一种碳纤维石墨化炉及其气封装置的制作方法

本实用新型涉及一种碳纤维石墨化炉及其气封装置。

背景技术：

高模量碳纤维因其高模量、高导热导电性、尺寸稳定性等优点在碳纤维领域有着不可取代的地位，高模量纤维必须经过高温石墨化设备处理后方可达到高模量的性能，石墨化设备运行过程中需通入惰性气体保护，纤维连续运行时，炉体两端需要气封装置防止环境中的空气气氛进入石墨化设备内部，以保护石墨部件处在惰性气氛中，因此气封装置的结构设计对于石墨化设备及石墨化过程至关重要。

例如，申请公开号为CN 1746345 A的中国专利公开了一种生产石墨化纤维的方法及装置，包括不锈钢炉体，不锈钢炉体的两端分别为进丝口和出丝口，进丝口和出丝口上均设有迷宫板气封装置，在炉体对在炉腔内的穿过的纤维加热过程中，通过气封装置向炉腔内充入惰性气体，使石墨纤维处于惰性气氛中。但是，现有的气封装置的结构过于复杂，设计和制作成本高，致使石墨化炉的制造成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单的气封装置，本实用新型的目的还在于提供一种使用该气封装置的碳纤维石墨化炉 。

本实用新型中气封装置的技术方案是：一种气封装置，其特征在于：包括用于串接在炉体的进丝口或出丝口的主套筒，主套筒的内壁上固定有布气板，布气板沿主套筒轴向的至少一端的布气板端面与主套筒内壁上的相对应的套筒壁面之间形成布气缝隙，主套筒的筒壁上设有与布气缝隙相连通的进气口。

主套筒的内壁上设有用于布气板安装的安装槽，安装槽沿布气板的轴向的两端的槽侧壁构成套筒壁面，布气板的两端的布气板端面分别与相对应的套筒壁面均形成布气缝隙。

布气板为与主套筒同轴套配的套筒形结构，安装槽为环形安装槽。

主套筒包括至少两个分体设置的且在沿主套筒的周向上相对扣的周向分瓣，各周向分瓣的内壁上设有分瓣凹槽，各周向分瓣的分瓣凹槽在沿主套筒的周向上相对接围成用于布气板安装的环形安装槽。

主套筒包括上下设置的两个周向分瓣，两个周向分瓣在沿主套筒的周向上相对接后通过焊接相固定。

主套筒包括至少两个分体设置的且在沿主套筒的轴向上相对扣的轴向分瓣，各轴向分瓣的内壁上设有环形的分瓣凹槽，各分瓣凹槽在沿主套筒的轴向上相对接以形成环形安装槽。

进气口位于布气板两端的两个布气板端面之间，布气板的外周面和/或主套筒的内壁上设有用于连通进气口与布气缝隙的引气通道。

引气通道包括沿布气板周向间隔布置的多个轴向引气通道，引气通道还包括沿布气板周向设置的周向引气通道，周向引气通道与进气口相连通并且周向引气通道沿布气板的周向将各轴向引气通道串接连通。

主套筒的两端设有端盖，两端盖之间固定有间隔套装在主套筒外部的冷却套筒，冷却套筒、两端盖和主套筒围成环形的冷却腔室，冷却套筒上开设有供冷却液注入冷却腔室中的注液口，进气口上设有从冷却套筒穿出的进气接头。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的技术方案是：一种碳纤维石墨化炉，包括炉体，炉体的两端设有供纤维丝穿入的进丝口和供纤维丝穿出的出丝口，进丝口和出丝口上分别装配有气封装置，气封装置包括用于串接在炉体的进丝口或出丝口的主套筒，主套筒的内壁上固定有布气板，布气板沿主套筒轴向的至少一端的布气板端面与主套筒内壁上的相对应的套筒壁面之间形成布气缝隙，主套筒的筒壁上设有与布气缝隙相连通的进气口。

主套筒的内壁上设有用于布气板安装的安装槽，安装槽沿布气板的轴向的两端的槽侧壁构成套筒壁面，布气板的两端的布气板端面分别与相对应的套筒壁面均形成布气缝隙。

布气板为与主套筒同轴套配的套筒形结构，安装槽为环形安装槽。

主套筒包括至少两个分体设置的且在沿主套筒的周向上相对扣的周向分瓣，各周向分瓣的内壁上设有分瓣凹槽，各周向分瓣的分瓣凹槽在沿主套筒的周向上相对接围成用于布气板安装的环形安装槽。

主套筒包括上下设置的两个周向分瓣，两个周向分瓣在沿主套筒的周向上相对接后通过焊接相固定。

主套筒包括至少两个分体设置的且在沿主套筒的轴向上相对扣的轴向分瓣，各轴向分瓣的内壁上设有环形的分瓣凹槽，各分瓣凹槽在沿主套筒的轴向上相对接以形成环形安装槽。

进气口位于布气板两端的两个布气板端面之间，布气板的外周面和/或主套筒的内壁上设有用于连通进气口与布气缝隙的引气通道。

引气通道包括沿布气板周向间隔布置的多个轴向引气通道，引气通道还包括沿布气板周向设置的周向引气通道，周向引气通道与进气口相连通并且周向引气通道沿布气板的周向将各轴向引气通道串接连通。

