CN109854755A - 一种高温截止阀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高温截止阀，其中，所述的阀芯组件包括阀芯，阀芯的顶部嵌入式安装有阀芯盖板，阀芯盖板和阀芯之间设置有隔热腔；所述的阀芯底面上设置有底面隔热板，所述的阀芯侧壁上设置有侧壁隔热板，底面隔热板与阀芯之间和侧壁隔热板与阀芯之间均设置有空腔；本发明的隔热结构既具备密封性有具备支撑性。本发明为阀门内的零件设计了合理的伸长区域，在阀门工作时零件可以伸长，压缩碟形弹簧，大大减小了阀门内的热应力，增加了阀门的可靠性。本发明的阀门动作快、密封性好、维修方便(更换阀座、阀芯即可)，主要用于切断管路中的高温非氧化性气体。
Description
技术领域
本发明属于阀门领域，涉及高温非氧化性气体控制，具体涉及一种高温截止阀。
背景技术
在需要切断高温非氧化性气体(即惰性气体)的系统中(例如：工质为高温非氧化性气体的试验系统),不仅要求阀门具有良好的密封性还要求阀门具有很高的可靠性，在高温工况下可以稳定工作。市场中现有的高温截止阀可靠性不足，最高使用温度较低，不能满足使用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高温截止阀，解决现有技术中的截止阀在高温环境中的可靠性不足的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种高温截止阀，包括阀门壳体，阀门壳体内下部竖向设置有高温介质进流道、阀门壳体内水平向设置有高温介质出流道，阀门壳体内上部竖向设置有与高温介质进流道同轴设置的阀杆腔，高温介质进流道、高温介质出流道和阀杆腔之间通过阀芯腔相连通，阀芯腔内设置有阀芯组件，阀芯组件与阀杆的一端相连，阀杆的另一端从阀杆腔竖向伸出阀门壳体顶部；
所述的阀芯组件包括阀芯，阀芯的顶部嵌入式安装有阀芯盖板，阀芯盖板和阀芯之间设置有隔热腔；
所述的阀芯底面上设置有底面隔热板，所述的阀芯侧壁上设置有侧壁隔热板，底面隔热板与阀芯之间和侧壁隔热板与阀芯之间均设置有空腔；
所述的阀门壳体与高温介质进流道之间从外至内依次设置有第一隔热层、第一支撑筒和密封筒；所述的阀门壳体与高温介质出流道之间从外至内依次设置有第二隔热层和防冲蚀筒；所述的阀门壳体和阀杆腔之间从外至内依次设置有第一隔热层、第二支撑筒和第三隔热层；所述的阀门壳体和阀芯腔之间从外至内依次设置有第一隔热层和第三支撑筒；
所述的第一支撑筒、第二支撑筒和第三支撑筒依次同轴接触设置；所述的第一支撑筒的底端顶在固结在阀门壳体上的第一支撑板上；所述的阀杆腔的端部的阀门壳体上安装有中法兰，所述的第二支撑筒的顶端与中法兰之间设置有碟形弹簧；
所述的第一支撑筒和第二支撑筒的两端开放，所述的第三支撑筒封闭的顶部设置有阀杆运动孔、所述的第三支撑筒的封闭的底部设置有与阀芯组件相配合的阀座，阀座与高温介质进流道相连通，所述的第三支撑筒的侧壁与高温介质出流道相连通。
本发明还具有如下技术特征：
所述的阀杆包括中空的阀杆本体，阀杆本体与阀芯组件相连的一端开放，阀杆本体伸出阀门壳体顶部的另一端封闭，阀杆本体的中空腔内同轴设置有冷却水隔筒，冷却水隔筒的一端外壁通过连接板与阀杆本体一端的内壁径向相连，冷却水隔筒的另一端与阀杆本体另一端固定相连；
冷却水隔筒将阀杆本体内的中空腔分隔为冷却水进流道和冷却水出流道，冷却水隔筒内为冷却水进流道，冷却水隔筒和阀杆本体之间为冷却水出流道；
所述的阀杆和阀芯组件的连接处的阀芯组件上设置有热交换腔，冷却水隔筒的一端伸至热交换腔且冷却水隔筒的一端的外侧设置有同轴设置的导流环板，冷却水依次通过冷却水进流道、热交换腔和冷却水出流道。
阀杆本体伸出阀门壳体的另一端上设置有冷却水进端头和冷却水出端头，冷却水进端头与冷却水进流道相连通，冷却水出端头与冷却水出流道相连通。
