CN103511693A - 一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，它包括阀座、阀体、阀盖，阀体的下部入口通过法兰与被保护的压力系统连接；阀体上部为阀盖，阀帽安装在阀盖上方，弹簧安装在阀盖内部，阀杆及卡环穿过压环，压环和卡环形成密封结构；阀体内部设有下调节圈、上调节圈。本发明实现了在高温、高压蒸汽的工况下安全阀具有良好的阀座密封性能、动作性能以及调节性能，并且不会对外界环境造成污染。阀杆密封式结构、封闭式阀体、封闭式背压调节机构的设计即满足了极小的超压性能参数要求，又防止了介质外泄，符合节能减排和保护环境的实际需求。

Description

一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀

技术领域

本发明涉及一种用于压力系统超压保护的安全阀，具体涉及一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀。

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，对于能源的需求相应增加。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，对提供超压保护的安全阀性能和密封性要求更为苛刻。

在动力锅炉、乙烯裂解炉等高温高压容器的超压保护中，对于蒸汽安全阀的动作性能参数要求极高：超过压力≤3%整定压力，启闭压差≤4%整定压力。对于某些特殊工况，例如核电主蒸汽安全阀，其超过压力要求≤1%整定压力，更为苛刻。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。普通的弹簧载荷式安全阀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，也不符合系统要求。带背压调节机构的蒸汽安全阀可以基本满足上述动作参数的要求，然而由于结构的限制，为了起到背压调节的作用，必须设计成敞开式，这就造成在安全阀排放过程中蒸汽介质直接从阀门上方排放到环境中，即不安全，也不环保。尤其是核电主蒸汽安全阀，由于介质具有辐射性，更要避免直接排放。

在高温、高压蒸汽介质下，具有优良动作性能的阀杆密封型封闭背压调节式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

为了克服目前安全阀在蒸汽装置上密封性差、性能超标的缺点，同时避免对外直接排放介质，本发明的目的在于提供一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，该安全阀不仅在高温高压蒸汽工况下具有良好的阀座密封性、优良的调节性能，使安全阀在超过整定压力后迅速达到全开启状态，而且排放时介质不直接向外排放，减少了环境污染，也降低了弹簧直接被高温介质冲击的影响，提高了弹簧的稳定性。

实现本发明目的的技术方案：一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，它包括阀座、阀体、阀盖，阀体的下部入口通过法兰与被保护的压力系统连接；所述的阀座与阀体通过螺纹相连并焊接为一体，内部具有空腔的阀瓣装在衬套和卡圈下方，由阀杆通过钢球压在阀座上；

阀体上部为阀盖，二者通过螺栓连接；阀帽安装在阀盖上方，通过螺钉与阀盖相连；弹簧安装在阀盖内部，通过下弹簧座压在阀杆上，弹簧上方设有上弹簧座和调整螺钉，调整螺钉通过螺纹连接在阀盖上端；

阀杆与卡环通过螺纹连接，阀盖与压环过盈配合安装在一起；阀杆及卡环穿过压环，卡环可以在压环内自由滑动，压环和卡环形成密封结构；导套设在阀体内部，其上部边缘悬挂于阀体上端与阀盖下端之间连接处的台阶上；

阀体内部设有下调节圈、上调节圈；下调节圈通过螺纹连接在阀座上部，由定位螺钉固定位置；通过调整下调节圈的上下位置，可以调节阀瓣、阀座、衬套及下调节圈组成的空间的大小；上调节圈通过螺纹连接在导套下部，由定位螺钉固定位置；通过调整上调节圈的上下位置，可以调节导套、衬套及上调节圈组成的空间的大小；

在导套上部，设有数个高低位置不同的小孔；随着上调节圈上下位置的变化，小孔被上调节圈的上部关闭或打开，使得由阀盖、导套、衬套及阀瓣组成的背压腔与阀体之间的流通面积发生变化；

在正常工作状态下，阀体入口、阀瓣与阀座形成一个密闭的腔，被保护的压力系统内的蒸汽介质积聚在这个腔内，阀瓣感应被保护的压力系统的介质压力；通过上下调节调整螺钉，可以控制弹簧的压缩状态，弹簧处于压缩状态，弹簧力通过阀杆、钢球作用在阀瓣上，克服介质对阀瓣向上的力，保持阀座与阀瓣的密封；

