CN108105399B

CN108105399B - 用于安全阀的触发装置

Info

Publication number: CN108105399B
Application number: CN201611056870.6A
Authority: CN
Inventors: 孙造占; 徐宇; 孙海涛; 高晨; 王忠秋; 文静; 马若群; 贾盼盼
Original assignee: NUCLEAR AND RADIATION SAFETY CENTER
Current assignee: NUCLEAR AND RADIATION SAFETY CENTER
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2036-11-25
Also published as: CN108105399A

Abstract

本发明提供了一种用于安全阀的触发装置。触发装置包括：第一腔体，入口端与阀体入口端工作介质连通；第二腔体，入口端与第一腔体出口端密闭连接，出口端与阀体出口端连通；弹性部件，位于第一腔体和第二腔体之间，初始弹性形变使得阻绝工作介质从第一腔体进入第二腔体，在工作介质的压力增加到超过预设值时发生进一步弹性形变；传导通道，位于第二腔体内，用于在弹性部件发生进一步弹性形变时将工作介质传导进入第二腔体并触发安全阀执行杆动作。根据本发明的技术方案通过先导式触发机制，实质性地提高了目前核电厂所使用的爆破阀的可靠性。

Description

用于安全阀的触发装置

技术领域

本发明涉及核电厂安全设施技术领域，尤其涉及一种用于安全阀的触发装置。

背景技术

非能动技术是指只利用自然力，例如重力、自然循环和压缩气体等所依赖的简单物理学原理，不需要泵、风机、柴油机、冷却器或者其他旋转机械设备驱动，从而也不需要安全交流电源或人的外力驱动的一个工程技术。非能动技术可以划分为十二种类型：自然循环类；重力作用类；惯性作用类；温差传递类；材料效应类；体积变化类；虹吸效应类；密度锁类；负反馈类；压力作用类；逆止阀类；氢气复合(点火)器类等。

在核电厂，非能动技术更多的是指非能动安全技术，非能动安全是指不依赖外来的触发和动力源，而靠自然对流、重力、蓄压势等自然本性来实现安全功能。根据国际原子能机构的定义，非能动系统是指完全由非能动部件组成的系统，或者系统中利用非常有限的能动部件来启动后续的非能动过程。非能动部件不依靠外部输入(力、功率或者信号、人工操作)，它们的效果取决于自然物理规律(例如重力、自然对流、热传导等)，固有特性(如材料属性等)，或者系统内的能量(如化学反应、衰变热等)。即非能动技术概念是指建立在惯性原理(如泵的惰转)、重力法则(如位差)、热传递法则等基础上的非能动设备(无源设备)的特性，即其功能的实现毋须依赖外来的动力。非能动系统通过减少能动设备，取消或减少对应急电源的要求，减少设备的在役检查及维护等方式，提高了系统的经济性。

我国三门核电厂1、2号机组获得建造许可证，标志着采用非能动安全理念的大型核动力厂进入实际应用阶段，并逐渐成为新的趋势。三门核电厂1、2号机组的安全系统中采用了爆破阀(也叫高压安全阀)，这种应用不期望爆破阀在电站正常运行和预期瞬态期间打开。此外，它们打开后没有必要重新关闭。使用爆破阀主要优点包括：在正常运行期间零泄漏；在事故期间可靠地打开；减少维修和相关的操作人员辐射照射。

为此，根据爆破阀工作原理和实际应用需求，设计一种能够降低技术难度、可靠性鉴定难度和制造成本的爆破阀是十分必要的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于安全阀的触发装置，适用于非重闭式安全阀，能够以自带介质为触发源动力，在完全不使用外部触发信号、火药点火及爆破驱动的条件下，确保爆破阀必要功能的实现，同时降低技术难度和成本。

根据本发明的一种用于安全阀的触发装置，其特征在于，包括：第一腔体，入口端与阀体入口端工作介质连通；第二腔体，入口端与第一腔体出口端密闭连接，出口端与阀体出口端连通；弹性部件，位于第一腔体和第二腔体之间，初始弹性形变使得阻绝工作介质从第一腔体进入第二腔体，在工作介质的压力增加到超过预设值时发生进一步弹性形变；传导通道，位于第二腔体内，用于在弹性部件发生进一步弹性形变时将工作介质传导进入第二腔体并触发安全阀执行杆动作。

