CN106594338A - 超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门 - Google Patents

超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门 Download PDF

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Abstract

本发明是一种超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要部件包括复位手轮、复位连杆、执行器弹簧、执行器活塞、执行器推杆、拨叉机构、执行器缸体、铰链、小弹簧、锁止摇臂、轴承、锁止卡槽、先导活塞、先导阀杆、先导阀体、杆笼、细长杆、螺帽、开关阀下游管道、开关阀阀杆、开关阀、开关阀上游管道、压力连通管，其中先导活塞、先导阀杆、先导阀体、杆笼、细长杆、螺帽组成的压杆型组件是该自动阀门的先导触发机构。决定压杆型组件处于哪一个工作位置，进而决定整个自动阀门是否动作的部件是细长杆，当细长杆发生失稳弯曲时，压杆型组件的状态由工作位置一改变为工作位置二，进而触发开关阀由正常阀位改变为非正常阀位。

Description

超压时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，控制系统会自动发出指令使阀门开启或者关闭。
使用压力变送器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，或者控制系统与阀门之间的信号传输出现问题，就可能出现压力己经超过设定值，阀门却未如期动作的情形，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。
本发明主要由弹簧式执行器、开关阀、锁止机构、压杆型组件和压力连通管组成。其中压杆型组件是整个自动阀门的先导触发机构，该先导触发机构的设计基于压杆稳定和压杆失稳的原理，其先导活塞承受来自上游管道内的压力载荷，此载荷经过先导阀杆加载在细长杆上，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，细长杆处于稳定状态，细长杆的轴向推力使先导阀杆和先导活塞处于工作位置一，此时，与先导活塞固定连接为一体的锁止卡槽将两个锁止摇臂卡住，使得锁止摇臂将执行器推杆顶住，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，细长杆失稳弯曲而丧失承载能力，细长杆作用在先导阀杆上的轴向推力消失，介质压力会推动先导活塞和先导阀杆移动至工作位置二，在此过程中，压杆型组件的先导阀杆会带动与之固定为一体的锁止卡槽移动直至锁止卡槽失去对锁止摇臂的约束作用，此时，执行器推杆在执行器弹簧的推动作用下推动锁止摇臂旋转，锁止摇臂将不再顶住执行器推杆，在弹簧的驱动下，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和控制系统两者的功能，整个系统无需传感器和信号传输，设计简单，安全可靠。
发明内容
本发明涉及的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要由弹簧式执行器、开关阀、锁止机构(由锁止卡槽和两个锁止悬臂组成)、压杆型组件和压力连通管组成。其中压力连通管的功能是将开关阀的上游与压杆型组件的压力腔相连通，使压杆型组件的先导活塞承受来自开关阀上游的压力。
其中，压杆型组件是整个自动阀门的先导触发机构，其主要部件包括螺帽、杆笼、细长杆、先导阀体、先导阀杆、先导活塞、锁止卡槽等。该先导机构基于压杆稳定和压杆失稳原理设计，具有两个工作位置。决定该机构处于哪一个工作位置的部件是细长杆，细长杆安装于先导阀体的外部，一端与先导阀杆相接，另一端与安装于杆笼的螺帽相接，当细长杆发生失稳弯曲时，压杆型组件的状态由工作位置一改变为工作位置二。
