具有自清洁功能的高温熔盐调节阀的制作方法

本实用新型涉及阀门领域，具体地说涉及一种具有自清洁功能的高温熔盐调节阀。

背景技术：

使用熔盐作为蓄热介质可使太阳能电站的操作温度提高到450℃～565℃，发热效率提高40%，相对于传统的方法蓄热效率提2.5倍，从而在热容量一定时，减小蓄热容器的体积，此外，熔盐价格低廉，环境友好，是目前开发塔式太阳能首选的蓄能介质。

但熔盐具有高温、高氧化性、易结晶、高熔点、腐蚀性等特质使得系统的运行工况条件更为复杂，对整个电站上的相关设备都提出了更高的挑战。目前使用最为广范熔盐阀仍为传统的单座调节阀，单座调节阀因为结构简单，阀内件无容易结晶的死区，但是传统的单座阀的调节性能有限，且在高温的熔盐场合的导向处容易卡死，在熔盐装置实际使用过程中性能不佳，普遍存在一些问题，具体主要包括：熔盐残留在阀体内部，造成积盐液现象，使阀门发生冻堵，造成阀体内漏；填料函被腐蚀；阀杆变形以及高温卡涩；熔盐气蚀现象。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有自清洁功能的高温熔盐调节阀。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种具有自清洁功能的高温熔盐调节阀，包括阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座以及套筒；所述阀体上开有从其上端面向下延伸的阀腔，所述套筒和所述阀座均安装在所述阀腔内，且所述套筒位于所述阀座的上方，所述阀盖位于所述阀体的上方并固定在所述阀体上，所述阀芯位于所述套筒内，所述阀杆穿过所述阀盖与所述阀芯连接，且所述阀杆与所述阀盖滑动配合；

所述阀体上开有阀入口和阀出口，所述阀座上开有用于连通所述阀入口和所述套筒的衔接孔，所述套筒上开有与所述阀出口连通的多个第一通孔，所述阀芯可穿过所述衔接孔而将其封闭；

所述衔接孔的孔壁上端设有一圈凹陷的台阶，所述台阶上设有用于与所述阀芯密封配合的第一锥形面，所述衔接孔的孔壁与所述台阶和所述衔接孔的孔壁之间的过渡面之间形成一圈上侧刃口。

进一步地，所述衔接孔的孔壁与所述阀座的下端面之间形成一圈下侧刃口。

进一步地，所述阀芯上开有从其下端面向上延伸的盲孔，所述阀芯的外周面相应所述盲孔的位置处设有与所述盲孔连通的多个第二通孔，所述阀芯的外周面上位于多个所述第二通孔的上方的部分设有用于与所述衔接孔密封配合的第二锥形面。

进一步地，所述阀芯的外周面上位于所述第二锥形面和多个所述第二通孔之间的部分设有一圈排污凹槽。

进一步地，所述阀盖由可拆卸相连的上阀盖和下阀盖组成，所述下阀盖内设有波纹管，所述波纹管的上端连接有波纹管上连接环、下端连接有波纹管下连接环，所述阀杆穿过所述波纹管、所述波纹管上连接环和所述波纹管下连接环，所述波纹管上连接环与所述阀杆滑动配合并可拆卸连接在所述上阀盖和所述下阀盖之间，所述波纹管下连接环固定在所述阀杆上。

进一步地，所述波纹管上连接环的孔道的横截面为非圆截面，所述阀杆上用于与所述波纹管上连接环滑动配合的部分与所述波纹管上连接环的孔道形状、大小相应。

进一步地，所述波纹管上连接环呈二级阶梯轴状，所述波纹管上连接环的直径较大段卡在所述上阀盖内、直径较小段卡在所述下阀盖内，且所述波纹管上连接环的直径较小段周侧与所述下阀盖之间安装有四合环，所述上阀盖的下端卡在所述下阀盖内并抵住所述四合环，所述波纹管上连接环的上端面与所述上阀盖之间安装有第一垫圈，所述上阀盖的下端面与所述下阀盖之间安装有第二垫圈。

