专利名称：改进的调节阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可同时降低蒸汽的温度和压力的改进的调节阀，具体地说，本发明涉及装有若干种新型喷嘴中的一种的蒸汽调节阀。
调节阀是为同时降低蒸汽的温度和压力而发展的，使用调节阀就不需要使用普通的减压阀、过热蒸汽降温器及其各自的温度和压力测控回路。调节阀一般用于涡轮支路管、干燥滚筒、空气预热器蛇管、设备连接管路、过程反应器、风扇驱动装置、压气机驱动装置、设备加热、燃油加热、汽化器供水和雾化蒸汽中精确控制温度和压力。
蒸汽调节阀工作时，使高压的过热蒸汽与降温后的过热蒸汽或雾化的水混合。现有技术的这种阀存在的一个问题是，结构复杂，控制困难。另一个问题是，调节是在靠近阀动机构处进行的。这种调节阀要求复杂的结构，才能使降温后的过热蒸汽或水直接进入阀动机构内，因此，雾化的水或冷却后的过热蒸汽经常不能均匀分配。而且，在阀的出口侧即阀动机构的下游常常发生很大面积的涡流。
本发明涉及的一种调节阀，具有专门设计的、形状圆滑的阀体，使热应力和疲劳降到最低程度，并改善了流动特性。光滑的流道形状避免了断流和不希望的涡道，从而保持低噪声压力水平。本发明装有一种可供给冷却过热蒸汽用的冷却水的整体水分配系统，它设计成可使水与蒸汽流量的比值与柱塞位置成一定的比例，而柱塞的位置又是阀冲程的函数。本发明的阀能够经受大的负荷变化而保持精确的温度控制。
本发明还装有可在大的涡流面积内均匀分配水的新型喷嘴。本发明的喷嘴的特征保证了水的完全雾化，从而获得最佳的汽化和温度控制。通过将水喷入涡流最剧烈的区域内的办法，进一步减少了噪声。
本发明提出了一种可同时降低进入阀内的蒸汽的压力和温度的调节阀。它包含一个分成第一阀室和第二阀室的阀体，第一阀室有一个将高压的过热蒸汽引入阀内的入口，而第二阀室则设有供调节后的蒸汽(和水)排出阀外的出口。在阀体的第一阀室与第二阀室之间设有一环形阀座。一个带孔眼的外圆筒固定在环形阀座上，并伸入到第二阀室中，使蒸汽通过它流入第二阀室。圆柱形的阀动机构可在环形阀座和外圆筒内滑动、并延伸进入第一阀室和第二阀室，在它的本体中有一部分带有一组孔眼，当它处于第一位置时，蒸汽从第一阀室流向第二阀室，而当它处于第二位置时，这些孔眼被堵住，切断了蒸汽流。一个供水阀杆轴向延伸通过上述圆柱形阀动机构和外圆筒的中心，到达第二阀室，以将冷却水引到这里。该阀杆还与圆柱形阀动机构相连接，并且可滑动地调节该阀动机构到第一位置或第二位置。最后，位于供水阀杆末端的机构将雾化的冷却水喷入第二阀室，与进入该室的蒸汽混合。
结合本文的附图将会更好地理解上面的简述和下面的说明。为了叙述本发明，附图中示出了本发明的最佳实施例，但是，必须明白，本发明并不仅仅局限于所示的具体结构和方法。
图1是最佳实施例的调节阀的剖面图;
图2是最佳实施例的供水阀杆和出口的放大剖视图;
图3和4是最佳实施例雾化喷嘴的放大剖面图;
图5是最佳实施例的调节阀处于打开状态的剖面图;
图6是第一种可选用的喷嘴实施例的剖面图;
图6A是沿图6的A-A线的第一种可选用的喷嘴实施例的平面图;
图7是第二种可选用的喷嘴实施例的剖面图;
图7A是沿图7的A-A线的第二种可选用的喷嘴的平面图;
图7B是沿图7的B-B线的第二种可选用的喷嘴的平面图;
图8是第四种可选用的喷嘴的剖面图;
图8A是沿图8的A-A线的第四种可选用的喷咀的平面图;
图8B是沿图8的B-B线的第四种可选用的喷嘴的平面图;
图9是最佳实施例的喷嘴的第五种实施例;
