CN102596450A - 滑动耐火闸阀用气弹簧 - Google Patents

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Abstract

一种滑动耐火闸阀用气弹簧(10)，包括：容器(12)，相对所述容器可伸展的柱塞(28)，一端与所述柱塞连接、另一端与所述容器的一部分连接的波纹管(30)，位于所述容器内部、且所述波纹管外侧的用于压缩所述波纹管并伸展所述柱塞的气体(33)，其中所述柱塞具有内盲孔(49)，机械压缩弹簧(46)至少部分设置在所述孔中以介于所述柱塞和所述容器之间，还用于伸展所述柱塞。

Description

滑动耐火闸阀用气弹簧
技术领域
本发明涉及一种滑动耐火闸阀用气弹簧。
背景技术
气弹簧(也被称为TDE(热动力元件，Thermo Dynamic Element))用在在连续铸造过程中对钢水的流量进行控制的滑动闸阀机构中。该机构内部的弹簧用于将面对面的相对滑动耐火板夹持在一起。每个板在中部具有孔；当两个孔对齐时，钢水流量最大。孔的孔径根据这些板的位置增大或减小，从而确定钢水的流量。
弹簧必须提供足够的力来保证钢水不会处于这些板之间(称为飞边现象)，飞边现象可能会导致钢水泄漏，这极其危险，并且成本很高。耐火板的滑动靠液压提供动力。
气弹簧(TDE)基本上由与金属波纹管(通常为不锈钢)连接的金属柱塞组成，其中密封室内具有惰性气体，其向柱塞施加压力。在一种形式中，该气体位于波纹管内侧，因此当气体膨胀时波纹管膨胀以伸展柱塞；在另一种形式中，波纹管密封在外容器中，气体位于波纹管和柱塞外侧、且容器内侧，从而在气体膨胀时压缩波纹管并伸展柱塞。
弹簧在提供足够的力时需要紧凑设计。已证实气弹簧能够满足这个要求。
GB-A-1 457 708示出了实例。
在铸造过程中，弹簧套附近的温度可以超过400℃。
气弹簧的优点在于在较高温度下，气压增加以向滑动板施加更大的力，从而防止任何飞边现象。由于常规故障模式的原因是波纹管疲劳，因此气弹簧还提供额外的一点点安全。如此，不同于其他类型的弹簧，机构内部的所有气弹簧极其不可能同时出现故障，这些其他类型的弹簧具有与温度有关的故障模式，从而在相同温度时全部一起出现故障。
已知的气弹簧设计能够在例如500℃的最高温度下提供保证数量的热量(周期)。然而，已经存在许多这样的情况：气弹簧在高于700℃的温度下工作。
对某些机构来说，气弹簧在高温下施加的力太大以致于无法允许滑动机构工作。
发明内容
根据本发明，提供一种滑动耐火闸阀用气弹簧，包括：容器，可相对所述容器伸展的柱塞，一端与所述柱塞连接、另一端与所述容器的一部分连接的波纹管，位于所述容器内部、且所述波纹管外侧的用于压缩所述波纹管并伸展所述柱塞的气体，其中所述柱塞具有内盲孔，机械压缩弹簧至少部分设置在所述孔中以介于所述柱塞和所述容器之间，还用于伸展所述柱塞。
本发明允许提供一种设计紧凑的将适当的机械弹簧与气弹簧功能结合起来的耐火闸阀气弹簧。
气弹簧的制造商可以规定机械压缩弹簧的初始气压、长度以及弹簧常数。本发明提供了在较高温度和较低温度下调整气弹簧所施加的力的可能性，从而提供一种在较低温度下提供足够的力，而在较高温度下不施加过强的力的气弹簧。
通过在室温条件下对机械压缩弹簧提供预紧力，可减少在较低温度下提供总作用力所需的气体的量，从而避免较高压力下的过高气压。实际上，可减小力/温度曲线的梯度。
众所周知，在该行业中，机械弹簧可单独用于滑动闸阀，但是与气弹簧相比通常被视为相对不利，特别被认为不适合在较高温度下使用。然而，我们已经发现，当根据本发明将它们设置在柱塞的盲孔内部时，可令人满意地、确实有利地将机械弹簧与气弹簧作用结合使用。
已发现本发明的另一个优点，其与故障下的安全有关。如上所述，气弹簧可能会由于波纹管疲劳而出现故障。该故障是瞬时的。虽然机构内部剩余的气弹簧提供的夹持力通常足以防止泄漏，但板可能会由于夹持力不均匀而变得过度损耗，可能会因此产生飞边现象。机械压缩弹簧提供不依赖作为弹簧介质的气体的二次力，并且在气体被排出后可提供有限量的力，该力足以降低出现飞边现象的机会。
附图说明
现在仅通过实例的方式参照附图对本发明的某些实施例进行说明。
图1是根据本发明的气弹簧的一个实施例的示意剖面图；
图2是根据本发明的气弹簧的另一实施例的示意剖面图；
图3是根据本发明的气弹簧的另一实施例的示意剖面图；
图4是根据本发明的气弹簧的另一实施例的示意剖面图；
图5是示出了装配阶段的图2的气弹簧的示意剖面图；
图6是示出了与现有设计相比，根据本发明的气弹簧的力随温度变化的曲线图。
具体实施方式