主套筒的两端设有端盖，两端盖之间固定有间隔套装在主套筒外部的冷却套筒，冷却套筒、两端盖和主套筒围成环形的冷却腔室，冷却套筒上开设有供冷却液注入冷却腔室中的注液口，进气口上设有从冷却套筒穿出的进气接头。

本实用新型的有益效果是：主套筒的内壁上固定有布气板，布气板沿主套筒轴向的至少一端的布气板端面与主套筒内壁上的相对应的套筒壁面之间设有布气缝隙，主套筒的筒壁上设有与布气缝隙相连通的进气口。在使用时，保护气体从进气口进入，通过布气缝隙进入到主套筒的内腔中，保护气体在布气缝隙处形成密封气帘，密封气帘阻挡外部空气进入到炉体内，使纤维在保护气体的气氛中进行反应。本实用新型中利用布气缝隙在主套筒的内腔中形成密封气帘以阻挡外部空气入侵，气封装置的结构简单，制作成本低。

进一步地，主套筒包括至少两个分体设置的且沿主套筒的周向上相对扣的周向分瓣，各周向分瓣的内壁上设有分瓣凹槽，各分瓣凹槽相对接以围成用于布气板安装的环形安装槽。在安装时，先将套筒形结构的布气板安装在其中一个周向分瓣上，然后再与其余的周向分瓣相对扣，主套筒采用这样的分体结构，方便将布气板安装于环形安装槽内。

附图说明

图1为本实用新型中碳纤维石墨化炉的实施例中气封装置的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2中A处的局部放大图。

图中：1、主套筒；2、布气板；3、进气接头；4、出气接头；5、入口端法兰；6、出口端法兰；7、冷却套筒；8、注液口；9、排液口；10、套筒壁面；11、布气板端面；12、布气缝隙。

具体实施方式

本实用新型中碳纤维石墨化炉的实施例，如图1至图3所示。碳纤维石墨化炉包括炉体，炉体的两端分别设有供纤维丝进入的进丝口和供纤维丝抽出的出丝口，进丝口和出丝口上分别装配有气封装置。气封装置包括用于串接在炉体的进丝口或出丝口的主套筒1，主套筒1包括两个分体设置的且在沿主套筒的周向上相对扣的周向分瓣，两个周向分瓣的横截面均为C形，两个周向分瓣上下布置并相对扣围成的主套筒1的横截面为矩形。各周向分瓣的内壁上均开设有分瓣凹槽，各周向分瓣的分瓣凹槽相对接围成环形安装槽，环形安装槽内固设有与主套筒同轴设置的布气板2，布气板2为套筒形结构。环形安装槽沿布气板的轴向的两端的槽侧壁称为套筒壁面10，布气板沿主套筒轴向的两端的布气板端面11与相对应的套筒壁面之间均形成布气缝隙12，布气缝隙12为连续的环形。

主套筒1的筒壁上于布气板两端的两个布气板端面之间设有进气口，进气口与布气缝隙之间通过设于主套筒1内壁和布气板2的外周面上的引气通道相连通。引气通道包括设于布气板的外周面上的沿布气板的周向间隔布置的多个轴向引气通道，布气板2的外周面上间隔设置有多个长度沿布气板的轴向延伸的布气板轴向引气槽，布气板轴向引气槽的槽底与布气板的外周面围成轴向引气通道。引气通道还包括设于主套筒内壁上的沿布气板周向延伸的周向引气通道，环形安装槽的槽底设有沿布气板的周向延伸的套筒周向引气槽，套筒周向引气槽的槽底与布气板的外周面围成周向引气通道，周向引气通道为环形的。周向引气通道与进气口相连通并且周向引气通道沿布气板的周向将各轴向引气通道串接连通。

主套筒1的两端分别为主套筒入口端和主套筒出口端，主套筒入口端和主套筒出口端上均设有端盖，端盖为法兰，设于主套筒人口端的法兰为入口端法兰5，设于主套筒出口端的法兰为出口端法兰6，入口端法兰5和出口端法兰6的截面均为矩形。主套筒的外周上间隔套设有与主套筒同轴的冷却套筒7，冷却套筒7的横截面为矩形，冷却套筒7的两端分别与入口端法兰、出口端法兰通过焊接相固定，冷却套筒7的内壁面、两端盖和主套筒的外周围成环形的冷却腔室，冷却套筒的筒壁上开设有供冷却液注入冷却腔室中的注液口8和供冷却液从冷却腔室中排出的排液口9，注液口8处于冷却套筒的下侧，排液口9处于冷却套筒的上侧。主套筒的筒壁上还设有出气口，进气口上安装有进气接头3，出气口上安装有出气接头4，进气接头3和出气接头4的内端均焊接固定在主套筒1的筒壁上，冷却套筒上还开设有分别供进气接头和出气接头穿过的穿孔，进气接头和出气接头的外端从对应穿孔穿出且焊接固定在冷却套筒上，进气接头和出气接头对称布置在主套筒的左右两侧。