图9A是沿图9的A-A线的第五种可选用的喷嘴的平面图;
图9B是沿图9的B-B线的第五种可选用的喷嘴的平面图;
图9C是沿图9的C-C线的第五种可选用的喷嘴的平面图;
图10是最佳实施例的第三种可选用的喷咀的剖面图;
图10A是沿图10的A-A线的第三种可选用的喷嘴的平面图;
图10B是沿图10的B-B线的第三种可选用的喷嘴的平面图;
图11是一种带有压力密封盖的成角度的蒸汽调节阀的剖面图;
图12是一种带有压力密封盖的成角度的蒸汽调节阀的断面立视图。
下面参考附图叙述本发明，图中同样的零件用同一标号表示。图1示出最佳实施例的调节阀的正视图。阀10包含一个带有喷入过热蒸汽的入口14和排出蒸汽(和水)的出口16的阀体12，因此该阀体含有一个入口室18和一个出口室20，它们被一个从阀体壁向内延伸而形成的环形阀座22所隔开。
阀座组件22支承着两个同轴并且带有孔眼的圆筒，内圆筒26分成两部分，即起柱塞作用的上部实心部分27和带孔的供来自入口室的过热蒸汽通过的下部分29。外圆筒28伸入出口室20并叠合在内圆筒26的外面。它也打有孔眼，以便让降温后的过热蒸汽进入出口室20，它与环形阀座22相配合，并带有向内的弯弧形部分28a，用以削弱驻波。内外圆筒和阀座组件形成一个阀，起到控制入口室与出口室之间蒸汽流的作用。
阀体上还有另一个用来支持阀盖30和供水阀杆组件31的阀口33。内圆筒26在阀盖30内滑动并由包圈着柱塞27的活塞环32保持密封。阀盖30由扇形环件34和压力密封垫圈36固定在阀体内，并由预应力环38进一步压紧。
供水阀杆40沿阀盖30的中心轴向穿过两个圆筒而进入出口室20。它的上端有孔44，通过杆的滑动可使孔44与进水管42对准。供水阀杆40从阀体的阀口33伸出来，并在上端用衬套46密封。通过阀杆与柱塞组件48(即通过组件48上、下移动)可调节供水阀杆40和柱塞27在阀盖内的滑动。卡环54夹持一个压紧密封螺帽(未示出)的压盖(未示出)。阀杆与柱塞组件48可由任何普通的机构带动作纵向移动。带孔眼的套筒53包围着供水阀杆的上端，孔眼55靠近供水杆40的上端，可使水从水管42流入供水阀杆40的孔44。
下面参考图2、3和4说明第一实施例的出水喷嘴。图2示出了从圆筒26和28伸出的供水阀杆40的末端部分。供水阀杆40有一个带喷嘴56的出口，该喷嘴56被夹持在与阀杆40为一整体并位于阀杆最下部的外套筒58内。喷嘴56含有若干个向外延伸的出水口62，它们向下倾斜并直接对着套筒58的内壁向外喷水，冷却水由喷嘴56与套筒58之间的环形通道66流出。
下面参考图1和5说明本发明的工作情况。图5示出本发明调节阀的打开状态。将阀杆与柱塞组件48往上拉，使阀杆40和内圆筒26拉向阀盖30。于是，蒸汽由阀座22上方的入口14流入阀体12，并通过内圆筒29的孔眼，使蒸汽流发生初次减压。本发明在外圆筒28和阀杆40之间设置一个小通道25，从而在喷嘴末端产生一种抽吸作用，然后，蒸汽流过内圆筒29并通过带孔眼的外圆筒28进入出口室20，这就造成第二次减压。与此同时，在供水阀杆组件40上部的进水孔44与孔眼55和进水管42对准。冷却水沿供水阀杆流下，并从雾化喷嘴56喷出，蒸汽与水混合并降温。通过逐渐向上移动阀杆，可使内圆筒26和供水阀杆40上部一定数量的孔眼打开。因此，进入的冷却过热蒸汽用的水量直接与流经阀的蒸汽量成正比。
由于上述水喷嘴的独特设计和阀的流体动力学，雾化的水与出口室20的蒸汽可完全混合而不会冲击阀体的内壁。在工作过程中，水在套筒58的内表面上形成一层薄膜。沿出口室20内壁分布的高速蒸汽边界层防止水喷到内壁上，从而避免了水的冲击。压力和温度都已降低了的蒸汽完全在控制下流下游的管道中，因此不会损坏任何检测仪器、机械、阀或弯头。