当被保护的压力系统内压力升高到一定压力时，阀瓣下端的压力与弹簧传递的竖直向下的力达到平衡，阀门开始开启，蒸汽介质通过阀瓣和阀座间的密封面开始泄出；随着压力继续升高，阀瓣向上运动，被保护的压力系统内压力得到释放。

如上所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，其所述的压环由石墨与金属复合而成，卡环可以在压环内自由滑动，石墨可以起到润滑作用防止金属材料与卡环咬死造成阀杆不能上下运动，又阻止了介质通过。所述的压环由石墨与铜复合而成。

如上所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，其所述的阀帽中部设有杠杆叉，阀帽一侧设有板手，均通过销轴与阀帽相连，通过提升板手，将杠杆叉抬起，杠杆叉与阀杆顶部的垫板接触，将阀杆提起，起到手动控制阀门开启作用。

如上所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，其在所述的阀体内最低点设置了一处泄流孔，泄流孔处设置了泄流阀，通过螺纹连接在阀体上，泄流阀为手动常闭的截止阀，平时为关闭状态，在排水时，打开泄流阀，通过引出管将积聚的水排出到指定的回收管线中。

本发明的效果在于：本发明提供一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，该安全阀具有封闭式的背压调节机构，在阀杆的贯穿部位具有密封设计。该安全阀不仅在高温高压蒸汽工况下具有良好的阀座密封性、优良的调节性能，使安全阀在超过整定压力后迅速达到全开启状态，而且排放时介质不直接向外排放，减少了环境污染，也降低了弹簧直接被高温介质冲击的影响，提高了弹簧的稳定性。这种安全阀具有很高的动作性能参数，可达到超压≤1%的水平，可靠性稳定性好。

本发明实现了在高温、高压蒸汽的工况下安全阀具有良好的阀座密封性能、动作性能以及调节性能，并且不会对外界环境造成污染。阀杆密封式结构、封闭式阀体、封闭式背压调节机构的设计即满足了极小的超压性能参数要求，又防止了介质外泄，符合节能减排和保护环境的实际需求。该阀具有良好的高温、高压密封性能和超压保护性能，阀杆密封结构和封闭背压调节机构设计减少了介质向环境中的泄漏，可广泛应用于核电主蒸汽管道和其他电站、化工行业的高温高压蒸汽装置。

附图说明

图1为阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀整体结构；

图2为封闭式调节机构放大图；

图3为泄流阀放大图；

图中：1.阀体；2.阀盖；3.阀瓣；4.衬套；5.导套；6.下调节圈；7.上调节圈；8.阀杆；9.上弹簧座；10.下弹簧座；11.调整螺钉；12.阀帽；13.锁紧螺母；14.弹簧；15.阀座；16.定位螺钉；17.定位螺钉；18.板手；19.垫板；20.卡圈；21.螺栓；22.杠杆叉；23.卡环；24.压环；25.螺栓；26.销轴；27.销轴；28.螺钉；29.泄流阀；30.钢球。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀作进一步描述。

如图1和图2所示，本发明所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，它包括阀座15、阀体1、阀盖2等部件，其能够准确开启、及时全开、适时回座，同时具有优良的阀座密封性，介质不直接对外排放。

阀体1的下部入口通过法兰与被保护的压力系统连接。阀座15与阀体1通过螺纹相连并焊接为一体，内部具有空腔的阀瓣3装在衬套4和卡圈20下方，由阀杆8通过钢球30压在阀座15上。阀体1是封闭式的，阀体1与阀座15先通过螺纹连接，然后再焊接为一体，如果仅仅使用螺纹连接，有可能由于材料的热变形而产生阀座15松动、翘曲的情况，造成安全阀密封面变形失效，使用焊接结构后，不仅避免了螺纹松动的可能，也免除了阀座15与阀体1连接处泄漏的情况。

阀体1上部为阀盖2，二者通过螺栓21连接。阀帽12安装在阀盖2上方，通过螺钉28与阀盖2相连。弹簧14安装在阀盖2内部，通过下弹簧座10压在阀杆8上，弹簧14上方设有上弹簧座9和调整螺钉11，调整螺钉11通过螺纹连接在阀盖2上端。阀盖2内部的弹簧14向阀杆7提供作用力，维持阀瓣的关闭。本发明阀体1封闭、阀盖2敞开式结构，以适应高温高压蒸汽工况。阀盖2是敞开式的，而弹簧14安装在敞开式的阀盖2内部，可以直接与空气进行热交换，在安全阀关闭状态下，由下方零件通过热传导传递的热量很快散发到空气中，弹簧14工作在较低的温度下，稳定性和可靠性比高温下要好。

