Tobera de rociado de desobrecalentador.

Un elemento de válvula (78) para la integración en un conjunto de tobera (20),

comprendiendo el elemento deválvula: un cuerpo de válvula generalmente cónico (80); y un vástago de válvula alargada (82) conectado de modointegral a, y extendiéndose axialmente desde, el cuerpo de válvula (80) a lo largo de un eje del elemento de válvula;en el que el cuerpo de válvula (80) comprende: un cono de tobera (86) que define una superficie exterior (88) y unasuperficie inferior (90) que está rodeada por un borde inferior periférico (92); un núcleo (94) conectado de modointegral a la superficie inferior (90) del cono de tobera; al menos un nervio (96) conectado de modo integral al núcleo(94) y un anillo de fractura (98) conectado de modo integral al nervio (96) y dispuesto en una relación de separacióncon el cono de tobera (86),

caracterizado por la superficie exterior (88) del cono de tobera (86) que tiene un perfil generalmente elíptico segúnse extiende desde el vástago de válvula (82) hacia el borde inferior (92).

Tobera de rociado de desobrecalentador

Antecedentes de la intención

1. Campo de la invención

La presente invención concierne en general a los desobrecalentadores de vapor y, más particularmente, a un elemento de válvula configurado únicamente para su uso en un conjunto de tobera de rociado para un dispositivo de desobrecalentamiento de vapor. El conjunto de tobera se adapta específicamente para la creación de un rociado distribuido sustancialmente de modo uniforme, de agua de refrigeración, para su rociado en un flujo de vapor sobrecalentado para reducir la temperatura del mismo.

2. Descripción de la técnica relacionada

Muchas instalaciones industriales funcionan con vapor sobrecalentado que tiene una temperatura más elevada que su temperatura de saturación a una presión dada. Debido a que el vapor sobrecalentado puede dañar turbinas u otros componentes aguas abajo, es necesario controlar la temperatura del vapor. El desobrecalentamiento se refiere al proceso de reducir la temperatura del vapor sobrecalentado a una temperatura más baja, que permita el funcionamiento del sistema como se ha diseñado, asegurando la protección del sistema y corrigiendo desviaciones no intencionadas de un punto de consigna de la temperatura de funcionamiento prescrita.

Un desobrecalentador de vapor puede disminuir la temperatura del vapor sobrecalentado mediante el rociado de agua de refrigeración en un flujo de vapor sobrecalentado que esté pasando a través de una tubería de vapor. Una vez que el agua de refrigeración se rocía dentro del flujo de vapor sobrecalentado, el agua de refrigeración se mezcla con el vapor sobrecalentado y se evapora, extrayendo energía térmica del vapor y disminuyendo su temperatura. Si el agua de refrigeración se rocía dentro de la tubería de vapor sobrecalentado como gotas de agua muy finas o neblina, entonces la mezcla del agua de refrigeración con el vapor sobrecalentado es más uniforme a través del flujo de vapor.

Por otro lado, si el agua de refrigeración se rocía dentro de la tubería de vapor sobrecalentado en forma de chorro, entonces la evaporación del agua de refrigeración se disminuye grandemente. Además, un rociado como chorro del agua de refrigeración pasará a través del flujo de vapor sobrecalentado e impactará en el lado opuesto de la tubería de vapor, dando como resultado una acumulación de agua. Esta acumulación de agua puede producir erosión y tensiones térmicas en la tubería de vapor que puede que conduzca a un fallo estructural. Sin embargo, si el área superficial de rociado del agua de refrigeración que se expone al vapor sobrecalentado es grande, lo que es una consecuencia pretendida de un tamaño de gotas muy finas, la efectividad de la evaporación se incrementa grandemente.

Además, la mezcla de agua de refrigeración con el vapor sobrecalentado se puede mejorar mediante el rociado del agua de refrigeración dentro de la tubería de vapor con un patrón de flujo geométrico uniforme de modo que el efecto del agua de refrigeración se distribuya uniformemente a través del flujo de vapor. A la inversa, un patrón de rociado no uniforme del agua de refrigeración dará como resultado una reducción de la temperatura desigual y pobremente controlada a través del flujo de vapor sobrecalentado. A lo largo de estas líneas, la incapacidad del rociado de agua de refrigeración para evaporarse eficientemente en el flujo de vapor sobrecalentado puede dar como resultado también una acumulación de agua de refrigeración dentro de la tubería de vapor. La acumulación de esta agua de refrigeración puede evaporarse finalmente en un intercambio de calor no uniforme entre el agua y el vapor sobrecalentado, dando como resultado una reducción de temperatura pobremente controlada.