进一步地，所述下阀盖外套有保温箱，所述保温箱内设有加热电阻丝。

进一步地，所述上阀盖的上端与所述阀杆之间从上至下依次安装有上盘根、多个柔性石墨环和下盘根。

进一步地，所述上盘根和所述下盘根均由蛭石、石灰石和滑石混合后制成的条状物与镍基合金丝编织而成。

本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型具有自清洁功能，使用过程中，当阀杆带动阀芯上下运动时，上侧刃口能够将阀芯上沉积的熔盐结晶刮除，从而时刻保持阀芯和阀座之间的清洁，防止因熔盐介质冻结引起的密封失效，提高调节阀的流通和调节能力，保证调节阀正常工作，同时本实用新型的流道设计能够减小流体因转向而引起的动能损失，减小介质对阀内件和阀腔的作用力及冲刷，具有运行稳定，工作可靠的优点，可解决阀腔内积液的问题。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的结构示意图。

图2是A处放大图。

图3是B处放大图。

图4是本实用新型一实施例阀杆的密封结构示意图。

附图中各部件的标记为：10阀体、101阀腔、102阀入口、103阀出口、20上阀盖、30下阀盖、301第三垫圈、40阀杆、401上盘根、402柔性石墨环、403下盘根、50阀芯、501盲孔、502第二通孔、503第二锥形面、504排污凹槽、60阀座、601衔接孔、602台阶、603第一锥形面、604上侧刃口、60 5下侧刃口、70套筒、701第一通孔、80波纹管、801波纹管上连接环、802波纹管下连接环、803四合环、804第一垫圈、805第二垫圈、90保温箱、加901热电阻丝、100蝶形弹簧。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1、图2和图3。

本实用新型具有自清洁功能的高温熔盐调节阀，包括阀体10、阀盖、阀杆40、阀芯50、阀座60以及套筒70；所述阀体10上开有从其上端面向下延伸的阀腔101，所述套筒70和所述阀座60均安装在所述阀腔101内，且所述套筒70位于所述阀座60的上方，所述阀盖位于所述阀体10的上方并固定在所述阀体10上，所述阀芯50位于所述套筒70内，所述阀杆40穿过所述阀盖与所述阀芯50连接，且所述阀杆40与所述阀盖滑动配合；

所述阀体10上开有阀入口102和阀出口103，所述阀座60上开有用于连通所述阀入口102和所述套筒70的衔接孔601，所述套筒70上开有与所述阀出口103连通的多个（至少为两位数）第一通孔701，所述阀芯50可穿过所述衔接孔601而将其封闭；

所述衔接孔601的孔壁上端设有一圈凹陷的台阶602，所述台阶602上设有用于与所述阀芯50密封配合的第一锥形面603，所述衔接孔601的孔壁与所述台阶602和所述衔接孔601的孔壁之间的过渡面之间形成一圈上侧刃口604。

本实用新型具有自清洁功能，使用过程中，当阀杆带动阀芯上下运动时，上侧刃口能够将阀芯上沉积的熔盐结晶刮除，从而时刻保持阀芯和阀座之间的清洁，防止因熔盐介质冻结引起的密封失效，提高调节阀的流通和调节能力，保证调节阀正常工作，同时本实用新型的流道设计能够减小流体因转向而引起的动能损失，减小介质对阀内件（阀盖、套筒、阀座）和阀腔的作用力及冲刷，具有运行稳定，工作可靠的优点，可解决阀腔内积液的问题。

在一实施例中，所述衔接孔601的孔壁与所述阀座60的下端面之间形成一圈下侧刃口605。这样下侧刃口可以从不同方向对阀芯上沉积的熔盐结晶进行刮除，从而进一步提高自清洁效果。

本实用新型中，一般，上侧刃口604要保证刃口角度小于等于90度，下侧刃口605要保证刃口角度小于90度，衔接孔601的孔壁平行于阀杆的移动方向。

在一实施例中，所述阀芯50上开有从其下端面向上延伸的盲孔501，所述阀芯50的外周面相应所述盲孔501的位置处设有与所述盲孔501连通的多个（至少为两位数）第二通孔502，所述阀芯50的外周面上位于多个所述第二通孔502的上方的部分设有用于与所述衔接孔601密封配合的第二锥形面503。这样设计，在阀芯未完全脱离阀座时，流体需经过第二通孔导出，可增加流体阻力，防止汽蚀，这样对熔盐介质进行二次降压处理，降低了介质对阀内件及阀腔的冲刷和气蚀，导向处不易卡死，保证调节阀长期稳定的运行，实现调节阀的等百分比流量特性，提高了调节阀对介质的调节能力。

