CN204284647U - 1500℃超高温阀门阀体的冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，包括阀体上的介质进口通道和阀体中口部位，两者之间相连接以及阀盖、端盖，所述阀体上的介质进口通道上设有高温陶瓷隔热衬里冷却结构，阀体中口设有阀体中口水冷系统，满足阀门在1500℃、5.0MPa的工况下安全可靠的运行。本实用新型中高温介质的一部分热量被中体水冷下部凸台吸收并在此处形成压降，进一步降低介质压力和温度；这样的结构将大大减小高温介质对阀座密封面的直接冲刷，提高了阀门的使用寿命和运行的可靠性。

Description

1500℃超高温阀门阀体的冷却装置

技术领域

本实用新型属于阀门制造技术领域，涉及一种用于超过金属熔化温度的超高温工况下工作的阀门，具体来说是一种能满足1500℃超高温介质的阀门阀体的冷却装置。

背景技术

      在800℃左右较低温度等级的高温阀门，国内外有完全采用非金属制作的阀门,但由于非金属材料的属性不能满足急冷急热及高压工况的要求。国内外还有采用水冷措施使阀门能正常工作的，但这样会使介质的热损失太大,会使阀门出口介质达不到试验的要求, 因而不能被采用。根据目前国内外相关资料，在抗高温领域，不能制造出能满足1500℃超高温高压高速工况下能安全工作的阀门。

实用新型内容

本实用新型提供一种能在超过金属熔化温度的超高温工况下安全可靠运行的角式截止阀阀体的冷却结构。

为此，所采用的技术方案为：

一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，包括阀体上的介质进口通道和阀体中口部位，两者之间相连接以及阀盖、端盖，所述阀体上的介质进口通道上设有高温陶瓷隔热衬里冷却结构，阀体中口设有阀体中口水冷系统，满足阀门在1500℃、5.0MPa的工况下安全可靠的运行。

所述阀体中口水冷系统包括阀体中口中部水冷内层和阀体中口下部水冷装置，两者的流道相互贯通; 阀体中口中部水冷内层和外接冷却系统的入口端连接，而阀体中口下部水冷装置和外接冷却系统回收端连通。

所述阀体中口中部水冷内层通过六条通道和外接冷却系统的入口端连通。

所述阀体中口中部水冷内层为圆柱体，其外周面上均布槽道，该槽道的下端和圆柱体的内壁贯通形成豁口，所述阀体中口中部水冷内层安装在阀体中口部位并和该处的内壁密封配合后其上的槽道和内壁间形成冷却流道；所述阀体中口下部水冷装置包括阀体中口下部水冷内层和外层；所述阀体中口下部水冷内层为圆环状，其外圆周面上均布凹窝；阀体中口下部水冷外层为圆环状，其外圆周面上均布贯穿其壁厚的上、下排孔；该阀体中口下部水冷内层配装在阀体中口下部水冷外层中使阀体中口下部水冷外层上的上、下排孔对应于阀体中口下部水冷内层上的凹窝内；阀体中口下部水冷外层的外周面和阀体中口的内壁密封配合，而阀体中口下部水冷外层上的下排孔连通外接冷却系统回收端。

所述高温陶瓷隔热衬里冷却结构为：所述阀体上的介质进口通道内涂高温图层后放置隔热棉再将陶瓷管放置在支撑环Ⅰ和支撑环Ⅱ上，支撑环Ⅰ设置在阀体上的介质进口通道的近端，支撑环Ⅱ设置在阀体上的介质进口通道的远端。

所述支撑环Ⅰ上设计一止口，该止口上方的支撑环Ⅰ上加工有环槽，与止口之间留有一段形成挡环，陶瓷管放入后将挡环压向陶瓷管将其包在止口里。

所述支撑环Ⅱ为圆环状，沿圆环状中心布满通孔，将通孔周边和支撑环Ⅱ内外环边涂满高温涂料，且孔内填充隔热棉。

所述阀盖上设有以涡流的形式进行增压冷却的装置。

所述端盖上设有以涡流的形式进行增压冷却的装置。

本实用新型中高温介质的一部分热量被中体水冷下部凸台吸收并在此处形成压降，进一步降低介质压力和温度；这样的结构将大大减小高温介质对阀座密封面的直接冲刷，提高了阀门的使用寿命和运行的可靠性。本实用新型中体水冷加进口端衬里相结合的冷却结构是首次出现并使用。如果不设该结构，介质的温度压力流速过高，就像线切割一样会将阀座、阀瓣冲坏，将会使冷却水流出发生爆炸事故，阀门不能正常工作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型支撑环Ⅰ形成的隔热结构；

