一种用于熔盐介质的换向阀门的制作方法

本实用新型涉及一种用于熔盐介质的换向阀门，属于光热发电技术领域。

背景技术：

具备储热能力的光热电站是当前光热领域的主流技术方向，以及谷电储热等同理衍生技术，多以熔盐为储热工质。熔盐之于储热系统与蒸汽之于汽轮机、制冷剂之于中央空调同样重要。在储热系统中，熔盐作为热量的载体、传输的介质，无论采用塔式、槽式、二次反射等何种技术路线，熔盐系统的运行必然涉及高/低温熔盐的循环，系统的工况切换，熔盐的排空等具有鲜明特点的问题。以硝酸钠硝酸钾二元熔盐为例，开始融化的温度为 207℃，完全融化的温度为238℃，所以当温度低于238℃就会出现固态晶体。另外，熔盐温度低于300℃后，粘度随温度的降低而急剧增加。也因此，电伴热的设置至关重要，尤其在集热时间较短的季节，往往决定了系统运行的稳健程度。传统的熔盐工况切换采用多台切断阀的阀组形式，当某条管线由流通转换到切断后，如流体依然保持输送，必须由另一条管线承担流通功能，则至少需要一台三通阀，或者两台截止阀。同理，如两条并联管线输送流体时，分别切换至另一条管线，则需要至少两台三通阀，或者四台截止阀。对于较长的管线，为了节约投资，多采用复合工况设计，即单条管线承担多个工况的运行。以图1的工况为例，当流体1、流体2所在管线入口不变，流体1、流体2出口互换，即切换至图2所示工况，对常规设计而言，至少需要四台熔盐切断阀以及两段连通管道，以形成工况切换阀组。这样不仅增加阀门及管道，也导致局部阻力、伴热、控制、投资、冻堵风险、检修等相应增加。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：针对现有技术不能充分满足目前的需要，提供一种用于熔盐介质的换向阀门，极大地简化了熔盐系统工况切换的阀门及管道，较小的阀门体积能有效降低散热及熔盐冻堵风险，大通径的内部腔体减小了流体局部阻力，开放的阀体阀盖连接形式满足了伴热敷设、排盐、在线检修等熔盐系统特殊的应用要求，同时独特的传动设计解决了传统阀门竖向行程、径向旋转、流体外漏之间不相容的矛盾，独特的压紧密封结构解决了普通阀板边缘即难以密封又难以减小摩擦的难题。

本实用新型所采用的技术方案是：一种用于熔盐介质的换向阀门，包括允许熔盐流体两进两出的四通阀体，与阀体形成密闭腔体的上阀盖、下阀盖，以及密闭腔体内分割并控制流体流向的阀板，阀板与带有翼板的内轴连成一体，内轴通过与之相接的联动杆运动，联动杆为暗杆形式，联动杆上部的外轴可接手轮或执行机构，阀门外侧设置电伴热，换向阀的密封通过波纹管及填料实现，波纹管防止外漏，填料防止内漏，阀板边缘由柔性材料制成，阀板为夹层结构，夹层内设置连杆机构，通过与连杆相连的支撑辐将阀板边缘压紧在阀体内侧，将阀门腔体分割成两个密闭的空间。

在本实用新型中：所述外轴的上端与手轮的下侧相连，外轴下端与联动杆通过螺纹连接，联动杆的下端与内轴相连，内轴的下端设有内轴弹簧组件，所述的内轴弹簧组件由罩壳、弹簧及固定螺栓组成，可在线更换，当阀板压紧时，内轴弹簧组件的弹簧为压缩状态，当外轴旋转一个小角度时，阀板边缘微量收缩，内轴弹簧组件的弹簧将内轴及阀板稍稍向上顶起，阀板边缘脱离阀体密封槽，此时内轴及阀板的重力与内轴弹簧组件的弹簧弹力平衡，阀板基本达到悬浮状态，所述的外轴、联动杆、内轴组合的传动结构将竖向行程转化为径向旋转，同时在联动杆与上阀盖间设置联动杆波纹管，在内轴弹簧组件与下阀盖间设置内轴波纹管；所述的手轮由人提供旋转动力，可替换为电动、气动执行机构，根据需要或力矩大小确定手动/自动配置。

