большой диапазон рабочих условий, а также обеспечивает компактное устройство с оптимальным сроком службы. Типичные давления пара находятся в диапазоне от очень низких давлений, примерно до 5 фунтов на квадратный дюйм (34,47 кПа) (вакуум), возможно, до 2500 фунтов на квадратный дюйм (17 237 кПа) или более. Тогда давление охлаждающей текучей среды обычно на 50-500 фунтов/кв. дюйм (344,7-3447 кПа) больше, чем давление пара. Расход пара и воды может изменяться в еще более широких пределах, в зависимости от размера и давления трубопровода, а также от того, насколько устранение перегрева желательно при конкретном применении.
[0021] На фиг. 2 изображен поперечный разрез одного из вариантов распылительных сопел 100, установленных на цилиндрической стенке 12 паропровода 10 по фиг. 1. Как показано, сопло 100 содержит корпус 102 сопла, шток 104 клапана с первой головкой 128 клапана, вторую головку 106 клапана, установленную на штоке 104 клапана, смещающее устройство 108 и кожух 112 сопла. Кожух 112 сопла показан как установленный в проеме или отверстии в цилиндрической стенке 12 паропровода 10. Такая установка может быть выполнена с помощью резьбового соединения, сварного шва, фрикционной посадки, клея или любых других средств.
[0022] Корпус 102 сопла представляет собой полый цилиндрический корпус, содержащий ближний конец 114, дальний конец 116, сквозное отверстие 118 и седло 120 клапана. Сквозное отверстие 118 проходит между ближним и дальним концами 114, 116 и содержит увеличенную проточную полость 117 на дальнем конце 116. Седло 120 клапана расположено на дальнем конце 116 и содержит внутреннюю кольцевую поверхность корпуса 102 сопла, окружающую увеличенную проточную полость 117. В одном варианте наружное седло 120 клапана содержит поверхность в форме усеченного конуса, проходящую под углом α относительно продольной оси A распылительного сопла 100. Корпус 102 сопла дополнительно содержит резьбовой участок 122, расположенный между ближним и дальним концами 114, 116, и выполненный с возможностью резьбового соединения с кожухом 112 сопла. Таким образом, корпус 102 сопла предохранен от осевого смещения относительно кожуха 112 сопла. Ближний конец 114 корпуса 102 сопла расположен внутри кожуха 112 сопла и снаружи паропровода 10. Дальний конец 116 корпуса 102 сопла расположен снаружи кожуха 112 сопла и внутри паропровода 10. В раскрытом варианте реализации резьбовой участок 122 имеет диаметр, который больше диаметра ближнего конца 114 головки 102 сопла и меньше диаметра дальнего конца 116 корпуса 102 сопла. Хотя настоящий вариант распылительного сопла 100 описан как содержащий кожух 112 сопла, в других вариантах кожух 112 сопла можно рассматривать как компонент коллектора 18 для распыления воды или цилиндрической стенки 112 паропровода 10. Например, в некоторых вариантах реализации кожух 112 сопла может быть неотъемлемой частью паропровода 10, так что корпус сопла ввинчивается непосредственно в паропровод 10.
[0023] Как показано на фиг. 2, шток 104 клапана расположен с возможностью скольжения в сквозном отверстии 118 корпуса 102 сопла и содержит удлиненный элемент, расположенный вдоль продольной оси А. По существу, шток 104 клапана расположен соосно с корпусом 102 сопла. Более конкретно, шток 104 клапана содержит ближний конец 124, дальний конец 126, первую головку 128 клапана и канал 134 для текучей среды. Канал 134 для текучей среды согласно варианту, раскрытому на фиг. 2, содержит множество каналов 134a, 134b для текучей среды, которые проходят радиально под углом через шток 104 клапана и содержат соответствующее множество впускных отверстий 135a, 135b для текучей среды на боковой радиальной стенке штока 104 клапана. Каналы 134a, 134b для текучей среды заканчиваются выпускным отверстием 119 для текучей среды штока 104 клапана. Таким образом, впускные отверстия 135a, 135b для текучей среды сообщаются по текучей среде с выпускным отверстием 119 для текучей среды стержня 104 клапана через каналы 134a, 134b для текучей среды. Как показано, в этом варианте множество каналов 134a, 134b для текучей среды сходятся к выпускному отверстию 119 для текучей среды. Выпускное отверстие 119 для текучей среды представляет собой цилиндрическую полость, образованную в первой головке 128 клапана на дальнем конце 126 штока 104 клапана.
