CN114508600A - 电磁强密封闪爆装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁强密封闪爆装置及工作方法，包括高温高压处理单元、闪爆缓冲单元、阀头、顶杆、第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁和外部支架。高温高压处理单元与闪爆缓冲单元密封连接，高温高压处理单元和闪爆缓冲单元通过外部支架支撑于地面，高温高压处理单元在位于闪爆缓冲单元内的一端设置有阀座，阀座通过阀头密封；闪爆缓冲单元中部设置有第一电磁铁，闪爆缓冲单元底部设置有对应于第一电磁铁的第二电磁铁；第三电磁铁通过导向件活动设置于第一电磁铁和第二电磁铁之间，阀头通过顶杆连接第三电磁铁。本发明结构简单，操作及控制方便，高压闪爆阀密封可靠，开启速度快，对物料的闪爆效果显著。

Description

电磁强密封闪爆装置及工作方法

技术领域

本发明涉及高压设备技术领域，尤其是指电磁强密封闪爆装置及工作方法。

背景技术

以环保、生态的惰性气体(如CO₂等)为介质的超临界流体闪爆技术，可有效实现对纤维材料或其他领域材料或物料的物理化加工，改变其物理、化学结构，提高处理材料的相关性能。特别是超临界CO₂流体是一种安全、绿色、生态的流体介质，其具有类似气体的超低粘度，以及非常高的扩散性和对固体物质的穿透性，使其在对各类固体材料的闪爆处理中具有非常突出的优势。这也大大拓展了超临界流体技术在相关领域或行业中相关应用。

然而，由于超临界流体(如超临界CO₂流体)其临界点相对较高，需要在较高的温度和压力条件下才能较好地开展闪爆处理。故其对闪爆机构的密封及快开方式等要求较高，需要其能承受较高的温度和压力，以及优良的密封性能，还需要耐久，能持续进行运行或工作。此外，在闪爆时，还能在非常短的时间内实现快速开启，达到瞬间闪爆效果。同时，由于超临界流体闪爆时，闪爆阀及其物料获得的动能高、速度快、冲击大，需要有非常可靠的缓冲机构或单元，以有效保护闪爆装置，提高其使用寿命，并降低闪爆时冲击带来的噪声。

在课题组的前期研发技术中，首次引入了超临界流体电磁闪爆技术，以利用电磁铁磁性变化快，磁性大小可连续调节和瞬时可控等特点，从而使得超临界流体机构具有密封方便、快捷可靠、闪爆响应速度快，并可以实现闪爆阀的磁场软着陆缓冲等优点。因而，在达到工艺目的的同时，也有效保护了设备，减少了噪音对环境的影响。

然而，由于电磁铁两端的磁场强度随距离延长而衰减，因此前期研发的双电磁铁闪爆机构为充分保证闪爆阀的密封效果，需要对双电磁铁输入较高的电流，或需要增加较多的电磁铁线圈匝数，从而达到提供足够强度的电磁密封作用力。此外，双电磁铁闪爆机构也存在闪爆行程偏短，对一次处理较多或大量物料时，会阻碍闪爆速度，引起闪爆出料效果不佳等不足。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中超临界流体电磁闪爆通道密封效果差、闪爆行程短等缺陷，以利用多个电磁铁组合，改变电磁铁的作用方式，改善闪爆行程，实现闪爆通道的强密封和提高闪爆效果等目的。

为解决上述技术问题，本发明提供了电磁强密封闪爆装置，包括高温高压处理单元、闪爆缓冲单元、阀头、顶杆、第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁和外部支架。

在本发明的一个实施例中，所述高温高压处理单元与闪爆缓冲单元密封连接，所述高温高压处理单元和闪爆缓冲单元通过外部支架支撑于地面；所述高温高压处理单元在位于所述闪爆缓冲单元内的一端设置有阀座，所述阀座通过所述阀头密封；所述闪爆缓冲单元中部设置有所述第一电磁铁，所述闪爆缓冲单元在底部设置有对应于所述第一电磁铁的所述第二电磁铁；所述第三电磁铁通过导向件活动设置于所述第一电磁铁和第二电磁铁之间，所述阀头通过所述顶杆连接所述第三电磁铁。

在本发明的一个实施例中，所述第一电磁铁通过连接于所述阀座的拉杆固定于所述闪爆缓冲单元中部；所述导向件为导向杆，所述导向杆连接所述第一电磁铁和第二电磁铁，所述第三电磁铁滑动套设于所述导向杆上。

