一种可适应多种流量的缓冲式喷嘴及其调节方法
技术领域
本发明涉及喷嘴，尤其涉及一种可适应多种流量的缓冲式喷嘴及其调节方法。
背景技术
在发电机组中，水是一种重要的工作介质。随着超临界、超超临界机组的发展，机组设备面临高温的工作条件，如果水中溶解氧气，会加速设备的腐蚀，因此需要通过除氧器对水进行除氧。热力除氧的原理是将水加热至饱和温度，使溶解氧从水中析出，达到降低水中氧气体浓度的目的。实际工程中通常使用喷嘴将水以雾滴的形式喷入除氧器中，雾滴的比表面积较大，可有效提高传热和传质的效率。恒速喷嘴是除氧器中一种常用的喷嘴，在不同的流量下，喷口的开度会发生相应的调整，使喷口的流速保持在一个相对稳定的范围内。如果水的流量过大，恒速喷嘴喷口开度随之增大，可能会导致喷口处水膜的崩溃，影响喷嘴的雾化效果。此外，在水的流量不稳定的情况下，同样可能影响喷嘴的雾化效果。因此，提高喷嘴对变化流量的适应性以及对流量突变的稳定性是除氧器喷嘴的一个发展方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以适应多种流量的缓冲式喷嘴，通过改变调节阀瓣的位置，使喷嘴在不同的流量下均能保持较好的雾化效果，同时缓冲板起到了稳定流量突变的作用。
为了实现上述发明目的，本发明具体采用的技术方案如下：
一种可适应多种流量的缓冲式喷嘴，其包括顶盖、调节缓冲元件、过滤器、喷嘴主体、碟型盘片和底盖；
所述顶盖装配于喷嘴主体的顶部，喷嘴主体侧壁上设有流体入口；喷嘴主体的底部同轴装配有若干碟型盘片，各碟型盘片沿喷嘴主体的轴向层叠式布置；
每个所述碟型盘片由分流盘和喷口唇瓣组成；所述分流盘由圆筒形侧壁和环形顶面组成，圆筒形侧壁沿周向均匀开设有若干出水孔，分流盘的周向环绕有两片喷口唇瓣，两片喷口唇瓣对向布置，在分流盘外部形成一个环形的喷口；在压力作用下，分流盘内腔中的流体穿过出水孔后，以水雾形式从环形喷口喷出；相邻碟型盘片的分流盘内腔连通形成与喷嘴主体同轴的调节流道，顶部碟型盘片的分流盘内腔顶部与喷嘴主体内腔底部连通，底部碟型盘片的分流盘内腔底部通过底盖密封；
所述调节缓冲元件包括调节螺杆、缓冲板、调节阀瓣和弹簧；所述调节阀瓣同轴固定于调节螺杆的底部，缓冲板和弹簧均同轴套于调节螺杆上，且弹簧两端分别固定于缓冲板和调节阀瓣上，缓冲板能沿调节螺杆轴向滑动；所述调节螺杆沿喷嘴主体的轴向布置，其顶部穿出顶盖，所述缓冲板和调节阀瓣均位于所述调节流道中，且缓冲板和调节阀瓣的外径均与所述分流盘的环形顶面内径相同或略小；调节螺杆具有轴向的调节自由度，以改变缓冲板和调节阀瓣在所述调节流道中的位置；
所述过滤器位于喷嘴主体中，呈顶部开口底部封闭的筒状，筒壁上均匀开设有过滤孔；过滤器同轴套于所述调节螺杆上，从所述流体入口流入的液体经过过滤器过滤后再进入所述碟型盘片中。
作为优选，所述调节缓冲元件中，所述缓冲板上部为圆形板，下部设有与调节螺杆配合的导向套筒，圆形板通过导向套筒套在调节螺杆上滑动；所述调节阀瓣优选为高度不小于所述碟型盘片厚度的圆柱形。
作为优选，所述喷嘴主体内部设有支架；所述过滤器通过所述支架固定于喷嘴主体内壁上；优选的，过滤器的顶面周向与喷嘴主体内壁密闭连接，使从所述流体入口流入的液体必须经过过滤器过滤后再进入下游。
