CN103016805B - 爆管限流阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于介质管道上的控制装置，具体涉及一种当管道发生爆管事故后，能有效控制管道内介质流速的爆管限流阀。它包括两端开设有介质流通管的阀体，阀体壳体上设有安装孔，安装孔外设有阀盖与阀体密封，它还包括阀体内设的导流体、限流体、支撑移动结构、滑块、滑杆，它还包括设在阀体外的滑块移动的阻尼器件、滑块移动的受拉触发结构。本发明结构设置合理简单，动作灵活，特别适用于无电源地区大型水管道的爆管限流。

Description

爆管限流阀

技术领域

本发明属于介质管道上的控制装置，具体涉及一种当管道发生爆管事故后，能有效控制管道内介质流速的爆管限流阀。

背景技术

长距离介质输出管道，比如大型供水管道，供水管道沿地理长距离敷设。现有管路控制设计均采用常规的阀门开闭等布置控制阀门。当管线上出现管道破裂，爆管等事故时，管道中的介质会迅速从破裂，爆管处喷出，从而造成管淹水事故；同时管道中的压力急剧的改变，会在管道内产生极大地冲击，对于输水管道，则会产生水锤冲击，影响管道其他部件的安全。如何解决上述问题，即当大型供水管道上发生爆管后，能实现供水管道内的压力缓慢的变化，甚至能自动将大型供水管道关闭，对于阀门制造、使用者而言均是急需解决的问题，特别是在没有电源的地区，如何解决上述问题，现有技术中均没有相关的技术使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在管路介质输送时，当发生爆管后，能够实现管路内介质压力缓慢释放，甚至关闭管道的爆管限流阀，从而解决上述问题。

本发明爆管限流阀的技术方案是：它包括两端开设有介质流通管的阀体，阀体壳体上设有安装孔，安装孔外设有阀盖与阀体密封，它还包括：

阀体内设的：

导流体，所述导流体迎着介质流动方向设置在阀体壳体构成的腔体内，所述导流体的导流面与阀体壳体内壁、阀盖内壁间形成导流流道；

限流体，所述限流体与所述导流体相背连接设置，所述限流体限流面与所述阀体壳体内壁、阀盖内壁间形成限流流道；

支撑移动结构，所述导流体和所述限流体支撑在支撑移动结构之间；

滑块，与所述导流体和所述限流体连接；

滑杆，与所述滑块连接；

它还包括设在阀体外的：

滑块移动的阻尼器件，与所述的滑杆的一端连接；

滑块移动的受拉触发结构，所述受拉触发结构与所述的滑杆的另一端连接。

本技术方案中：阀体内设设置的导流体保证当管线正常运行时，介质经过爆管限流阀时，导流体一方面承受介质的正常压力，另一方面，它与阀体壳体内壁、阀盖间形成导流流道最大限度的降低介质压力的沿程损失；同时当爆管事故发生后，导流体承受介质剧烈增加压力。

阀体内设设置的限流体与阀体壳体内壁、阀盖内壁间形成限流流道；在正常介质输送时，限流流道最大限度的降低介质压力的沿程损失保证介质的正常输送；当爆管事故发生后，限流体的移动，使得限流体与阀体壳体内壁、阀盖间形成限流流道变窄小，对介质的流动形成阻尼作用，较少介质的外泄流量，限流体的移动过程实现介质压力的缓慢变化，从而解决爆管后，管道内介质压力的剧烈变化，实现节流，防止爆管介质压力的剧烈变化的冲击，对于输水管道而言，解决管道内的水锤产生问题，避免爆管水锤事故的发生。

支撑移动结构实现导流体和限流体在阀体空腔内的支撑，同时实现导流体和限流体在阀体空腔内的直线移动。

滑块可将介质的压力传动出去，同时可随导流体和限流体的直线移动而移动。

滑杆用于传递介质的压力。

滑块移动的阻尼器件的作用是在承受到滑杆的传递介质的压力后，对滑杆及滑块实施反作用力，阻碍滑块的移动，即阻碍导流体和限流体的移动，降低介质压力的巨变。

滑块移动的受拉触发结构保证用在发生爆管之后，滑块及与滑块连接的导流体和限流体才能移动；在管道正常运行时，滑块移动的受拉触发结构对导流体承受的介质正常的压力实施反作用力，避免导流体和限流体在管道正常运行时移动。滑块移动的受拉触发结构可以采用无电源的机械式结构；

