CN102062220B - 超高压自动排气、泄压阀 - Google Patents

Abstract

一种超高压自动排气、泄压阀，涉及超高压容器的静水压试验设备技术领域，主要解决超高压容器在进行耐压性能和密封性能检测时的自动排气和泄压问题。该阀包括有：柱形的阀体、大阀芯、小阀芯、顶杆、大弹簧、小弹簧、弹簧压板、弹簧卡圈、泄压螺钉、连接套、电机安装座和电机；在阀体内安装大阀芯，大阀芯阀口常开，用于自动排气；在大阀芯内安装小阀芯，小阀芯阀口常闭，用于自动泄压。通过控制泄压螺钉的转动角度可控制小阀芯阀口的开口大小，实现高压容器中压力的缓慢释放。该阀的阀体采用整体形式，阀口采用锥形阀口，试压压力越高，阀的密封效果越好，能满足容器的超高压静水压试验全自动化的使用要求。

Description

超高压自动排气、泄压阀

技术领域

本发明涉及超高压容器的静水压试验设备技术领域，特别涉及承受超高压的容器在进行静水压试验时用的一种超高压自动排气、泄压阀，可用于对水射流机床的蓄能器、石油井下工具等承受高压的容器在进行耐压性能和密封性能检测时进行自动排气和泄压。

背景技术

目前，大部分的自动排气阀，由于受结构和使用条件的限制，只能用于暖通空调等低压管路系统，如专利号为200710067327.0的专利，可以根据低压管路的气体含量实现自动排气，也可进行手动排气。

但工程中承受高压的容器或器件，在进行安装调试或使用之前，必须对其耐压性能和密封性能进行试压检测，而大多数的试压介质多采用水或液压油，因此，在试压过程中，为了消除安全隐患，以及消除混入试压系统中的空气对试压过程的影响，必须将试压系统中的空气完全排出后才能进行增压。

而目前的排气方法中，有使用截止阀进行手动排气的，也有采用自动排气阀进行自动排气的。如专利号为200710065386.4的专利提出了一种高压自动排气阀，只能适应压力为70～100MPa的压力试验，由于其结构采用阀体和阀盖两节组装形式，并通过阀体和阀盖各自的法兰用螺栓连接在一起，该阀存在如下三点不足：一是由于阀芯的下端圆柱面要与阀体孔配合，而阀芯上端的圆锥面又要与阀盖的圆锥面配合，因此要求阀体孔与阀盖的圆锥面同心，但因阀体和阀盖是两个单独的零件，加工后组装很难保证其同心，增大了加工装配难度；二是该阀在试压完毕后，无法对高压容器内的压力进行释放以泄压；三是高压作用于阀芯上产生一个很大的力，该力通过阀芯传递给阀盖，并最终由连接阀体和阀盖的螺栓来承受，且压力越高，螺栓承受的拉力越大，螺栓受拉产生的弹性变形也越大，该变形使得阀体和阀盖之间的密封间隙增大，导致密封效果变差甚至失效，限制了其测试的最高工作压力，满足不了超过100MPa以上的压力容器的试压要求。

而在石油钻采行业中，随着钻井深度的增加，其井底压力逐渐升高，当钻井深度超过5000米时，其井底压力更是达到100MPa以上，因此在对石油井下工具的耐压性能和密封性能进行检测时，其试压压力将超过100MPa，并考虑留有余量，有时甚至达到140MPa以上。再如水射流切割机床，为了增加水射流束的能量密度，提高水射流束的切割性能，其系统压力必须达到300～400MPa，而其用到的蓄能器及其管路也必须进行耐压性能和密封性能检测。

