CN106062446B - 具有脉冲喷气清洁的被动式爆炸隔离阀 - Google Patents

Abstract

一种被动隔离阀，该被动隔离阀装备有一个或更多个喷嘴，所述一个或更多个喷嘴配置为向阀座附近的区域递送气流，以便从阀的阀座附近的区域去除要不然会不利地影响阀响应于能量事件的关闭的颗粒物质。

Description

具有脉冲喷气清洁的被动式爆炸隔离阀

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年2月28日提交的美国临时专利申请号61/946,319的权益，其以引用方式完全并入本文。

发明背景

技术领域

本发明大体涉及具有自清洁特征的被动式爆炸隔离阀，所述自清洁特征配置为防止会在能量事件的情况下不利地影响阀的关闭的碎片的堆积。

背景技术

各种工业厂房采用灰尘收集系统用于从物质处理设备去除细颗粒物质，以便避免颗粒物质排放到环境中。这样的灰尘收集系统通常包括袋式除尘器或类似的灰尘收集设备，其中在将气流通风到大气之前对颗粒物质进行收集。收集的颗粒物质可能是高度可燃的或爆炸性的。隔离阀通常用来保护上游设备免受灰尘收集设备内的爆炸的灾难性后果的伤害。

隔离阀可以是主动或被动类型。主动隔离阀一般需要某种响应于检测到的危险情况、诸如爆燃波或火焰锋的机械致动。主动隔离阀可以是诸如在美国专利号6,131,594中描述的闸门阀类型，其中闸门构件的切换通过致动器设备来进行影响。另一类型的主动隔离阀是诸如在美国申请公开号2013/0234054中公开的夹管阀，其中对内套筒进行压缩。关于闸门类型的隔离阀，夹管阀套筒的关闭通过致动器装置来进行影响。虽然有效，但是主动隔离阀一般更复杂，并且需要能够识别危险能量事件的开始并触发阀关闭致动器的检测设备的安装，因此导致增加的资本成本。

被动隔离阀、诸如止回阀一般不那么复杂，并不依赖于用于其致动的检测装置。确切地说，被动隔离阀一般响应于环境变化，诸如能量事件本身或流体流的压力或方向的变化。这样，一般不主动地监测被动隔离阀以确保其操作便利性，除了例行检查和维护。在灰尘收集系统中，已经发现阀附近的颗粒物质的积聚会不利地影响在防止能量事件的传播方面的阀的有效性。特别地，灰尘或其它物质的积聚会干扰阀的闸门构件的完全关闭。

本发明试图通过提供配置为防止会不利地影响响应于能量事件的阀性能的、在阀关闭构件附近的颗粒物质的堆积的被动隔离阀来克服这些问题。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种被动隔离阀。该阀包括阀主体，其包括阀进口、阀出口、和通过阀主体并使阀进口和阀出口相互连接的通道。闸门构件通过允许闸门构件在阀打开位置与阀关闭位置之间切换的铰链固定到阀主体，在阀打开位置中，阀进口与阀出口连通，在阀关闭位置中，闸门构件阻止阀进口与阀出口之间的连通。该阀主体进一步包括阀座，闸门构件在从打开位置到关闭位置的切换期间响应于阀下游的能量事件而接触阀座。该阀进一步包括一个或更多个喷嘴，一个或更多个喷嘴安装在阀主体内，并且配置为将气流引入阀座附近的通道，并且从阀座附近去除积聚的颗粒物质，这种积聚的颗粒物质将会在从打开位置到关闭位置的切换期间干扰到闸门构件与阀座之间的接触。

