專利名稱：由閥蓋與閥座組成液態(tài)合金多環(huán)連通器的密封裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保密封裝置技術領域，更具體的講是由閥蓋與閥座組成液態(tài)合金多環(huán)連通器的密封裝置。
背景技術：
長期以來，對以下問題未能圓滿解決高溫、多塵、載壓流體從閥門或旋轉密封處的長期流失，是普遍存在的老大難問題。這是由于目前絕大多數(shù)的閥門的密封原理，是靠加大兩個密封面上的正壓力，使兩個密封面之間的接觸點連成一條封閉的曲線(硬—硬密封面時)或是一個封閉的粗線(在軟—硬密封面之間更容易形成寬度不一的密封環(huán)面)，來阻止閥門內的流體漏失。沒有既能經受高溫，又能耐磨的軟密封材料，就不能采用有效的軟—硬密封面的密封形式；而采用硬—硬密封面的密封形式時，只要有一次閥門未能關嚴(或因閥蓋與閥座的不同心度過大，或因在密封面之間嵌有固體雜物，等等)，載壓流體就會夾帶著塵粒從閥門的密封面之間高速流出，高速外流的塵粒會不均勻的沖刷、磨削閥門的密封面，逐漸將密封面磨出徑向的溝紋、溝槽，使流體漏失量越來越大?，F(xiàn)有的其他密封原理的密封裝置，也不適用于高溫、多塵、載壓流體的密封。所以這個問題長期未能解決，不僅漏失了能源，還污染了環(huán)境。

發(fā)明內容
為克服上述缺點，本發(fā)明的目的是發(fā)明一種由閥蓋與閥座組成液態(tài)合金多環(huán)連通器的密封裝置。它的技術方案為帶環(huán)板的閥蓋與有液態(tài)合金和環(huán)板的閥座相互配合組成一級或多級液態(tài)合金連通器結構的密封裝置，并在閥座周邊設置有加熱裝置。本發(fā)明的優(yōu)點是根治了目前閥門密封面經不住塵粒長期磨損而漏失流體的難題；本密封裝置的制造、安裝、使用和維修都大為簡化和方便；由于液態(tài)合金的粘度較小還可以減小旋轉密封面的摩擦阻力，而且不需潤滑維護；防爆止回閥特別靈敏徹底；該密封裝置可用于高溫多塵煙氣上，也可用于不會使液態(tài)合金難以保持液態(tài)的多塵液態(tài)流體的密封上；經久耐用使用壽命長。


圖1為多級連通器放散閥結構示意圖，圖2為一級連通器放散閥結構示意圖，圖3為旋轉密封結構示意圖，圖4為防爆止回閥結構示意圖，圖5為換向閥結構示意圖，圖6為截止閥結構示意圖。
具體實施例方式本閥閥座9安在高爐爐頂煤氣上升管4的上端，本閥閥座9的底部由8塊成8×45°均布的加強肋片6支撐，本閥閥座9上有三圈直徑不同的同心圓環(huán)板16，在底板上焊有測溫管29，可及時測量并在高爐值班室的儀表上顯示出本閥閥座9內液態(tài)合金27的溫度。在本閥閥座9的最外環(huán)，是由蒸汽噴流環(huán)板10與外環(huán)焊成的蒸汽噴流環(huán)室11，當液態(tài)合金27已經凝固而又要開、關本閥時，可提前十幾分鐘在風口平臺打開蒸汽噴流環(huán)室11供應蒸汽的閥門，從蒸汽管5送來的蒸汽就從蒸汽噴流環(huán)板10的孔中高速的噴到其對面的環(huán)板表面，進行效率較高的噴流給熱和蒸汽冷凝給熱，可使本閥閥座9內的固態(tài)合金的溫度較快的升高到液態(tài)合金27的熔點以上；本閥閥蓋13中環(huán)板的下部有三個直徑不同的同心圓環(huán)板26，在本閥蓋嚴時，與本閥閥座9組成附圖1所示三級相連的連通器形狀。在本閥蓋13中環(huán)板的上角處焊有蒸汽噴流環(huán)管12，當風口平臺打開向蒸汽噴流環(huán)室11供應蒸汽時，就同時向蒸汽噴流環(huán)管12供應蒸汽，高壓蒸汽與固態(tài)合金進行給熱系數(shù)較大的冷凝給熱，使固態(tài)合金的溫度較快的升高而熔化為液態(tài)合金27。