因此，设计一种能承受300～400MPa的超高压自动排气、泄压阀，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有自动排气阀加工制造困难、承压能力低以及无法自动泄压的不足，提供一种超高压容器在进行耐压性能和密封性能检测时用的自动排气、泄压阀，该阀结构紧凑、能进行自动排气和安全泄压，且试压压力越高，阀的密封效果越好。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超高压自动排气、泄压阀，其特征在于：它包括有一个柱形的阀体1、一个大阀芯7、一个小阀芯6、一根顶杆13、一根大弹簧8、一根小弹簧5、一个弹簧压板4、一个弹簧卡圈3、一根泄压螺钉9、一个连接套10、一个电机安装座25和一个电机24；所述阀体1的下端通过螺纹23与高压容器的排气口相连，在阀体1内设有阶梯孔，在该阶梯孔的大直径孔处安装有大阀芯7、大弹簧8和弹簧卡圈3，大阀芯7在阀体1内可来回滑动，并靠弹簧卡圈3进行轴向限位，在阶梯孔的变径处设有圆锥环形斜面14，在阶梯孔的小直径孔处设有一个与小直径孔垂直的排气孔11，在阶梯孔的小直径孔上端通过螺纹与泄压螺钉9相连，泄压螺钉9通过连接套10与电机24相连；所述大阀芯7的内孔设计为阶梯孔，孔内安装有小阀芯6、小弹簧5和顶杆13，小阀芯6在大阀芯7内可来回滑动，弹簧压板4通过螺钉2与大阀芯7相连，并对小弹簧5进行轴向限位。

所述大阀芯7的外圆设计为阶梯轴，在小直径段的端面设有圆锥环形斜面15，并与柱形阀体1的圆锥环形斜面14配合形成锥形的排气阀口，大阀芯7的大直径段设有两个对称布置的轴向阻尼孔17。

所述小阀芯6设计为阶梯轴，在小直径段的端面设有圆锥环形斜面，该斜面与大阀芯7内孔变径处的圆锥环形斜面配合形成锥形泄压阀口18，在小直径段的外圆与大阀芯7的大直径孔内圆之间有环形缝隙19，在小直径段设有一横向通孔20，并与大直径段的轴向盲孔21相通。

所述泄压螺钉9的下端为一光杆，光杆处的直径小于阀体1的小直径孔的直径，并形成环形缝隙12。

所述顶杆13的直径小于与之配合的大阀芯7的小直径孔的直径，并形成环形缝隙16。

所述弹簧压板4的中间设有一通孔22。

使用时，将本阀与高压容器的排气口相连，大阀芯7的排气阀口在大弹簧8的作用下常开，小阀芯6的泄压阀口18在小弹簧5作用下常闭。开始往容器内注水时，容器中的空气经由大阀芯7的阻尼孔17，再经大阀芯7的排气阀口、环形缝隙12和排气孔11排出。由于空气的粘度系数小，在阻尼孔17中流动形成的压力损失不足以推动大阀芯7往上移动来关闭阀口，因此，空气可以顺利排出。当空气排出完毕(即水注满容器)并继续往容器内注水时，此时流经阻尼孔17的为水，而水的粘度系数比空气的粘度系数大很多，因此，水流过阻尼孔17时的压力损失大，并在大阀芯7的下端面和上端面形成一个很大的压差，该压差足以推动大阀芯7向上移动并压缩大弹簧8，最终使大阀芯7的排气阀口关闭。关闭后，阀芯下端面受容器内部液压力作用，排气阀口外的上端面与大气相通，上、下端面形成的压差使排气阀口紧闭。由于采用锥形阀口，压力越高，阀芯受的液压力越大，阀口的密封效果越好，其试压压力可达300～400MPa。试压完毕进行泄压时，由电机带动泄压螺钉9转动，泄压螺钉9向下移动，并通过顶杆13将力作用到小阀芯6的上端面，由于小阀芯6的作用面积小，即使内部压力很高，也能将小阀芯6的泄压阀口18打开。泄压阀口18打开后，高压水经弹簧压板4中间的通孔22、小阀芯6的轴向盲孔21、小阀芯6端部的横向通孔20、泄压阀口18、环形缝隙16、环形缝隙12和排气孔11排出，实现自动泄压。