根据本发明的另一实施例，提供了一种被动隔离阀。该阀包括阀主体，其包括阀进口、阀出口、和通过阀主体并且使阀进口和阀出口相互连接的通道。该阀进一步包括通过允许闸门构件在阀打开位置与阀关闭位置之间切换的铰链而固定到阀主体，在阀打开位置，阀进口与阀出口连通，在阀关闭位置中，闸门构件阻止阀进口与阀出口之间的连通。该阀主体进一步包括阀座，闸门构件在从打开位置到关闭位置的切换期间响应于阀下游的能量事件而接触阀座。闸门构件包括隆起的中心区段和围绕的侧壁以及围绕的缘边，中心区段具有凸形和凹形表面，侧壁从凹形表面横向地延伸，缘边从侧壁以及在中心区段的外侧横向地延伸。当闸门构件在阀关闭位置中时，侧壁和缘边与阀座协作，以阻止阀进口与阀出口之间的连通。

在本发明的又一实施例中，提供了一种清洁安装在气动式物质处理系统内的被动隔离阀的方法。该方法包括提供根据本发明的任何实施例的被动隔离阀。将阀的一个或更多个喷嘴连接到加压气体源。引导包括悬浮的颗粒物质的气流通过阀通道并且绕过闸门构件。向一个或更多个喷嘴供应加压气流，以便引起加压气体从一个或更多个喷嘴排出并进入阀座附近的阀通道。加压气流引起从在阀座附近的区域中的气流沉降的颗粒物质重新悬浮在气流内并从阀座附近的区域去除这些颗粒物质。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的作为灰尘收集系统的一部分的被动隔离阀和袋式除尘器(baghouse，袋滤室)的示意图；

图2是根据本发明的被动隔离阀的一个实施例的立体图；

图3是图2的实施例的另一立体图；

图4是图2的实施例的剖视图，描绘了流过处于其阀打开构造的被动隔离阀的颗粒物质；

图5是在能量事件期间影响阀的关闭的被动隔离阀的剖视图；

图6是根据本发明的一个实施例的被动隔离阀的部分剖开的视图，图示了从阀去除积聚的物质的喷嘴的操作；以及

图7是沿着图5的线7-7获得的阀的剖视图。

具体实施方式

本发明大体涉及用于气动式物质处理系统的被动隔离阀，并且具体涉及灰尘收集系统。图1示出了包括灰尘收集设备12的灰尘收集系统10。在正常操作情况下，将悬浮在从工业厂房或过程(未示出)运送的气流(例如，空气流)中的过多灰尘或颗粒物质引导到收集系统10。收集设备12配置为去除悬浮物的至少一部分并且优选去除其大部分，以防止颗粒物质排放到大气。如在图1中描绘的，灰尘收集设备12是包括悬浮在其中的多个袋式过滤器16的袋式除尘器14。然而，应注意，收集设备12可以包括通常用于灰尘收集或干物质处理系统、诸如旋风分离器中的其它设备，所述灰尘收集或干物质处理系统包括：能操作为供应用于引导气流通过收集系统的原动力的叶轮或风扇。收集设备12包括进口18，在该进口中，包括悬浮的颗粒物质的气流进入该设备12。气流流过多个袋式过滤器16，所述多个袋式过滤器16分离悬浮的颗粒物质，所述悬浮的颗粒物质留在内腔室20内，所述悬浮的颗粒物质收集在所述内腔室20中直至经由颗粒出口22去除。已经经过袋式过滤器16并且已经从其中去除悬浮的固体颗粒物质的很大一部分的空气然后经由干净的空气出口24从袋式除尘器14去除。在某些实施例中，收集设备12装备有包括加压气体递送系统28的袋式清洁系统26，所述加压气体递送系统28能够通过递送系统向袋式过滤器16递送高压气流，所述高压气流“摇动”这些过滤器，以便从其中逐出积聚的颗粒物质并且引起这样的颗粒物质收集在内腔室20内。

灰尘收集系统10还包括或可操作地连接到被动隔离阀30，所述被动隔离阀30与灰尘收集设备12流体连通。阀30包括阀主体32，所述阀主体32设置在阀进口区段34与阀出口区段36之间。阀主体32至少部分地限定阀内腔室38，铰接的闸门构件40位于所述阀内腔室38的内部。在某些实施例中，阀进口区段34和阀出口区段36包括允许阀30固定到工艺管道或管道系统区段46、48的相应的凸缘42、44(例如，参见图2)。在某些实施例中，阀30还可以包括允许接近阀内腔室38的可去除面板50。此外，面板50可以装备有便于阀30在管道系统区段46、48之间的运输和安装的连接性结构52、诸如眼钩、以及允许从阀主体32提升面板50的手柄53。

