CN107300027B - 一种用于高温工况的先导式安全阀 - Google Patents

一种用于高温工况的先导式安全阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及阀门设计技术领域，具体公开了一种用于高温工况的先导式安全阀，包括主阀、导阀和换热装置，导阀通过压力管分别与换热装置的一端、主阀气室和主阀的阀体空腔相连，换热装置的另一端通过压力管与主阀上的杓形管相连。本发明在导阀内设计入口密封结构，防止介质通过导阀进入主阀气室；在导阀内设计出口密封结构，防止主阀气室内介质进到导阀出口。此外，本发明的主阀密封面采用了金属硬密封结构，主阀阀瓣装在反冲盘上并有微量摆动，阀门关闭时主阀阀瓣可自动校正，提高阀门的密封性能，同时解决了主阀高温下的密封问题。

Description

一种用于高温工况的先导式安全阀
技术领域
本发明属于阀门设计技术领域，具体涉及一种用于高温工况的先导式安全阀。
背景技术
先导式安全阀是安全阀中很重要的一类产品，由一个主阀和导阀组成，依靠导阀排放介质来驱动或控制主阀开启。相较弹簧直接载荷式安全阀，先导式安全阀的优点是结构紧凑、性能稳定、允许工作压力接近整定压力、动作性能和开启高度均不受背压的影响、较小超压即能迅速全启。
常规先导式安全阀中主阀和导阀的密封结构主要采用橡胶O型圈或氟塑料等非金属材料，由于非金属材料耐高温性能有限，极大的限制了先导式安全阀在高温工况下的使用。
近年来，过程工艺对高温工况安全阀的需求量逐渐增多，该工况要求安全阀能在过热蒸汽、过热水或气液混合等介质作用下，性能满足ASME锅炉及压力容器规范I卷的要求，即阀门超压低、启闭压差小、密封性能好。弹簧直接载荷式安全阀和普通先导式安全阀均无法满足上述要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高温工况的先导式安全阀，能满足高温工况下对先导式安全阀的密封性能要求。
本发明的技术方案如下：
一种先导式安全阀，用于高温工况下，其特征在于：包括主阀、导阀和换热装置；
所述的主阀包括主阀阀体、调整环、杓形管、主阀阀座、主阀阀瓣、反冲盘、主阀导套I、主阀导套II、主阀活塞和盖板；
所述的主阀阀体为空腔结构，主阀阀座的一端设于主阀阀体的内部，另一端穿出主阀阀体的底部通过螺纹与主阀阀体固定连接；
调整环设于主阀阀座下方，杓形管设于调整环上；
反冲盘设于主阀阀座的上方，位于主阀阀体的内部；
主阀阀瓣通过螺纹设于反冲盘上，主阀阀瓣在反冲盘上有摆动，并与主阀阀座密封面接触；
所述的主阀阀座密封面采用金属硬密封结构；
主阀导套I设于反冲盘的外侧，与主阀阀体固定连接；
主阀导套II设于主阀导套I的上方；
主阀活塞设于主阀导套II的内部，盖板设于主阀导套II的外部，盖板与主阀阀体通过螺栓连接；
主阀导套II、主阀活塞和盖板共同组成主阀气室；
所述的导阀包括导阀阀体、导阀阀盖、导阀弹簧I、反馈活塞、导阀弹簧II、导阀活塞、入口阀座、衬套、导阀阀轴、出口密封块、出口阀座和螺塞；
所述的导阀阀盖设于导阀阀体的上方，导阀阀盖与导阀阀体之间形成空腔；
所述的导阀弹簧I设于导阀阀盖内，导阀弹簧I的一端与导阀阀盖连接，另一端与反馈活塞连接，导阀弹簧I的弹簧力作用在反馈活塞上；
在反馈活塞上设有弹簧蓄能密封圈，防止介质泄漏到导阀阀盖内；
反馈活塞通过螺纹与导阀活塞的上端连接，导阀活塞的下端通过螺纹与入口阀座连接，入口阀座与导阀阀轴通过螺纹连接；
反馈活塞与导阀阀轴的运动行程随导阀的入口压力变化而变化；
所述的导阀阀轴设于导阀阀体内部，导阀阀轴的上端与导阀弹簧II连接；
在导阀阀轴的下端设有环形密封槽，出口密封块设于环形密封槽中；
所述的出口密封块为环形，出口密封块的顶侧密封面与环形密封槽的槽底面相接，底侧密封面凸出导阀阀轴的下端面；
所述的出口阀座与导阀阀轴采用螺纹连接，出口阀座与出口密封块的底侧密封面接触，防止出口密封块掉落；