具体实施中，在本实用新型处于闭合状态下时，所述衔接孔601的孔壁与所述阀芯50上处于所述衔接孔601中的部分之间的间隙一般为0.16mm~0.275mm。

在一实施例中，所述阀芯50的外周面上位于所述第二锥形面503和多个所述第二通孔502之间的部分设有一圈排污凹槽504。当阀芯向下运动时，阀座上的刃口与阀芯外表面接触，将阀芯外表面的熔盐结晶从阀芯上铲除，并随着阀座上的刃口运动到排污槽，排污槽拥有一定的体积，用于临时储存介质结晶，待下次阀门开启时，排污槽暴露在介质环境中，所储存的介质结晶被流动的介质带走，这样始终保证阀芯外表面和密封面无介质结晶，从而保证阀门的密封性能。

在一实施例中，所述阀盖由可拆卸相连的上阀盖20和下阀盖30组成，所述下阀盖30内设有波纹管80，所述波纹管80的上端连接有波纹管上连接环801、下端连接有波纹管下连接环802，所述阀杆40穿过所述波纹管80、所述波纹管上连接环801和所述波纹管下连接环802，所述波纹管上连接环801与所述阀杆40滑动配合并可拆卸连接在所述上阀盖20和所述下阀盖30之间，所述波纹管下连接环802固定在所述阀杆40上。

波纹管对阀盖进行辅助密封，现有波纹管阀中，通常是将波纹管一端与阀盖焊接、另一端和阀芯焊接，然后整体装进阀体内，这种结构对后期的拆卸维护以及阀门故障排除不利，波纹管和阀盖焊接的可靠性也有所降低。而本实用新型采用上述这种多段式阀盖设计与波纹管配合安装，拆卸方便，可靠性强。

在一实施例中，所述波纹管80的波形为V形。在实施本实用新型的过程中，实用新型人发现，波形为V形的波纹管在熔盐介质环境下的应力小于U型截面波纹管，耐轴向温度梯度更好，受力情况更佳，拥有更好的应力分布、塑形应变等情况。

在一实施例中，所述下阀盖30外套有保温箱90，所述保温箱90内设有加热电阻丝901。因波纹管的波纹处容易产生结晶，导致阀门无法完成全行程，本实用新型做上述设计，在波纹管相应部位采用电伴热的方式加温，能够保证波纹管处的温度在熔盐结晶温度以上，从而实现波纹管处防结晶的功能。保证调节阀的工作稳定性和使用寿命。

在一实施例中，所述波纹管上连接环801通过以下结构实现可拆卸连接在所述上阀盖20和所述下阀盖30之间：所述波纹管上连接环801呈二级阶梯轴状，所述波纹管上连接环801的直径较大段卡在所述上阀盖20内、直径较小段卡在所述下阀盖30内，且所述波纹管上连接环801的直径较小段周侧与所述下阀盖30之间安装有四合环803，所述上阀盖20的下端卡在所述下阀盖30内并抵住所述四合环803，所述波纹管上连接环801的上端面与所述上阀盖20之间安装有第一垫圈804，所述上阀盖20的下端面与所述下阀盖30之间安装有第二垫圈805。

本实用新型采用四合环与上阀盖和下阀盖配合安装波纹管上连接环，拆卸、安装方便，可以保证波纹管整体通过上阀盖的同时，能够在上阀盖和下阀盖之间使用垫圈密封的方式实现密封。

在一实施例中，所述下阀盖30的下端设有一圈突台，所述凸台卡入所述阀体10内，且所述凸台与所述阀体10之间安装有第三垫圈301，以此对两者进行密封。

因为熔盐阀工作时，白天吸收太阳能，熔盐介质获得最高温度达565℃，在半夜到第二天太阳升起这段时间，因热量持续转化为电能后，余温一般在380℃左右，中间有200℃左右的温度交变，对于金属材料来说，高温会使材料的机械性能降低，同时，也会产生轻微蠕变，温度跨越较大，材料的机械性能和膨胀系数在变化，加上是循环交替的，长时间下来，紧固件将会有轻微的蠕变松弛，从而无法保证垫圈的可靠面压，导致密封失效，从而导致介质外漏，引起设备运行故障。

为解决上述问题，本实用新型设计：所述上阀盖20和所述下阀盖30之间、所述下阀盖30和所述阀体10之间均通过螺栓连接，并在所述螺栓上安装蝶形弹簧100和螺母进行预紧。

采用高载荷的碟形弹簧对相应螺栓预紧，这样第二垫圈、第三垫圈的压缩力来源于相应蝶形弹簧的弹力之和，因蝶形弹簧拥有一定的形变空间，在高温场合下，金属材料膨胀会继续压缩蝶形弹簧，温度下降后，金属材料收缩，此时蝶形弹簧回弹，仍然继续保证相应垫圈可靠密封所需要的预紧力，从而保证了阀门持续的可靠工作。

