CN100381738C - 二氧化碳防冻防堵安全阀 - Google Patents

Abstract

一种二氧化碳防冻防堵安全阀，属于机械技术领域。本发明包括进口管、阀腔体、排放阀板、密封阀板、阀板连接杆、阀杆、弹簧或重物、弹簧或重物底座、阀帽、出口管、排放小孔，进口管、出口管分别装在阀腔体的两侧，排放阀板固定在阀腔体底部靠近出口管的一侧，密封阀板通过阀板连接杆固定在阀杆上，阀杆、弹簧或重物均固定在弹簧底座上，阀杆、弹簧、弹簧底座置于阀帽内，阀帽固定在阀腔体上。本发明采用同向的进口管和出口管，并采用排放阀板和密封阀板代替普通安全阀的阀盖和阀座，避免了流体在阀内的转向流动，同时采用排放小孔排放减少甚至避免了固体的沉积和堵塞，同时通过在排放阀板上不同排放小孔的分布，达到不同开启特性。

Description

二氧化碳防冻防堵安全阀

技术领域

本发明涉及的是一种机械技术领域的阀门，具体的说，是一种二氧化碳防冻防堵安全阀。

背景技术

CO₂是一种自然存在的物质，因为性质稳定、对于环境没有破坏作用而得到越来越广泛的应用，然而使用高压CO₂作为工质的系统，必须安装安全阀来保障系统的安全。由于CO₂三相点温度为-56℃，三相点压力为0.52MPa，低于三相点压力将形成固体CO₂，即干冰，在系统发生超压向大气排放的过程中则会形成固体CO₂，导致安全阀的冻结危害系统安全。因此必须解决由于工质固态形式形成引起的冻结和堵塞问题。

现有CO₂安全阀中发生冻结和堵塞的原因除了固体CO₂的形成外，还有流动方向改变和流动速度慢。现有的安全阀按照作用原理和开启特性分为全启式、比例式两种，前者适用于排放流动较大的情况，后者适用于排放流量小的情况。相比而言，比例作用式安全阀的阀盖和阀座结构比较简单，不容易发生固体CO₂冻结和堵塞安全阀的情况，而全启式安全阀则由于阀盖结构复杂，很容易发生冻结现象。如果流动方向不发生改变且流动速度足够快的条件下，形成的固体CO₂在安全阀中停留的量将大大减小，甚至不发生沉积，更不会冻结和堵塞。

经对现有技术的公开文献检索发现，目前安全阀的防冻措施主要是采用除湿的方法，例如中国专利申请号为98212318.3的防冻安全阀专利，即除去流体中容易发生凝固的水分，或采用保温材料提高低温装置和管道表面的温度来防止空气中水分的凝结，然而对于流体本身在流动过程中发生凝固和导致的冻结问题则没有涉及。

发明内容

本发明的目的在于针对CO₂在通过安全阀排放过程中容易形成固体CO₂堵塞和冻结安全阀的问题，提出一种二氧化碳防冻防堵安全阀，使其避免安全阀冻结问题的发生，又能得到需要的开启特性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：进口管、阀腔体、排放阀板、密封阀板、阀板连接杆、阀杆、弹簧或重物、弹簧或重物底座、阀帽、出口管和排放小孔，安全阀进口管、出口管分别装在阀腔体的两侧，排放阀板固定在阀腔体底部靠近出口管的一侧，密封阀板通过阀板连接杆固定在阀杆上，阀杆固定在弹簧或重物底座上，弹簧或重物固定在弹簧或重物底座上，弹簧或重物底座上钻有容阀板连接杆上下滑动的孔，阀杆、弹簧或重物、弹簧或重物底座构成安全阀的预紧力设置装置，置于阀帽内，阀帽固定在阀腔体上。排放阀板上设有排放小孔。

本发明中，进口管和出口管方向相同。排放阀板上排放小孔的排布方式为上下均匀、或下稀上密、或上下稀中间密。密封阀板贴着排放阀板沿与排放阀板平行的方向来回移动。固定在阀杆上并穿过弹簧或重物底座的阀板连接杆沿着垂直于弹簧和重物底座的方向来回移动。

当本发明正常工作时，从安全阀进口管进入安全阀的流体压力作用在弹簧或重物底座的下表面，弹簧或重物对弹簧或重物底座的预紧力作用在弹簧或重物底座的上表面，两者相等，排放阀板上的排放小孔被密封阀板挡住，安全阀关闭。当系统发生超压时，阀上游压力升高到开启压力，流体压力对弹簧或重物底座的作用力大于弹簧或重物对弹簧或重物底座的预紧力，弹簧或重物底座连同阀杆逐渐被抬起，密封阀板也随之抬起，露出排放阀板上的排放小孔，流体通过排放小孔排放。当阀前流体压力下降到关闭压力时，流体压力对弹簧或重物底座的作用力小于弹簧或重物对弹簧或重物底座的预紧力，弹簧或重物底座连同阀杆逐渐回落，带动密封阀板逐步回落，封闭排放阀板上的排放小孔，停止排放。

本发明与现有的CO₂安全阀相比，具有显著的特点和积极效果。第一，采用排放阀板或密封阀板的结构，避免了流体在阀内的转向，从而降低了形成的固体CO₂在阀内的沉积的概率；第二，通过小孔排放时，排放流动达到临界条件，小孔出口CO₂的压力为临界压力，一般均高于CO₂三相点压力，固体不会在孔内形成，而是会在从小孔喷射到出口管的过程中形成，不会发生小孔的冻结和堵塞问题；第三，通过在排放阀板上设计不同的小孔的分布，可以达到不同的开启特性，如采用上下均一的分布，可以获得类似比例式安全阀的开启特性，采用下稀上密的分布可获得类似全启式安全阀的特性，而采用上下稀中间密的分布则可获得介于比例式和全启式之间开启特性。

