1500℃超高温阀门的水冷阀杆结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于阀门制造技术领域，涉及一种用于超过金属熔化温度的超高温工况下的阀门中与介质接触的阀杆的结构，具体指一种能满足1500°c超高温介质的具有水冷结构的阀杆结构。
【背景技术】
[0002]在800°C左右较低温度等级的高温阀门，国内外有完全采用非金属制作的阀门，但由于非金属材料的属性不能满足急冷急热及高压工况的要求。国内外还有采用水冷措施使阀门能正常工作的，但这样会使介质的热损失太大，会使阀门出口介质达不到试验的要求，因而不能被采用。根据目前国内外相关资料，在抗高温领域，没有能满足1500°C超高温高压高速工况下能安全工作的阀门。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型提供一种能在超过金属熔化温度的超高温工况下安全可靠运行的阀门的水冷阀杆结构。
[0004]为此，所采用的技术方案为:
[0005]一种1500°C超高温阀门的水冷阀杆结构，包括阀杆，所述阀杆为变径结构，且该阀杆上设置单循环水冷结构。
[0006]所述阀杆由阀杆主体和阀杆接头固接而成，该阀杆主体外部由具有大直径段和小直径段的两部分通过过渡段连接而组成变径结构。
[0007]所述阀杆主体和阀杆接头固接后，内部具有贯通的第一空腔；所述阀杆主体的大直径段端部的壁厚上加工有第一孔，该第一孔和所述第一空腔贯通；阀杆主体的大直径段的外周上加工有槽道，该槽道延伸至阀杆主体的小直径段的端部后汇集成环槽，该环槽处的阀杆主体的壁厚上加工有第二孔；所述阀杆主体的外周配装和变径的阀杆主体外周相适配的变径阀杆套，该变径阀杆套的内壁和槽道间形成外流道，该外流道和所述第一孔贯通；水冷内管一端和所述阀杆主体的第一空腔内壁密封连接，另一端和所述第一空腔内壁间具有第二流道，所述第二孔和该第二流道贯通。
[0008]分布在所述阀杆主体大、小直径段的槽道宽度不同。
[0009]分布在阀杆主体大直径段的槽道宽度比分布在阀杆主体小直径段的槽道宽度窄。
[0010]所述第二孔在阀杆主体的轴向分布若干排，该若干排第二孔在阀杆主体的径向截面上均布。
[0011]本实用新型的变径结构，是一种满足高压工况阀杆的防飞出结构，并在阀杆主体外周面上加工宽窄不同、数量不同的水冷槽，以分别满足各自工况的要求。大直径段处的阀杆主体上槽道窄、数量多，该部位在阀门内直接受到高温介质的冲刷，工况恶劣，需要散热效果好，小直径段处的阀杆主体上槽道宽、数量少，没有高温介质的冲刷，但主要起到支撑作用。本实用新型使得冷却水在阀杆主体、阀杆套、水冷内管、阀杆接头形成的空间中流动，达到一个水冷却系统完整的单循环。水冷内管部位的O型圈既防止了进水从水冷内管底部进入出口部位，又防止了出口的水从O型圈密封处到达进口，形成了一个完整的单循环水冷，经传热热力计算得阀杆在1500°c超高温的工况下能够安全可靠运行。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型结构示意图；
[0013]图2为本实用新型阀杆主体剖切结构示意图；
[0014]图3为图2中的A A向剖视图；
[0015]图4为图2中的B B向剖视图；
[0016]图5为本实用新型阀杆主体外观结构示意图；
[0017]图6为图5中的C-C剖视图；
[0018]图7为图5中的D - D剖视图；
[0019]图8为本实用新型阀杆接头结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0021]一种1500°C超高温阀门的水冷阀杆结构，包括阀杆，所述阀杆为变径结构，且该阀杆上设置单循环水冷结构。