在下阀盖上，通过计算可知，温度在柔性石墨长期可靠工作的温度之上，故具体实施中，上阀盖采用四级散热的结构，此结构大大增加了上阀盖与周围空气的接触面积，将填料函处的温度降低至填料可靠密封的温度范围，提高了阀门的可靠性和使用寿命。

在一实施例中，所述波纹管上连接环801的孔道的横截面为非圆截面，所述阀杆40上用于与所述波纹管上连接环801滑动配合的部分与所述波纹管上连接环801的孔道形状、大小相应。这样设计，可以防止阀杆产生转动，降低了因为高速流动的介质在通过阀芯时，对阀芯产生的旋转力带来的转动而直接破坏波纹管的可能，因此在本结构中，波纹管不承受旋转方向里的作用，只在压缩方向有力的作用，大大提高了波纹管的工作稳定性和使用寿命。

具体实施中，波纹管上连接环801的孔道的横截面的形状，与阀杆40的间隙大小并没有特殊要求，只要能保证阀杆40只能滑动而不能转动即可。

在一实施例中，参见图4，所述上阀盖20的上端与所述阀杆40之间从上至下依次安装有上盘根401、多个柔性石墨环402和下盘根403。这样设计，可以更好的实现密封，降低阀杆的摩擦力。

传统的阀杆的密封通常是采用散热片和柔性石墨组合的密封方式，因为熔盐阀工作的温度较高，且介质含有强腐蚀性，采用传统的柔性石墨密封的方法进行阀杆密封，很快就会出现填料函泄漏，因为柔性石墨在高温强氧化介质下稳定性急剧下降，被氧化成黑色粉末状，导致密封失效。

在一实施例中，所述上盘根401和所述下盘根403均由蛭石、石灰石和滑石混合后制成的条状物与镍基合金丝编织而成。

这种材质继承了蛭石的耐热性和高温稳定性，并且与滑石组合，拥有较好的致密性和润滑性，制成的盘根，拥有比石墨更耐高温和氧化的性能，并且能保持良好的密封盒润滑性能，其长期稳定工作的温度达982℃，能够有效隔绝柔性石墨环和熔盐介质以及空气中的氧气接触，保证石墨不被氧化物氧化，同时，将温度隔绝，保证柔性石墨环的工作位置为可靠的工作温度，从而保证了柔性石墨环良好的密封性能，完美解决阀杆的密封问题，适于高温强腐蚀场合的介质，在高温强氧化场合有较好的密封性能，用来保证与之配合的柔性石墨环的密封稳定性能，形成高温情况下防氧化的填料函，实现阀杆可靠密封。

本实用新型中采用的盘根有效密封的工作温度可以到982℃，传统的石墨在纯高温情况下短时间可使用到500℃左右，有强氧化剂的环境下可靠的密封温度只有360℃左右，本实用新型采用这种特殊配方的盘根与高温介质接触，实现第一道密封，防止强氧化性的介质与柔性石墨接触，从而石墨可以在纯高温工作环境下工作，更为可靠。

该盘根本身就耐高温，可在高温情况下直接密封。而采用石墨密封时，需要避开高温，所以才有上阀盖的散热片结构。采用散热片型时，需要将上阀盖加长到填料函的温度在石墨可靠密封温度之下，需要将上阀盖加长，阀杆等关键零部件加长后，阀杆的强度和稳定性将会下降，需加大阀杆尺寸，从而加高了对阀杆的要求。本实用新型中，阀杆处的密封共有三重。分别是1.阀盖波纹管密封；2.特殊配方的高温盘根密封；3.柔性石墨填料密封；多重保证密封可靠性。

在一实施例中，柔性石墨环402设有四个以上，除最上侧和最下侧的以外，其余柔性石墨环402呈上小下大的锥形，这样，这些中间的柔性石墨环402之间可以相互套设，使柔性石墨环更好地密封。

本实用新型解决了熔盐阀所面临的技术壁垒，保证了熔盐阀的运行稳定性能，同时将多级降压和等百分比的阀内件设计融入本实用新型设计中，使本实用新型有很强的调节功能，能够更好的保证本实用新型对介质调节功能，改变了传统熔盐阀只能开关的特性，使整个系统对热能的控制更为精确，并且提高了热能转化效率。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本实用新型，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。