CN104279358A - 一种高温高压燃气安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温高压燃气安全阀，包括彼此固定的上阀体和下阀体；下阀体上的排气孔与喷嘴压力件上的半圆孔对准；阀芯的半球型的一端与波纹管作用；阀芯的圆锥形的另一端与燃气喷嘴紧密配合，封住下阀体与伺服管路之间的高温高压燃气；压缩弹簧上导向杆上设有冷却液入口，上阀体设有冷却液出口；压缩弹簧下导向杆与波纹管作用；调节螺母与压缩弹簧上导向杆作用。当系统中高温燃气（1000℃以上）超过系统的许用压力（24MPa及其以上）时，本发明对系统管路中的多余燃气进行排泄以保护系统的工作安全；当系统中燃气压力降低到许用压力（24MPa及其以下）时，本发明对管路进行密闭封严，避免燃气的对外泄露。

Description

一种高温高压燃气安全阀

技术领域

本发明涉及一种高温高压燃气安全阀，特别是涉及一种燃气挤压式伺服系统能源用高温高压燃气安全阀。

背景技术

高温高压燃气安全阀是对挤压式伺服系统能源燃气管路中燃气压力过载保护的一种限压的安全装置，具体来说，就是挤压式伺服系统能源中当燃气发生器产生的高温高压燃气超过系统所需要的设定压力时，高温高压燃气安全阀就会自动开启，通过安全阀喷嘴将多余燃气排出系统，当燃气压力低于系统设定的安全压力时，高温高压安全阀就会自动关闭并将安全阀喷嘴彻底封严，使得系统中的燃气不会外泄。从而起到即保护系统中其余工作部件不因燃气压力过高而失效，又不因阀的密封性问题而影响了整个系统的功能性能。

已公开的技术问题中，尚未见到燃气安全阀方面如下问题的解决方案：1）同时具备对高温（1000℃以上）、高压（24MPa以上）燃气控制作用的安全阀；2）如何保证燃气安全阀在高温高压下具有较好的绝热性能和结构强度；3）如何保证燃气安全阀在长时间高温高压燃气的冲蚀或冲击作用下仍能保持较好的工作性能；4）为保证燃气安全阀能较长时间可靠地工作，如何避免燃气安全阀中弹性元件因温度过高而损坏或失效的一种行之有效的方法；5）对燃气安全阀中燃气工作腔与弹性元件工作腔进行有效密封隔绝的方法；6）如何有效地降低安全阀在燃气力的作用下所产生激励振动。

针对以上六个未能解决的问题，因此亟需提供一种高温高压燃气安全阀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对高温（1000℃以上）、高压（24MPa以上）燃气控制作用的具有较好的绝热性能和结构强度的高温高压燃气安全阀。

为解决上述技术问题，本发明一种高温高压燃气安全阀，包括彼此固定连接的上阀体和下阀体；

还包括分别与下阀体内部固定的燃气喷嘴、喷嘴压力件、阀芯套，以及波纹管；下阀体上的排气孔与喷嘴压力件上的半圆孔对准；

还包括位于阀芯套内部的阀芯；阀芯的半球型的一端与波纹管作用；阀芯的圆锥形的另一端与燃气喷嘴紧密配合，封住下阀体与伺服管路之间的高温高压燃气；

还包括位于上阀体内部的带有冷却液分配口的压缩弹簧上导向杆和压缩弹簧下导向杆，以及套在压缩弹簧上导向杆和压缩弹簧下导向杆外部的压缩弹簧，压缩弹簧上导向杆上设有冷却液入口，上阀体设有冷却液出口；压缩弹簧下导向杆与波纹管作用；

还包括通过螺纹结构装配于上阀体外壁的调节螺母，调节螺母与压缩弹簧上导向杆作用。

压缩弹簧上导向杆、压缩弹簧下导向杆与上阀体内壁接触的面上设有O型密封圈。

上阀体和下阀体通过隔热垫片及高温锁紧螺栓固定。

压缩弹簧下导向杆上开有阻尼孔。

燃气喷嘴、喷嘴压力件、阀芯套，以及阀芯均为氧化锆陶瓷制成。

通过采用本发明的结构，当系统中高温燃气（1000℃以上）超过系统的许用压力（24MPa及其以上，可根据系统的工作要求进行调节控制）时，对系统管路中的多余燃气进行排泄以保护系统的工作安全；当系统中燃气压力降低到许用压力（24MPa及其以下，可根据系统的工作要求进行调节控制）时，对管路进行密闭封严，避免燃气的对外泄露；