所述的高温介质进流道的端部安装有入口反法兰，密封筒延伸至入口反法兰内且底端与入口反法兰底端平齐，入口反法兰和密封筒之间设置有第四隔热层。
所述的阀门壳体外部设置有水冷套；所述的入口反法兰的外部也设置有水冷套。
所述的阀杆与阀芯盖板相连，所述的阀杆与阀芯盖板之间的连接处设置有金属密封垫和O型密封圈。
所述的底面隔热板和侧壁隔热板均通过第二支撑板与阀芯相连。
所述的中法兰和阀杆之间设置有密封填料。
所述的第二支撑筒的顶部高于第三隔热层的顶部。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的阀芯中设置了气体隔热腔，降低了阀芯内部的导热系数，有效的阻止了热量向阀芯内部传递；阀芯内的隔热板在阀杆内分隔出了冷却水进出口流道，加强了冷却水的流动性，提高了阀芯组件内表面与冷却水的对流换热系数。以上两个措施均增加了阀芯组件部分的安全性。
(Ⅱ)本发明的隔热结构既具备密封性有具备支撑性。传统的隔热结构一般是由石墨和碳毡构成，隔热效果良好，但是由于石墨脆性较高并且孔隙率较大，所以传统的隔热结构不具备密封性和支撑性。本发明的隔热结构中使用致密的钽合金和强度远大于石墨的碳碳复合材料代替石墨，使得新隔热结构具有良好地密封性和支撑性，进而保证了阀门的密封性。
(Ⅲ)在高温阀门中，高温的工质会加热阀门壳体，导致阀门本体材料机械强度降低，阀门内部零件受热膨胀，影响阀门的密封性和可靠性。需要说明的是，本发明所述的高温的上限温度为2800K。本发明为阀门内的零件设计了合理的伸长区域，在阀门工作时零件可以伸长，压缩碟形弹簧，大大减小了阀门内的热应力，增加了阀门的可靠性。
(Ⅳ)本发明的阀芯和阀杆中加工了冷却水流道，降低了工作过程中阀芯、阀杆的温度，增加了阀芯、阀杆的机械强度，增加了阀门的可靠性。
(Ⅴ)本发明的阀门动作快、密封性好、维修方便(更换阀座、阀芯即可)，主要用于切断管路中的高温非氧化性气体。在各种工质为高温非氧化性气体的试验系统或者高温非氧化性气体自动保护装置中具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的整体内部结构示意图。
图2是本发明的阀门组件的局部放大示意图。
图3是碟形弹簧的安装局部放大示意图。
图4是本发明的外部结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-阀门壳体，2-高温介质进流道，3-高温介质出流道，4-阀杆腔，5-阀芯腔，6-阀芯组件，7-阀杆，8-阀座，9-第一隔热层，10-第一支撑筒，11-密封筒，12-第二隔热层，13-防冲蚀筒，14-第二支撑筒，15-第三隔热层，16-第三支撑筒，17-第一支撑板，18-中法兰，19-碟形弹簧，20-入口反法兰，21-第四隔热层，22-水冷套，23-密封填料，24-阀杆运动孔，25-执行器；
601-阀芯，602-阀芯盖板，603-隔热腔，604-底面隔热板，605-侧壁隔热板，606-空腔，607-金属密封垫，608-O型密封圈，609-第二支撑板；
701-阀杆本体，702-冷却水隔筒，703-连接板，704-冷却水进流道，705-冷却水出流道，706-热交换腔，707-导流环板，708-冷却水进端头，709-冷却水出端头，710-连接板锁紧螺母；
2201-进水头，2202-出水头。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种高温截止阀，如图1至图4所示，包括阀门壳体1，阀门壳体1内下部竖向设置有高温介质进流道2、阀门壳体1内水平向设置有高温介质出流道3，阀门壳体1内上部竖向设置有与高温介质进流道2同轴设置的阀杆腔4，高温介质进流道2、高温介质出流道3和阀杆腔4之间通过阀芯腔5相连通，阀芯腔5内设置有阀芯组件6，阀芯组件6与阀杆7的一端相连，阀杆7的另一端从阀杆腔4竖向伸出阀门壳体1顶部；
