CN107654687B - 一种用于放射性条件的脉冲阀 - Google Patents

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Abstract

本发明属于乏燃料后处理技术领域，具体涉及一种用于放射性条件的脉冲阀，包括垂直设置在圆筒形的阀体预埋件中部的圆筒形的定子，定子两侧对称设置进气管道和排气管道，底端开口连接脉冲口，定子内设置转子，转子顶端设置与减速电机相连的上悬轴系统，减速电机位于上悬轴系统一侧，通过同步带带动上悬轴系统、转子转动，脉冲口与进气管道、排气管道交替连接，实现交替的进气、排气行程，形成脉冲；进气管道设有防回流挡板，用于在排气行程中防止气体和液体从脉冲口向进气管道回流。该脉冲阀流道断面大，可获得接近矩形波的脉冲波型，脉冲能量利用率高，能防止回流和交叉污染，并且安装、拆卸和润滑方便。

Description

一种用于放射性条件的脉冲阀
技术领域
本发明属于乏燃料后处理技术领域，具体涉及一种用于放射性条件的脉冲阀。
背景技术
在核燃料后处理领域中，辐照核燃料溶剂的萃取分离是极其重要的环节。在后处理工厂中，处理辐照核燃料的萃取设备普遍应用离心萃取器、混合澄清槽和脉冲柱。其中，脉冲柱由于其结构简单、存留量较小、停留时间较短(因而溶剂辐照降解较轻，产生的界面污物较少)、易实现远距离控制等优点而受到广泛应用。脉冲阀则是为脉冲柱运行提供一定频率和振幅的脉冲能量的关键功能部件(脉冲能量用于料液的搅拌)。
目前，国内外采用的脉冲发生装置主要包括机械脉冲发生器和空气脉冲发生器。但机械脉冲发生器由于结构复杂、成本高以及必须通过活塞行程来改变脉冲振幅等缺点已逐渐淘汰并被空气脉冲阀取代。空气脉冲阀主要分三通电磁阀、提升阀和旋转阀三类。其中旋转阀的结构与驱动装置简单，并且旋转阀产生的波形可由旋转阀的结构控制，通常可以产生正弦波或矩形波。已运行的放射化学研究设施及后处理中间试验厂中使用的脉冲阀(旋转阀)由于尺寸较小可将多台脉冲阀布置在手套箱内，但存在设备管道密集，操作检修不便的问题。随着处理量加大，脉冲柱直径增大，脉冲腿及脉冲阀的直径也相应增大，在手套箱内部布置及检修非常困难。此外，由于脉冲柱直径增大，从而使多个脉冲柱的压空及排气管均向脉冲阀手套箱集中，也给厂房管道布置带来很大困难。
发明内容
为解决手套箱布置的脉冲阀处理量小、设备密集、检修不便、压缩空气中断时液体介质倒流的难题，本发明的目的是提供一种用于放射性条件的脉冲阀，适用于大直径脉冲柱，可提供接近矩形的脉冲型波，为料液搅拌提供动力，在压缩空气供气中断时还有防倒流的安全措施。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种用于放射性条件的脉冲阀，包括垂直设置在圆筒形的阀体预埋件中部的圆筒形的定子，所述定子两侧对称设置进气管道和排气管道，底端开口连接脉冲口，所述定子内设置转子，所述转子顶端设置与减速电机相连的上悬轴系统，所述减速电机位于所述上悬轴系统一侧，通过同步带带动所述上悬轴系统、转子转动，所述脉冲口与所述进气管道、排气管道交替连接，实现交替的进气、排气行程，形成脉冲；所述进气管道设有防回流挡板，用于在排气行程中防止气体和液体从所述脉冲口向所述进气管道回流。
进一步，
所述进气管道包括进气段和输送段，所述输送段为平直管路，一端与所述定子一侧的定子进气开口连接，另一端连接所述进气段；
所述进气段为U型管路，弯管部分位于下方，开口的两端朝上，一端为压缩空气入口，另一端设有水平的防回流挡板，并与所述输送段相连；
当进入所述进气行程时，所述防回流挡板被压缩空气向上顶起，所述进气管道被连通；当进入所述排气行程时，所述防回流挡板在自重作用下落下，封闭所述进气管道，防止气体或液体从所述进气管道发生回流。
更进一步，
所述进气段上设有所述防回流挡板的一端的端口设有检修盖，打开所述检修盖能够对所述防回流挡板进行更换、检修。
进一步，
所述进气管道通过压缩空气入口法兰穿设在所述阀体预埋件侧壁上，并通过第一过渡风道与所述定子进气开口相连；
