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CN102497958A - 带有具有给定膨胀系数的聚合物接头的低温流体分配装置 - Google Patents

带有具有给定膨胀系数的聚合物接头的低温流体分配装置 Download PDF

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CN102497958A CN2010800417683A CN201080041768A CN102497958A CN 102497958 A CN102497958 A CN 102497958A CN 2010800417683 A CN2010800417683 A CN 2010800417683A CN 201080041768 A CN201080041768 A CN 201080041768A CN 102497958 A CN102497958 A CN 102497958A
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J·昆塔
F·理查德
C·特鲁朔
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Abstract

本发明涉及一种用于分配至少一股高压低温流体流的装置，所述装置包括：可移动的工具(3)，该工具包括用于分配一股或多股高压低温流体流的一个或多个流体分配喷嘴(18)；和用于给可移动的工具(3)供应高压低温流体的管路(2，5)，所述管路包括固定的上游部分(5)和接合到可移动的工具(3)的可移动的下游部分(2)，所述固定的上游部分(5)和可移动的下游部分(2)借助于包括旋转接头(20)的可旋转系统(1)彼此流体连接。旋转接头(20)包括热膨胀系数介于10.10-6/K与160.10-6/K之间的聚合材料。

Description

带有具有给定膨胀系数的聚合物接头的低温流体分配装置
技术领域
本发明涉及一种使用高压低温流体射流特别是进行表面处理、剥离(décapage)或切削(d’écroutage)的装置和工作方法，所述装置包括具有给定膨胀系数和给定摩擦系数的旋转密封件。
背景技术
例如，文献US-A-7,310,955和US-A-7,316,363中公开了使用一股或多股压力很高的低温射流来执行可被覆盖材料也可未被覆盖材料的材料的表面处理，特别是剥离、切削等，而且还执行切割诸如金属、混凝土、木料、聚合物、陶瓷、塑料之类的材料或任何其它类型的材料的操作。
这类方法旨在特别是用于存在较多环境约束的环境中，例如核环境或化学环境。
处于1000bar至4000bar的压力和例如介于-100℃与-200℃之间且典型地介于大约-140℃与-160℃之间的低温下的一股或多股液氮射流通过喷嘴支承工具进行分配，所述喷嘴支承工具可被固定或者以旋转或振动运动方式移动并且通常经低温流体供给管道被供以液氮。
为了获得所述工具的旋转运动，借助于带有通过电机移动的齿轮或带的旋转驱动系统将绕管路轴线的旋转运动施加至所述管道和工具。
旋转系统的动力学密封常常通过典型地由
Figure BDA0000145036140000011
制成的旋转筒形密封件实现，所述密封件布置在管道周围，被青铜部件沿纵向横穿，并且被块状不锈钢部件包围。
在实践中已注意到，所述密封件由于所采用的低温而随着时间推移变得不太有效，所述低温典型地低于大约-150℃，这相对迅速地导致泄漏并因此使工艺效率降低，特别是在例如切削混凝土或剥离涂料的操作期间。
实际上，材料在所采用的低温作用下不同地变形，视它们如表I所示的相应的热膨胀系数而定。
表I
Figure BDA0000145036140000021
Figure BDA0000145036140000022
是一种超高分子量聚乙烯。
这些值是适当的，并且对于所涉及的温度范围假设其是恒定的。根据DIN 50044获得每单位长度的热膨胀系数。
如可见的，这些材料对低温的反应非常不同，因此，在交替的冷却和加热循环期间密封件会发生变形或甚至损坏，并且当密封件承受很高的压力、即典型地高达4000bar的压力时这种情况甚至更快地发生。
实际上，已注意到，在实践中，密封件与金属部件之间逐渐出现游隙，这导致妨碍系统正常操作的泄漏。因此，需要定期更换密封件，这带来设备成本和维护成本。目前，这在必须最大限度地减少人工干预的危险环境例如核环境或化学环境中是一个关键因素。
因此，本发明的目的是通过提供一种带有流体分配工具的分配系统来提高如上所述的用于分配低温流体、特别是液氮的系统的可靠性，所述流体分配工具具有已进行改进以便克服上述缺点的旋转密封件。
发明内容
本发明的目的通过一种用于分配至少一股高压低温流体射流的装置来实现，所述装置包括：
-可移动的工具，该工具具有一个或多个用于分配一股或多股高压低温流体射流的流体分配喷嘴，和
-用于给所述可移动的工具供应高压低温流体的管路，该管路包括固定的上游部分和与可移动的工具接合的可移动的下游部分，所述固定的上游部分和可移动的下游部分借助于包括旋转密封件的旋转系统彼此流体连接，
其特征在于，所述旋转密封件由热膨胀系数介于10.10-6/K与160.10-6/K之间的聚合材料制成。
视情形而定，本发明的装置可包括以下特征中的一个或多个：
-所述旋转密封件由热膨胀系数介于20.10-6/K与130.10-6/K之间的聚合材料制成。
-所述旋转密封件由摩擦系数小于0.50的聚合材料制成。
-所述密封件的形状为筒形。
