一种长程电磁密封闪爆装置及工作方法与流程

1.本发明涉及高压设备技术领域，尤其是指一种长程电磁密封闪爆装置及工作方法。


背景技术：

2.超临界co2流体是一种安全、绿色、生态的流体介质，其同时具有液体和气体的双重特性。特别是其具有类似气体的超低粘度，以及非常高的扩散性和对固体物质的穿透性，使其在众多工业领域中具有非常广泛的应用前景。尤其在纺织品的染整领域，超临界流体无水加工技术成为解决传统湿态加工中水资源消耗高、废水排放量大且不易治理等问题的重要途径。
3.其中在本课题组前期的研究中发现，采用以co2等为介质的超临界流体闪爆技术，可有效实现对纤维材料或其他领域材料或物料的物理化加工，改变其物理、化学结构，提高处理材料的相关性能。因而，这也大大拓展了超临界流体技术在相关领域或行业中相关应用。然而，通常由于超临界流体(如超临界co2流体)其临界点相对较高，需要在较高的温度和压力条件下才能较好地开展闪爆处理，故其对闪爆设备的要求较高。其中又特别是对闪爆机构的密封及快开方式等要求最为苛刻，需要其能承受较高的温度和压力，密封性能好，还需要耐久，能持续进行运行或工作。此外，在闪爆时，还能在非常短的时间内实现快速开启，达到瞬间失压，以实现良好的闪爆效果。同时，由于超临界流体闪爆时，闪爆阀及其物料获得的动能高、速度快，需要有非常可靠的缓冲机构或单元，以有效保护闪爆装置，提高其使用寿命，并降低闪爆时冲击带来的噪声。
4.在课题组的前期研发技术中，首次引入了超临界流体电磁闪爆技术，以利用电磁铁磁性变化快，磁性大小可连续调节和瞬时可控等特点，从而使得超临界流体机构具有密封方便、快捷可靠、闪爆响应速度快，并可以实现闪爆阀的磁场软着陆缓冲等优点。因而，在达到工艺目的的同时，也有效保护了设备，减少了噪音对环境的影响。
5.然而，由于电磁铁两端的磁场强度随距离延长而衰减，因此前期研发的双或三电磁铁系统为充分保证闪爆阀的密封效果，需要对各电磁铁输入较高的电流，或需要增加较多的电磁铁线圈匝数，从而达到提供足够强度的电磁密封作用力。此外，双电磁铁或三电磁铁系统闪爆机构依然存在闪爆行程偏短，对工业化大批量物料进行处理时，通常会在闪爆口及其下方通道发生堵塞，阻碍闪爆速度，引起闪爆效果不良，特别容易导致后出料的闪爆效率及效果降低明显，引起闪爆不均匀等现象发生。


技术实现要素：

6.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中超临界流体电磁闪爆行程短，闪爆口及其下方通道易堵塞，不能处理工业化大批量物料，以及闪爆效果欠佳，闪爆不均匀等缺陷，提供一种长程电磁密封闪爆装置及工作方法。在实现闪爆密封的同时，极大地增大了阀头的闪爆行程，可有效提高闪爆效果和效率，以及实现大批量物料的工业化闪爆
加工。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种长程电磁密封闪爆装置，包括高压处理单元、低压缓冲单元、阀头、顶杆、第一电磁铁、第二电磁铁、若干第三电磁铁、闭合缓冲线圈组及外部支架。
8.在本发明的一个实施例中，所述高压处理单元与低压缓冲单元密封连接，所述高压处理单元和低压缓冲单元通过外部支架支撑于地面；所述高压处理单元在位于所述低压缓冲单元内的一端设置有阀座，所述阀座通过所述阀头密封，所述阀头通过顶杆连接所述第一电磁铁；所述低压缓冲单元下部固定有第二电磁铁，所述第一电磁铁通过导向件活动设置于所述第二电磁铁上方；若干第三电磁铁通过所述导向件活动设置于所述第一电磁铁和第二电磁铁之间；对应每个第三电磁铁下方的位置，均设置有闭合缓冲线圈。
9.在本发明的一个实施例中，相邻两所述电磁铁之间设有缓冲弹簧。