Se han desarrollado en la técnica anterior varios dispositivos de desobrecalentamiento en un intento de acometer las necesidades anteriormente mencionadas. Tales dispositivos de la técnica anterior incluyen los que se describen en las Patentes de Estados Unidos Nº 6.746.001 (titulada Desuperheater Nozzle) y Nº 7.028.994 (titulada Pressure Blast Pre-Filming Spray Nozzle) , y la publicación de patente de Estados Unidos Nº 2006/0125126 (titulada Pressure Blast Pre-Filming Spray Nozzle) .

El documento US2006/0125126, describe un elemento de válvula (78) para la integración en un conjunto de tobera (20) , el elemento de válvula (78) comprende: un cuerpo de válvula en general cónico (46) ; y un vástago de válvula alargado (48) conectado integralmente a, y extendiéndose parcialmente desde, el cuerpo de la válvula (46) a lo largo de un eje del elemento de válvula; en el que el cuerpo de válvula (46) comprende: un cono de tobera (88) que define una superficie exterior (50) y una superficie inferior que está rodeada por un borde inferior periférico, un núcleo (84) conectado integralmente a la superficie inferior del cono de la tobera (88) ; al menos un nervio (80) conectado integralmente al núcleo (84) ; y un anillo de fractura (82) conectado integralmente al nervio (80) y dispuesto en relación espacial con el cono de la tobera (88) . Las presentes invenciones representan mejoras sobre estas y otras soluciones de la técnica anterior y proporcionan un dispositivo de desobrecalentamiento para el rociado de agua de refrigeración dentro de un flujo de vapor sobrecalentado que es de construcción simple con relativamente pocos componentes y que requiere una mínima cantidad de mantenimiento, es capaz de rociar agua de refrigeración en una fina neblina con gotas muy pequeñas para una evaporación más efectiva dentro del flujo de vapor sobrecalentado, y es capaz de rociar el agua de refrigeración con un patrón de flujo geométricamente uniforme para una mezcla más igualada a través del flujo de vapor sobrecalentado. Varias características novedosas de la presente invención se explicarán con más detalle a continuación.

Breve sumario de la invención De acuerdo con la presente invención, se proporciona un elemento de válvula mejorado para un conjunto de tobera de rociado de un dispositivo de desobrecalentamiento del vapor que se configura para rociar agua de refrigeración en un flujo de vapor sobrecalentado con un patrón de rociado en general uniformemente distribuido de acuerdo con la reivindicación 1. Las realizaciones adicionales preferidas se describen en las reivindicaciones dependientes 2-15.

El conjunto de tobera se compone de una carcasa de tobera y un elemento de válvula que se puede relacionar de modo móvil con la carcasa de la tobera. El elemento de válvula, también denominado comúnmente como una aguja de válvula u obturador de válvula, se extiende a través de la carcasa de la tobera y se puede deslizar axialmente entre una posición cerrada y una posición abierta (fluir) . La carcasa de la tobera tiene una entrada de carcasa y una salida de carcasa. La entrada a la carcasa se localiza en una parte superior de la carcasa de la tobera. La salida de la carcasa se localiza en una parte inferior de la carcasa de la tobera. La parte superior de la carcasa de la tobera define una cámara de carcasa para la recepción de agua de refrigeración desde la entrada a la carcasa. La parte inferior de la carcasa de la tobera define una galería de válvula que está separada de la cámara de la carcasa mediante un la parte intermedia de la carcasa de la tobera. Se forma axialmente un orificio de vástago de válvula a través de la parte intermedia.

Se forman una pluralidad de pasos de carcasa en la parte intermedia para interconectar fluidamente la cámara de carcasa (es decir la entrada a la carcasa) con la galería de preválvula (es decir la salida de la carcasa) de modo que el agua de refrigeración puede entrar a través de la entrada de la carcasa, circular al interior de la cámara de la carcasa, a través de los pasos de carcasa y al interior de la galería de preválvula antes de salir del conjunto de carcasa en la salida de carcasa cuando el elemento de válvula se desplaza o actúa hacia la posición abierta.

El elemento de válvula comprende un cuerpo de válvula y un vástago de válvula alargado que se fija de modo integral al cuerpo de válvula y se extiende axialmente desde el mismo. El vástago de la válvula se extiende axialmente desde el cuerpo de válvula y avanza a través del orificio del vástago de válvula de la carcasa de la tobera y se dimensiona y configura para proporcionar un ajuste deslizante axialmente dentro del orificio de vástago de válvula de modo que el elemento de válvula pueda oscilar entre las posiciones abierta y cerrada. La parte inferior de la carcasa de la tobera incluye un asiento de válvula formado alrededor del mismo para un acoplamiento sellado con el cuerpo de la válvula. El... [Seguir leyendo]