本发明通过对安全阀中部分零件采用高温合金及氧化锆陶瓷的设计技术，解决了安全阀对1000℃以上高温、24MPa以上高压工作条件的结构强度要求及隔热性能要求；

本发明通过对阀中燃气喷嘴采用氧化锆陶瓷技术，成功地解决了燃气安全阀对高温燃气的耐冲蚀性能；

本发明通过对燃气安全阀中压缩弹簧工作腔中加入循环冷却液成功地解决了压缩弹簧在高温环境下长时间稳定可靠工作的性能要求；

本发明通过采用波纹管密封技术，成功地解决了燃气安全阀中冷却液与高温燃气的安全隔离；

本发明通过对压缩弹簧导向杆中开阻尼孔的方法有效地降低了燃气安全阀在工作过程中的振动。

附图说明

图1为本发明提供的一种高温高压燃气安全阀的结构示意图。

图2为耐高温金属下阀座的示意图。

图3为耐高温金属下阀座的俯视图。

图4为耐高温陶瓷燃气喷嘴的示意图。

图5为耐高温陶瓷燃气喷嘴压力件的示意图。

图6为耐高温陶瓷阀芯套的示意图。

图7为耐高温陶瓷阀芯的示意图。

图8为耐高温陶瓷隔热垫片的示意图。

图9为耐高温金属上阀体的示意图。

图10为耐高温金属上阀体的俯视图。

图11为高温高压燃气阀压力调节螺母的示意图。

图12为高温高压燃气阀压力调节螺母的俯视图。

图13为压缩弹簧上导向杆的示意图。

图14为压缩弹簧的示意图。

图15为带阻尼孔的压缩弹簧下导向杆的示意图。

图16为密封用微型金属波纹管的示意图。

图17为高温高压燃气安全阀下阀体的示意图。

图18为高温高压燃气安全阀压缩弹簧组件的示意图。

图19高温高压燃气安全阀上阀体的示意图。

图20为高温高压燃气安全阀工作原理图。

图中:1为下阀座、2为燃气喷嘴、3为喷嘴压力件、4为芯套、5为阀芯、6为隔热垫片、7为上阀体、8为调节螺母、9为压缩弹簧上导向杆、10为O型密封圈、11为压缩弹簧、12为压缩弹簧下导向杆、13为排气孔、14为高温锁紧螺栓、15为波纹管、16为高温锁紧螺栓、17为柔性石墨密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明结构大体上分为上下两部分；下部分包括高温合金的下阀座1、氧化锆陶瓷的燃气喷嘴2、氧化锆陶瓷的喷嘴压力件3、氧化锆陶瓷的阀芯套4、氧化锆陶瓷的阀芯5、密封用金属波纹管15、氧化锆陶瓷隔热垫片6。本实施例中，氧化锆陶瓷燃的燃气喷嘴2通过加热高温合金下阀座1到300℃以上过盈配合安装到高温合金下阀座1中，氧化锆陶瓷喷嘴压力件3通过热套方法过盈配合安装到高温合金下阀座1中，氧化锆陶瓷阀芯套4通过热套方法过盈配合安装到高温合金下阀座1中，安装过程中，要求用压力机进行检测确保氧化锆陶瓷燃气喷嘴2与高温合金下阀座1紧密贴合，同理氧化锆陶瓷喷嘴压力件3与氧化锆陶瓷燃气喷嘴2紧密贴合，并且喷嘴压力件3中半圆孔须与下阀座1中排气孔13对齐，氧化锆陶瓷阀芯套与氧化锆陶瓷喷嘴压力件紧密贴合。氧化锆陶瓷阀芯5通过间隙配合安装到氧化锆陶瓷阀芯套4中，并且氧化锆陶瓷阀芯5中圆锥形的一端与氧化锆陶瓷燃气喷嘴2中倒角面贴合。再将密封用微型金属波纹管15通过过渡配合安装到高温合金下阀座1中，使波纹管15与氧化锆陶瓷阀芯套4紧密贴合，阀芯的半球型的一端与波纹管作用。最后将氧化锆陶瓷隔热垫片6通过间隙配合安装到高温合金下阀座1中上端圆柱面凸台22中，由此完成下阀体的安装。

本发明中燃气安全阀的上部分包括不锈钢上阀体7、调节螺母8、压缩弹簧上导向杆9、O型密封圈10、O型密封圈13、压缩弹簧11、压缩弹簧下导向杆12。先将压缩弹簧上导向杆9、压缩弹簧下导向杆12中带有冷却液分配口的圆柱体部分插入到压缩弹簧11中两端，再将整个压缩弹簧组件安装到上阀体7中。将调节螺母8旋入到上阀体7中进行压缩弹簧预压力调节。两弹簧导杆相应的密封槽处安装有O型密封圈。由此完成上阀体的安装。将上阀座7中插入配合到下阀座1中，用压力机并紧，通过高温锁紧螺栓14将上下两部分阀体连接起来，组成一个完整的高温高压燃气安全阀。将整个燃气安全阀通过高温锁紧螺栓16连接到挤压伺服系统能源管路接口上（图1中虚线表示部分），燃气安全阀与管路之间用柔性石墨密封圈17进行密封。