由于在本閥閥蓋13與本閥閥座9之間的外面，偶爾可能會有短時間的爐頂煤氣著火現(xiàn)象，所以要在圖中位置的活塞桿7的外面安設噴水環(huán)管25，與水平面成60°以上的角度，向其上方的活塞桿7的表面噴水，防止爐頂一著火就把活塞桿7燒彎變形，使液壓傳動系統(tǒng)無法繼續(xù)正常工作。閥蓋中間板14與閥蓋頂板17之間的厚壁無縫管15和管外的加強肋片，都是為了將兩個互成180°布置的液壓缸2對液壓缸活塞桿7的推動力，經過活塞桿7上端的雙耳連接銷18、兩個槽鋼橫梁20、梁端銷座21、梁間銷座22、閥蓋銷座23和鉤頭楔鍵24，準確、可靠的傳遞給本閥閥蓋13，這樣也便于在高爐休風時，將鉤頭楔鍵24打出梁間銷座22和閥蓋銷座23后，再使槽鋼橫梁20升高，即可將本閥閥蓋13吊下整體更換，以便準確的焊補閥蓋13三圈環(huán)板上的磨損缺口。為了使本閥閥蓋13能近似的按設計的中心線升降，一是兩個液壓缸2采用伺服控制式同步回路，來保證兩個液壓缸2能同步升降，防止發(fā)生槽鋼橫梁20傾斜或卡死的現(xiàn)象。二是在爐頂煤氣上升管4的外面焊有4個相鄰兩個之間成90°的水平槽鋼8(在其外端可由兩個定滑輪組成一個中心線定位孔)，在中心線定位孔附近，由4根角鋼焊接固定4根水平槽鋼8，不與液壓缸2相連的兩根中心線定位管，要通過本閥安裝平臺1下面的兩對定滑輪伸到本閥安裝平臺1的下面，來保證本閥閥蓋13升降時的中心線偏差≤4mm。在液壓缸活塞桿7與液壓缸2直接接觸的桿段外面套有可以伸縮的防塵套3。本閥只在打開本閥閥蓋13而高爐又未停止送風時(例如高爐在放風坐料時要打開本閥閥蓋1到5分鐘)，會使本閥閥座9中各層環(huán)板的上端和本閥閥蓋13各層環(huán)板的下端發(fā)生暫時的磨損，(此時高爐爐頂?shù)拿簹饬髁勘日Ａ髁繙p少60％以上，沖擊各圈環(huán)板的煤氣流速大大降低，而塵粒的沖擊動能與塵粒的流速的平方成正比)，為了預防這種常會發(fā)生的對本閥閥座9各圈環(huán)板上部的磨損和對本閥閥蓋13各圈環(huán)板下部的磨損，在各圈閥座環(huán)板的上部和閥蓋環(huán)板的下部，套有由薄鋼板沖壓并經表面硬化處理制成的防磨護套28，在高爐計劃休風時可以迅速的整體更換已經局部磨穿的防磨護套28，當本閥閥蓋13的各圈環(huán)板下部磨損過多，需要焊補各處缺口時，可將本閥閥蓋13整體吊下，換上已經焊補好的本閥閥蓋13后，然后在高爐不休風時，在專用胎模配合下準確的完成對本閥閥蓋13的焊補。
附圖2是適用于煙氣壓力低于0.035Mpa時的本閥的結構示意圖。由于本閥中只有一級液態(tài)合金連通器，就可以采用傳統(tǒng)的旋轉式開關本閥的傳動方式。長期實踐證明，傳統(tǒng)的開關本閥的傳動方式，很適合在可能跑火和多塵的環(huán)境中使用。在爐頂煤氣上升管30上焊有槽鋼斜撐48支撐著本閥的安裝平臺47，在軸承座46上安有本閥的轉軸45和旋臂44，旋臂44的三個端部有鋼絲繩孔43，本閥閥蓋頂軸41和平衡爐頂煤氣浮力的平衡錘37，本閥閥蓋38與本閥閥座31組成附圖3中所示形狀的一級連通器。液態(tài)合金40、防磨環(huán)套42、測溫管33、蒸汽管32、蒸汽噴流環(huán)板34、蒸汽噴流環(huán)室35、蒸汽噴流環(huán)管39的結構和作用都與附圖1的說明相同。不同的是，由于是旋轉開關本閥閥蓋38，為了使本閥的尺寸縮小一些，將靠近轉軸45一側的閥蓋上的環(huán)板底部的作成離爐頂煤氣上升管中心漸近的斜面、將本閥閥座內環(huán)板的上部做成逐漸擴大直徑的斜面，保證本閥閥蓋在開關旋轉的過程中，不會相互接觸、碰撞。