-所述密封件通过一个或多个金属部件保持在所述旋转系统内。
-所述密封件由可选自PTFE、PCTFE、PAI和PPS的聚合材料制成。
本发明还涉及一种包括根据本发明的装置的用于分配至少一股高压低温流体射流的设备，该设备由低温流体源供应低温流体并且包括能够旋转移动且装备有一个或多个用于分配所述加压低温流体的喷嘴的工具。
此外，本发明还涉及一种用于使用高压低温流体射流对材料进行表面处理、剥离或切削的方法，其中使用了根据本发明的设备或装置。
由所述工具的一个或多个喷嘴分配的低温流体优选在至少500bar、优选介于2000bar与4000bar之间的压力下。
通过所述工具的一个或多个喷嘴分配的流体有利地在低于-140℃、优选介于大约-140℃与-180℃之间的温度下。
附图说明
现将借助于以下参考附图给出的说明性的实施例来理解本发明，在附图中：
-图1是装备有根据本发明的密封件的用于分配高压低温流体射流的装置的一部分的示意图，
-图2是图1中的根据本发明的密封件的放大示意图，
-图3是结合有根据图1的装置的用于分配高压低温流体射流的设备的总框图，
-且图4A和4B是图1中的装置的喷嘴支承工具的示图。
具体实施方式
图1是用于分配高压低温流体射流6的装置的一部分的示意(侧视)图，其示出了旋转系统1的密封件20和旋转工具3。更精确而言，筒形密封件20布置在用于液氮(LN2)的输送管道的部分2、5的相交处，并且被一个或多个青铜部件22、23沿纵向横穿并被块状不锈钢部件21包围。密封件20在上游部分5固定的情况下动力学地密封旋转系统1，而下游部分2能够旋转移动。
根据本发明，筒形旋转密封件20是由热膨胀系数介于10.10-6/K与160.10-6/K之间、优选介于大约20.10-6/K与130.10-6/K之间的聚合材料制成的密封件。这些值是适当的，并且对于所涉及的温度范围假设其是恒定的。根据DIN 50044获得每单位长度的热膨胀系数。
下表II一方面给出了
Figure BDA0000145036140000041
的热膨胀系数，另一方面给出了一些可被用作图1中的系统中的密封件并因此有利地代替常规地用于低温环境下的
Figure BDA0000145036140000042
密封件的可商购的聚合物的热膨胀系数。
表II
Figure BDA0000145036140000043
PTFE＝聚四氟乙烯；PCTFE＝聚一氯三氟乙烯；PAI＝聚酰胺-酰亚胺；PPS＝聚苯硫醚；UHMW PE＝超高分子量聚乙烯。表II中的值是适当的，并且对于所涉及的温度范围假设其是恒定的。根据DIN 50044获得每单位长度的热膨胀系数。
此外，下表III中给出了表II中的不同聚合物和用于比较的
Figure BDA0000145036140000044
的摩擦系数。
表III
Figure BDA0000145036140000051
使用DIN 50044确定动力学摩擦系数。(在经磨削的硬化钢上测试//P＝0.4MPA-V＝0.6m/s)。
如可见的，PTFE、PCTFE、PAI和PPS具有与
Figure BDA0000145036140000052
相同量级的低摩擦系数。
如果观察热膨胀系数和摩擦系数，则可看出聚合物PS和PAI是最适合生产根据本发明的旋转密封件的材料。然而，其它两种聚合物也很适合，即使它们不是最优选的。
通过谨慎选择用于本发明的旋转系统1中的密封件20的类型，可使用于分配低温流体的系统更加可靠；换句话说，可防止或最大限度地减少密封件20与旋转系统1的金属部件21、22、23之间逐渐出现游隙，并因此可防止或最大限度地减少氮在所述密封件20处的泄漏。
装备有配设有根据本发明的密封件的装置的设备在图3中举例示出，该设备可例如用于使用低温液体射流6剥离表面。
该设备包括：经由用于液氮的输送管路16供应的液氮(下文称为LN2)的储器11，例如罐，所述液氮被加压，即，在大约3bar至6bar的压力和量级为-180℃的温度下；带有内部上游压缩机的压缩装置12；和能够对液氮施加超高压力(UHP)的热交换器。来自储器1的LN2因此能够被压缩装置12压缩。
在第一压力(UHP)下的LN2然后经由传输管路17输送到外部下游热交换器13，在这里UHP LN2被在大气压力下的液氮(在9处)冷却，以便典型地获得UHP液氮。
这产生压力(UHP)典型地大于1000bar、通常介于2000bar与5000bar之间且有利地介于大约3000bar与4000bar之间且温度低于-140℃、典型地介于大约-140℃与-180℃之间、例如量级为大约-150℃至-160℃的LN2，其经由管路部分5、2被输送到配设有传送UHP液氮射流6的分配喷嘴18的旋转剥离工具或类似工具4。
固定的或可移动的高容量储器11、例如用于储存数千升液氮的液罐车或储器通常位于建筑物外部，换句话说在开放的环境中。储器11借助于包括一个或多个止回阀的绝热管道与所述设备连接。此外，LN2同样经由绝热管道在所述系统的不同元件之间被传输。总气体流通量为大约20l/min，即15m3/min。
一般而言，压缩装置12、外部热交换器13和尤其是工具4原则上位于一幢或多幢建筑物内。
如图4A和4B所示，为了剥离例如表面，使用工具4，该工具装备有被供以UHP LN2(在2处)的喷嘴18并且优选被旋转以便获得用于剥离待处理的表面的UHP LN2射流6。
借助于由电机和驱动齿轮或带组成的常规驱动系统来使管道的下游部分2和工具3旋转。
装备有根据本发明的密封件的热处理装置可适用于需要使用旋转或振动的低温流体射流的任何热处理操作或方法，特别是对材料如金属、混凝土、石料、塑料、木料、陶瓷等进行表面处理、剥离或切削。

