CN1020653C - 在负作用方向上具有安全功能的减压装置 - Google Patents

Abstract

给电站的气体、蒸汽或水的能量流配量的在负作用方向具安全性能的减压装置，其伺服阀的传动线路用至少一个其它的安全线路补充。经预加应力弹簧与安全丝杠装置跟第一阀杆段另端连接的第二阀杆段具有在调整时经制动住的安全丝杠装置将轴向位移传给第一阀杆段的丝杠传动装置；在释放时第二阀杆段构成第一阀杆段与节流阀芯运动到额定位置的支撑。最好设两个其性能可检查的、各带一可作用于双臂状安全杠杆的非自锁安全丝杠装置的安全线路。

Description

本发明涉及在负作用方向上具有安全功能的减压装置，这一减压装置特别适用于热电站或工业电站中以气体、蒸汽或水等形式的能量流的定量控制。该减压装置具有一个伺服阀和一个可相对于该伺服阀的阀座调节的节流阀芯以便调节流过的工作介质的节流阀横截面，和一个安装在传动线路上的用来驱动带从动轴颈的阀杆的蜗杆传动装置，从动轴颈的转动通过丝杠传动装置转变为阀杆的轴向运动，进而转变为节流阀芯的调节运动。此外，该减压装置还具有一个与从动轴颈相连的带有伺服电动机的调整传动装置以便把节流阀芯调节到其额定位置。

在工业加工技术和发电工程中必须对不同类型的能量流减压或计量。这主要是通过与不同类型的伺服驱动装置连接的相应的减压阀来实现。同时必须保证各管道系统和容器以及各部件在高压下不损坏。

这些任务通常由不同结构类型的安全阀来完成。在本文中所述的安全阀均指一种在负作用方向上具有附加安全功能的伺服阀。

开头所述类型的减压装置应当有两个任务，即对能量流作规定的减压或计量和在超压时保护后置的设置系统。如果在这些减压装置中涉及到蒸汽阀，在这些蒸汽阀中通过输入冷却水也能同时冷却蒸汽，那么人们说的是安全蒸汽发生装置。

如果必须防止在流动方向上位于安全阀后面的系统超压，那么人们说的是带有负作用方向的安全阀。这种安全阀必须保证关闭。

本发明的任务是在上述的减压装置的基础上来设计其安全功能具有 相当高的可靠度的减压装置。本发明的任务特别在于通过可靠地关闭安全阀来防止在流动方向上后置的设置系统超压。在电源电压下降时也必须保证这一伺服功能，安全阀的调节速度必须大于迄今为至的上述类型的阀，并且所设计的具有新安全阀的安全装置的价格比迄今为止的系统便宜。

对权利要求1的前序部分所述类型的减压装置，所提出的任务按照本发明是如此解决的：把阀杆分为节流阀侧的可由固有介质操纵的第一阀杆段和传动侧的第二阀杆段;这两阀杆段通过一个弹簧弹性接头和一个可选择成刚性的或可释放的安全接头相互通过力的传递进行连接;并且安全接头是安装在与传动线路的分路中的安全线路的一部分，该安全线路在出现起动压力达到或超过伺服阀的流出侧的允许压力值时就释放安全接头，从而释放第一阀杆段，进而在固有介质压力和弹簧力的作用下完成节流阀芯的快速关闭。在权利要求2至13中给出了有利的其它结构。

用本发明可达到的优点首先在于通过至少一个附加的安全线路就可达到很高可靠性的安全释放;而不必应用较贵的并维修麻烦的液压系统。按照权利要求8所述的优选实施例，设置有至少两条安全线路，该两条安全线路具有一根按双臂杆的等臂杆结构构成的安全杆。也可以应用多于两个的、如三个安全线路，这样就可实现三个中的一个释放。

本发明设置有一条传动线路和至少一条附加的安全线路，该传动线路在其能流上具有阀杆。如果有几个安全线路一起作用，那么通过每个各自的安全线路来实现安全行程的释放，正如已经解释的那样。传动线路主要由具有蜗杆传动的电动机驱动的伺服驱动装置和调整机构构成。附加的相互独立的安全线路安置在丝杠螺母和传动线路的调整机构之间。安全线路由具有可制