也可以采用有电源的传感器检测结构，如采用拉力传感器检测拉力，当拉力大于设定阈值后，切断滑杆的约束。

导流体和限流体形状类似于子弹头形状，有利于减少介质流动时的阻力。

进一步优化的结构：导流体与限流体的形状相同。相同形状的设置一方面可以降低加工成本，同时便于安装，不存在安装反向的问题。

本发明中的导流体与限流体在单向防止爆管时起到各自的功能作用；

也可以在双向防止爆管时，起到作用，即当爆管限流阀的后端的管道爆管时，导流体起导流承载作用，限流体起移动限流作用；当爆管限流阀的前端的管道爆管时，导流体起移动限流作用，限流体起导流承载作用。

上述功能的实现可以通过导流体与限流体的同形状实现。

进一步优化的结构，所述阀体壳体上设有导向筒，所述滑杆穿出导向筒，滑杆与导向筒之间设有密封装置。该结构解决了滑杆的移动导向问题，同时解决了滑杆在穿出阀体过程中的密封问题。阀盖、前阀体和后阀体的结构有利于阀体内部结构的安装连接。

进一步优化的结构，所述支撑移动结构包括固定在阀体内的支撑轨道，设置于支撑轨道上的移动部件，所述移动部件与所述导流体和所述限流体连接，支撑移动结构上设有行程限位结构。限位结构使管道被爆管限流阀限制流速至设定流量。

所述的移动部件可有多种结构，比如采用单一与轨道连接的滑块结构，或带滚轮的小车结构等。支撑移动结构可依据管径承载的大小设置一个或多个。

进一步优化的结构，所述滑杆包括第一滑杆和第二滑杆，所述滑块开设有第一连接孔和第二连接孔；第一滑杆穿过第一连接孔与滑块一端面限位连接，第二滑杆穿过第二连接孔与滑块另一端面限位连接。

上述结构解决滑杆与滑块的连接力的传递问题，同时，也为实现双向爆管限流时，导流体与限流体作用互换提供结构基础。

进一步优化的结构，所述第一滑杆的另一端与滑块移动的第一受拉触发结构连接，所述第一受拉触发结构的另一端固定；所述第二滑杆的另一端与滑块移动的第二阻尼器件连接。

进一步优化的结构，所述第一受拉触发结构包括与滑杆端部连接的受拉力断裂块，受拉力断裂块的另一端固定，所述受拉力断裂块的径向截面面积小于滑杆端部径向截面面积，所述受拉力断裂块上套设有承压加强套筒。

该机械式触发结构，其实质是在滑杆上连接一个拉力承载的薄弱段，当介质压力大于受拉力断裂块能承受的拉力极限后，受拉力断裂块断裂，激发导流体与限流体移动。它可以通过采用承拉较小的材料和/或较小承拉截面实现，通过结构的变化实现拉力承载的薄弱段，便于与滑杆端部的连接。承压加强套筒可增加拉力承载的薄弱段的承压能力，在具有双向爆管限流功能时，保证此处的承压传递阻尼。

进一步优化的结构，所述第一滑杆包括与滑块的第一连接孔间隙配合的滑动的导向段，滑块移动限位段，滑块移动限位段与导向段之间具有限位台阶；所述第二滑杆包括与滑块的第二连接孔间隙配合的滑动的导向段，滑块移动限位段；滑块移动限位段与导向段之间具有限位台阶。该结构在发生爆管后，滑块能在没有阻尼的作用下快速移动一段距离，限流体在导流体承受的介质压力下，快速移动减少限流流道的流道面积，实现一端快速节流，降低介质的外泄流量。其结构简单，连接方便。

进一步优化的结构，它还包括支架，所述支架一端与导流体连接，所述支架的另一端与限流体连接，所述支架与滑块连接。支架设置在导流体和限流体之间，将导流体和限流体连接成整体总成，同时有利于减少对管道介质的压力损失。

进一步优化的结构，所述受拉力断裂块的两端分别与法兰连接。

进一步优化的结构，所述受拉力断裂块的两端设有连接凸台；所述受拉力断裂块的一部分卡接连接在滑杆的端部内，所述受拉力断裂块的另一部分伸出滑杆的端部固定。

爆管限流阀工作原理如下：

1、当管线正常运行时，系统流速小，流质向流动方向作用于导流体的推力较小，此时滑块移动的受拉触发结构的抗拉强度足够，拉住导流体处于中间水损系数最小的位置，此时阀门阻力小，减小系统水损；

2、当阀后某处管段发生爆管时，管线流速迅速提高，流质作用于导流体的推力大大升高，滑块移动的受拉触发结构抗拉强度远远不足，拉力元件被拉断，导流体在水力作用下沿支撑移动结构前进(导轨及支撑单元采用滚轮结构，阻力很小)，限流体随之移动，减小限流流道的截面积，减小介质的外泄流量；在此过程中阻尼装置可对导流体和限流体的移动产生阻尼；