在本实用新型中：所述的联动杆波纹管由多层不锈钢波纹管组成，其一端焊接在联动杆上，其另一端焊接在上阀盖的颈部内侧，满足阀门开关时轴系上下移动的要求，并起到防止熔盐外漏的目的；所述的内轴波纹管由多层不锈钢波纹管组成，其一端焊接在内轴弹簧组件的罩壳上，其另一端焊接在下阀盖内侧，满足阀门开关时轴系上下移动的要求，并起到防止熔盐外漏的目的。

在本实用新型中：所述的上、下阀盖呈扁平型，其与阀体间采用螺栓连接，所述的上阀盖、阀体、下阀盖均由耐高温耐压钢材组成，根据使用工况可选用铸造或锻造工艺生产，保证阀门在熔盐系统中能够长期高温带压运行。

在本实用新型中：所述的两个流体进口、两个流体出口为阀体的一部分，两进两出的四通接口分别与管道连接，根据用户需求可以采用焊接、法兰的连接形式；对于熔盐管道而言，采用焊接最为合适，并且本实用新型的换向阀在拆卸上下阀盖后，可抽离轴系及阀板，具备在线检修的优势。

在本实用新型中：所述的内轴、联动杆、外轴、阀板由锻造的耐高温高强度钢材组成，外轴在手轮或执行机构的作用下旋转，外轴下端与联动杆通过螺纹连接，外轴旋转时带动联动杆上升或下降，联动杆上升时通过导向槽使内轴旋转90°，联动杆下降时逐渐下压内轴，通过阀板夹层内的连杆将力传递到支撑辐，再分散到阀板边缘，阀板边缘由具有一定柔性的材料制成，最终使阀板边缘压紧在阀体密封槽上，达到流向切换并密封的目的。

在本实用新型中：所述的螺栓由耐高温的高强螺栓组成，满足上下阀盖与阀体的紧密连接要求；所述的内轴与上阀盖之间设有内轴-上阀盖填料，所述的外轴与上阀盖之间设有外轴-上阀盖填料，所述阀体的密闭腔体内设有阀体填料，所述的阀体填料由复合材料叠加组成。

在本实用新型中：所述的内轴波纹管、联动杆波纹管由多层不锈钢波纹管组成，内轴波纹管一端焊接在内轴弹簧组件的罩壳上，一端焊接在下阀盖内侧，联动杆波纹管一端焊接在联动杆上，一端焊接在上阀盖的颈部内侧，满足阀门开关时轴系上下移动的要求，并起到防止熔盐外漏的目的。

在本实用新型中：所述的阀板与内轴连成一体，阀板的阀板边缘由柔性材料制成，阀板为夹层结构，夹层内设置导向槽，所述的阀板的导向槽上设有与导向槽相连的连杆机构，所述的连杆机构由三支铰接的连杆和连杆弹簧组成，其中一支连杆的一端与内轴的翼板铰接，另一端与另两支连杆的一端铰接并在阀板的导向槽内滑动，另两支连杆的另一端通过销轴分别在阀板的另外两个导向槽内滑动，当内轴下压时，通过轴侧突起的翼板将力传递至连杆机构，连杆机构将连杆弹簧拉伸，并逐步将压力通过支撑辐均匀分散至阀板边缘，以此达到压紧密封的目的，阀板压紧后，连杆弹簧处于最大拉伸状态，当要切换流向时，外轴旋转，内轴及阀板稍稍上弹，连杆弹簧使连杆机构收缩，保证了阀板边缘微量同步收缩，加上此时阀板的悬浮状态，以此降低阀板旋转时边缘与阀体填料的摩擦阻力。