住的不自锁的螺纹段的安全丝杠和至少一个预加应力弹簧组成。在制

住的状态下，安全线路构成了在传动线路的 第二段阀杆和第一段阀杆之间的刚性连接。安全行程的操纵通过受固有介质控制的并支持着的弹簧力来实现。安全线路的安全行程的执行是通过在安全线路的不自锁的螺纹段的丝杠螺母上的所属制动器的打开来实现的。不可转动地固定住的安全丝杠轴通过固有介质的力和至少一个预加应力弹簧的力压入螺母内，使螺母在制动器打开的状态下转动，从而实现调整机构的可靠关闭。安全线路完全相互独立地工作。安全线路中的制动器的打开量足以可靠地关闭调整机构。为了可靠地制动住安全线路的不自锁的螺纹段，可以例如应用滚珠丝杠或利用具有较大导程的丝杠。此外还具有可在一定的工况下在安全压力下检查安全线路的优点。

下面用附图中的描述的实施例来说明该实施例的结构和功能以及本发明的其它细节和本发明的优点。

附图以部分简化的、示意的形式表示。

图1表示处于关闭状态的具有一个传动路线和两个安全路线的减压装置;

图2表示处于打开状态的图1的减压装置，这里附加用虚线表示出在一个或两个安全线路释放时安全杠杆的释放状态;

图3表示去掉绝大部分调整传动装置的壳体壁之后的顶视图;

图4以分解图表示具有调整传动装置和一个手轮（部分示出）的图1和图2的减压装置的上部分。

图1示出用以对以气体、蒸汽或水等形式的能量流作计量的减压装置。该减压装置特别适用于热电站或工业电站。该减压装置具有至少一个带有在阀套1内可相对于阀座1a作调整的节流阀芯3的伺服阀SV，输入管2a与阀套的侧面相连，从阀套向下引出流出管2b。输入和流出的蒸汽流用虚线流动箭头f1和f2表示，因为按照图1所示，伺服阀的节流阀芯3处于关闭状态。节流阀芯3的作用是在出现起动压力达到或超过伺服阀SV流出侧Ⅱ的允许压力时，在额定状态下关闭流过的工作介质、例 如水蒸汽、的节流阀的横截面。在必须防止在流动方向f1、f2上后置于伺服阀的系统超压时，这一伺服阀在负作用方向上同样适用。

伺服阀SV具有安装在其传动线路BS内的丝杠传动装置ST，并且有阀杆4、丝杠螺母5、丝杠螺母套6和从动轴颈7。从动轴颈7的转动经丝杠传动装置ST转变成阀杆4的轴向运动。在从动轴颈7上连接有带有伺服电动机90的调整传动装置80。该调整传动装置可以通过手操纵来移动阀杆，因而附加配备了一个手轮100。调整传动装置80按照要调整的系统传给它的由被调参数和额定值推出的额定值和实际值的差额来对从动轴颈7作相应的调整参数的调整，从而使节流阀芯3进入其额定位置。该节流阀芯可以处于中间位置，也可处于如图2所示的上终端位置或如图1所示的关闭位置，在这个具有负作用方向的安全阀中，安全额定位置始终是如图1所示的关闭位置。

丝杠螺母套6借助于止推轴承9可旋转地安装在丝杠套8内;具有内螺纹的丝杠螺母5可转动地支承在丝杠4的外螺纹上，丝杠螺母5在丝杠螺母套6内是轴向固定的，并且其外圈与丝杠螺母套6的内圈是不可转动地连接着。当通过从动轴颈7和丝杠螺母套6使丝杠螺母5转动时，丝杠4就根据旋转方向沿节流阀芯3的关闭方向或打开方向作轴向移动。丝杠套8通过框架10与丝杠导引体11刚性连接。后者用于精确引导具有节流阀芯3的丝杠下端，并借助于一个没有详细示出的填料套密封装置来密封丝杠套管12。藉着止推轴承9实现的丝杠螺母套6的转动支承通过安装在框架头部10a的凹口内的另一止推轴承13获得补充，同时用于缓冲和公差补偿的盘形弹簧组14夹在并支承在止推轴承13和丝杠螺母套6的凸肩6a之间。框架头部10a、止推轴承13、盘形弹簧组14和凸肩6a装设在围绕着丝杠4的相应的中心凹口内。

