1500℃超高溫閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)的制作方法
【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的閥門中與介質(zhì)接觸的閥桿的結(jié)構(gòu)，具體指一種能滿足1500°c超高溫介質(zhì)的具有水冷結(jié)構(gòu)的閥桿結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在800°C左右較低溫度等級的高溫閥門，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，但這樣會使介質(zhì)的熱損失太大，會使閥門出口介質(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，沒有能滿足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)行的閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)。
[0004]為此，所采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種1500°C超高溫閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)，包括閥桿，所述閥桿為變徑結(jié)構(gòu)，且該閥桿上設(shè)置單循環(huán)水冷結(jié)構(gòu)。
[0006]所述閥桿由閥桿主體和閥桿接頭固接而成，該閥桿主體外部由具有大直徑段和小直徑段的兩部分通過過渡段連接而組成變徑結(jié)構(gòu)。
[0007]所述閥桿主體和閥桿接頭固接后，內(nèi)部具有貫通的第一空腔；所述閥桿主體的大直徑段端部的壁厚上加工有第一孔，該第一孔和所述第一空腔貫通；閥桿主體的大直徑段的外周上加工有槽道，該槽道延伸至閥桿主體的小直徑段的端部后匯集成環(huán)槽，該環(huán)槽處的閥桿主體的壁厚上加工有第二孔；所述閥桿主體的外周配裝和變徑的閥桿主體外周相適配的變徑閥桿套，該變徑閥桿套的內(nèi)壁和槽道間形成外流道，該外流道和所述第一孔貫通；水冷內(nèi)管一端和所述閥桿主體的第一空腔內(nèi)壁密封連接，另一端和所述第一空腔內(nèi)壁間具有第二流道，所述第二孔和該第二流道貫通。
[0008]分布在所述閥桿主體大、小直徑段的槽道寬度不同。
[0009]分布在閥桿主體大直徑段的槽道寬度比分布在閥桿主體小直徑段的槽道寬度窄。
[0010]所述第二孔在閥桿主體的軸向分布若干排，該若干排第二孔在閥桿主體的徑向截面上均布。
[0011]本實(shí)用新型的變徑結(jié)構(gòu)，是一種滿足高壓工況閥桿的防飛出結(jié)構(gòu)，并在閥桿主體外周面上加工寬窄不同、數(shù)量不同的水冷槽，以分別滿足各自工況的要求。大直徑段處的閥桿主體上槽道窄、數(shù)量多，該部位在閥門內(nèi)直接受到高溫介質(zhì)的沖刷，工況惡劣，需要散熱效果好，小直徑段處的閥桿主體上槽道寬、數(shù)量少，沒有高溫介質(zhì)的沖刷，但主要起到支撐作用。本實(shí)用新型使得冷卻水在閥桿主體、閥桿套、水冷內(nèi)管、閥桿接頭形成的空間中流動，達(dá)到一個水冷卻系統(tǒng)完整的單循環(huán)。水冷內(nèi)管部位的O型圈既防止了進(jìn)水從水冷內(nèi)管底部進(jìn)入出口部位，又防止了出口的水從O型圈密封處到達(dá)進(jìn)口，形成了一個完整的單循環(huán)水冷，經(jīng)傳熱熱力計(jì)算得閥桿在1500°c超高溫的工況下能夠安全可靠運(yùn)行。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型閥桿主體剖切結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為圖2中的A A向剖視圖；
[0015]圖4為圖2中的B B向剖視圖；
[0016]圖5為本實(shí)用新型閥桿主體外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6為圖5中的C-C剖視圖；
[0018]圖7為圖5中的D - D剖視圖；
[0019]圖8為本實(shí)用新型閥桿接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]一種1500°C超高溫閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)，包括閥桿，所述閥桿為變徑結(jié)構(gòu)，且該閥桿上設(shè)置單循環(huán)水冷結(jié)構(gòu)。
