專利名稱:1500℃超高溫閥門閥體的冷卻裝置制造方法
【專利摘要】一種1500℃超高溫閥門閥體的冷卻裝置，包括閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道和閥體中口部位，兩者之間相連接以及閥蓋、端蓋，所述閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道上設(shè)有高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)，閥體中口設(shè)有閥體中口水冷系統(tǒng)，滿足閥門在1500℃、5.0MPa的工況下安全可靠的運(yùn)行。本實(shí)用新型中高溫介質(zhì)的一部分熱量被中體水冷下部凸臺(tái)吸收并在此處形成壓降，進(jìn)一步降低介質(zhì)壓力和溫度；這樣的結(jié)構(gòu)將大大減小高溫介質(zhì)對(duì)閥座密封面的直接沖刷，提高了閥門的使用壽命和運(yùn)行的可靠性。
【專利說明】
1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于閥門制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于超過金屬熔化溫度的超高溫工況下工作的閥門，具體來說是一種能滿足1500°c超高溫介質(zhì)的閥門閥體的冷卻裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在800°C左右較低溫度等級(jí)的高溫閥門，國內(nèi)外有完全采用非金屬制作的閥門，但由于非金屬材料的屬性不能滿足急冷急熱及高壓工況的要求。國內(nèi)外還有采用水冷措施使閥門能正常工作的，但這樣會(huì)使介質(zhì)的熱損失太大，會(huì)使閥門出口介質(zhì)達(dá)不到試驗(yàn)的要求，因而不能被采用。根據(jù)目前國內(nèi)外相關(guān)資料，在抗高溫領(lǐng)域，不能制造出能滿足1500°C超高溫高壓高速工況下能安全工作的閥門。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型提供一種能在超過金屬熔化溫度的超高溫工況下安全可靠運(yùn)行的角式截止閥閥體的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0004]為此，所采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，包括閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道和閥體中口部位，兩者之間相連接以及閥蓋、端蓋，所述閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道上設(shè)有高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)，閥體中口設(shè)有閥體中口水冷系統(tǒng)，滿足閥門在1500°C、5.0MPa的工況下安全可靠的運(yùn)行。
[0006]所述閥體中口水冷系統(tǒng)包括閥體中口中部水冷內(nèi)層和閥體中口下部水冷裝置,兩者的流道相互貫通；閥體中口中部水冷內(nèi)層和外接冷卻系統(tǒng)的入口端連接，而閥體中口下部水冷裝置和外接冷卻系統(tǒng)回收端連通。
[0007]所述閥體中口中部水冷內(nèi)層通過六條通道和外接冷卻系統(tǒng)的入口端連通。
[0008]所述閥體中口中部水冷內(nèi)層為圓柱體，其外周面上均布槽道，該槽道的下端和圓柱體的內(nèi)壁貫通形成豁口，所述閥體中口中部水冷內(nèi)層安裝在閥體中口部位并和該處的內(nèi)壁密封配合后其上的槽道和內(nèi)壁間形成冷卻流道；所述閥體中口下部水冷裝置包括閥體中口下部水冷內(nèi)層和外層；所述閥體中口下部水冷內(nèi)層為圓環(huán)狀，其外圓周面上均布凹窩；閥體中口下部水冷外層為圓環(huán)狀，其外圓周面上均布貫穿其壁厚的上、下排孔；該閥體中口下部水冷內(nèi)層配裝在閥體中口下部水冷外層中使閥體中口下部水冷外層上的上、下排孔對(duì)應(yīng)于閥體中口下部水冷內(nèi)層上的凹窩內(nèi)；閥體中口下部水冷外層的外周面和閥體中口的內(nèi)壁密封配合，而閥體中口下部水冷外層上的下排孔連通外接冷卻系統(tǒng)回收端。