现在转向图4-6，示出了固定到可旋转杆54的闸门构件40，所述可旋转杆54充当用于构件40的铰链，所述可旋转杆54固定到机构56，所述机构56可操作为一旦闸门构件由于下游能量事件而关闭就防止闸门构件的打开。在某些实施例中，机构56包括阻尼构件，所述阻尼构件可操作为对杆54的旋转进行阻尼，并且相应地对闸门构件40的移位进行阻尼，如在下文中描述的。在某些实施例中，阻尼机构56包括阻尼构件58、60，所述阻尼构件58、60包括抑制、但不一定防止杆54的旋转的偏置装置(未示出)、诸如液压元件。在其他实施例中，机构56可以包括闭锁机构，所述闭锁机构在下游能量事件之后物理地锁定或限制闸门构件40的进一步运动。

在某些实施例中，闸门构件40包括凹板，所述凹板具有从大体上平坦的、周围的凸缘区域或缘边64突出的中心区段62。在具体实施例中，中心区段62是隆起的凹凸形构造，所述凹凸形构造具有相对的凸形和凹形表面。在某些实施例中，中心区段62的面向阀进口区段34的表面可以是凸形的，而中心区段62的面向阀出口区段36的表面可以凹形的。从中心区段62横向延伸并与凸缘区域64互相连接的是围绕的侧壁或过渡区域66。

阀进口区段34包括端部段68，所述端部段68延伸通过阀主体32的斜壁区段70(相对于阀30的纵向轴线，所述阀30的纵向轴线也一般平行于气体流过阀的方向)并且延伸到内腔室38内。端部段68包括斜端边缘72，在某些实施例中，所述斜端边缘72位于与壁区段70平行的平面中。如在下面进一步解释的，端部边缘72和/或端部段68在闸门构件40响应于能量事件而在阀打开与阀关闭位置之间切换期间形成用于闸门构件40的容座。阀出口区段36固定到与斜壁区段70相对设置的阀主体侧壁区段74。在某些实施例中，出口区段36是截头圆锥形状，在其与侧壁区段74的相交部76处比在其远端78处具有更大的直径。这与阀进口区段34不同，所述阀进口区段34是圆柱形的，并且从一端到另一端具有相对恒定的直径。

隔离阀30进一步包括一个或更多个喷嘴80、82，所述一个或更多个喷嘴80、82延伸通过阀主体32并且与内腔室38连通。在某些实施例中，喷嘴相对于它们延伸通过的相应的阀主体侧壁84、86倾斜地取向。在具体实施例中，喷嘴80、82相对于相应的侧壁84、86成大约45度角设置。在某些实施例中，喷嘴80、82经由侧壁84、86中的端口与内腔室38连通，所述端口定位在阀30的纵向轴线下方并且在斜壁区段70与端部边缘72之间。喷嘴80、82中的每一个分别经由气体管路88、90与加压气体源可操作地连接，并且配置为将加压气流引入内腔室38，如在下面讨论的。具体地，喷嘴80、82定位为将加压气流递送到内腔室38内的“死空间”92内。死空间92表征为内腔室38内的如下区域，所述区域表现出正流过阀30的气体的降低的速度，以使得正由阀通过量所携带的颗粒物质不再能够保留在悬浮物中。因此，进入死空间92的颗粒物质处于从正经过阀30的气体内的悬浮物中掉出并在进口端部段68和端部边缘72的附近积聚于死空间92中的危险，如在图4中图示的。一般来说，将死空间92定义为内腔室38的在斜壁区段70与端部边缘72之间并且在阀30的纵向轴线下方的环形通道。具体地，死空间92可以进一步定义为在侧壁84、86中的端口下方，喷嘴80、82通过这些端口与内腔室38连通。