导阀弹簧II设于导阀阀轴上，导阀弹簧II的弹簧力作用在导阀阀轴和导阀活塞上；
衬套设于导阀阀轴的外侧且与导阀阀体通过螺纹连接；
在衬套上设有弹簧蓄能密封圈，防止介质通过导阀阀轴与衬套之间的间隙泄漏；
螺塞设于导阀阀体的底部，对导阀阀体起密封作用；
在换热装置里储存换热液体，当高温介质进入换热装置后与换热液体直接接触进行换热，降低进入导阀的介质温度；
所述的导阀通过压力管分别与换热装置的一端、主阀气室和主阀的阀体空腔相连，换热装置的另一端通过压力管与主阀上的杓形管相连。
所述的入口阀座与导阀阀轴共同组成入口密封；
所述的入口密封采用金属硬密封，当介质进入导阀时，能够防止介质通过导阀进入主阀气室。
所述的出口密封块与出口阀座共同组成出口密封；
所述的出口密封采用非金属软密封，当主阀气室中有介质时，能够防止主阀气室内介质进到导阀出口。
当系统压力低于阀的整定压力时，导阀的出口密封关闭，入口密封开启，系统压力由主阀经过换热装置进入导阀，再从导阀进入主阀气室作用在主阀阀瓣上，使主阀保持关闭。
当系统压力逐渐增加接近整定压力时，反馈活塞向上运动，带动导阀活塞与入口阀座一起向上运动，使得入口密封关闭，若系统压力再增加，导阀阀轴向上运动，使得导阀出口密封开启，泄放部分主阀气室压力。
随着系统压力逐渐超过整定压力，反馈活塞及导阀阀轴随之向上运动，主阀气室压力不断降低，主阀阀瓣的受力情况不断进行修正，达到受力平衡时便移动到相应高度，这种方式使得主阀的性能可以通过导阀精确控制，达到超压低，启闭压差小的要求；
当系统压力达到排放压力时，主阀阀瓣达到全开高，实现全排量。
当系统压力开始下降，导阀阀轴向下运动，导阀出口密封关闭，反馈活塞位置下降，入口阀座位置随之下降，入口密封开启，系统压力重新进入主阀气室，主阀关闭；
当系统压力降至回座压力时，主阀回座。
阀门关闭时主阀阀瓣可自动校正，确保阀门的密封性能，同时解决了主阀在高温下的密封问题。
所述的弹簧蓄能密封圈由聚合材料密封壳和不锈钢金属弹簧组成，通过弹簧受压，形成向外的张力，促使密封壳紧贴密封沟槽，形成密封；
弹簧蓄能密封圈可用于400℃的高温工况，解决了主阀和导阀上动密封的高温问题。
所述的换热液体为水。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明使用了弹簧蓄能密封圈代替现有技术的橡胶O型圈，弹簧蓄能密封圈耐磨损、自润滑能力好、耐高温，根据所选材料，可用于400℃左右的高温工况，解决了主阀和导阀上动密封的高温问题。
(2)本发明的主阀密封面采用金属硬密封结构，主阀阀瓣装在反冲盘上并有微量摆动，阀门关闭时主阀阀瓣可自动校正，提高阀门的密封性能，同时解决了主阀高温下的密封问题。
(3)本发明的换热装置有效地降低了进入导阀的介质温度，使导阀内的零件不受高温影响，大大的延长了导阀内非金属材料的使用寿命。
(4)本发明在导阀内设计入口密封结构，防止介质通过导阀进入主阀气室；在导阀内设计出口密封结构，防止主阀气室内介质进到导阀出口。
(5)本发明装置的结构设计使反馈活塞与导阀阀轴的运动行程随入口压力的变化而变化，导阀的入口和出口密封交替开启与关闭，控制主阀气室压力随之变化，进而精确地控制主阀的动作性能。
(6)在常温和高温工况下，本发明的主阀及导阀密封性能良好，动作性能优良，各项性能指标满足ASME锅炉及压力容器规范第I卷的要求。
附图说明
图1为高温先导式安全阀结构示意图；
图2为高温先导式安全阀的导阀结构示意图。
图中：1.主阀；2.导阀；3.换热装置；4.主阀阀体；5.调整环；6.杓形管；7.主阀阀座；8.主阀阀瓣；9.反冲盘；10.主阀导套I；11.主阀导套II；12.主阀活塞；13.盖板；14.导阀阀体；15.导阀阀盖；16.导阀弹簧I；17.反馈活塞；18.导阀弹簧II；19.导阀活塞；20.入口阀座；21.衬套；22.导阀阀轴；23.出口密封块；24.出口阀座；25.螺塞。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-2所示的一种用于高温工况的先导式安全阀，包括主阀1、导阀2和换热装置3。