[0024] Первая головка 128 клапана содержит увеличенную часть, образующую посадочную поверхность 132 для выборочного прилегания к седлу 120 клапана корпуса 102 сопла. В некоторых вариантах реализации для обеспечения герметичного гидравлического затвора посадочная поверхность 132 первой головки 128 клапана штока 104 клапана может быть расположена под тем же углом α, что и наружное седло 120 клапана. Таким образом, посадочная поверхность 132 первой головки 128 клапана выполнена с возможностью взаимодействия с седлом 120 клапана корпуса 102 сопла, когда шток 104 клапана находится в закрытом положении (показано на фиг. 2), и выполнена с возможностью расположения на расстоянии от седла 120 клапана корпуса 102 сопла, когда шток 104 клапана находится в открытом положении (не показано).
[0025] Вторая головка 106 клапана, как указано, установлена на штоке 104 клапана. Более конкретно, вторая головка 106 клапана установлена в выпускном отверстии 119 для текучей среды первой головки 128 клапана штока 104 клапана. В раскрытом варианте вторая головка 106 клапана содержит клапан, имеющий цилиндрический корпус 130 клапана, неподвижно установленный в выпускном отверстии 119 для текучей среды. Вторая головка 106 клапана дополнительно содержит сопло 135 и крепежную деталь 136, которая крепит сопло 135 к корпусу 130 клапана. Сопло 135 образует отверстие 138 сопла. В раскрытом варианте второй головки 106 клапана отверстие 138 сопла непрерывно и постоянно открыто и постоянно сообщается по текучей среде с выпускным отверстием 119 для текучей среды и каналом 134 для текучей среды штока 104 клапана. В некоторых вариантах реализации вторая головка 106 клапана может содержать конструкцию с нерегулируемой геометрией, например, распылительные сопла модели M или BD, которые производятся компанией Spraying Systems Co., Уитон, штат Иллинойс, США.
[0026] Как указано выше, распылительное сопло 100 согласно настоящему изобретению дополнительно содержит смещающее устройство 108. В раскрытом варианте реализации смещающее устройство 108 смещает шток 104 клапана в закрытое положение, показанное на фиг. 2. То есть смещающее устройство 108 создает усилие F, смещающее посадочную поверхность 132 первой головки 126 клапана штока 104 клапана к седлу 120 клапана корпуса 102 сопла. В раскрытом варианте распылительного сопла 100 смещающее устройство 108 расположено на ближнем конце 124 штока 104 клапана. И, таким образом, смещающее устройство 108 расположено внутри кожуха 112 сопла. При такой конфигурации, во время использования смещающее устройство 108 подвергается воздействию только охлаждающей жидкости, проходящей через распылительное сопло 100, которая в раскрытом варианте проходит через кожух 112 сопла и коллектор 18 для распыления воды. Это предпочтительно поддерживает смещающее устройство 108 при температуре, соответствующей охлаждающей жидкости, которая находится в пределах нормального рабочего диапазона для используемых материалов. Это оптимизирует срок эксплуатации смещающего устройства 108, поскольку воздействие высоких температур, таких как температура внутри паропровода 10, может ухудшать целостность и прочность компонентов смещающего устройства 108.
[0027] Со ссылкой на фиг. 2, раскрытая версия смещающего устройства 108 содержит гайку 144 и пружину 146. Пружина 146 может быть расположена возле или вокруг ближнего конца 124 штока 104 клапана. Гайка 144 представляет собой полый трубчатый элемент, содержащий втулочную часть 154 и часть 152 заплечиков, имеющую резьбу 156, выполненную с возможностью резьбового соединения с ближним концом 124 штока 104 клапана. Кроме того, изображенный вариант смещающего устройства 108 дополнительно содержит стопорный штифт 157, проходящий через гайку 144 и соединяющий ее с ближним концом 124 штока 104 клапана. Поэтому стопорный штифт 157 может предотвращать относительное поворачивание гайки 144 и штока 104 клапана, которое может изменить осевое положение гайки 144. Втулочная часть 154 образует кольцевую выемку 155, в которой находится пружина 146, сжатая между ближним концом 114 корпуса 102 сопла и частью 152 заплечиков гайки 144. Таким образом, в изображенном варианте сжатая пружина 146 прилагает усилие F, опираясь на неподвижный корпус 102 сопла, чтобы нажимать на гайку 144 и, следовательно, шток 104 клапана, который прикреплен к гайке 144, от корпуса 102 сопла (т.е. вправо относительно ориентации фиг. 2).
