CN105422941B - 一种高压大口径矿用消防电爆阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于煤矿消防、瓦斯抑爆系统以及其它各类消防系统的关键控制组件——高压大口径矿用消防电爆阀，由壳体、阀芯、压紧螺母、活塞、锁紧螺母、螺帽及电爆管等组成。本发明矿用消防电爆阀口径大(DN40)，具有启动响应速度快，响应时间约为5ms，可靠性高，能够满足长期带压(PN10.0MPa)存储，安全性高；同时，产品结构简单，加工、装配工艺性好，适用于电爆阀批量生产。该矿用消防电爆阀可以用于煤矿消防、瓦斯抑爆系统以及其它各类消防系统。

Description

一种高压大口径矿用消防电爆阀

技术领域

本发明涉及一种适用于煤矿消防、瓦斯抑爆系统以及其它各类消防系统的高压大口径消防电爆阀，是消防、抑爆系统设备上关键的组合件，要求能够快速、可靠的打开，确保消防抑爆系统在关键时刻起作用。

背景技术

瓦斯已成为威胁煤矿安全的第一杀手，煤矿重特大事故绝大多数是瓦斯事故，在瓦斯防治工作中关键是技术装备水平和由此产生的防灾、抗灾能力。目前，瓦斯主动阻燃抑爆防火系统已成为防治瓦斯灾害的一种先进手段，并将逐渐代替目前国内各煤矿上普遍使用的被动隔爆系统。

矿用消防电爆阀就是为该矿井消防、抑爆系统所研制的产品，可用于煤矿消防、瓦斯抑爆系统以及其它各类消防系统设备。该电爆阀是消防设备上关键的组合件，要求能够快速、可靠的打开，确保消防抑爆系统在关键时刻起作用。当矿井发生瓦斯爆炸燃烧时，消防系统迅速探测到瓦斯燃烧火苗，启动电爆阀瞬间打开，将气瓶内高压氮气与灭火粉混合气体喷出，形成物理屏障，阻断瓦斯爆炸传播链，避免瓦斯爆炸事故或阻隔事故进一步扩大，保障井下工作人员的人身安全和煤矿财产安全。

目前的煤矿瓦斯主动阻燃抑爆防火系统所采用的高速开关阀门一般为电动驱动方式，口径相对较小，密封性可靠性不高，响应时间慢，响应时间约为10ms左右。

发明内容

为了满足矿井消防抑爆系统的快速启动、响应需求，本发明根据快响应、高可靠性启动阀门特点的设计要求，采用了双电爆管的电爆驱动方案，既能够满足快速启动要求，又确保阀门电爆启动的可靠性。

本发明的技术解决方案是：

一种高压大口径矿用消防电爆阀，包括壳体1、阀芯2、电爆管7、介质出口及介质入口，其特殊之处在于：

所述矿用消防电爆阀还包括压紧螺母3、活塞4及锁紧螺母5，

所述壳体1沿长度方向依次设置有相连接的压紧螺母安装孔、阀芯一段安装孔、阀芯二段安装孔、阀芯三段安装孔、阀芯四段安装孔和阀芯五段安装孔，

所述阀芯沿长度方向包括阀芯一段21、阀芯二段22、阀芯三段23、阀芯四段24和阀芯五段25，所述阀芯一段21由端面向内设置有介质腔26，所述介质腔26的腔壁靠近阀芯二段处设置有缺口27，所述阀芯一段21、阀芯二段22、阀芯三段23、阀芯四段24和阀芯五段25的直径依次变小且相邻两段之间通过圆锥面28过渡，

所述阀芯2从压紧螺母安装孔处放入壳体1，其中阀芯一段21位于阀芯一段安装孔内且与壳体1之间密封，阀芯二段22位于阀芯二段安装孔内，阀芯三段23位于阀芯三段安装孔内，阀芯四段24位于阀芯四段安装孔内，阀芯五段25位于阀芯五段安装孔内；

