專(zhuān)利名稱(chēng)：低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種-200°c低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥技術(shù)，采用管道內(nèi)置閥門(mén)即直接將閥門(mén)通過(guò)上下卡箍安裝于管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)低溫流體的減壓節(jié)流過(guò)程，無(wú)需法蘭或螺紋連接，實(shí)現(xiàn)低溫流體無(wú)密封無(wú)泄漏管道輸運(yùn)及過(guò)程控制目的。管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥解決了管道內(nèi)低溫流體由于低溫高壓工況易突變引起密封面破壞從而造成管道泄漏的問(wèn)題， 適用于管道內(nèi)低溫流體的減壓及節(jié)流制冷過(guò)程，有利于管道內(nèi)低溫流體壓力及溫度控制， 使低溫相變輸運(yùn)過(guò)程保持相對(duì)穩(wěn)定。本發(fā)明也可用于解決變壓、變溫、變流量的管道內(nèi)低溫流體動(dòng)態(tài)相變制冷帶來(lái)的技術(shù)難題，提高管道內(nèi)低溫流體的相變制冷效率，實(shí)現(xiàn)管道低溫流體的有效管理。
背景技術(shù)：
在液化天然氣(LNG)、氣體分離及液化等低溫領(lǐng)域，成套工藝流程中常用的過(guò)程控制閥門(mén)數(shù)量眾多，有壓力控制閥、溫度控制閥、制冷節(jié)流閥及大量的低溫開(kāi)關(guān)閥等，均為成套工藝設(shè)備中不可缺少的主要設(shè)備，且一般都采用法蘭或螺紋連接。在低溫工況下與管道連接的密封材料容易出現(xiàn)低溫脆斷，密封面經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，有很大的安全隱患，尤其對(duì)于易燃易爆氣體，泄漏造成的危險(xiǎn)性更大。過(guò)程控制裝備在節(jié)流降壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，極易造成連接件密封泄漏，如節(jié)流閥完全依靠振動(dòng)才能產(chǎn)生制冷效應(yīng)等。由于管道內(nèi)輸運(yùn)的低溫流體溫度及壓力極易引起過(guò)熱沸騰并產(chǎn)生多相流，導(dǎo)致管道內(nèi)溫度及壓力發(fā)生劇變，所以與管道連接的過(guò)程控制閥門(mén)須具備以下基本條件能夠承受劇烈的壓力及溫度瞬間變化過(guò)程；閥門(mén)連接件密封面盡可能少，流體泄漏盡可能少；管道能夠承受劇烈的振動(dòng)， 連接件不脫落，不泄漏；用于節(jié)流制冷及低溫液化的節(jié)流閥須產(chǎn)生節(jié)流制冷效應(yīng)，可有效節(jié)流多相流；減壓閥須穩(wěn)定控制過(guò)程壓力，在壓力突變的情況下可起到安全閥的作用等。本發(fā)明針對(duì)管道內(nèi)低溫流體過(guò)程控制及輸運(yùn)過(guò)程中存在的密封泄漏問(wèn)題，提出低溫系統(tǒng)用管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，滿(mǎn)足低溫流體管道內(nèi)輸運(yùn)時(shí)的壓力控制及節(jié)流制冷問(wèn)題，使低溫流體在輸運(yùn)及制冷過(guò)程中無(wú)密封、無(wú)泄漏，減少了由于變壓、變溫出口及流體密度不穩(wěn)定造成的系統(tǒng)壓力突變問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)低溫流體無(wú)泄漏輸運(yùn)及控制過(guò)程目的。管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥在低溫流體加注或系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程中對(duì)過(guò)量制冷劑進(jìn)一步氣化膨脹制冷、進(jìn)一步擴(kuò)壓并保持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、全局壓力合理分布同樣具有重要作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)管道內(nèi)低溫流體多相流輸運(yùn)過(guò)程控制技術(shù)特點(diǎn)，發(fā)明了低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，用于解決變壓、變溫、變流量的管道制冷過(guò)程中的低溫流體流動(dòng)排放帶來(lái)的技術(shù)難題，減少低溫流體輸運(yùn)過(guò)程中的泄漏問(wèn)題，提高管道內(nèi)低溫流體過(guò)程控制及相變制冷效率，實(shí)現(xiàn)低溫流體管道內(nèi)減壓與節(jié)流制冷過(guò)程的相對(duì)穩(wěn)定。本發(fā)明的技術(shù)解決方案