作为优选，所述过滤器中心设有与所述调节螺杆配合的导向套筒，调节螺杆通过导向套筒穿过过滤器，且导向套筒内部与过滤器内腔密封不连。
作为优选，所述过滤器底部中心高于边缘，使边缘呈凹槽状，用于存放过滤介质时留下的固体杂质。
作为优选，所述碟型盘片中，分流盘的环形顶面沿周向均匀开设有若干安装孔，所述喷嘴主体和底盖底部也开设有对应的安装孔；底盖和所有碟型盘片通过穿过安装孔的拉紧螺栓固定于所述喷嘴主体的底部。
作为优选，所述分流盘的顶部和底部分别设有可相互吻合的阶梯形卡口，两片所述喷口唇瓣通过所述卡口与所述分流盘连接。
作为优选，所述喷口唇瓣的外边缘具有弹性，在无水压情况下，两片喷口唇瓣的外边缘对压贴合，在分流盘内腔的压力作用下，两片喷口唇瓣的外边缘扩张形成用于将水雾化的喷口；优选的，所述出水孔的轴心垂直于所述分流盘的轴心，并穿过所述喷口。
作为优选，所述顶盖的中心设有内攻螺纹的导向套筒，所述调节螺杆穿过导向套筒，且两者的螺纹相吻合，构成控制调节螺杆轴向移动的螺纹副。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述缓冲式喷嘴的流量控制方法，其步骤如下：
S1：根据预估流量和预先确定的不同流量与碟型盘片启用层数的对应关系，通过调节所述调节螺杆控制缓冲板所处的位置，使缓冲板上方的碟型盘片层数满足预估流量下稳定喷雾所需的碟型盘片启用层数；
S2：将水流从所述流体入口通入喷嘴主体中，通过过滤器侧壁面的过滤孔过滤后，从喷嘴主体底部的通道进入所述调节流道的有效区域，通过有效区域中各分流盘侧壁面的出水孔进入喷口唇瓣，在压力的作用下，喷口唇瓣扩张形成水膜，将水以水雾的形式喷出；
当水流流量波动时，缓冲板顶面的水压发生变化，在弹簧的调控下使得缓冲板的位置发生移动，在调整范围内自适应改变碟型盘片的有效层数，抵消流量波动对喷嘴雾化效果的影响；
S3：当实际水流流量变化超出缓冲板的自适应调整范围时，通过所述调节螺杆控制缓冲板所处的位置，改变碟型盘片的启用层数进而改变所述调节流道的有效区域，使喷口处的水膜保持在较稳定的状态，保证喷嘴雾化效果。
本发明提出的可适应多种流量的缓冲式喷嘴，通过改变碟型盘片的有效层数，稳定不同流量下喷口处水膜的形成效果，保证喷嘴的雾化效果不受流量变化的影响。此外，通过弹簧对缓冲板位置的微调作用，在流量发生突变时可，起到在较小范围内微调碟型盘片的有效层数，起到稳定喷嘴雾化的效果。
附图说明
图1是本发明的装配示意图。
图2是本发明中调节缓冲元件组装示意图。
图3是本发明中过滤器的结构示意图。
图4是本发明中碟型盘片组装示意图。
图5是本发明中碟型盘片的分流盘结构示意图。
图中附图标记为：顶盖1、调节缓冲元件2、喷嘴主体3、过滤器4、碟型盘片5、底盖6、调节螺杆2-1、缓冲板2-2、调节阀瓣2-3、弹簧2-4、、分流盘5-1、喷口唇瓣5-2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种可适应多种流量的缓冲式喷嘴，其主要结构包括顶盖1、调节缓冲元件2、过滤器4、喷嘴主体3、碟型盘片5和底盖6。