所述介质入口沿锁紧螺母的轴向开设且与介质腔26相通，在阀芯2装入壳体后，所述压紧螺母3位于压紧螺母安装孔处与壳体螺纹连接，用于将阀芯2安装到位；

在压紧螺母3装入后，所述活塞4套装在阀芯四段24上且与壳体1之间密封；所述阀芯四段安装孔的直径大于阀芯三段安装孔，所述活塞与阀芯三段的端面之间形成了电爆容腔71，

在活塞装入后，锁紧螺母5与阀芯五段25螺纹连接用于锁紧活塞4，

所述电爆管7的数量为2个，2个电爆管对称分布在阀芯四段24与阀芯三段23之间的壳体壁上，电爆管7的出口与电爆容腔71相通；

所述介质出口为多个，圆周设置在阀芯二段安装孔29所对应的壳体壁处；

以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还做处以下优化限定：

本发明的缺口27为圆周设置的齿形缺口。齿形缺口拉断方式具有结构整齐、无结构变形、无切屑等特点；同时在电爆阀带压贮存状态下，受力均匀，不存在应力集中现象，确保电爆阀的长期带压贮存的安全、可靠性。

进一步的，本发明的述活塞4靠近阀芯三段23的一端的端面设置有倒角41。

再进一步的，本发明的阀芯三段23靠近阀芯二段22的一端所对应的壳体1处设置有与阀芯三段23和阀芯二段22之间的圆锥面28相适配实现阀芯二段22定位的壳体圆锥面8。

再进一步的，本发明的阀芯三段23和阀芯二段22之间的圆锥面的锥角α不大于45度，且比壳体圆锥面8的锥面角度小约5度。

再进一步的，本发明的矿用消防电爆阀还包括螺帽6，所述螺帽6与阀芯五段25所对应的壳体1外壁螺纹连接，所述螺帽6与壳体五段25之间留有活塞4运动距离。

再进一步的，本发明的电爆管7与壳体1之间采用垫片密封，所述电爆管与壳体接缝处涂有阻燃密封胶30，在电爆管电缆插头插座连接部位缠绕有多层阻燃涤丝带31。

再进一步的，本发明的阀芯二段安装孔29的直径大于阀芯二段22的直径。该结构能够确保电爆阀电爆启动后，内腔流道的流通面积足够大，以至不会节流产生损失，满足灭火气体快速喷射需求。

本发明与现有技术相比，优点是：

1)本发明采用两个大药量的双电爆管驱动方案，能够保证大口径电爆阀拉断缺口所需求的拉断作用力，既起到冗余作用，又提高阀芯电爆拉断的可靠性。电爆管采用径向对称布置，能够有效减小电爆容腔体积，且能够与电爆安全系数匹配，同时，能够保证电爆时爆压容腔内压力分别的均匀性，确保电爆阀能够可靠起爆、阀芯运动灵活工作；阀芯切断部位采用衬套拉断式结构设计形式，具有薄壁拉断处结构整齐、无结构变形、无切屑的特点，入口压力与阀芯为正向作用形式，在电爆切破衬套薄壁后，可以充分利用工作介质压力将活塞推到最大限位行程位置，适用于大通径、大行程的电爆阀结构设计。

2)本发明安装简单，组装方便。

3)阀芯与壳体之间采用锥面楔紧设计结构，阀芯在电爆拉断后，运动撞击至壳体楔紧锥面，防止阀芯撞击反弹，保证阀芯开启的可靠性。

4)电爆管安全防护设计措施，在电爆阀的活塞运动末端增加了一个保护螺帽，并增设一道密封圈，以防电爆时活塞上O形橡胶圈密封不严而起到冗余密封作用；在拧紧电爆管时，电爆管与阀体螺纹接缝处再抹上多层阻燃型单组分室温硫化硅橡胶密封剂，电爆管电缆插头与插座接上后，在其连接部位缠绕上多层阻燃涤丝带，保证电爆管电爆时的密封、安全性。