低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥主要由銷(xiāo)桿1、上卡箍2、彈簧3、閥座4、密封圈5、下卡箍6、管道7、閥桿8、閥體9、下墊片10、上墊片11、螺釘12、壓蓋13、銷(xiāo)桿卡箍14組成。閥桿8頂部螺紋連接壓蓋13 ；壓蓋13安裝于閥座4內(nèi)；閥座4通過(guò)螺釘12連接閥體9 ；閥體9通過(guò)上卡箍2和下卡箍6固定于管道7內(nèi)；銷(xiāo)桿1穿過(guò)壓蓋13及閥桿8預(yù)留孔；銷(xiāo)桿卡箍14安裝于壓蓋13頂部卡槽內(nèi)；壓蓋13與閥座4中間安裝彈簧3 ；彈簧3中心為閥桿8，頂部與上墊片11接觸，底部與下墊片10接觸；彈簧3預(yù)緊閥桿8底部閥芯錐面與閥體9底部擴(kuò)壓罩內(nèi)表面形成密封面；密封圈5安裝于閥桿8底部閥芯錐面密封槽內(nèi)。壓蓋13頂部為圓錐形，錐面有環(huán)形卡槽，卡槽內(nèi)有水平預(yù)留孔，底部為圓柱形，中心開(kāi)有螺孔，銷(xiāo)桿1穿過(guò)壓蓋13及閥桿8預(yù)留孔后被環(huán)形銷(xiāo)桿卡箍14固定在壓蓋13頂部卡槽內(nèi)，使閥桿8與壓蓋13螺紋連接牢固。閥座4為整體軸對(duì)稱(chēng)中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，上邊緣為法蘭，法蘭上平面與上卡箍2下平面接觸，下平面與閥體9頂部水平圓環(huán)面接觸；閥座4外圓柱面與閥體9上部?jī)?nèi)圓柱面形成中空的圓柱形空間；閥座4底平面開(kāi)有圓孔，閥桿8可穿過(guò)圓孔并上下運(yùn)動(dòng)。閥體9為整體軸對(duì)稱(chēng)中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，外柱面與管道7內(nèi)表面完全貼合，上水平圓環(huán)面開(kāi)有螺孔，下水平面與下卡箍6上平面接觸，中心留有進(jìn)氣通道，進(jìn)氣通道上部為圓柱形空間，圓柱形空間內(nèi)安裝閥座4，下部為漸擴(kuò)形擴(kuò)壓腔，擴(kuò)壓腔中心為閥桿8閥芯。管道7內(nèi)壁開(kāi)有環(huán)形上卡槽及下卡槽，卡槽之間安裝閥體9，上卡槽及下卡槽內(nèi)分別安裝上卡箍2及下卡箍6，上卡箍2以上為流體高壓區(qū)，下卡箍6以下為流體低溫低壓區(qū)。當(dāng)管道內(nèi)高壓流體壓力大于彈簧3預(yù)緊力時(shí)，流體經(jīng)閥座4進(jìn)氣孔進(jìn)入閥座4與閥體9之間環(huán)形空間，并向下流動(dòng)至閥座4底部，壓迫閥桿8帶動(dòng)壓蓋13壓縮彈簧3并向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)閥桿8底部閥芯與閥座9擴(kuò)壓罩節(jié)流降壓后離開(kāi)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)低溫流體管道7內(nèi)節(jié)流制冷與降壓功效。方案所涉及的原理問(wèn)題
在-200°c低溫工況下，由于大氣環(huán)境不段提供熱量，低溫輸運(yùn)管道內(nèi)低溫流體處于飽和或過(guò)熱狀態(tài)，極易產(chǎn)生多相流，多相流極易引起過(guò)熱沸騰或過(guò)冷沸騰，使低溫流體處于激烈的相變過(guò)程并伴隨有壓力及溫度突變，不斷產(chǎn)生大量飽和蒸氣、過(guò)熱蒸氣、飽和液體、過(guò)熱液體等。低溫流體在管道輸運(yùn)過(guò)程中，系統(tǒng)壓力及溫度難以控制，相變制冷過(guò)程復(fù)雜多變，管道內(nèi)低溫流體溫度及壓力劇烈變化，使管道與過(guò)程控制閥門(mén)的連接處法蘭密封件或螺旋密封材料極易破壞，導(dǎo)致管道內(nèi)低溫流體泄漏，產(chǎn)生極大的安全隱患。本發(fā)明著重應(yīng)用管道內(nèi)置閥門(mén)原理、節(jié)流微分制冷效應(yīng)、預(yù)應(yīng)力平衡原理等實(shí)現(xiàn)低溫流體的有效管理過(guò)程。 首先，將閥門(mén)安裝于管道內(nèi)并實(shí)現(xiàn)低溫過(guò)程控制閥門(mén)管道內(nèi)置。由于低溫閥門(mén)安裝于管道內(nèi)，外表無(wú)連接件、無(wú)密封、無(wú)泄漏，整體管道連續(xù)不中斷，管道連接處無(wú)密封面，從而解決了低溫流體管道連接件密封易破壞、系統(tǒng)易泄漏問(wèn)題，同時(shí)，管道外為光滑管，無(wú)法看到管道內(nèi)閥門(mén)的安裝痕跡，使過(guò)程控制工藝流程更加簡(jiǎn)單，外部設(shè)備管理更加方便。其次，應(yīng)用節(jié)流微分效應(yīng)，通過(guò)管道內(nèi)置節(jié)流閥控制管道低溫系統(tǒng)溫度，可產(chǎn)生節(jié)流制冷效應(yīng)并輸出冷量，使流體溫度為所需控制溫度。