[0028] В раскрытом распылительном сопле 100 вторая головка 106 клапана всегда открыта, в то время как первая головка 128 клапана смещена в закрытое положение посредством смещающего устройства 108. Таким образом, первая головка 128 клапана открывается только при приложении давления, достаточного для преодоления порогового давления, задаваемого смещающим устройством 108. Следовательно, взаимосвязь между открытой второй головкой 106 клапана и первой головкой 128 клапана облегчает намеченную двухступенчатую работу описанного распылительного сопла 100.
[0029] Во время работы распылительное сопло 100 по фиг. 2 имеет два рабочих состояния или ступени - первую ступень открытия и вторую ступень открытия. На фиг.2 изображена первая ступень открытия, на которой вторая головка 106 клапана постоянно открыта, а первая головка 128 клапана закрыта. Таким образом, посадочная поверхность 132 первой головки 128 клапана в штоке 104 клапана закрыта и взаимодействует с обеспечением герметичтости с наружным седлом 120 клапана корпуса 102 сопла благодаря усилию F, создаваемому смещающим устройством 108. В этой конфигурации охлаждающая текучая среда, находящаяся под давлением в кожухе 112 сопла, проходит в проточную полость 117 корпуса 102 сопла через множество перепускных каналов 150, образованных в ближнем конце 116 корпуса 102 сопла. Некоторое количество этой текучей среды затем выходит из сопла 135 второй головки 106 клапана через множество каналов 134a, 134b для текучей среды в штоке 104 клапана. Давление текучей среды, сохраняющееся в проточной полости 117, воздействует на открытую заднюю сторону посадочной поверхности 132 первой головки 128 клапана, но не создает достаточного усилия для преодоления штоком 104 клапана усилия для смещения пружины 146 смещающего устройства 108. Следовательно, охлаждающая текучая среда может проходить через вторую головку 106 клапана, чтобы испускать первый конус распыления S1, но не может проходить между первой головкой 128 клапана и корпусом 102 сопла. Можно сказать, что на первой ступени открытия давление охлаждающей текучей среды в кожухе 112 сопла меньше порогового давления, задаваемого усилием F, создаваемым смещающим устройством 108 и удерживающим первую головку 128 клапана в закрытом положении. Такое расположение элементов может быть полезно в ситуациях, когда охлаждающая текучая среда подается, например, при низком давлении и/или низкой скорости потока.
[0030] Когда давление охлаждающей текучей среды в кожухе 112 сопла увеличивается, распылительное сопло 100 может работать на второй ступени открытия. На второй ступени открытия давление охлаждающей текучей среды в кожухе 112 сопла может повышаться до второго давления, которое по меньшей мере равно пороговому давлению, задаваемому смещающим устройством 108. Как описано выше, охлаждающая текучая среда в конечном итоге подается в проточную полость 117 в корпусе 102 сопла через перепускные каналы 150. Некоторая часть этой текучей среды естественным образом выходит из второй головки 106 клапана, испуская первый конус распыления S1. Оставшаяся часть давит на открытую заднюю сторону посадочной поверхности 132 наружного штока 104 клапана. Как только давление в проточной полости 117 достигает порогового давления, оно прижимает шток 104 клапана к корпусу 102 сопла, так что посадочная поверхность 132 первой головки 128 клапана отходит от седла 120 клапана, чтобы открывать первую головку 128 клапана. Следовательно, указанная вторая ступень открытия является предпочтительной, когда требуется высокое давление и высокие скорости потока охлаждающей текучей среды.