图3为本实用新型支撑环Ⅰ安装前的局部结构示意图；

图4为本实用新型支撑环Ⅰ安装后的局部结构示意图；

图5为本实用新型支撑环Ⅱ结构示意图；

图6为本实用新型陶瓷管的结构示意图；

图7a为本实用新型阀体中口中部水冷内层剖切结构示意图；

图7b为本实用新型阀体中口中部水冷内层外形示意图；

图7c为图7b的俯视图；

图7d 为7a中Ⅰ的局部放大图；

图7e 为7a中Ⅱ处的局部放大图；

图8a为本实用新型阀体中口下部水冷外层纵向剖面示意图；

图8b为本实用新型阀体中口下部水冷外层横向剖面示意图；

图9 a为本实用新型阀体中口下部水冷内层的结构示意图；

图9 b为本实用新型阀体中口下部水冷内层的横向剖面示意图；

图10a为本实用新型阀盖水冷结构示意图；

图10 b为图10a的截面示意图；

图11a为本实用新型端盖水冷结构示意图；

图11 b为图11a的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型适用的阀门为角式结构，高温介质要从阀门上端进口端进入，从阀门下端排出。

一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，包括阀体1上的介质进口通道和阀体中口部位，两者之间相连接以及阀盖11、端盖10，所述阀体上的介质进口通道上设有高温陶瓷隔热衬里冷却结构，阀体中口设有阀体中口水冷系统。所述阀体中口水冷系统包括阀体中口中部水冷内层和阀体中口下部水冷装置，两者的流道相互贯通; 阀体中口中部水冷内层和外接冷却系统的入口端连接，而阀体中口下部水冷装置和外接冷却系统回收端连通。本实用新型中阀体中口的水冷结构加介质进口端的高温陶瓷隔热衬里冷却结构相结合的结构尚属首次，既防止了热损失太大，也满足了阀门在1500℃、5.0MPa的工况下必须是安全可靠的运行。

所述阀体中口中部水冷内层通过六条通道和外接冷却系统的入口端连通。可以使阀体中口部位均匀快速的冷却。

参照图7a至7e，所述阀体中口中部水冷内层7为圆柱体，其外周面上均布槽道，该槽道的下端和圆柱体的内壁贯通形成豁口，所述阀体中口中部水冷内层密封安装在阀体中口部位并和该处的内壁紧配合后其上的槽道和内壁间形成冷却流道；所述阀体中口下部水冷装置包括阀体中口下部水冷内层和外层；所述阀体中口下部水冷内层8（参照图9a、9b）为圆环状，其外圆周面上均布凹窝；阀体中口下部水冷外层9（参照图8a、8b）为圆环状，其外圆周面上均布贯穿其壁厚的上、下排孔；该阀体中口下部水冷内层配装在阀体中口下部水冷外层中使阀体中口下部水冷外层上的上、下排孔对应于阀体中口下部水冷内层上的凹窝内；阀体中口下部水冷外层的外周面和阀体中口的内壁密封紧配合，而阀体中口下部水冷外层上的下排孔连通外接冷却系统回收端。