其中喷嘴主体3为一个中空筒状结构，其侧壁上设有流体入口，外部以焊接的方式设置用于接管的法兰。喷嘴主体3顶部设有连接法兰，其底部中心具有开口，底部环形边缘设有若干螺纹盲孔。顶盖1也具有法兰，对应装配于喷嘴主体3的顶部法兰上，起密封作用。顶盖1中心设有一个导向套筒，内壁设有螺纹，用于装配调节缓冲元件2。
喷嘴主体3的底部同轴装配有多个碟型盘片5，各碟型盘片5沿喷嘴主体3的轴向层叠式布置，每一层碟型盘片5相互卡合。如图4所示，每个碟型盘片5由分流盘5-1和喷口唇瓣5-2组成。如图5所示，分流盘5-1由圆筒形壁面和环形顶面组成，圆筒形侧壁面沿周向均匀开设可使流体通过的出水孔。分流盘5-1的环形顶面内径与调节阀瓣2-3截面直径相同。分流盘5-1的环形顶面沿周向均匀设有安装孔，安装孔轴心与分流盘5-1轴心平行。分流盘5-1的顶部和底部分别设有可相互吻合的阶梯形卡口，上下两个分流盘5-1通过卡口卡合，同时两片喷口唇瓣5-2也通过卡口安装于分流盘5-1上。两片喷口唇瓣5-2均呈环形，安装后沿分流盘5-1的周向环绕，两片喷口唇瓣5-2对向布置，呈镜像对称，可以在分流盘5-1外部形成一个环形的喷口。喷口唇瓣5-2的外边缘具有弹性，两者安装完毕后外边缘贴近，而内边缘则具有一定的间距，以便于出水孔中的水流进入喷口位置。在无水压情况下，两片喷口唇瓣5-2的外边缘对压贴合，在分流盘5-1内腔的压力作用下，两片喷口唇瓣5-2的外边缘扩张形成用于将水雾化的喷口。在压力作用下，分流盘5-1内腔中的流体穿过出水孔后，以水雾形式从环形喷口喷出。出水孔的轴心最好垂直于分流盘5-1的轴心，并穿过喷口，以减少流动阻力。
在多层形式的碟型盘片5区域中，相邻碟型盘片5的分流盘5-1内腔连通形成与喷嘴主体3同轴的调节流道，顶部碟型盘片5的分流盘5-1内腔顶部与喷嘴主体3内腔底部连通，底部碟型盘片5的分流盘5-1内腔底部通过底盖6密封，以保证进入喷嘴主体3中的水流全部从碟型盘片5的喷口唇瓣5-2中喷出，不会从其他地方泄漏。
在本发明中，设置多层的碟型盘片5，其目的是为了便于根据不同的流量调整其启用的碟型盘片5有效数量，而这个调整功能是通过前述的调节缓冲元件2来实现的。
如图2所示，调节缓冲元件2由调节螺杆2-1、调节阀瓣2-3、弹簧2-4和缓冲板2-2组成。其中调节阀瓣2-3为圆柱形，顶部有台阶孔，孔壁有螺纹。调节阀瓣2-3顶部围绕台阶孔设有凹槽。缓冲板2-2上部为圆形板，直径与调节阀瓣2-3截面直径相同，圆形板的中心下部设有与调节螺杆2-1配合的导向套筒，使调节螺杆2-1穿入其中，圆形板通过导向套筒套在调节螺杆2-1上滑动。缓冲板2-2的底部围绕导向套筒设有凹槽，凹槽直径与调节阀瓣2-3凹槽相同。弹簧2-4套在调节螺杆2-1上。两端分别固定于调节阀瓣2-3和缓冲板2-2的凹槽中，起到连接调节阀瓣2-3与缓冲板2-2的作用。缓冲板2-2能在外力和弹簧2-4的作用下沿调节螺杆2-1轴向滑动。调节螺杆2-1顶端设有螺纹，底端也设有螺纹。调节螺杆2-1通过底端的螺纹与调节阀瓣2-3阶梯孔壁的螺纹相互吻合，起到螺纹连接的作用。