所述的阀芯组件6包括阀芯601，阀芯601的顶部嵌入式安装有阀芯盖板602，阀芯盖板602和阀芯601之间设置有隔热腔603；
所述的阀芯601底面上设置有底面隔热板604，所述的阀芯601侧壁上设置有侧壁隔热板605，底面隔热板604与阀芯601之间和侧壁隔热板605与阀芯601之间均设置有空腔606；
所述的阀门壳体1与高温介质进流道2之间从外至内依次设置有第一隔热层9、第一支撑筒10和密封筒11；所述的阀门壳体1与高温介质出流道3之间从外至内依次设置有第二隔热层12和防冲蚀筒13；所述的阀门壳体1与阀杆腔4之间从外至内依次设置有第一隔热层9、第二支撑筒14和第三隔热层15；所述的阀门壳体1与阀芯腔5之间从外至内依次设置有第一隔热层9和第三支撑筒16；
所述的第一支撑筒10、第二支撑筒14和第三支撑筒16依次同轴接触设置；所述的第一支撑筒10的底端顶在固结在阀门壳体1上的第一支撑板17上；所述的阀杆腔4的端部的阀门壳体1上安装有中法兰18，所述的第二支撑筒14的顶端与中法兰18之间设置有碟形弹簧19；
所述的第一支撑筒10和第二支撑筒14的两端开放，所述的第三支撑筒16封闭的顶部设置有阀杆运动孔24、所述的第三支撑筒16的封闭的底部设置有与阀芯组件6相配合的阀座8，阀座8与高温介质进流道2相连通，所述的第三支撑筒16的侧壁与高温介质出流道3相连通。
本发明中，阀杆7通过外部的执行器25驱动。由低压气源驱动执行器25，带动阀芯601运动，实现阀门打开或者关闭。本发明的高温截止阀采用角式结构,阀芯601在第三支撑筒16内运动，当阀芯601运动至下阀位处(即阀芯601与阀座8贴合)，阀门关闭；当阀芯601运动至上阀位处(即气缸达到最大行程时)，阀门完全打开。
作为本实施例的一种具体方案，阀杆7包括中空的阀杆本体701，阀杆本体701与阀芯组件6相连的一端开放，阀杆本体701伸出阀门壳体1顶部的另一端封闭，阀杆本体701的中空腔内同轴设置有冷却水隔筒702，冷却水隔筒702的一端外壁通过连接板703与阀杆本体701一端的内壁径向相连，冷却水隔筒702的另一端与阀杆本体701另一端固定相连，连接板703下方还配套有连接板锁紧螺母710；
冷却水隔筒702将阀杆本体701内的中空腔分隔为冷却水进流道704和冷却水出流道705，冷却水隔筒702内为冷却水进流道704，冷却水隔筒702和阀杆本体701之间为冷却水出流道705；
所述的阀杆7和阀芯组件6的连接处的阀芯组件6上设置有热交换腔706，冷却水隔筒702的一端伸至热交换腔706且冷却水隔筒706的一端的外侧设置有同轴设置的导流环板707，冷却水依次通过冷却水进流道704、热交换腔706和冷却水出流道705。
导流环板707能够使得冷却水更加均匀地分散到热交换腔706中，提高热交换效果。通过阀杆7进冷却水可以直接给阀芯601进行冷却降温，进一步保证阀芯601在高温环境下的稳定性。
优选的，阀杆本体701伸出阀门壳体1顶部的另一端上设置有冷却水进端708头和冷却水出端头709，冷却水进端头708与冷却水进流道704相连通，冷却水出端头709与冷却水出流道705相连通。
作为本实施例的一种优选方案，高温介质进流道2的端部安装有入口反法兰20，密封筒11延伸至入口反法兰20内且底端与入口反法兰20底端平齐，入口反法兰20和密封筒11之间设置有第四隔热层21。高温介质进入时的温度较高，第四隔热层21能够更好地隔热，保护入口反法兰20，提高阀门整体的高温稳定性。
作为本实施例的一种优选方案，阀门壳体1外部设置有水冷套22；所述的入口反法兰20的外部也设置有水冷套22。水冷套22设置有多个进水头2201和出水头2202，水冷套22用于给整个高温截止阀进行降温。
作为本实施例的一种优选方案，阀杆7与阀芯盖板602相连，阀杆7与阀芯盖板602之间的连接处设置有金属密封垫607和O型密封圈608。