[0031] Как показано на фиг. 2, когда шток 104 клапана занимает закрытое положение, гайка 144 смещающего устройства 108, соединенная с ближним концом 124 штока 104 клапана, расположена на расстоянии от корпуса 102 сопла на расстояние d. Но, когда в кожухе 112 сопла создается давление, а шток 104 клапана движется к корпусу 102 сопла, гайка 144 вступает в контакт с ближним концом 116 корпуса 102 сопла. По существу, корпус 102 сопла действует как упор, ограничивающий перемещение штока 104 клапана при достижении максимально открытого положения. В любом положении открытия второй конус распыления S2 выпускается из зазора G между посадочной поверхностью 132 первой головки 128 клапана и седлом 120 клапана корпуса 102 сопла. Должно быть понятно, что на фиг. 2 первая головка 128 клапана изображена в закрытом положении, но второй конус распыления S2 и зазор G обозначены только для иллюстрации. Как должно быть понятно из предшествующего описания, вторая головка 106 клапана также перемещается вместе со штоком 104 клапана, когда она перемещается из закрытого положения в максимально открытое положение благодаря тому, что она неподвижно закреплена внутри выпускного отверстия 119 для текучей среды в первой головке 128 клапана. Однако это перемещение второй головки 106 клапана не связано с первой головкой 128 клапана или штоком 104 клапана, и не влияет на ее работу.
[0032] Как описано выше, чтобы охлаждающая текучая среда, подаваемая в кожух 112 сопла, доходила до второй головки 106 клапана, она должна проходить через перепускные каналы 150 в корпусе 102 сопла, проточную полость 117 в корпусе 102 сопла, каналы 134a, 134b для текучей среды в штоке 104 клапана и, наконец, выпускное отверстие 119 для текучей среды. Однако предполагается, что варианты такой конструкции находятся в рамках изобретения.
[0033] На фиг. 3 изображено альтернативное распылительное сопло 100, выполненное в соответствии с принципами настоящего изобретения. На фиг. 3 распылительное сопло 100 по существу идентично распылительному соплу 100 на фиг. 2, но для пути потока охлаждающей текучей среды между кожухом 112 сопла и второй головкой 106 клапана. В частности, на фиг. 3 шток 104 клапана содержит единственный канал 134 для текучей среды, обеспечивающий прямое сообщение по текучей среде между кожухом 112 сопла и второй головкой 106 клапана. Канал 134 для текучей среды на фиг. 3 проходит по продольной оси A между ближним и дальним концами 124, 126 штока 104 клапана, и находится в прямом сообщении с выпускным отверстием 119 для текучей среды, которое, в свою очередь, непосредственно связано со второй головкой 106 клапана. Другое отличие заключается в том, что распылительное сопло на фиг. 3 не показано как содержащее стопорный штифт 157, проходящий через гайку 144 и шток 104 клапана. Но в некоторых вариантах стопорный штифт 157 также может быть также включен в фиг. 3. Когда стопорный штифт 157 присутствует, возможно, будет желательно сместить стопорный штифт 157 от центра штока 104 клапана, чтобы не мешать потоку текучей среды через канал 134 для текучей среды. Все другие конструктивные и функциональные особенности распылительного сопла 100 по фиг. 3 такие же, как у распылительного сопла 100 по фиг. 2, и поэтому повторяться не будут. Одним из преимуществ устройства по фиг.3 может быть то, что сопло 135 второй головки 106 клапана напрямую сообщается по текучей среде с нагнетаемой текучей средой в кожухе 112 сопла посредством единого канала 134 для текучей среды через шток 140 клапана, что может гарантировать, что охлаждающая текучая среда доходит до второй головки 106 клапана, не испытывая прерывания или возмущений потока текучей среды, которые могут возникнуть в полости 117 для текучей среды согласно варианту реализации, раскрытому со ссылкой на фиг. 2.