当开关阀上游管道内介质压力低于设定压力时，即压杆型组件压力腔内的压力低于设定压力，此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先导阀杆和先导活塞处于工作位置一，此时与先导活塞固定连接为一体的锁止卡槽将两个锁止摇臂卡住，锁止摇臂不会发生旋转，使得锁止摇臂将执行器推杆顶住，执行器推杆不会发生轴向直线运动，开关阀处于正常阀位。
当开关阀上游管道内介质压力高于设定压力时，即压杆型组件压力腔内的压力高于设定压力，此时细长杆承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳而丧失承载能力，其作用在先导阀杆上的推力会骤然降低，介质压力会推动先导活塞和先导阀杆移动至工作位置二，在此过程中，压杆型组件的先导阀杆会带动与之固定为一体的锁止卡槽移动直至锁止卡槽失去对锁止摇臂的约束作用，执行器推杆在执行器弹簧的推动作用下推动锁止摇臂旋转，锁止摇臂将不再顶住执行器推杆，在弹簧的驱动下，开关阀将由正常阀位改变为非正常阀位(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)，从而实现了超压时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，可以使用复位手轮向复位连杆施加外力，直至其恢复到初始位置，进而使开关阀恢复到正常阀位。此时，执行器推杆对锁止摇臂不再有推动作用，两个锁止摇臂会在小弹簧的拉力作用下收拢。然后，通过对先导阀杆施加外力将先导阀杆、先导活塞连同锁止卡槽恢复至工作位置一(即初始位置)，并更换新的细长杆。最后移除复位手轮(以免下次动作时妨碍开关阀的正常动作)，整个阀门完成复位。
附图说明
图1为本发明涉及的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门的主要结构图；
图2为本发明涉及的超压时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为本发明涉及的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门触发时的示意图；
图4为本发明涉及的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门复位过程的示意图；
图5为本发明涉及的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门复位结束的示意图；
具体实施方式
超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，主要由弹簧式执行器、开关阀、锁止机构(由锁止卡槽和两个锁止悬臂组成)、压杆型组件和压力连通管组成。具体而言其主要部件包括复位手轮1、复位连杆2、执行器弹簧4、执行器活塞5、执行器推杆6、拨叉机构7、执行器缸体8、铰链9、小弹簧10、锁止摇臂11、轴承12、锁止卡槽13、先导活塞14、先导阀杆15、先导阀体16、杆笼17、细长杆18、螺帽19、开关阀下游管道20、开关阀阀杆21、开关阀22、开关阀上游管道23、压力连通管24。
其中先导活塞14、先导阀杆15、先导阀体16、杆笼17、细长杆18、螺帽19组成压杆型组件25，是整个超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门的先导触发机构。该先导触发机构是基于压杆稳定和压杆失稳原理设计，具有两个工作位置。决定该机构处于哪一个工作位置，进而决定整个自动阀门是否动作的部件是细长杆18，细长杆18安装于先导阀体16的外部，一端与先导阀杆15相接，另一端与安装于杆笼17的螺帽19相接。当细长杆18发生失稳弯曲时，压杆型组件25的状态由工作位置一改变为工作位置二，进而触发开关阀22由正常阀位改变为非正常阀位。
其中开关阀22控制着开关阀上游管道23和开关阀下游管道20内介质的流通。
其中压力连通管24的功能是将开关阀22的上游与压杆型组件25的压力腔相连通，使压杆型组件25的先导活塞14承受来自开关阀22上游的压力。
其中执行器活塞5一端与执行器弹簧4相连，另一端与执行器推杆6相连，执行器推杆6还与拨叉机构7相连，在执行器推杆6作直线运动时，可以带动拨叉机构7进而改变开关阀22的阀位状态；当开关阀22处于正常阀位时，即当两个锁止摇臂11处于闭合状态时，执行器推杆6的另外一端与两个锁止摇臂11接触，执行器推杆6在水平方向的运动会受到限制。