作为本实施例的一种优选方案，底面隔热板604和侧壁隔热板605均通过第二支撑板609与阀芯601相连，便于形成空腔606，避免高温介质与阀芯601直接接触，空腔606内会形成气膜隔热层，从而保护阀芯601，提高阀芯601的高温稳定性。
作为本实施例的一种优选方案，中法兰18和阀杆7之间设置有密封填料23。能够更好地实现密封。
作为本实施例的一种优选方案，第二支撑筒14的顶部高于第三隔热层15的顶部，为高温环境下第三隔热层15的膨胀留有一定富裕空间，进一步提高阀门整体的高温稳定性。
作为本实施例的一种优选方案，第一隔热层9、第二隔热层12、第三隔热层15和第四隔热层21均采用碳毡制成。碳毡由碳纤维编织而成，耐高温，内部结构疏松多孔，导热率低。可以有效地阻止热量从工质向不锈钢基体传递，大大的提高了阀门的安全性。
作为本实施例的一种优选方案，密封筒11采用钽合金制成。钽合金致密并且高温条件下强度较高，可以有效的阻止高温工质向阀门内扩散，提高阀门的泄露等级和阀门的安全性。
作为本实施例的一种优选方案，防冲蚀筒13采用石墨制成。由于碳毡是由碳纤维编织而成，耐冲刷性不强，在高温工质的高速冲蚀下会迅速损坏。增加了由石墨制成的防冲蚀筒13可以有效的解决这一问题。
作为本实施例的一种优选方案，第一支撑筒10、第二支撑筒14和第三支撑筒16均采用碳碳复合材料制成。碳碳符合材料耐高温性能良好，热膨胀率远远低于金属，并且可以在高温下保持较高的强度，可以为阀门内部零件提供良好支撑并且降低阀门内由于热膨胀带来的影响。
需要说明的是，上述部件的制作材料均为现有技术中已知的材料。
本发明的工作过程如下所述：
本发明的高温截止阀在使用时，将高温介质进流道2和高温介质出流道3分别与高温介质管道相连接，将冷却水进端头708和冷却水出端头709分别与冷却水管道相连接，将水冷套22与冷却水管道相连接。
阀门准备阶段先向冷却水进端头708通入冷却水，冷却水依次通过冷却水进流道704、热交换腔706、冷却水出流道705和冷却水出端头709，形成冷却循环，对阀芯组件6进行冷却。阀门壳体1通过水冷套22中的冷却水的循环进行冷却。
然后将阀芯组件6处于其行程最下端，此时从高温介质进流道2通入高温工质，由于此时阀门处于完全关闭状态，阀门内工质不流动。此时，通过导流环板707均匀地分散到热交换腔706中的冷却水能够直接对阀芯组件6中的阀芯601进行冷却降温，保证阀芯601在高温环境下的稳定性。阀芯组件6中的底面隔热板604和侧壁隔热板605能够避免高温介质与阀芯601直接接触，空腔606内会形成气膜隔热层，从而保护阀芯601，提高阀芯601的高温稳定性。
需要开启阀门时，通过执行器25打开阀门，阀芯组件6向上运动至行程最上端，高温工质通过第三支撑筒16流向阀门出口流道3。需要关闭阀门时，阀芯组件6向下运动至行程最下端，待阀门充分冷却后方可切断冷却水供应。
Claims (9)
1.一种高温截止阀，包括阀门壳体(1)，阀门壳体(1)内下部竖向设置有高温介质进流道(2)、阀门壳体(1)内水平向设置有高温介质出流道(3)，阀门壳体(1)内上部竖向设置有与高温介质进流道(2)同轴设置的阀杆腔(4)，高温介质进流道(2)、高温介质出流道(3)和阀杆腔(4)之间通过阀芯腔(5)相连通，阀芯腔(5)内设置有阀芯组件(6)，阀芯组件(6)与阀杆(7)的一端相连，阀杆(7)的另一端从阀杆腔(4)竖向伸出阀门壳体(1)顶部，其特征在于：
所述的阀芯组件(6)包括阀芯(601)，阀芯(601)的顶部嵌入式安装有阀芯盖板(602)，阀芯盖板(602)和阀芯(601)之间设置有隔热腔(603)；
所述的阀芯(601)底面上设置有底面隔热板(604)，所述的阀芯(601)侧壁上设置有侧壁隔热板(605)，底面隔热板(604)与阀芯(601)之间和侧壁隔热板(605)与阀芯(601)之间均设置有空腔(606)；
