一种中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀

本发明涉及工程机械，涉及的是一种中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀。

背景技术：

1、温度是150-200℃、压力为7-20mpa的超临界二氧化碳气体在工业领域应用广泛，但由于超临界co2气体显著的降压制冷效应，导致用于超临界co2气体容器安全保障的安全阀在泄压过程容易“结冰”“冻住”，气流通道堵塞，容器无法安全泄压。目前，超临界co2气体容器一般采用爆破片与气阀相结合的组合装置来保障容器安全泄压，但这种组合装置在爆破片爆破后，需及时更换新的爆破片，这种频繁地拆卸和安装爆破片给应用带来很大的不便之处。因此，设计结构简单、安全可靠、操作方便的超临界co2安全阀有其重要的工程意义。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种中温超临界co2防冻防堵安全阀，保障超临界co2容器安全泄压。

2、本发明实施例提供的一种中温超临界co2防冻防堵安全阀装置包括：阀座、阀芯、弹簧、导向杆、内阀体、外阀体、密封件、紧固件和接管，其中，

3、所述阀座一端法兰与所述超临界co2容器固定连接，另一端法兰与所述内阀体法兰固定连接；所述阀座中心开有通孔，是超临界co2容器泄压的气流通道；所述通孔上部加工出与所述阀芯下端配合的密封面；

4、所述阀芯与所述内阀体配合安装，所述阀芯外圆表面加工有螺槽，下部加工出密封面，与所述阀座配合密封；所述阀芯上端面与所述导向杆固定连接，所述弹簧安装在所述导向杆上，所述弹簧一端与所述导向杆上弹簧座接触连接，另一端与内阀体顶部端面接触连接；

5、所述内阀体内孔表面加工出环向储流槽，所述储流槽内均布着若干切向通孔，所述切向通孔方向与所述阀芯表面的所述螺槽旋向一致；在所述内阀体内孔表面加工有限位台阶，限制所述阀芯的升程；

6、所述外阀体与所述内阀体固定连接，端部由所述密封件密封；所述外阀体内孔壁面上固定安装分瓣环形导流板；从所述外阀体底部开始，所述第一道环形导流板内径与所述内阀体外圆壁面接触密封，外径与所述外阀体内孔壁面之间保留一定的径向间隙，所述导流板下部所述支撑圈上开有导流缝；所述第二道环形导流板内径与所述内阀体外圆壁面保留一定的径向间隙，外径与所述外阀体内孔壁面之间接触密封；所述其余导流板依次按照所述第一道、第二道导流板要求安装；

7、所述阀座、所述内阀体、所述外阀体、所述接管和所述固定件上与外部环境接触的表面均涂有保温涂层；

8、所述阀芯下部密封面与所述阀座密封面之间配合密封，所述安全阀处于不排气的关闭状态；所述阀芯被超临界co2气体顶起时，所述阀座中心通孔和所述阀芯外圆表面螺槽相通，形成超临界co2气体的外泄气道；超临界co2离开所述阀芯螺槽后，进入所述内阀体环向储流槽，从所述储流槽内的切向通孔流出，进入所述外阀体；超临界co2气体在所述外阀体沿所述导流板折返上升，最后从所述外阀体顶部接管流出。

9、可选地，所述外阀体中第一道、第三道导流板支撑圈上开有导流缝；

10、可选地，所述外阀体顶部与端盖通过螺栓固定连接；

11、可选地，所述阀座下部法兰与超临界co2容器通过o型圈密封，所述阀座上部法兰端面与所述内阀体通过密封圈密封，所述外阀体与所述内阀体连接端部通过密封垫片密封，所述外阀体顶部与所述接管连接处采用密封垫片密封；

12、可选地，所述内阀体内孔壁面至少有两道环形储流槽，储流槽内均匀分布至少3个切向通孔，切向通孔的直径不大于储流槽的宽度；

13、可选地，所述外阀体内孔壁面上安装至少两道分瓣环形导流板；所述分瓣环形导流板由至少三块扇形环板组成整环。

14、可以看出，本发明采用小导程螺槽通道延长了co2气流的泄漏通道，co2气体在旋转剪切流动中将超临界co2气流压力能转化为摩擦热，有效减弱了超临界co2降压过程的降温效应，阻止“结冰”导致的流道堵塞；其次，采用螺槽及周向切向通孔设计，气流旋转产生的离心力增强了气流以及气流中可能含有的微小固液相粒子出流能力，防止固液微粒滞留于气道；阀体外部涂有保温涂层，防止气流泄漏过程向环境散热降温，进一步减弱超临界co2气体的“结冰”堵塞效应。