其中锁止摇臂11一端固定在铰链9上，使其能够绕铰链9在一定范围内作旋转运动，另外一端装有轴承12。当细长杆18处于压杆稳定状态时，细长杆18的轴向推力会使先导阀杆15、先导活塞14以及锁止卡槽13处于工作位置一，此时锁止卡槽13与轴承12接触，将两个锁止摇臂11卡住，阻止了锁止摇臂11的旋转运动，两个锁止摇臂11处于闭合状态而将执行器推杆6顶住，执行器推杆6不会发生轴向直线运动，执行器弹簧4的弹性势能无法释放，开关阀22处于正常阀位。
在细长杆18失稳弯曲而丧失承载能力后，其作用在先导阀杆15上的推力会骤然降低，介质压力会推动先导活塞14和先导阀杆15移动至工作位置二，在此过程中，压杆型组件25的先导阀杆15会带动与之固定为一体的锁止卡槽13移动直至锁止卡槽13失去对锁止摇臂11的约束作用，执行器推杆6在执行器弹簧4的推动作用下推动锁止摇臂11旋转，锁止摇臂11将不再顶住执行器推杆6，执行器推杆6在执行器弹簧4的推动作用下移动，通过拨叉机构7将开关阀22开启或关闭。
其中轴承12安装在锁止摇臂11的端部，可降低锁止卡槽13与锁止摇臂11之间的摩擦力。小弹簧10可使两个锁止摇臂11在复位过程中自动闭合。复位手轮1和复位连杆2用于开关阀22的复位，即可以使用复位手轮1向复位连杆2施加外力，直至其恢复到初始位置，进而使开关阀22恢复到正常阀位。上述结构如图1所示。
下面以开关阀22作为紧急泄压阀使用时为例，进一步介绍本发明的具体实施方式。
在正常工况下，开关阀22处于全关位，开关阀22上游管道23内介质压力低于设定压力，压杆型组件25压力腔内的压力低于设定压力，此时细长杆18承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，细长杆18的轴向推力使先导阀杆15和先导活塞14处于工作位置一。此时与先导活塞14固定连接为一体的锁止卡槽13将两个锁止摇臂11卡住，锁止摇臂11不会发生旋转，使得锁止摇臂11将执行器推杆6顶住，执行器推杆6不会发生轴向直线运动，执行器弹簧4的弹性势能无法释放，开关阀22处于全关位。如图2所示。
当开关阀22上游管道23内介质压力高于设定压力时，即压杆型组件25压力腔内的压力高于设定压力，此时细长杆18承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳弯曲而丧失承载能力，其作用在先导阀杆15上的推力会骤然降低，介质压力会推动先导活塞14和先导阀杆15移动至工作位置二，在此过程中，压杆型组件25的先导阀杆15会带动与之固定为一体的锁止卡槽13移动直至锁止卡槽13失去对锁止摇臂11的约束作用，执行器推杆6在执行器弹簧4的推动作用下推动锁止摇臂11沿铰链9旋转，锁止摇臂11将不再顶住执行器推杆6，执行器推杆6在执行器弹簧4的推动作用下移动，并同时转动拨叉机构7，将开关阀22开启。从而开关阀上游管道23内的介质向开关阀下游管道20泄放。见图3。
在细长杆18发生压杆失稳而开关阀22自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，可以使用复位手轮1向复位连杆2施加外力，直至其恢复到初始位置，在此过程中拨叉机构7会将开关阀22关闭，执行器弹簧4再次储蓄弹性势能。此时，执行器推杆6对锁止摇臂11不再有推动作用，两个锁止摇臂11会在小弹簧10的拉力作用下沿着铰链9旋转而闭合。然后，通过对先导阀杆15施加外力将先导阀杆15、先导活塞14连同锁止卡槽13恢复至工作位置一(即初始位置)，并更换新的细长杆18。最后移除复位手轮1，整个阀门完成复位。见图4和图5。
另外，根据压杆失稳的欧拉定律，可以通过调整细长杆18的弹性模量和长细比而改变其临界载荷，进而改变开关阀22动作时的设定压力。
当本发明的开关阀22设计为超压工况下自动关闭时，只需要将开关阀阀杆21旋转90度即可。具体实施方式与开关阀22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 (7)