最后，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力平衡原理，使彈簧在低溫工況下的預(yù)應(yīng)力與管道內(nèi)工作壓力達(dá)到平衡，當(dāng)管道壓力達(dá)到彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)閥門(mén)打開(kāi)并節(jié)流減壓，管道壓力降低后閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，以此實(shí)現(xiàn)低溫流體在管道內(nèi)無(wú)密封無(wú)泄漏節(jié)流制冷及降壓目的。另外，可通過(guò)減壓機(jī)構(gòu)控制低溫系統(tǒng)內(nèi)低壓壓力為流體所需控制壓力，當(dāng)管道內(nèi)壓力達(dá)到系統(tǒng)許用壓力時(shí)，減壓閥可自動(dòng)打開(kāi)，小于許用壓力時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉，以此實(shí)現(xiàn)定壓控制目的，此技術(shù)也可應(yīng)用于常溫下高壓氣體的減壓過(guò)程以及低溫液體的氣化調(diào)峰增壓過(guò)程。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)
針對(duì)管道內(nèi)低溫流體過(guò)程控制問(wèn)題，管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥能夠滿(mǎn)足管道低溫流體壓力及溫度控制要求，實(shí)現(xiàn)低溫流體管道內(nèi)無(wú)密封、無(wú)泄漏輸運(yùn)過(guò)程，可充分利用管道內(nèi)節(jié)流冷量，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)低溫流體高低壓控制目的，以及減壓與節(jié)流制冷雙重效用；管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥能夠有效節(jié)流飽和蒸汽、飽和流體、過(guò)冷液體、過(guò)冷蒸汽及多相流，使系統(tǒng)能夠安全減壓并節(jié)流制冷，最終實(shí)現(xiàn)管道低溫流體的有效管理；管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥采用管道內(nèi)置閥門(mén)設(shè)計(jì)方式，安裝方便，克服了以往法蘭式或螺紋連接式閥門(mén)的密封泄漏缺點(diǎn)，即節(jié)省材料又減少了繁瑣的安裝過(guò)程，有效節(jié)約了工藝流程空間，為現(xiàn)場(chǎng)工藝流程管理帶來(lái)了方便。


圖1所示為低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥的主要部件及安裝位置關(guān)系。
具體實(shí)施例方式在低溫工況下校正彈簧3預(yù)應(yīng)力，使彈道3預(yù)應(yīng)力與管道工作壓力一致；截取部分安裝管道7并在管道7內(nèi)加工上下兩道卡槽，將加工制造好的閥門(mén)安裝于管道7中，再安裝上卡箍2及下卡箍6 ；將已經(jīng)安裝好的管道7焊接到工藝管道中；調(diào)整管道低壓控制壓力為對(duì)應(yīng)流體工作壓力，如果內(nèi)部壓力超過(guò)工作壓力，則減壓節(jié)流閥低壓端自動(dòng)打開(kāi)以節(jié)流方式泄壓并產(chǎn)生節(jié)流制冷效應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于工作壓力時(shí)，減壓節(jié)流閥自動(dòng)關(guān)閉。具體過(guò)程如下所述
緩慢打開(kāi)低溫管道7主開(kāi)關(guān)閥門(mén)，應(yīng)用少量低溫流體預(yù)冷減壓節(jié)流閥主要部件，預(yù)冷完成后，系統(tǒng)壓力增大，低溫流體進(jìn)入減壓節(jié)流閥閥座4與閥體12的腔室內(nèi)，壓力達(dá)到并大于彈簧3預(yù)緊力時(shí)，壓迫閥桿8帶動(dòng)壓蓋13壓縮彈簧3并向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)閥桿8底部閥芯與閥體9擴(kuò)壓罩節(jié)流降壓后離開(kāi)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)低溫流體管道7內(nèi)無(wú)密封無(wú)泄漏降壓及節(jié)流制冷功效。
權(quán)利要求
1.一種低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，包括銷(xiāo)桿(1)、上卡箍(2)、彈簧(3)、閥座(4)、 密封圈(5)、下卡箍(6)、管道(7)、閥桿(8)、閥體(9)、下墊片(10)、上墊片(11)、螺釘(12)、 壓蓋(13)、銷(xiāo)桿卡箍(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，其特征在于閥桿(8)頂部螺紋連接壓蓋(13);壓蓋(13)安裝于閥座(4)內(nèi)；閥座(4)通過(guò)螺釘(12)連接閥體(9);閥體(9)通過(guò)上卡箍(2)和下卡箍(6)固定于管道(7)內(nèi)；銷(xiāo)桿(1)穿過(guò)壓蓋(13)及閥桿(8) 