10.在本发明的一个实施例中，所述导向件为导向杆，所述导向杆固定连接所述阀座及第二电磁铁；所述第一电磁铁和第三电磁铁滑动套设于所述导向杆上。
11.在本发明的一个实施例中，所述第二电磁铁通过固定肋板与所述低压缓冲单元内侧面固定。
12.在本发明的一个实施例中，所述第三电磁铁设置有n个，n≥1。
13.在本发明的一个实施例中，所述第一电磁铁、第二电磁铁和若干第三电磁铁分别包括四组电磁单元，所述电磁单元呈圆形均布；所述第一电磁铁和第二电磁铁中所述电磁单元的磁极相互对应。
14.在本发明的一个实施例中，所述高压处理单元在位于所述低压缓冲单元外的一端设置有罐口；所述罐口通过盖子盖合，所述盖子与罐口之间通过卡箍组件密封固定。
15.一种长程电磁密封闪爆装置的工作方法，采用上述的闪爆装置，包括如下步骤：
16.s10：对第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁第一次通入电流，使相邻两个电磁铁之间的磁极方向相反，阀头密封阀座；
17.s20：打开高压处理单元的盖子，装入物料后密封盖合；
18.s30：向高压处理单元内通入闪爆流体，使高压处理单元内达到闪爆条件；
19.s40：对第一电磁铁断电；同时瞬时改变通入第二电磁铁和第三电磁铁的电流方向，使相邻两个电磁铁之间的磁极方向相同；
20.s50：在阀头和第一、第二、第三电磁铁下行预定时间或到达预定位置后，再瞬时给第一电磁铁通入电流，同时瞬时改变通入第二电磁铁和第三电磁铁的电流方向，使相邻两个电磁铁之间的磁极方向相反；
21.s60：在第一电磁铁速度降低的过程中，逐渐减弱各通入电流，直至第一电磁铁速度降为零或达到平衡后，所有电磁铁断电，完成闪爆处理流程。
22.在本发明的一个实施例中，对应每个第三电磁铁下方的位置，均设置有闭合缓冲线圈。
23.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
24.本发明所述的闪爆装置在实现高压处理单元密封的同时，大大延长了阀头的闪爆行程，更有利于工业化大批量物料的闪爆处理，闪爆速度快，闪爆效果、效率、均匀性，以及闪爆出料通畅性等都得到显著提高；同时通过在第三电磁铁下方的缓冲弹簧高度处的电磁
铁外围，设置闭合线圈组，进一步提高了缓冲效率和可靠性，大大改善了设备的工作安全性。
25.本发明所述的工作方法，操作简单，增大了阀头的运动行程，且密封效果好。
附图说明
26.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
27.图1是本发明实施例一示意图；
28.图2是本发明实施例一工作过程示意图；
29.图3是本发明实施例二示意图；
30.图4是本发明电磁铁示意图。
31.说明书附图标记说明：1、外部支架；2、高压处理单元；3、低压缓冲单元；4、阀座；5、阀头；6、第三电磁铁；7、第二电磁铁；8、第一电磁铁；9、顶杆；11、导向杆；12、缓冲弹簧；13、固定肋板；14、盖子；15、卡箍组件；16、电磁单元；17、闭合缓冲线圈组。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
33.参照图1所示，为本发明的一种长程电磁密封闪爆装置实施例一示意图。本发明的闪爆装置包括外部支架1、高压处理单元2和低压缓冲单元3，所述高压处理单元2与低压缓冲单元3密封连接，所述高压处理单元2和低压缓冲单元3通过外部支架1支撑于地面，以保证闪爆装置工作时的稳定。工作时高温高压闪爆流体从高压处理单元2中冲出进入低压缓冲单元3，进行闪爆。因此高压处理单元2连通低压缓冲单元3内部，为对高压处理单元2与低压缓冲单元3连通通道进行密封。本发明设置有阀头5，所述高压处理单元2位于所述低压缓冲单元3内的一端设置有阀座4，所述阀座4通过所述阀头5密封。
