CN102147028A - 低压先导式安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压先导式安全阀，它包括由主阀阀体、阀杆、阀芯构成的执行机构和由隔板、气缸、活塞、隔膜组件形成平衡气室的传动机构以及由导阀座、阀芯盖、膜片组件、导阀阀芯形成控制气室的转换机构，使导阀阀芯在感应压力变化上下移动时能在导阀座与阀芯盖之间快速进行气室密封转换，并通过对外排泄孔的启闭来快速变换控制气室和平衡气室内的压力，利用增减气室面积使主阀能快速开启进行排气泄压确保安全，又能使主阀准确平稳回座进行严密关闭，本发明具有设计新颖结构简捷、超出压力仅为1～3％，开启精度非常高、反应速度非常快，回座压力范围为定值，回座复位精确可靠的显著优点，有极佳的市场前景。

Description

低压先导式安全阀

技术领域：

本发明涉及一种对压力容器及管路设备系统进行安全保护的阀类装置，具体地说是一种低压先导式安全阀。

背景技术：

我们知道，所谓安全阀就是对承压容器及管路系统起重要保护作用的一种自动阀，它能跟踪系统内介质压力的升降变化而自动进行开启和关闭操作：在承压容器及管路系统正常运行过程中，安全阀的启闭件是处于常闭状态，当承压容器及管路系统内的介质压力升高达到或超过所设定的压力值时，它会自动开启对外排放介质进行泄压并控制其压力不超过所设定的允许值，从而保证设备系统不会因压力过高而发生安全事故。就它的结构原理而言，现行安全阀主要有弹簧式、杠杆式两大类。由于弹簧式安全阀是利用压缩弹簧作用力进行密封的，其缺点是所加载荷会随阀的开启而变化，即随着阀芯开启升高，弹簧对阀芯的作用力会增加，这将严重影响安全阀的反应灵敏度和开启速度。而杠杆式安全阀则是依靠杠杆作用力进行密封的，其缺点是结构笨重而导致回座力较低、加载机构也易振动而产生泄漏，在实际运行中存在开启后不易关闭、密封性能较差的使用缺陷。近来，为适应高压大容量的工作需要，又出现了一种由主阀和辅阀组成的先导式安全阀，当系统内介质压力超过设定的压力值时，它会先开启辅阀并通过动力传动辅助装置再打开主阀排放介质进行泄压。无庸置疑，现行的先导式安全阀在实际使用中也存在一些技术性缺陷，其表现为：由于它的工作可靠性会同时受主阀、辅阀和动力传动机构等多种因素的影响，特别是在低压大容量的工况下，它的反应灵敏度、开启速度和回座关闭的密封稳定性能往往不如直接作用式安全阀那样迅速、可靠。这是现行先导式安全阀需要进一步改进和完善的课题，这也正是本发明所想要解决的问题。

发明内容：

本发明的目的旨在克服现行先导式安全阀在工作压力低于0.05MPa压力时存在的不足之处而提出一种新型的低压先导式安全阀。它巧纱地利用导阀阀芯与导阀座、阀芯盖之间形成的密封转换机构，能显著提高反应灵敏度和开启速度，增强回座关闭的密封性能和稳定工作的可靠性能。