[0034] Исходя из вышеизложенного, настоящее изобретение обеспечивает распылительное сопло, которое может работать на первой ступени открытия при низких давлениях и низких скоростях потока и работать на второй ступени при высоких давлениях и высоких скоростях потока, что преимущественно увеличивает общий диапазон давлений и скоростей потока через известные распылительные сопла в аналогичных вариантах применения. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает очень простую и компактную конструкцию с оптимальным сроком службы. То есть, поскольку смещающее устройство расположено только на пути потока охлаждающей текучей среды, оно не подвержено воздействию температур перегрева, присутствующих в паропроводе, которые могут ухудшать и ослаблять компоненты смещающего устройства. Кроме того, в некоторых вариантах смещающее устройство имеет очень простую конструкцию, состоящую только из гайки и пружины, прикрепленных к ближнему концу штока клапана. Это минимальное количество компонентов позволяет минимизировать общий осевой и радиальный размер распылительного сопла, что облегчает эксплуатацию, снижает материальные затраты и уменьшает общий размер паропровода или другого устройства для кондиционирования пара, к которому прикреплены сопла.
[0035] Как указано выше со ссылкой на фиг. 1, паропровод 10, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может содержать множество распылительных сопел 100. В одном варианте реализации каждое из распылительных сопел 100, прикрепленных к цилиндрической стенке 12, может иметь вторые головки 106 клапанов с отверстиями 138 сопел одинакового размера. Но в других вариантах распылительные сопла 100 могут иметь вторые головки 106 клапанов с отверстиями 138 сопел другого размера, чтобы достигать другой схемы потока охлаждающей текучей среды в паропроводе 10.
[0036] Кроме того, хотя распылительные сопла 100, описанные в настоящем документе, содержат только одну вторую головку 106 клапана, установленную в штоке 104 клапана, в некоторых вариантах шток 104 клапана может иметь достаточный диаметр, чтобы содержать множество вторых головок 106 клапана, установленных в нем. И, хотя фиг. 2 и 3, в общем, иллюстрируют первый и второй конусы распыления S1, S2, направленные в одном и том же направлении - т. е. вдоль продольной оси A - другие варианты распылительных сопел могут иметь конусы распыления S1, S2, испускающие потоки в разных направлениях например, под разными углами относительно продольной оси А.
[0037] Наконец, на основании вышеизложенного следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничен конкретными примерами, раскрытыми в данном документе, и могут быть полезны различные изменения и варианты, в зависимости от желаемого конечного применения, и такие изменения и варианты должны рассматриваться, как входящие в объем изобретения. Соответственно, объем изобретения не должен определяться примерами, описанными в настоящем документе и показанными на прилагаемых фигурах, а только формулой изобретения, которая, в конечном итоге, издана в патенте, и всеми их эквивалентами.
1. Распылительное сопло, содержащее:
корпус сопла, имеющий ближний конец, дальний конец, первое сквозное отверстие, проходящее между ближним и дальним концами корпуса сопла, и седло клапана, расположенное на дальнем конце корпуса сопла;
шток клапана, расположенный с возможностью скольжения в первом сквозном отверстии корпуса сопла и содержащий ближний конец, дальний конец и первую головку клапана, причем первая головка клапана образует посадочную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с седлом клапана, когда шток клапана находится в закрытом положении, и выполненную с возможностью расположения на расстоянии от седла клапана, когда шток клапана находится в открытом положении;
канал для текучей среды, расположенный в штоке клапана и образующий выпускное отверстие для текучей среды в первой головке клапана на дальнем конце штока клапана;
вторую головку клапана, прикрепленную к выпускному отверстию для текучей среды на головке клапана в штоке клапана, причем вторая головка клапана образует отверстие сопла, которое постоянно открыто и сообщается по текучей среде с каналом для текучей среды в штоке клапана;
смещающее устройство, создающее усилие, смещающее первую головку клапана в штоке клапана в направлении седла клапана корпуса сопла; и
кожух сопла, прикрепленный к корпусу сопла и закрывающий ближний конец штока клапана и охватывающий смещающее устройство, при этом
при приложении первого давления текучей среды, которое меньше порогового давления текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана смещающее устройство поддерживает шток клапана в закрытом положении, в то время как вторая головка клапана постоянно открыта, и
при приложении второго давления текучей среды, которое, по меньшей мере, равно пороговому давлению текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана шток клапана перемещается из закрытого положения в открытое положение, в то время как вторая головка клапана остается постоянно открытой.
2. Распылительное сопло по п. 1, в котором корпус сопла содержит цилиндрическую стенку, образующую первое сквозное отверстие.
3. Распылительное сопло по любому из предшествующих пунктов, в котором смещающее устройство расположено на ближнем конце штока клапана.
