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一种炭化炉的气体密封装置

阅读：766发布：2021-02-28

IPRDB可以提供一种炭化炉的气体密封装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种炭化炉气体密封装置，在壳体出口端的固定有相互对称的气体喷出管。气体喷出管的气体出口中心线之间的夹角为90°，并与锥形管的中心线相交。气封箱位于壳体另一端的中间箱体内。在气封箱内腔对称安装有7对气体阻流板。两个气体阻流板相邻的表面之间形成了气体膨胀室。在相邻的气体阻流板之间有气体喷口。氮气通过气体喷口进入气体膨胀室内上下对吹，气体膨胀后形成涡流，有效阻挡了废气外溢和外界空气进入炉膛。气体喷出管与水平面之间成45°角，在气封箱内部形成封喉作用，强化气封效果。本发明在氮气管道压力为0.15MPa时，气箱内压力为0.15MPa。在0.1MPa压力下，本发明能够在300Pa下保压3小时无压降。，下面是一种炭化炉的气体密封装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于炭化炉气体密封的装置，其特征在于，包括与炭化炉相连的法兰盘、锥形管、气体喷出管、走丝通道、气体阻流板、气体喷口、氮气管道、废气预留口、炉头延伸段、炉口闸板、蝶形螺栓和壳体；其中，壳体由固定在中间箱体上表面的上法兰盖和固定在中间箱体下表面的下法兰盖组成；在壳体出口端的上法兰盖内和下法兰盖内分别固定有气体喷出管，并且上法兰盖内和下法兰盖上的气体喷出管对称；气体喷出管气体出口端为弯折管，使出口对着锥形管的入口；两个气体喷出管出口的中心线之间的夹角为90°，并且两个气体喷出管出口的中心线与锥形管的中心线相交；该气体喷出管的外表面均固定有氮气管；所述氮气管的一端与气体喷出管贯通，另一端穿过上法兰盖或下法兰盖，与氮气管道连通；

气封箱位于壳体另一端的中间箱体内；在气封箱内腔的上表面和下表面，对称安装有

7对气体阻流板；相邻的两个气体阻流板表面之间的距离根据柏努利公式确定；相邻的两个气体阻流板之间的空间形成了气体膨胀室；位于气封箱内腔上表面和下表面并相互对称的气体阻流板的顶端之间的距离须满足预氧化丝走丝的空间要求；气封箱的箱体为夹层，在气封箱的外层箱板上安装有氮气管道，在气封箱的内层箱板的上表面和下表面对称分布有7组贯通气封箱内层箱板的气体喷口；所述的7组气体喷口均位于两个相邻的气体阻流板之间；所述的气体阻流板和气体喷口的长度与壳体内腔的宽度相同。

2.如权利要求1所述一种用于炭化炉气体密封的装置，其特征在于，在壳体的上法兰盖中部，有贯通的该上法兰盖的废气预留口；在壳体的入口端端面，安装有炉头延伸段；所述炉头延伸段的端头处有一对炉口闸板；在壳体的出口端端面，固定安装有锥形管，所述锥形管的端头固定有法兰盘。

3.如权利要求1所述一种用于炭化炉气体密封的装置，其特征在于，所述的气封箱的箱体为夹层；气封箱能安装在壳体内。

说明书全文

一种炭化炉的气体密封装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种气体密封装置，具体是一种炭化炉的气体密封装置。

背景技术

[0002] 聚丙烯腈原丝经预氧化处理后转化为耐热梯形结构，再经低温炭化和高温炭化转变为具有乱层石墨结构，且含炭量在92％以上的无机炭纤维。该炭化过程是在氮气保护、绝氧状态下通过炭化炉实现的，所排放废气中含有焦油、HCN、CO2、CO、NH3等物质。因此与炭化炉配套使用的密封装置是炭化炉的关键设备之一，密封装置可防止炉内废气向室内排放，也封堵炉外空气向炉内渗入，密封效果直接影响生产安全和碳纤维质量。

[0003] 密封结构也有多种多样，例如闸板式、鸭嘴式、狭缝气幕式、接触型迷宫式，但较为先进的装置是非接触式迷宫气封结构，它具有密封结构为矩形，长边与宽边比为15∶1以上；气体喷出部是多孔板；气体膨胀室由5～10个组成；气封气体流速可调等特点。尽管迷宫密封装置在一定程度上能够防止炉内废气向室内泄露，保障现场生产人员的安全；封堵炉外空气向炉内渗入，保证炉内保护气体的超高纯度，防止炉内氧含量浓度过高致使炭纤维品质下降。但从以往迷宫密封装置的结构可以看出，它们在设计上主要存在以下问题：