阀体中腔太大衬里结构复杂制作困难，经市场调研成本高、可靠性差，采用水冷结构比较经济、可靠，阀体共设6个进水口，阀体中部水冷系统由.阀体中口中部水冷内层7、阀体中口下部水冷内层8、阀体中口下部水冷外层9焊接在一起形成的，冷却水经阀体进水口环槽流入阀体中口中部水冷内层，经热力计算共设72个8mm宽，6mm深的槽道，在和陶瓷管贯通的两通道处让出一个环槽（见图7），冷却水这样可以充分冷却通道部位，然后向下流入阀体下部槽道，槽道底部开有很多“豁口”“每一豁口”对准阀体中口下部水冷外层第一排72个￠8的孔（见图8a、8b），孔槽一一对应，冷却水经72个“豁口”到达72个“孔”，又流入到阀体中口下部水冷内层中的72个凹窝中（见图9a、9b），这72个凹窝将阀体中口下部水冷外层的两排72个￠8的孔连通在一起，冷却水经阀体出水口环槽从下部6个出水口排出（见图1），使流道形成单循环，冷却充分，保证了阀体部位安全可靠的工作。

所述高温陶瓷隔热衬里冷却结构为：所述阀体上的介质进口通道内涂高温图层后放置隔热棉再将陶瓷管放置在支撑环Ⅰ和支撑环Ⅱ上，支撑环Ⅰ设置在阀体上的介质进口通道的近端，支撑环Ⅱ设置在阀体上的介质进口通道的远端。阀体进口端通道内表面涂高温图层后放置隔热棉再将导热性良好的氮化硅陶瓷管6放置在支撑环Ⅰ2、支撑环Ⅱ5上，支撑环Ⅰ2为高温金属材质，但是由于介质温度很高超过了该金属的熔化温度，所以在阀体与支撑环Ⅰ2焊接的背后加工一环槽涂高温涂料，在支撑环Ⅰ2其余暴露在介质中的表面也涂满厚度为6mm的高温涂料，以确保金属壳体在满足正常的机械性能下工作。

参照图6，陶瓷管6在高流速介质的作用下主要起到了耐磨、抗冲刷的作用，左端为“台阶”式卡在支撑环Ⅰ里,右端为圆弧相贯线，装入后很好的与阀体中口中部水冷内层两通道孔搭接，该圆弧尺寸与中腔内径一致，既保护了通道部位的水冷口环，又不至于伸出过长让介质通过时形成“漩涡”，产生不必要的磨损。

参照图2、3、4，陶瓷管6放置在支撑环Ⅰ、支撑环Ⅱ上，但是由于温度变化较大，要考虑热涨间隙，介质为高流速高温空气，陶瓷管会发生左右窜动，所以既要留有合理的间隙，又要保证窜动时不致破坏前后与其接触的部件，此时将所述支撑环Ⅰ上设计一止口2-3，该止口上方的支撑环Ⅰ上加工一环槽2-2，与止口之间留有一段形成挡环2-1，陶瓷管放入后将挡环压向陶瓷管将其包在止口里里防止了陶瓷管向左窜动。

参照图5，所述支撑环Ⅱ5为圆环状，沿圆环状中心布满通孔，将通孔周边和支撑环Ⅱ内外环边涂满6mm高温涂料3，安装到阀体上后，将孔内填充满隔热棉4，这样的结构起到了更好的隔热效果。避免了支撑环Ⅱ5的温度过高，防止了大量的热量传导到阀体外部，既使壳体及外部连接件工作可靠，又减少了介质通过时的热损失，使得试验得以顺利进行。进一步降低了支撑环Ⅱ外围的温度，从而减小了向阀体传导的温度，也减小了介质通过时造成的热损失。

参照图1、图10a、图10b、图11a、图11b，所述阀盖11、端盖10上均设有以涡流的形式进行增压冷却的装置，和高温陶瓷隔热衬里冷却结构、阀体中口水冷系统配合以保证金属壳体的正常工作。阀盖11部位基本为介质的“死区”，水冷要求不高，所以共设1个进水口，1个出水口，水冷采用增压式“漩涡”轨迹，水冷槽道流畅。 端盖10部位面积小，所以共设1个进水口，1个出水口，水冷采用增压式“漩涡”轨迹，水冷槽道流畅。

所述风洞试验的主要工作流程中本实用新型的动作过程：

①、预热阶段：

预热时间约24 小时，此时本实用新型处于关闭状态，隔热衬里前端有8 米的管道，通过此管道将加热器和阀门连接起来，此时隔热衬里内的气压为当地标准大气压；经过24 小时的预热后加热器中的温度达到1500℃,隔热衬里内的空气处于非流动状态。

