CN104358886B - 一种爆炸驱动快速密封阀门 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种爆炸驱动快速密封阀门，利用爆炸驱动闸板，结合双道密封圈，封闭过程中防止密封圈被闸板剪切的结构，以及防止闸板碰撞阀门底座后回弹的定位结构，实现对管道或其它连通腔体的快速有效隔断，时间最快小于1ms，密封效果达到泄漏率小于1×10‑8Pa·m3/s。解决现有的密封方法很难满足关于有害介质密封要求的技术问题。

Description

一种爆炸驱动快速密封阀门
技术领域
本发明属于管道快速密封阀门研制技术领域，尤其是涉及满足一些危险有害介质传输管道的快速密封和有效密封的一种密封阀门。
背景技术
当涉及一些危险有害介质(譬如有毒气体、有毒液体、核废料等)事件发生紧急情况时，能否对危险有害介质扩散泄漏通道进行有效密封和快速密封，以防止环境污染和人身伤害，是一个非常重要的技术难题。这一问题的解决具有很高的经济和社会效益，能够有效避免一些譬如燃油燃气泄露事件、核废料扩散等事件发生。常见密封管道内径Φ20～50mm，密封时间要求在几毫秒量级，密封泄漏率要求小于1×10-8Pa·m3/s，采用传统的机械密封方法是很难实现的。
发明内容
为了解决现有的密封方法很难满足关于有害介质密封要求的技术问题，本发明提供一种爆炸驱动快速密封阀门，本发明是利用爆炸驱动闸板，结合双道密封圈，封闭过程中防止密封圈被闸板剪切的结构，以及防止闸板碰撞阀门底座后回弹的定位结构，实现对管道或其它连通腔体的快速有效隔断，时间最快小于1ms，密封效果达到泄漏率小于1×10-8Pa·m3/s。
本发明的技术解决方案：
一种爆炸驱动快速密封阀门，其特殊之处在于：包括阀门主体结构单元、定位单元以及爆炸驱动单元；
所述阀门主体结构单元包括闸板4、左右两个限位挡板5、多个螺栓6、外管道法兰7、内管道法兰15、阀门底座8、防回弹装置12、至少一道密封圈14以及前后两个限位垫块16；
所述左右两个限位挡板5分别固定在外管道法兰7和内管道法兰15的上端并向内伸出构成台阶，所述闸板4位于外管道法兰7和内管道法兰15之间，并位于左右两个限位挡板5以及前后两个限位垫块16所构成的通道内；所述内管道法兰15内侧面设置有与密封圈14匹配的密封槽；所述密封圈14位于密封槽内，且位于内管道法兰15和闸板4之间；所述闸板4上设置与外管道法兰7、内管道法兰15的管道内径匹配的流通孔20；所述闸板4上设置有限位台阶19，当闸板4的限位台阶19与左右两个限位挡板所构成台阶下端面接触，所述流通孔20与内管道法兰15的通道同轴，此时闸阀为开启状态；所述多个螺栓6将外管道法兰7、内管道法兰15、闸板4、两个限位垫块16以及密封圈14压紧固定；
所述定位单元包括阀门底座8和防回弹装置12，所述阀门底座8设置在外管道法兰7和内管道法兰15下端之间，所述防回弹装置12用于防止闸板与阀门底座碰撞后的反弹；
所述爆炸驱动单元包括主体框架、容器、设置在容器内的爆炸装置2和驱动活塞3；所述阀门主体结构单元与主体框架的下端固连，所述容器与主体框架的上端固连，所述爆炸装置2设置在容器中驱动活塞3上方，所述驱动活塞3的下端伸出容器后与闸板4连接。
上述防回弹装置12包括位于闸板上的限位孔18、压紧螺母21，压缩弹簧22以及限位钉23，所述压紧螺母21穿过限位挡板与限位钉的一端固定连接，所述限位钉23与限位挡板之间形成弹簧腔，所述压缩弹簧22设置在弹簧腔内，所述限位钉23的另一端与闸板接触；所述限位孔18到限位钉之间的距离与闸板下端到阀门底座之间的距离相等；当闸板运动到下端与阀门底座碰撞接触时，所述压缩弹簧将限位钉压入限位孔内。
上述防回弹装置12包括位于闸板4下端的锥形凸起24、位于阀门底座8上端面的锥形槽25；所述锥形凸起的厚度略大于锥形槽的槽宽，所述锥形凸起的长度小于锥形槽的长度，所述锥形凸起的高度小于锥形槽的深度。
上述阀门主体结构单元还包括外管道法兰7内侧面和闸板4之间的至少一道密封圈14；所述外管道法兰7内侧面设置有与密封圈14匹配的密封槽。
上述密封圈14为内外两道，同心设置。
本发明所具有的有益效果：
1、本发明的密封阀门能够实现小于1毫秒的快速密封，保证事件发生后的快速响应机制。