本发明的阀杆4被分成节流阀芯侧的受固有介质和弹簧力作用的第一阀杆段4.1和传动侧的第二阀杆段4.2。两个阀杆段4.1、4.2用一 弹簧弹性接头15和一个可选择成刚性的或可释的安全接头K1、K2相互通过力的传递进行连接。所述的两个安全接头K1、K2每个是安置在传动线路BS的分路中的安全线路S1、S2的一部分。在出现起动压力达到或超过伺服阀SV的流出侧Ⅱ上的允许值时每个安全线路S1、S2释放所属的安全接头K1、K2，从而第一阀杆段4.1完成受固有介质操纵的节流阀芯3的快速关闭。

在图1中示出处于关闭状态的伺服阀，其中节流阀芯3通过调整传动装置80而处于其关闭位置。在图2中，节流阀芯3在调整传动装置80的作用下处于其打开终端位置，这样就在阀套1内达到最大的流通横截面。借助于至少一个所描述的安全线路S1、S2可以使伺服阀从节流阀芯3的打开终端位置或中间位置经快速关闭而处于关闭状态。这里至少设置了压力监控器15a、15b以反应安全阀SV流出侧Ⅱ的压力实际值。在所示的应用两个安全线路S1、S2的情况下，安全接头K1与压力监控器15a的释放信号有关，第二个安全线路S2的安全接头K2与压力监控器15b的释放信号有关，如同用虚线表示的信号线路19a2、19b所示出的那样。两个压力监控器15a、15b经测量管路16与流出管2b的内侧相连。两个压力监控器15a、15b经测量管路16与流出管2b的内侧相连。两个压力监控器15a、15b的推杆作用在电气信号线路19a、19b的常闭接点17上，同时常闭接点17总是与电键或按钮开关18a、18b串联，用这一电键或按钮开关就可由人工操作，但也可遥控操作来检查安全线路S1、S2。

下面借助于图2首先来说明安全接头K1（安全接头K2具有相同的结构）。安全接头K1包括一个不自锁的带有制动装置21a的安全丝杠传动装置20a。属于制动装置21a的有与安全丝杠螺母22a相连的并由该丝杠螺母转动地支承着的制动盘23a。例如由具有吸住作用的电磁铁构成的制动电磁铁24a，通常制动住在制动盘23a上的安全丝杠螺母22a，并在 经信号线路19a输入与压力有关的释放信号的情况下释放安全丝杠螺母22a让其自由转动，因为在这一情况下制动电磁铁24a已撤去励磁、即没有电流。安全丝杠螺母22a和其制动盘23a的可转动支承通过两个止推轴承25a示意地表示，安全接头K1的壳体用26a表示。该壳体具有顶盖状的凸起部分27a，这样，安全丝杠28a就具有足够的运动空间。

在进一步详细描述释放过程之前，并先要说明安全杠杆29和壳体搭接板33的结构和功能。在铰接点30的部位，安全杠杆29与第一阀杆段4.1的背向节流阀芯3的端部可摆动地铰接着。这个铰接点30例如可以通过一个轴颈轴承来实现。安全杠杆29至少具有一个自由端，所表示的安全杠杆为双杠杆，其形式为两端具有两个长形孔31a、31b的等臂杆。在具有长形孔31a的自由端经具有轴颈32a的长孔铰链铰接着大体平行于阀杆轴线a伸展的、安全线路S1的不自锁的安全丝杠28a。安全丝杠传动装置20a和制动装置21a的壳体26a经壳体搭接板33与第二阀杆段4.2刚性连接，并且跟第二阀杆段4.2一起可纵向移动地支承着。按照至少双臂的等臂杆29的结构，至少有两个安全丝杠传动装置20a、20b和其所属的制动装置21a、21b的壳体26a、26b经一个公共的壳体搭接板33相互连接在一起，此外，壳体搭板33通过一个在第二阀杆段自由端的法兰34跟第二阀杆段4.2固定连接在一起。位于第一和第二阀杆段4.1、4.2之间的弹簧弹性接头15由一预加应力的压力弹簧装置构成。该预加应力的压力弹簧装置15′在安全接头K1或K2没有释放时因此比在图2中的安全接头K1或K2释放时压得更紧。该预加应力压力弹簧装置最好安置在两个阀杆段4.1、4.2之间的轴线a的部位上，因为这样人们用一个压力弹簧装置就足够了。基本上也可以为每个安全丝杠28a、28b各安置一个螺旋压力弹簧。另一可能性在于为安全丝杠螺母22a或22b安置一个扭转弹簧。同时，所示的其弹簧轴线位于阀杆轴线上的螺旋压力弹簧的结构布置特别有利。用弹簧弹性接头15使阀杆套管12避免了 强制力的作用，从而也使有关的填料套密封装置避免了强制力的作用。

