CN105318091A - 一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门 - Google Patents

Abstract

本发明是一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要部件包括螺帽、杆笼、细长杆、阀体、阀芯组件、端盖、压力连通管、旋转卡槽、旋转卡槽旋转轴、执行器缸体、执行器弹簧、执行器活塞、开关阀执行机构、开关阀、开关阀上游管道、开关阀下游管道、轴承、回程螺杆。由螺帽、杆笼、细长杆、阀体、阀芯组件、端盖、旋转卡槽和旋转卡槽旋转轴组成的压杆型组件是整个压杆失稳触发型阀门组件的触发机构，在超压工况下由细长杆的压杆失稳触发开关阀的动作。此阀门的动作无需任何电力、传感器和仪表风，可以用作紧急泄放装置或紧急关断装置。

Description

一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门

技术领域

本发明涉及一种自动阀门，更具体的涉及一种在压力超过设定值时能够自动开启或关闭的阀门。

背景技术

为了保护压力管道、压力容器以及它们上下游的装置与设备，经常需要设置在超压工况下能够自动开启或关闭的阀门。在以往的实践中，通常使用压力变送器检测压力管道或者压力容器中的压力，压力变送器输出信号至控制系统，当压力超过设定值时，控制系统会发出指令改变安装于气动执行机构供气管路的电磁阀的供电状态，进而改变电磁阀气流通道的状态，从而仪表风使气动执行机构动作，达到开启或关闭阀门的目的。

使用压力变送器、电磁阀、气动执行器、主阀门和控制系统共同实现超压工况下自动启闭阀门的主要潜在风险在于，如果压力变送器失效，或者压力变送器与控制系统之间的信号传输出现问题，或者电磁阀的供电出现问题，或者场地的仪表风出现问题，就可能出现压力已经超过设定压力，气动执行器却未使主阀门如期动作的情形，给压力管道、压力容器以及它们上下游的装置与设备带来威胁。

本发明主要由弹簧执行器、开关阀、压杆型组件和压力连通管组成。其中压杆型组件的设计基于压杆稳定和压杆失稳的原理，其阀芯组件承受来自上游管道内介质的压力载荷，此载荷将加载在细长杆上，当管道内的介质压力产生的作用力低于细长杆的临界载荷时，细长杆稳定，细长杆的轴向推力使阀芯组件处于工作位置一，此时执行器会使开关阀处于正常阀位；当介质压力产生的作用力超过细长杆的临界载荷时，细长杆失稳，压杆型组件的阀芯组件拨动旋转卡槽旋转，当旋转卡槽旋转到一定角度，旋转卡槽不再卡住执行器活塞上的轴承，执行器活塞在弹簧的推力下促使开关阀动作至工作位置二。开关阀将由正常阀位改变为非正常阀位，从而实现了超压工况下阀门的自动开启或者关闭。

在此应用中，基于压杆稳定和压杆失稳原理设计的压杆型组件实现了压力变送器、电磁阀和控制系统三者的功能；而弹簧执行器实现了气动执行器的功能。所以此应用无需任何电力、传感器或仪表风的驱动，安全可靠。

发明内容

本发明涉及的一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要由弹簧执行器、开关阀、压杆型组件和压力连通管组成。

其中，压杆型组件的主要部件包括螺帽、杆笼、细长杆、阀体、阀芯组件、端盖、旋转卡槽和旋转卡槽旋转轴等。其中，控制自动阀门动作的部件是细长杆。由细长杆的压杆失稳触发相关部件的动作，进一步触发自动阀门动作。其安装于压杆型组件本体的外部，一端与阀芯组件相接，另一端与安装于杆笼的螺帽相接。