[0009]所述高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)為:所述閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道內(nèi)涂高溫圖層后放置隔熱棉再將陶瓷管放置在支撐環(huán)I和支撐環(huán)II上，支撐環(huán)I設(shè)置在閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道的近端，支撐環(huán)II設(shè)置在閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道的遠(yuǎn)端。
[0010]所述支撐環(huán)I上設(shè)計(jì)一止口，該止口上方的支撐環(huán)I上加工有環(huán)槽，與止口之間留有一段形成擋環(huán)，陶瓷管放入后將擋環(huán)壓向陶瓷管將其包在止口里。
[0011]所述支撐環(huán)II為圓環(huán)狀，沿圓環(huán)狀中心布滿通孔，將通孔周邊和支撐環(huán)II內(nèi)外環(huán)邊涂滿高溫涂料，且孔內(nèi)填充隔熱棉。
[0012]所述閥蓋上設(shè)有以渦流的形式進(jìn)行增壓冷卻的裝置。
[0013]所述端蓋上設(shè)有以渦流的形式進(jìn)行增壓冷卻的裝置。
[0014]本實(shí)用新型中高溫介質(zhì)的一部分熱量被中體水冷下部凸臺(tái)吸收并在此處形成壓降，進(jìn)一步降低介質(zhì)壓力和溫度；這樣的結(jié)構(gòu)將大大減小高溫介質(zhì)對(duì)閥座密封面的直接沖刷，提高了閥門的使用壽命和運(yùn)行的可靠性。本實(shí)用新型中體水冷加進(jìn)口端襯里相結(jié)合的冷卻結(jié)構(gòu)是首次出現(xiàn)并使用。如果不設(shè)該結(jié)構(gòu)，介質(zhì)的溫度壓力流速過高，就像線切割一樣會(huì)將閥座、閥瓣沖壞，將會(huì)使冷卻水流出發(fā)生爆炸事故，閥門不能正常工作。

【附圖說明】

[0015]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型支撐環(huán)I形成的隔熱結(jié)構(gòu)；
[0017]圖3為本實(shí)用新型支撐環(huán)I安裝前的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型支撐環(huán)I安裝后的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為本實(shí)用新型支撐環(huán)II結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖6為本實(shí)用新型陶瓷管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7a為本實(shí)用新型閥體中口中部水冷內(nèi)層剖切結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7b為本實(shí)用新型閥體中口中部水冷內(nèi)層外形示意圖；
[0023]圖7c為圖7b的俯視圖；
[0024]圖7d為7a中I的局部放大圖；
[0025]圖7e為7a中II處的局部放大圖；
[0026]圖8a為本實(shí)用新型閥體中口下部水冷外層縱向剖面示意圖；
[0027]圖Sb為本實(shí)用新型閥體中口下部水冷外層橫向剖面示意圖；
[0028]圖9 a為本實(shí)用新型閥體中口下部水冷內(nèi)層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖9 b為本實(shí)用新型閥體中口下部水冷內(nèi)層的橫向剖面示意圖；
[0030]圖1Oa為本實(shí)用新型閥蓋水冷結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖10 b為圖1Oa的截面示意圖；
[0032]圖1la為本實(shí)用新型端蓋水冷結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖11 b為圖1la的截面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0035]本實(shí)用新型適用的閥門為角式結(jié)構(gòu)，高溫介質(zhì)要從閥門上端進(jìn)口端進(jìn)入，從閥門下端排出。