本发明的有益效果是：阀体采用整体式结构，结构紧凑，克服了分体式阀承压能力不足的缺点。试压压力越高，阀芯所受液压力越大，阀口关闭越紧，阀的密封效果越好，其试压压力可达300～400MPa。试压完毕，通过电机带动泄压螺钉转动，可对容器中的高压进行泄压，泄压时还可通过控制泄压螺钉的转动角度来控制泄压阀口的开口大小，从而控制泄压时间，实现对压力的缓慢释放，避免泄压过快可能引发的重大事故。整个试压过程，包括注水、排气、增压、保压和泄压可完全实现全自动，充分保证了试压过程的安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

具体实施方式

如图1所示：超高压自动排气、泄压阀，它包括有一个柱形的阀体1、一个大阀芯7、一个小阀芯6、一根顶杆13、一根大弹簧8、一根小弹簧5、一个弹簧压板4、一个弹簧卡圈3、一根泄压螺钉9、一个连接套10、一个电机安装座25和一个电机24；所述阀体1的下端通过螺纹23与高压容器的排气口相连，在阀体1内设有阶梯孔，在该阶梯孔的大直径孔处安装有大阀芯7、大弹簧8和弹簧卡圈3，大阀芯7在阀体1内可来回滑动，并靠弹簧卡圈3进行轴向限位，在阶梯孔的变径处设有圆锥环形斜面14，在阶梯孔的小直径孔处设有一个与小直径孔垂直的排气孔11，在阶梯孔的小直径孔上端通过螺纹与泄压螺钉9相连，泄压螺钉9通过连接套10与电机24相连；所述大阀芯7的内孔设计为阶梯孔，孔内安装有小阀芯6、小弹簧5和顶杆13，小阀芯6在大阀芯7内可来回滑动，弹簧压板4通过螺钉2与大阀芯7相连，并对小弹簧5进行轴向限位。

所述大阀芯7的外圆设计为阶梯轴，在小直径段的端面设有圆锥环形斜面15，并与柱形阀体1的圆锥环形斜面14配合形成锥形的排气阀口，大阀芯7的大直径段设有两个对称布置的轴向阻尼孔17。

所述小阀芯6设计为阶梯轴，在小直径段的端面设有圆锥环形斜面，该斜面与大阀芯7内孔变径处的圆锥环形斜面配合形成锥形泄压阀口18，在小直径段的外圆与大阀芯7的大直径孔内圆之间有环形缝隙19，在小直径段设有一横向通孔20，并与大直径段的轴向盲孔21相通。

所述泄压螺钉9的下端为一光杆，光杆处的直径小于阀体1的小直径孔的直径，并形成环形缝隙12。

所述顶杆13的直径小于与之配合的大阀芯7的小直径孔的直径，并形成环形缝隙16。

所述弹簧压板4的中间设有一通孔22。

其工作过程如下：注水前先将阀与压力容器的排气口相连，并使泄压螺钉9回退以远离顶杆，保证小阀芯6的泄压阀口18处于关闭状态。开始注水时，容器中的空气经过大阀芯7上的阻尼孔17流到阀芯上端，经排气阀口流到环形缝隙12，再经排气孔11排出，由于空气的粘度系数低，流过阻尼孔17时的压力损失小，因此，在阀芯下端和上端形成的压差不能抬起大阀芯7，空气可以从排气阀口排出，实现了自动排气。当容器中的水注满时，容器中的空气也就排出完毕，继续往容器中注水，则此时水将从阻尼孔中流过，由于水的粘度系数比空气的粘度系数大很多，因此水在阻尼孔17中流动时产生一个很大的压力损失，该压力损失造成大阀芯7的下端和上端形成一个很大的压差，该压差足以克服大弹簧8的弹力和大阀芯7本身的重力，并推动大阀芯7向上移动以关闭排气阀口，阀口关闭后容器开始增压，此时阀芯下端面受容器内部压力作用，排气阀口外的上端面与大气相通，上、下端面形成的压差使阀口紧闭，增压压力越高，阀芯受力越大，阀口关闭越紧，密封效果越好。当试压完毕后，由计算机控制的电机带动泄压螺钉9转动，并通过顶杆13将力作用到小阀芯6的上端，由于小阀芯6作用面积小，该力可将小阀芯6向下推开从而打开泄压阀口18，泄压阀口18打开后，容器中的高压水经弹簧压板4中间的通孔22、小阀芯6的轴向盲孔21、小阀芯6的横向通孔20流到环形缝隙19，再经泄压阀口18流到环形缝隙16、环形缝隙12，最后经排气孔11排出，此时容器开始自动泄压。泄压过程中，可由计算机控制泄压螺钉9的转动角度来控制泄压阀口18的开口大小，从而控制泄压时间，实现压力的缓慢释放，以保证泄压过程的安全。泄压完毕，将泄压螺钉9退回到原位以远离顶杆13，保证下一工件的正常试压。整个试压过程，包括注水、排气、增压、保压、泄压可完全由计算机控制实现全自动，保证了整个试压过程的安全。