具有安全接头K2的第二条安全线路S2的结构与具有安全接头K1的第一条安全线路S1的结构相同，因此，相同部分就用相同的相关数字表示，只是最后的字母不同;在第一安全线路S1中总是用a说明的部分在第二安全线路S2中就用b。

传动线路BS中的丝杠传动ST是为第二阀杆段4.2配置的。如已经说明的那样，安全线路S1或S2动作就足以满足安全功能（节流阀芯3从图2中的位置移动至关闭位置）。因此，安全系统用一条安全线路已能够基本上实现，然而，具有至少两个平行工作的安全线路S1、S2的看起来过剩的安全线路的结构具有更大的优越性。如同已指出的，图1和图2示出了沿关闭方向具有防护功能的减压装置的功能，也就是说，安全阀SV以负作用方向工作，该安全阀通常是打开的或处于中间位置，并在动作的情况下（流出管2b内的压力过高）通过固有介质与压力弹簧装置15′的作用力而移动至关闭位置。这里所示出的是具有壳体1的蒸汽阀，蒸汽经进入管2a流向节流阀芯3，这里例如是带孔的节流阀芯。蒸汽（见流动箭头f1、f2）施加一轴向力在节流阀芯3、阀杆4、第一、第二阀杆段4.1、4.2、安全丝杠28a、28b和丝螺杠螺母5上，该轴向力与节流阀的有效横截面和进入管2a和流出管2b之间的压力差成正比并沿关闭方向作用。

在正常运行时，调整传动装置80（也可称之为伺服传动装置）经从动轴颈7和丝杠螺母套6补偿了这一轴向力;该调整传动装置80是自锁地实行的，该调整传动装置有一个手轮100，用这一手轮轻丝杠4可以使节流阀芯3处于关闭位置（图1）或打开位置（图2）。

在正常的驱动状态下，不自锁的安全丝杠传动装置20a、20b处于已进入状态（相当于图示位置），见图2。同时，两个安全丝杠28a、28b通过所属的安全丝杠螺母22a、22b和制动电磁铁24a、24b而被 制动住。由此在安全杠杆29和壳体搭接板33之间或在第一和第二阀杆段4.1、4.2之间存在一个刚性连接。

调整传动装置80的调整脉冲无间隙地到达节流阀芯3。

但是如果通过压力监控器15a或15b的动作而使制动电磁铁无电压（闭合电流断开），第一和第二阀杆段4.1、4.2之间的刚性连接就消除了。通过固有介质的力（节流阀芯3处的压力差）和压力弹簧装置15′的压力作用，使一个或两个安全丝杠28a、28b通过其自身可转动的安全丝杠螺母22a、22b通过被压力弹簧装置15′支撑着的安全杠杆29从第一阀杆段4.1处向下拉引。

节流阀芯3总是可以到达完全关闭位置，只要由安全线路S1或S2中的一个释放安全行程即可。当然，在两个安全线路S1和S2同时动作时也是可以达到的。也可以设置两个以上的、例如三个安全线路，只要为安全杠杆29配置一个相应的三臂的等臂杆即可。在两个安全线路S1、S2同时释放时，安全杠杆29处于用虚线35所表示的位置（平行自身移动），节流阀芯3处于其完全关闭位置。如果只有第一安全线路S1释放，那么，安全杠杆29围绕左边的铰链31b、32b倾斜放置，并处于用虚线表示的位置36，节流阀芯3处于完全关闭位置，也就是说，只通过一个被激励的安全线路S1也可实现释放。相应地，当只有安全线路S2接受到压力释放信号时也是有效的。