1.一种超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要部件包括复位手轮(1)、复位连杆(2)、执行器弹簧(4)、执行器活塞(5)、执行器推杆(6)、拨叉机构(7)、执行器缸体(8)、铰链(9)、小弹簧(10)、锁止摇臂(11)、轴承(12)、锁止卡槽(13)、先导活塞(14)、先导阀杆(15)、先导阀体(16)、杆笼(17)、细长杆(18)、螺帽(19)、开关阀下游管道(20)、开关阀阀杆(21)、开关阀(22)、开关阀上游管道(23)、压力连通管(24)，其中先导活塞(14)、先导阀杆(15)、先导阀体(16)、杆笼(17)、细长杆(18)、螺帽(19)组成的压杆型组件(25)是该自动阀门的先导触发机构，该自动阀门的特征在于：决定压杆型组件(25)处于哪一个工作位置，进而决定整个自动阀门是否动作的部件是细长杆(18)，当细长杆(18)发生失稳弯曲时，压杆型组件(25)的状态由工作位置一改变为工作位置二，进而触发开关阀(22)由正常阀位改变为非正常阀位。
2.根据权利要求1所述的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中细长杆(18)安装于先导阀体(16)的外部，一端与先导阀杆(15)相接，另一端与安装于杆笼(17)的螺帽(19)相接。
3.根据权利要求1所述的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中压力连通管(24)将开关阀(22)的上游与压杆型组件(25)的压力腔相连通，使压杆型组件(25)的先导活塞(14)承受来自开关阀(22)上游的压力。
4.根据权利要求1所述的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中执行器活塞(5)一端与执行器弹簧(4)相连，另一端与执行器推杆(6)相连，执行器推杆(6)还与拨叉机构(7)相连接，在执行器推杆(6)作直线运动时，可以带动拨叉机构(7)进而改变开关阀(22)的阀位状态；当开关阀处于正常阀位时，即当两个锁止摇臂(11)处于闭合状态时，执行器推杆(6)的另外一端与两个锁止摇臂(11)接触，执行器推杆(6)在水平方向的运动会受到限制。
5.根据权利要求1所述的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中当细长杆(18)处于压杆稳定状态时，细长杆(18)的轴向推力会使先导阀杆(15)、先导活塞(14)以及锁止卡槽(13)处于工作位置一，此时锁止卡槽(13)与轴承(12)接触，将两个锁止摇臂(11)卡住，阻止了锁止摇臂(11)的旋转运动，两个锁止摇臂(11)处于闭合状态而将执行器推杆(6)顶住，执行器推杆(6)不会发生轴向直线运动，执行器弹簧(4)的弹性势能无法释放，开关阀(22)处于正常阀位；在细长杆(18)失稳弯曲而丧失承载能力后，其作用在先导阀杆(15)上的推力会骤然降低，介质压力会推动先导活塞(14)和先导阀杆(15)移动至工作位置二，在此过程中，压杆型组件(25)的先导阀杆(15)会带动与之固定为一体的锁止卡槽(13)移动直至锁止卡槽(13)失去对锁止摇臂(11)的约束作用，执行器推杆(6)在执行器弹簧(4)的推动作用下推动锁止摇臂(11)旋转，锁止摇臂(11)将不再顶住执行器推杆(6)，执行器推杆(6)在执行器弹簧(4)的驱动下，通过拨叉机构(7)将开关阀(22)开启或关闭。
6.根据权利要求1所述的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中在细长杆(18)发生压杆失稳而开关阀(22)自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，通过复位手轮(1)向复位连杆(2)施加外力，直至其恢复到初始位置，在此过程中拨叉机构(7)会将开关阀(22)关闭，执行器弹簧(4)再次储蓄弹性势能，此时执行器推杆(6)对锁止摇臂(11)不再有推动作用，两个锁止摇臂(11)会在小弹簧(10)的拉力作用下沿着铰链(9)旋转而闭合，然后通过对先导阀杆15施加外力将先导阀杆(15)、先导活塞(14)连同锁止卡槽(13)恢复至工作位置一(即初始位置)，并更换新的细长杆(18)，最后移除复位手轮(1)，整个阀门完成复位。
7.根据权利要求1所述的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中的细长杆(18)通过调整其弹性模量和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。
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Application publication date: 20170426

Assignee: Hanzhong (Nanjing) Technology Co., Ltd

Assignor: Jiangsu Reliable Mechanical Equipment Co.,Ltd.

Contract record no.: X2020980005319

Denomination of invention: Automatic valve triggered by instability of pressure bar in case of overpressure

Granted publication date: 20171117

License type: Exclusive License

Record date: 20200825

TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20201104

Address after: L3039, 3 / F, Chuangye building, No. 1009, Tianyuan East Road, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu Province

Patentee after: Hanzhong (Nanjing) Technology Co., Ltd

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Patentee before: Jiangsu Reliable Mechanical Equipment Co.,Ltd.