CN108105406A - 一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式，该阀由上部的气缸部分和下部的阀体部分及中部的四根支柱构成主体结构，装配于汽爆罐的入料口上。该阀以“锥塞式启闭机构”和“自由体构造”及“压力制衡方式”，兼顾了气、固、液三态物质特性，可对生物质固态物料进行快速入罐和密封控制，显著提高了汽爆作业的效率，具有适应范围广、密封性能好、运行快捷平稳、维护简便易行、设备使用寿命长的优势，可广泛用于各类间歇式承压罐体，为工业应用提供了一种较为理想的设备选型。

Description

一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式

技术领域

本发明属于化工设备领域，具体涉及一种用于汽爆作业的入料阀，以及作用方式。

背景技术

工业生产中普遍使用压力容器对各类物料进行高温高压处理，成效明显，但与之配套的属关键部位的阀门类却相对滞后，多是沿用早期设计的、针对单一液态或固态或气态物料的控制结构。随着新材料、新产业的不断涌现，对三态混杂物料的控制需求越来越强烈，因此开发适应多态混杂物料的专用控制阀门就十分重要和迫切。

利用秸杆、果壳等农林剩余物及废弃物作为工业生产原料，越来越受青睐，但这些生物质物料不可避免含有沙土等杂质，在以蒸汽为介质进行高温高压爆碎处理时(以下简称汽爆)，蒸汽(或其他气体)和液态水(或其他液体)与固态物料构成了三态共存的混有杂质的伴高温高压的恶劣工况，显然现行各类阀门难于完全适应，勉强使用形同瓶颈。

如普遍使用的电动球阀、截止阀、柱塞阀等，虽有较好的灵动性和密封性，但根本上源自液态料阀，遇恶劣工况条件，易塞料磨损泄漏而频繁更换，且受结构限制通径小、单位时间流量少，产出率低，只能满足小批量试验需求。

再如企业生产中使用较多的“快开门”装置，虽有较大通径且能适应固态物料特性，但粗大笨重，需电机经机械传动实现开启闭合，单次时间长且能耗大，难以形成汽爆作业需瞬间高压释料、从而将料爆碎的效果，直接影响生产效率和产出物质量。

另有一些属实验室阶段的所谓多态料阀报导，大多与生产实践不相适应，易损易坏维修量大，难见工业化应用。

发明内容

针对现有阀门难以满足汽爆作业的要求，本发明研制了一种适应汽爆恶劣工况的气动入料阀，置于汽爆罐上，并以“锥塞式启闭机构”和“自由体构造”及“压力制衡方式”，实现了快捷的启闭功能、可靠的密封性能、宽泛的工况适应性能，提高了汽爆作业的效率和产出质量，延长了设备使用寿命，且操控简单，运行平稳，维护方便易行。

本发明的技术方案是：该阀由上部的带前端法兰的气缸及该缸活塞杆端部的圆台形阀芯构成启闭机构，再由处于下部的法兰及嵌在该法兰中的锥套构成阀体阀座，该上下两部分均经法兰垂直同心用四根支柱连接固定、形成该阀的主体结构，并整体装配在汽爆罐上端的入料口之上；从而实现该阀经此入料口，开启时向罐内输入固态物料、或闭合时稳固密封该罐的功效。

所述启闭机构，其驱动件是耐高温高压气缸，并经该缸的换向阀(2)与外接的压缩空气源连通，该缸的活塞杆(5)轴向设有中空通孔(6)，并穿该缸活塞(4)与缸体的上气腔(3)连通，该中空活塞杆的端部以滑配方式连接有中空的圆台形阀芯(14)，该阀芯内径的上半部扩大成凹陷空室，其上固定有压盖(15)，该阀芯外径的斜锥面上设有硬质密封环(20)和软质密封圈(19)，该阀芯下端面的中心位置嵌有滤网块(22)。

所述阀体的本体为下法兰(10)，其内径呈两级台阶状；阀座的本体是嵌在该下法兰内径中的带台阶状外径的锥套(11)，其锥度内径(12)为该阀的密封副，同时也是阀体通道。

所述阀芯(14)受气缸驱动，可随该缸活塞杆而升降，降落时其锥度外径可垂直塞入阀座的锥度内径(12)中而互相紧密吻合，经密封环(20)和密封圈(19)的作用完全密封该阀体通道即该阀闭合，上升时该阀芯脱离锥套而敞开该通道即该阀开启。

所述阀芯与活塞杆的滑配连接(见图2)：阀芯的本体(18)和压盖(15)组成近似全包围结构，与固定在活塞杆端的内芯(24)之间实行包围且留有接触间隙的可滑动连接，这就允许阀芯顺内芯平面做360度任意向的、滑移间隙(17)限度内的少量平行位移，即该阀芯相对活塞杆成为可微量平行挪动的“自由体”，(可消弥制作、安装时遗留的细微缺陷)，由此在该阀闭合、阀芯下行初接触阀座的锥度内径时，该阀芯可顺该内径的锥度一边下滑一边平移挪位、直至塞满该阀座的内径，从而与阀座形成同心圆式无阻碍紧密吻合密封。

