CN105782523B - 超压时压杆失稳触发动作的阀门组件 - Google Patents

Abstract

本发明主要由弹簧执行器、液压油、开关阀、换向阀、液压泵、连通管和液压油储罐组成。其中换向阀的设计基于压杆失稳原理，其阀芯组件承受来自管道内的压力载荷，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，此时弹簧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，换向阀使液压油连通管导通，液压油向下游液压油储罐泄放。弹簧执行器的活塞失去了液压油的支撑作用，在弹簧的推动下将开关阀动作至工作位置二。阀门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。

Description

超压时压杆失稳触发动作的阀门组件

技术领域

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

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、开关阀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，或者仪表风供应出现问题，就可能出现压力已经超过设定压力，气动执行器却未使开关阀如期动作的情形，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、液压油、开关阀、换向阀、液压泵、引压管和液压油储罐组成。其中换向阀的设计基于压杆稳定和压杆失稳的原理，其阀芯承受来自管道内的压力载荷，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处于工作位置一，此时弹簧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，换向阀使液压油通道导通，液压油向液压油储罐流动。弹簧执行器活塞失去了液压油的支撑作用，在弹簧的推动下使开关阀动作至工作位置二。阀门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换向阀实现了压力变送器、电磁阀和控制系统三者的功能，而弹簧执行器与液压油系统的结合实现了气动执行器的功能，即整个装置功能的实现无需传感器、供电以及仪表风的供应。

经查，目前没有以压杆稳定和压杆失稳原理为基础设计的无需供电和仪表风以及传感器且能在在超压工况下自动动作的阀门组件。

发明内容

本发明涉及的超压工况下由压杆失稳触发动作的阀门组件。主要由杆帽(1)、杆笼(2)、细长杆(3)、阀体(4)、阀芯(5)、端盖(6)、弹簧执行器缸体(7)、弹簧执行器弹簧(8)、弹簧执行器活塞(9)、液压油(10)、单向阀(11)、液压油储罐(12)、油泵(13)、开关阀上游管道(14)、引压管(15)、液压油管(16)、开关阀(17)、开关阀下游管道(18)、开关阀执行机构(19)和换向阀(20)组成，其中的开关阀(17)安装在开关阀上游管道(14)和开关阀下游管道(18)之间，其中的开关阀执行机构(19)安装在开关阀(17)上，其中的弹簧执行器弹簧(8)一端固定在弹簧执行器缸体(7)上，一端固定在弹簧执行器活塞(9)的一侧上，其中的弹簧执行器活塞(9)另一侧与液压油(10)接触，其中的液压油管(16)与弹簧执行器缸体(7)、换向阀(20)、油泵(13)及液压油储罐(12)相连，其中的单向阀(11)连接在液压油管(16)的一条支路上，其中的杆帽(1)、杆笼(2)、细长杆(3)、阀体(4)、阀芯(5)和端盖(6)组成换向阀(20)，其中的端盖(6)、杆笼(2)与阀体(4)连接，其中的杆帽(1)与杆笼(2)连接，其中的细长杆(3)一端与杆帽(1)连接，另一端与阀芯(5)连接，其中的引压管(15)将开关阀上游管道(18)通过端盖(6)与换向阀(20)的下腔相连通，使换向阀(20)的阀芯(5)承受来自上游介质的压力，其特征在于：触发阀芯(5)的工作位置发生改变而使液压油(10)向液压油储罐(12)流动进而使开关阀(17)动作的部件是细长杆(3)，即在超压工况下由细长杆(3)的压杆失稳触发开关阀(17)的动作。

当来自开关阀上游管道14的压力低于设定值时，细长杆3承受的载荷小于临界载荷而压杆稳定，细长杆的轴向推力使阀芯5处于工作位置一，此时液压油10向液压油储罐12流动的通路被关闭，弹簧执行器活塞9受到液压油10的支撑作用，无法动作，此时开关阀17处于正常阀位；当来自开关阀上游管道14的压力高于设定值时，细长杆3承受的载荷将超过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5上的推力会骤然降低，阀芯5在介质压力推动下动作至工作位置二，此时液压油10向液压油储罐12流动的通道被打开，液压油10向液压油储罐12释放，同时液压油10对弹簧执行器活塞9的支撑作用消失，弹簧执行器弹簧8会推动开关阀执行机构19动作，使开关阀17动作至非正常阀位(若正常工况下开关阀17处于全开位，则超压工况下开关阀17应自动关闭，阀位变为全关位；若正常工况下开关阀17处于全关位，则超压工况下开关阀17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3发生压杆失稳而开关阀17自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，可以从阀体外部对阀芯5施加压力，使其恢复至工作位置一。此时将细长杆3进行更换，然后使用油泵13将液压油10经过单向阀11压回至弹簧执行器缸体7内，此时开关阀执行机构19会带动开关阀17复位。