气封装置作为连续型高温石墨化炉的一个组件，将主套筒入口端与石墨化炉入口端的冷却段通过法兰连接，将主套筒出口端与石墨化炉出口端通过法兰连接，气封装置在石墨化炉出口端的连接与入口端采用相同的连接方式，在石墨化炉连续运行开始前，将惰性气体接入石墨化炉入口端的气封装置的进气接头3上和出口端的气封装置的进气接头3上，气体依次经过进气接头、进气口、周向引气通道、轴向引气通道、布气缝隙均匀流向气封装置的主套筒内部，形成两道密封气路，阻隔环境中的空气气氛进入到石墨化设备内部，以保证石墨部件处在惰性气氛中。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，在制作气封装置时，先将布气板安装于其中一个周向分瓣的分瓣凹槽中，再将另一个周向分瓣对扣上以使布气板完全处于环形安装槽中，然后再将两个周向分瓣通过焊接相固定，布气板的安装简单方便。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，引气通道设于主套筒内壁和布气板的外周面上。周向引气通道设于布气板的外周面上，布气板的外周面上设有沿布气板的周向延伸的布气板周向引气槽，布气板周向引气槽的槽底与主套筒的内壁围成周向引气通道。轴向引气通道设于主套筒的内壁上，主套筒的内壁上设有沿布气板的轴向延伸的套筒轴向引气槽，套筒轴向引气槽的槽底与布气板的外周面围成轴向引气通道。周向引气通道与进气口相连通并且周向引气通道沿布气板的周向将各轴向引气通道串接连通。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，引气通道设于主套筒内壁和布气板的外周面上。布气板的外周面上设有沿布气板的周向延伸的布气板周向引气槽，主套筒的内壁上设有沿布气板的周向延伸的套筒周向引气槽，布气板周向引气槽与套筒周向引气槽对扣形成周向引气通道。布气板的外周面上设有沿布气板的轴向延伸的布气板轴向引气槽，主套筒的内壁上设有沿布气板的轴向延伸的套筒轴向引气槽，布气板轴向引气槽与套筒轴向引气槽相对扣形成轴向引气通道。周向引气通道与进气口相连通并且周向引气通道沿布气板的周向将各轴向引气通道串接连通。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，引气通道设于布气板的外周面上。布气板的外周面上设有沿布气板的周向延伸的布气板周向引气槽，布气板周向引气槽的槽底与主套筒的内壁之间形成周向引气通道。布气板的外周面上设有沿布气板的轴向延伸的布气板轴向引气槽，布气板轴向引气槽的槽底与主套筒的内壁形成轴向引气通道。周向引气通道与进气口相连通并且周向引气通道沿布气板的周向将各轴向引气通道串接连通。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，引气通道设于主套筒的内壁上。套筒的内壁上设有沿布气板的周向延伸的套筒周向引气槽，套筒周向引气槽的槽底与布气板的外周面围成周向引气通道。主套筒的内壁上设有沿布气板的轴向延伸的套筒轴向引气槽，套筒轴向引气槽的槽底与布气板的外周面围成周向引气通道。周向引气通道与进气口相连通并且周向引气通道沿布气板的周向将各轴向引气通道串接连通。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，可省去周向引气通道，进气口与轴向引气通道相连通。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，省去引气通道，进气口设于主套筒的筒壁上于对应于布气缝隙处，保护气体从进气口直接进入到布气缝隙内。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，布气板沿主套筒轴向的一端的布气板端面11与相对应的套筒壁面之间形成布气缝隙，布气缝隙为环形的。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，主套筒的内壁上的环形安装槽也可不是环形的安装槽，布气板是片状板体，此时布气板可是一个，也可是多个，片状板体结构的布气板安装于相对应的安装槽中。此时，布气缝隙不是连续的环形。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，省去环形安装槽，主套筒的内孔为阶梯孔，阶梯孔包括大孔段和小孔段，大孔段和小孔段之间相连的台阶面构成套筒壁面。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，主套筒包括两个以上分体设置的且在沿主套筒的周向上相对扣的周向分瓣。

本实用新型中碳纤维石墨化炉的其他实施例中，主套筒包括至少两个分体设置的且在沿主套筒的轴向上相对扣的轴向分瓣，各轴向分瓣的内壁上设有环形的分瓣凹槽，各分瓣凹槽沿轴向相对接形成长度沿左右方向延伸的环形安装槽。

本实用新型中气封装置的实施例中，气封装置的结构与碳纤维石墨化炉实施例中气封装置的结构相同，不再在此赘述。