5)本发明爆阀市场前景广阔，需求量大，不仅可以应用于煤矿消防、抑爆系统，也可以广泛应用于各类具有要求响应快的消防设备系统。

附图说明

图1是本发明的电爆阀结构示意图；

图2是本发明的阀芯断口型面结构示意图；

图3是本发明的电爆管与电爆容腔结构示意图；

图4是本发明的电爆管连接防护措施示意图。

其中附图标记为：1-壳体、2-阀芯、3-压紧螺母、4-活塞、5-锁紧螺母、6-螺帽、7-电爆管、21-阀芯一段、22-阀芯二段、23-阀芯三段、24-阀芯四段、25-阀芯五段、26-介质腔、27-缺口、28-圆锥面、29-阀芯二段安装孔、30-阻燃密封胶、31-阻燃涤丝带、32-电缆插头。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的消防电爆阀，由壳体1、阀芯2、压紧螺母3、活塞4、锁紧螺母5、螺帽6、电爆管7以及O形橡胶密封圈等主要零组件组成。该电爆阀结构简单、可靠，响应速度高，密封性、安全性好。另外，加工、装配工艺性好，可适用于批量生产。

电爆阀采用双电爆管驱动冗余设计方案，双电爆管为径向对称布置，确保爆压容腔压力分布均匀，并提高阀门电爆启动的可靠性。阀芯切断部位采用衬套拉断式结构设计形式，装入壳体内后，左端用压紧螺母压紧，然后将活塞从阀芯右端转入，并用锁紧螺母固定住活塞，保证阀芯与壳体之间相对位置装配到位，保证爆压容腔尺寸达到设计要求。入口压力正向作用于阀芯，在电爆切破阀芯衬套薄壁后，可以充分利用工作介质压力将活塞推到最大限位行程位置。阀芯与壳体之间采用锥面楔紧设计结构，壳体锥角比阀芯锥角大约5^°，保证阀芯能够可靠运动楔入壳体内，防止阀芯撞击反弹。电爆阀活塞尾端腔体增设螺帽，并与壳体之间增加O形密封圈进行冗余密封，防止电爆管电爆后的燃气泄漏到外面，进一步提高了电爆阀的安全性。

图2所示为本发明的阀芯结构示意图。阀芯断面结构采用全周齿形缺口设计结构形式，缺口部位的剩余厚度X既要考虑在入口压力作用下，缺口部位应变处于弹性变形范围内，以满足电爆阀长期带压贮存状态下的安全、可靠性；同时，又要求电爆管在爆压容腔内的电爆压力有足够安全余量拉断阀芯。该缺口加工剩余厚度，能够消除电爆阀在入口压力长期受拉引起的蠕变、疲劳所带来的影响，满足电爆阀的长期带压工作状态需求，以确保电爆阀工作的安全、可靠性。

阀芯楔紧锥角α不大于45度，且比壳体楔紧锥面角度小约5度，确保阀芯运动后能够可靠楔紧壳体。

图3为本发明电爆管与电爆容腔结构示意图，两电爆管为径向对称布置，电爆容腔轴向尺寸H应不能超过设计值，保证容腔体积不能过大，同时，H值也不能太小，需保证径向环形当量流通面积足够大，确保电爆时燃气流动顺畅；另外，活塞内侧端倒角过渡，对电爆燃气起到导流效果。H值最终通过与电爆管性能参数匹配计算确定，确保电爆拉断阀芯安全系数满足要求，从而能够实现电爆阀可靠启动。

图4为本发明电爆管与壳体连接防护措施示意图，电爆管与壳体之间采用垫片密封的同时，对电爆管与壳体接缝处再抹上多层阻燃型单组分室温硫化硅橡胶密封剂，电爆管电缆插头与插座接上后，在其连接部位缠绕上多层阻燃涤丝带，从而确保电爆管电爆时连接处的密封可靠性与安全性。

电爆阀的动态作用过程：使用时，介质从锁紧螺母的轴向介质入口处进入阀芯一段21的介质腔26，电爆管启动，燃气进入电爆容腔71，推动活塞向后运动，活塞的运动使给阀芯2施加了向后的拉力，阀芯2在拉力的作用下从缺口处拉断，介质腔与介质出口之间形成通路，阀芯2拉断部分在介质入口压力的作用下被推到壳体圆锥面8处。