所述的主阀1包括主阀阀体4、调整环5、杓形管6、主阀阀座7、主阀阀瓣8、反冲盘9、主阀导套I10、主阀导套II11、主阀活塞12和盖板13。
所述的主阀阀体4为空腔结构，主阀阀座7的一端设于主阀阀体4的内部，另一端穿出主阀阀体4的底部通过螺纹与主阀阀体4固定连接。
所述的调整环5设于主阀阀座7的下方，杓形管6设于调整环5上。
所述的反冲盘9设于主阀阀座7的上方，位于主阀阀体4的内部。主阀阀瓣8通过螺纹设于反冲盘9上，保证主阀阀瓣8在反冲盘9上有摆动，并与主阀阀座7密封面接触，主阀阀座7密封面采用金属硬密封结构。阀门关闭时主阀阀瓣8可自动校正，确保阀门的密封性能，同时解决了主阀1在高温下的密封问题。
主阀导套I10设于反冲盘9的外侧，与主阀阀体4固定连接。主阀导套II11设于主阀导套I10的上方。主阀活塞12设于主阀导套II11的内部。盖板13设于主阀导套II11的外部，盖板13与主阀阀体4通过螺栓连接。主阀导套II11、主阀活塞12和盖板13共同组成主阀气室。
所述的导阀2包括导阀阀体14、导阀阀盖15、导阀弹簧I16、反馈活塞17、导阀弹簧II18、导阀活塞19、入口阀座20、衬套21、导阀阀轴22、出口密封块23、出口阀座24和螺塞25。
所述的导阀阀盖15设于导阀阀体14的上方，导阀阀盖15与导阀阀体14之间形成空腔。所述的导阀弹簧I16设于导阀阀盖15内，导阀弹簧I16的一端通过弹簧座与导阀阀盖15连接，另一端通过弹簧座与反馈活塞17连接，导阀弹簧I16的弹簧力作用在反馈活塞17上。在反馈活塞17上设有弹簧蓄能密封圈，防止介质泄漏到导阀阀盖15内。
反馈活塞17通过螺纹与导阀活塞19的上端连接，导阀活塞19的下端通过螺纹与入口阀座20连接。入口阀座20与导阀阀轴22通过螺纹连接，入口阀座20与导阀阀轴22共同组成入口密封。所述的入口密封采用金属硬密封，当介质进入导阀2时，能够防止介质通过导阀2进入主阀气室。
所述的导阀阀轴22设于导阀阀体14内部，导阀阀轴22的上端与导阀弹簧II18连接，在导阀阀轴22的下端设有环形密封槽，出口密封块23设于环形密封槽中。
所述的出口密封块23为环形，出口密封块23的顶侧密封面与环形密封槽的槽底面相接，底侧密封面凸出导阀阀轴22的下端面。
所述的出口阀座24与导阀阀轴22采用螺纹连接，通过控制螺纹旋入长度，使得出口阀座24与出口密封块23的底侧密封面接触，防止出口密封块23掉落。出口密封块23与出口阀座24共同组成出口密封，所述的出口密封采用非金属软密封，当主阀气室中有介质时，能够防止主阀气室内介质进到导阀出口。
所述的导阀弹簧II18设于导阀阀轴22上，导阀弹簧II18的弹簧力作用在导阀阀轴22和导阀活塞19上。
所述的衬套21设于导阀阀轴22的外侧且与导阀阀体14通过螺纹连接，在衬套21上设有弹簧蓄能密封圈，防止介质通过导阀阀轴22与衬套21之间的间隙泄漏。
所述的螺塞25设于导阀阀体14的底部，对导阀阀体14起密封作用。
所述的弹簧蓄能密封圈由聚合材料密封壳和不锈钢金属弹簧组成，通过弹簧受压，形成向外的张力，促使密封壳紧贴密封沟槽，形成密封。弹簧蓄能密封圈耐磨损、自润滑能力好、耐高温，根据所选材料，可用于400℃的高温工况，解决了主阀1和导阀2上动密封的高温问题。
在所述的换热装置3中储存少量水，当高温介质进入换热装置3后与水直接接触进行换热，有效降低了进入导阀2的介质温度，使导阀2内的零件不受高温影响，延长导阀2内非金属材料的使用寿命。
所述的导阀2通过压力管分别与换热装置3的一端、主阀气室和主阀阀体4的空腔相连，换热装置3的另一端通过压力管与主阀1上的杓形管6相连。