1. Un elemento de válvula (78) para la integración en un conjunto de tobera (20) , comprendiendo el elemento de válvula: un cuerpo de válvula generalmente cónico (80) ; y un vástago de válvula alargada (82) conectado de modo integral a, y extendiéndose axialmente desde, el cuerpo de válvula (80) a lo largo de un eje del elemento de válvula; en el que el cuerpo de válvula (80) comprende: un cono de tobera (86) que define una superficie exterior (88) y una superficie inferior (90) que está rodeada por un borde inferior periférico (92) ; un núcleo (94) conectado de modo integral a la superficie inferior (90) del cono de tobera; al menos un nervio (96) conectado de modo integral al núcleo (94) y un anillo de fractura (98) conectado de modo integral al nervio (96) y dispuesto en una relación de separación con el cono de tobera (86) , caracterizado por la superficie exterior (88) del cono de tobera (86) que tiene un perfil generalmente elíptico según se extiende desde el vástago de válvula (82) hacia el borde inferior (92) .

2. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 1 en el que el al menos un nervio (96) comprende una pluralidad de nervios conectados de modo integral al núcleo (94) , estando conectado el anillo de fractura (98) a cada uno de los nervios (96) .

3. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 2 en el que el núcleo (94) tiene una configuración generalmente cuadrangular y se conectan de modo integral cuatro nervios (96) a, y sobresalen desde las cuatro zonas de esquina respectivas, definidas por el núcleo (94) .

4. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 2 en el que el núcleo (94) tiene una configuración generalmente cilíndrica, y se conectan de modo integral cuatro nervios (96) a, y se extienden radialmente hacia el exterior desde, el núcleo (94) , preferiblemente los nervios (96) se disponen a intervalos separados de modo equidistante de aproximadamente 90º.

5. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 2 en el que cada uno de los nervios (96) se conecta adicionalmente de modo integral a la superficie inferior (90) del cono de tobera (86) .

6. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 2 en el que cada uno de los nervios (96) tiene una configuración de sección transversal con forma de cuña en general y define un vértice inferior que se dirige separándose del cono de tobera.

7. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 2 en el que cada uno de los nervios (96) define una superficie extrema exterior (88) que es sustancialmente continua con la superficie del cono de tobera (86) .

8. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 7 en el que la superficie del extremo exterior (88) de cada uno de los nervios (96) está separada del borde inferior (92) del cono de tobera (86) mediante un escalón que se define por una parte periférica de la superficie inferior (90) del cono de tobera (86) ; o en el que el anillo de fractura

(98) define una superficie exterior (88) que está sustancialmente enrasada con la superficie del extremo exterior (88) de cada uno de los nervios (96) .

9. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 1 en el que el anillo de fractura (98) tiene una configuración de sección transversal con forma de cuña en general y define un vértice superior que se dirige hacia, y se dispone en una relación separada con, el borde inferior (92) del cono de tobera (86) ; preferiblemente el borde inferior (92) del cono de tobera (86) , el vértice superior del anillo de fractura y los nervios definen colectivamente una pluralidad de ventanas dispuestas dentro del cuerpo de válvula.

10. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 1 en el que el al menos un nervio (96) conectado de modo integral al núcleo (94) define una superficie extrema exterior (88) que es sustancialmente continua con la superficie exterior (88) del cono de tobera (86) ; y en el que el anillo de fractura (98) tiene una superficie exterior (88) que es sustancialmente continua con la superficie del extremo exterior (88) del nervio (96) .

11. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 10 en el que el núcleo (94) tiene una configuración cuadrangular en general, y se conectan de modo integral cuatro nervios (96) a, y sobresalen desde las cuatro zonas de esquina respectivas definidas por, el núcleo (94) .

12. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 11 en el que cada uno de los nervios (96) se conecta de modo integral adicionalmente a la superficie inferior (90) del cono de tobera (86) .

13. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 11 en el que cada uno de los nervios (96) tiene una configuración de sección transversal con forma de cuña en general y define un vértice inferior que se dirige separándose del cono de tobera (86) .

14. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 13 en el que el anillo de fractura (98) tiene una configuración de sección transversal con forma de cuña en general y define un vértice superior que se dirige hacia, y

se dispone en una relación de separación con, el borde inferior (92) del cono de tobera; preferiblemente el borde inferior (92) del cono de tobera, el vértice superior del anillo de fractura y los nervios definen colectivamente una pluralidad de ventanas dispuestas dentro del cuerpo de válvula.

15. El elemento de válvula de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que el al menos un nervio conectado de modo integral al núcleo (94) define una superficie extrema exterior (88) que se separa del borde inferior (92) del cono de tobera por un escalón que se define por una parte periférica de la superficie inferior del cono de tobera; y en el que el anillo de fractura (98) tiene una superficie exterior (88) que es sustancialmente continua con la superficie del extremo exterior (88) del nervio.