图1示出了处在关闭状态的阀杆与柱塞组件。如图所示，供水阀杆40和内圆筒26已推向下部，内圆筒26的不带孔部分座落到环形阀座22上。供水阀杆40上部的孔被向下推离开进水管42和带孔眼的进水套筒53。因此内圆筒和阀杆上部的孔不会流入蒸汽或水。
上面已经说明了本发明的一种入口和出口都处于同一参考平面的调节阀。但是，本发明的优点同样适合于成角度的阀(如图11和12所示)。图11所示的阀带有一个压力密封的阀盖，图12所示的阀带有一个用螺栓固定的阀盖30a和消音器板61，这两个实施例以与图1-5讨论过的相同方式进行工作。
除了上述图2-4所示喷嘴实施例以外，本发明也可采用图6-10所示的五种可供选用的喷嘴实施例中之一的喷嘴。图6和6A示出第一种可选用的喷嘴实施例，该喷嘴包含一个插入供水阀杆套筒58端部的栓塞68，该柱塞68包括一个伸入到供水阀杆套筒58中的空心管状套筒90和一个靠近外套筒58并形成水流表面74的柱塞端72。因此，在供水阀杆外套筒58与柱塞端部72之间形成了环形流道76。管状套筒70通过螺纹75与供水阀杆内壁相连接并在供水阀杆与柱塞端部之间形成一内水流通道。如图6A所示，管状套筒在靠近柱塞端部有多个向下切向延伸的通道78这些通道使套筒70的内部与环形流道76连通。
水流沿供水阀杆40而下，进入管状套筒70内形成的内通道，然后进入切向延伸的通道78，水流在此处得到径向和切向加速，进入环形流道76，引起高速的涡流运动。在水流量低的情况下，水不能完全充满流道76，但附贴于外套筒58的内壁，并经外缘58a排出。随着水流量的增大，水流经过环形通道76而加速，并通过受控制的开口76b而排出。
图7、7A和7B示出了第二种可选用的喷嘴实施例。该实施例也像图6和6A所示实施例那样，也采用类似的插入到供水阀杆内的柱塞。该柱塞含有一与供水阀杆相匹配的内空心套筒79，但该套筒内径变小并端接到构成阀座81的端壁上。驱动活塞80和柱杆组件82的弹簧产生一种反压以控制流出供水阀杆的水流量。活塞80和柱杆82可滑动地夹持在圆柱形活塞室84内，该活塞室84在柱塞端部处设有孔眼。柱塞端部还设有孔86，以便利于柱杆纵向移动到柱塞端部以外而进入出口室20。孔86含有迷宫式密封88，可捕集污物、减少漏泄。活塞阀受圆柱形活塞室84内弹簧90的作用力而向上偏移，并处于与供水阀杆内通道中的阀座81相平接的状态，因而可阻住水的流动。
工作时，当供水阀杆中的水压达到一定值时，偏置的活塞阀80被向下推移而进入圆柱形活塞室84中，并离开阀座81(如图中点划线A所示)。当水压将活塞阀80向下推时，便依次露出通道91和若干个纵向穿通柱塞内壁的切向通道93(图7A和7B)。活塞阀的侧壁也带有一种可减少漏泄和捕集污物的的迷宫式密封94。当活塞阀80继续向下推移时，降低蒸汽温度用的冷却水顺序流出通道91，如果来自阀杆的水压足够高的话，冷却水就从切向通道93流出并进入柱塞端部与供水阀杆之间形成的环形流道97中。柱塞端部还带有一连通活塞室与环形流道的水平细通孔96，以便使集积在圆柱形活塞室84中的水容易排出喷嘴外。
在图6和图7的实施例中，综合采用了旋流式的和环形的流道。这种旋流式通道一组切向小孔组成，可使水从柱塞内室流到供水阀杆套筒58中。在低流量到中流量的状态下，由流体方向变化而产生径向速度矢量使液流沿水管内壁流动，并以均匀流型从外出口边缘排出。在高流量状态下，环形间隙变成节流机构。因此，旋流速度与通过环形小孔的加速作用相结合而产生一种喷射流型。
