專利名稱：管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(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)用管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥技術(shù)，即將多股流低溫減壓節(jié)流閥通過定位機構(gòu)內(nèi)置于管道內(nèi)，無需法蘭或螺紋連接，實現(xiàn)多股流低溫流體無密封無泄漏管道輸運及過程控制目的，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問題，以及單股流節(jié)流制冷減壓過程中帶來的振動及噪音問題，適用于管道內(nèi)低溫流體的減壓及節(jié)流制冷過程，有利于管道內(nèi)低溫流體壓力及溫度控制，使低溫相變輸運過程保持相對穩(wěn)定，節(jié)流制冷效率顯著提高。本發(fā)明也可用于解決變壓、變溫、變流量的管道內(nèi)大流量低溫流體動態(tài)相變制冷帶來的技術(shù)難題，提高管道內(nèi)低溫流體的相變制冷效率，實現(xiàn)管道低溫流體的有效管理。
背景技術(shù)：
在一般低溫制冷系統(tǒng)中，如液化天然氣(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程控制閥門數(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，單股流流動過程。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，存在很大安全隱患，尤其對于易燃易爆氣體，泄漏造成的危險性更大，同時在減壓節(jié)流制冷過程中，常用的單股流減壓節(jié)流方式存在振動強度大，噪音大，流量小，節(jié)流效果較差，節(jié)流后氣相分壓低等缺點。此外，過程控制裝備在節(jié)流降壓過程中會產(chǎn)生強烈的振動，極易造成連接件密封泄漏，閥門壽命降低，如節(jié)流閥完全依靠振動才能產(chǎn)生制冷效應(yīng)等，而強烈的高頻振動容易導(dǎo)致閥體部件產(chǎn)生裂紋。管道內(nèi)輸運的低溫流體溫度及壓力極易引起過熱沸騰并產(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程控制閥門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程；閥門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，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)定控制過程壓力，在壓力突變的情況下可起到安全閥的作用；減壓節(jié)流過程中盡可能減小振動，但不影響節(jié)流制冷過程；流量盡可能大，提高液相節(jié)流后的氣化率；節(jié)流壓差盡可能大，以降低低溫溫區(qū)等。本發(fā)明針對管道內(nèi)低溫流體過程控制及輸運過程中存在的單股流密封泄漏問題，提出低溫系統(tǒng)用管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥，滿足低溫流體管道內(nèi)輸運時的壓力控制及節(jié)流制冷問題，使低溫流體在輸運及制冷過程中具備無密封、無泄漏、振動小、音低噪、流量大、溫區(qū)低等特點，減少由于變壓、變溫出口及流體密度不穩(wěn)定造成的系統(tǒng)壓力突變問題，最終實現(xiàn)低溫流體無泄漏高效率輸運及過程控制目的。管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥在低溫流體加注或系統(tǒng)起動過程中對過量制冷劑進一步氣化膨脹制冷、進一步擴壓并保持整體結(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)低溫流體多股流輸運過程控制技術(shù)特點，發(fā)明了管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥，用于解決變壓、變溫、變流量的管道制冷過程中的低溫流體流動排放帶來的技術(shù)難題，減少低溫流體輸運過程中的泄漏問題、振動問題、噪音問題及流量小問題， 提高管道內(nèi)低溫流體過程控制及相變制冷效率，實現(xiàn)低溫流體管道內(nèi)安全減壓與節(jié)流制冷過程的相對穩(wěn)定。本發(fā)明的技術(shù)解決方案