附图说明

图1为本发明涉及的超压时压杆失稳触发动作的阀门组件的主要结构图；

图2为本发明涉及的超压时压杆失稳触发动作的阀门组件动作时的示意图；

图3为本发明涉及的超压时压杆失稳触发动作的阀门组件复位时的示意图；

具体实施方式

超压时压杆失稳触发动作的阀门组件，主要部件包括弹簧执行器缸体7、弹簧执行器弹簧8、弹簧执行器活塞9、液压油10、单向阀11、液压油储罐12、油泵13、开关阀上游管道14、引压管15、液压油管16、开关阀17、开关阀下游管道18、开关阀执行机构19和换向阀20。

其中开关阀17控制着开关阀上游管道14和开关阀下游管道18内介质的流通；弹簧执行器缸体7、弹簧执行器弹簧8、弹簧执行器活塞9、液压油10和开关阀执行机构19控制着开关阀17的开启和关闭；单向阀11控制着液压油10的流向，使液压油10在此处只能从液压油储罐12流向弹簧执行器缸体7；液压油储罐12用于储存液压油10；油泵13用于压杆触发型阀门组件的复位；换向阀20是整个超压时压杆失稳触发动作的阀门组件的触发机构，其由杆帽1、杆笼2、细长杆3、阀体4、阀芯5和端盖6组成，其中的端盖6通过引压管15与开关阀上游管道14相连，阀体4与液压油管16相连。

下面以超压时细长杆3失稳触发开关阀17自动开启，即整个阀门组件作为泄压阀使用时介绍本发明的具体实施方式。

在正常工况下，开关阀17处于关闭状态，来自开关阀上游的压力低于设定值，换向阀20的细长杆3承受的载荷小于临界载荷而压杆稳定，细长杆的轴向推力使阀芯5处于工作位置一，在此工作位置换向阀20的阀芯5和单向阀11同时阻断了液压油10向液压油储罐12的流通通道。液压油10在弹簧执行器缸体7内对于弹簧执行器活塞9具有支撑作用。弹簧执行器弹簧8被压缩，储存了弹性势能。见图1。

当开关阀上游管道14内的压力达到设定值时，细长杆3承受的载荷将超过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5上的推力会骤然降低，阀芯5在介质压力推动下动作至工作位置二，在此工作位置时换向阀组件5内的通道会将液压油管道16和液压油储罐12连通，液压油10将从弹簧执行器缸体7流向液压油储罐12，从而失去了对弹簧执行器活塞9的支撑作用。弹簧执行器活塞9在弹簧执行器弹簧8的推动作用下移动，使开关阀执行机构19动作，将开关阀17开启，从而实现开关阀上游管道14内的介质向开关阀下游管道18的泄放。见图2。

当开关阀上游管道14内的压力恢复正常后，通过外力推动阀芯5，使其回到工作位置一，即初始工作位置，并更换新的细长杆3。此时液压油管16向液压油储罐12的流通通道被阻断。然后通过油泵13将液压油10从液压油储罐12经由单向阀11压回到弹簧执行器缸体7内，通过液压油10推动弹簧执行器活塞9进而压缩弹簧执行器弹簧8，在此过程中开关阀执行机构19会同时将开关阀17关闭，整个阀门组件完成复位。见图3。

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17动作时的设定压力。

当本发明设计为超压时细长杆3失稳触发开关阀17自动关闭，即整个阀门组件作为超压时的紧急关断阀使用时，只需要将开关阀执行机构19旋转90度即可。具体实施方式与开关阀17设计为泄压阀使用时相同，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 (5)