[0004] (1)迷宫机构中气体喷出管喷出的气体不直接进入气体膨胀室，而是通过弥漫方式进入膨胀室，如此以来迷宫所起作用会有所下降，而且没有对迷宫密封装置与炭化炉连接处进行锁喉处理。

[0005] (2)迷宫密封装置多是一个整体，无法从中间打开，由于炭化炉炉口比较窄，而组成气体膨胀室的上下阻流板之间的高度还小于炉口宽度，如果在阻流板上粘附了液体焦油，拆卸清理十分不便。

[0006] (3)现有气封气体密封装置所采用的如狭缝对吹气幕式密封结构，气封体上没有设置废气预留口。虽然在隔离炉内反应气氛与外界大气上效果较好，但在抑制炉内废气外溢上效果欠佳。当炭化炉排废不畅时炉内压力稍微出现波动，炉内废气大量溢向迷宫密封装置，气封入口便会出现废气外溢，造成气封内部上下与炉口出现黑烟与焦油凝结，不仅影响碳纤维产品性能，而且可造成焦油沾在纤维上导致其脆断。

发明内容

[0007] 为克服现有非接触式迷宫密封装置所存在的密封结构单一，密封效果欠佳，无法打开进行拆卸清理，在装置内压力很大时可以及时释压的不足，本发明提出了一种炭化炉气体密封装置。

[0008] 本发明包括与炭化炉相连的法兰盘、锥形管、气体喷出管、走丝通道、气体阻流板、气体喷口、氮气管道、废气预留口、炉头延伸段、炉口闸板、蝶形螺栓和壳体。其中，壳体由固定在中间箱体上表面的上法兰盖和固定在中间箱体下表面下法兰盖组成。在壳体出口端的上法兰盖内和下法兰盖内分别固定有气体喷出管，并且上法兰盖内和下法兰盖上的气体喷出管对称。气体喷出管气体出口端为弯折管，使出口对着锥形管的入口。两个气体喷出管出口的中心线之间的夹角为90°，并且两个气体喷出管出口的中心线与锥形管的中心线相交。该气体喷出管的外表面均固定有氮气管。所述氮气管的一端与气体喷出管贯通，另一端穿过上法兰盖或下法兰盖，与氮气管道连通。

[0009] 气封箱位于壳体另一端的中间箱体内。在气封箱内腔的上表面和下表面，对称安装有7对气体阻流板。相邻的两个气体阻流板表面之间的距离根据柏努利公式确定。相邻的两个气体阻流板之间的空间形成了气体膨胀室。位于气封箱内腔上表面和下表面并相互对称的气体阻流板的顶端之间的距离须满足预氧化丝走丝的空间要求。气封箱的箱体为夹层，在气封箱的外层箱板上安装有惰性气体管道，在气封箱的内层箱板的上表面和下表面对称分布有7组贯通气封箱内层箱板的气体喷口。所述的7组气体喷口均位于两个相邻的气体阻流板之间。所述的气体阻流板和气体喷口的长度与壳体内腔的宽度相同。

[0010] 在壳体的上法兰盖中部，有贯通的该上法兰盖的废气预留口。在壳体的入口端端面，安装有炉头延伸段。所述炉头延伸段的端头处有一对炉口闸板。在壳体的出口端端面，固定安装有锥形管，所述锥形管的端头固定有法兰盘。气封箱的箱体为夹层。气封箱能安装在壳体内。

[0011] 本发明的上法兰盖和下法兰盖上各有4道氮气管路，其中前4道用于给气封箱供氮气，后4道用于给气体喷出管供氮气。位于上法兰盖和下法兰盖之间的气封箱内排布有上下对吹的气体喷口。气体阻流板垂直焊接在上、下法兰盖内壁，各阻流板之间形成U形膨胀室。氮气通过气封箱内排布的气体喷口进入气封箱阻流板区域，形成上下对吹。氮气通过管路进入由各阻流板之间形成U形膨胀室内，气体膨胀后形成内外气体阻力区域，阻挡废气外溢以及外界空气进入炉膛。废气预留口位于迷宫密封结构腔体上法兰盖的中心位置。炉口闸板有两块，能够通过蝶形螺栓调节炉口开度，从而实现对炭化炉内压力以及纤维走丝区域高低的调节。