管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥主要由壓蓋1、上卡箍2、閥體3、支撐圈4、管道5、銷桿 6、銷桿卡箍7、閥桿8、彈簧9、下卡箍6組成，所述閥桿8頂部螺紋連接壓蓋1 ；壓蓋1安裝于閥體3內(nèi)；閥體3通過上卡箍2和下卡箍10固定于管道5內(nèi)；銷桿6穿過壓蓋1及閥桿 8預(yù)留孔；銷桿卡箍7安裝于壓蓋1卡槽內(nèi)；壓蓋1與支撐圈4中間安裝彈簧9 ；彈簧9中心為閥桿8 ；彈簧9預(yù)緊閥桿8底部閥芯錐面與閥體3底部擴壓腔內(nèi)表面形成密封面。壓蓋1為軸對稱結(jié)構(gòu)，中心開有螺孔，頂部為圓錐形，錐形底部為圓柱形，柱面有環(huán)形卡槽，卡槽內(nèi)有水平預(yù)留孔，中心開有螺孔；銷桿6穿過壓蓋1及閥桿8預(yù)留孔后被環(huán)形銷桿卡箍7固定于壓蓋1頂部卡槽內(nèi)，使閥桿8與壓蓋1螺紋連接牢固不松動；壓蓋1中間錐面開有進氣孔，中心為環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，底部圓柱面與閥體3氣缸圓柱面接觸并可上下滑動。支撐圈4為整體軸對稱中空圓柱形結(jié)構(gòu)，外柱面與閥體3氣缸內(nèi)表面緊密帖合，圓形水平面上方開有中心孔以及圍繞中心孔的進氣孔，中心孔內(nèi)表面與閥桿8外表面接觸， 用以穩(wěn)定閥桿8。閥體3為整體軸對稱中空圓柱形結(jié)構(gòu)，外柱面與管道5內(nèi)表面完全貼合，上水平圓環(huán)面與上卡箍2底面接觸，下水平圓環(huán)面與下卡箍10上水平面接觸，中心留有多個氣缸，每個氣缸上部為漸縮結(jié)構(gòu)、中間為兩段圓柱形氣缸、下部為漸擴結(jié)構(gòu)；每個氣缸內(nèi)均安裝壓蓋 1、彈簧9、閥桿8、支撐圈4組件，頂部漸縮腔中心安裝壓蓋1，上圓柱形氣缸內(nèi)安裝彈簧9、 支撐圈4，下圓柱形氣缸為節(jié)流前穩(wěn)壓通道，底部漸擴腔中心為閥桿8閥芯，閥芯上錐面與氣缸漸擴腔錐面形成密封面。管道5內(nèi)壁開有環(huán)形上卡槽及下卡槽，卡槽之間安裝閥體3，上卡槽及下卡槽內(nèi)分別安裝上卡箍2及下卡箍10，上卡箍2以上為流體高壓區(qū)，下卡箍10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9預(yù)緊力時，流體經(jīng)壓蓋1進氣孔、閥座3氣缸、 支撐圈4進氣孔并向下流動至閥座3底部下圓柱空間，壓迫閥桿8帶動壓蓋1壓縮彈簧9 并向下運動，經(jīng)閥桿8底部閥芯與閥座3漸擴腔節(jié)流降壓后離開閥門，實現(xiàn)低溫流體管道5 內(nèi)多股流減壓節(jié)流制冷功效。方案所涉及的原理問題
在-200°c低溫工況下，由于大氣環(huán)境不段提供熱量，低溫輸運管道內(nèi)低溫流體處于飽和或過熱狀態(tài)，極易產(chǎn)生多相流，多相流極易引起過熱沸騰或過冷沸騰，使低溫流體處于激烈的相變過程并伴隨有壓力及溫度突變，不斷產(chǎn)生大量飽和蒸氣、過熱蒸氣、飽和液體、過熱液體等。低溫流體在管道輸運過程中，系統(tǒng)壓力及溫度難以控制，相變制冷過程復(fù)雜多變，管道內(nèi)低溫流體溫度及壓力劇烈變化，使管道與過程控制閥門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。當(dāng)管道內(nèi)低溫流體減壓節(jié)流制冷時，強烈振動將導(dǎo)致閥門壽命降低，過程控制噪音增大，管道密封件容易損壞，流量減小，氣化率降低，制冷量隨之降低等。本發(fā)明著重應(yīng)用管道內(nèi)置閥門原理、節(jié)流微分制冷效應(yīng)、預(yù)應(yīng)力平衡原理、大流量多股流降噪、增大氣化率等原理實現(xiàn)低溫流體的有效管理過程。首先，將閥門安裝于管道內(nèi)并實現(xiàn)低溫過程控制閥門管道內(nèi)置。由于低溫閥門安裝于管道內(nèi)，外表無連接件、無密封、無泄漏，整體管道連續(xù)不中斷，管道連接處無密封面，從而解決了低溫流體管道連接件密封易破壞、系統(tǒng)易泄漏問題。