调节螺杆2-1沿喷嘴主体3的轴向布置，其顶部通过顶盖1上的导向套筒穿出顶盖1，调节螺杆2-1穿过导向套筒时两者的螺纹相吻合，构成控制调节螺杆2-1轴向移动的螺纹副。调节螺杆2-1的长度应当保证缓冲板2-2和调节阀瓣2-3能完全位于调节流道中，且能够通过调节螺杆2-1的轴向移动改变其所处位置，其调整幅度应当足够大。各碟型盘片5构成的调节流道中面积最小的位置为各环形顶面所在位置，而缓冲板2-2和调节阀瓣2-3的外径均与分流盘5-1的环形顶面内径相同或略小，以保证缓冲板2-2或调节阀瓣2-3位于环形顶面位置时水流不会从其间隙中流过，由此起到改变碟型盘片5的启用层数，进而改变调节流道的有效区域的作用。调节阀瓣2-3的高度最好不小于碟型盘片5厚度的圆柱形，以保证其至少与一个碟型盘片5的环形顶面构成水封。
底盖6呈圆柱形，底盖6顶部中心下凹，用于容纳位于最低位置的调节阀瓣2-3。底盖6的上边缘设有阶梯形卡口，卡口与分流盘5-1底部卡口相吻合。
本发明的碟型盘片5是通过拉紧螺栓进行连接固定的。其中分流盘5-1的环形顶面沿周向均匀开设有若干安装孔，喷嘴主体3和底盖6底部也开设有对应的等数量的安装孔。底盖6和所有碟型盘片5通过穿过安装孔的拉紧螺栓固定于喷嘴主体3的底部。当然，除了拉紧螺栓外，各碟型盘片5也可以通过其他的卡件进行固定。
如图3所示，过滤器4呈圆筒形，过滤器4侧壁面有过滤孔。过滤器4底部无开孔，中心设有供调节螺杆2-1穿过的导向套筒且导向套筒内部与过滤器4内腔密封不连，防止漏水。喷嘴主体3内部设有环形支架，过滤器4通过支架固定于喷嘴主体3内壁上。同时，过滤器4通过内部的导向套筒同轴套于调节螺杆2-1上，从流体入口流入的液体经过过滤器4过滤后再进入碟型盘片5中。过滤器4底部中心较边缘略高，使边缘呈凹槽状，可用于存放过滤介质时留下的固体杂质。为了保证过滤效果，过滤器4的顶面周向通过环形的支架与喷嘴主体3内壁构成密封性连接，使得从流体入口流入的液体必须经过过滤器4过滤后再进入下游。
本发明的缓冲式喷嘴中各部件均为可拆卸式结构，因此可以方便的进行拆卸和组装。下面具体描述其组装过程：
如图2所示，首先组装调节缓冲元件。先将调节螺杆2-1穿过缓冲板2-2的导向套筒，再将弹簧2-4的一端固定于缓冲板2-2底面的凹槽内，接着将弹簧2-4的另一端固定于调节阀瓣2-3顶面的凹槽内，最后通过螺纹将调节阀瓣2-3与调节螺杆2-1连接。
如图4所示，再将喷口唇瓣5-2安装在分流盘5-1上组成碟型盘片5。根据喷嘴的流量范围，确定碟型盘片5的层数。
如图1所示，再将各零部件装配为完整的可适应多种流量的缓冲式喷嘴。用螺钉将过滤器4安装在喷嘴主体3的支架上。将调节缓冲元件2中的调节螺杆2-1穿入过滤器4中心的导向套筒。将调节缓冲元件2中的调节螺杆2-1穿入顶盖1的导向套筒内，并通过螺纹与顶盖1连接。将顶盖1与喷嘴主体3通过螺栓连接。将若干层碟型盘片5与底盖6通过拉紧螺栓固定于喷嘴主体3的底部。
本发明可以适用于不同的流量变化，以保证水雾的稳定性。以水的流量增大为例，对本发明的工作原理进行说明：