[0036]一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，包括閥體I上的介質(zhì)進(jìn)口通道和閥體中口部位，兩者之間相連接以及閥蓋11、端蓋10，所述閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道上設(shè)有高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)，閥體中口設(shè)有閥體中口水冷系統(tǒng)。所述閥體中口水冷系統(tǒng)包括閥體中口中部水冷內(nèi)層和閥體中口下部水冷裝置,兩者的流道相互貫通；閥體中口中部水冷內(nèi)層和外接冷卻系統(tǒng)的入口端連接，而閥體中口下部水冷裝置和外接冷卻系統(tǒng)回收端連通。本實(shí)用新型中閥體中口的水冷結(jié)構(gòu)加介質(zhì)進(jìn)口端的高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)尚屬首次，既防止了熱損失太大，也滿足了閥門在1500°C、5.0MPa的工況下必須是安全可靠的運(yùn)行。
[0037]所述閥體中口中部水冷內(nèi)層通過六條通道和外接冷卻系統(tǒng)的入口端連通?？梢允归y體中口部位均勻快速的冷卻。
[0038]參照?qǐng)D7a至7e，所述閥體中口中部水冷內(nèi)層7為圓柱體，其外周面上均布槽道，該槽道的下端和圓柱體的內(nèi)壁貫通形成豁口，所述閥體中口中部水冷內(nèi)層密封安裝在閥體中口部位并和該處的內(nèi)壁緊配合后其上的槽道和內(nèi)壁間形成冷卻流道；所述閥體中口下部水冷裝置包括閥體中口下部水冷內(nèi)層和外層；所述閥體中口下部水冷內(nèi)層8 (參照?qǐng)D9a、9b)為圓環(huán)狀，其外圓周面上均布凹窩；閥體中口下部水冷外層9 (參照?qǐng)D8a、8b )為圓環(huán)狀，其外圓周面上均布貫穿其壁厚的上、下排孔；該閥體中口下部水冷內(nèi)層配裝在閥體中口下部水冷外層中使閥體中口下部水冷外層上的上、下排孔對(duì)應(yīng)于閥體中口下部水冷內(nèi)層上的凹窩內(nèi)；閥體中口下部水冷外層的外周面和閥體中口的內(nèi)壁密封緊配合，而閥體中口下部水冷外層上的下排孔連通外接冷卻系統(tǒng)回收端。
[0039]閥體中腔太大襯里結(jié)構(gòu)復(fù)雜制作困難，經(jīng)市場調(diào)研成本高、可靠性差，采用水冷結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)、可靠，閥體共設(shè)6個(gè)進(jìn)水口，閥體中部水冷系統(tǒng)由.閥體中口中部水冷內(nèi)層7、閥體中口下部水冷內(nèi)層8、閥體中口下部水冷外層9焊接在一起形成的，冷卻水經(jīng)閥體進(jìn)水口環(huán)槽流入閥體中口中部水冷內(nèi)層,經(jīng)熱力計(jì)算共設(shè)72個(gè)8mm寬，6mm深的槽道，在和陶瓷管貫通的兩通道處讓出一個(gè)環(huán)槽(見圖7)，冷卻水這樣可以充分冷卻通道部位，然后向下流入閥體下部槽道，槽道底部開有很多“豁口” “每一豁口”對(duì)準(zhǔn)閥體中口下部水冷外層第一排72個(gè)C 8的孔(見圖8a、8b)，孔槽一一對(duì)應(yīng)，冷卻水經(jīng)72個(gè)“豁口 ”到達(dá)72個(gè)“孔”，又流入到閥體中口下部水冷內(nèi)層中的72個(gè)凹窩中(見圖9a、9b)，這72個(gè)凹窩將閥體中口下部水冷外層的兩排72個(gè)0 8的孔連通在一起，冷卻水經(jīng)閥體出水口環(huán)槽從下部6個(gè)出水口排出(見圖1)，使流道形成單循環(huán)，冷卻充分，保證了閥體部位安全可靠的工作。
[0040]所述高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)為:所述閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道內(nèi)涂高溫圖層后放置隔熱棉再將陶瓷管放置在支撐環(huán)I和支撐環(huán)II上，支撐環(huán)I設(shè)置在閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道的近端，支撐環(huán)II設(shè)置在閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道的遠(yuǎn)端。閥體進(jìn)口端通道內(nèi)表面涂高溫圖層后放置隔熱棉再將導(dǎo)熱性良好的氮化硅陶瓷管6放置在支撐環(huán)I 2、支撐環(huán)II 5上，支撐環(huán)I 2為高溫金屬材質(zhì)，但是由于介質(zhì)溫度很高超過了該金屬的熔化溫度，所以在閥體與支撐環(huán)I 2焊接的背后加工一環(huán)槽涂高溫涂料，在支撐環(huán)I 2其余暴露在介質(zhì)中的表面也涂滿厚度為6_的高溫涂料，以確保金屬殼體在滿足正常的機(jī)械性能下工作。