同時，管道外為光滑管， 無法看到管道內(nèi)閥門的安裝痕跡，使過程控制工藝流程更加簡單，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。然后，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)工作壓力達到平衡，當(dāng)管道壓力達到彈簧預(yù)應(yīng)力時閥門打開并節(jié)流減壓，管道壓力降低后閥門自動關(guān)閉。另外，可通過減壓機構(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)壓力達到系統(tǒng)許用壓力時，減壓閥可自動打開，小于許用壓力時，閥門關(guān)閉，以此實現(xiàn)定壓控制目的。最后，以多股流大流量節(jié)流方式代替單股流方式，克服單股節(jié)流減壓節(jié)流時流量小、氣化率低、振動大、噪音大、密封易損、制冷效率低等缺點， 應(yīng)用多股流流量大、氣化率高、振動小、噪音小、制冷效率高、閥門壽命長、密封不容易破壞等優(yōu)點，實現(xiàn)管道內(nèi)低溫流體無密封無泄漏多股降壓及節(jié)流制冷目的。此技術(shù)也可應(yīng)用于常溫下高壓氣體的減壓過程以及低溫液體的氣化調(diào)峰增壓過程。本發(fā)明的技術(shù)特點
針對管道內(nèi)低溫流體過程控制問題，管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥能夠滿足管道低溫流體壓力及溫度控制要求，實現(xiàn)低溫流體管道內(nèi)無密封、無泄漏輸運過程，可充分利用管道內(nèi)節(jié)流冷量，實現(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、過冷液體、過冷蒸汽及多相流，使系統(tǒng)能夠安全減壓并節(jié)流制冷，實現(xiàn)管道低溫流體的有效管理；多股流流動控制過程流量大，氣化率高，振動小，噪音小，制冷效率高，密封不易破壞，閥門壽命長；管道內(nèi)置減壓節(jié)流閥采用管道內(nèi)置閥門設(shè)計方式，安裝方便，克服了以往法蘭式或螺紋連接式閥門的密封泄漏缺點，即節(jié)省材料又減少了繁瑣的安裝過程，有效節(jié)約了工藝流程空間，為現(xiàn)場工藝流程管理帶來了方便。


圖1所示為管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥的主要部件及安裝位置關(guān)系。
具體實施例方式在低溫工況下校正彈簧9預(yù)應(yīng)力，使彈簧9預(yù)應(yīng)力與管道5工作壓力一致；截取部分安裝管道5并在管道5內(nèi)加工上下兩道卡槽，將加工制造好的閥門安裝于管道5中，再安裝上卡箍2及下卡箍10 ；調(diào)整管道低壓控制壓力為對應(yīng)流體工作壓力；將已經(jīng)安裝好的管道5焊接到工藝管道中；如果管道5工作壓力超過許用壓力，則減壓節(jié)流閥低壓端自動打開以節(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，閥門自動關(guān)閉。具體過程如下所述
緩慢打開低溫管道5主開關(guān)閥門，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，低溫流體進入減壓節(jié)流閥閥體3氣缸內(nèi)，壓力達到并大于彈簧9預(yù)緊力時，壓迫閥桿8帶動壓蓋1壓縮彈簧9并向下運動，經(jīng)閥桿8底部閥芯與閥體3漸擴腔節(jié)流降壓后離開閥門，實現(xiàn)低溫流體管道5內(nèi)無密封無泄漏多股流降壓及節(jié)流制冷功效。
權(quán)利要求
1.一種管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥，主要由壓蓋(1)、上卡箍(2)、閥體(3)、支撐圈(4)、管道(5)、銷桿(6)、銷桿卡箍(7)、閥桿(8)、彈簧(9)、下卡箍(6)組成，其特征在于 所述閥桿(8)頂部螺紋連接壓蓋(1);壓蓋(1)安裝于閥體(3)內(nèi)；閥體(3)通過上卡箍(2) 和下卡箍(10)固定于管道(5)內(nèi)；銷桿(6)穿過壓蓋(1)及閥桿(8)預(yù)留孔；銷桿卡箍(7) 安裝于壓蓋(1)卡槽內(nèi)；壓蓋(1)與支撐圈(4)中間安裝彈簧(9);彈簧(9)中心為閥桿(8); 