在本发明的一个实施例中，所述拉杆和导向杆分别设置有不少于3根。

在本发明的一个实施例中，所述第三电磁铁与第二电磁铁之间设置有缓冲弹簧。

在本发明的一个实施例中，所述第一电磁铁和第二电磁铁通过固定肋板与所述闪爆缓冲单元内侧面固定。

在本发明的一个实施例中，所述第一电磁铁、第二电磁铁和阀座均沿所述闪爆缓冲单元的中心轴线同轴设置，所述顶杆穿过第一电磁铁中心连接所述第三电磁铁。

在本发明的一个实施例中，所述第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁分别包括四组电磁单元，所述电磁单元呈圆形均布；所述第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁中所述电磁单元的磁极相互对应。

在本发明的一个实施例中，所述高温高压处理单元在位于所述闪爆缓冲单元外的一端设置有物料口，所述物料口通过盖子盖合，所述盖子与物料口之间通过卡箍组件密封固定。

电磁强密封闪爆装置的工作方法，采用上述的闪爆装置，包括如下步骤：

S10：对第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁通电，使第三电磁铁与第一电磁铁磁极方向相同与第二电磁铁磁极方向相反，阀头密封阀座；

S20：打开高温高压处理单元的盖子，装入物料后密封盖合；

S30：向高温高压处理单元内通入闪爆流体，使高温高压处理单元内达到闪爆条件；

S40：改变第一电磁铁的电流方向，使第三电磁铁与第一电磁铁和第二电磁铁的磁极方向均相反，阀头打开，实现闪爆；

S50：在第三电磁铁速度下降到预定范围后，逐渐减弱通入第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁的电流，直至第三电磁铁速度降为零或达到平衡状态后，所有电磁铁断电，完成闪爆。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的闪爆装置具有以下显著优势：阀头密封牢靠，阀头打开速度快，减少了相应线圈的输入电流；闪爆行程得到改善，对一次处理较多或大量物料时，闪爆速度快，闪爆出料效果好；

本发明所述的工作方法，操作简单，密封牢靠，阀头打开速度快，适合于大批量物料的闪爆处理，其闪爆效果好，出料更为通畅。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明的工作过程示意图；

图3是本发明各电磁铁示意图。

说明书附图标记说明：1、外部支架；2、高温高压处理单元；3、闪爆缓冲单元；4、阀座；5、阀头；6、第一电磁铁；7、第二电磁铁；8、第三电磁铁；9、顶杆；10、拉杆；11、导向杆；12、缓冲弹簧；13、固定肋板；14、盖子；15、卡箍组件；16、电磁单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，为本发明的电磁强密封闪爆装置整体结构示意图。本发明的闪爆装置包括高温高压处理单元2、闪爆缓冲单元3和外部支架1；所述高温高压处理单元2与闪爆缓冲单元3密封连接，所述高温高压处理单元2和闪爆缓冲单元3通过外部支架1支撑于地面，以保证闪爆装置工作时的稳定。工作时高温高压闪爆流体从高温高压处理单元2中高速进入闪爆缓冲单元3，进行闪爆。因此高温高压处理单元2连通闪爆缓冲单元3内部，为对高温高压处理单元2与闪爆缓冲单元3连通通道进行密封，本发明设置有阀头5。所述高温高压处理单元2在位于所述闪爆缓冲单元3内的一端设置有阀座4，所述阀座4通过所述阀头5密封。

闪爆效果好坏的关键在于闪爆的速率，高温高压处理单元2与闪爆缓冲单元3的连通通道需要在短时间内迅速打开，闪爆通道开启的速度越快越好，开启的面积越大越好。因此本实施例中，还包括第一电磁铁6、第二电磁铁7、第三电磁铁8和顶杆9；所述闪爆缓冲单元3中部设置有所述第一电磁铁6，所述闪爆缓冲单元3底部对应所述第一电磁铁6设置有所述第二电磁铁7；所述第三电磁铁8通过导向件活动设置于所述第一电磁铁6和第二电磁铁7之间，所述阀头5通过所述顶杆9连接所述第三电磁铁8。

参照图2所示，当第一电磁铁6、第二电磁铁7和第三电磁铁8均不通电时，第三电磁铁8由于重力作用靠近第二电磁铁7，此时阀头5远离阀座4，高温高压处理单元2与闪爆缓冲单元3内部连通。