附图说明

图1为本发明剖面结构示意图。

图2为排放阀板的侧视图。

其中，图a表示上下均匀的排放小孔分布，b表示上下稀中间密的排放小孔分布，c表示下稀上密的排放小孔分布。

图3为排放阀板和密封阀板的连接俯视图。

其中，图a为横截面为半圆环形的排放阀板和密封阀板，图b为横截面为长方形的排放阀板和密封阀板。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：进口管1、阀腔体2、排放阀板3、密封阀板4、阀板连接杆5、阀杆6、弹簧或重物7、弹簧或重物底座8、阀帽9、出口管10、排放小孔11。连接方式为：进口管1、出口管10分别装在阀腔体2的两侧，排放阀板3固定在阀腔体2底部靠近出口管10的一侧，密封阀板4通过阀板连接杆5固定在阀杆6上，阀杆6固定在弹簧或重物底座8上，弹簧或重物底座8上钻有容阀板连接杆5上下滑动的孔，弹簧或重物7固定在弹簧或重物底座8上，阀杆6、弹簧7、弹簧底座8构成安全阀的预紧力设置装置，置于阀帽9内，阀帽9固定在阀腔体2上。排放阀板3上设有排放小孔11。

当正常工作时，从安全阀进口管1进入安全阀的流体压力作用在弹簧或重物底座8的下表面，弹簧或重物7对弹簧或重物底座8的预紧力作用在弹簧或重物底座8的上表面，两者相等，排放阀板3上的排放小孔11被密封阀板4挡住，安全阀关闭。当系统发生超压时，阀上游压力升高到开启压力，流体压力对弹簧或重物底座8的作用力大于弹簧或重物7对弹簧或重物底座8的预紧力，弹簧或重物底座8连同阀杆6逐渐被抬起，密封阀板4也随之抬起，露出排放阀板3上的排放小孔11，流体通过排放小孔11排放。当阀前流体压力下降到关闭压力时，流体压力对弹簧或重物底座8的作用力小于弹簧或重物7对弹簧或重物底座8的预紧力，弹簧或重物底座8连同阀杆6逐渐回落，带动密封阀板4逐步回落，封闭排放阀板3上的排放小孔11，停止排放。

由于密封阀板4移动上下移动的高度和上游压力成正比，通过在排放阀板3上设计不同的排放小孔11的分布，可以达到不同的开启特性，例如采用图2a中所示的上下均匀的分布，排放阀板3开启的排放小孔11数目与密封阀板4上升的高度近似成正比，这种排放特性类似比例式安全阀的开启特性，采用图2c中所示的下稀上密的分布，当密封阀板4上升的高度较小时，被开启的排放小孔11的数目很少，而当密封阀板4上升到一定高度时，被开启的排放小孔11的数目大大增加，这种排放特性类似全启式安全阀的特性，而采用图2b中所示的上下稀中间密的分布，当密封阀板4上升的高度较小时，被开启的排放小孔11的数目很少，而当密封阀板4上升到一定高度时，被开启的排放小孔11的数目大大增加，而当密封阀板4的高度进一步上升，被开启的排放小孔11数目的增加减小，这种排放特性介于比例式和全启式安全阀之间。

排放阀板3和密封阀板4的结构设计受到阀腔体2和阀帽9的形状限制，原则上采用任何可以使密封阀板4贴着排放阀板3上下移动的形状都可以，图3为当阀腔体2和阀帽9形成的内部容积分别为方形和圆柱形时排放阀板3和密封阀板4的俯视图，其中图a为当阀腔体2和阀帽9形成的内部容积为圆柱形时，排放阀板3和密封阀板4的横截面为半圆环形，图b为当阀腔体2和阀帽9形成的内部容积为方形时，排放阀板和密封阀板的横截面为长方形。

需要说明的是上述实施方式为对本发明的说明，而不是限制。

Claims (3)

1.一种二氧化碳防冻防堵安全阀，包括：进口管(1)、阀腔体(2)、排放阀板(3)、密封阀板(4)、阀板连接杆(5)、阀杆(6)、弹簧或重物(7)、弹簧或重物底座(8)、阀帽(9)、出口管(10)、排放小孔(11)，其特征在于：进口管(1)、出口管(10)分别装在阀腔体(2)的两侧，进口管(1)和出口管(10)方向相同，排放阀板(3)固定在阀腔体(2)底部靠近出口管(10)的一侧，密封阀板(4)通过阀板连接杆(5)固定在阀杆(6)上，阀杆6固定在弹簧或重物底座(8)上，弹簧或重物底座(8)上钻有容阀板连接杆(5)上下滑动的孔，弹簧或重物(7)固定在弹簧或重物底座(8)上，阀杆(6)、弹簧(7)、弹簧底座(8)构成安全阀的预紧力设置装置，置于阀帽(9)内，阀帽(9)固定在阀腔体(2)上，排放阀板(3)上设有排放小孔(11)，密封阀板(4)贴着排放阀板(3)沿与排放阀板(3)平行的方向来回移动。

2.如权利要求1所述的二氧化碳防冻防堵安全阀，其特征是，排放阀板(3)上排放小孔(11)的排布方式为上下均匀、或下稀上密、或上下稀中间密。

3.如权利要求1所述的二氧化碳防冻防堵安全阀，其特征是，固定在阀杆(6)上并穿过弹簧或重物底座(8)的阀板连接杆(5)沿着垂直于弹簧和重物底座(8)的方向来回移动。

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