彈簧(9)預(yù)緊閥桿(8)底部閥芯錐面與閥體(3)底部擴壓腔內(nèi)表面形成密封面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥，其特征在于壓蓋(1)為軸對稱結(jié)構(gòu)，中心開有螺孔，頂部為圓錐形，錐形底部為圓柱形，柱面有環(huán)形卡槽，卡槽內(nèi)有水平預(yù)留孔；銷桿(6)穿過壓蓋(1)及閥桿(8)預(yù)留孔后被環(huán)形銷桿卡箍(7)固定于壓蓋(1) 頂部卡槽內(nèi)，使閥桿(8)與壓蓋(1)螺紋連接牢固不松動；壓蓋(1)中間錐面開有進氣孔，中心為環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，底部圓柱面與閥體(3)氣缸圓柱面接觸并可上下滑動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥，其特征在于支撐圈(4)為整體軸對稱中空圓柱形結(jié)構(gòu)，外柱面與閥體(3)氣缸內(nèi)表面緊密帖合，圓形水平面上方開有中心孔及圍繞中心孔的進氣孔，中心孔內(nèi)表面與閥桿(8)外表面接觸以穩(wěn)定閥桿(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥，其特征在于閥體(3)為整體軸對稱中空圓柱形結(jié)構(gòu)，外柱面與管道(5)內(nèi)表面完全貼合，上水平圓環(huán)面與上卡箍 (2)底面接觸，下水平圓環(huán)面與下卡箍(10)上水平面接觸，中心留有多個氣缸，每個氣缸上部為漸縮結(jié)構(gòu)、中間為兩段圓柱形氣缸、下部為漸擴結(jié)構(gòu)；每個氣缸內(nèi)均安裝壓蓋(1)、彈簧(9)、閥桿(8)、支撐圈(4)組件；頂部漸縮腔中心安裝壓蓋(1)，上圓柱形氣缸內(nèi)安裝彈簧 (9)、支撐圈(4)，下圓柱形氣缸為節(jié)流前穩(wěn)壓通道；底部漸擴腔中心為閥桿(8)閥芯，閥芯上錐面與氣缸漸擴腔錐面形成密封面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥，其特征在于管道(5)內(nèi)壁開有環(huán)形上卡槽及下卡槽，卡槽之間安裝閥體(3)，上卡槽及下卡槽內(nèi)分別安裝上卡箍(2) 及下卡箍(10)，上卡箍(2)以上為流體高壓區(qū)，下卡箍(10)以下為流體低溫低壓區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥，其特征在于當(dāng)管道內(nèi)高壓流體壓力大于彈簧(9)預(yù)緊力時，流體經(jīng)壓蓋(1)進氣孔、閥座(3)氣缸、支撐圈(4)進氣孔并向下流動至閥座(3)底部下圓柱空間，壓迫閥桿(8)帶動壓蓋(1)壓縮彈簧(9)并向下運動，經(jīng)閥桿(8)底部閥芯與閥座(3)漸擴腔節(jié)流降壓后離開閥門，實現(xiàn)低溫流體管道(5) 內(nèi)多股流減壓節(jié)流制冷功效。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種-200℃低溫系統(tǒng)用管道內(nèi)置多股流低溫減壓節(jié)流閥技術(shù)，即將多股流低溫減壓節(jié)流閥通過定位機構(gòu)內(nèi)置于管道內(nèi)，無需法蘭或螺紋連接，實現(xiàn)多股流低溫流體無密封無泄漏管道輸運及過程控制目的，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問題，以及單股流節(jié)流制冷減壓過程中帶來的振動及噪音問題，適用于管道內(nèi)低溫流體的減壓及節(jié)流制冷過程，有利于管道內(nèi)低溫流體壓力及溫度控制，使低溫相變輸運過程保持相對穩(wěn)定，節(jié)流制冷效率顯著提高。本發(fā)明也可用于解決變壓、變溫、變流量的管道內(nèi)大流量低溫流體動態(tài)相變制冷帶來的技術(shù)難題，提高管道內(nèi)低溫流體的相變制冷效率，實現(xiàn)管道低溫流體的有效管理。
文檔編號F16K17/20GK102454813SQ20111029305
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月7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 申請人:張周衛(wèi)