工作时，第一电磁铁6、第二电磁铁7和第三电磁铁8通电。第三电磁铁8与第一电磁铁6的磁极方向相同，第三电磁铁8与第二电磁铁7的磁极方向相反；从而第三电磁铁8和第一电磁铁6相互接近的一端极性相反，第一电磁铁6对第三电磁铁8具吸引力；第三电磁铁8和第二电磁铁7相互接近的一端极性相同，第二电磁铁7对第三电磁铁8具有排斥力；第三电磁铁8在吸引力和排斥力的共同作用下向上运动，随着第三电磁铁8与第一电磁铁6的接近，第一电磁铁6对第三电磁铁8的吸引力越大，使得阀头5能够压紧阀座4。同时还可以根据高温高压处理单元2内的压力调节电磁铁的通电电流，保证阀头5对阀座4密封的牢靠。

当高温高压处理单元2内工艺结束，改变第一电磁铁6通电的电流方向，第一电磁铁6的磁极方向瞬间改变。此时第一电磁铁6的磁极方向与第三电磁铁8的磁极方向相反，第一电磁铁6对第三电磁铁8产生排斥力。同时阀头5受到高温高压处理单元2内的压力，该压力通过顶杆9传递到第三电磁铁8，第三电磁铁8在两股力量共同作用下迅速向下运动，阀头5快速打开，完成闪爆。同时第三电磁铁8由于瞬间向下运动，因此其冲击力较大，当其向下运动到接近第二电磁铁7时，受到第二电磁铁7对第三电磁铁8向上的排斥力，从而对第三电磁铁8形成缓冲，避免冲击力过大对闪爆装置造成损伤。第三电磁铁8在速度下降到预定范围后，逐渐减弱通入第一电磁铁6、第二电磁铁7和第三电磁铁8的电流，直至第三电磁铁8速度降低为零或达到平衡状态后，各电磁铁全部断电，一次闪爆结束，可以准备下一次闪爆作业。

在本发明的实施例中，为方便固定第一电磁铁6和第二电磁铁7，所述第一电磁铁6通过连接于所述阀座4的拉杆10固定于所述闪爆缓冲单元3中部；所述导向件为导向杆11，所述导向杆11连接所述第一电磁铁6和第二电磁铁7，所述第三电磁铁8滑动套设于所述导向杆11上。本实施例中，拉杆10与阀座4和第一电磁铁6的连接方便，导向杆11既作为第二电磁铁7的连接件，又为第三电磁铁8的移动提供导向，因此整体结构简单，方便安装。且拉杆10与导向杆11沿着高温高压处理单元2的压力冲击方向设置，能够保证连接的稳定。进一步的，由于各电磁铁所在的平面与高温高压处理单元2的压力冲击方向垂直，为保证第一电磁铁6和第二电磁铁7在受到作用力时，拉杆10及导向杆11对第一电磁铁6和第二电磁铁7连接的稳定，所述拉杆10和导向杆11分别设置有不少于3根。拉杆10和导向沿圆周方向均匀设置，从而第一电磁铁6和第二电磁铁7无论那个部位受到作用力，均有对应的拉杆10或导向杆11分担该作用力。更进一步的，所述第三电磁铁8与第二电磁铁7之间的导向杆11上套设有缓冲弹簧12。缓冲弹簧12作为保险措施，在第三电磁铁8在向下运动时隔开第三电磁铁8和第二电磁铁7并提供缓冲，防止第三电磁铁8由于冲击力过大而撞击第二电磁铁7。

在本发明的另一实施例中，为固定第一电磁铁6和第二电磁铁7，所述第一电磁铁6和第二电磁铁7通过固定肋板13与所述闪爆缓冲单元3内侧面固定。固定肋板13一端连接第一电磁铁6和第二电磁铁7侧面，另一端连接闪爆缓冲单元3内侧面，用以支撑第一电磁铁6和第二电磁铁7。

当第一电磁铁6和第二电磁铁7分别仅与拉杆10或导向杆11连接时，由于第一电磁铁6和第二电磁铁7在径向上无固定，因此在闪爆过程中受到高温高压处理单元2内压力冲击时很容易不稳，产生晃动，影响阀头5的快速开启。当第一电磁铁6和第二电磁铁7仅通过固定肋板13固定时，由于固定肋板13与高温高压处理单元2内压力的冲击方向垂直，固定肋板13受力过大，容易损坏。因此在本发明的其他实施例中，同时包括拉杆10、导向杆11与固定肋板13，以保证第一电磁铁6和第二电磁铁7连接的稳定。