4. Распылительное сопло по любому из предшествующих пунктов, в котором смещающее устройство содержит гайку, прикрепленную к ближнему концу штока клапана, и пружину, расположенную между гайкой и ближним концом корпуса сопла.
5. Распылительное сопло по п. 4, в котором пружина расположена вокруг ближнего конца штока клапана.
6. Распылительное сопло по п. 4 или 5, в котором ближний конец корпуса сопла образует поверхность заплечиков, и когда шток клапана находится в закрытом положении, гайка находится на расстоянии от поверхности заплечиков, а когда шток клапана находится в открытом положении, гайка находится в контакте с поверхностью заплечиков.
7. Распылительное сопло по п. 4 или 5, в котором гайка представляет собой полый трубчатый элемент, содержащий втулочную часть, которая образует кольцевую выемку для по меньшей мере частичного прием пружины, при этом когда шток клапана находится в закрытом положении, втулочная часть гайки находится на расстоянии от поверхности заплечиков ближнего конца корпуса сопла, а когда шток клапана находится в открытом положении, втулочная часть гайки находится в контакте с поверхностью заплечиков ближнего конца корпуса сопла.
8. Распылительное сопло по любому из пп. 4-7, в котором смещающее устройство дополнительно содержит стопорный штифт, проходящий через гайку до ближнего конца штока клапана, для предотвращения относительного поворачивания гайки и штока клапана.
9. Распылительное сопло по любому из предшествующих пунктов, в котором корпус сопла, шток клапана и вторая головка клапана расположены соосно.
10. Распылительное сопло по любому из предшествующих пунктов, в котором отверстие сопла второй головки клапана содержит отверстие с фиксированным диаметром.
11. Распылительное сопло по любому из предшествующих пунктов, в котором канал для текучей среды в штоке клапана содержит второе сквозное отверстие, проходящее между ближним и дальним концами штока клапана и образующее впускное отверстие для текучей среды на ближнем конце штока клапана.
12. Распылительное сопло по любому из предшествующих пунктов, в котором канал для текучей среды содержит множество каналов для текучей среды, проходящих радиально под углом через шток клапана и содержащих соответствующее множество впускных отверстий для текучей среды, сообщающихся по текучей среде с выпускным отверстием для текучей среды.
13. Распылительное сопло по любому из предшествующих пунктов, в котором кожух сопла снабжен внутренней резьбой, а корпус сопла снабжен внешней резьбой для обеспечения резьбового соединения корпуса сопла с кожухом сопла и тем самым закрытия ближнего конца штока клапана и охвата смещающего устройства.
14. Распылительное сопло по п. 13, в котором ближний конец корпуса сопла имеет диаметр, который меньше диаметра дальнего конца корпуса сопла, образуя поверхность заплечиков, и внешняя резьба расположена на ближнем конце корпуса сопла так, что корпус сопла выполнен с возможностью ввинчивания в кожух сопла до тех пор, пока указанная поверхность заплечиков не войдет в контакт с кожухом сопла.
15. Устройство для кондиционирования пара, содержащее:
паропровод;
множество распылительных сопел, соединенных с коллектором и установленных вокруг паропровода, при этом множество распылительных сопел выполнено с возможностью подачи потока охлаждающей воды в паропровод, причем каждое распылительное сопло содержит:
корпус сопла, имеющий ближний конец, дальний конец, первое сквозное отверстие, проходящее между ближним и дальним концами корпуса сопла, и седло клапана, расположенное на дальнем конце корпуса сопла;
шток клапана, расположенный с возможностью скольжения в первом сквозном отверстии корпуса сопла и содержащий ближний конец, дальний конец и первую головку клапана, причем первая головка клапана образует посадочную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с седлом клапана, когда шток клапана находится в закрытом положении, и выполненную с возможностью расположения на расстоянии от седла клапана, когда шток клапана находится в открытом положении;
канал для текучей среды, расположенный в штоке клапана и образующий выпускное отверстие для текучей среды в первой головке клапана на дальнем конце штока клапана;
вторую головку клапана, прикрепленную к выпускному отверстию для текучей среды на головке клапана в штоке клапана, причем вторая головка клапана образует отверстие сопла, которое постоянно открыто и сообщается по текучей среде с каналом для текучей среды в штоке клапана;
смещающее устройство, создающее усилие, смещающее первую головку клапана в штоке клапана в направлении седла клапана корпуса сопла; и
кожух сопла, прикрепленный к корпусу сопла и закрывающий ближний конец штока клапана и охватывающий смещающее устройство, при этом
при приложении первого давления текучей среды, которое меньше порогового давления текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана смещающее устройство поддерживает шток клапана в закрытом положении, в то время как вторая головка клапана постоянно открыта, и
при приложении второго давления текучей среды, которое, по меньшей мере, равно пороговому давлению текучей среды, к посадочной поверхности первой головки клапана шток клапана перемещается из закрытого положения в открытое положение, в то время как вторая головка клапана остается постоянно открытой.