本发明中的高温合金优选为GH4141或GH586的合金。

为更进一步的提高高温高压燃气安全阀的抗高温性能，可以在高温合金下阀体7与伺服管路接触位置、燃气腔中内表面、及下阀体7上表面处进行氧化锆陶瓷喷涂。在高温高压燃气安全阀的长时间工作过程中，可以通过在压缩弹簧上导向杆7中的冷却液入口通入常温冷却水或其他介质，冷却水通过冷却液分配口进入弹簧腔II中，通过弹簧上、下导向杆9、12中冷却液分配口均匀流过压缩弹簧11整个部分，再通过上阀体7的冷却水出口流出，完成对工作过程中压缩弹簧的冷却。

实例中，挤压式伺服系统能源中高温燃气被封闭到高温合金下阀体1与伺服管路之间形成的密封腔I内，当高温高压燃气压力达到要求的指标后（例如本实例所指的24MPa），高温燃气氧化锆陶瓷阀芯5底部圆锥形头部产生的总压力与压缩弹簧11所产生的通过压缩弹簧下导杆12、密封波纹管15传递给氧化锆陶瓷阀芯5的弹力达到平衡状态时，此时高温燃气阀处于临界状态；当压力超过临界点压力后，氧化锆陶瓷阀芯5在高温燃气与压缩弹簧11所作用的综合力作用下向上运动，氧化锆陶瓷阀芯5中锥形面与氧化锆陶瓷燃气喷嘴2中倒角面由相互紧压接触的密封状态转变为脱离状态，高温高压燃气两表面间形成的间隙泄露出去，对整个伺服燃气管路进行卸压。当燃气压力继续升高（例如达到28MPa），氧化锆陶瓷阀芯5在高温高压燃气压力的作用下继续向上运动，直至达到弹簧下导向杆12与弹簧上导向杆相互接触的状态，此时高温高压燃气安全阀达到全开状态，燃气通过高温合金下阀座1中排气孔13最大程度地排出。当燃气压力低于要求的压力时，氧化锆陶瓷阀芯5与氧化锆陶瓷燃气喷嘴间的密封面又相互紧密接触，起到较好的密封作用，以此保护系统管路中的燃气不外泄；此外，通过在压缩弹簧下导向杆12的底座上开阻尼孔的作用，使得压缩弹簧在工作过程中，通过阻尼孔在冷却介质中运动产生一定阻尼作用，形成对压缩弹簧阻尼减震的作用，进而降低高温高压燃气安全阀在工作过程中的振动。整个如上过程，完成了燃气安全阀在系统的全部作用。实例中，通过调节燃气安全阀压力调节螺母8旋合长度，可以调节压缩弹簧11的预压缩量，也即达到调节耐高温陶瓷阀芯5与耐高温陶瓷燃气喷头2之间的预紧力，从而达到控制燃气开启压力的目的。

本实施例中所提到的高温合金、氧化锆陶瓷、氧化锆陶瓷喷涂技术、压缩弹簧、冷却水等相关特征类型只为了说明本发明内容，也可以采用其它适用的类型。

以上，仅以本发明的一个具体实施例。但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高温高压燃气安全阀，包括彼此固定连接的上阀体和下阀体；其特征在于：

还包括分别与下阀体内部固定的燃气喷嘴、喷嘴压力件、阀芯套，以及波纹管；所述下阀体上的排气孔与所述喷嘴压力件上的半圆孔对准；

还包括位于所述阀芯套内部的阀芯；所述阀芯的半球型的一端与波纹管作用；所述阀芯的圆锥形的另一端与所述燃气喷嘴紧密配合，封住下阀体与伺服管路之间的高温高压燃气；

还包括位于上阀体内部的带有冷却液分配口的压缩弹簧上导向杆和压缩弹簧下导向杆，以及套在所述压缩弹簧上导向杆和压缩弹簧下导向杆外部的压缩弹簧，所述压缩弹簧上导向杆上设有冷却液入口，所述上阀体设有冷却液出口；所述压缩弹簧下导向杆与波纹管作用；

还包括通过螺纹结构装配于所述上阀体外壁的调节螺母，所述调节螺母与压缩弹簧上导向杆作用。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压燃气安全阀，其特征在于：所述压缩弹簧上导向杆、压缩弹簧下导向杆与上阀体内壁接触的面上设有O型密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压燃气安全阀，其特征在于：所述上阀体和下阀体通过隔热垫片及高温锁紧螺栓固定。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压燃气安全阀，其特征在于：所述压缩弹簧下导向杆上开有阻尼孔。

5.根据权利要求1所述的一种高温高压燃气安全阀，其特征在于：所述燃气喷嘴、喷嘴压力件、阀芯套，以及阀芯均为氧化锆陶瓷制成。