进一步的，在本发明的实施例中，为方便安装，所述第一电磁铁6、第二电磁铁7和阀座4均沿所述闪爆缓冲单元3的中心轴线同轴设置；所述顶杆9穿过第一电磁铁6中心连接所述第三电磁铁8。此时为防止第一电磁铁6与打开的阀头5干涉，第一电磁铁6设置于闪爆缓冲单元3中部；具体的，第一电磁铁6和第二电磁铁7沿闪爆缓冲单元3中轴线设置，与阀座4轴线处于同一条直线上。当然，在本发明的其他实施例中，第一电磁铁6和第二电磁铁7也可以偏离闪爆缓冲单元3中轴线设置。当第一电磁铁6和第二电磁铁7偏离闪爆缓冲单元3中轴线设置时，顶杆9可以从第一电磁铁6侧边弯折，以连接位于第一电磁铁6和第二电磁铁7之间的第三电磁铁8。同时导向件还可以是中空导柱，中空导柱包裹在第一电磁铁6和第二电磁铁7外，第三电磁铁8在中空导柱内上下移动。当顶杆9从侧边连接第三电磁铁，中空导柱侧边可以开设有导向槽。

参照图3所示，为保证各电磁铁之间的作用力足够，在本发明的实施例中，所述第一电磁铁6、第二电磁铁7和第三电磁铁8分别包括四组电磁单元16，所述电磁单元16呈圆形均布；所述第一电磁铁6、第二电磁铁7和第三电磁铁8中所述电磁单元16的磁极相互对应。一方面方便设置，且电磁铁的磁极分布均匀，各电磁铁之间便于配合，另一方面，方便顶杆9从电磁铁中心穿过。

所述高温高压处理单元2位于所述闪爆缓冲单元3外的一端设置有物料口，所述物料口通过盖子14盖合，所述盖子14与物料口之间通过卡箍组件15密封固定。盖子14扣合在物料口上方，卡箍组件15从侧面扣住物料口和盖子14，从而盖子14轴向上的移动被限制。高温高压处理单元2内压力越大，物料口和盖子14与卡箍组件15抵接的越紧密，密封效果越好，卡箍组件15越不容易被拆卸；高温高压处理单元2内与外界压力相同时，卡箍组件15与物料口及盖子14之间的连接越松散，卡箍组件15越方便被拆卸。

本发明还包括电磁强密封闪爆装置的工作方法，采用上述的闪爆装置，包括如下步骤：

S10：对第一电磁铁6、第二电磁铁7和第三电磁铁8通电，使第三电磁铁8与第一电磁铁6磁极方向相同与第二电磁铁7磁极方向相反，阀头5密封阀座4。此时第一电磁铁6对第三电磁铁8产生吸引力，第二电磁铁7对第三电磁铁8产生排斥力，两个力共同作用，克服了第三电磁铁8和顶杆9、阀头5的重力，使得第三电磁铁8向上运动；第三电磁铁8通过顶杆9推动阀头5向上运动，阀头5抵接阀座4。此时，第三电磁铁8与第一电磁铁6之间的距离达到最小，第一电磁铁6与第三电磁铁8之间的吸引力达到最大，保证阀头5对阀座4的强密封。

S20：阀座4被密封后，打开高温高压处理单元2的盖子14，装入物料，物料处于高温高压处理单元2内，而后密封盖合高温高压处理单元2。此时高温高压处理单元2内为密封环境。

S30：向高温高压处理单元2内通入闪爆流体，由于高温高压处理单元2密封，随着闪爆气体的通入高温高压处理单元2内压力升高，使高温高压处理单元2内达到闪爆条件。即高温高压处理单元2内达到一定的压力及温度，并维持一段时间。

S40：达到闪爆条件后，需要快速开启闪爆通道以完成闪爆，此时改变第一电磁铁6的电流方向，使第三电磁铁8与第一电磁铁6和第二电磁铁7的磁极方向均相反。此时第一电磁铁6的磁极方向瞬间改变，第一电磁铁6与第三电磁铁8之间的吸引力变为排斥力，同时阀头5受到高温高压处理单元2内的压力，该压力通过顶杆9传递到第三电磁铁8，第三电磁铁8在该两种共同作用力下迅速向下运动，带动阀头5下移。从而打开阀头5，高压流体及处理物料瞬间进入闪爆缓冲单元3实现闪爆。

