基于分缸筒密封装置的有机质高压蒸汽闪爆设备的制作方法

本发明属于有机质处理领域，涉及一种基于分缸筒密封装置的有机质高压蒸汽闪爆设备。

背景技术：

大型容器类装置放气泄压速度的主要瓶颈在于放气截面积的大小，传统的放气阀结构，增大口径与提高开启速度是相互矛盾的，因此普遍存在泄压速度慢，处理效率低的问题。笼式弹射装置虽增大了放气口径和泄压速度，但是负载大，结构复杂，填料困难，且密封部位无保护，存在泄压效率低，密封圈受损严重，可靠性和维护性差等问题。

目前本领域常规的密封容器放气最大有效截面积为D为密封容器的外径。很难增加有效截面积，由于放气有效截面积的限制，加压泄压装置的泄压速度也很难提高，导致有机质处理无法达到理想的爆碎效果。如果克服传统方式的有效截面积的限制，提高泄压速度，是有机质处理领域急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于分缸筒密封装置的有机质高压蒸汽闪爆设备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于分缸筒密封装置的有机质高压蒸汽闪爆设备，包括分缸筒密封装置、气动开启机构、启盖装置和分离器；

所述分缸筒密封装置包括上缸筒、下缸筒；所述上缸筒包括位于底部的蒸汽阀口和位于侧部的出料口；所述下缸筒为两端开口的圆筒结构，套装在上缸筒的外侧，下缸筒与上缸筒滑动连接，当下缸筒滑动至最上端时，下缸筒封闭出料口，上缸筒密封；当下缸筒滑动至最下端时，完全打开出料口；

所述气动开启机构与下缸筒连接，用于驱动下缸筒上下滑动；

在上缸筒底部设置有吹尘装置，所述吹尘装置由套管、直管、弧形管组成，所述弧形管设置在出料口底端，套管与上缸筒的蒸汽阀口连通，套管通过直管与弧形管相连通，弧形管上开设有多个气孔；

所述启盖装置包括缸盖、锁紧圈、密封圈盖板、密封圈、万向球和翻转机构，其中缸盖与翻转机构连接，翻转机构与分缸筒密封装置的上缸筒连接，锁紧圈套装在上缸筒外缘的上端并高出上缸筒上端面，密封圈盖板位于上缸筒靠近上端的内壁延伸出的台阶面上，并与上缸筒内壁贴合后固定，密封圈位于密封圈盖板与上缸筒的台阶面之间，若干个万向球分布在上缸筒上，缸盖的边缘设有若干个沿圆周均匀分布的第一楔形齿，与锁紧圈上的若干个第二楔形齿通过啮合，实现启盖装置的开启与关闭，外部的第一液压缸与翻转机构连接，带动缸盖的开启与关闭，外部的第二液压缸连接在锁紧圈上，带动锁紧圈的转动；

所述分离器包括分离器壳体和排气管，分离器壳体上设置用于排出气体的排气管；所述分离器壳体上还设置有防冲击的衬板；所述分缸筒密封装置和气动开启机构设置在分离器壳体内部。

其中所述上缸筒具有中部密封，用于当下缸筒滑动至最上端时，上缸筒中部与下缸筒之间的连接部分的密封；所述下缸筒具有下部密封，用于当下缸筒滑动至最上端时，上缸筒底部与下缸筒之间的连接部分的密封。

其中出料口为多个，沿上缸筒的圆周方向分布，在上缸筒的表面，优选均匀分布，多个出料口的横截面弧长相加接近上缸筒横截面圆周周长，优选大于圆周周长的2/3，更优选大于圆周周长的90％；优选多个出料口的高度相同，大于上缸筒高度的三分之二。

其中所述上缸筒具有安装支耳，用于上缸筒的外部安装连接；下缸筒外部具有导轨，用于下缸筒上下滑动的导向。

其中所述气动开启机构包括气缸、关节轴承组件、大口径进气阀、大口径排气阀、普通进气阀；关节轴承组件用于连接气缸和分缸筒密封装置的下缸筒；大口径进气阀用于泄压时气缸的上腔快速充气；大口径排气阀用于气缸的下腔快速排气；普通进气阀用于下缸筒的上行复位时对气缸下腔充气。