在某些实施例中，阀30可以装备有经由形成在阀主体32中的传感器端口94、96附接的一个或更多个传感器(未示出)，诸如光学传感器。端口94、96定位为以便能够检测死空间92内的颗粒物质的积聚。在具体实施例中，端口94、96设置在侧壁84、86中的端口下方，喷嘴80、82通过这些端口与内腔室38连通。

如在图4中图示的，在某些实施例中，当阀30连接到颗粒收集系统10时，悬浮在包括例如空气的气流(通过箭头图示)中的颗粒物质98经由阀进口区段34进入隔离阀30，并且流过阀主体32、经过闸门构件40，并且经由阀出口区段36离开。在离开出口区段36时，包括颗粒物质98的气流然后可以引导到收集设备12。处于在图4中图示的其阀打开构造、相对于垂直于阀的纵向轴线的线成大约70度的角度设置的闸门构件40部分地阻碍阀进口区段34与阀出口区段36之间的经过，从而引起气流以大致向下的方式偏转。由于这种偏转，气流的一部分被引向死空间92，由此引起悬浮的颗粒物质98的一部分掉落并沉积在死空间92内或紧邻死空间沉积。如下面解释的，颗粒物质98的积聚会变得足够多到以至于干扰闸门构件40响应于隔离阀30下游的能量事件的关闭。

如在图5中图示的，在阀30下游发生的能量事件、诸如灰尘收集系统10中的爆炸的过程中，迅速膨胀的气体开始向上游流过管道系统38，如通过箭头图示的。气体的这种向上游流动将力施加在闸门构件40上，由此引起闸门构件切换到阀关闭构造，在所述阀关闭构造中，闸门构件40落座在进口端部段68上，以与进口区段34的出口100呈遮盖关系。因此，遏止阀30上游的能量事件的传播。

在本发明的某些实施例中，在阀关闭构造中，闸门构件40相对于垂直于阀的纵向轴线的线成大约30度的角度来设置。因此，在阀的关闭期间，闸门构件40进行通过大约40度的路径。在阀关闭构造中，闸门中心区段62位于进口端部段68的内侧并且在端部边缘72的上游，并且过渡区域66的至少一部分可以与端部段68的内表面102接触。此外，凸缘64的至少一部分可以与端部边缘72接触。闸门构件40以此方式的安置(落座)有效地阻止内腔室38与阀进口区段34的连通，由此防止能量事件的向上游传播。一旦落座，阻尼机构56遏止闸门构件40的进一步移动，尤其是闸门构件朝向阀打开构造的移动。因此，阻尼机构56防止闸门构件40在能量事件之后过早地重新打开。

在阀30的关闭期间，闸门构件40的下部104摆动通过行进和穿过的路径，所述路径可以接近或进入死空间92。已经积聚在死空间92内的颗粒物质98(如在图4中示出的)可以接触下部104，并且可能介于过渡区域66与内表面102和/或凸缘64与端部边缘72之间，由此防止闸门构件40适当地安置并且不能有效地阻止内腔室38与阀进口区段34之间的连通，并且防止能量事件的向上游传播。阀30装备有用于从闸门构件40的下部104的行进的路径去除这样的积聚的颗粒物质98的装置。具体地，这样的装置包括一个或更多个喷嘴80、82，喷嘴配置为将加压气流递送到进口端部段68与阀主体32之间的环形通道的一部分内。