[0041]參照?qǐng)D6，陶瓷管6在高流速介質(zhì)的作用下主要起到了耐磨、抗沖刷的作用，左端為“臺(tái)階”式卡在支撐環(huán)I里，右端為圓弧相貫線，裝入后很好的與閥體中口中部水冷內(nèi)層兩通道孔搭接，該圓弧尺寸與中腔內(nèi)徑一致，既保護(hù)了通道部位的水冷口環(huán)，又不至于伸出過長讓介質(zhì)通過時(shí)形成“漩渦”，產(chǎn)生不必要的磨損。
[0042]參照?qǐng)D2、3、4，陶瓷管6放置在支撐環(huán)1、支撐環(huán)II上，但是由于溫度變化較大，要考慮熱漲間隙，介質(zhì)為高流速高溫空氣，陶瓷管會(huì)發(fā)生左右竄動(dòng)，所以既要留有合理的間隙，又要保證竄動(dòng)時(shí)不致破壞前后與其接觸的部件，此時(shí)將所述支撐環(huán)I上設(shè)計(jì)一止口2-3，該止口上方的支撐環(huán)I上加工一環(huán)槽2-2，與止口之間留有一段形成擋環(huán)2-1，陶瓷管放入后將擋環(huán)壓向陶瓷管將其包在止口里里防止了陶瓷管向左竄動(dòng)。
[0043]參照?qǐng)D5，所述支撐環(huán)II 5為圓環(huán)狀，沿圓環(huán)狀中心布滿通孔，將通孔周邊和支撐環(huán)II內(nèi)外環(huán)邊涂滿6_高溫涂料3，安裝到閥體上后，將孔內(nèi)填充滿隔熱棉4，這樣的結(jié)構(gòu)起到了更好的隔熱效果。避免了支撐環(huán)II 5的溫度過高，防止了大量的熱量傳導(dǎo)到閥體外部，既使殼體及外部連接件工作可靠，又減少了介質(zhì)通過時(shí)的熱損失，使得試驗(yàn)得以順利進(jìn)行。進(jìn)一步降低了支撐環(huán)II外圍的溫度，從而減小了向閥體傳導(dǎo)的溫度，也減小了介質(zhì)通過時(shí)造成的熱損失。
[0044]參照?qǐng)D1、圖10a、圖10b、圖11a、圖11b，所述閥蓋11、端蓋10上均設(shè)有以渦流的形式進(jìn)行增壓冷卻的裝置，和高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)、閥體中口水冷系統(tǒng)配合以保證金屬殼體的正常工作。閥蓋11部位基本為介質(zhì)的“死區(qū)”，水冷要求不高，所以共設(shè)I個(gè)進(jìn)水口，I個(gè)出水口，水冷采用增壓式“漩渦”軌跡，水冷槽道流暢。端蓋10部位面積小，所以共設(shè)I個(gè)進(jìn)水口，I個(gè)出水口，水冷采用增壓式“漩渦”軌跡，水冷槽道流暢。
[0045]所述風(fēng)洞試驗(yàn)的主要工作流程中本實(shí)用新型的動(dòng)作過程:
[0046]①、預(yù)熱階段:
[0047]預(yù)熱時(shí)間約24小時(shí)，此時(shí)本實(shí)用新型處于關(guān)閉狀態(tài)，隔熱襯里前端有8米的管道，通過此管道將加熱器和閥門連接起來，此時(shí)隔熱襯里內(nèi)的氣壓為當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)大氣壓；經(jīng)過24小時(shí)的預(yù)熱后加熱器中的溫度達(dá)到1500°C，隔熱襯里內(nèi)的空氣處于非流動(dòng)狀態(tài)。
[0048]②、加熱空氣階段:
[0049]經(jīng)過24小時(shí)的預(yù)熱后加熱器中的溫度達(dá)到1500°C時(shí)，開啟加熱器上的閥門使得5.0MPa的空氣進(jìn)入加熱器中，此時(shí)本實(shí)用新型處于關(guān)閉狀態(tài)。再次加熱約3分鐘使得空氣充分進(jìn)行熱交換。此時(shí)閥門內(nèi)腔承受5.0M Pa、1500°C的高溫空氣。
[0050]③、閥門開啟階段:
[0051]閥腔內(nèi)部壓力和溫度達(dá)到5.0M Pa、1500°C時(shí)，本實(shí)用新型在I秒鐘內(nèi)迅速開啟，流速為60m/s的高溫空氣充入閥門并通過閥座流出，高溫空氣持續(xù)流動(dòng)時(shí)間20秒。
[0052]④、閥門關(guān)閉階段:
[0053]高溫空氣持續(xù)流動(dòng)時(shí)間20秒后，本實(shí)用新型緩慢關(guān)閉，并截?cái)嗉訜崞?.0MPa氣源，閥內(nèi)溫度下降，氣壓為當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)大氣壓。重新加熱至1500°C時(shí)間約6個(gè)小時(shí)，再準(zhǔn)備下一次開啟閥門。