其中所述分缸筒密封装置、气动开启机构、启盖装置均安装在安装架上，安装架设置在分离器内部，所述安装架包括底座、框架和缓冲装置，其中：所述框架位于底座上，包括底面、导轨支架、气动开启机构安装支架、启盖装置安装支架和上端面；所述导轨支架为多个，均匀分布在底面与上端面之间，并位于底面与上端面的外缘，用于安装加压泄压装置下缸筒的导轨；气动开启机构安装支架位于导轨支架中部内侧，用于安装气动开启机构的气缸；启盖装置安装支架位于框架上部的外侧，用于安装启盖装置的第一液压缸；上端面上放置加压泄压装置的安装支耳，支撑加压泄压装置；所述缓冲装置安装在底面上，用于下缸筒向下滑动至极限位置时，对下缸筒进行缓冲。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)采用多方向出料，增加排气出料面积，可以增加设备的出料效率。

(2)物料重量和蒸汽对外压力由上缸筒承受，气缸仅用于支撑和推动下缸筒，降低了对支撑气缸推力的需求。

(3)气动开启机构设置大口径进气阀，用于气缸的上腔快速充气，大口径排气阀，用于气缸的下腔快速排气。同时实现了增大排气口径与提高开启速度。

(4)在气缸活塞杆与下缸筒法兰之间增加万向轴承，在保证下缸筒正常上下运动的同时，大大降低了四个主气缸与下缸筒的配合精度要求，减低装配难度。

(5)采用半隐藏式密封结构，直接避免了出料过程中物料与密封位置的接触，增加了密封件的寿命和可靠性。

(6)具有吹尘装置，可保证结构上不积料，无需人工清理，结构简单易行，利用现有蒸汽即可，节约成本；使用吹尘装置后，可直接进行第二轮连续工作，保证了设备在连续使用过程中的密封性能和可靠性。

(7)本发明对启盖装置的结构进行了创新设计，缸盖与锁紧圈采用楔形齿互锁结构，密封可靠；可调节螺栓保证启闭盖动作到位精度；万向球结构保证了锁紧圈转动顺畅；安全联锁机构用于在启盖装置闭合后爆仓有压力的情况下，保证锁紧圈不发生转动。

(8)本发明设置安装架集成安装，使整个设备结构紧凑，克服了传统的有机质处理设备占用空间大的缺陷，降低生产及使用成本；使整个有机质处理设备模块化安装，便于安装和维护；此外设置模块化的缓冲装置，便于整体安装和替换。

(9)本发明将爆仓布置在分离器内，提高了厂房利用率，分离器容积比爆仓容积大一个数量级，使得气体膨胀后分离器内压力峰值进一步下降，因此分离器壁面可以做得更薄，节约材料。

附图说明

图1为本发明的分缸筒密封装置、气动开启机构和启盖装置的连接结构示意图；

图2为分缸筒密封装置结构示意图；

图3为分缸筒密封装置俯视图；

图4为气动开启机构的结构示意图；

图5为分缸筒密封装置工作过程示意图，其中图(a)为加压保压工序示意图；图(b)为快速卸荷工序示意图；

图6为增加吹尘装置后的分缸筒密封装置结构示意图；

图7为增加吹尘装置后的上缸筒的剖视图；

图8是图7的A处的局部放大图；

图9为吹尘装置的俯视图；

图10为启盖装置三维结构图；

图11为启盖装置结构示意图；

图12为启盖装置俯视图；

图13为启盖装置轴侧图；

图14为锁紧圈与上缸筒配合结构示意图；

图15为安装架结构示意图；

图16为安装架安装分缸筒密封装置、气动开启机构和启盖装置后的结构示意图；

图17为安装架俯视图；

图18为缓冲装置结构示意图；

图19为分离器结构示意图；

图20为分离器俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

参见图1，一种基于分缸筒密封装置的有机质高压蒸汽闪爆设备，包括分缸筒密封装置1、气动开启机构2、启盖装置3、安装架6和分离器4。

参见图2，分缸筒密封装置1包括：上缸筒1-1、下缸筒1-2、蒸汽加注口1-4、安装支耳1-5、中部密封组件1-6、下部密封组件1-7、上部密封组件1-8。所述上缸筒1-1包括位于底部的蒸汽阀口1-4和位于侧部的出料口1-9；下缸筒1-2为两端开口的圆筒结构，蒸汽管道通过下端开口与蒸汽阀口1-4连接，下缸筒1-2与上缸筒1-1滑动连接，当下缸筒1-2滑动至最上端时，下缸筒1-2封闭出料口1-9，上缸筒1-1密封；当下缸筒1-2滑动至最下端时，完全打开出料口1-9，加压泄压装置排出蒸汽和物料；启盖装置3中的缸盖3-1封盖在上缸筒1-1的顶端；气动开启机构2用于驱动下缸筒1-2上下滑动。