所述定子的另一侧设有与所述定子进气开口相对的定子排气开口，所述排气管道通过排气口法兰穿设在所述阀体预埋件侧壁上，并通过第二过渡风道与所述定子排气开口相连；
所述压缩空气入口法兰、排气口法兰上设有与充气垫圈进气口相连的充气垫圈，所述压缩空气入口法兰、第一过渡风道之间，以及所述排气口法兰、第二过渡风道之间通过所述充气垫圈进行密封，并可以通过所述充气垫圈进气口对所述充气垫圈的充气量进行调整。
更进一步，
所述转子的侧壁上设有转子开口，由4个呈田字形排列的开孔组成；
所述定子进气开口、定子排气开口分别由2个上下排列的开孔组成；
所述转子开口的高度与所述定子进气开口、定子排气开口的高度一致；
所述转子开口的圆心角为120度。
进一步，
在所述阀体预埋件上方的开口处设有定子安装基板，所述定子通过所述定子安装基板设置在所述阀体预埋件中；
在所述定子上方设有上悬轴基座，所述上悬轴系统通过所述上悬轴基座设置在所述定子上方；
所述上悬轴系统的底端与所述转子的顶端通过莫氏锥结构相连接，相连位置的外围设置有能够更换的波纹管密封套；所述波纹管密封套的顶端开口与所述上悬轴系统的底部边沿密封连接，所述波纹管密封套的底端开口与所述定子的顶部边沿密封连接。
进一步，
所述定子的底端开口与所述脉冲口之间通过O型密封圈实现密封；
所述定子安装基板与所述阀体预埋件上方的开口之间通过O型密封圈实现密封。
更进一步，
在所述定子安装基板外围的所述阀体预埋件上设有能够拆卸的袋封接盘，所述袋封接盘用于在对的所述定子、转子拆卸、检修时连接专用封袋，防止放射性物质的交叉污染。
进一步，
所述减速电机的转动轴的轴线与所述上悬轴系统的轴线平行，所述减速电机的转动轴与所述上悬轴系统的顶端通过同步带柔性连接；
在所述同步带附近，还设有使得所述同步带保持张紧状态的同步带张紧装置；
所述减速电机能够进行变频调速和力矩控制；
所述脉冲的波形接近矩形波。
进一步，
所述转子的顶端设有环形的弹性密封件，用于所述转子、定子的顶端之间的密封；
所述转子的底端设有环形的耐磨衬套，用于防止所述转子、定子的底端之间的磨损或咬死。
本发明的有益效果在于：
1.由进气管道(包括U型的进气段和平直的输送段)和定子11、转子10的开口组成的流道断面大，转子10上的转子开口27的圆心角为120度，因此通过进气管道、定子11、转子10和脉冲口13的压缩空气可获得接近矩形波的脉冲波型，脉冲能量利用率高。脉冲波为正弦波时，进气流量与排气流量都是由小变大再变小，能量利用率低下(为料液搅拌提供的动力也相应变小)；脉冲波为矩形波的条件下，进气流量与排气流量均保持在一个恒定的水平，为料液搅拌提供稳定的能量。(这里脉冲波是横波，波的横坐标是时间，纵坐标可以理解为脉冲信号或气体流量，气体流量正比于为料液搅拌提供的动力)
2.转子10通过上悬轴系统4进行上悬式布置，方便安装、拆卸和润滑。
3.减速电机1不用直联结构，采用平行布置及柔性同步带2传动，有利于降低厂房高度，降低安装精度要求，定子11及转子12维修互不干扰。
4.由于设置了袋封接盘6，所以定子11及转子10的维修均可采用袋封技术，防止可能的交叉污染。
5.由于在进气管道中设置了防回流挡板19，因此具有防回流功能，安全性好，防回流挡板19可一次抽出维修更换。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述用于放射性条件的脉冲阀的纵向剖视图；
图2为图1的a处放大视图的关系图；
图3为图1的b处放大视图；
图4为图1的c处放大视图；
图5为图1的d处放大视图；
图6是本发明具体实施方式中所述用于放射性条件的脉冲阀的横向剖视图；
图7是本发明具体实施方式中所述转子的转子开口的示意图；
图8是本发明具体实施方式中所述定子的定子进气开口、定子排气开口的示意图；