所述换向阀(2)，其内具备多个通道，调整该阀旋钮，接通或封闭不同的通道，可分别实行启闭气源与气缸各气腔间的、或外部空间与气缸各气腔间的连接，从而实现以压缩空气为介质，驱使该缸活塞(4)带动活塞杆及杆端的阀芯(14)一起上升或下降的功能。所述密封环(20)为设在阀芯锥度外径面靠下位置的带弹性的两道金属环，能对高强度气压实行密封；所述密封圈(19)为设在阀芯锥度外径面靠上位置的两道硅胶圈，可与金属环软硬配合互为作用、起到梯度减压的效果，确保密封安全无泄漏。此外紧密套在活塞杆内芯外径上的自涨圈(23)，在该阀闭合并注入蒸汽时可自行涨紧，阻断压力气体从阀芯滑移间隙处逃逸。阀芯底面部的呼吸孔(21) ，在该阀闭合时可经此向阀芯内部空间通入压力蒸汽而涨紧自涨圈，在该阀开启时可经此将阀芯内的蒸汽泄出，自涨圈恢复松弛状态。

该阀闭合密封后，经滤网块(22)的间隙和阀芯的及活塞杆的中空通孔、气缸的上气腔(3)与汽爆罐连通成同一密闭容器，该两处的气压完全相等且同升同降，向该容器注入压力蒸汽时，较大截面积的气缸活塞(4)所承受的来自上气腔的向下总气压，远大于较小截面积的阀芯所承受的来自罐内的反向气压，即活塞的压强大于阀芯的压强，该二者间经由活塞杆的传递，形成了“压力制衡”作用，此时无需施加任何其他外力协助，活塞就将阀芯牢牢塞压在阀座之中，稳固实现了该阀的闭合密封效果。

一般气缸的行程速度约在每秒500mm 左右，为防急速撞击，本入料阀气缸的两端装有可调缓冲，使行程末端约15mm 距离转为渐缓式行进，既保留了气缸运行快而稳的特点，又满足了密封件接触需轻而柔的要求，同时还为“自由体”的平行挪位创造了条件。

本发明具有以下特点和优势。

所述入料阀，以不高于0.8mpa 的压缩空气为介质运行，启闭速度快而灵动且平稳，相较电机驱动的机械传动类阀门，具有省时节能、提高效率的优势。

所述入料阀，将气缸上气腔与汽爆罐连成同一密闭容器，并以该容器内的压力蒸汽为介质，达成稳固的“压力制衡”式闭合密封效果，相较外设高压气泵或油泵辅助闭合密封的方式，具有降低早期投入和节约生产成本的优势。

所述入料阀，启闭采取阀芯直线往复运动与阀座可分可合、从而接通或堵住垂直通道的构造，相较常见阀门的阀芯与阀座不可分离，启闭需旋转阀芯与阀座相互磨擦、从而接通或堵住侧向通道的构造，具有明显的优势：

A 杜绝了密封件之间易塞料磨损的弊端——适应气固液多态物料混杂的恶劣工况条件；

B 突破了常见阀门结构上的限制――可实现多规格通径，满足不同流量尤其是大通径需求；

C 避免了密封面之间过多的相互磨擦损害——延长密封件的工作寿命。

附图说明

图1 入料阀结构示意图，标号：1 缸筒、2 换向阀、3 上气腔、4 活塞、5 活塞杆、6中空通孔、7下气腔、8前端法兰、9支柱、10下法兰、11锥套、12锥度内径、13螺栓、14阀芯。

图2 阀芯结构示意图，标号：15压盖、16螺栓、17滑移间隙、18本体、19密封圈、20密封环、21呼吸孔、22滤网块、23自涨圈、24内芯。

具体实施方式

下面结合具体实施例作进一步说明，不限制本发明。

将该入料阀装配在汽爆罐上端入料口之上，关闭汽爆罐底部的出料阀，然后经换向阀向气缸的下气腔内注入外接的压缩空气，致活塞带动活塞杆及杆端的阀芯快速上行至顶点，然后关闭换向阀停止注气，此时该入料阀的阀体通道完全敞开，另设的输料机软管从侧上方、沿该阀四根支柱间的大面积空间伸入阀座锥度内径中，向罐内输入植物类碎块状物料，至设定值后输料机软管退回原位。

调整换向阀向气缸的上气腔内注入压缩空气并将下气腔中的气体外泄，致活塞带动阀芯快速下行，此时有部分气体顺着活塞杆和阀芯的中空通孔下行、并透过滤网块吹拂清洁下部的阀座，当圆台形阀芯进入阀座的锥度内径中即将接触时，受气缸行程末端缓冲作用的控制，该阀芯转为渐缓式下行，继而与阀座内径的某一点柔性接触并持续下滑，又因阀芯的“自由体构造”允许阀芯适度位移，在此柔性接触下行过程中，阀芯顺着阀座内经的锥度、边下滑边平行挪位直至塞满阀座的锥度内径，至此二者间成同心圆紧密吻合，经阀芯上的密封环和密封圈的作用，该阀实现无泄漏闭合密封，换向阀停止注气。