2、本发明的密封阀门能够实现有效密封，确保密封泄漏率小于1×10-8Pa·m3/s，在事件发生后防止事件扩大化和环境污染，确保人员和仪器设备安全。
3、本发明具有的主要特征：
1)、利用爆炸驱动技术实现阀门的快速密封；
2)、双道密封圈结合法兰密封结构设计，防止快速封闭过程中密封圈被闸板剪切的结构设计能够增强阀门的有效密封能力；
3)、对闸板厚度、密封槽深度及限位垫块厚度的匹配设计结构实现密封圈压缩量在保证有效密封条件下的调整可控；
4)、闸板到达预定位置后的定位结构(包括阀门底座及防止闸板碰撞底板后回弹结构)。
附图说明
图1是爆炸驱动快速密封阀门主要结构及工作原理示意图；
图2是爆炸驱动快速密封阀门的立体图；
图3为爆炸驱动快速密封阀门开启状态示意图；
图4为爆炸驱动快速密封阀门封闭状态示意图；
图5为密封圈防切断结构设计示意图；
图6a和图6b为一种防回弹装置的结构示意图；
图7为另一种防回弹装置的结构示意图；
图8为爆炸驱动快速密封阀门某次实验密封时间测试波形图。
其中附图标记：1-容器上盖，2-爆炸装置，3-驱动活塞，4-闸板，5-限位挡板，6-螺栓，7-外管道法兰，8-阀门底座，9-塞柱，10-容器筒，11-容器主体，12-防回弹装置，13-支撑杆，14-密封圈，15-内管道法兰，16-限位垫块，17-底板，18-限位孔，19-限位台阶，20-流通孔，21-压紧螺母，22-压缩弹簧，23-限位钉，24-锥形凸起，25-锥形槽。
具体实施方式
如图1、图2所示爆炸驱动快速密封阀门主要结构及工作原理示意图。
包括阀门主体结构单元、定位单元以及爆炸驱动单元；
阀门主体结构单元包括闸板4、左右两个限位挡板5、多个螺栓6、外管道法兰7、内管道法兰15、阀门底座8、防回弹装置12以及前后两个限位垫块16；
左右两个限位挡板5分别固定在外管道法兰7和内管道法兰15的上端并向内伸出构成台阶；闸板4位于外管道法兰7和内管道法兰15之间，并位于左右两个限位挡板5以及前后两个限位垫块16所构成的通道内，只能上下运动；内管道法兰15内侧面设置有与密封圈14匹配的密封槽，密封圈14位于密封槽内，且位于内管道法兰15和闸板4之间；闸板4上设置与外管道法兰7、内管道法兰15的管道内径匹配的流通孔20；闸板4上设置有限位台阶，当闸板4的限位台阶19与左右两个限位挡板5所构成台阶下端面接触，流通孔20与内管道法兰15的通道同轴，此时闸阀为开启状态；多个螺栓6将外管道法兰7、内管道法兰15、闸板4、两个限位垫块16以及密封圈14压紧固定。
定位单元包括阀门底座8和防回弹装置12，所述阀门底座8设置在外管道法兰7和内管道法兰15下端之间，防回弹装置12用于防止闸板与阀门底座碰撞后的反弹。
主体结构包括容器上盖1固定在容器筒10一端，容器主体11固定在容器筒10另一端，支撑杆13的一端支撑于底板16上，支撑杆13的另一端固定在容器主体11上。
爆炸驱动单元包括容器上盖1、容器筒10、容器主体11、支撑杆13，设置在容器筒内的爆炸装置2和驱动活塞3；容器上盖1固定在容器筒10一端，所述容器主体11固定在容器筒10另一端，所述支撑杆13的一端支撑于底板16上，支撑杆13的另一端固定在容器主体11上；爆炸装置2设置在容器中驱动活塞3上方，驱动活塞3的下端伸出容器后与闸板4连接。爆炸驱动单元为闸板运动提供动力和方向。
为了防止闸板流通孔棱边切割密封圈14，影响阀门密封功能，在流通孔处设置倒角，具体如图5所示。
防回弹装置12能够防止闸板撞击阀门底板8后回弹，具有两种结构如图6和图7所示：
如图6a所示，防回弹装置12包括位于闸板上的限位孔18、压紧螺母21，压缩弹簧22以及限位钉23，压紧螺母穿过限位挡板与限位钉的一端固定连接，限位钉与限位挡板之间形成弹簧腔，压缩弹簧设置在弹簧腔内，限位钉的另一端与闸板4接触，限位孔到限位钉之间的距离与闸板下端到阀门底座之间的距离相等；当闸板下端与阀门底座碰撞接触时，压缩弹簧将限位钉压入限位孔内。
初始状态如图6a所示，其中箭头表示闸板运动方向，完成状态如图6b所示。
如图7所示，另一种防回弹装置12的结构，防回弹装置12包括位于闸板4下端的锥形凸起24、位于阀门底座8上端面的锥形槽25；锥形凸起的厚度略大于锥形槽的槽宽，锥形凸起的长度小于锥形槽的长度，锥形凸起的高度小于锥形槽的深度。当闸板4向下运动锥形凸起嵌入锥形槽内，就能够实现防止闸板回弹功能。