本发明提出的低压先导式安全阀是按如下技术方案来实现的：

一种低压先导式安全阀，它包括由主阀阀体、主阀阀杆、主阀阀芯构成的执行机构和由隔板、气缸、活塞、弹簧、隔膜组件构成的传动机构，所说的主阀阀杆连接于隔膜组件，其特征在于：在气缸上安装导阀座、阀芯盖、上端盖、膜片组件、调节弹簧和导阀阀芯构成控制转换机构，所说的导阀阀芯由导阀阀杆连接于膜片组件，导阀座设置有对外排泄孔和连通平衡气室的平衡孔，阀芯盖设置有与控制气室相通的接口，配装于接口的连接管与主阀阀体的进气腔相连通。它是这样自动进行保护工作的：首先将主阀阀体的进气腔连接于需要进行保护的压力容器或管路设备上，初拧调节螺钉压紧调节弹簧使导阀阀芯下移封闭对外排泄孔，压力容器内的气体介质将由连接管导入阀芯盖的控制气室内，然后再通过导阀阀杆与阀芯盖的装配缝隙透气进而由平衡孔进入平衡气室内，在气体压力和弹簧的共同作用下推动隔膜组件、活塞、主阀阀杆下移并使主阀阀芯封闭主阀阀口。再缓缓转动调节螺钉精确调节设定调节弹簧的预压力F_弹，可进而设定对压力容器或管路设备系统进行安全保护的压力值，即开启压力为P_s，即有：P_s·S_膜＝F_弹的关系式(式中所说的S_膜为膜片组件的有效面积)，压力容器或管路设备系统在低于所设定的压力值之下(即P＜P_S)正常运行时，控制气室内的气体对膜片组件的压力为P·S_膜＜F_弹，这时先导式安全阀是处于常闭的工作状态。当压力容器及管路内的气体压力升高达到或超过所设定的压力值(即P≥P_S)时，即是说控制气室内的气体对膜片组件的压力为P_S(S_膜-S_座)≥F_弹(式中所说S_座为导阀座的密封座的有效面积)，这时膜片组件将克服调节弹簧的预压力F_弹并带动导阀阀芯向上移动，就在导阀阀芯上移刚离开导阀座的密封座的一瞬间，向上的推动力将由P_S(S_膜-S_座)快速转换增加为P_S·S_膜，所增加的力P_S·S_座将快速推动导阀阀芯上移，开启压力P_S将迅速转换为排放压力P_d，导阀全行程开启排放，导阀阀芯上移到全行程后与阀芯盖的倒密封座形成密封的“倒密封”结构，所说的“倒密封”，会将导阀阀杆与阀芯盖之间的透气缝隙封住，使导阀阀芯实现密封面的快速转换。由于导阀阀芯的上移随即使导阀座的对外排泄孔呈开启状态，这时平衡气室内的气体介质将经过平衡孔从对外排泄口快速排出，使平衡气室内的压力快速减少，其结果是：主阀阀体的进气腔内已达到或超过开启压力P_S变为排放压力P_d的气体将推动主阀阀芯快速上移，即可开启先导式安全阀的主阀对外排气进行泄压，至此，即可实现对设备进行安全保护的目的。由于超出压力(P_d-P_s)/P_s只有约1～3％，因此它具有非常高的开启精度。

它是这样自动进行回座关闭的：随着先导式安全阀的主阀开启对外排气泄压后，进气腔内的气体压力会逐渐降低至回座压力P_r，连接管也会将回座压力P_r导入控制气室内，而此时能推动膜片组件向上的力仅为P_r(S_膜+S_座)＜F_弹，即有F_弹-P_r(S_膜+S_座)＞0，调节弹簧将推动导阀阀芯脱离倒密封座而向下移动，在导阀阀芯刚刚接触导阀座的密封座的一瞬间，向上的力将由P_r(S_膜+S_座)快速转换减少为P_r·S_膜，所减小的P_r·S_座将有利于导阀阀芯的快速下移并严密地将导阀座的密封座进行快速密封，能快速地阻止对外排泄孔外排气体，使导阀阀芯再次实现密封转换。这时由连接管导入控制气室内的气体又将通过导阀阀杆与阀芯盖的装配缝隙透气并经平衡孔进入平衡气室内，随着平衡气室内的压力增加并在弹簧作用力的共同作用下，又将推动隔膜组件、活塞和连接于主阀阀杆的主阀阀芯下移关闭主阀，至此即可实现先导式安全阀的自动回座关闭并具精确可靠的回座复位性能。

我们知道：安全阀的回座压力范围即{[(P_S-P_r)/P_S]％}正是反应回座复位的精确可靠性能的一个技术性指标。

根据导阀在开启、排放和回座时的三个受力基本关系式，我们可以得出本发明的回座压力范围：

刚开启时：P_S(S_膜-S_座)≥F_弹      ①

排放时：P_d·S_膜＞F_弹            ②

回座时：P_r·S_膜≤F_弹            ③

由上述基本公式可推导出如下等量关系式：

P_r·S_膜＝P_S(S_膜-S_座)＝F_弹

将等式两边同除因式P_S·S_膜即有：

P_r/P_S＝(S_膜-S_座)/S_膜＝1-(S_座/S_膜)  ④

而回座压力范围的定义可表为：

[(P_S-P_r)/P_S]％＝[1-(P_r/P_S)]％      ⑤

将④式带入⑤式，即可得出回座压力范围为定值的重要结论：

[(P_S-P_r)/P_S]％＝{1-[1-(S_座/S_膜)]}％

＝(S_座/S_膜)％

由上可知，本发明具有“回座压力范围为定值”的不受外界因素干扰的优良特性，因此它具有回座复位精确可靠的显著优点。

本发明还具有如下技术特征：

在导阀座与导阀阀芯下端面相对应的位置处设置有密封座，所说的对外排泄孔设置于导阀座的密封座中央位置，这种结构设计特别有利于实现密封面的快速转换，能使平衡气室内的气体介质快速地外排泄压，对提高安全阀的开启反应速度和工作可靠性能都具有明显效果。