参照图1，示例性气弹簧10包括金属管22，底座24和导套26焊接在该金属管上以限定容器12。柱塞28延伸穿过导套26中的孔。不锈钢波纹管30的一端焊接至导套26，另一端焊接至柱塞28，从而与柱塞28、金属管22、底座24以及导套26一起在波纹管30外侧和容器12内侧限定封闭或密封空间14。
底座24设置有注入孔32和阀34，由此可以在压力下用惰性气体33，比如氮气，填充该封闭空间。气体用图中的圆点表示。
在使用过程中，气体压力向上作用于柱塞28，如图中所示。
柱塞28具有圆周挡块36，该圆周挡块36用于沿图1所示的方向向上限制柱塞的最大伸展。
底座24设置有容纳导承护圈42的缩小螺纹端40的螺纹孔38。该护圈具有用于将其插入螺纹38的装置，比如狭槽44。
护圈42以一叠由耐热金属制成的贝勒维尔垫圈(Belleville washer)48的形式导向并固定机械压缩弹簧46。众所周知，贝勒维尔垫圈是圆顶垫圈，其可以圆顶向上或向下的方式堆叠。通过选择垫圈的数量及其方向，可以控制由这叠垫圈形成的弹簧的初始长度和弹簧常数。
由图1可见，柱塞28具有内盲孔49，弹簧46部分设置在盲孔49内以介于柱塞28和容器12之间。弹簧46将台阶50接合在孔49内部的柱塞28底面上，以沿与气压的力相同的方向(即图中向上的方向)推动它。
图2示出了替代设计，其中除去了护圈42。套管54形成在底座24上，且用于导向并定位贝勒维尔垫圈48中的一部分。其他由内孔49定位，其他实际上由套管54和孔49进行定位。
图3示出了根据本发明的另一设计，其中护圈42或套管54和垫圈48被压缩弹簧46所代替，该压缩弹簧46位于环形槽56内，并与柱塞28底面、即孔49的封闭端接合。在该实例中，弹簧用波纹管58的形式制造，或者可替换地使用盘簧制造。同样在这种情况下，机械压缩弹簧46沿与气压相同的方向推动柱塞28。其他部件类似于图2实施例中的等效部件，或执行图2实施例中等效部件的类似功能。
应该注意的是，在上述任一实施例中，机械压缩弹簧46设置在容器内部的密封空间中，该密封空间与包含气体的密封空间相同。我们已经发现，这种配置的金属弹簧可以继续可靠地工作，不受因环境引起的任何不利影响。
图4示出了根据本发明的另一设计，其中底座24具有部分延伸至盲孔49内的凸鼻60且机械压缩弹簧46位于凸鼻60上从而整个机械压缩弹簧46被设置在盲孔内。这种布置为较短弹簧的使用做了准备，其可用于在某些应用中给出所需的性能，同时还针对各种组件的相对横向移动提供一种很稳定的配置。
图5示出了图1的气弹簧的装配阶段。导套26、柱塞28以及波纹管30构成了独立于装置的其他部分的部分并被预先制造。弹簧46装配在护圈42上，该护圈42被插入螺纹38中。在该实施例中，弹簧46是一叠仅通过示意表示的Belleville垫圈，这叠Belleville垫圈处于放松状态。
夹具用于朝向底座24将导套26压紧，在这个过程中，台阶50与弹簧46接合并对弹簧46进行压缩。这在弹簧46上施加预紧力，导致图1中所示的情况。然后将导套26焊接至管22上，然后可对密封容器进行充气。
应当理解，伸展柱塞的力来自于气压和机械压缩弹簧的力。通过在柱塞中设置盲孔并将机械弹簧定位在孔内，可使用适当长度的机械弹簧，同时还提供了紧凑的总体设计。通过选择机械压缩弹簧的特性以及选择初始气压，可以调整室温下的初始力、较高温度下的力、以及力/温度曲线的斜率。通过使用较低的初始气压，当温度上升时，新型气弹簧内的增加的气压小于总力单独由气体构成的气弹簧内的气压。根据气体力和弹簧力之间的比率，可控制力/温度曲线以提供所需形状。
在单元内设置辅助弹簧也解决了即时故障和完全故障的问题。气体一经排出，仍然保持来自弹簧的力，从而为板提供了一定量的负载。
在图1中所示的实例中，环境温度下新型气弹簧上的力分解为275kgf，由机械弹簧(设计成承受高达700℃的温度的合金)提供，以及剩余的225kgf由气体提供。将新型气弹簧的力与已知的无机械弹簧的气弹簧相比。使两种弹簧达到温度并将两种弹簧压缩到工作长度。下表中的结果将新型气弹簧与已知气弹簧进行了比较。
  温度(℃)  已知气弹簧(kgf)  新型气弹簧(kgf)
  20  500  501
  100  580  531
  200  715  561
  300  966  634
  400  1276  767
  500  1380  851
结果绘制在图6中，且表明新型弹簧的梯度是渐进的。在使用过程中，在一示例性机构中有八个弹簧，工作温度大约为400℃。在该温度下，新型气弹簧施加509kgf的力，其小于已知弹簧施加的力，因此总力减少了4072kgf。当施加给外部波纹管的外部压力减小时，很大程度上改善了气弹簧的性能和寿命。