②、加热空气阶段：

      经过24小时的预热后加热器中的温度达到 1500℃时，开启加热器上的阀门使得 5.0MPa 的空气进入加热器中，此时本实用新型处于关闭状态。再次加热约3 分钟使得空气充分进行热交换。此时阀门内腔承受5.0M Pa 、1500℃的高温空气。

③、阀门开启阶段：

阀腔内部压力和温度达到5.0M Pa 、1500℃时，本实用新型在1秒钟内迅速开启， 流速为60m/s的高温空气充入阀门并通过阀座流出，高温空气持续流动时间 20 秒。

④、阀门关闭阶段：

高温空气持续流动时间20 秒后，本实用新型缓慢关闭，并截断加热器5.0MPa 气源，阀内温度下降，气压为当地标准大气压。 重新加热至1500℃时间约6 个小时，再准备下一次开启阀门。

Claims (9)

1.一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，包括阀体上的介质进口通道和阀体中口部位，两者之间相连接以及阀盖、端盖，其特征在于：所述阀体上的介质进口通道上设有高温陶瓷隔热衬里冷却结构，阀体中口设有阀体中口水冷系统，满足阀门在1500℃、5.0MPa的工况下安全可靠的运行。

2.根据权利要求1所述的一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，其特征在于：所述阀体中口水冷系统包括阀体中口中部水冷内层和阀体中口下部水冷装置，两者的流道相互贯通; 阀体中口中部水冷内层和外接冷却系统的入口端连接，而阀体中口下部水冷装置和外接冷却系统回收端连通。

3.根据权利要求2所述的一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，其特征在于：所述阀体中口中部水冷内层通过六条通道和外接冷却系统的入口端连通。

4.根据权利要求2所述的一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，其特征在于：所述阀体中口中部水冷内层为圆柱体，其外周面上均布槽道，该槽道的下端和圆柱体的内壁贯通形成豁口，所述阀体中口中部水冷内层安装在阀体中口部位并和该处的内壁密封配合后其上的槽道和内壁间形成冷却流道；所述阀体中口下部水冷装置包括阀体中口下部水冷内层和外层；所述阀体中口下部水冷内层为圆环状，其外圆周面上均布凹窝；阀体中口下部水冷外层为圆环状，其外圆周面上均布贯穿其壁厚的上、下排孔；该阀体中口下部水冷内层配装在阀体中口下部水冷外层中使阀体中口下部水冷外层上的上、下排孔对应于阀体中口下部水冷内层上的凹窝内；阀体中口下部水冷外层的外周面和阀体中口的内壁密封配合，而阀体中口下部水冷外层上的下排孔连通外接冷却系统回收端。

5.根据权利要求1所述的一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，其特征在于：所述高温陶瓷隔热衬里冷却结构为：所述阀体上的介质进口通道内涂高温图层后放置隔热棉再将陶瓷管放置在支撑环Ⅰ和支撑环Ⅱ上，支撑环Ⅰ设置在阀体上的介质进口通道的近端，支撑环Ⅱ设置在阀体上的介质进口通道的远端。

6.根据权利要求5所述的一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，其特征在于：所述支撑环Ⅰ上设计一止口（2-3），该止口上方的支撑环Ⅰ上加工有环槽（2-2），与止口之间留有一段形成挡环（2-1），陶瓷管放入后将挡环（2-1）压向陶瓷管将其包在止口里。

7.根据权利要求5所述的一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，其特征在于：所述支撑环Ⅱ为圆环状，沿圆环状中心布满通孔，将通孔周边和支撑环Ⅱ内外环边涂满高温涂料，且孔内填充隔热棉。

8.根据权利要求1所述的一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，其特征在于：所述阀盖（11）上设有以涡流的形式进行增压冷却的装置。

9.根据权利要求1所述的一种1500℃超高温阀门阀体的冷却装置，其特征在于：所述端盖（10）上设有以涡流的形式进行增压冷却的装置。