在附圖3中，在固定管上端焊有閥座49，與焊在旋轉管55下端的閥蓋54組成液態(tài)合金50的連通器，由于管道內的流體與大氣間存在壓力差ΔP，在連通器中形成了與ΔP平衡的液態(tài)合金高度差，從而將相對旋轉的兩段管道的接口形成不會漏氣的動態(tài)密封。電加熱裝置53是為了使液態(tài)合金50經常保持液態(tài)(若管道內流體的正常溫度高于合金的熔點，則在正常工作時不需要用電加熱裝置53經常加熱)，測溫管52是為了監(jiān)測合金溫度。
在附圖4中，壓力為P1，＜450℃的可燃氣體(可以是多塵氣體)，從進氣管70進入本閥門，經閥蓋65與深度為h3的液態(tài)重金屬68之間，高度為h1的環(huán)形間隙流向出氣管63，在出氣管63入口處的可燃氣體壓力為P2。在正常工作時，閥蓋65的重量G1與可燃氣體對閥蓋65的浮力F1[＝S(P1-P2)，S為本閥蓋65的水平截面積]、平衡重快58的重量G2有以下關系G1≤F1+G2。由雙頭螺紋管56調節(jié)鋼絲繩長度，使平衡重塊58落在平臺59上，并使閥蓋65底端與液態(tài)金屬68表面的垂直間隙等于h1。當閥蓋65稍一下降，平衡重塊58與F1之合力立即使閥蓋65上升至平衡重塊58重新落在平臺59上。當在出氣管63以遠處發(fā)生可燃氣爆炸時，在出氣管63管口處的壓力P2在瞬間劇增到P1的若干倍以上，由于P2≥P1，會對閥蓋65形成向下的壓力F2[＝S(P2-P1)]，使(G1+F2)＞＞G2，使閥蓋65立即下降浸入液態(tài)金屬68中，同時由于P2-P1＞＞0的壓力差，在閥蓋65與閥座72環(huán)板之間組成的連通器中，產生液態(tài)金屬68的液柱高度差，阻止高溫高壓的爆炸氣體回流進入進氣管70，另外閥蓋65內的耐熱密封墊圈67(如硅橡膠、膨脹石墨墊圈都可在≤450℃工作)也與進氣管70的管口、閥座72的環(huán)板上端壓緊，防止液態(tài)金屬68被壓入進氣管70中。進汽管61與蒸汽密封盒62是在鋼絲繩孔外的盒內形成大于P1的高壓區(qū)，不讓可燃氣體從鋼絲繩孔處漏入大氣，采用蒸汽密封對鋼絲繩上下運動沒有摩擦阻力，比填料密封更適用于防爆止回閥的使用要求(要及時、迅速、靈敏地防止爆炸產生的高溫、高壓氣體回流到進氣管70中去)。閥座72外環(huán)壁設有蒸汽加熱螺旋管，由進汽管66進汽，由出氣管69出汽、出水，可以根據(jù)測溫裝置71顯示的合金溫度，自動開始對閥座72進行蒸汽加熱，始終使液態(tài)金屬68保持在液態(tài)。(若合金熔點高于100℃，應改用電加熱裝置，如在通水螺旋管上通過高頻或中頻電流來加熱，同時在螺旋管外填充絕緣的絕熱材料)。
本閥門特別適用于多塵可燃氣體，也可用于450℃-900℃的多塵可燃氣體的防爆止回閥，此時閥蓋65和閥座72可以改用耐熱鋼板焊成或金屬陶瓷整體成型。鋼絲繩也要改用耐熱鋼絲繩或耐熱鋼鏈條。
換向閥見附圖5。在附圖5中，≤450℃的多塵或少塵氣體，從進氣口78進入本閥門，由于液態(tài)合金82形成的液柱差抵消了在左閥蓋80內外的氣體壓力差，左出氣口86處于封閉狀態(tài)。當要使氣體由從右出氣口89流出改為從左出氣口86流出時，由電動卷筒75卷起經過導向滑輪74的鋼絲繩，將左閥蓋80提起，并同時將右閥蓋90放下落入右閥座88中，在右閥蓋90與右閥座88的環(huán)板之間，立即形成液態(tài)金屬82的液柱差，與左出氣口的密封機理一樣，使右閥蓋90內外的氣體失去流動的動力而呈密封狀態(tài)。[∑(Δh)1-n×γm＝(P1-Pa)×10米水柱×γm時，式中∑(Δh)1-n-n極連通器中合金液柱差之和，m；γm、γw—合金、水的重度，kgf/m3；P1、Pa—閥門內流體、大氣的壓力、kgf/m2。]加壓煙氣或過熱蒸汽進口管76與氣密盒77，是為了防止從鋼絲繩孔處向大氣漏失本閥門中的氣體(或吸入大氣中的氣體)。為了使液態(tài)合金82保持液態(tài)不凝固，可從螺旋管進口管83送入過熱蒸汽從出口管84排出(蒸汽+水)，并在螺旋管外充滿液態(tài)合金82；若液態(tài)合金82的熔點＞100℃，則在螺旋管外填充絕緣絕熱材料(如空心的Al2O3小球等等)，用通水的螺旋管傳送中頻或高頻電流來加熱液態(tài)合金82。由于在長久受拉力作用后，鋼絲繩會產生伸長增量，用雙頭螺紋管73及其兩端的螺柱，可以及時的調短伸出雙頭螺紋管73兩端的螺柱的長度，以保證本閥門的換向操作長久保持靈敏、及時。