3、导流体前进至行程限位单元设定的位置时，停止前进，此时管道被爆管限流阀限制流速至设定流量；

4、当维护人员发现爆管事故时，关闭爆管限流阀前安装的检修阀，同时手动操作液压阻尼装置，将导流体推至阀门中间位置，同时更换滑块移动的受拉触发结构(所有拉力元件力学性能偏差小于1％)，阀门复位；

当阀前爆管时，工作原理与3、4条相同，只是方向变过来。

爆管限流阀主要技术要点在于：

整个阀体以及导流体结构为海豚状流线型结构，水力损失很小；

感应爆管实行限流关阀的受拉触发结构力学单元为拉力断裂单元，可靠性高，不存在意外因素；

阀门爆管限流的动作从爆管滑块移动的受拉触发结构断裂至自由运动至限流快关至限流慢关，多级运动关闭，有效限制爆管流速同时消除关阀水锤；

阀门运动完全依靠水力自身特性，无任何外力驱动，用于大型管线野外安装，对环境、条件依耐性低；

阀门关到位后的开度可调，甚至可以完全关闭。

阀门可具有双向作用的特点，不管是阀前爆管还是阀后爆管均可以对管道进行有效限流。

该阀门结构设置合理简单，动作灵活，特别适用于无电源地区大型水管道的爆管限流。

附图说明

图1爆管限流阀结构主视示意图。

图2滑块与滑杆连接示意图。

图3滑块移动的受拉触发结构Ⅰ示意图。

图4滑块移动的受拉触发结构Ⅱ示意图。

具体实施方式

本发明是基于爆管发生后，阻止管道内介质压力、流量急剧变化，控制管道内介质压力、流量缓慢变化而提出的。在本发明技术方案之下有多种具体实施方式，下列实施例仅以说明本发明具体的实施结构，本发明的保护范围不限于下列具体实施结构，本领域的技术人员在本发明公开的技术方案内实施不同于下列具体实施结构的结构也在本发明的保护范围之内。

如图1所示，阀体包括前阀体101和后阀体102，前阀体101和后阀体102之间通过前阀体101和后阀体102上设置的法兰结构103连接密封。前阀体101包括前端部设施介质(水)进入导管段104，后阀体102包括后端部设施介质(水)流出导管段105。前阀体101的后端与和后阀体102的前段构成阀体内结构的安装空腔106。

阀体壳体上设有安装孔113，安装孔113外设有阀盖109，阀盖109与阀体通过螺栓112密封连接。该结够方便阀体内部零件的安装。

安装空腔106内设置有支撑移动结构，本实施例中依据管径，所受承载，在安装空腔106上下部，左右部(图1)均设有支撑移动结构构成稳定的移动支撑。也可根据管径，所受承载在安装空腔106只设置一个或两个或三个支撑移动结构。

支撑移动结构包括固定在阀体内的支撑轨道201，设置于支撑轨道上的移动部件202。移动部件202可采用与支撑轨道201滑块，也可采用下车结构。本实施例中采用下车结构，下车结构包括连接支撑板203，连接支撑板203上连接有滚轮204，该结构连接支撑更加稳定，同时移动阻力小。支撑轨道201与移动部件202之间可以设置有行程限位结构，可采用限位块，挡块等结构(图中未示)。

安装空腔106内设导流体301，导流体的形状是一部分的椭圆体形状；或是由多个圆弧段相切形成的旋转体形状；或是由多个圆弧段相切形成的旋转体，旋转体的末端与圆柱体或圆台体相切构成的形状；或是球冠体形状；或是由球冠体与圆柱体或圆台体相切构成的形状。

本实施例中导流体301的形状是由多个圆弧段相切形成的旋转体形状，如同子弹头。

安装空腔106内设限流体302，限流体的形状是一部分的椭圆体形状；或是由多个圆弧段相切形成的旋转体形状；或是由多个圆弧段相切形成的旋转体，旋转体的末端与圆柱体或圆台体相切构成的形状；或是球冠体形状；或是由球冠体与圆柱体或圆台体相切构成的形状。