34.闪爆效果好坏的关键在于闪爆的速率，包括闪爆流体冲出高压处理单元2的速度以及闪爆流体冲出高压处理单元2的体积。因此高压处理单元2与低压缓冲单元3的连通通道需要在短时间内迅速打开，闪爆通道开启的速度越快越好，开启的面积越大越好，阀头距离开启的位置越远越好。因此本实施例中，还包括阀头5、顶杆9、第一电磁铁8、第二电磁铁7、若干第三电磁铁6及闭合缓冲线圈组17。所述阀头5通过顶杆9连接所述第一电磁铁8，所述低压缓冲单元3下部固定有第二电磁铁7。所述第一电磁铁8通过导向件活动设置于所述第二电磁铁7上方，若干第三电磁铁6通过所述导向件活动设置于所述第一电磁铁8和第二电磁铁7之间；对应每个第三电磁铁6下方的位置，均设置有闭合缓冲线圈17。
35.参照图2所示，当第二电磁铁7、第三电磁铁6和第一电磁铁8均不通电时，第一电磁铁8和第三电磁铁6由于自身重力作用而下降。第三电磁铁6叠压在第二电磁铁7上，第一电磁铁8叠压在第三电磁铁6上；此时阀头5远离阀座4，高压处理单元2与低压缓冲单元3内部连通。
36.工作时，第二电磁铁7、第三电磁铁6和第一电磁铁8通电，相邻两个电磁铁之间的磁极方向相反，从而相邻两个电磁铁相互接近的一端极性相同，两者之间存在排斥力。即最
下方的第一个第三电磁铁6和第二电磁铁7相互接近的一端极性相同，第二电磁铁7对第一个第三电磁铁6具有排斥力，第一个第三电磁铁6在第二电磁铁7的排斥力作用下向上运动。第二个第三电磁铁6与第一个第三电磁铁6之间具有排斥力，第二个第三电磁铁6在第一个第三电磁铁6的排斥力作用下向上运动，如此直至最上方的第三电磁铁6。第一电磁铁8与最上方的第三电磁铁6相互接近的一端极性相同，第三电磁铁6对第一电磁铁8具有排斥力，第一电磁铁8在第三电磁铁6的排斥力作用下向上运动，与第一电磁铁8相连的阀头5被顶起封堵阀座4。第二电磁铁7与第一个第三电磁铁6之间的排斥力足以使第一个第三电磁铁6上升第一高度，第二个第三电磁铁6与第一个第三电磁铁6之间的排斥力使第二个第三电磁铁6再次提升第二高度，多个第三电磁铁6提升的高度叠加，使得第一电磁铁8的行程被大大增加，从而阀头5能够距离阀座4足够远，使得阀头5不会对闪爆造成任何不利影响。同时磁场强度还影响阀头5抵压阀座4的压力，由于多个第三电磁铁6的设置，可以保证第一电磁铁8在被顶起时，处于受力最强的范围，保证阀头5对阀座4密封的牢靠。
37.阀头5的最大行程根据第三电磁铁6设置的数量决定，第三电磁铁可以设置n个，n≥1。本实施例中，由于低压缓冲单元3的尺寸限制，所述第三电磁铁设置有1个。
38.当高压处理单元2内工艺结束，需要打开阀头，此时对第一电磁铁8断电；同时瞬时改变第二电磁铁7和若干第三电磁铁6中的电流方向，使相邻两个电磁铁之间的磁极方向相同。此时第一电磁铁8失去若干第三电磁铁6向上的支撑作用，阀头5也失去第一电磁铁8向上的支撑作用力，故瞬间打开并急速向下运动，实现闪爆。与此同时，第二电磁铁7和若干第三电磁铁6由于电流方向改变，各相邻电磁铁间的磁极方向相同，各自产生方向向下的电磁铁拉力，并在各自自身重力作用下，也瞬间同时向下加速运动，从而大大增大了第一电磁铁和阀头的闪爆运动行程，完成闪爆。