1.一种超压时压杆失稳触发动作的阀门组件，主要部件包括杆帽(1)、杆笼(2)、细长杆(3)、阀体(4)、阀芯(5)、端盖(6)、弹簧执行器缸体(7)、弹簧执行器弹簧(8)、弹簧执行器活塞(9)、液压油(10)、单向阀(11)、液压油储罐(12)、油泵(13)、开关阀上游管道(14)、引压管(15)、液压油管(16)、开关阀(17)、开关阀下游管道(18)、开关阀执行机构(19)和换向阀(20)，其中的开关阀(17)安装在开关阀上游管道(14)和开关阀下游管道(18)之间，其中的开关阀执行机构(19)安装在开关阀(17)上，其中的弹簧执行器弹簧(8)一端固定在弹簧执行器缸体(7)上，一端固定在弹簧执行器活塞(9)的一侧上，其中的弹簧执行器活塞(9)另一侧与液压油(10)接触，其中的液压油管(16)与弹簧执行器缸体(7)、换向阀(20)、油泵(13)及液压油储罐(12)相连，其中的单向阀(11)连接在液压油管(16)的一条支路上，其中的杆帽(1)、杆笼(2)、细长杆(3)、阀体(4)、阀芯(5)和端盖(6)组成换向阀(20)，其中的端盖(6)、杆笼(2)与阀体(4)连接，其中的杆帽(1)与杆笼(2)连接，其中的细长杆(3)一端与杆帽(1)连接，另一端与阀芯(5)连接，其中的引压管(15)将开关阀上游管道(18)通过端盖(6)与换向阀(20)的下腔相连通，使换向阀(20)的阀芯(5)承受来自上游介质的压力，其特征在于：触发阀芯(5)的工作位置发生改变而使液压油(10)向液压油储罐(12)流动进而使开关阀(17)动作的部件是细长杆(3)，即在超压工况下由细长杆(3)的压杆失稳触发开关阀(17)的动作。

2.根据权利要求1所述的超压时压杆失稳触发动作的阀门组件，其中引压管(15)的功能是将开关阀(17)的上游与换向阀(20)的下腔相连通，使换向阀(20)的阀芯(5)承受来自开关阀(17)上游的压力，当压力低于设定值时，细长杆(3)承受的载荷小于临界载荷而压杆稳定，细长杆(3)的轴向推力使阀芯(5)处于工作位置一，此时弹簧执行器会使开关阀(17)处于正常阀位；当介质压力产生的作用力超过细长杆(3)的临界载荷时，细长杆(3)失稳，换向阀(20)使液压油通道导通，液压油(10)向液压油储罐流动(12)，导致弹簧执行器活塞(9)失去液压油(10)的支撑作用，在弹簧的推动下使开关阀动作至工作位置二，开关阀(17)将由正常阀位改变为非正常阀位，从而实现超压工况下阀门的自动开启或者关闭。

3.根据权利要求1所述的超压时压杆失稳触发动作的阀门组件，其中的细长杆(3)安装于阀体(4)的外部，一端与阀芯(5)相接，另一端与安装于杆笼(2)的杆帽(1)相接，并且可以通过调整细长杆(3)的材料和长细比而改变其临界载荷，进而改变阀门组件动作时的设定压力。

4.根据权利要求1所述的超压时压杆失稳触发动作的阀门组件，其中的弹簧执行器缸体(7)内包含了弹簧执行器弹簧(8)、弹簧执行器活塞(9)和开关阀执行机构(19)，当液压油(10)向液压油储罐(12)流动的通道被打开，液压油(10)会向液压油储罐(12)流动，此时液压油(10)对弹簧执行器活塞(9)的支撑作用消失，弹簧(8)会推动开关阀执行机构(19)动作，使开关阀(17)动作至非正常阀位。

5.根据权利要求1所述的超压时压杆失稳触发动作的阀门组件，在其动作且开关阀上游管道(14)内的压力恢复正常后，可以从阀体(4)外部对阀芯(5)施加压力使其恢复至初始工作位置，进而将细长杆(3)更换，细长杆(3)更换后液压油管(16)向液压油储罐(12)的流通通道被阻断，通过油泵(13)将液压油(10)从液压油储罐(12)经由单向阀(11)压回到弹簧执行器缸体(7)内，液压油(10)将推动弹簧执行器活塞(9)进而压缩弹簧执行器弹簧(8)，在此过程中开关阀执行机构(19)会将开关阀(17)关闭，整个阀门组件完成复位。