在附圖6中，本閥門開啟時，氣體(或高溫、多塵氣體)從進口管109進入本閥門，從出口管110流出本閥門，閥蓋103處于圖中虛線所示位置。此時本閥門中的合金已被加熱成為液態(tài)合金105。當要截止高溫氣體流經本閥門時，傳動裝置使傳動桿91下行，移動距離由行程開關96的下限點控制，并與傳動裝置連鎖鎖定在下限點位置上。閥蓋103在其下限位置時，閥蓋103的環(huán)板浸入液態(tài)合金105中，并與閥座108的環(huán)板組成多級(或一級)液態(tài)合金連通器，在此多級連通器中產生的各級液態(tài)合金105的液柱高度差之和∑(Δh)ml-n×γm＝(P1-Pa)×γw×10米水柱時，(γm、γw—合金、水的重度，10米水柱—產生1個工程大氣壓時的水柱高度P1、Pa—本閥門內的氣體、大氣的壓強)，本閥門內外的氣體就會因失去流動的推動力而形成密封，稍后由于閥座53的散熱，使液態(tài)合金105凝固，將閥蓋103與閥座108焊死，徹底截止了高溫氣體的流動。要重新開啟本閥門時，先由螺旋管的進口管104通入過熱蒸汽，螺旋管的進口管106排出水和蒸汽，將閥座108中的固態(tài)合金熔化成液態(tài)合金105，再由傳動裝置使傳動桿91上升，由行程開關96控制并鎖定閥蓋103的上行終點。在傳動桿91與閥蓋103之間，由雙連桿92、軸銷95、水冷套管100和銷軸102連接，水冷套管100上端有進水管93和出水管94，水冷套管100可以在高溫下長久工作不變形。襯有耐火隔熱墊111(如耐火纖維氈等)的鋼板蓋112，可以在卸掉蓋邊的螺栓、螺母后打開，在本閥門上方整體更換閥蓋103。為了防止本閥門內的氣體漏入大氣，有進氣管99向氣密盒97中供應蒸汽，保持盒內蒸汽壓力大于本閥門內的氣體壓力，杜絕本閥門內氣體從氣密盒97處漏入大氣。兩個定位導向滑輪98，是為了減小閥蓋103下行時的中心線偏離閥座108的垂直中心線的不同心度。
若本閥門內只流通＜450℃的氣體，可以不用水冷套管100和雙連桿92、銷軸95等，直接由傳動桿91與閥蓋103相連即可。
權利要求
1.由閥蓋與閥座組成液態(tài)合金多環(huán)連通器的密封裝置，其特征是帶環(huán)板的閥蓋與有液態(tài)合金和環(huán)板的閥座相互配合組成一級或多級液態(tài)合金連通器結構的密封裝置，并在閥座周邊設置有加熱裝置。
全文摘要
由閥蓋與閥座組成液態(tài)合金多環(huán)連通器的密封裝置，屬于節(jié)能環(huán)保密封裝置技術領域。長期以來，對高溫、多塵、載壓流體從閥門或旋轉密封處的長期流失，是普遍存在的老大難問題。這是由于目前絕大多數(shù)的閥門的密封原理，是靠加大兩個密封面上的正壓力。本發(fā)明的技術方案為帶環(huán)板的閥蓋與有液態(tài)合金和環(huán)板的閥座相互配合組成一級或多級液態(tài)合金連通器結構的密封裝置，并在閥座周邊設置有加熱裝置。它的優(yōu)點是根治了目前閥門密封面經不住塵粒長期磨損而漏失流體的難題；本密封裝置的制造、安裝、使用和維修都大為簡化和方便；由于液態(tài)合金的粘度較小還可以減小旋轉密封面的摩擦阻力，而且不需潤滑維護。
文檔編號F16J15/40GK1472452SQ0311245
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權日2003年6月27日
發(fā)明者韓曉東, 韓文琦 申請人:韓曉東