图中：1-减速电机，2-同步带，3-同步带张紧装置，4-上悬轴系统，5-波纹管密封套，6-袋封接盘，7-充气垫圈进气口，8-压缩空气入口，9-压缩空气入口法兰，10-转子，11-定子，12-设备室盖板，13-脉冲口，14-阀体预埋件，15-排气口法兰，16-排气口，17-定子安装基板，18-上悬轴基座，19-防回流挡板，20-充气垫圈，21-耐磨衬套，22-弹性密封件，23-定子进气开口，24-定子排气开口，25-第一过渡风道，26-第二过渡风道，27-转子开口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1、图6所示，本发明提供的一种用于放射性条件的脉冲阀，设置在设备室盖板12上，由减速电机1、同步带2、同步带张紧装置3、上悬轴系统4、波纹管密封套5、袋封接盘6、充气垫圈进气口7、压缩空气入口8、压缩空气入口法兰9、转子10、定子11、脉冲口13、阀体预埋件14、排气口法兰15、排气口16、定子安装基板17、上悬轴基座18、防回流挡板19、充气垫圈20、耐磨衬套21、弹性密封件22、第一过渡风道25、第二过渡风道26等组成。
如图1、图6所示，阀体预埋件14为圆筒形，设置在设备室盖板12内；圆筒形的定子11垂直设置在阀体预埋件14的中部(阀体预埋件14起到放射性屏蔽的作用)，定子11两侧对称设置进气管道和排气管道，底端开口连接脉冲口13，定子11内设置转子10，转子10顶端设置与减速电机1相连的上悬轴系统4，减速电机1位于上悬轴系统4一侧，通过同步带2带动上悬轴系统4、转子10转动，脉冲口13与进气管道、排气管道交替连接，实现交替的进气、排气行程，形成脉冲；脉冲的波形接近矩形波；进气管道设有防回流挡板19，用于在排气行程中防止气体和液体从脉冲口13向进气管道回流。其中，进气管道和排气管道分别垂直于阀体预埋件14的两侧，脉冲口13与进气管道和排气管道垂直，脉冲口13与进气管道和排气管道均构成г形流道布置。
进气管道包括进气段和输送段，输送段为平直管路，一端与定子11一侧的定子进气开口23连接，另一端连接进气段。进气段为U型管路，弯管部分位于下方，开口的两端朝上，一端为压缩空气入口8(位于设备室盖板12之外)，另一端设有水平的防回流挡板19(见图2)，并与输送段(的远离定子11的一端)相连。当进入进气行程时，防回流挡板19被(从压缩空气入口8进入的)压缩空气向上顶起，进气管道被连通；当进入排气行程时，防回流挡板19在自重作用下落下，封闭进气管道，防止气体或液体从进气管道发生回流。
在进气段上设有防回流挡板19的一端的端口设有检修盖(检修盖位于设备室盖板12之外，处于防回流挡板19的上方)，打开检修盖能够对防回流挡板19进行更换、检修。
进气管道通过压缩空气入口法兰9穿设在阀体预埋件14侧壁上，并通过第一过渡风道25与定子进气开口23相连。定子11的另一侧设有定子排气开口24(定子排气开口24与定子进气开口23相对设置)，排气管道通过排气口法兰15穿设在阀体预埋件14侧壁上，并通过第二过渡风道26与定子排气开口24相连。
如图1、图3所示，压缩空气入口法兰9、排气口法兰15上设有充气垫圈20，充气垫圈20与充气垫圈进气口7相连，充气垫圈进气口7位于设备室盖板12之外，压缩空气入口法兰9、第一过渡风道25之间，以及排气口法兰15、第二过渡风道26之间通过充气垫圈20进行密封，并可以通过充气垫圈进气口7对充气垫圈20的充气量进行调整。
如图7所示，转子10的侧壁上设有转子开口27，转子开口27由4个开孔组成，4个开孔呈田字形排列。如图8所示，定子进气开口23、定子排气开口24分别由2个上下排列的开孔组成。转子开口27的高度与定子进气开口23、定子排气开口24的高度一致；转子开口27的圆心角为120度。
如图1所示，在阀体预埋件14上方的开口处设有定子安装基板17，定子安装基板17通过螺栓与阀体预埋件14相连，定子11通过定子安装基板17(定子11通过螺栓与定子安装基板17相连)设置在阀体预埋件14中。
在定子11上方设有上悬轴基座18，上悬轴系统4通过上悬轴基座18设置在定子11上方。上悬轴系统4的底端与转子10的顶端通过莫氏锥结构相连接，在上悬轴系统4的底端与转子10的顶端相连位置的外围设置有能够更换的波纹管密封套5；波纹管密封套5的顶端开口与上悬轴系统4的底部边沿密封连接，波纹管密封套5的底端开口与定子11的顶部边沿密封连接。