在阀芯盖与导阀阀芯上端面相对应的位置处设置有倒密封座，特别有利于导阀阀芯在上移时能快速形成“倒密封”结构，对实现密封面的快速转换进而提高开启反应灵敏度有一定作用。

在隔板上设置有与气缸下腔相通的通孔，可平衡活塞下腔压力，使活塞移动灵活轻便，这对提高安全阀的开启速度也有一定效果。

上端盖配装有调节螺钉，特别方便于精确设定调节弹簧预压力的操作，能方便地调节设定对容器进行安全保护的压力值。

在主阀阀芯的底端嵌装软密封垫与主阀阀体的主阀阀口构成密封副结构，能够有效地增强主阀阀口的密封性能，对延长安全阀使用寿命、提高工作可靠性能具有一定作用。

所说的主阀阀口是由合金堆焊制成斜面限位结构，特别方便于加工制作，并能防止主阀在回座关闭过程中出现撞击损伤的事故。

本发明同现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步：

1.本发明首创了由导阀阀芯与导阀座、阀芯盖构成的密封“转换机构”，特别是在阀芯盖内设置倒密封座能在导阀阀芯上移时形成“倒密封”结构，使作用于导阀阀芯的力自动进行快速增加或减少的变换，这对提高先导式安全阀的反应灵敏度、开启速度和回座关闭密封性能都具有关键作用。

2.本发明还首创了由阀芯盖、膜片组件和调节弹簧构成的控制气室结构和由导阀座、隔膜组件和弹簧构成的平衡气室结构，能与“转换机构”配合联动自动启闭对外排泄孔变换控制气室和平衡气室内的压力，对确保先导式安全阀能够快速地开启、平稳地回座进行严密关闭都具有明显效果。

3.本发明设计新颖、结构简捷、生产容易、制造成本低，具有反应灵敏开启速度快、回座关闭密封好、工作可靠性能高、使用寿命长等突出优点，是现行安全阀进行升级换代时首选的理想产品。

附图说明：

附图是本发明的结构示意图。

附图标记说明：

1为出气腔，2为软密封垫，3为主阀阀体，4为主阀阀口，5为进气腔，6为管接口，7为连接法兰，8为连接管，9为主阀阀芯，10为主阀阀杆，11为通孔，12为隔板，13为弹簧，14为气缸，15为隔膜组件，16为对外排泄孔，17为导阀座，18为密封座，19为接口，20为导阀阀芯，21为连接孔，22为调节弹簧，23为调节螺钉，24为弹簧座，25为上端盖，26为膜片组件，27为阀芯盖，28为控制气室，29为导阀阀杆，30为倒密封座，31为平衡孔，32为平衡气室，33为活塞。