在本实用新型中：所述的阀板的阀板边缘上设有支撑辐，支撑辐一端连接连杆的销轴，另一端连接阀板边缘，支撑辐一端连接连杆的销轴，一端连接阀板边缘，在阀板压缩时，使连杆的受力均匀分散至阀板边缘，在内轴及阀板稍稍上弹时，使阀板边缘均匀微量收缩，支撑辐也可以局部替换为薄壁板。

在本实用新型中：所述的内轴-上阀盖填料、外轴-上阀盖填料、阀体填料由复合材料叠加组成，对熔盐流体，填料选材应注意防止填料被熔盐腐蚀，可以使用蛭石、云母、柔性较好的金属等材质，填料防止了阀板、轴系与阀体、上下阀盖间的内漏。

在本实用新型中：所述的电伴热由矿物绝缘电伴热线缆、回路温度控制组成，贴附在阀门上下阀盖上，以保证阀门温度不低于280℃，阀门需保温，保温要求与接口管道相同。

本实用新型的有益效果：

1．换向阀的实用新型，极大地简化了熔盐系统工况切换的阀门及管道，降低了局部阻力、伴热、控制、投资、冻堵风险、检修等成本，此外，不仅限于两进两出的四通形式，也能够推广至三进三出的六通，四进四出的八通等衍生阀门（图9、10），而且对于有流体调和配比的工况，可以加减阀板厚度实现分流调和（图11）；

2.阀板利用内轴转动的形式，能够设计出紧凑的阀体，减小了阀门体积，有效降低散热及熔盐冻堵风险；

3.联动杆采用暗杆形式，切换时阀门高度无变化，运行空间占用小；

4.利用阀板作为阀内腔体分割部件，使阀门通径不缩减，也可放大通径，大大减小了阀内流体的流动阻力，有效降低泵的压头损失，并且大通径的阀门更不易冻堵，给排盐及维修工作带来极大便利。

5.上下阀盖与阀体间采用螺栓连接，方便拆卸，拆卸上下阀盖后，即可抽离轴系及阀板，阀门内部完全打开，各部件均可检修更换，无需切断焊接接管或拆卸法兰接管，满足了排盐、在线检修等熔盐系统特殊的应用要求，同时扁平的上下阀盖有利于电伴热的贴壁敷设；

6.采用独特的联动杆传动结构将竖向行程转化为径向旋转，同时在联动杆与上阀盖间设置波纹管，在内轴弹簧组件与下阀盖间设置内轴波纹管，解决了传统阀门竖向行程、径向旋转、流体外漏之间不相容的矛盾；

7.内轴、连杆机构、连杆弹簧、支撑辐、闸板等组成的压紧密封结构，解决了普通阀板即难以密封又难以减小摩擦的难题；

8.在上下阀盖设置的电伴热，使熔盐流体的运行更为稳定可靠。

附图说明

图1是本实用新型的工况一示意图；

图2是本实用新型的工况二示意图；

图3是本实用新型的工况一工艺原理图；

图4是本实用新型的工况二工艺原理图；

图5是本实用新型中工况二的A-A结构剖视图；

图6是本实用新型中图5的阀板区域放大图；

图7是本实用新型中工况一外形俯视图；

图8是本实用新型中工况二外形俯视图；

图9是本实用新型中衍生六通换向阀工况一（左）/二（右）示意图；

图10是本实用新型中衍生八通换向阀工况一（左）/二（右）示意图；

图11是本实用新型中衍生四通调和阀工况一（左）/二（右）示意图；

其中：1.手轮；2.外轴轴套；3.外轴轴承；4.电伴热；5.上阀盖；6.螺栓；7.阀体；7-A/C.流体出口；7-B/D.流体进口；8.内轴；8-A.翼板；9.内轴轴承；10.内轴波纹管；11.内轴弹簧组件；11-A.罩壳；12.下阀盖；13.连杆机构；14.支撑辐；14-A.辐条；15.连杆弹簧；16.内轴-上阀盖填料；17.联动杆波纹管；18.联动杆；18-A.联动杆导向槽；19.外轴-上阀盖填料；20.外轴；21.阀体填料；22.阀板；22-A.阀板边缘；22-B.导向槽；23.阀体密封槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本实用新型作进一步详细描述。