其中，上缸筒1-1为圆周方向均布带若干出料口1-9的圆柱筒体，上端开口，底部封闭，下缸筒1-2嵌套在上缸筒1-1的外部，上、下缸筒之间存在两处动密封，分别为中部密封组件1-6和下部密封组件1-7，上盖3-1与上缸筒1-1之间通过上部密封组件1-8实现密封。中部密封组件1-6和下部密封组件1-7的间距可以调整，使中下两处动密封都能同时达到一个较好的密封状态；上下两端的封头设计可以更好的控制因高温高压而产生的变形，从而保证密封效果。

分缸筒密封装置通过导轨连接在安装架上。其中，导轨的滑块连接到下缸筒的安装支耳1-10上，导轨与安装架焊接，上缸筒安装支耳1-5与安装架通过螺栓固定连接。

容器放气口径越大，排气泄压速度越快，容器的最大有效放气口径为容器直径。本发明设置四个出料口1-9，在四周均匀分布，出料口位于中部密封1-6与下部密封1-7之间，宽度接近1/4圆周，该宽度在保证上缸筒自身支撑的情况下，尽量宽，实际使用中保证四个宽度相加达到2/3圆周，优选达到9/10圆周；本发明中设计的密封装置放气等效截面积A而可以达到或大于密封装置直径对应的截面积S，从而提高放气速度，实现仓内压力的快速卸荷。

设上缸筒1-1的外径为D，出料开启高度等于出料口高度为H，则放气等效截面积A＝H·π·D。而本领域常规的密封容器放气最大有效截面积为D为密封容器的外径。通过对比可知，本发明提高了放气等效截面积，从而提高了放气泄压的速度。

参见附图4，气动开启机构2包括气缸2-1、关节轴承组件2-2、大口径进气阀2-3、大口径排气阀2-4和普通进气阀2-5，其中关节轴承组件2-2用于连接气缸2-1和下缸筒1-2，大口径进气阀2-3安装在气缸2-1上部的一侧，大口径排气阀2-4和普通进气阀2-5均安装在气缸2-1下部，其中大口径进气阀2-3用于泄压时气缸2-1的上腔快速充气，大口径排气阀2-4用于气缸2-1的下腔快速排气，普通进气阀2-5用于下缸筒1-2上行复位时对气缸2-1的下腔充气。为了实现下缸筒1-2的快速下行，实现快速泄压，气动开启机构设置大口径进气阀2-3，用于气缸的上腔快速充气，大口径排气阀2-4，用于气缸的下腔快速排气；为了保持系统工作稳定可靠，下缸筒1-2的上行复位采用普通进气阀2-5对气缸下腔充气，普通排气阀对气缸上腔排气。需快速下行时，打开大口径进气阀2-3，使气缸的上腔快速充气，同时开启大口径排气阀2-4，使气缸的下腔快速排气。

分缸筒密封装置的工作过程如下，参见图5，装填物料后，将高温高压的蒸汽通过蒸汽阀口1-4通入装置内，使装置内部压力达到2～3MPa，温度达到200～250℃，装置设有压力和温度传感器，通过螺栓与上缸筒1-1连接，用于实时监测装置内的压力和温度。达到目标压力后，停止蒸汽供给，开始按预定的时间长度进行保压。保压结束后，通过气动开启机构驱动气缸，使气缸上腔进气，下腔排气，气缸缩回，推动下缸筒1-2运动，从中部密封处打开分缸筒密封装置，实现快速泄压和物料排出。