[0022]如圖1所示，所述閥桿由閥桿主體I和閥桿接頭7焊接而成，該閥桿主體I外部由具有大直徑段和小直徑段的兩部分通過過渡段連接而組成變徑結(jié)構(gòu)。
[0023]所述閥桿主體I和閥桿接頭7固接后，內(nèi)部具有貫通的第一空腔1-1 ;所述閥桿主體I的大直徑段端部的壁厚上加工有第一孔1-2，該第一孔1-2和所述第一空腔1-1貫通；閥桿主體I的大直徑段的外周上加工有槽道1-5，該槽道1-5延伸至閥桿主體I的小直徑段的端部后匯集成環(huán)槽1-3，該環(huán)槽1-3處的閥桿主體I的壁厚上加工有第二孔1-4 ;所述閥桿主體I的外周配裝和變徑的閥桿主體I外周相適配的變徑閥桿套2，該變徑閥桿套2的內(nèi)壁和槽道1-5間形成外流道，該外流道和所述第一孔1-2貫通；變徑閥桿套2的小端和閥桿接頭7的頭部焊接連接。水冷內(nèi)管6 —端和所述閥桿主體I的第一空腔1-1內(nèi)壁通過O型密封圈密封連接，另一端和所述第一空腔1-1內(nèi)壁間具有第二流道，所述第二孔1-4和該第二流道貫通。本實(shí)用新型中水冷內(nèi)管6的設(shè)計(jì)使得閥桿水冷系統(tǒng)出水可靠，O型密封圈防止了出水逆流，使冷卻水在此形成的空間中流動，達(dá)到一個完整的單循環(huán)。
[0024]分布在所述閥桿主體I大、小直徑段的槽道寬度不同。分布在閥桿主體I大直徑段的槽道寬度比分布在閥桿主體I小直徑段的槽道寬度窄。具體為:如圖2、3、4所示，閥桿主體I的大直徑段的外周上加工有48個5mm寬1mm深的槽道，該槽道在閥桿主體的過渡段4的位置發(fā)生了變化，在此，槽道2個匯合成I個，由48個5mm寬1mm深的槽道變?yōu)?4個8mm寬1mm深的槽道并一直延伸至閥桿主體小直徑段。槽道的這種結(jié)構(gòu)達(dá)到了流量的平衡。
[0025]如圖5、6、7所不,所述第二孔1-4在閥桿主體I的軸向分布若干排,該若干排第二孔在閥桿主體1-4的徑向截面上均布。如圖5、6、7所示，該實(shí)施例中第二孔加工有兩排，每排各4個孔，冷卻水從環(huán)槽處的上下8個孔中排出后進(jìn)入水冷內(nèi)管6外壁與閥桿主體I空腔內(nèi)壁形成的環(huán)狀空間排出。為了在試壓階段將試壓水排干凈，將閥桿主體I環(huán)槽處的某一排處的4個第二孔貼近臺階處加工，詳見圖5。
[0026]本實(shí)用新型的閥桿接頭7的螺紋部位與相應(yīng)的連接件連接后在驅(qū)動裝置的帶動下進(jìn)行升降運(yùn)動，閥門分別處于關(guān)閉和開啟狀態(tài)。本實(shí)用新型水平放置，閥桿與閥座貼合，達(dá)到密封，閥桿上行閥門開啟，為了保證運(yùn)動過程中與閥蓋孔的磨擦，閥桿套外表面噴涂鈷基硬質(zhì)合金。
[0027]本實(shí)用新型的冷卻過程:冷卻水從水冷內(nèi)管6進(jìn)水通過閥桿主體I中心進(jìn)入，到達(dá)閥桿主體I大直徑段端部四周布滿的第一孔位置時，從第一孔中流出到達(dá)閥桿主體與閥桿套形成的槽道中，閥桿主體I兩端不同規(guī)格數(shù)量的槽道分別從閥桿主體兩頭分別加工，冷卻水流經(jīng)閥桿主體小直徑段的端部時，各槽道匯合成一環(huán)槽，環(huán)槽上設(shè)有若干排均布的第二孔，此時冷卻水從環(huán)槽處的第二孔中排出經(jīng)過水冷內(nèi)管外壁與空腔形成的環(huán)狀空間排出，達(dá)到整個一個循環(huán)過程，以確保金屬閥桿在滿足正常的機(jī)械性能下工作。
[0028]本實(shí)用新型為超高溫高壓高速風(fēng)洞試驗(yàn)中使用的閥門，安裝在空氣加熱器出口與超聲速風(fēng)洞喉管噴管之間的關(guān)鍵部位，在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中用于開啟和關(guān)閉風(fēng)洞高溫空氣源，是工程系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。在抗高溫領(lǐng)域，1500°C超高溫閥門尚屬首次。
[0029]所述風(fēng)洞試驗(yàn)的主要工作流程中本實(shí)用新型的動作過程:
[0030]①、預(yù)熱階段:
[0031]預(yù)熱時間約24小時，此時本實(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)的空氣處于非流動狀態(tài)。
[0032]②、加熱空氣階段:
[0033]經(jīng)過24小時的預(yù)熱后加熱器中的溫度達(dá)到1500°C時，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。此時閥門內(nèi)腔承受5.0M Pa、1500°C的高溫空氣。
[0034]③、閥門開啟階段:
[0035]閥腔內(nèi)部壓力和溫度達(dá)到5.0M Pa、1500°C時，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)流動時間20秒。
[0036]④、閥門關(guān)閉階段:
[0037]高溫空氣持續(xù)流動時間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時間約6個小時，再準(zhǔn)備下一次開啟閥門。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種1500°C超高溫閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)，包括閥桿，其特征在于:所述閥桿為變徑結(jié)構(gòu)，且該閥桿上設(shè)置單循環(huán)水冷結(jié)構(gòu)；所述閥桿由閥桿主體(I)和閥桿接頭(7)固接而成，該閥桿主體(I)外部由具有大直徑段和小直徑段的兩部分通過過渡段連接而組成變徑結(jié)構(gòu)；所述閥桿主體(I)和閥桿接頭(7)固接后，內(nèi)部具有貫通的第一空腔(1-1);所述閥桿主體(I)的大直徑段端部的壁厚上加工有第一孔(1-2)，該第一孔(1-2)和所述第一空腔(1-1)貫通；閥桿主體(I)的大直徑段的外周上加工有槽道(1-5)，該槽道(1-5)延伸至閥桿主體(I)的小直徑段的端部后匯集成環(huán)槽(1-3)，該環(huán)槽(1-3)處的閥桿主體(I)的壁厚上加工有第二孔(1-4);所述閥桿主體(I)的外周配裝和變徑的閥桿主體(I)外周相適配的變徑閥桿套(2)，該變徑閥桿套(2)的內(nèi)壁和槽道(1-5)間形成外流道，該外流道和所述第一孔(1-2)貫通；水冷內(nèi)管(6)—端和所述閥桿主體(I)的第一空腔(1-1)內(nèi)壁密封連接，另一端和所述第一空腔(1-1)內(nèi)壁間具有第二流道，所述第二孔(1-4)和該第二流道貫通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種1500°C超高溫閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)，其特征在于:分布在所述閥桿主體(I)大、小直徑段的槽道寬度不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種1500°C超高溫閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)，其特征在于:分布在閥桿主體(I)大直徑段的槽道寬度比分布在閥桿主體(I)小直徑段的槽道寬度窄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種1500°C超高溫閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二孔(1-4)在閥桿主體(I)的軸向分布若干排，該若干排第二孔在閥桿主體(I)的徑向截面上均布。
【專利摘要】一種1500℃超高溫閥門的水冷閥桿結(jié)構(gòu)，包括閥桿，所述閥桿為變徑結(jié)構(gòu)，且該閥桿上設(shè)置單循環(huán)水冷結(jié)構(gòu)。所述閥桿由閥桿主體和閥桿接頭固接而成，該閥桿主體外部由具有大直徑段和小直徑段的兩部分通過過渡段連接而組成變徑結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型使得冷卻水在閥桿主體、閥桿套、水冷內(nèi)管、閥桿接頭形成的空間中流動，達(dá)到一個水冷卻系統(tǒng)完整的單循環(huán)。水冷內(nèi)管部位的Ο型圈既防止了進(jìn)水從水冷內(nèi)管底部進(jìn)入出口部位，又防止了出口的水從Ο型圈密封處到達(dá)進(jìn)口，形成了一個完整的單循環(huán)水冷，經(jīng)傳熱熱力計(jì)算得閥桿在1500℃超高溫的工況下能夠安全可靠運(yùn)行。
【IPC分類】F16K51-00, F16K49-00
【公開號】CN204403548
【申請?zhí)枴緾N201420768073
【發(fā)明人】陳清流, 董霞, 張琳, 陳文鑫, 樂精華
【申請人】蘭州高壓閥門有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年12月9日