以图1和2熔盐系统工况切换为例，要求流体1、流体2所在管线入口不变，流体1、流体2出口互换，即切换至图2所示工况。本实用新型提供了一种用于熔盐介质的换向阀门，如图5、6和7，包括由耐高温耐压钢材制成的上阀盖5、阀体7、下阀盖12，根据使用工况可选用铸造或锻造工艺生产，以保证阀门在熔盐系统中能够长期高温带压运行。所述的螺栓6由耐高温的高强螺栓组成，满足上、下阀盖5、12与阀体7的紧密连接要求。所述的两个流体进口7-B/D、两个流体出口7-A/C为阀体7的一部分，组成两进两出的四通接口，分别与管道连接，根据用户需求可以采用焊接、法兰的连接形式，对于熔盐管道而言，采用焊接最为合适。所述的手轮1由人提供旋转动力，可将手轮替换为电动、气动执行机构，根据需要或力矩大小选择手动/自动配置。所述的内轴8、联动杆18、外轴20合称为轴系，阀板22与内轴8连成一体，阀板边缘22-A由柔性材料制成，阀板22为夹层结构，夹层内设置导向槽22-B，轴系及阀板22应由耐高温且高强度的钢材锻造而成。外轴20与手轮1下侧相连，外轴20在手轮1或执行机构的作用下旋转，外轴20下端与联动杆18通过螺纹连接，外轴20旋转时带动联动杆18上升或下降，联动杆18上升时通过下部外侧的联动杆导向槽18-A使内轴8旋转90°（将竖向行程转化为径向旋转），联动杆18下降时逐渐下压内轴8，通过阀板22夹层内的连杆机构13将力传递到支撑辐14，再分散到阀板边缘22-A，阀板边缘22-A由具有一定柔性的材料制成，最终使阀板边缘22-A压紧在阀体密封槽23上，达到流向切换并密封的目的。所述的上阀盖5上部与外轴20间设置外轴轴套2，所述的外轴轴套2与上阀盖5间设置外轴轴承3，所述的内轴8下端与内轴弹簧组件11的罩壳11-A间设置内轴轴承9，使阀门切换时阀板悬浮，减小运行摩擦力。所述的外轴轴套2、外轴轴承3、内轴轴承9由耐高温耐磨材料组成，保证外轴20、内轴8运行时旋转顺畅，并防止外轴20上下窜动。所述的内轴波纹管10、联动杆波纹管17由多层不锈钢波纹管组成，内轴波纹管10一端焊接在内轴弹簧组件11的罩壳11-A上，另一端焊接在下阀盖12内侧，联动杆波纹管17一端焊接在联动杆18上，另一端焊接在上阀盖5的颈部内侧，满足阀门开关时轴系上下移动的要求，并起到防止熔盐外漏的目的。所述的内轴弹簧组件11由罩壳11-A、弹簧及固定螺栓组成（罩壳11-A内表面与弹簧一端接触，弹簧套在固定螺栓上，并且弹簧另一端卡在固定螺栓头部凹槽内，固定螺栓头部外侧与下阀盖12通过螺纹紧固，以保证弹簧始终处于压缩状态），可在线更换，当阀板22压紧时，内轴弹簧组件11的弹簧为压缩状态，当外轴20旋转一个小角度时，阀板边缘微量收缩，内轴弹簧组件11的弹簧将内轴8及阀板22稍稍向上顶起，阀板边缘脱离阀体密封槽23，此时内轴8及阀板22的重力与内轴弹簧组件11的弹簧弹力相平衡，阀板22基本达到悬浮状态。所述的连杆机构13由三支铰接的连杆、连杆弹簧15、阀板22内侧的导向槽18-A组成，当内轴8下压时，通过轴侧突起的翼板8-A（内轴8空心且两侧开条状槽，内有轴芯，翼板8-A是内轴轴芯的一部分，从内轴条状槽两边伸出，各与两侧阀板的连杆铰接，作为利用内轴竖向行程使阀板边缘压紧/松脱的传动来源）将力传递至连杆机构13，连杆机构13将连杆弹簧15拉伸，并逐步将压力通过支撑辐14均匀分散至阀板边缘，以此达到压紧密封的目的，阀板22压紧后，连杆弹簧15处于最大拉伸状态，当要切换流向时，外轴20旋转，内轴8及阀板22稍稍上弹，连杆弹簧15使连杆机构13收缩，保证了阀板边缘22-A微量同步收缩，加上此时阀板22的悬浮状态，以此降低阀板22旋转时边缘与阀体填料21的摩擦阻力。所述的支撑辐14由若干辐条14-A组成，支撑辐14一端连接连杆的销轴，一端连接阀板边缘22-A，支撑辐14也可以局部替换为薄壁板。所述的内轴-上阀盖填料16、外轴-上阀盖填料19、阀体填料21由复合材料叠加组成，对熔盐流体，填料选材应注意防止填料被熔盐腐蚀，可以使用蛭石、云母、柔性较好的金属等材质，填料防止了阀板22、轴系与阀体7、上阀盖5、下阀盖12间的内漏。所述的电伴热4由矿物绝缘电伴热线缆、回路温度控制组成，贴附在阀门上、下阀盖上，以保证阀门温度不低于280℃，阀门需保温，保温要求与接口管道相同。