預(yù)留孔；銷(xiāo)桿卡箍(14)安裝于壓蓋(13)頂部卡槽內(nèi)；壓蓋(13)與閥座(4)中間安裝彈簧 (3)；彈簧(3)中心為閥桿(8)，頂部與上墊片(11)接觸，底部與下墊片(10)接觸；彈簧(3) 預(yù)緊閥桿(8)底部閥芯錐面與閥體(9)底部擴(kuò)壓罩內(nèi)表面形成密封面；密封圈(5)安裝于閥桿(8 )底部閥芯錐面密封槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，其特征在于壓蓋(13)頂部為圓錐形，錐面有環(huán)形卡槽，卡槽內(nèi)有水平預(yù)留孔，底部為圓柱形，中心開(kāi)有螺孔，銷(xiāo)桿(1) 穿過(guò)壓蓋(13)及閥桿(8)預(yù)留孔后被環(huán)形銷(xiāo)桿卡箍(14)固定在壓蓋(13)頂部卡槽內(nèi)，使閥桿(8)與壓蓋(13)螺紋連接牢固。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，其特征在于閥座(4)為整體軸對(duì)稱(chēng)中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，上邊緣為法蘭，法蘭上平面與上卡箍(2)下平面接觸，下平面與閥體(9)頂部水平圓環(huán)面接觸；閥座(4)外圓柱面與閥體(9)上部?jī)?nèi)圓柱面形成中空的圓柱形空間；閥座(4)底平面開(kāi)有圓孔，閥桿(8)可穿過(guò)圓孔并上下運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，其特征在于閥體(9)為整體軸對(duì)稱(chēng)中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，外柱面與管道(7)內(nèi)表面完全貼合，上水平圓環(huán)面開(kāi)有螺孔，下水平面與下卡箍(6)上平面接觸，中心留有進(jìn)氣通道，進(jìn)氣通道上部為圓柱形空間，圓柱形空間內(nèi)安裝閥座(4)，下部為漸擴(kuò)形擴(kuò)壓腔，擴(kuò)壓腔中心為閥桿(8)閥芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，其特征在于管道(7)內(nèi)壁開(kāi)有環(huán)形上卡槽及下卡槽，卡槽之間安裝閥體(9)，上卡槽及下卡槽內(nèi)分別安裝上卡箍(2)及下卡箍(6)，上卡箍(2)以上為流體高壓區(qū)，下卡箍(6)以下為流體低溫低壓區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥，其特征在于當(dāng)管道內(nèi)高壓流體壓力大于彈簧(3)預(yù)緊力時(shí)，流體經(jīng)閥座(4)進(jìn)氣孔進(jìn)入閥座(4)與閥體(9)之間環(huán)形空間，并向下流動(dòng)至閥座(4)底部，壓迫閥桿(8)帶動(dòng)壓蓋(13)壓縮彈簧(3)并向下運(yùn)動(dòng)， 經(jīng)閥桿(8)底部閥芯與閥座(9)擴(kuò)壓罩節(jié)流降壓后離開(kāi)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)低溫流體管道(7)內(nèi)節(jié)流制冷與降壓功效。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種-200℃低溫系統(tǒng)管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥技術(shù)，采用管道內(nèi)置閥門(mén)即直接將閥門(mén)通過(guò)上下卡箍安裝于管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)低溫流體的減壓節(jié)流過(guò)程，無(wú)需法蘭或螺紋連接，實(shí)現(xiàn)低溫流體無(wú)密封無(wú)泄漏管道輸運(yùn)及過(guò)程控制目的。管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥解決了管道內(nèi)低溫流體由于低溫高壓工況易突變引起密封面破壞從而造成管道泄漏的問(wèn)題，適用于管道內(nèi)低溫流體的減壓及節(jié)流制冷過(guò)程，有利于管道內(nèi)低溫流體壓力及溫度控制，使低溫相變輸運(yùn)過(guò)程保持相對(duì)穩(wěn)定。本發(fā)明也可用于解決變壓、變溫、變流量的管道內(nèi)低溫流體動(dòng)態(tài)相變制冷帶來(lái)的技術(shù)難題，提高管道內(nèi)低溫流體的相變制冷效率，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)低溫流體的有效管理。
文檔編號(hào)F16K17/164GK102454811SQ201110292879
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月6日
發(fā)明者丁世文, 劉建林, 劉智勇, 吳金群, 龐鳳皎, 張周衛(wèi), 張小衛(wèi), 李建霞, 李炎, 楊惠君, 汪雅紅, 許鳳 申請(qǐng)人:張周衛(wèi)