[0012] 本发明能够方便地实现拆卸清理；8道氮气管路对称分布在壳体的上下端，能实现氮气压力的均匀性；从气体阻流板之间的气体喷口进入U形膨胀室的氮气上下对吹，从而使氮气在膨胀室内形成涡流起到阻流密封效果。氮气的气体喷出管与水平面之间成45°角，有效封锁废气，在气封内部形成封喉作用，强化气封效果。在氮气管道压力为0.15MPa条件下，气封内可承受压力为0.15MPa；在0.1MPa压力下做气密性实验，该装置可保证3 3
300Pa下保压3小时无压降；气封氮气需求量是50m/h，气封内气压是7Pa，溢气量＜0.5m/h。

附图说明

[0013] 附图1是本发明气体密封装置总体结构示意图；

[0014] 附图2是本发明气体密封装置俯视示意图；

[0015] 附图3是气封横向剖视图。图中：

[0016] 1.法兰盘 2.锥形管 3.上法兰盖 4.下法兰盖[0017] 5.气体喷出管 6.走丝通道 7.气体阻流板 8.气体膨胀室[0018] 9.气体喷口 10.氮气管 11.废气预留口 12.炉头延伸段[0019] 13.炉口闸板 14.蝶形螺栓 15.壳体 16.气封箱具体实施方式

[0020] 本实例是一种利用迷宫结构进行炭化炉气体密封的装置，包括与炭化炉相连的法兰盘1、锥形管2、气体喷出管5、气体阻流板7、气体喷口9、氮气管10、废气预留口11、炉头延伸段12、炉口闸板13、蝶形螺栓14和壳体15。其中，气体喷出管5与水平面之间有45°的夹角。壳体15由固定在箱体上表面的上法兰盖3和固定在箱体下表面的下法兰盖4组成。上法兰盖3和下法兰盖4与箱体之间均采用耐450℃高温聚四氟乙烯-石墨弹性垫密封。

[0021] 在壳体15出口端的上法兰盖3内和下法兰盖4内分别固定有气体喷出管5，并且上法兰盖3内和下法兰盖4上的气体喷出管5对称。气体喷出管5的一端为该气体喷出管的出口；该出口端为弯折管，使出口对着锥形管2的入口；两个气体喷出管5出口的中心线之间的夹角为90°，并且两个气体喷出管5出口的中心线与锥形管2的中心线相交。该气体喷出管5的外表面均固定有氮气管10；所述氮气管10的一端与气体喷出管5贯通，另一端穿过上法兰盖3或下法兰盖4，与氮气管道连通。

[0022] 在壳体15的上法兰盖3中部，有贯通的该上法兰盖3的废气预留口11。在壳体15的入口端端面，安装有炉头延伸段12；所述炉头延伸段12的端头处有一对炉口闸板13，通过蝶形螺栓14调整该炉口闸板13与壳体15中心线的距离，以满足预氧化丝走丝的空间要求。在壳体15的出口端端面，固定安装有锥形管2，所述锥形管2的端头固定有法兰盘1，通过该法兰盘1，将本实施例与炉体连接。

[0023] 在壳体15另一端的箱体内安装有气封箱16。所述的气封箱16为矩形，其箱体为夹层。气封箱的最大外形尺寸小于壳体15的内腔尺寸，气封箱16的夹层的高度略小于气封法兰盖的高度，使气封箱16能安装在壳体15内。气封箱16内腔的高度与壳体15的箱体的高度相同。在气封箱16内腔的上表面和下表面，对称安装有7对气体阻流板7。相邻的两个气体阻流板7表面之间的距离根据柏努利公式确定；相邻的两个气体阻流板间空间形成了气体膨胀室8；在气封箱16内腔上表面和下表面对称分布的气体阻流板7的顶端之间的距离须满足预氧化丝走丝的空间要求，本实施例中，所述的气体阻流板7的顶端之间的距离为30mm。在气封箱16的外层箱板上，有氮气管道10的安装孔；在气封箱16的内层箱板的上表面和下表面，对称分布有7组贯通气封箱内层箱板的气体喷口9；所述的7组气体喷口9均位于两个相邻的气体阻流板7之间；气体喷口9的孔径为2mm，相邻两个孔的中心距为5mm。所述的气体阻流板7和气体喷口9的长度与壳体15内腔的宽度相同。