本实用新型的换向阀阀位是工况一或工况二的任一位置，均为阀板22压紧状态，例如在工况一时开始切换，外轴20先动作，使联动杆18上升，内轴8下压的力逐渐减小，内轴弹簧组件11的弹簧将内轴8及阀板22向上稍稍顶起，同时与内轴8相连的连杆机构13收缩，阀板边缘22-A微量收缩，脱离阀体密封槽23并悬浮，联动杆18继续上升，将上升的行程转化为内轴8的径向旋转，直到旋转角度90°，阀板边缘22-A贴近工况二的阀体密封槽23，而后外轴20开始反转，使联动杆18下降，将内轴8逐渐下压，下压的力通过连杆机构13、支撑辐14传递并分散到阀板边缘22-A，最终将阀板边缘压紧在阀体密封槽23上，此时内轴弹簧组件11处于最大压缩状态，完成切换至工况二。

本实用新型的换向阀极大地简化了熔盐系统工况切换的阀门及管道，降低了局部阻力、伴热、控制、投资、冻堵风险、检修等成本，此外，不仅限于两进两出的四通形式，也能够推广至三进三出的六通，四进四出的八通等衍生阀门（图8、9），而且对于有流体调和配比的工况，可以加减阀板厚度实现分流调和（图10），根据流体1、2配比的需要可以在±Δθ范围内变化，用以调节分配比例。

本实用新型的换向阀在拆卸上下阀盖后，可抽离轴系及阀板，阀门内部可完全打开，各部件均能检修更换，无需切断焊接接管或拆卸法兰接管，满足了排盐、在线检修等熔盐系统特殊的应用要求。阀门通径大，不易冻堵，也给排盐及维修工作带来极大便利。阀体紧凑，有效降低散热及熔盐冻堵风险。切换时阀门高度无变化，运行空间占用小。在上下阀盖设置的电伴热，使熔盐流体的运行更为稳定可靠。扁平的上下阀盖有利于电伴热的贴壁敷设。

本实用新型的换向阀采用独特的联动杆传动结构，将竖向行程转化为径向旋转，同时在联动杆与上阀盖间设置波纹管，在内轴弹簧组件与下阀盖间设置内轴波纹管，解决了传统阀门竖向行程、径向旋转、流体外漏之间不相容的矛盾。内轴、连杆机构、连杆弹簧、支撑辐、闸板边缘等组成的压紧密封结构，解决了普通阀板边缘即难以密封又难以减小摩擦的难题。该两项创新也可以应用于闸阀、蝶阀等其他形式阀门。

以上对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但本实用新型并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本实用新型的范围之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。