Claims (6)

1.一种超高压自动排气、泄压阀，其特征在于：它包括有一个柱形的阀体(1)、一个大阀芯(7)、一个小阀芯(6)、一根顶杆(13)、一根大弹簧(8)、一根小弹簧(5)、一个弹簧压板(4)、一个弹簧卡圈(3)、一根泄压螺钉(9)、一个连接套(10)、一个电机安装座(25)和一个电机(24)；所述阀体(1)的下端通过螺纹(23)与高压容器的排气口相连，在阀体(1)内设有阶梯孔，在该阶梯孔的大直径孔处安装有大阀芯(7)、大弹簧(8)和弹簧卡圈(3)，大阀芯(7)在阀体(1)内可来回滑动，并靠弹簧卡圈(3)进行轴向限位，在阶梯孔的变径处设有圆锥环形斜面(14)，在阶梯孔的小直径孔处设有一个与小直径孔垂直的排气孔(11)，在阶梯孔的小直径孔上端通过螺纹与泄压螺钉(9)相连，泄压螺钉(9)通过连接套(10)与电机(24)相连；所述大阀芯(7)的内孔设计为阶梯孔，孔内安装有小阀芯(6)、小弹簧(5)和顶杆(13)，小阀芯(6)在大阀芯(7)内可来回滑动，弹簧压板(4)通过螺钉(2)与大阀芯(7)相连，并对小弹簧(5)进行轴向限位。

2.根据权利要求1所述的超高压自动排气、泄压阀，其特征在于：所述大阀芯(7)的外圆设计为阶梯轴，在小直径段的端面设有圆锥环形斜面(15)，并与柱形阀体(1)的圆锥环形斜面(14)配合形成锥形的排气阀口，大阀芯(7)的大直径段设有两个对称布置的轴向阻尼孔(17)。

3.根据权利要求1所述的超高压自动排气、泄压阀，其特征在于：所述小阀芯(6)设计为阶梯轴，在小直径段的端面设有圆锥环形斜面，该斜面与大阀芯(7)内孔变径处的圆锥环形斜面配合形成锥形泄压阀口(18)，在小直径段的外圆与大阀芯(7)的大直径孔内圆之间有环形缝隙(19)，在小直径段设有一横向通孔(20)，并与大直径段的轴向盲孔(21)相通。

4.根据权利要求1所述的超高压自动排气、泄压阀，其特征在于：所述泄压螺钉(9)的下端为一光杆，光杆处的直径小于阀体(1)的小直径孔的直径，并形成环形缝隙(12)。

5.根据权利要求1所述的超高压自动排气、泄压阀，其特征在于：所述顶杆(13)的直径小于与之配合的大阀芯(7)的小直径孔的直径，并形成环形缝隙(16)。

6.根据权利要求1所述的超高压自动排气、泄压阀，其特征在于：所述弹簧压板(4)的中间设有一通孔(22)。

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