本实施例中限流体302的形状是由多个圆弧段相切形成的旋转体形状，如同子弹头。

本实施例中导流体301和限流体302的外形形状相同，对于爆管限流阀前端、后端均需要实施爆管限流时，导流体301和限流体302的作用可以互换。

导流体301和限流体302向背设置；支架303设在导流体301和限流体302之间；支架303前端与导流体301连接，支架303的后端与限流体302连接。

导流体301迎着介质流动方向设置在阀体壳体构成的腔体内，导流体301的导流面与阀体壳体内壁、阀盖109内壁间形成导流流道110。

限流体302限流面与所述阀体壳体内壁、阀盖109内壁间形成限流流道111。

阀体内壁与导流体和/或限流体之间设有导流体、限流体移动限位结构，对于双向爆管限流的结构阀体内壁与导流体和限流体之间设有导流体、限流体移动限位结构；对于单向爆管限流的结构阀体内壁与限流体之间设有限流体移动限位结构。移动限位结构可以是限位块。

支架303上下端与滑块304连接。

与滑块304相对位置的前阀体101和后阀体102上设有导向筒107，导向筒108；第一滑杆401穿过导向筒107并与之密封。密封结构可采用第一滑杆401与导向筒107的接触面之间设置密封圈。第二滑杆402穿过导向筒108并与之密封。密封结构可采用第二滑杆402与导向筒108的接触面之间设置密封圈。

对于爆管限流阀前端、后端均需要实施爆管限流的结构：

第一滑杆401的外端部连接有滑块移动的受拉触发结构501，受拉触发结构501的另一端连接有滑块移动的阻尼器件601；第二滑杆402外端部连接有滑块移动的受拉触发结构502，受拉触发结构501的另一端连接有滑块移动的阻尼器件602。受拉触发结构501、502；滑块移动的阻尼器件601、602未在图中显示。

阻尼器件实现滑杆的缓慢的移动，可采用阻尼油缸，阻尼油缸结构简单，便于在阀体上布置；优选具有多级阻尼作用的阻尼油缸，如ZL2010101502736阀门缓开缓闭阻尼装置。

对于只要求爆管限流阀后端实施爆管限流的结构，只需要在第一滑杆401的外端部连接有滑块移动的受拉触发结构501，受拉触发结构501的另一端固定；第二滑杆402外端部连接有滑块移动的阻尼器件602即可(未有图示)。同时，第一滑杆401和第二滑杆402可以是一根整体杆件。

滑块304与第一滑杆401、第二滑杆402的连接结构如图2所示：滑块304开设有第一连接孔405和第二连接孔406；第一滑杆401穿过第一连接孔405与滑块一端面限位连接，本实施例中第一滑杆401穿过第一连接孔405的端部连接有限位连接结构407；限位连接结构407可以是与第一滑杆401连接的限位块或与第一滑杆401连接的限位锁紧螺母。第一滑杆401的结构包括与滑块的第一连接孔间隙配合的滑动的导向段403，滑块移动限位段404，滑块移动限位段与导向段之间具有限位台阶412。该结构可以实现受拉触发结构502断裂触发时，滑块304在没有阻尼的作用下快速移动到限位台阶412处，其后滑块304再在阻尼器件601的作用下缓慢移动。限位连接结构407的作用是在另一方向需要爆管限流时，滑块304对限位连接结构407实施拉力，水的压力传递到第一滑杆401，对第一滑杆401施加拉力。

第二滑杆402穿过第二连接孔406与滑块一端面限位连接，本实施例中第二滑杆402穿过第二连接孔406的端部连接有限位连接结构408；限位连接结构408可以是与第二滑杆402连接的限位块或与第二滑杆402连接的限位锁紧螺母。第二滑杆402的结构包括与滑块的第二连接孔间隙配合的滑动的导向段409，滑块移动限位段410，滑块移动限位段与导向段之间具有限位台阶411。该结构可以实现受拉触发结构501断裂触发时，滑块304在没有阻尼的作用下快速移动到限位台阶411处，其后滑块304再在阻尼器件602的作用下缓慢移动。限位连接结构408的作用是在另一方向需要爆管限流时，滑块304对限位连接结构408实施拉力，水的压力传递到第二滑杆402，对第二滑杆402施加拉力。

对于只需要单向爆管限流的阀，可以将受拉触发结构侧的滑杆与滑块固定连接。

受拉触发结构如图3所示，包括与滑杆端部连接的受拉力断裂块510，受拉力断裂块510的另一端固定。受拉力断裂块的径向截面面积小于滑杆端部径向截面面积。

受拉力断裂块上套设有承压加强套筒514。

对于双向爆管限流的结构受拉力断裂块，受拉触发结构501与受拉触发结构502的结构相同，以第一滑杆401的连接结构加以说明：

对于双向爆管限流的结构受拉力断裂块510一端连接法兰511，法兰511与第一滑杆401上的法兰512连接。受拉力断裂块510的另一端连接法兰513，法兰513与阻尼器件601连接(与阻尼油缸的活塞杆603连接)。该结构便于连接更换。受拉力断裂块510的径向截面面积小于第一滑杆401端部径向截面面积。