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

本发明提出的一种低压先导式安全阀：它主要包括控制转换机构、传动机构和由主阀阀体3、主阀阀杆10、主阀阀芯9构成的主阀执行机构，在主阀阀芯9的底端嵌装有软密封垫2与主阀阀体3的主阀阀口4构成密封副结构，主阀阀口4采用合金堆焊制成斜面限位结构，可提高密封性能又能防止主阀阀芯9在回座关闭时出现撞击损伤的现象，所说的传动机构由安装于主阀阀体3上的隔板12、气缸14、活塞33、弹簧13、隔膜组件15构成，在隔板12上设置有与气缸14下腔相通的通孔11，主阀阀杆10连接于隔膜组件15，所说的控制转换机构由安装于气缸14上的导阀座17、阀芯盖27、上端盖25、膜片组件26、调节弹簧22和导阀阀芯20构成，上端盖25配装有调节螺钉23、弹簧座24，导阀座17与隔膜组件15形成平衡气室32，在导阀座17上设置有与平衡气室32连通的平衡孔31，所说导阀阀芯20是由导阀阀杆29固定连接于膜片组件26，在导阀座17与导阀阀芯20的下端面相对应的位置处设置有密封座18，在密封座18中央位置设置有对外排泄孔16，在阀芯盖27与导阀阀芯20的上端面相对应的位置处设置有倒密封座30，阀芯盖27与膜片组件26形成控制气室28，阀芯盖27设置有连通控制气室28的接口19，所说接口19是由连接孔21与控制气室28相连通，在接口19处配装有连接管8，连接管8的另一端连接于主阀阀体3的进气腔5壁上设置的管接口6。它是按如下方式配装和进行自动保护作业的：将主阀阀体3的连接法兰7固定连接安装于压力容器或管路设备的安全阀座上，缓缓旋动调节螺钉23压缩调节弹簧22推动导阀阀芯20下移将对外排泄孔16封闭，进而可设定对压力容器或管路设备进行安全保护的允许压力值，带压气体介质将由连接管8导入阀芯盖27的控制气室28内、再透过导阀阀杆29与阀芯盖27的装配缝隙、最后经平衡孔31进入平衡气室32内，这时在弹簧13和平衡气室32内气压的共同作用下将推动隔膜组件15、活塞33、主阀阀杆10下移并使主阀阀芯9严密封闭主阀阀口4。压力容器或管路设备在所设定的允许压力值之下正常运行的过程中，主阀阀体3的主阀阀口4一直会处于严密的封闭状态。当压力容器及管路系统内的介质气体压力升高达到或超过所设定的允许压力值时，控制气室28内的气压会随之升高，这将推动膜片组件26并带动导阀阀芯20一同上移，快速上移的导阀阀芯20与阀芯盖27的倒密封座30形成“倒密封”，即可将配装导阀阀杆29的透气缝隙封住，由于导阀阀芯20的上移就随即开启了导阀座17的对外排泄孔16，平衡气室32内的气体会经平衡孔31从对外排泄口16快速排出而减压，此时主阀阀体3的进气腔5内的高压气体将会快速顶开主阀阀芯9，即是说先导式安全阀的主阀开启，将由出气腔1对外大流量地排放气体进行快速泄压，即可对设备进行安全保护。随着主阀开启对外大流量地排气泄压后，进气腔5内的气压会逐渐降低至回座压力时，膜片组件26又会在调节弹簧22的作用下推动导阀阀芯20快速下移将对外排泄孔16封闭，如前所述，随着平衡气室32内的压力增加，又将推动隔膜组件15和连接于主阀阀杆10的主阀阀芯9下移将主阀阀口4进行封闭，至此，即可实现自动回座关闭。

需要说明的是：上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的方式之一，本发明所要求保护的范围并不局限于上述实施例，还应包括由本领域的普通技术人员按照本发明的技术方案所能变化的其它实施方式。

Claims (7)

1.一种低压先导式安全阀，它包括由主阀阀体(3)、主阀阀杆(10)、主阀阀芯(9)构成的执行机构和由隔板(12)、气缸(14)、活塞(33)、弹簧(13)、隔膜组件(15)构成的传动机构，所说的主阀阀杆(10)连接于隔膜组件(15)，其特征在于：在气缸(14)上安装导阀座(17)、阀芯盖(27)、上端盖(25)、膜片组件(26)、调节弹簧(22)和导阀阀芯(20)构成控制转换机构，所说的导阀阀芯(20)由导阀阀杆(29)连接于膜片组件(26)，导阀座(17)设置有对外排泄孔(16)和连通平衡气室(32)的平衡孔(31)，阀芯盖(27)设置有与控制气室(28)相通的接口(19)，配装于接口(19)的连接管(8)与主阀阀体(3)的进气腔(5)相连通。

2.根据权利要求1所述的低压先导式安全阀，其特征在于：在导阀座(17)与导阀阀芯(20)下端面相对应的位置处设置有密封座(18)，所说的对外排泄孔(16)设置于导阀座(17)的密封座(18)中央位置。

3.根据权利要求1或2所述的低压先导式安全阀，其特征在于；在阀芯盖(27)与导阀阀芯(20)上端面相对应的位置处设置有倒密封座(30)。

4.根据权利要求1或2所述的低压先导式安全阀，其特征在于：在隔板(12)上设置有与气缸(14)下腔相通的通孔(11)。

5.根据权利要求1或2所述的低压先导式安全阀，其特征在于：上端盖(25)配装有调节螺钉(23)。

6.根据权利要求1或2所述的低压先导式安全阀，其特征在于：在主阀阀芯(9)的底端嵌装软密封垫(2)与主阀阀体(3)的主阀阀口(4)构成密封副结构。

7.根据权利要求6所述的低压先导式安全阀，其特征在于：所说的主阀阀口(4)是由合金堆焊制成斜面限位结构。