根据实际工况中流量的范围，确定可适应多种流量的缓冲式喷嘴的碟型盘片5的层数，并对可适应多种流量的缓冲式喷嘴进行装配，其中，位于调节缓冲元件2中缓冲板2-2顶面以上的碟型盘片5是有效的。在使用过程中，将调节缓冲元件2中的调节螺杆2-1与执行机构连接，在确定某一流量的工况下，执行机构旋转调节螺杆2-1，改变调节阀瓣2-3的位置，由于缓冲板2-2与调节阀瓣2-3通过弹簧2-4相连接，从而可确定碟型盘片5的有效层数。水从喷嘴主体3的入口进入可适应多种流量的缓冲式喷嘴内，通过过滤器4侧壁面的过滤孔，水从喷嘴主体3底部的通道进入碟型盘片5的有效区域，固体杂质存留在过滤器4底部边缘的凹槽内，当固体杂质较多时，可将过滤器4拆卸更换。水进入碟型盘片5的有效区域后，通过分流盘5-1侧壁面的通孔进入喷口唇瓣5-2，在压力的作用下，喷口唇瓣扩张形成水膜，将水以水雾的形式喷出。
当流量增大幅度较大时，碟型盘片5中的喷口唇瓣5-2扩张开度增大，喷口处的水膜出现崩溃，影响喷嘴的雾化效果。控制执行器，旋转调节缓冲元件2中的调节螺杆2-1，将调节阀瓣2-3的位置向下方移动，缓冲板2-2随着向下移动，增加了碟型盘片5的有效层数，减小碟型盘片5中的喷口唇瓣5-2扩张开度，使喷口处的水膜保持在较稳定的状态，起到在较大流量的工况下，喷嘴雾化效果仍然不受影响的作用。
在使用过程中，由于调节缓冲元件2中的缓冲板2-2的重力以及水的压力的作用，弹簧2-4处于压缩状态。当水的流量发生波动或者突变时，缓冲板2-2顶面的水压发生变化，导致弹簧2-4的受力情况发生改变，进而弹簧2-4的长度发生变化，使得缓冲板2-2的位置在一定范围内发生移动，可在较小范围内改变碟型盘片5的有效层数，减小流量波动或突变对喷嘴雾化效果的影响。
因此，基于上述缓冲式喷嘴，本发明还提供了一种流量控制方法，步骤如下：
S1：根据预估流量和预先确定的不同流量与碟型盘片5启用层数的对应关系，通过调节调节螺杆2-1控制缓冲板2-2所处的位置，使缓冲板2-2上方的碟型盘片5层数满足预估流量下稳定喷雾所需的碟型盘片5启用层数。其中，缓冲板2-2上方的区域为调节流道的有效区域。
S2：将水流从流体入口通入喷嘴主体3中，通过过滤器4侧壁面的过滤孔过滤后，从喷嘴主体3底部的通道进入调节流道的有效区域，通过有效区域中各分流盘5-1侧壁面的出水孔进入喷口唇瓣5-2，在压力的作用下，喷口唇瓣扩张形成水膜，将水以水雾的形式喷出。
当水流流量波动时，缓冲板2-2顶面的水压发生变化，在弹簧2-4的调控下使得缓冲板2-2的位置发生移动，在调整范围内自适应改变碟型盘片5的有效层数，抵消流量波动对喷嘴雾化效果的影响。
S3：当实际水流流量变化超出缓冲板2-2的自适应调整范围时，通过旋转调节螺杆2-1控制缓冲板2-2所处的位置，改变碟型盘片5的启用层数进而改变调节流道的有效区域，使喷口处的水膜保持在较稳定的状态，保证喷嘴雾化效果。
本发明提出的可适应多种流量的缓冲式喷嘴，通过改变碟型盘片的有效层数，稳定不同流量下喷口处水膜的形成效果，保证喷嘴的雾化效果不受流量变化的影响。此外，通过弹簧对缓冲板位置的微调作用，在流量发生突变时可，起到在较小范围内微调碟型盘片的有效层数，起到稳定喷嘴雾化的效果。
应当明确，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