当来自开关阀上游管道的介质压力低于设定压力时，细长杆承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，细长杆的轴向推力使阀芯组件处于工作位置一，此时旋转卡槽卡住执行器活塞上的轴承，执行器活塞无法动作，此时开关阀处于正常阀位；当来自开关阀上游管道的压力高于设定压力时，细长杆承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳，此时其有效长度会瞬间大幅度变小，其作用在阀芯组件上的推力会骤然降低，阀芯组件在介质压力推动下动作至工作位置二，此时阀芯组件上的结构将拨动旋转卡槽旋转，当旋转卡槽旋转到一定角度，旋转卡槽不再卡住与执行器活塞一体固定连接的轴承，执行器活塞在执行器弹簧的推力下使得开关阀动作至非正常阀位(若正常工况下开关阀处于全开位，则超压工况下开关阀应自动关闭，阀位变为全关位；若正常工况下开关阀处于全关位，则超压工况下开关阀应自动开启，阀位变为全开位)，从而实现了超压工况下阀门的自动开启或者关闭。

在细长杆发生压杆失稳而开关阀自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，可以先旋转回程螺杆，由回程螺杆的推力使得执行器活塞向压杆型组件一侧移动，在此过程中执行器活塞带动开关阀执行机构动作使开关阀复位。然后从阀体外部对阀芯组件施加压力，使其恢复至工作位置一，此时阀芯组件带动旋转卡槽重新卡住与执行器活塞一体固定连接的轴承。然后，将细长杆进行更换，并向反方向旋转回程螺杆使其恢复至原始位置(以免下次动作时妨碍开关阀的正常动作)，整个自动阀门完成复位。

附图说明

图1为本发明涉及的一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门的主要结构图；

图2为本发明涉及的一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门正常状态时的示意图；

图3为本发明涉及的一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门非正常状态时的示意图；

图4为本发明涉及的一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门复位时的示意图；

具体实施方式

一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门，主要由弹簧执行器、开关阀、压杆型组件和压力连通管组成，具体而言其主要部件包括螺帽1、杆笼2、细长杆3、阀体4、阀芯组件5、端盖6、压力连通管7、旋转卡槽8、旋转卡槽旋转轴9、执行器缸体10、执行器弹簧11、执行器活塞12、开关阀执行机构13、开关阀14、开关阀上游管道15、开关阀下游管道16、轴承17、回程螺杆18。其中螺帽1、杆笼2、细长杆3、阀体4、阀芯组件5、端盖6、旋转卡槽8和旋转卡槽旋转轴9组成压杆型组件19，是整个压杆失稳触发型阀门组件的触发机构。

控制自动阀门动作的部件是细长杆3，由细长杆3的压杆失稳触发相关部件的动作，进一步触发自动阀门动作。其安装于压杆型组件19本体的外部，一端与阀芯组件5相接，另一端与安装于杆笼2的螺帽1相接。

其中端盖6通过压力连通管7与开关阀上游管道15相连。开关阀14控制着开关阀上游管道15和开关阀下游管道16内介质的流通。执行器缸体10、执行器弹簧11、执行器活塞12和开关阀执行机构13控制着开关阀14的开启和关闭。轴承17可以降低旋转卡槽8在旋转过程中的摩擦力。回程螺杆18用于开关阀14的复位。上述结构如图1所示。

下面以开关阀14作为紧急泄放阀使用时为例，介绍本发明的具体实施方式。

在正常工况下，开关阀14处于全关位，来自开关阀14上游的压力低于设定点，细长杆3承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，细长杆3的轴向推力使阀芯组件5处于工作位置一。此时压杆型组件19的旋转卡槽8卡住轴承17，与轴承17一体式固定连接的执行器活塞12使得执行器弹簧11处于压缩状态，储存了弹性势能。见图2。

当来自开关阀14上游的压力高于设定点时，细长杆3承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳，此时其有效长度会瞬间大幅度变小，其作用在阀芯组件5上的推力会骤然降低，阀芯组件5在介质压力会推动下动作至工作位置二，此时阀芯组件5上的结构将拨动旋转卡槽8旋转，当旋转卡槽8旋转到一定角度，旋转卡槽8不再卡住与执行器活塞12一体固定连接的轴承17，执行器活塞12在执行器弹簧11的推力下使得开关阀14开启，从而开关阀上游管道15内的介质向开关阀下游管道16泄放。见图3。