阀杆8与卡环23通过螺纹连接，阀盖2与压环24过盈配合安装在一起。阀杆8及卡环23穿过压环24，压环24由石墨与金属（例如铜）复合而成，卡环23可以在压环24内自由滑动，石墨可以起到润滑作用防止金属材料与卡环23咬死造成阀杆8不能上下运动，又阻止了介质通过。压环24和卡环23形成密封结构，减少了蒸汽介质向外界的泄漏。阀杆8与阀盖2之间的密封还可以避免高温蒸汽介质通过阀杆8进入到阀盖2内部，直接与阀盖2内部阀杆2上方的弹簧14接触。弹簧14不直接接触高温蒸汽介质，有助于提升弹簧14的稳定性和可靠性。导套5设置在阀体1内部，其上部边缘悬挂于阀体1上端与阀盖2下端之间连接处的台阶上；

上述阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀设置了三个调节机构，而且整个调节机构是封闭式的，即不会对外排放介质。如图2所示，阀体1内部有下调节圈6、上调节圈7，分别通过下定位螺钉16和上定位螺钉17调节。在导套5上部，设有数个高低位置不同的小孔；

第一个调节机构是下调节圈6，通过螺纹连接在阀座15上部，由定位螺钉17固定位置。通过调整下调节圈6的上下位置，可以调节阀瓣3、阀座15、衬套4及下调节圈6组成的空间的大小，从而改变安全阀的流道结构，从而影响动作性能。

第二个调节机构是上调节圈7，通过螺纹连接在导套5下部，由定位螺钉16固定位置。通过调整上调节圈7的上下位置，可以调节导套5、衬套4及上调节圈7组成的空间的大小，改变安全阀的流道结构，从而影响动作性能。

第三个调节机构，在导套5上部，设有数个高低位置不同的小孔。随着上调节圈7上下位置的变化，小孔被上调节圈7的上部关闭或打开，使得由阀盖2、导套5、衬套4及阀瓣3组成的背压腔与阀体1之间的流通面积发生变化，背压腔内的压力受到流通面积的影响，随着调节而增大或减小，从而影响作用在阀瓣3上的力，改变安全阀的动作性能。

在正常工作状态下，阀体1入口、阀瓣3与阀座15形成一个密闭的腔，被保护的压力系统内的蒸汽介质积聚在这个腔内，阀瓣3感应被保护的压力系统的介质压力；通过上下调节调整螺钉11，可以控制弹簧14的压缩状态，弹簧14处于压缩状态，弹簧力通过阀杆8、钢球30作用在阀瓣3上，克服介质对阀瓣3向上的力，保持阀座15与阀瓣3的密封。阀瓣3的密封面具有空腔结构，蒸汽介质均匀的分布在密封面上方，使密封面的温度分布均匀，而不是形成温度梯度，避免了高温下密封面翘曲失效。因此在正常工作状态下，本发明具有良好的阀座密封性。

当被保护的压力系统内压力升高到一定压力时，阀瓣3下端的压力与弹簧14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3和阀座15间的密封面开始泄出；随着压力继续升高，阀瓣3向上运动，被保护的压力系统内压力得到释放。

阀帽12中部设有杠杆叉22，阀帽12一侧设有板手18，均通过销轴27与阀帽12相连，通过提升板手18，将杠杆叉22抬起，杠杆叉22与阀杆8顶部的垫板19接触，将阀杆8提起，起到手动控制阀门开启作用。

由于阀体1是封闭的，为了防止蒸汽凝结的水积聚在阀内，影响阀门性能，如图3所示，在所述的阀体1内最低点设置了一处泄流孔，泄流孔处设置了泄流阀29，通过螺纹连接在阀体1上，泄流阀29为手动常闭的截止阀，平时为关闭状态，在排水时，打开泄流阀29，通过引出管将积聚的水排出到指定的回收管线中。

由于本发明对超过压力要求十分严格，达到了1%整定压力，弹簧14作为安全阀提供密封力和回座力的核心零件，是影响超过压力的重要因素之一。本发明将弹簧14设置在敞开式的阀盖2内部，保证了弹簧14良好的热交换性。同时通过三个调节机构，使得本发明所涉及的安全阀可调节范围远大于普通的安全阀，对各项性能参数（如启闭压差和超过压力等）能够精确调整，满足动作性能的严格要求。本发明在安全阀排放过程中减少了蒸汽介质向外界的泄漏，具有良好的动作性能，特别适用于高温、高压蒸汽工况及介质不能直接对环境排放的工况。