所述的阀门壳体(1)与高温介质进流道(2)之间从外至内依次设置有第一隔热层(9)、第一支撑筒(10)和密封筒(11)；所述的阀门壳体(1)与高温介质出流道(3)之间从外至内依次设置有第二隔热层(12)和防冲蚀筒(13)；所述的阀门壳体(1)与阀杆腔(4)之间从外至内依次设置有第一隔热层(9)、第二支撑筒(14)和第三隔热层(15)；所述的阀门壳体(1)与阀芯腔(5)之间从外至内依次设置有第一隔热层(9)和第三支撑筒(16)；
所述的第一支撑筒(10)、第二支撑筒(14)和第三支撑筒(16)依次同轴接触设置；所述的第一支撑筒(10)的底端顶在固结在阀门壳体(1)上的第一支撑板(17)上；所述的阀杆腔(4)的端部的阀门壳体(1)上安装有中法兰(18)，所述的第二支撑筒(14)的顶端与中法兰(18)之间设置有碟形弹簧(19)；
所述的第一支撑筒(10)和第二支撑筒(14)的两端开放，所述的第三支撑筒(16)封闭的顶部设置有阀杆运动孔(24)、所述的第三支撑筒(16)的封闭的底部设置有与阀芯组件(6)相配合的阀座(8)，阀座(8)与高温介质进流道(2)相连通，所述的第三支撑筒(16)的侧壁与高温介质出流道(3)相连通。
2.如权利要求1所述的高温截止阀，其特征在于，所述的阀杆(7)包括中空的阀杆本体(701)，阀杆本体(701)与阀芯组件(6)相连的一端开放，阀杆本体(701)伸出阀门壳体(1)顶部的另一端封闭，阀杆本体(701)的中空腔内同轴设置有冷却水隔筒(702)，冷却水隔筒(702)的一端外壁通过连接板(703)与阀杆本体(701)一端的内壁径向相连，冷却水隔筒(702)的另一端与阀杆本体(701)另一端固定相连；
冷却水隔筒(702)将阀杆本体(701)内的中空腔分隔为冷却水进流道(704)和冷却水出流道(705)，冷却水隔筒(702)内为冷却水进流道(704)，冷却水隔筒(702)和阀杆本体(701)之间为冷却水出流道(705)；
所述的阀杆(7)和阀芯组件(6)的连接处的阀芯组件(6)上设置有热交换腔(706)，冷却水隔筒(702)的一端伸至热交换腔(706)且冷却水隔筒(706)的一端的外侧设置有同轴设置的导流环板(707)，冷却水依次通过冷却水进流道(704)、热交换腔(706)和冷却水出流道(705)。
3.如权利要求2所述的高温截止阀，其特征在于，所述的阀杆本体(701)伸出阀门壳体(1)顶部的另一端上设置有冷却水进端(708)头和冷却水出端头(709)，冷却水进端头(708)与冷却水进流道(704)相连通，冷却水出端头(709)与冷却水出流道(705)相连通。
4.如权利要求1所述的高温截止阀，其特征在于，所述的高温介质进流道(2)的端部安装有入口反法兰(20)，密封筒(11)延伸至入口反法兰(20)内且底端与入口反法兰(20)底端平齐，入口反法兰(20)和密封筒(11)之间设置有第四隔热层(21)。
5.如权利要求4所述的高温截止阀，其特征在于，所述的阀门壳体(1)外部设置有水冷套(22)；所述的入口反法兰(20)的外部也设置有水冷套(22)。
6.如权利要求1所述的高温截止阀，其特征在于，所述的阀杆(7)与阀芯盖板(602)相连，所述的阀杆(7)与阀芯盖板(602)之间的连接处设置有金属密封垫(607)和O型密封圈(608)。
7.如权利要求1所述的高温截止阀，其特征在于，所述的底面隔热板(604)和侧壁隔热板(605)均通过第二支撑板(609)与阀芯(601)相连。
8.如权利要求1所述的高温截止阀，其特征在于，所述的中法兰(18)和阀杆(7)之间设置有密封填料(23)。
9.如权利要求1所述的高温截止阀，其特征在于，所述的第二支撑筒(14)的顶部高于第三隔热层(15)的顶部。
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