转向图6和7，喷嘴80、82安装在阀主体32中，并且配置为将气流引入在斜壁区段70、端部边缘72与进口端部段68之间的内腔室38的环形通道并且尤其是死空间92内，以便使积聚的颗粒物质重新悬浮到流过阀30的气流内。已经发现，从上面引入气流并将气流向下引导到积聚的物质上在使颗粒物质重新悬浮到流过阀30的气流内这一方面是特别有效的。因此，喷嘴80、82向下朝向内腔室38的底部倾斜，使得可将经由喷嘴80、82引入的气流引导到死空间92内。在某些实施例中，来自喷嘴80、82的气流可以通过控制器组件106(参见图2)来进行控制，所述控制器组件106可操作地连接到加压气体源(未示出)。控制器组件106可以包括供给管路可以连接到的手动截流阀108、用于计量到喷嘴80、82的气流的一个或更多个电磁阀110、和用于从控制器组件净化气体和冷凝液的气体净化装置112。在替代实施例中，喷嘴80、82和气体管路88、90可操作地连接到袋式清洁系统26，并且在系统26的控制下进行操作。在一些实施例中，从喷嘴80、82递送的气流以恒流的方式引入。然而，在其他实施例中，从喷嘴80、82递送到内腔室38内的气流呈以压缩空气的脉冲流的方式。在这样的实施例中，每个脉冲或每股气流的持续期间优选在大约200毫秒至大约1.5秒之间，更优选在大约500毫秒至大约1.3秒之间，并且甚至更优选在大约750毫秒至大约1.2秒之间，其中气流在相继的各脉冲之间是中断的。相继的脉冲之间的时间可以依据阀30的具体应用而改变。

在某些实施例中，与由袋式清洁系统26供应的用来从袋式过滤器16逐出颗粒物质的气流同时供应气体的脉冲。在具体实施例中，该脉冲通过袋式除尘器控制器来进行控制，并且以规律的、重复的间隔进行供应。在其他实施例中，仅当在内腔室38内部检测到颗粒物质98的不可接受的积聚时，递送来自喷嘴80、82的气体的脉冲。如先前讨论的，传感器可以安装在传感器端口94、96内，以检测在闸门构件40的下部104的行进的路径中或端部边缘72附近的颗粒物质的积聚。在一个实施例中，传感器(未示出)包括光学传感器。例如，发光传感器可以安装在端口94内，所述发光传感器可操作为发射由安装在端口96内的接收传感器进行接收的光束。如果光束被死空间92内的足够的颗粒物质的积聚中断，情况可以是，气体控制组件106可发命令，以向喷嘴80、82递送气体的脉冲或恒定的气流。

当气流开始时，气体从喷嘴80、82流动并沿大致向下方向引导到斜壁区段70、端部边缘72与进口端部段68之间的环形通道中。具体地，气流然后引导到死空间92内、于任何积聚的颗粒物质98附近。气流将存在于死空间92中的任何积聚的颗粒物质的至少一部分移置到流过阀30的气流内，由此使颗粒物质悬浮在气流内，该气流引导颗粒物质通过阀出口区段。应认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，其它喷嘴构造是可能的。例如，阀30可以包括单个喷嘴80、或围绕斜壁区段70、端部边缘72与进口端部段68之间的环形通道间隔开的两个、三个或更多个喷嘴。例如，喷嘴可以布置在死空间92的底部中心死区域处，所述底部中心死区域在图中由端口114指示。然而，在某些实施例中，不希望定位在端口114处的喷嘴是唯一使用的喷嘴。如果没有喷嘴安装在端口114内，用于检测死空间92中的积聚的颗粒物质的存在的其它感测装置可以通过该端口布置，或可以简单地堵塞各端口。

应理解，根据本发明的某些实施例的前述描述意图是图示性的，并不应当认为以任何方式对本发明的范围进行限制。

Claims (16)

1.一种被动隔离阀，包括：

阀主体，其包括阀进口、阀出口、和通过所述阀主体并使所述阀进口和阀出口相互连接的通道；以及

闸门构件，其通过允许所述闸门构件在阀打开位置与阀关闭位置之间切换的铰链而固定到所述阀主体，在所述阀打开位置中，所述阀进口与所述阀出口连通，在所述阀关闭位置中，所述闸门构件阻止所述阀进口与所述阀出口之间的连通，