技术特征：

1.一种中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀，所述中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀包括外阀体、导流板、支撑圈、内阀体、导向杆、弹簧、阀芯、阀座、密封件和接管。其中，所述阀座底部法兰与容器固定连接，所述阀座中心开有通孔，所述通孔的上端加工出密封面；所述内阀体与所述阀座上部法兰固定连接，所述内阀体内圆表面加工出储流槽，所述储流槽内沿所述内阀体厚度方向有若干切向通孔；所述阀芯外圆与所述内阀体内孔配合，所述阀芯可以沿所述内阀体轴线上下运动；所述阀芯下端加工出密封面，与所述阀座端面密封面配合密封；所述阀芯圆柱表面加工有螺旋槽，圆柱上端面与所述导向杆连接，所述导向杆另一端置于所述内阀体顶部内孔；所述弹簧装在所述导向杆上，所述弹簧一端与所述导向杆上弹簧座接触连接，另一端与所述内阀体顶部端面接触连接；所述外阀体与所述内阀体螺纹连接，且连接端部密封；所述外阀体与所述接管螺纹连接并紧固、密封；所述阀座、所述内阀体、所述外阀体和所述接管外表面均有保温涂层。所述阀座中部进气通孔与所述容器相通，所述容器内气体压力超过所述容器安全压力，所述阀芯被容器气体顶开，所述气体沿所述阀芯外圆表面螺槽螺旋向上流动，进入所述内阀体的储流槽，从所述内阀体储流槽的切向通孔流出，进入所述外阀体，继续沿着所述外阀体导流板流动，从所述外阀体上部所述接管排出。

2.根据权利要求1所述的中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀，其特征在于，所述阀芯外圆与所述内阀体内孔配合安装，保证所述阀芯沿轴线上下运动时保持与所述内阀体内孔同轴；所述阀芯圆柱表面加工出若干头数的螺旋槽，所述螺旋槽截面形状为三角形或矩形(含梯形)。

3.根据权利要求1所述的中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀，其特征在于，所述内阀体内孔表面加工出环向储流槽，所述环向储流槽内有均匀分布的若干切向通孔，所述切向通孔的方向与所述阀芯表面螺旋槽的旋向一致。

4.根据权利要求1所述的中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀，其特征在于，所述阀芯与所述阀座、所述内阀体装配完成后，距所述阀芯圆柱上端面2-3mm的内阀体内孔加工出限位台阶，限制所述阀芯的升程。

5.根据权利要求1所述的中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀，其特征在于，所述外阀体内孔壁面安装至少三道环形导流板，所述环形导流板由3-4块扇形环板组成。从所述外阀体的底部位置起，所述第一、三道环形导流板内径与所述内阀体外圆壁面贴合，外径与所述外阀体内壁之间保留一定的间隙。所述第二道环形导流板外径与所述外阀体内孔壁面贴合，内径与所述内阀体外圆壁面之间保留一定的间隙。

6.根据权利要求1所述的中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀，其特征在于，所述阀座、所述内阀体、所述外阀体和所述接管上与外部环境接触的表面均有保温涂层，对所述安全阀装置保温。

技术总结
本发明提供一种中温超临界二氧化碳防冻防堵安全阀，安全阀包括内阀体、外阀体、导流板、支撑圈、导向杆、弹簧、阀芯、阀座和接管。本发明中，阀芯在自重和顶部弹簧力共同作用下，底部密封表面与阀座密封面压紧配合密封，阻止气流的泄漏。阀芯外圆表面加工有螺旋槽，阀芯外圆与内阀体内孔配合安装；内阀体内孔表面加工有限位台阶和周向储流槽，储流槽内有均匀分布的切向通孔，连通内阀体和外阀体，外阀体内壁环向安装导流板及支撑圈；安全阀总装置外表面敷设保温涂层，阻止气阀与外部环境之间换热。本发明阀芯外圆表面螺旋槽、内阀体储流槽及切向通孔、外阀体导流板以及阀体外保温涂层设计旨在降低或者避免中温超临界二氧化碳气体泄压过程中固相介质的沉积和堵塞，保障容器安全运行。

技术研发人员：马润梅,刘家琛,周磊,程治嘉,王馨若,段弘毅
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15