在工作过程中，会有物质黏搭在结构上，从而影响设备密封性能，为了解决这个问题，参见图6，在上缸筒1-1底部设置有吹尘装置1-11，参见图6-9，所述吹尘装置1-11由套管a、直管b、弧形管c相互焊接组成，所述弧形管c设置在上缸筒1-1的每个出料口1-9底端，套管a位于中心位置且与上缸筒1-1的蒸汽阀口1-4连通，套管a通过四根直管b与弧形管c相连通(直管b起到将一路高压蒸汽分成多路蒸汽效果)，弧形管c上等间距的开设有多个气孔d，当完成一次泄压爆破后，高压蒸汽从蒸汽阀口1-4依次沿套管a、直管b、弧形管c从气孔d喷射而出，将积料吹除。

如图10所示为启盖装置三维结构图，图11为启盖装置结构示意图，图12所示为启盖装置俯视图，由图可知，所述启盖装置3包括缸盖3-1、锁紧圈3-2、密封圈盖板3-4、密封圈3-5、万向球3-6、翻转机构3-7和安全联锁机构3-12，其中翻转机构3-7的一端与缸盖3-1上的两个吊耳铰接，另一端与四个耳片铰接后，四个耳片与分缸筒密封装置的外壁固定连接。外部的第一液压缸3-10与翻转机构3-7之间通过铰接连接，带动缸盖3-1的开启与关闭。外部的第二液压缸3-11固定安装在锁紧圈3-2的下端面上，带动锁紧圈3-2的转动。如图13所示为启盖装置轴侧图。

如图10-14所示，锁紧圈3-2套装在分缸筒密封装置的上缸筒外缘的上端并高出上缸筒上端面，密封圈盖板3-4位于上缸筒靠近上端的内壁延伸出的台阶面上，并与上缸筒内壁面贴合后通过多个螺栓固定连接，密封圈3-5压紧在密封圈盖板3-4与上缸筒的台阶面之间，密封圈盖板3-4的上表面与上缸筒的上端面齐平或低于上缸筒的上端面。缸盖3-1的边缘设有若干个沿圆周均匀分布的第一楔形齿3-8，与锁紧圈3-2上的若干个第二楔形齿3-9通过啮合或错开，实现启盖装置的开启与关闭，齿的楔形结构保证了盖缘与爆仓之间密封圈的压合量，保证密封可靠，本实施例中第一楔形齿3-8与第二楔形齿3-9均为20个，且楔形齿形状均为等腰梯形，楔形齿厚度为60～70mm。密封圈盖板3-4的厚度为8～12mm。

如图14所示为锁紧圈与上缸筒配合结构示意图，锁紧圈3-2的第二楔形齿3-9下方沿锁紧圈3-2的内壁开设有环形槽，与上缸筒外表面的环形凸台相配合，环形凸台的上表面均匀分布有若干个凹槽，若干个万向球3-6均匀分布在上述凹槽内，万向球3-6保证锁紧圈3-2与上缸筒的接触面之间摩擦减小，使得转动更加灵活。本实施例中有12个万向球3-6。

如图10所示，安全联锁机构3-12包括挡板和限位块，其中挡板固定安装在上缸筒上，限位块固定安装在锁紧圈3-2上，用于在启盖装置闭合后爆仓有压力的情况下，保证锁紧圈3-2不发生转动。

锁紧圈3-2为分体式结构，由两个半环套装在上缸筒外缘的上端后，通过两个连接板3-13连接为整体圆环结构。

翻转机构3-7为板式结构，由厚板组焊而成，通过液压缸来实现翻转动作，翻转动作的准确性通过两个可调整的螺栓来调节。翻转机构3-7包括的两个调节螺栓3-14，位于翻转机构3-7上与缸盖3-1连接的一端，用于调整缸盖3-1的位置，保证缸盖3-1与锁紧圈3-2的配合。

启盖装置的工作原理如下：

开盖过程：上缸筒内显示无压力时，第二液压缸3-11得到电信号后发生伸出动作，驱动锁紧圈3-2旋转一个齿的角度(9度)，此时缸盖3-1上的第一楔形齿3-8与锁紧圈3-2上的第二楔形齿3-9处于脱开状态，安全连锁机构3-12显示到位后，第一液压缸3-10得到电信号，发生缩回动作，通过翻转机构3-7使缸盖3-1打开。