所述阀主体进一步包括阀座，所述闸门构件在响应于所述阀下游的能量事件而从所述打开位置到所述关闭位置的切换期间接触所述阀座，所述闸门构件在处于所述阀打开位置中时沿下游方向远离所述阀座延伸，所述阀主体还包括位于所述阀座上游的环形通道，

所述阀进一步包括一个或更多个喷嘴，所述一个或更多个喷嘴安装在所述阀主体内并且倾斜于所述环形通道定向，并且配置为将下游的气流引入所述环形通道并且在所述阀座附近，以从所述阀座附近去除积聚的颗粒材料，积聚的颗粒材料将会在从所述打开位置到所述关闭位置的切换期间接触所述闸门构件并且变得介于所述闸门构件与所述阀座之间并且使所述颗粒材料重新悬浮到流经所述阀进口和所述阀出口之间的所述气流内。

2.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀座包括延伸到所述通道内的管状构件的边缘，所述边缘存在于倾斜于通过所述阀主体的所述通道的平面中。

3.根据权利要求2所述的阀，其中所述一个或更多个喷嘴在所述边缘的上游安装在所述阀主体内，并且能操作为在所述边缘的上游将气流引入所述通道。

4.根据权利要求2所述的阀，其中所述边缘与所述阀主体协作以限定所述环形通道。

5.根据权利要求1所述的阀，其中所述一个或更多个喷嘴能操作为将脉冲的气流在所述阀座附近传递到所述通道内。

6.根据权利要求5所述的阀，其中所述脉冲中的每一个的持续时间在200毫秒到1.5秒之间。

7.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀进一步包括固定到所述闸门构件的机构，所述机构能操作为限制所述闸门构件从所述关闭位置的移动。

8.根据权利要求1所述的阀，其中所述闸门构件包括隆起的中心区段和围绕的侧壁以及围绕的缘边，所述中心区段具有相对的凸形和凹形表面，所述侧壁从所述凹形表面横向地延伸，所述缘边在所述中心区段的外侧和从所述侧壁横向地延伸，当所述闸门构件在所述阀关闭位置中时，所述侧壁和所述缘边与所述阀座协作，以阻止所述阀进口与所述阀出口之间的连通。

9.一种清洁安装在气动式材料处理系统内的被动隔离阀的方法，包括：

提供根据权利要求1-8中任一项所述的阀；

将所述一个或更多个喷嘴连接到加压气体源；

引导包括悬浮的颗粒材料的气流通过所述通道并且绕过所述闸门构件；以及

向所述一个或更多个喷嘴供应所述加压气流，以引起所述加压气体从所述一个或更多个喷嘴排出并进入所述阀座附近的所述通道，所述加压气流引起已从所述气流沉淀到所述阀座附近的区域中的颗粒材料变得重新悬浮在所述气流内并从所述阀座附近的所述区域去除。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述气动式材料处理系统包括位于所述阀下游的袋式除尘器，所述袋式除尘器包括悬浮于其内的多个袋式过滤器以及包括袋式清洁系统，所述袋式清洁系统包括加压气体递送系统和控制器，所述加压气体递送系统用于向所述袋式过滤器递送加压气体的脉冲，所述控制器能操作为控制加压气体的所述脉冲到所述袋式过滤器的递送。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述加压气体到所述一个或更多个喷嘴的流动通过所述袋式除尘器的控制器来进行控制。

12.根据权利要求10所述的方法，其中连接到所述喷嘴的所述加压气体源也是用于向所述袋式过滤器递送加压气体的脉冲的加压气体源。

13.根据权利要求9所述的方法，其中到所述一个或更多个喷嘴的所述加压气流提供为脉冲的加压气流。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述阀包括用于控制脉冲的加压气流的控制器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述控制器编程为以规律地重复的间隔向所述一个或更多个喷嘴递送加压气体的脉冲。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述阀进一步包括一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器能操作为检测在所述阀座附近的所述颗粒物质的积聚，并且为所述控制器提供引起所述控制器向所述一个或更多个喷嘴递送加压气体的脉冲的信号。