CN102052493B - 带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种安全阀门，具体涉及一种带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀。它包括阀座，阀座上连接有阀体，阀瓣由阀杆通过钢球压在阀座上，阀瓣的上部外套有衬套，衬套外套有导套，导套的下部位于阀体内，上部卡在阀体顶部，在阀体的顶部安装有阀盖，阀盖的空腔内安装有杆状部件阀杆，阀杆的一端与阀盖的顶部外的把手连接，阀杆上套有弹簧，阀杆穿过阀盖底端的圆孔，阀杆与阀座底端的圆孔之间套有调节环，调节环的下部为圆环状的压块，压块的下部为夹套，阀盖的底部与阀体的顶部之间形成背压腔。本发明的优点是，实现了在高温、高压蒸汽的工况下安全阀具有良好的密封性能、动作性能以及调节性能。

Description

带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀

技术领域

本发明属于一种安全阀门，具体涉及一种带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀。

背景技术

当前安全阀广泛应用于石油、化工、电站、冶金、核电、国防等国民经济各个部门。随着生产效率的提高，对于能源的需求也加大了。为了节约能源，提高设备的使用效率，对于节能减排的要求也越来越严格。如电厂的设备，操作压力越靠近设备的设计压力，效率就越高，这样就造成操作压力与整定压力十分接近，对提供超压保护的安全阀性能的要求也就提高了。

在高温高压的情况下，目前国内的安全阀一般存在两类问题：

其一是动作性能参数超标。在动力锅炉、乙烯裂解炉等高温高压容器的超压保护中，对于安全阀的动作性能参数要求非常高，要求超压≤3％，启闭压差≤4％。目前普通的弹簧直接载荷式安全阀无法满足这些动作性能参数要求。因此，在高温高压蒸汽的工况下，普通安全阀无法满足苛刻的动作性能要求，而导致性能参数超标。

另一是密封性能差。安全阀属于超压保护装置，对于密封性能有严格的要求。在普通的弹簧载荷式安全阀中，起密封作用的是阀瓣的密封凸台，在高温、高压蒸汽介质工况下的密封性能较差。在受保护系统的压力非常高的情况下，一旦达到安全阀的整定压力，阀门就会自动开启。在开启到回座的过程中，阀瓣的密封凸台会受到强烈的冲击。在安全阀多次开启后，阀瓣的密封凸台由于冲击容易产生塑性变形而导致密封最终失效。

在高温、高压蒸汽介质下，具有优良动作性能和密封性能的蒸汽安全阀成为了在各行业实际使用中的迫切要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀，它不仅能够在高压的情况下具有优良的密封性能，而且具有优良的背压调节性能，使安全阀在完成额定排量后迅速回座。

本发明是这样实现的，带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀，它包括阀座，阀座上连接有阀体，阀瓣由阀杆通过钢球压在阀座上，阀瓣的上部外套有衬套，衬套外套有导套，导套的下部位于阀体内，上部卡在阀体顶部，在阀体的顶部安装有阀盖，阀盖的空腔内安装有杆状部件阀杆，阀杆的一端与阀盖的顶部外的把手连接，阀杆上套有弹簧，阀杆穿过阀盖底端的圆孔，阀杆与阀座底端的圆孔之间套有调节环，调节环的下部为圆环状的压块，压块的下部为夹套，阀盖的底部与阀体的顶部之间形成背压腔。

所述的阀瓣底端为锥形导流锥状结构，阀瓣密封面上部为一与密封面成角度的斜面，该斜面延伸上去形成一个空腔，阀瓣通过或套螺纹与阀杆连接。

在阀瓣与阀座之间安装有下调节圈，下调节圈的外缘处与下定位螺钉相连接，下定位螺钉穿过阀体的侧面，螺钉头与下调节圈相接触；导套下部外还套有上调节圈，上调节圈的外缘处与上定位螺钉相接触，上定位螺钉穿过阀体的侧面，螺钉头与上调节圈相接触。

所述阀盖的其底部的一侧开有背压腔出口，与背压腔出口相对的另一侧开有背压腔出口，背压腔出口内通过锁紧螺母固定有背压钉。

本发明的优点是，实现了在高温、高压蒸汽的工况下安全阀具有良好的密封性能、动作性能以及调节性能。通过使用弹性阀瓣大大提高了该种蒸汽安全阀的密封性能。背压调节机构使安全阀的回座性能可以有效的得到调节，从而使该蒸汽安全阀具有小的超压和启闭压差的高性能参数，符合严格的节能减排要求和实际使用要求。并且本发明具有很高的动作性能参数，能达到超压≤3％，启闭压差≤4％。

附图说明

图1为本发明所提供的带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀整体结构示意图；

图2背压调节机构示意图；

图3弹性阀瓣示意图。

图中，1阀座；2阀体；3下定位螺钉；4下调节圈；5钢球；6上定位螺钉；7阀瓣；8上调节圈；9衬套；10导套；11背压腔出口；12背压钉；13锁紧螺母；14夹套；15调节环；16阀盖；17弹簧；18阀杆；19压块；20背压腔出口；21背压腔，22把手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述：