闭盖过程：上缸筒内显示无压力时，第二液压缸3-11得到电信号后发生缩回动作，驱动锁紧圈3-2反向旋转一个齿的角度(9度)，此时缸盖3-1上的第一楔形齿3-8与锁紧圈3-2上的第二楔形齿3-9处于啮合状态，密封圈3-5也保证了一定的压合量，安全连锁机构3-12显示到位后，第一液压缸3-10得到电信号，发生伸出动作，通过翻转机构3-7使缸盖3-1闭合。

缸盖启闭过程中，通过调节螺栓3-14对缸盖3-1的位置进行微调，防止缸盖3-1在启闭过程中与锁紧圈3-2发生干涉。整个操作过程是全自动的也是互相连锁，保证装置在运行过程的安全性。

如图15所示为所述安装架6结构示意图；分缸筒密封装置1、气动开启机构2和启盖装置3均安装在安装架6上，安装架6包括底座6-1、框架6-2和缓冲装置6-8，其中：所述框架6-2位于底座6-1上，包括底面6-3、导轨支架6-4、气动开启机构安装支架6-5、启盖装置安装支架6-6和上端面6-7；所述导轨支架6-4为多个，均匀分布在底面6-3与上端面6-7之间，并位于底面6-3与上端面6-7的外缘，用于安装分缸筒密封装置下缸筒1-2的导轨；气动开启机构安装支架6-5位于导轨支架6-4中部内侧，用于安装气动开启机构2的气缸2-1；启盖装置安装支架6-6位于框架6-2上部的外侧，用于安装启盖装置3的第一液压缸3-10；上端面6-7上放置分缸筒密封装置1上缸筒的安装支耳1-5，以支撑分缸筒密封装置1；所述缓冲装置6-8安装在底面6-3上，用于下缸筒1-2向下滑动至极限位置时，对下缸筒进行缓冲。还具有气缸支撑6-9，位于底座6-1上，与气动执行机构安装支架6-5相对应，气缸支撑6-9具有连接在底座6-1上的支承座6-10，旋入支承座6-10的调节螺栓以及锁紧调节螺栓的锁紧螺母，调节螺栓用于支撑气动执行机构的气缸，并调节气缸高度。安装架主体主要由型材焊接而成，与设备各部分的连接主要通过预留的螺栓接口连接，如图17所示为本发明安装架俯视图。如图16所示为安装架安装分缸筒密封装置1、气动开启机构2和启盖装置3后的结构示意图。

如图18所示为本发明缓冲装置结构示意图；缓冲装置6-8包括骨架6-81，弹簧6-84，弹簧导向6-83，弹簧保护罩6-82；其中，弹簧导向6-83的下端固定在所述底面6-3上，弹簧导向6-83的外侧套装弹簧6-84，弹簧6-84外部设置弹簧保护罩6-82；骨架6-81固定在弹簧保护罩6-82的上端。其中八边形缓冲骨架6-81上分布有橡胶垫，通过螺栓固定在骨架上，用于消除缓冲碰撞时的噪音。弹簧保护罩6-82主要用于保护弹簧组不受到直接污染。弹簧导向6-83用于分隔弹簧6-84的内外两圈弹簧，并起到导向作用。弹簧导向下端均布6个螺纹孔，通过螺栓与支架固定连接。

所述导轨支架6-4的支撑管为空心钢管，空心部分用于启盖装置气缸的供气，该气缸用于锁紧圈3-2的开启(启盖液压缸用于缸盖开启)，启盖装置的电缆从空心钢管内通过，实现电缆防护。

如图19所示为本发明分离器结构示意图，图20为本发明分离器俯视图，由图可知分离器4包括分离器壳体4-1、排气管4-7，其中内部装有物料的分缸筒密封装置1置于分离器壳体4-1内部，分缸筒密封装置1上设有的出料口1-9，用于喷出夹带物料的气体，周向封闭的分离器壳体4-1上设置有两个排气管4-7，用于排出气体；分离器壳体4-1上还设置有防冲击的衬板4-5，高速喷出的气体中的物料在衬板上缓冲和减速。

分离器的工作原理为：分缸筒密封装置1打开后，高压气体携带物料从分缸筒密封装置的出料口1-9喷出，分缸筒密封装置1中喷出的大块物料将直接落在分离器壳体4-1的衬板4-5上，再掉到分离器底部。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。