[0024] 本实施例中，壳体15入口端的上表面和下表面对称的分布有7组气体喷口9；在气封箱16处的上法兰盘和下法兰盘表面各有四路氮气管10，其中靠近壳体入口端的四路氮气管10与气封箱16连通，靠近壳体出口端的四路氮气管10别与两个气体喷出管5连通。在壳体15出口端的上表面和下表面对称的分布有一个与水平夹角为45°的气体喷出管5，所述的气体喷出管5为横向狭缝式结构，斜角45°两条气体狭缝对吹形成密封结构。在炭化炉炉体上表面的中部有废气预留口11。在炭化炉炉体的一端中心，有炉头延伸段12，并且该炉头延伸段12的端头安装有炉口闸板13；在炭化炉炉体的另一端中心，有向外延伸的锥形管2，并且该锥形管2的端头安装有法兰盘1。

[0025] 上法兰盖3和下法兰盖4位于壳体的上表面和下表面，分别固定在壳体两端的端盖上。在上法兰盖3上有氮气管10、废气预留口11和气体喷出管5、氮气管10的安装孔。在下法兰盖4上有氮气管10和气体喷出管5、氮气管10的安装孔。

[0026] 在炭化炉炉体的内壁上，有7排径向凸出的气体阻流板7，并且各排气体阻流板7分布在各气体喷口9之间，形成了U型气体膨胀腔室8。

[0027] 法兰盘1的法兰尺寸根据低温炭化炉炉体外露连接尺寸设计，采用均布的间距80mm的M14螺栓孔。锥形管2结构为横截面为矩形且面积由大到小的缩颈装置，连接法兰盘1和气封箱体。上下法兰盖与箱体以法兰形式连接，形成此迷宫气封的主体结构。与水平夹角为45°的气体喷出管5为横向狭缝式结构，斜角45°两条气体狭缝对吹形成密封结构。气体阻流板7为厚度10mm的不锈钢板，对称焊接在箱体上下端面上，其顶端采用倒角磨光处理，防止对运行纤维刮蹭。各气体阻流板7之间形成U型气体膨胀腔室8。气体喷口9是在气体阻流板之间即U形气体膨胀室底部均布直径为φ2mm的开孔，用于将从氮气管10输入的氮气均匀的喷入气体膨胀室。氮气管10和17外留法兰，与氮气管道的金属软管相连接。炉口闸板13与国内一般炭化炉气封类似。

[0028] 炭化炉内废气由内向外溢出时，经过与炭化炉相连的法兰盘1后进入一段与水平夹角约为17°的锥形管2，此时气流截面积变小，气体流速略有增大。靠近喉部颈缩的上盖3和下盖4内壁各有一段与水平夹角为45°的气体喷出管5喷出压力更大的气体先阻止部分废气外溢，从而减少废气溢出量。未完全封住的废气会流向迷宫密封结构的走丝通道6，也就是两块阻流板7之间形成的小间隙。气体在通过走丝通道时并进入膨胀室8后，由于容积突然扩大，气体速度急速下降，近乎为零，其一部分动能转化为热能，另一部分转化为涡流能，经过膨胀室8的重复作用，泄露废气的压力从高压降为低压。与此同时氮气经氮气管10从气体喷口9喷出，在由上下对称阻流板7组成的膨胀室8内形成新的涡流，能进一步阻止废气外溢，从而使废气泄漏量达到最小。

[0029] 当炉内压力较高时，可以打开位于迷宫密封装置上盖1的中心位置的废气预留口11，使炉腔内压力较小；还可以通过松紧蝶形螺栓14和移动炉口闸板13来实现对炉口开度的调节，从而实现对炭化炉内压力的调节。

标题	发布/更新时间	阅读量
氮气密封装置-专利编号CN101639124A	2020-05-12	835
一种气密封装置-专利编号CN106195022A	2020-05-13	456
气门杆密封装置-专利编号CN102395820B	2020-05-12	448
密封打气装置-专利编号CN101316696A	2020-05-13	420
气门杆密封装置-专利编号CN102395820A	2020-05-12	401
密封充气装置-专利编号CN101557922A	2020-05-13	691
气密封装体-专利编号CN110249421A	2020-05-11	291
气密封装置-专利编号CN103671922B	2020-05-11	630
气密封装置-专利编号CN103671922A	2020-05-11	756
气密封装体-专利编号CN109923665A	2020-05-11	440

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