39.此外，在本发明的其他实施例中，在合适的闪爆条件下也可以对第一电磁铁8、第二电磁铁7、第三电磁铁6同时断电。又由于第一电磁铁8瞬间向下运动，因此其冲击力较大，为防止其冲击力损伤闪爆装置，在阀头下降预定时间，或者向下移动预定距离后，瞬间再对第一电磁铁8、第二电磁铁7和第三电磁铁6通入电流，相邻电磁铁之间互相排斥。从而阀头5在打开后并下行一定行程时，第一电磁铁8再次受到第三电磁铁6的排斥力，第三电磁铁6之间存在排斥力，第二电磁铁7对第三电磁铁6存在排斥力，形成对个电磁铁的缓冲，提高了闪爆装置的安全性。通过对第二次通入的电流的控制，可以保证各电磁铁不会直接接触相邻的电磁铁，且第一电磁铁8也不会使阀头5再次封堵阀座4。并逐渐减弱各通入电流，第一电磁铁8和第三电磁铁6在第二电磁铁7上方的下行速度逐渐降低为0，或达到平衡状态，然后直至断电，完成一次闪爆处理流程，并准备下一次闪爆作业。通过逐渐减弱通入的电流可以防止第一电磁铁8和第三电磁铁6再次产生幅度较大的运动，提高闪爆装置的稳定性。
40.进一步的，为防止由于冲击力过大而导致相邻电磁铁之间产生撞击，本发明在对应每个第三电磁铁6下方的位置，均设置有闭合缓冲线圈17。在第三电磁铁6向下运动时，由于第三电磁铁6内通有电流，当第三电磁铁6通过闭合缓冲线圈17时，开始做磁力线切割运动，从而使闭合缓冲线圈17产生相反电磁场，减缓各第三电磁铁6的下降速度，从而为第三电磁铁6的下降提供缓冲。
41.更进一步的，相邻所述电磁铁之间设置有缓冲弹簧12。缓冲弹簧12作为保险措施，在上方的电磁铁向下运动时隔开相邻的电磁铁并提供缓冲。闭合缓冲线圈17与缓冲弹簧12
共同作用，避免由于冲击力过大而导致相邻电磁铁之间的缓冲弹簧12被过度压缩，以至于失去缓冲作用，提高缓冲效率。
42.更进一步的，为防止由于冲击力过大而导致上述相邻电磁铁之间的缓冲弹簧12被过度压缩，以至于失去缓冲作用，本发明对应未通电状态下的所述缓冲弹簧的高度位置，在所述第三电磁铁及其下方的缓冲弹簧外围设置有闭合缓冲线圈组17。当通电电磁铁通过该线圈组时，开始做磁力线切割运动，从而使感应线圈组产生相反电磁场，减缓各电磁铁的下降，从而进一步提高缓冲效率。
43.在本发明的实施例中，为方便固定第二电磁铁7，同时保证对第一电磁铁8和第三电磁铁6的导向，所述导向件为导向杆11，所述导向杆11固定连接所述阀座4及第二电磁铁7；所述第一电磁铁8和第三电磁铁6滑动套设于所述导向杆11上。导向杆11既作为第二电磁铁7的连接件，又为第一电磁铁8和第三电磁铁6的移动提供导向，因此整体结构简单，方便设置。进一步的，导向杆11沿着高压处理单元2的压力冲击方向设置，该冲击力不会对导向杆11造成影响，能够保证导向杆11与阀座4连接的稳定。同时为确保第二电磁铁7与导向杆11连接的稳定，导向杆11至少沿圆周方向均匀设置有3个。本实施例中导向杆11设置有4个，从而第一电磁铁8无论那个部位受到高压处理单元2内冲出的冲击力，均有对应的导向杆11分担该作用力，防止电磁铁偏移。在本实施例中，缓冲弹簧12套设在导向杆11上。
44.参照图3所示，在本发明的实施例二中，为固定第二电磁铁7，所述第二电磁铁7通过固定肋板13与所述低压缓冲单元3内侧面固定。固定肋板13一端连接第二电磁铁7侧面，另一端连接低压缓冲单元3内侧面，用以支撑第二电磁铁7。本实施例中，导向件可以为中空导柱，中空导柱包裹在第一电磁铁8、第三电磁铁6和第二电磁铁7外，第一电磁铁8在中空导柱内上下移动，缓冲弹簧12位于相邻两电磁铁之间。当然，导向件依然还可以为导向杆11。
45.参照图4所示，为保证各电磁铁之间的作用力足够，在本发明的实施例中，所述第二电磁铁7、第三电磁铁6和第一电磁铁8分别包括四组电磁单元16，所述电磁单元16呈圆形均布。所述第二电磁铁7、第三电磁铁6和第一电磁铁8中所述电磁单元16的磁极相互对应。一方面方便设置，且电磁铁的磁极分布均匀，各电磁铁之间便于配合，另一方面，顶杆9和导向杆11的设置不会对电磁铁的磁性产生影响。