图8、9和10示出另外三种喷嘴形式，在这些实施例中，每一种都采用了涡流式喷嘴。图10示出一种带有切向配置的出水口的涡流式喷嘴。在该实施例以及图8和9所示实施例中，喷嘴柱塞99插入供水阀杆中，它带有一与供水阀杆端部相接并使其密封的环形凸缘98。该柱塞99含有一个空腔部分100和向上伸入阀杆的实心部分102。在其实心部分102的外圆柱表面上设有流道104，由切向流道105将它连接到空腔部分100的顶部。喷嘴零件106固定到柱塞端部上，它包含一个坡形入口108和一个空心圆柱形开口110。
在工作过程中，水沿供水阀杆落下。当水流到达实心部分102时，就进入四个矩形流道104中，然后顺流道104流下，进入切向流道105。切向流道使水在空腔内形成一旋转的涡流109，并从喷嘴的空心圆柱开口110排出。
图8和8A示出了一种类似于图10的喷嘴。在图8中，柱塞端部与喷嘴的连接方法与图10所示实施例一样。该实施例采用一个由弹簧驱动的活塞阀112和阀座115，该阀座115隔开上流室114和下流室116。活塞阀112带有一个柱杆113，它向上伸入供水阀杆中并位于构成活塞室118的空心套筒内。柱杆113的一端连接到伞形端块120上，由于空心活塞室118内的偏压弹簧124的作用，使端块120向上偏移而压紧阀座115。柱杆还通过从上流室的上壁延伸出来的导向壁进行导向。在导向壁中带有迷宫式密封119，用以捕集污物并使活塞室118与上流室114之间的漏泄减至最小。活塞形阀动机构连接到柱杆的另一端并隔开上流室和下流室。因此，上流室由端柱塞内壁、导向壁与活塞形成。而下流室则处于活塞阀与喷嘴之间。四个切向通道121连通上流室114与流道104。
在工作过程中，水沿供水阀杆流下，并由伞形端块120导入四上矩形流道104中，然后流入切向通道121，再以旋转的涡流式进入上流室114。当上流室114的水压达到一定值时，将偏移的阀动机构向下推移，因此水就以旋流式的涡流排出上流管114而进入下流室116中，然后再通过喷嘴110排出，这种阀可防止供水阀杆中水的突然泄放。
图9-9c示出一种两级弹簧加载的涡流式喷嘴。在该实施例中，除了在下流室116中设有另外的切向通道122以外，其他都同图8所示实施例一样。因此，图9所示实施例在矩形流道104和下流室116之间总是沟通的。当水流下时，借助切向通道122产生一种进入喷嘴的恒定的水涡流。当上流室的压力达到一定值时，活塞阀被向下推移离开阀座，从而在上、下流室之间产生另一股水流。因此，本实施例形成了一种两级的喷射阀。
图8、9和10所示涡流式喷嘴的喷射流型取决于喷嘴于孔口的设计比例、切向入口所产生的径向加速以及排出口的结构。涡流式喷嘴由于孔口大而能通过污物和颗粒状物质，其最大流量比尺寸相同的旋流式喷嘴的小。
熟悉本技术的人都会认识到，在不违背本发明的广义概念的情况下，上述本发明的实施例可作各种改动。因此，可以理解，本发明并不局限于所述的实施例，而应包括所有在不超出所附权利要求限定的本发明的范围和精神下的各种改型。
权利要求
1.一种同时降低蒸汽压力和温度的调节阀，它包含一个分为第一阀室和第二阀室的阀体。该第一阀室设有一个将高压的过热蒸汽引入上述调节阀的入口，而第二阀室则设有一个供已降温减压的蒸汽和水排出上述调节阀外的出口；一个固定在上述阀内位于上述第一阀室与第二阀室之间的环形阀座；一个与上述阀座滑动地配合的空心圆筒，当该圆筒处于第一位置时，蒸汽可从第一阀室流入第二阀室。而当该圆筒处于第二位置时，它则阻止蒸汽流过；和与上述圆筒相配合的供水阀杆装置。用来调节上述圆筒在上述第一位置与第二位置之间的位置，该阀杆装置设有一个出口。可将降低过热蒸汽温度用的冷却水喷入上述第二阀室中并与蒸汽混合。