定子11的底端开口与脉冲口13之间通过O型密封圈实现密封；定子安装基板17与阀体预埋件14上方的开口之间通过O型密封圈实现密封。
如图1所示，在定子安装基板17外围的阀体预埋件14上设有能够拆卸的袋封接盘6，袋封接盘6用于在对的定子11、转子10拆卸、检修时连接专用封袋，防止放射性物质的交叉污染。袋封接盘6能够在同样型号的用于放射性条件的脉冲阀之间公用。
减速电机1的转动轴的轴线与上悬轴系统4的轴线平行，减速电机1的转动轴与上悬轴系统4的顶端通过同步带2柔性连接；在同步带2附近，还设有使得同步带2保持张紧状态的同步带张紧装置3；减速电机1能够进行变频调速和力矩控制。
如图5所示，转子10的顶端设有环形的弹性密封件22，用于转子10、定子11的顶端之间的密封。如图4所示，转子10的底端设有环形的耐磨衬套21，用于防止转子10、定子11的底端之间的磨损或咬死。
当脉冲阀工作时，如图1所示，减速电机1通过同步带2和同步带张紧装置3带动上悬轴系统4转动，从而带动转子10转动。如图2所示，当转子10上的转子开口27与定子11左端开口(定子进气开口23)相通时，连接进气管道，压缩空气通过压缩空气入口8，冲开防回流挡板19，进入转子10，通过脉冲口13进入脉冲柱的脉冲腿；当转子10上的转子开口27与定子11右端开口(定子排气开口24)相通时，连接脉冲柱排气管路，气体依次通过脉冲柱、脉冲口13、转子10、排气口16排出。脉冲管路(脉冲口13)通过交替地与排气管道或进气管道相连，向脉冲柱提供能量，形成脉冲。在转子10的最下端设有耐磨衬套21，防止转子10与定子11在该处磨损或咬死(最大磨损处见图4中e点)。当工作中压缩空气供气突然中断时，防回流挡板19由于其自身重力关闭，从而有效实现防倒流。
当脉冲阀需要检修时，如图1所示，将同步带2取下，并从下端将波纹管密封套5卸下，在相应位置安装袋封接盘6并套上专用封袋，按照需要可依次取出上旋轴系统4、上悬轴基座18、转子10。通过充气垫圈进气口7将充气垫圈20里的气体排出并松开定子安装基板17上的螺钉，便能一次取出定子安装基板17、定子11及其上的第一过渡风道25、第二过渡风道26。当防回流挡板19需要更换或检修时，打开其上端检修盖便能将其一次取出。压缩空气入口法兰9及排气口法兰15可在安装时调整以获得充气垫圈的最佳密封间隙。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (9)

1.一种用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：包括垂直设置在圆筒形的阀体预埋件(14)中部的圆筒形的定子(11)，所述定子(11)两侧对称设置进气管道和排气管道，底端开口连接脉冲口(13)，所述定子(11)内设置转子(10)，所述转子(10)顶端设置与减速电机(1)相连的上悬轴系统(4)，所述减速电机(1)位于所述上悬轴系统(4)一侧，通过同步带(2)带动所述上悬轴系统(4)、转子(10)转动，所述脉冲口(13)与所述进气管道、排气管道交替连接，实现交替的进气、排气行程，形成脉冲；所述进气管道设有防回流挡板(19)，用于在排气行程中防止气体和液体从所述脉冲口(13)向所述进气管道回流；
所述进气管道包括进气段和输送段，所述输送段为平直管路，一端与所述定子(11)一侧的定子进气开口(23)连接，另一端连接所述进气段；
所述进气段为U型管路，弯管部分位于下方，开口的两端朝上，一端为压缩空气入口(8)，另一端设有水平的防回流挡板(19)，并与所述输送段相连；
当进入进气行程时，所述防回流挡板(19)被压缩空气向上顶起，所述进气管道被连通；当进入所述排气行程时，所述防回流挡板(19)在自重作用下落下，封闭所述进气管道，防止气体或液体从所述进气管道发生回流。
2.如权利要求1所述的用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：所述进气段上设有所述防回流挡板(19)的一端的端口设有检修盖，打开所述检修盖能够对所述防回流挡板(19)进行更换、检修。