当系统压力低于阀的整定压力时，导阀2的出口密封关闭，入口密封开启，系统压力由主阀1经过换热装置3进入导阀2，再从导阀2进入主阀气室作用在主阀阀瓣8上，使主阀1保持关闭。
当系统压力逐渐增加接近整定压力时，反馈活塞17向上运动，从而带动导阀活塞19与入口阀座20一起向上运动，使得入口密封关闭，若系统压力再增加，导阀阀轴22向上运动，使得导阀2出口密封开启，泄放部分主阀气室压力。随着系统压力逐渐超过整定压力，反馈活塞17及导阀阀轴22随之向上运动，主阀气室压力不断降低，主阀阀瓣8的受力情况不断进行修正，达到受力平衡时便可移动到相应高度，这种方式使得主阀1的性能可以通过导阀2精确控制，达到超压低，启闭压差小的要求。当系统压力达到排放压力时，主阀阀瓣8达到全开高，实现全排量。
当系统压力开始下降，导阀阀轴22向下运动，导阀2出口密封关闭，反馈活塞17位置下降，入口阀座20位置随之下降，入口密封开启，系统压力重新进入主阀气室，促使主阀1关闭。当系统压力降至回座压力时，主阀1回座关闭。
本发明使反馈活塞17与导阀阀轴22的运动行程随导阀2的入口压力变化而变化，导阀2的入口密封和出口密封交替开启与关闭，控制主阀气室压力随之变化，进而精确地控制主阀1的动作性能。
通过上述方式，本发明成功解决了常规先导阀内使用O型圈或塑料密封无法在高温工况使用的问题，同时实现了导阀2对主阀1动作的精确控制，性能满足ASME锅炉及压力容器规范第I卷的要求。

Claims (10)

1.一种先导式安全阀，用于高温工况下，其特征在于：包括主阀(1)、导阀(2)和换热装置(3)；
所述的主阀(1)包括主阀阀体(4)、调整环(5)、杓形管(6)、主阀阀座(7)、主阀阀瓣(8)、反冲盘(9)、主阀导套I(10)、主阀导套II(11)、主阀活塞(12)和盖板(13)；
所述的主阀阀体(4)为空腔结构，主阀阀座(7)的一端设于主阀阀体(4)的内部，另一端穿出主阀阀体(4)的底部通过螺纹与主阀阀体(4)固定连接；
调整环(5)设于主阀阀座(7)下方，杓形管(6)设于调整环(5)上；
反冲盘(9)设于主阀阀座(7)的上方，位于主阀阀体(4)的内部；
主阀阀瓣(8)通过螺纹设于反冲盘(9)上，主阀阀瓣(8)在反冲盘(9)上有摆动，并与主阀阀座(7)密封面接触；
所述的主阀阀座(7)密封面采用金属硬密封结构；
主阀导套I(10)设于反冲盘(9)的外侧，与主阀阀体(4)固定连接；
主阀导套II(11)设于主阀导套I(10)的上方；
主阀活塞(12)设于主阀导套II(11)的内部，盖板(13)设于主阀导套II(11)的外部，盖板(13)与主阀阀体(4)通过螺栓连接；
主阀导套II(11)、主阀活塞(12)和盖板(13)共同组成主阀气室；
所述的导阀(2)包括导阀阀体(14)、导阀阀盖(15)、导阀弹簧I(16)、反馈活塞(17)、导阀弹簧II(18)、导阀活塞(19)、入口阀座(20)、衬套(21)、导阀阀轴(22)、出口密封块(23)、出口阀座(24)和螺塞(25)；
所述的导阀阀盖(15)设于导阀阀体(14)的上方，导阀阀盖(15)与导阀阀体(14)之间形成空腔；
所述的导阀弹簧I(16)设于导阀阀盖(15)内，导阀弹簧I(16)的一端与导阀阀盖(15)连接，另一端与反馈活塞(17)连接，导阀弹簧I(16)的弹簧力作用在反馈活塞(17)上；
在反馈活塞(17)上设有弹簧蓄能密封圈，防止介质泄漏到导阀阀盖(15)内；
反馈活塞(17)通过螺纹与导阀活塞(19)的上端连接，导阀活塞(19)的下端通过螺纹与入口阀座(20)连接，入口阀座(20)与导阀阀轴(22)通过螺纹连接；
反馈活塞(17)与导阀阀轴(22)的运动行程随导阀(2)的入口压力变化而变化；
所述的导阀阀轴(22)设于导阀阀体(14)内部，导阀阀轴(22)的上端与导阀弹簧II(18)连接；
在导阀阀轴(22)的下端设有环形密封槽，出口密封块(23)设于环形密封槽中；