Claims (7)

1.一种高压大口径矿用消防电爆阀，包括壳体(1)、阀芯(2)、电爆管(7)、介质出口及介质入口，其特征在于：

所述矿用消防电爆阀还包括压紧螺母(3)、活塞(4)及锁紧螺母(5)，

所述壳体(1)沿长度方向依次设置有相连接的压紧螺母安装孔、阀芯一段安装孔、阀芯二段安装孔、阀芯三段安装孔、阀芯四段安装孔和阀芯五段安装孔，

所述阀芯沿长度方向包括阀芯一段(21)、阀芯二段(22)、阀芯三段(23)、阀芯四段(24)和阀芯五段(25)，所述阀芯一段(21)由端面向内设置有介质腔(26)，所述介质腔(26)的腔壁靠近阀芯二段处设置有缺口(27)，所述缺口(27)为圆周设置的齿形缺口，所述阀芯一段(21)、阀芯二段(22)、阀芯三段(23)、阀芯四段(24)和阀芯五段(25)的直径依次变小且相邻两段之间通过圆锥面(28)过渡，

所述阀芯(2)从压紧螺母安装孔处放入壳体(1)，其中阀芯一段(21)位于阀芯一段安装孔内且与壳体(1)之间密封，阀芯二段(22)位于阀芯二段安装孔内，阀芯三段(23)位于阀芯三段安装孔内，阀芯四段(24)位于阀芯四段安装孔内，阀芯五段(25)位于阀芯五段安装孔内；

所述介质入口沿锁紧螺母的轴向开设且与介质腔(26)相通，在阀芯(2)装入壳体后，所述压紧螺母(3)位于压紧螺母安装孔处与壳体螺纹连接，用于将阀芯(2)安装到位；

在压紧螺母(3)装入后，所述活塞(4)套装在阀芯四段(24)上且与壳体(1)之间密封；所述阀芯四段安装孔的直径大于阀芯三段安装孔，所述活塞与阀芯三段的端面之间形成了电爆容腔(71)，

在活塞装入后，锁紧螺母(5)与阀芯五段(25)螺纹连接用于锁紧活塞(4)，

所述电爆管(7)的数量为2个，2个电爆管径向对称分布在阀芯四段(24)与阀芯三段(23)之间的壳体壁上，电爆管(7)的出口与电爆容腔(71)相通；

所述介质出口为多个，圆周设置在阀芯二段安装孔(29)所对应的壳体壁处。

2.根据权利要求1所述的高压大口径矿用消防电爆阀，其特征在于：

所述活塞(4)靠近阀芯三段(23)的一端的端面设置有倒角(41)。

3.根据权利要求1或2所述的高压大口径矿用消防电爆阀，其特征在于：

所述阀芯三段(23)靠近阀芯二段(22)的一端所对应的壳体(1)处设置有与阀芯三段(23)和阀芯二段(22)之间的圆锥面(28)相适配实现阀芯二段(22)定位的壳体圆锥面(8)。

4.根据权利要求3所述的高压大口径矿用消防电爆阀，其特征在于：

阀芯三段(23)和阀芯二段(22)之间的圆锥面的锥角α不大于45度，且比壳体圆锥面(8)的锥面角度小约5度。

5.根据权利要求4所述的高压大口径矿用消防电爆阀，其特征在于：

所述矿用消防电爆阀还包括螺帽(6)，所述螺帽(6)与阀芯五段(25)所对应的壳体(1)外壁螺纹连接，所述螺帽(6)与壳体五段(25)之间留有活塞(4)运动距离。

6.根据权利要求5所述的高压大口径矿用消防电爆阀，其特征在于：所述电爆管(7)与壳体(1)之间采用垫片密封，所述电爆管与壳体接缝处涂有阻燃密封胶(30)，在电爆管电缆插头插座连接部位缠绕有多层阻燃涤丝带(31)。

7.根据权利要求6所述的高压大口径矿用消防电爆阀，其特征在于：所述阀芯二段安装孔(29)的直径大于阀芯二段(22)的直径。