【權(quán)利要求】
1.一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，包括閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道和閥體中口部位，兩者之間相連接以及閥蓋、端蓋，其特征在于:所述閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道上設(shè)有高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)，閥體中口設(shè)有閥體中口水冷系統(tǒng)，滿足閥門在1500°C、5.0MPa的工況下安全可靠的運(yùn)行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，其特征在于:所述閥體中口水冷系統(tǒng)包括閥體中口中部水冷內(nèi)層和閥體中口下部水冷裝置，兩者的流道相互貫通；閥體中口中部水冷內(nèi)層和外接冷卻系統(tǒng)的入口端連接，而閥體中口下部水冷裝置和外接冷卻系統(tǒng)回收端連通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，其特征在于:所述閥體中口中部水冷內(nèi)層通過六條通道和外接冷卻系統(tǒng)的入口端連通。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，其特征在于:所述閥體中口中部水冷內(nèi)層為圓柱體，其外周面上均布槽道，該槽道的下端和圓柱體的內(nèi)壁貫通形成豁口，所述閥體中口中部水冷內(nèi)層安裝在閥體中口部位并和該處的內(nèi)壁密封配合后其上的槽道和內(nèi)壁間形成冷卻流道；所述閥體中口下部水冷裝置包括閥體中口下部水冷內(nèi)層和外層；所述閥體中口下部水冷內(nèi)層為圓環(huán)狀，其外圓周面上均布凹窩；閥體中口下部水冷外層為圓環(huán)狀，其外圓周面上均布貫穿其壁厚的上、下排孔；該閥體中口下部水冷內(nèi)層配裝在閥體中口下部水冷外層中使閥體中口下部水冷外層上的上、下排孔對(duì)應(yīng)于閥體中口下部水冷內(nèi)層上的凹窩內(nèi)；閥體中口下部水冷外層的外周面和閥體中口的內(nèi)壁密封配合，而閥體中口下部水冷外層上的下排孔連通外接冷卻系統(tǒng)回收端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，其特征在于:所述高溫陶瓷隔熱襯里冷卻結(jié)構(gòu)為:所述閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道內(nèi)涂高溫圖層后放置隔熱棉再將陶瓷管放置在支撐環(huán)I和支撐環(huán)II上，支撐環(huán)I設(shè)置在閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道的近端，支撐環(huán)II設(shè)置在閥體上的介質(zhì)進(jìn)口通道的遠(yuǎn)端。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，其特征在于:所述支撐環(huán)I上設(shè)計(jì)一止口(2-3)，該止口上方的支撐環(huán)I上加工有環(huán)槽(2-2)，與止口之間留有一段形成擋環(huán)(2-1)，陶瓷管放入后將擋環(huán)(2-1)壓向陶瓷管將其包在止口里。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，其特征在于:所述支撐環(huán)II為圓環(huán)狀，沿圓環(huán)狀中心布滿通孔，將通孔周邊和支撐環(huán)II內(nèi)外環(huán)邊涂滿高溫涂料，且孔內(nèi)填充隔熱棉。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，其特征在于:所述閥蓋(11)上設(shè)有以渦流的形式進(jìn)行增壓冷卻的裝置。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種1500°C超高溫閥門閥體的冷卻裝置，其特征在于:所述端蓋(10)上設(shè)有以渦流的形式進(jìn)行增壓冷卻的裝置。
【文檔編號(hào)】F16K49-00GK204284647SQ201420767839
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