阀门主体结构单元还包括外管道法兰7内侧面和闸板4之间的至少一道密封圈14；外管道法兰7内侧面设置有与密封圈14匹配的密封槽。密封圈14为内外两道，同心设置。
阀门密封工作原理为：本发明使用为非可逆过程，存在两种状态，一是使用前的开启状态如图3所示，二是使用后的封闭状态如图4所示。阀门首先是处于开启状态如图3所示，当爆炸装置2在驱动活塞3上表面接触爆炸，爆炸冲量和爆炸气体产物推动驱动活塞向下运动，进而推动闸板4向下运动，闸板运动到接触阀门底座8上表面时停止向下运动，同时防回弹装置12发生作用防止闸板碰撞底板后回弹向上运动，此时阀门处于封闭状态，如图4所示。
如图8所示，该实验中爆炸驱动快速密封闸阀管道内径20mm，采用了电探针法测试雷管起爆时间和闸板封闭完成时间，得到该阀门完成密封状态时间为170μs；并对完成密封状态阀门进行真空-氦罩法进行检漏，得到阀门的密封泄漏率小于1×10-8Pa·m3/s。图中：a为触发零时刻，b为雷管起爆时刻，c为闸板封闭完成时刻。

Claims (5)

1.一种爆炸驱动快速密封阀门，其特征在于：包括阀门主体结构单元、定位单元以及爆炸驱动单元；
所述阀门主体结构单元包括闸板(4)、左右两个限位挡板(5)、多个螺栓(6)、外管道法兰(7)、内管道法兰(15)、至少一道密封圈(14)以及前后两个限位垫块(16)；
所述左右两个限位挡板(5)分别固定在外管道法兰(7)和内管道法兰(15)的上端并向左右两个限位挡板(5)中间伸出构成台阶，所述闸板(4)位于外管道法兰(7)和内管道法兰(15)之间，并位于左右两个限位挡板(5)以及前后两个限位垫块(16)所构成的通道内；所述内管道法兰(15)内侧面设置有与密封圈(14)匹配的密封槽；所述密封圈(14)位于密封槽内，且位于内管道法兰(15)和闸板(4)之间；所述闸板(4)上设置与外管道法兰(7)、内管道法兰(15)的管道内径匹配的流通孔(20)；所述闸板(4)上设置有限位台阶(19)，当闸板(4)的限位台阶(19)与左右两个限位挡板所构成台阶下端面接触，所述流通孔(20)与内管道法兰(15)的通道同轴，此时闸阀为开启状态；所述多个螺栓(6)将外管道法兰(7)、内管道法兰(15)、闸板(4)、两个限位垫块(16)以及密封圈(14)压紧固定；
所述定位单元包括阀门底座(8)和防回弹装置(12)，所述阀门底座(8)设置在外管道法兰(7)和内管道法兰(15)下端之间，所述防回弹装置(12)用于防止闸板与阀门底座碰撞后的反弹；
所述爆炸驱动单元包括主体框架、容器、设置在容器内的爆炸装置(2)和驱动活塞(3)；所述阀门主体结构单元与主体框架的下端固连，所述容器与主体框架的上端固连，所述爆炸装置(2)设置在容器中驱动活塞(3)上方，所述驱动活塞(3)的下端伸出容器后与闸板(4)连接。
2.根据权利要求1所述的爆炸驱动快速密封阀门，其特征在于：
所述防回弹装置(12)包括位于闸板上的限位孔(18)、压紧螺母(21)、压缩弹簧(22)以及限位钉(23)，所述压紧螺母(21)穿过限位挡板与限位钉的一端固定连接，所述限位钉(23)与限位挡板之间形成弹簧腔，所述压缩弹簧(22)设置在弹簧腔内，所述限位钉(23)的另一端与闸板接触；所述限位孔(18)到限位钉之间的距离与闸板下端到阀门底座之间的距离相等；当闸板运动到闸板下端与阀门底座碰撞接触时，所述压缩弹簧将限位钉压入限位孔内。
3.根据权利要求1所述的爆炸驱动快速密封阀门，其特征在于：
所述防回弹装置(12)包括位于闸板(4)下端的锥形凸起(24)、位于阀门底座(8)上端面的锥形槽(25)；所述锥形凸起的厚度略大于锥形槽的槽宽，所述锥形凸起的长度小于锥形槽的长度，所述锥形凸起的高度小于锥形槽的深度。
4.根据权利要求1或2或3所述的爆炸驱动快速密封阀门，其特征在于：所述阀门主体结构单元还包括外管道法兰(7)内侧面和闸板(4)之间的至少一道密封圈(14)；所述外管道法兰(7)内侧面设置有与密封圈(14)匹配的密封槽。
5.根据权利要求4所述的爆炸驱动快速密封阀门，其特征在于：
内管道法兰(15)和闸板(4)之间的密封圈(14)，以及外管道法兰(7)内侧面和闸板(4)之间的密封圈(14)均为内外两道，同心设置。
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