Claims (10)

1.一种用于分配至少一股高压低温流体射流的装置，包括：
-可移动的工具(3)，其具有一个或多个用于分配一股或多股高压低温流体射流的流体分配喷嘴(18)，和
-用于给所述可移动的工具(3)供应高压低温流体的管路(2，5)，所述管路包括固定的上游部分(5)和与所述可移动的工具(3)接合的可移动的下游部分(2)，所述固定的上游部分(5)和可移动的下游部分(2)借助于包括旋转密封件(20)的旋转系统(1)彼此流体连接，
其特征在于，所述旋转密封件(20)由热膨胀系数介于10.10-6/K与160.10-6/K之间的聚合材料制成。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转密封件(20)包括热膨胀系数介于20.10-6/K与130.10-6/K之间的聚合材料。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述旋转密封件(20)包括摩擦系数小于0.50的聚合材料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述密封件(20)的形状呈筒形。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述密封件(20)通过一个或多个金属部件(21，22，23)保持在所述旋转系统(1)内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述密封件由选自PTFE、PCTFE、PAI和PPS的聚合材料制成。
7.一种包括如前述权利要求中任一项所述的装置的、用于分配至少一股高压低温流体射流的设备，所述设备由低温流体源(11)供应低温流体并且包括能够旋转移动且装备有一个或多个用于分配所述加压低温流体的喷嘴(18)的工具(3)。
8.一种用于使用高压低温流体射流对材料进行表面处理、剥离或切削的方法，其中使用了如权利要求7所述的设备或如权利要求1至6中任一项所述的装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述工具(3)的所述一个或多个喷嘴分配的低温流体处于至少500bar、优选介于2000bar与4000bar之间的压力下。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，通过所述工具(3)的所述一个或多个喷嘴分配的流体处于低于-140℃、优选介于大约-140℃与-180℃之间的温度下。
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