开启汽爆罐上的蒸汽阀，向罐内注入高温高压蒸汽蒸煮物料，闭合密封后的气缸上气腔与罐容之间，经活塞杆和阀芯的中空通道己连为一体，注入蒸汽时导致罐内有部分蒸汽穿过阀芯滤网块的间隙，经阀芯和活塞杆的中空通道进入气缸的上气腔中，显然此时的罐容与上气腔属于同一密封容器的不同空间，该两处的蒸汽压力完全均等并同升同降，由于活塞的截面积大于阀芯的截面积，故活塞承受的来自上气腔的向下总压力、大于阀芯承受的来自罐内的向上推举力，即活塞压强大于阀芯压强，二者间经活塞杆的传递，形成了“压力制衡”作用，再加上零件自重因素，阀芯始终被活塞稳固地塞压在阀座之中，确保了该阀的无泄漏闭合密封效果。在上述向罐内注入蒸汽的同时，有少量蒸汽从阀芯底面的呼吸孔中进入阀芯的中空内部，自涨圈被蒸汽压涨起，紧密贴住阀芯及活塞杆内芯，从而阻断了压力蒸汽从阀芯与活塞杆之间的滑移间隙处逃逸。蒸煮达设定值时关闭蒸汽阀。

再经短时保温蒸煮后，打开罐底的出料阀，蒸汽裹挟物料及少量水份喷涌出罐、瞬间释压将物料爆碎，最后出罐的是来自气缸上气腔的气体，阀芯内部的气体也经呼吸孔同时排出，入料阀恢复松弛常态。之后再重复上述过程，进行新一轮间歇式连续汽爆作业。

Claims (6)

1.一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式，该阀由上部的带前端法兰的气缸及该缸活塞杆端部的圆台形阀芯构成启闭机构，再由处于下部的下法兰及嵌在该法兰中的锥套构成阀体阀座，该上下两部分均经法兰垂直同心用四根支柱连接固定、形成该阀的主体结构，并整体装配在汽爆罐上端入料口上；从而实现该阀经此入料口、开启时向罐内输入固态物料或闭合时稳固密封该罐的控制作用。

2.根据权利要求1 所述的一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式，其特征是：所述启闭机构，其驱动件是耐高温高压气缸，并经该缸的换向阀(2)与外接的压缩空气源连通，该缸的活塞杆(5)轴向设有中空通孔(6)，并穿该缸活塞(4)与该缸的上气腔(3)联通，该中空活塞杆的端部以滑配方式连接有中空的圆台形阀芯(14)，该阀芯内径的上半部扩大成凹陷空室，其上固定有压盖(15)，该阀芯外径的斜锥面上设有硬质密封环(20)和软质密封圈(19)，该阀芯下端面的中心位置嵌有滤网块(22)。

3.根据权利要求1 所述的一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式，其特征是：所述阀体的本体为下法兰(10)，其内径呈两级台阶状，阀座的本体是嵌在该法兰内径中的带台阶状外径的锥套(11)，其锥度内径(12)为该阀的密封副，同时也是阀体通道。

4.根据权利要求1 所述的一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式，其特征是：所述阀芯(14)受气缸驱动，可随该缸活塞杆而升降，降落时其锥度外径可垂直塞入阀座的锥度内径(12)中而互相紧密吻合，经密封环(20)和密封圈(19)的作用完全密封该阀体通道即该阀闭合，上升时该阀芯脱离阀座而敞开该通道即该阀开启。

5.根据权利要求2所述的一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式，其特征是：所述阀芯与活塞杆的滑配连接，是由阀芯的本体(18)和压盖(15)组成近似全包围结构，与固定在活塞杆端部的内芯(24)之间实行包围且留有接触间隙的可滑动连接，这就允许阀芯顺内芯平面做360度任意向的、滑移间隙(17)限度内的少量平行位移，即该阀芯相对活塞杆成为可微量平行挪动的“自由体”，由此在该阀闭合、阀芯下行初接触阀座的锥度内径时，该阀芯可顺该内径的锥度一边下滑一边平移挪位、直至塞满该阀座的内径，从而与阀座成同心圆式无阻碍紧密吻合密封。

6.根据权利要求2和4所述的一种用于汽爆作业的入料阀及作用方式，其特征是：该阀闭合密封后，经滤网块(22)的间隙和阀芯的及活塞杆的中空通孔、气缸的上气腔(3)与汽爆罐连通成同一密闭容器，向该容器通入压力蒸汽时，较大截面积的气缸活塞(4)所承受的来自上气腔的向下总气压，大于较小截面积的阀芯所承受的来自罐内的反向气压，即活塞的压强大于阀芯的压强，该二者间经由活塞杆的传递，形成了“压力制衡”作用，此时活塞将阀芯牢牢塞压在阀座之中，稳固实现了该阀的闭合密封效果。