在一个或两个安全线路动作后，通过调整传动装置80的进入完全关闭位置的后继运动，再次到达正常工作状态，即弹簧15再次被压紧，安全杠杆29再次回到水平位置。同时，安全线路的制动装置21a和21b经控制线路被打开，或者说，在安全线路的空载情况下允许沿“张紧方向”转动。

两个安全线路S1、S2可通过电键17和制动电磁铁24a、24b分开检测。在安全压力下也可进行检测。

压力弹簧装置15′的弹簧力和弹簧行程大到使检测在无压状态下、即没有固有介质支撑的状态下也能实现。在图2的右面用f11表示预加应力状态下的压力弹簧装置15′的长度，用f1表示放松状态下（释放状态）弹簧装置15′的长度。在释放过程中压力弹簧装置15′伸长了f12。也可以用例如盘形弹簧组代替螺旋压力弹簧装置。

在所描述的释放状态，第二阀杆段4.2构成了第一阀杆段4.1带着节流阀芯3进入安全额定位置的运动的支撑，该运动通过安全接头K1或K2释放而产生。

图3还示出具有伺服电动机90、一个蜗杆轴81、一个在蜗杆轴81末端的预加应力的盘形弹簧组82和通过蜗轮83与蜗杆81a接合的从动轴84的调整传动装置80。伺服电动机90经跨轮85把运动传到蜗杆轴81上。蜗杆轴81用预加应力的盘形弹簧组82保持在蜗轮83的中间，并可向两侧轴向移动。当从动轴84上出现其值大于由预加应力盘形弹簧组产生的力矩值的负载力矩时，蜗杆轴81从其中间位置移开。同时，蜗杆轴81通过摆杆86和凸轮盘87操纵转矩开关88，该转矩开关通过一个没有进一步描述的控制装置（如保护转换开关）切断伺服电动机90。由于蜗杆轴81是自锁的，就使其留在其相应断开位置上。

从图4的分解图中可以看到手轮100，还有伺服电动机90和用来切换电动机与手工操纵的杠杆89。在配电箱91内安装着一个断路器和信号装置。通过压下转换杠杆89就脱开了驱动电动机90并把手轮100连接到传动轴84上（轴端）。这个状态是通过一个特别的机构（没有进一步描述）接合的。在开动电动机90时，手轮100自动地并对操作者不发生危险地脱开并将驱动电动机90接上。也就是说电动机操纵始终优先于手动操纵。

在图1和图2中还用37a、37b表示了限程盘，它们固定在安全丝杠28a或28b上，并且有限制丝杠28a、28b在复位运动时的行程的任 务。在图2中用虚线附加表示了处于安全丝杠28a、28b的释放位置的限程盘37a、37b。

Claims (13)

1、在负作用方向上具有安全功能的减压装置，它特别适用于在热电站和工业电站的以气体、蒸汽或水等形式的能量流的定量控制，该减压装置具有至少一个伺服阀和一个可相对于伺服阀的阀座移动的节流阀芯(3)用来调整流过的工作介质的节流阀横截面，和具有一个安装在传动线路中用来驱动带从动轴颈的阀杆的蜗杆传动装置，从动轴颈的转动经丝杠传动装置(ST)转变为阀杆(4)的轴向运动，进而转变为节流阀芯(3)的伺服运动；并且该减压装置具有与从动轴颈(7)连接的带伺服电动机(90)的调整传动装置(80)，以便调整节流阀芯(3)到其额定位置，其特征在于，阀杆(4)被分为节流阀芯侧的可由固有介质操纵的第一阀杆段(4.1)和传动侧的第二阀杆段(4.2)，两个阀杆段(4.1、4.2)用一个弹簧弹性接头(15)和一个可选择成刚性的或可释放的安全接头(K1、K2)相互通过力的传递进行连接，安全接头(K1、K2)是安置在传动线路的分路中的安全线路(S1、S2)的一部分，在出现启动压力达到或超过伺服阀(SV)流出侧(Ⅱ)的允许压力值时就释放安全接头(K1、K2)，从而释放第一阀杆段(4.1)，在固有介质压力和弹簧力作用下完成对节流阀芯(3)的快速关闭。