所述的出口密封块(23)为环形，出口密封块(23)的顶侧密封面与环形密封槽的槽底面相接，底侧密封面凸出导阀阀轴(22)的下端面；
所述的出口阀座(24)与导阀阀轴(22)采用螺纹连接，出口阀座(24)与出口密封块(23)的底侧密封面接触，防止出口密封块(23)掉落；
导阀弹簧II(18)设于导阀阀轴(22)上，导阀弹簧II(18)的弹簧力作用在导阀阀轴(22)和导阀活塞(19)上；
衬套(21)设于导阀阀轴(22)的外侧且与导阀阀体(14)通过螺纹连接；
在衬套(21)上设有弹簧蓄能密封圈，防止介质通过导阀阀轴(22)与衬套(21)之间的间隙泄漏；
螺塞(25)设于导阀阀体(14)的底部，对导阀阀体(14)起密封作用；
在换热装置(3)里储存换热液体，当高温介质进入换热装置(3)后与换热液体直接接触进行换热，降低进入导阀(2)的介质温度；
所述的导阀(2)通过压力管分别与换热装置(3)的一端、主阀气室和主阀(1)的阀体空腔相连，换热装置(3)的另一端通过压力管与主阀(1)上的杓形管(6)相连。
2.如权利要求1所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述的入口阀座(20)与导阀阀轴(22)共同组成入口密封；
所述的入口密封采用金属硬密封，当介质进入导阀(2)时，能够防止介质通过导阀(2)进入主阀气室。
3.如权利要求2所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述的出口密封块(23)与出口阀座(24)共同组成出口密封；
所述的出口密封采用非金属软密封，当主阀气室中有介质时，能够防止主阀气室内介质进到导阀出口。
4.如权利要求3所述的一种先导式安全阀，其特征在于：当系统压力低于阀的整定压力时，导阀(2)的出口密封关闭，入口密封开启，系统压力由主阀(1)经过换热装置(3)进入导阀(2)，再从导阀(2)进入主阀气室作用在主阀阀瓣(8)上，使主阀(1)保持关闭。
5.如权利要求4所述的一种先导式安全阀，其特征在于：当系统压力逐渐增加接近整定压力时，反馈活塞(17)向上运动，带动导阀活塞(19)与入口阀座(20)一起向上运动，使得入口密封关闭，若系统压力再增加，导阀阀轴(22)向上运动，使得导阀(2)出口密封开启，泄放部分主阀气室压力。
6.如权利要求5所述的一种先导式安全阀，其特征在于：随着系统压力逐渐超过整定压力，反馈活塞(17)及导阀阀轴(22)随之向上运动，主阀气室压力不断降低，主阀阀瓣(8)的受力情况不断进行修正，达到受力平衡时便移动到相应高度，这种方式使得主阀(1)的性能可以通过导阀(2)精确控制，达到超压低，启闭压差小的要求；
当系统压力达到排放压力时，主阀阀瓣(8)达到全开高，实现全排量。
7.如权利要求6所述的一种先导式安全阀，其特征在于：当系统压力开始下降，导阀阀轴(22)向下运动，导阀(2)出口密封关闭，反馈活塞(17)位置下降，入口阀座(20)位置随之下降，入口密封开启，系统压力重新进入主阀气室，主阀(1)关闭；
当系统压力降至回座压力时，主阀(1)回座。
8.如权利要求1所述的一种先导式安全阀，其特征在于：阀门关闭时主阀阀瓣(8)可自动校正，确保阀门的密封性能，同时解决了主阀(1)在高温下的密封问题。
9.如权利要求1所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述的弹簧蓄能密封圈由聚合材料密封壳和不锈钢金属弹簧组成，通过弹簧受压，形成向外的张力，促使密封壳紧贴密封沟槽，形成密封；
弹簧蓄能密封圈可用于400℃的高温工况，解决了主阀(1)和导阀(2)上动密封的高温问题。
10.如权利要求1所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述的换热液体为水。
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