在细长杆3发生压杆失稳而开关阀14自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，可以先旋转回程螺杆18，由回程螺杆18的推力使得执行器活塞12向压杆型组件19一侧移动，在此过程中执行器活塞12带动开关阀执行机构13动作使开关阀14复位。然后从阀体4外部对阀芯组件5施加压力，使其恢复至工作位置一，此时阀芯组件5带动旋转卡槽8重新卡住与执行器活塞12一体固定连接的轴承17。最后，将细长杆3进行更换，并向反方向旋转回程螺杆18使其恢复至原始位置(以免下次动作时妨碍开关阀14的正常动作)，整个自动阀门完成复位。见图4。

另外，根据压杆失稳的欧拉定律，可以通过调整细长杆3的弹性模量和长细比而改变其临界载荷，进而改变开关阀14动作时的设定压力。

当本发明的开关阀14设计为超压工况下自动关闭时，只需要将开关阀执行结构13旋转90度即可。具体实施方式与开关阀14设计为超压紧急泄放阀时相同，在此不再赘述。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特种和/或步骤之外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可以被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要部件包括螺帽(1)、杆笼(2)、细长杆(3)、阀体(4)、阀芯组件(5)、端盖(6)、压力连通管(7)、旋转卡槽(8)、旋转卡槽旋转轴(9)、执行器缸体(10)、执行器弹簧(11)、执行器活塞(12)、开关阀执行机构(13)、开关阀(14)、开关阀上游管道(15)、开关阀下游管道(16)、轴承(17)、回程螺杆(18)，其特征在于：由杆帽(1)、杆笼(2)、细长杆(3)、阀体(4)、阀芯组件(5)、端盖(6)、旋转卡槽(8)和旋转卡槽旋转轴(9)组成的压杆型组件(19)是整个压杆失稳触发型阀门组件的触发机构，在超压工况下由细长杆(3)的压杆失稳触发开关阀(14)的动作。

2.根据权利要求1所述的一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中压力连通管(7)将开关阀上游管道(15)与压杆型组件(19)的下腔相连通，使压杆型组件(19)的阀芯组件(5)承受来自开关阀(14)上游的压力，当压力低于设定点时，细长杆(3)承受的载荷小于其失稳临界载荷而压杆稳定，细长杆(3)的轴向推力使阀芯组件(5)处于工作位置一，此时使开关阀(14)处于正常阀位；当压力高于设定点时，细长杆(3)承受的载荷将超过临界载荷而压杆失稳，阀芯组件(5)在介质压力会推动下动作至工作位置二，此时执行器弹簧(11)将使得开关阀(14)动作至非正常阀位。

3.根据权利要求1所述的一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门，安装于压杆型组件(19)本体的外部，一端与阀芯组件(5)相接，另一端与安装于杆笼(2)的螺帽(1)相接；细长杆(3)发生压杆失稳而开关阀(14)自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，可以先旋转回程螺杆(18)，由回程螺杆(18)的推力使得执行器活塞(12)向压杆型组件(19)一侧移动，在此过程中执行器活塞(12)带动开关阀执行机构(13)动作使开关阀(14)复位；然后从阀体(4)外部对阀芯组件(5)施加压力，使其恢复至工作位置一，此时阀芯组件(5)带动旋转卡槽(8)重新卡住与执行器活塞(12)一体固定连接的轴承(17)；最后，将细长杆(3)更换，并向反方向旋转回程螺杆(18)使其恢复至原始位置，整个自动阀门完成复位。

4.根据权利要求1所述的一种超压工况下由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中的细长杆(3)可以通过调整长细比而改变其临界载荷，进而改变阀门自动动作时的设定压力。