Claims (5)

1.一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，它包括阀座（15）、阀体（1）、阀盖（2），阀体（1）的下部入口通过法兰与被保护的压力系统连接，其特征在于：所述的阀座（15）与阀体（1）通过螺纹相连并焊接为一体，内部具有空腔的阀瓣（3）装在衬套（4）和卡圈（20）下方，由阀杆（8）通过钢球（30）压在阀座（15）上；

阀体（1）上部为阀盖（2），二者通过螺栓（21）连接；阀帽（12）安装在阀盖（2）上方，通过螺钉（28）与阀盖（2）相连；弹簧（14）安装在阀盖（2）内部，通过下弹簧座（10）压在阀杆（8）上，弹簧（14）上方设有上弹簧座（9）和调整螺钉（11），调整螺钉（11）通过螺纹连接在阀盖（2）上端；

阀杆（8）与卡环（23）通过螺纹连接，阀盖（2）与压环（24）过盈配合安装在一起；阀杆（8）及卡环（23）穿过压环（24），卡环（23）可以在压环（24）内自由滑动，压环（24）和卡环（23）形成密封结构；导套（5）设置在阀体（1）内部，其上部边缘悬挂于阀体（1）上端与阀盖（2）下端之间连接处的台阶上；

阀体（1）内部设有下调节圈（6）、上调节圈（7）；下调节圈（6）通过螺纹连接在阀座（15）上部，由定位螺钉（17）固定位置；通过调整下调节圈（6）的上下位置，可以调节阀瓣（3）、阀座（15）、衬套（4）及下调节圈（6）组成的空间的大小；上调节圈（7）通过螺纹连接在导套（5）下部，由定位螺钉（16）固定位置；通过调整上调节圈（7）的上下位置，可以调节导套（5）、衬套（4）及上调节圈（7）组成的空间的大小；

在导套（5）上部，设有数个高低位置不同的小孔；随着上调节圈（7）上下位置的变化，小孔被上调节圈（7）的上部关闭或打开，使得由阀盖（2）、导套（5）、衬套（4）及阀瓣（3）组成的背压腔与阀体（1）之间的流通面积发生变化；

在正常工作状态下，阀体（1）入口、阀瓣（3）与阀座（15）形成一个密闭的腔，被保护的压力系统内的蒸汽介质积聚在这个腔内，阀瓣（3）感应被保护的压力系统的介质压力；通过上下调节调整螺钉（11），可以控制弹簧（14）的压缩状态，弹簧（14）处于压缩状态，弹簧力通过阀杆（8）、钢球（30）作用在阀瓣（3）上，克服介质对阀瓣（3）向上的力，保持阀座（15）与阀瓣（3）的密封；

当被保护的压力系统内压力升高到一定压力时，阀瓣（3）下端的压力与弹簧（14）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（3）和阀座（15）间的密封面开始泄出；随着压力继续升高，阀瓣（3）向上运动，被保护的压力系统内压力得到释放。

2.根据权利要求1所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，其特征在于：所述的压环（24）由石墨与金属复合而成，卡环（23）可以在压环（24）内自由滑动，石墨可以起到润滑作用防止金属材料与卡环（23）咬死造成阀杆（8）不能上下运动，又阻止了介质通过。

3.根据权利要求2所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，其特征在于：所述的压环（24）由石墨与铜复合而成。

4.根据权利要求1所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，其特征在于：所述的阀帽（12）中部设有杠杆叉（22），阀帽（12）一侧设有板手（18），均通过销轴（27）与阀帽（12）相连，通过提升板手（18），将杠杆叉（22）抬起，杠杆叉（22）与阀杆（8）顶部的垫板（19）接触，将阀杆（8）提起，起到手动控制阀门开启作用。

5.根据权利要求1所述的一种阀杆密封型封闭背压调节式蒸汽安全阀，其特征在于：在所述的阀体（1）内最低点设置了一处泄流孔，泄流孔处设置了泄流阀（29），通过螺纹连接在阀体（1）上，泄流阀（29）为手动常闭的截止阀，平时为关闭状态，在排水时，打开泄流阀（29），通过引出管将积聚的水排出到指定的回收管线中。

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