Claims (12)

1.一种滑动耐火闸阀用气弹簧，包括：容器，相对所述容器可伸展的柱塞，一端与所述柱塞连接、另一端与所述容器的一部分连接的波纹管，位于所述容器内部、且所述波纹管外侧的用于压缩所述波纹管并伸展所述柱塞的气体，其中所述柱塞具有内盲孔，机械压缩弹簧至少部分设置在所述孔中以介于所述柱塞和所述容器之间，还用于伸展所述柱塞。
2.如权利要求1所述的气弹簧，其中所述机械压缩弹簧具有预紧力。
3.如权利要求1或2所述的气弹簧，其中所述机械压缩弹簧设置在所述容器内部的密封空间中。
4.如权利要求1、2或3所述的气弹簧，其中所述机械压缩弹簧作用于所述孔的盲端。
5.如权利要求1、2或3所述的气弹簧，其中所述机械压缩弹簧作用于形成在所述孔的内部的环形挡块。
6.如前述任一项权利要求所述的气弹簧，其中所述机械压缩弹簧是盘簧。
7.如权利要求1至5中任一项所述的气弹簧，其中所述机械压缩弹簧是金属波纹管。
8.如权利要求6或7所述的气弹簧，其中所述容器具有底座，所述机械压缩弹簧介于所述底座和所述柱塞之间。
9.如权利要求1至5中任一项所述的气弹簧，其中所述机械压缩弹簧包括一叠贝勒维尔垫圈。
10.如权利要求8和9所述的气弹簧，包括与所述底座连接、并导向并固定所述一叠贝勒维尔垫圈的导承护圈。
11.如权利要求8和9所述的气弹簧，包括与所述底座连接、并导向并固定所述一叠贝勒维尔垫圈中的至少一部分的套管。
12.如权利要求1至9中任一项所述的气弹簧，其中所述容器具有包括部分延伸至所述盲孔的凸鼻的底座，所述机械压缩弹簧位于所述凸鼻上，从而整个机械压缩弹簧被设置在所述盲孔内。
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