46.本发明的各实施例中，为方便向高压处理单元2内添加物料，所述高压处理单元2位于所述低压缓冲单元3外的一端设置有罐口，所述罐口通过盖子14盖合，所述盖子14与罐口之间通过卡箍组件15密封固定。盖子14扣合在罐口上方，卡箍组件15从侧面扣住罐口和盖子14，从而盖子14轴向上的移动被限制。高压处理单元2内压力越大，罐口和盖子14与卡箍组件15抵接的越紧密，密封效果越好，卡箍组件15越不容易被拆卸；高压处理单元2内与外界压力相同时，卡箍组件15与罐口及盖子14之间的连接越松散，卡箍组件15越方便被拆卸。
47.一种长程电磁密封闪爆装置的工作方法，采用上述的闪爆装置，包括如下步骤：
48.s10：对第一电磁铁8、第二电磁铁7和第三电磁铁6第一次通入电流，使相邻两个电磁铁之间的磁极方向相反，阀头5密封阀座4。此时相邻两电磁铁相互接近的一端极性相同，相邻电磁铁之间具有排斥力，第三电磁铁6受到的排斥力克服了第三电磁铁6自身的重力，第一电磁铁受到的排斥力克服了第一电磁铁8和顶杆9、阀头5的重力，使得第三电磁铁6向上运动，同时第一电磁铁8通过顶杆9推动阀头5向上运动，从而阀头5压紧密封阀座4。由于
阀头5需要一直密封高压处理单元2，因此第一电流较大，保证高压处理单元2内即使通入高压气体，阀头5依然能够压紧阀座4。
49.s20：阀座4被密封后，打开高压处理单元2的盖子14，装入物料，物料处于高压处理单元2内，而后密封盖合高压处理单元2。此时高压处理单元2内为密封环境。
50.s30：向高压处理单元2内通入闪爆流体，由于高压处理单元2密封，随着闪爆气体的通入高压处理单元2内压力升高，使高压处理单元2内达到闪爆条件。即高压处理单元2内达到一定的压力及温度，并维持一段时间。
51.s40：达到闪爆条件后，需要快速开启闪爆通道以完成闪爆，此时对第一电磁铁8断电，并同时瞬时改变第二电磁铁7和若干第三电磁铁6中的电流方向，使相邻两个电磁铁之间的磁极方向相同。此时第一电磁铁8失去若干第三电磁铁6向上的支撑作用，阀头5也失去第一电磁铁8向上的支撑作用力，故瞬间打开并急速向下运动，实现闪爆。与此同时，第二电磁铁7和若干第三电磁铁6由于电流方向改变，各相邻电磁铁间的磁极方向相同，各自产生方向向下的电磁铁拉力，并在各自自身重力作用下，也瞬间同时向下加速运动，从而大大增大了第一电磁铁8和阀头5的闪爆运动行程，完成闪爆。
52.s50：同时第一电磁铁8由于瞬间向下运动，因此其冲击力较大，且相邻电磁铁之间的距离较短，为防止其冲击力损伤闪爆装置，在阀头5下行预定时间或到达预定位置后，瞬时对第一电磁铁8通入电流，同时瞬时改变第二电磁铁7和第三电磁铁6的电流方向，使相邻两个电磁铁之间的磁极方向相反。从而阀头5在打开后，各电磁铁之间再次受到排斥力的作用，对下行的第一电磁铁8和第三电磁铁6形成缓冲，提高了闪爆装置的安全性。进一步的，为保证各电磁铁之间再次产生的排斥力使得各电磁铁不会直接接触，同时也不会使阀头5再次封堵阀座4，第二次通入各电磁铁的电流根据具体情况合理设置。
53.s60：在第一电磁铁8速度降低的过程中，逐渐减弱各通入电流，直至第一电磁铁8速度降为零或达到平衡后，所有电磁铁断电，完成闪爆处理流程。此外，为防止冲击力过大以至于缓冲弹簧12也失去缓冲作用，对应未通电状态下的缓冲弹簧的高度位置，在所述第三电磁铁6及其下方的缓冲弹簧12外围设置有闭合缓冲线圈组17。设置的闭合缓冲线圈组17可以产生相反电磁场，减缓各第三电磁铁6的下降，进一步提高了闪爆设备的稳定性。
54.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。特别是发明闪爆机构的闪爆介质不仅限于以co2介质为代表的超临界流体，也适用于其他各类气体、蒸汽等流体介质。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。