2、按照权利要求1所述的减压装置，其特征在于，至少设置一个压力监控器（15a、15b）以反应安全阀流出侧（Ⅱ）的压力实际值，并且安全接头（K1、K2）与压力监控器的释放信号有关。

3、按照权利要求1的减压装置，其特征在于，安全接头（K1、K2）具有一个带制动装置（21a、21b）的不自锁的安全丝杠传动装置（20a、20b），制动装置的制动构件（23a、24a，23b、24b）通过一个可输入制动装置的与压力有关的释放信号而释放。

4、按照权利要求3所述的减压装置，其特征在于，弹簧弹性接头（15）和安全接头（K1、K2）把由调整传动装置（80）给定的第二阀杆段（4.2）的轴向位移或轴向进程传递给第一阀杆段（4.1），并在释放的情况下，第二阀杆段（4.2）构成第一阀杆段（4.1）以及其进入安全额定位置的节流阀芯（3）的运动的支点，该运动是由安全接头（K1、K2）释放而产生的。

5、按照权利要求3所述的减压装置，其特征在于，安全丝杠传动装置（20a、20b）具有一个与安全丝杠螺母（22a、22b）连接的并在该丝杠螺母上转动地支承着的制动装置（21a、21b）的制动盘（23a、23b），同时设置有制动电磁铁（24a、24b），在正常状态下该制动电磁铁把安全丝杠螺母（22a、22b）吸住在制动盘（23a、23b）上，在输入一个与压力有关的释放信号的情况下，安全丝杠螺母（22a、23b）转动，释放第一阀杆段（4.1）使其沿关闭方向作轴向移动。

6、按照权利要求3所述的减压装置，其特征在于，在第一阀杆段（4.1）的背向节流阀芯（3）的端部铰接着一个安全杠杆（29），该安全杠杆至少具有一个自由端，在该自由端经一个长形孔的铰链（31a、32a，31b、32b）铰接着一个大体平行于阀杆轴线（a）的、安全线路（S1、S2）的不自锁的安全丝杠（28a  28b）。

7、按照权利要求3所述的减压装置，其特征在于，安全丝杠传动装置（20a、20b）的壳体（26a、26b）和制动装置（21a、21b）经壳体搭接板（33）与第二阀杆段（4.2）作刚性连接，并与第二阀杆段（4.2）一起可纵向移动地支承着。

8、按照权利要求6所述的减压装置，其特征在于，安全杠杆（29）是按照至少两个臂杆的等臂杆结构构成的，用一个摆动支座（30）铰接在第一阀杆段（4.1）的背向节流阀芯（3）的端部，并且在其自由端各铰接着一个安全路线（S1、S2）的安全丝杠（28a、28b）。

9、按照权利要求7所述的减压装置，其特征在于，至少有两个安全丝杠传动装置（20a、20b）和其所属的制动装置（21a、21b）的箱体（26a、26b）经一个公共的壳体搭接板（33）而相互固定连接，壳体搭接板（33）与阀杆（4）的第二阀杆段（4.2）固定连接。

10、按照权利要求1所述的减压装置，其特征在于，在第一和第二阀杆段（4.1、4.2）之间的弹簧弹性接头（15）由一个预加应力的压力弹簧装置（15′）组成，该压力弹簧在安全接头（K1、K2）没有释放时要比安全接头（K1、K2）释放时受的应力更大。

11、按照权利要求10所述的减压装置，其特征在于，弹簧弹性接头（15）支承在在两个阀杆段（4.1、4.2）之间的轴线（a）区域内。

12、按照权利要求6或7所述的减压装置，其特征在于，弹簧弹性接头（15）被安插在安全杠杆（29）的摆动支座（30）和壳体搭接板（33）之间。

13、按照权利要求1所述的减压装置，其特征在于，传动线路（BS）的丝杠传动装置（ST）在其第二阀杆段（4.2）上具有一个可旋转地支承在第二阀杆段上的丝杠螺母（5）和一个可随丝杠螺母（5）转动的、然而轴向固定的带从动轴颈（7）的丝杠螺母套（6）。

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