[0022]如图1所示，所述阀杆由阀杆主体I和阀杆接头7焊接而成，该阀杆主体I外部由具有大直径段和小直径段的两部分通过过渡段连接而组成变径结构。
[0023]所述阀杆主体I和阀杆接头7固接后，内部具有贯通的第一空腔1-1 ;所述阀杆主体I的大直径段端部的壁厚上加工有第一孔1-2，该第一孔1-2和所述第一空腔1-1贯通；阀杆主体I的大直径段的外周上加工有槽道1-5，该槽道1-5延伸至阀杆主体I的小直径段的端部后汇集成环槽1-3，该环槽1-3处的阀杆主体I的壁厚上加工有第二孔1-4 ;所述阀杆主体I的外周配装和变径的阀杆主体I外周相适配的变径阀杆套2，该变径阀杆套2的内壁和槽道1-5间形成外流道，该外流道和所述第一孔1-2贯通；变径阀杆套2的小端和阀杆接头7的头部焊接连接。水冷内管6 —端和所述阀杆主体I的第一空腔1-1内壁通过O型密封圈密封连接，另一端和所述第一空腔1-1内壁间具有第二流道，所述第二孔1-4和该第二流道贯通。本实用新型中水冷内管6的设计使得阀杆水冷系统出水可靠，O型密封圈防止了出水逆流，使冷却水在此形成的空间中流动，达到一个完整的单循环。
[0024]分布在所述阀杆主体I大、小直径段的槽道宽度不同。分布在阀杆主体I大直径段的槽道宽度比分布在阀杆主体I小直径段的槽道宽度窄。具体为:如图2、3、4所示，阀杆主体I的大直径段的外周上加工有48个5mm宽1mm深的槽道，该槽道在阀杆主体的过渡段4的位置发生了变化，在此，槽道2个汇合成I个，由48个5mm宽1mm深的槽道变为24个8mm宽1mm深的槽道并一直延伸至阀杆主体小直径段。槽道的这种结构达到了流量的平衡。
[0025]如图5、6、7所不,所述第二孔1-4在阀杆主体I的轴向分布若干排,该若干排第二孔在阀杆主体1-4的径向截面上均布。如图5、6、7所示，该实施例中第二孔加工有两排，每排各4个孔，冷却水从环槽处的上下8个孔中排出后进入水冷内管6外壁与阀杆主体I空腔内壁形成的环状空间排出。为了在试压阶段将试压水排干净，将阀杆主体I环槽处的某一排处的4个第二孔贴近台阶处加工，详见图5。
[0026]本实用新型的阀杆接头7的螺纹部位与相应的连接件连接后在驱动装置的带动下进行升降运动，阀门分别处于关闭和开启状态。本实用新型水平放置，阀杆与阀座贴合，达到密封，阀杆上行阀门开启，为了保证运动过程中与阀盖孔的磨擦，阀杆套外表面喷涂钴基硬质合金。
[0027]本实用新型的冷却过程:冷却水从水冷内管6进水通过阀杆主体I中心进入，到达阀杆主体I大直径段端部四周布满的第一孔位置时，从第一孔中流出到达阀杆主体与阀杆套形成的槽道中，阀杆主体I两端不同规格数量的槽道分别从阀杆主体两头分别加工，冷却水流经阀杆主体小直径段的端部时，各槽道汇合成一环槽，环槽上设有若干排均布的第二孔，此时冷却水从环槽处的第二孔中排出经过水冷内管外壁与空腔形成的环状空间排出，达到整个一个循环过程，以确保金属阀杆在满足正常的机械性能下工作。
[0028]本实用新型为超高温高压高速风洞试验中使用的阀门，安装在空气加热器出口与超声速风洞喉管喷管之间的关键部位，在风洞实验中用于开启和关闭风洞高温空气源，是工程系统的关键设备。在抗高温领域，1500°C超高温阀门尚属首次。
[0029]所述风洞试验的主要工作流程中本实用新型的动作过程:
[0030]①、预热阶段:
[0031]预热时间约24小时，此时本实用新型处于关闭状态，隔热衬里前端有8米的管道，通过此管道将加热器和阀门连接起来，此时隔热衬里内的气压为当地标准大气压；经过24小时的预热后加热器中的温度达到1500°C，隔热衬里内的空气处于非流动状态。