S50：第三电磁铁8在受到第一电磁铁6排斥力的同时还受到第二电磁铁7的排斥力；当第三电磁铁8速度降低到设定范围时，逐渐减弱通入第一电磁铁6、第二电磁铁7和第三电磁铁8的电流，直至第三电磁铁8速度降为零或达到平衡状态，然后对所有电磁铁断电，完成闪爆。进一步的，由于阀头5打开时所受冲击力较大，为避免第三电磁铁8碰撞到第二电磁铁7，第三电磁铁8与第二电磁铁7之间设置有缓冲弹簧12作为隔离和缓冲。完成全部闪爆动作时各电磁铁不存在磁性，第三电磁铁8在重力作用下靠近第二电磁铁7，实现复位，等待下一次闪爆操作。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。特别是发明闪爆机构的闪爆介质不仅限于以CO₂介质为代表的超临界流体，也适用于其他各类气体、蒸汽等流体介质。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.电磁强密封闪爆装置，其特征在于：包括高温高压处理单元、闪爆缓冲单元、阀头、顶杆、第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁和外部支架。

2.根据权利要求1所述的电磁强密封闪爆装置，其特征在于：所述高温高压处理单元与闪爆缓冲单元密封连接，所述高温高压处理单元和闪爆缓冲单元通过外部支架支撑于地面；所述高温高压处理单元位于所述闪爆缓冲单元内的一端设置有阀座，所述阀座通过所述阀头密封；所述闪爆缓冲单元中部设置有所述第一电磁铁，所述闪爆缓冲单元在底部设置有对应于所述第一电磁铁的所述第二电磁铁；所述第三电磁铁通过导向件活动设置于所述第一电磁铁和第二电磁铁之间，所述阀头通过所述顶杆连接所述第三电磁铁。

3.根据权利要求2所述的电磁强密封闪爆装置，其特征在于：所述第一电磁铁通过连接于所述阀座的拉杆固定于所述闪爆缓冲单元中部；所述导向件为导向杆，所述导向杆连接所述第一电磁铁和第二电磁铁，所述第三电磁铁滑动套设于所述导向杆上。

4.根据权利要求3所述的电磁强密封闪爆装置，其特征在于：所述拉杆和导向杆分别设置有不少于3根。

5.根据权利要求2所述的电磁强密封闪爆装置，其特征在于：所述第三电磁铁与第二电磁铁之间设置有缓冲弹簧。

6.根据权利要求2所述的电磁强密封闪爆装置，其特征在于：所述第一电磁铁和第二电磁铁通过固定肋板与所述闪爆缓冲单元内侧面固定。

7.根据权利要求2所述的电磁强密封闪爆装置，其特征在于：所述第一电磁铁、第二电磁铁和阀座均沿所述闪爆缓冲单元的中心轴线同轴设置，所述顶杆穿过第一电磁铁中心连接所述第三电磁铁。

8.根据权利要求2所述的电磁强密封闪爆装置，其特征在于：所述第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁分别包括四组电磁单元，所述电磁单元呈圆形均布；所述第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁中所述电磁单元的磁极相互对应。

9.根据权利要求2所述的电磁强密封闪爆装置，其特征在于：所述高温高压处理单元在位于所述闪爆缓冲单元外的一端设置有物料口，所述物料口通过盖子盖合，所述盖子与物料口之间通过卡箍组件密封固定。

10.电磁强密封闪爆装置的工作方法，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的闪爆装置，包括如下步骤：

S10：对第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁通电，使第三电磁铁与第一电磁铁磁极方向相同与第二电磁铁磁极方向相反，阀头密封阀座；

S20：打开高温高压处理单元的盖子，装入物料后密封盖合；

S30：向高温高压处理单元内通入闪爆流体，使高温高压处理单元内达到闪爆条件；

S40：改变第一电磁铁的电流方向，使第三电磁铁与第一电磁铁和第二电磁铁的磁极方向均相反，阀头打开，实现闪爆；

S50：在第三电磁铁速度下降到预定范围后，逐渐减弱通入第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁的电流，直至第三电磁铁速度降为零或达到平衡状态后，所有电磁铁断电，完成闪爆。

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