16. Устройство для кондиционирования пара по п. 15, в котором корпус сопла содержит цилиндрическую стенку, образующую первое сквозное отверстие.
17. Устройство для кондиционирования пара по п. 15 или 16, в котором смещающее устройство расположено на ближнем конце штока клапана.
18. Устройство для кондиционирования пара по любому из пп. 15-17, в котором смещающее устройство содержит гайку, прикрепленную к ближнему концу штока клапана, и пружину, расположенную между гайкой и ближним концом корпуса сопла.
19. Устройство для кондиционирования пара по п. 18, в котором пружина расположена вокруг ближнего конца штока клапана.
20. Устройство для кондиционирования пара по п. 18 или 19, в котором ближний конец корпуса сопла образует поверхность заплечиков, и когда шток клапана находится в закрытом положении, гайка расположена на расстоянии от поверхности заплечиков, а когда шток клапана находится в открытом положении, гайка находится в контакте с поверхностью заплечиков.
21. Устройство для кондиционирования пара по п. 18 или 19, в котором гайка представляет собой полый трубчатый элемент, содержащий втулочную часть, которая образует кольцевую выемку для по меньшей мере частичного прием пружины, при этом когда шток клапана находится в закрытом положении, втулочная часть гайки находится на расстоянии от поверхности заплечиков ближнего конца корпуса сопла, а когда шток клапана находится в открытом положении, втулочная часть гайки находится в контакте с поверхностью заплечиков ближнего конца корпуса сопла.
22. Устройство для кондиционирования пара по любому из пп. 18-21, в котором смещающее устройство дополнительно содержит стопорный штифт, проходящий через гайку до ближнего конца штока клапана, для предотвращения относительного поворачивания гайки и штока клапана.
23. Устройство для кондиционирования пара по любому из пп. 15-22, в котором корпус сопла, шток клапана и вторая головка клапана расположены соосно.
24. Устройство для кондиционирования пара по любому из пп. 15-23, в котором отверстие сопла второй головки клапана содержит отверстие с фиксированным диаметром.
25. Устройство для кондиционирования пара по любому из пп. 15-24, в котором канал для текучей среды в штоке клапана содержит второе сквозное отверстие, проходящее между ближним и дальним концами штока клапана и образующее впускное отверстие для текучей среды на ближнем конце штока клапана.
26. Устройство для кондиционирования пара по любому из пп. 15-25, в котором канал для текучей среды содержит множество каналов для текучей среды, проходящих радиально под углом через шток клапана и содержащих соответствующее множество впускных отверстий для текучей среды, сообщающихся по текучей среде с выпускным отверстием для текучей среды.
27. Устройство для кондиционирования пара по любому из пп. 15-26, в котором кожух сопла снабжен внутренней резьбой, а корпус сопла снабжен внешней резьбой для обеспечения резьбового соединения корпуса сопла с кожухом сопла и тем самым закрытия ближнего конца штока клапана и охвата смещающего устройства.
28. Устройство для кондиционирования пара по п. 27, в котором ближний конец корпуса сопла имеет диаметр, который меньше диаметра дальнего конца корпуса сопла, образуя поверхность заплечиков, и внешняя резьба расположена на ближнем конце корпуса сопла так, что корпус сопла выполнен с возможностью ввинчивания в кожух сопла до тех пор, пока указанная поверхность заплечиков не войдет в контакт с кожухом сопла.