如图1所示，带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀它包括阀座1，阀座1为螺栓状结构，中间具有通孔，在阀座1上通过螺纹连接有阀体2，阀体2内开有L形空腔且均与外界连通，阀瓣7由阀杆18通过钢球5压在阀座1上，阀瓣7通过或套螺纹与阀杆18连接。如图3所示，阀瓣7为螺栓状其底端为锥形导流锥状结构。在阀瓣7与阀座1之间安装有下调节圈4，下调节圈4的外缘处与下定位螺钉3相连接，下定位螺钉3穿过阀体2的侧面，螺钉头与下调节圈4相接触，并对下调节圈进行调节。阀瓣7的上部外套有圆筒状的衬套9，衬套9外套有导套10，导套10的下部为圆筒状结构，上部为法兰状结构，导套10的下部位于阀体2内，上部卡在阀体2顶部，导套10下部外还套有上调节圈8，上调节圈8的外缘处与上定位螺钉6相接触，上定位螺钉6穿过阀体2的侧面，螺钉头与上调节圈8相接触。

所述的阀瓣7底端为锥形导流锥状结构，阀瓣7密封面上部为一与密封面成角度的斜面，该斜面延伸上去形成一个空腔，在阀瓣7密封面受到冲击时能产生向上的弹性变形；同时，空腔的存在能增加密封面上的密封力。该弹性阀瓣有两种工艺结构实现型式——整体式和分体式，整体式弹性阀瓣是将阀瓣整体加工成所需集合形状；分体式弹性阀瓣是将阀瓣分两体进行加工，然后组焊在一起，形成弹性阀瓣的整体零件。阀瓣7通过或套螺纹与阀杆18连接。

如图2和图1所示，在阀体2的顶部安装有阀盖16，阀盖16为圆筒状结构，其内部为中空的，其底部的一侧开有背压腔出口11，与背压腔出口11相对的另一侧开有背压腔出口20，背压腔出口11内通过锁紧螺母13固定有背压钉12，阀盖16的空腔内安装有杆状部件阀杆18，阀杆18的一端通过钢球5将阀瓣7压在阀座1上，另一端与阀盖16的顶部外的把手22连接，阀杆18上套有弹簧17，阀杆18穿过阀盖16底端的圆孔，阀杆18与阀座16底端的圆孔之间套有调节环15，调节环15的下部为圆环状的压块19，压块19的下部为夹套14，夹套14与阀盖16之间通过螺纹连接，阀盖16的底部与阀体2的顶部之间形成背压腔21，其中，背压钉12的端部为锥形，内部为空腔，通过调节端部锥形与背压腔21的孔的间隙，来调节介质的泻出量，背压腔出口20通过调节环15和压块19之间的间隙调节来控制介质的泄放，通过这两个背压调节机构，达到控制背压的目的，从而提高高性能蒸汽安全阀的动作性能。

本发明具有特点：

如图2所示，针对高压蒸汽需要高回座的特件，具有背压调节机构。背压腔21由导套10和阀盖16形成。导套10嵌在阀体2上，阀盖16压在导套10上，阀盖16与阀体2间由螺栓固定。阀盖内腔中间装入压块19，压块下端为夹套14，通过螺纹与阀盖16连接。阀杆18穿过导套10、阀盖16。调节环15通过螺纹连接安装在阀杆上，能上下调节。在阀盖中，背压腔有通向大气的两个孔，在其中一个孔11上通过螺纹安装有背压调节钉12，背压调节钉端部为锥形，内部为空腔，通过调节端部锥形与背压腔孔的间隙，可以调节介质的泄出量，背压调节钉调整好位置后，由锁紧螺母13锁紧。另一个孔20通过调节环15和压块19之间的间隙调节来控制介质的泄放。通过这两个背压调节机构，达到控制背压的目的，从而提高高性能蒸汽安全阀的动作性能。

如图1所示，针对高压蒸汽的工况，安全阀的阀瓣为弹性阀瓣7。阀瓣7安装在衬套9下端，衬套安装在导套10内腔，阀瓣上端通过活套螺纹与阀杆18连接，阀杆通过钢球5压住阀瓣。该弹性阀瓣底端为锥形导流锥，阀瓣密封面上端为一斜面，延伸上去形成一个空腔，当阀门启跳时，阀瓣密封面受到冲击。由于其上端为空腔，故密封斜面能产生向上的弹性变形，这样就避免了冲击带来的塑性永久变形，同时，由于空腔的存在，在阀瓣关闭的时候，系统介质能通过空腔施加向下的压力，辅助增加了密封面上的密封压力，使安全阀能维持可靠的密封性能。弹性阀瓣的具体的结构如图3所示。

其中，弹性阀瓣7有两种工艺结构实现型式，一种结构为整体式弹性阀瓣，另一种结构为分体式弹性阀瓣。整体式弹性阀瓣是将阀瓣整体加工成所需的几何形状；分体式弹性阀瓣是将阀瓣分两体进行加工，然后组焊在一起，形成弹性阀瓣的整体零件。