[0032]②、加热空气阶段:
[0033]经过24小时的预热后加热器中的温度达到1500°C时，开启加热器上的阀门使得5.0MPa的空气进入加热器中，此时本实用新型处于关闭状态。再次加热约3分钟使得空气充分进行热交换。此时阀门内腔承受5.0M Pa、1500°C的高温空气。
[0034]③、阀门开启阶段:
[0035]阀腔内部压力和温度达到5.0M Pa、1500°C时，本实用新型在I秒钟内迅速开启，流速为60m/s的高温空气充入阀门并通过阀座流出，高温空气持续流动时间20秒。
[0036]④、阀门关闭阶段:
[0037]高温空气持续流动时间20秒后，本实用新型缓慢关闭，并截断加热器5.0MPa气源，阀内温度下降，气压为当地标准大气压。重新加热至1500°C时间约6个小时，再准备下一次开启阀门。
【主权项】
1.一种1500°C超高温阀门的水冷阀杆结构，包括阀杆，其特征在于:所述阀杆为变径结构，且该阀杆上设置单循环水冷结构；所述阀杆由阀杆主体(I)和阀杆接头(7)固接而成，该阀杆主体(I)外部由具有大直径段和小直径段的两部分通过过渡段连接而组成变径结构；所述阀杆主体(I)和阀杆接头(7)固接后，内部具有贯通的第一空腔(1-1);所述阀杆主体(I)的大直径段端部的壁厚上加工有第一孔(1-2)，该第一孔(1-2)和所述第一空腔(1-1)贯通；阀杆主体(I)的大直径段的外周上加工有槽道(1-5)，该槽道(1-5)延伸至阀杆主体(I)的小直径段的端部后汇集成环槽(1-3)，该环槽(1-3)处的阀杆主体(I)的壁厚上加工有第二孔(1-4);所述阀杆主体(I)的外周配装和变径的阀杆主体(I)外周相适配的变径阀杆套(2)，该变径阀杆套(2)的内壁和槽道(1-5)间形成外流道，该外流道和所述第一孔(1-2)贯通；水冷内管(6)—端和所述阀杆主体(I)的第一空腔(1-1)内壁密封连接，另一端和所述第一空腔(1-1)内壁间具有第二流道，所述第二孔(1-4)和该第二流道贯通。
2.根据权利要求1所述的一种1500°C超高温阀门的水冷阀杆结构，其特征在于:分布在所述阀杆主体(I)大、小直径段的槽道宽度不同。
3.根据权利要求2所述的一种1500°C超高温阀门的水冷阀杆结构，其特征在于:分布在阀杆主体(I)大直径段的槽道宽度比分布在阀杆主体(I)小直径段的槽道宽度窄。
4.根据权利要求1所述的一种1500°C超高温阀门的水冷阀杆结构，其特征在于:所述第二孔(1-4)在阀杆主体(I)的轴向分布若干排，该若干排第二孔在阀杆主体(I)的径向截面上均布。
【专利摘要】一种1500℃超高温阀门的水冷阀杆结构，包括阀杆，所述阀杆为变径结构，且该阀杆上设置单循环水冷结构。所述阀杆由阀杆主体和阀杆接头固接而成，该阀杆主体外部由具有大直径段和小直径段的两部分通过过渡段连接而组成变径结构。本实用新型使得冷却水在阀杆主体、阀杆套、水冷内管、阀杆接头形成的空间中流动，达到一个水冷却系统完整的单循环。水冷内管部位的Ο型圈既防止了进水从水冷内管底部进入出口部位，又防止了出口的水从Ο型圈密封处到达进口，形成了一个完整的单循环水冷，经传热热力计算得阀杆在1500℃超高温的工况下能够安全可靠运行。
【IPC分类】F16K51-00, F16K49-00
【公开号】CN204403548
【申请号】CN201420768073
【发明人】陈清流, 董霞, 张琳, 陈文鑫, 乐精华
【申请人】兰州高压阀门有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年12月9日