2.根据权利要求1的调节阀，它还包含一个与上述供水阀杆装置协同动作的供水阀，用来控制流入上述供水阀杆中的冷却水流量，当上述圆筒处于上述第一位置时，上述供水阀打开，而当上述圆筒处于上述第二位置时，上述供水阀关闭。
3.根据权利要求2的调节阀，其特征在于，供水阀包含上述阀杆上部的多个孔眼，当上述圆筒处于上述第一位置时，上述孔眼与进水管道对准，但当上述圆筒处于上述第二位置时，上述孔眼就被堵住，即与进水管道错开。
4.根据权利要求1的调节阀，其特征在于，上述供水阀杆装置包含一个供水管。
5.一种可同时降低进入阀内的蒸汽压力和温度的调节阀，它包含一个分为第一阀室和第二阀室的阀体，该第一阀室设有一个将高压的过热蒸汽引入上述调节阀内的入口，而上述第二阀室设有一个供调节后的蒸汽排出上述调节阀外的出口;一个固定在上述阀内位于上述第一阀室与第二阀室之间的环形阀座;可滑动地安装在上述环形阀座内并延伸进入上述第一阀室和第二阀室的圆柱形阀动机构，该机构的本体中有一部分带有多个孔眼，当它处于第一位置时，蒸汽可通过这些孔眼从上述第一阀室流入第二阀室，但当它处于第二位置时，上述孔眼被堵住，切断上述的蒸汽流;一个穿过上述圆柱形阀动机构并终止于上述第二阀室的供水阀杆、用来将冷却水送到上述第二阀室中，该阀杆与上述圆柱形阀动机构相连接，并且可滑动地调节该阀动机构到第一位置或第二位置;和位于上述供水阀杆的末端、用来将雾化的冷却水喷入第二阀室与进入这里的蒸汽进行混合的装置。
6.根据权利要求5的调节阀，它还包含一个与上述供水阀杆装置协同动作的供水阀，用来控制流入上述供水阀杆装置的冷却水流量，当上述圆柱形阀动机构处于上述第一位置时，上述供水阀打开，而当上述圆柱形阀动机构处于第二位置时，上述供水阀关闭。
7.根据权利要求6的调节阀，其特征在于，上述供水阀在上述供水阀杆的上部有多个孔眼，当上述圆柱形阀动机构处于上述第一位置时，这些孔眼与进水管道对准，而当上述圆柱形滑动机构处于第二位置时，上述孔眼则与上述进水管错开。
8.根据权利要求5的调节阀，其特征在于，上述供水阀杆带有一根供水管。
9.根据权利要求8的调节阀，其特征在于，所述的喷射雾化了的水的机构包含一个带有多个从上述供水阀杆末端径向向外延伸的出水口的喷嘴，和一个包围上述喷嘴的由阀杆延伸而成的外套筒，上述喷嘴将水喷向上述外套筒的内壁。
10.根据权利要求5的调节阀，其特征在于，位于上述供水阀杆末端用来将雾化的冷却水喷入上述第二阀室的机构是一个喷嘴，它含有一个与带斜角的柱塞端部相连接的管状套筒，该套筒插入上述供水阀杆的上述末端并与之相匹配，以便在上述供水阀杆与上述柱塞端部之间形成一个流道，上述柱塞端部与上述阀杆末端形成一个环形流道，上述管状套筒在靠近上述柱塞端部有若干个切向通道，以便使从上述环形流道排出的水形成旋流式水流进入上述第二阀室。
11.根据权利要求5的调节阀，其特征在于，位于上述供水阀杆末端用来将雾化的冷却水喷入上述第二阀室的机构是一种喷嘴，它包含一个与带斜角的柱塞端部相连接的管状套筒，它插入上述供水阀杆末端并与之相匹配，以便使上述供水阀杆与上述柱塞端部形成一水流通道，上述柱塞端部与上述阀杆末端形成一环形流道，上述套筒内径变小，形成一个阀座，它还有多个位于上述阀座与上述柱塞端部之间的切向流孔以构成上述管状套筒与上述环形流道间的水流通道;一个伸入上述管状套筒并与上述阀座相配合的可伸缩的阀动机构，该阀动机构可被来自上述供水阀杆的水压推回，使它上面的切向孔道露出来而形成上述水流道;和将上述阀动机构偏压到紧靠上述阀座的机构，该机构在上述供水阀杆中的水压达到预定值之前，阻止水流通过上切向孔道。