本发明的动作过程及使用方法如下：

在图1所示的整体结构中，高性能蒸汽安全阀由阀座1、阀体2、阀盖16等零件组成，在阀体2上，安全阀还带有上、下两个调节圈3、6。阀座1的入口与受保护的压力系统连接，且感应受保护系统的压力。当系统压力升高，达到安全阀设定的整定压力时，阀瓣7下端的压力与阀瓣7上端由弹簧17通过阀杆18和钢球5传递的竖直向下的力达到平衡，阀门开始开启，蒸汽介质通过阀瓣7和阀座1间的密封面开始泄出。随着系统压力的继续升高，阀瓣7向上运动。在系统压力达到排放压力时，安全阀达到全开启状态，受保护系统的超过压力得到释放。

系统蒸汽介质在排放过程中，大部分通过安全阀的出口法兰泄出，另外小部分蒸汽介质通过阀瓣7、衬套9、导套10之间的间隙进入由导套10和阀盖16形成的背压腔21。背压腔21在阀盖16上有两个出口11、20，其中出口11由背压钉12端部的锥形面控制间隙，背压钉12与阀盖16通过螺纹连接，且由锁紧螺母14通过螺纹连接来锁紧。背压腔的另一个出口20由调节环15、压块19、夹套14来共同控制。调整调节环15与压块19的间隙可以控制背压腔内介质的排放。通过这些调节机构12、锁紧螺母13、夹套14、调节环15、压块19控制背压腔内的介质压力。

随着安全阀的开启，进入背压腔内的介质逐渐增多，背压腔内压力逐渐增加，该压力与弹簧17产生的作用力叠加，当系统压力经过泄放后，压力会降低，不足以克服该叠加力，该叠加力就推动衬套9带动阀瓣7加速向下运动，直至阀瓣7关闭。完成一次开启过程。

安全阀关闭的时间非常短，阀杆通过钢球5推动阀瓣7冲击阀座1，由于受保护的系统压力属于高压，使得该作用力非常大，通常会使阀瓣7与阀座1间的密封面产生塑性变形而破坏。通过采用弹性阀瓣，在弹性阀瓣密封凸台内部加工一个凹进去的空腔，这样阀瓣的密封凸台受到冲击时，会产生弹性形变，从而避免了密封面的破坏。在安全阀关闭后，由于阀瓣密封面上部空腔的存在，系统压力会作用于密封凸台，从而辅助阀瓣的密封。这样既提高了安全阀的使用寿命，又提高了安全阀在高压蒸汽下的密封性能。

本发明的安全阀特别适用于高压蒸汽，对于高压蒸汽介质具有良好的密封性能以及优良的动作性能。排放压力和回座压力以及回座后的密封性能满足超压≤3％，启闭压差≤4％。该阀具有良好的高温、高压密封性能和超压保护性能，可广泛应用于电站锅炉和乙烯裂解炉等高温高压蒸汽装置。

Claims (4)

1.带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀，它包括阀座(1)，阀座(1)上连接有阀体(2)，其特征在于：阀瓣(7)由阀杆(18)通过钢球(5)压在阀座(1)上，阀瓣(7)的上部外套有衬套(9)，衬套(9)外套有导套(10)，导套(10)的下部位于阀体(2)内，上部卡在阀体(2)顶部，在阀体(2)的顶部安装有阀盖(16)，阀盖(16)的空腔内安装有杆状部件阀杆(18)，阀杆(18)的一端与阀盖(16)的顶部外的把手(22)连接，阀杆(18)上套有弹簧(17)，阀杆(18)穿过阀盖(16)底端的圆孔，阀杆(18)与阀盖(16)底端的圆孔之间套有调节环(15)，调节环(15)的下部为圆环状的压块(19)，压块(19)的下部为夹套(14)，阀盖(16)的底部与阀体(2)的顶部之间形成背压腔(21)。

2.如权利要求1所述的带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀，其特征在于：所述的阀瓣(7)底端为锥形导流锥状结构，阀瓣(7)密封面上部为一与密封面成角度的斜面，该斜面延伸上去形成一个空腔，阀瓣(7)通过套螺纹与阀杆(18)连接。

3.如权利要求1或2所述的带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀，其特征在于：在阀瓣(7)与阀座(1)之间安装有下调节圈(4)，下调节圈(4)的外缘处与下定位螺钉(3)相连接，下定位螺钉(3)穿过阀体(2)的侧面，螺钉头与下调节圈(4)相接触；导套(10)下部外还套有上调节圈(8)，上调节圈(8)的外缘处与上定位螺钉(6)相接触，上定位螺钉(6)穿过阀体(2)的侧面，螺钉头与上调节圈(8)相接触。

4.如权利要求3所述的带背压调节机构和弹性阀瓣的蒸汽安全阀，其特征在于：所述阀盖(16)的其底部的一侧开有背压腔出口(11)，背压腔出口(11)内通过锁紧螺母(13)固定有背压钉(12)，与背压腔出口(11)相对的另一侧还开有另一个背压腔出口(20)。

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