3.如权利要求1所述的用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：
所述进气管道通过压缩空气入口法兰(9)穿设在所述阀体预埋件(14)侧壁上，并通过第一过渡风道(25)与所述定子进气开口(23)相连；
所述定子(11)的另一侧设有与所述定子进气开口(23)相对的定子排气开口(24)，所述排气管道通过排气口法兰(15)穿设在所述阀体预埋件(14)侧壁上，并通过第二过渡风道(26)与所述定子排气开口(24)相连；
所述压缩空气入口法兰(9)、排气口法兰(15)上设有与充气垫圈进气口(7)相连的充气垫圈(20)，所述压缩空气入口法兰(9)、第一过渡风道(25)之间，以及所述排气口法兰(15)、第二过渡风道(26)之间通过所述充气垫圈(20)进行密封，并可以通过所述充气垫圈进气口(7)对所述充气垫圈(20)的充气量进行调整。
4.如权利要求3所述的用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：
所述转子(10)的侧壁上设有转子开口(27)，由4个呈田字形排列的开孔组成；
所述定子进气开口(23)、定子排气开口(24)分别由2个上下排列的开孔组成；
所述转子开口(27)的高度与所述定子进气开口(23)、定子排气开口(24)的高度一致；
所述转子开口(27)的圆心角为120度。
5.如权利要求3所述的用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：
在所述阀体预埋件(14)上方的开口处设有定子安装基板(17)，所述定子(11)通过所述定子安装基板(17)设置在所述阀体预埋件(14)中；
在所述定子(11)上方设有上悬轴基座(18)，所述上悬轴系统(4)通过所述上悬轴基座(18)设置在所述定子(11)上方；
所述上悬轴系统(4)的底端与所述转子(10)的顶端通过莫氏锥结构相连接，相连位置的外围设置有能够更换的波纹管密封套(5)；所述波纹管密封套(5)的顶端开口与所述上悬轴系统(4)的底部边沿密封连接，所述波纹管密封套(5)的底端开口与所述定子(11)的顶部边沿密封连接。
6.如权利要求5所述的用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：
所述定子(11)的底端开口与所述脉冲口(13)之间通过O型密封圈实现密封；
所述定子安装基板(17)与所述阀体预埋件(14)上方的开口之间通过O型密封圈实现密封。
7.如权利要求5所述的用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：在所述定子安装基板(17)外围的所述阀体预埋件(14)上设有能够拆卸的袋封接盘(6)，所述袋封接盘(6)用于在对的所述定子(11)、转子(10)拆卸、检修时连接专用封袋，防止放射性物质的交叉污染。
8.如权利要求1所述的用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：
所述减速电机(1)的转动轴的轴线与所述上悬轴系统(4)的轴线平行，所述减速电机(1)的转动轴与所述上悬轴系统(4)的顶端通过同步带(2)柔性连接；
在所述同步带(2)附近，还设有使得所述同步带(2)保持张紧状态的同步带张紧装置(3)；
所述减速电机(1)能够进行变频调速和力矩控制；
所述脉冲的波形接近矩形波。
9.如权利要求1所述的用于放射性条件的脉冲阀，其特征是：
所述转子(10)的顶端设有环形的弹性密封件(22)，用于所述转子(10)、定子(11)的顶端之间的密封；
所述转子(10)的底端设有环形的耐磨衬套(21)，用于防止所述转子(10)、定子(11)的底端之间的磨损或咬死。
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