受拉力断裂块510上套设承压加强套筒514。

如图4所示，受拉力断裂块的另一种结构及连接，第二种结构的受拉力断裂块包括拉断部分521，拉断部分521的两端设有连接凸台522和523，第一滑杆401的端部开设有卡槽413，卡槽413包括与受拉力断裂块的凸台522配合的连接段414，和与受拉力断裂块的拉断部分521配合的导向段415。拉断部分521伸出导向段415，受拉力断裂块的另一凸台523及拉断部分521的另一段与固定轴420连接。固定轴420的轴端内开设有第二卡槽421，第二卡槽421包括与受拉力断裂块的凸台523配合的连接段422，和与受拉力断裂块的拉断部分521配合的导向段423。固定轴420的端面与第一滑杆401的端面接触。对于单向爆管限流结构固定轴420是固定不动的，如与阀体的壳体连接成整体。对于双向爆管限流的结构，固定轴420是段过渡连接轴，固定轴420的另一端与阻尼器件连接。第二滑杆402与第二种结构的受拉力断裂块连接结构与上述结构相同。

对于需要限流直至关闭的阀体结构，在阀体内设置与导流体和/或限流体配合密封的阀座。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种爆管限流阀，它包括两端开设有介质流通管的阀体，其特征在于阀体壳体上设有安装孔，安装孔外设有阀盖与阀体密封，它还包括：

阀体内设的：

导流体，所述导流体迎着介质流动方向设置在阀体壳体构成的腔体内，所述导流体的导流面与阀体壳体内壁、阀盖内壁间形成导流流道；

限流体，所述限流体与所述导流体相背连接设置，所述限流体限流面与所述阀体壳体内壁、阀盖内壁间形成限流流道；

支撑移动结构，所述导流体和所述限流体支撑在支撑移动结构之间；

滑块，与所述导流体和所述限流体连接；

滑杆，与所述滑块连接；

它还包括设在阀体外的：

滑块移动的阻尼器件，与所述的滑杆的一端连接；

滑块移动的受拉触发结构，所述受拉触发结构与所述的滑杆的另一端连接。

2.如权利要求1所述爆管限流阀，其特征在于所述阀体壳体上设有导向筒，所述滑杆穿出导向筒，滑杆与导向筒之间设有密封装置。

3.如权利要求1所述爆管限流阀，其特征在于所述支撑移动结构包括固定在阀体内的支撑轨道，设置于支撑轨道上的移动部件，所述移动部件与所述导流体和所述限流体连接，支撑移动结构上设有行程限位结构。

4.如权利要求1或2所述爆管限流阀，其特征在于所述滑杆包括第一滑杆和第二滑杆，所述滑块开设有第一连接孔和第二连接孔；第一滑杆穿过第一连接孔与滑块一端面限位连接，第二滑杆穿过第二连接孔与滑块另一端面限位连接。

5.如权利要求4所述爆管限流阀，其特征在于所述第一滑杆的另一端与滑块移动的第一受拉触发结构连接，所述第一受拉触发结构的另一端固定；所述第二滑杆的另一端与滑块移动的第二阻尼器件连接。

6.如权利要求5所述爆管限流阀，其特征在于所述第一受拉触发结构包括与滑杆端部连接的受拉力断裂块，受拉力断裂块的另一端固定，所述受拉力断裂块的径向截面面积小于滑杆端部径向截面面积，所述受拉力断裂块上套设有承压加强套筒。

7.如权利要求4所述爆管限流阀，其特征在于所述第一滑杆包括与滑块的第一连接孔间隙配合的滑动的导向段，滑块移动限位段，滑块移动限位段与导向段之间具有限位台阶；所述第二滑杆包括与滑块的第二连接孔间隙配合的滑动的导向段，滑块移动限位段；滑块移动限位段与导向段之间具有限位台阶。

8.如权利要求1所述爆管限流阀，其特征在于它还包括支架，所述支架一端与导流体连接，所述支架的另一端与限流体连接，所述支架与滑块连接。

9.如权利要求6所述爆管限流阀，其特征在于所述受拉力断裂块的两端分别与法兰连接。

10.如权利要求6所述爆管限流阀，其特征在于所述受拉力断裂块的两端设有连接凸台；所述受拉力断裂块的一部分卡接连接在滑杆的端部内，所述受拉力断裂块的另一部分伸出滑杆的端部固定。