12.根据权利要求5的调节阀，其特征在于，位于上述供水阀杆末端用来将雾化的冷却水喷入上述第二阀室的机构是一个喷嘴，它包含一个与上述供水阀杆末端相匹配的柱塞端部，它含有一个内腔和一个向上伸入供水阀杆内的实心部分，该实心部分含有若干条伸向上述柱塞端部的水流通道;一组连通上述水流通道与上述空腔并可在该空腔内形成一种旋流式水涡流的切向通道;和一个伸入上述空腔与上述第二阀室的空心圆套筒，用来将在上述空腔内产生的旋流式水涡流传送到上述第二阀室。
13.根据权利要求5的调节阀，其特征在于，位于上述供水阀杆末端用来将雾化的冷却水喷入上述第二阀室的机构是一个喷嘴，它包含一个与上述供水阀杆末端相匹配的柱塞端部，它含有一个分成上流室和下流室的内腔，上述上流室和下流室由一个阀座隔开，上述柱塞端部还包含一个向上伸入上述供水阀杆的实心部分，该实心部分含有若干条伸向上述末端的流道;一组连通上述流道与上述上流室的切向通道，这些切向通道在上流室内产生一种旋流式水涡流;与上述阀座相配合的阀动机构，该阀动机构打开时，允许上述水涡流从上述上流室流到上述下流室;将上述阀动机构偏压到紧靠在上述阀座上的机构，以便在上述上流室中的上述旋流式水涡流的水压达到预定值之前，阻止上述上流与下流室之间水的流通;和一个伸入上述下流室和上述第二阀室的空心圆套筒，用来将在上述上流室中产生的上述旋流式水涡流传送到上述第二阀室。
14.根据权利要求13的调节阀，它还包含连接上述下流室和上述流道并在上述下流室中产生上述旋流式水涡流的第二组切向通道。
15.一种可同时降低流入阀内的蒸汽的压力和温度的调节阀，它包含一个分为第一阀室和第二阀室的阀体，上述第一阀室设有一个将高压过热蒸汽引入上述调节阀的入口，上述第二阀室则设有一个供调节后的蒸汽排到上述调节阀之外的出口;一个固定在上述阀体内位于第一阀室与第二阀室之间的环形阀座;一个固定在上述环形阀座并伸入上述第二阀室的带孔眼的外圆筒，该圆筒可让蒸汽穿过它进入上述第二阀室;可在上述环形阀座和上述外圆筒内滑动的圆柱形阀动机构，它延伸进入第一阀室与第二阀室，在它的本体上有一部分带有多个孔眼，当上述阀动机构处于第一位置时，蒸汽可从第一阀室流入第二阀室，当上述圆柱形阀动机构处于第二位置时，上述孔眼关闭，切断上述蒸汽流;一个轴向穿过上述圆柱形阀动机构和上述外圆筒的中心并且伸入到上述第二阀室的供水阀杆，该阀杆将冷却水送入上述第二阀室，它还与上述圆柱形阀动机构相连接，并且可滑动地调节上述圆柱形阀动机构到上述第一位置或第二位置上;和位于上述供水阀杆末端将雾化水喷入上述第二阀室与进入这里的蒸汽相混合的机构。
全文摘要
可同时降低蒸汽压力和温度的调节阀，包含一个分为第一阀室和第二阀室的阀体，第一阀室有一高压过热蒸汽的入口，第二阀室则有一降温减压后的蒸汽的出口；一个固定在阀内第一阀室与第二阀室间的环形阀座；一个与该阀座滑动地配合的空心圆筒，当它在第一位置时，蒸汽可从第一阀室流入第二阀室，当它在第二位置时便阻止蒸汽流动；以及与空心圆筒相连接以便滑动地调节该圆筒到第一或第二位置的供水阀杆，它有喷出冷却水到第二阀室与蒸汽混合的出口。
文档编号F01D17/14GK1048745SQ90104519
公开日1991年1月23日 申请日期1990年7月10日 优先权日1989年7月10日
发明者马克斯·库弗, 罗伊·L·菲斯 申请人:基斯通国际集团公司