根据本发明的一个实施例，弹性形变是压缩形变。

根据本发明的一个实施例，弹性部件包括弹簧。

根据本发明的一个实施例，在第一腔体与第二腔体连接端，第一腔体的内径小于第二腔体的内径。

根据本发明的一个实施例，弹性部件还包括内套管，管底封闭，初始弹性形变时管底外侧抵住第二腔体入口端，管底内侧抵住弹簧。

根据本发明的一个实施例，第一腔体出口端内径小于内套管管底外径。

根据本发明的一个实施例，还包括外套管，用于限制内套管和弹簧的运动方向。

根据本发明的一个实施例，外套管靠近内套管管底的位置开有一个以上通孔，用于形成传导通道的一部分。

根据本发明的一个实施例，第二腔体的出口端设置有密封焊。

根据本发明的一个实施例，安全阀执行杆通过向内的拔出动作开启安全阀启闭装置。

与现有技术相比，根据本发明的技术方案通过先导式触发机制，实质性地提高了目前核电厂所使用的爆破阀的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的阀门启闭装置的一种打开方式之闭合态示意图；

图2是根据本发明实施例的阀门启闭装置的一种打开方式之开启态示意图；

图3是根据本发明实施例的阀门启闭装置的另一种打开方式之闭合态示意图；

图4是根据本发明实施例的阀门启闭装置的另一种打开方式之开启态示意图；

图5是根据本发明实施例的启闭装置局部示意图；

图6是根据本发明实施例的阀门启闭装置的一种打开方式的阀门结构图；

图7是根据本发明实施例的阀门启闭装置的一种打开方式的触发装置的示意图；

图8是根据本发明实施例的阀门启闭装置的一种打开方式的触发装置局部示意图；

图9是根据本发明实施例的阀门启闭装置的另一种打开方式的阀门结构图；

图10是根据本发明实施例的阀门启闭装置的另一种打开方式的触发装置的示意图；

图11是根据本发明实施例的阀门启闭装置的另一种打开方式的触发装置的分解图；

图12是根据本发明实施例的阀门启闭装置的另一种打开方式的触发装置局部示意图。

在这些附图中，使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。

附图标号说明：

102-阀体；104-内部接管；106-启闭件外盘；108-启闭件内盘；109-连接焊缝；110-执行杆；112-转轴；202-第一壳体；204-第二壳体；206-第三壳体；210-变形薄板；212-变形薄板连杆；214-一次杠杆；216-二次杠杆；218-一次杠杆转轴；220-二次杠杆转轴；222-中间转轴；224-拉拔杆；225-变形板密封焊；310-入口侧端板；312-一次密封圈；314-二次密封圈；316-外套管；318-内套管；320-压紧弹簧；322-端盖；324-阀体接管；326-推压杆密封焊；328-推压杆；330-左侧执行杆；332-右侧执行杆；334-侧向通孔；336-弹簧端板；338-阀门启闭件；340-调整螺栓。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“在一个实施例中”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

本发明实施例所适用的阀门原理结构及启闭件在阀门中的位置如图1-图4所示，主要包括六部分：阀体102(一般呈圆筒形)；内部接管104(一般呈圆筒形，位于阀体102内，一端与阀体102开口内侧固定连接，该开口与工作介质连通)；启闭件(一般呈圆盘形，连接到内部接管104另一端)；执行杆110(位于内部接管104与启闭件结合处)；转轴112(位于内部接管104与启闭件结合处，在执行杆110相对端，转轴位于启闭件所在平面且与所处圆周相切)；销钉(位于启闭件上，未示出)。其中，图1和图2为一种打开方式，图1为阀门关闭状态，图2为阀门打开状态，即当用于固定启闭件和内部接管104的执行杆110沿内部接管104半径方向向外被拔出时，阀门(启闭件)打开。图3和图4为另一种打开方式，图3为阀门关闭状态，图4为阀门打开状态，即当用于固定启闭件和内部接管104的执行杆(包括左侧执行杆330和右侧执行杆332)沿内部接管104半径方向向内被拔出时，阀门打开。

启闭件的示意图如图5所示。启闭件分为启闭件内盘108和启闭件外盘106两部分。分载原理如下：当内部接管104内的介质压力逐步升高时，启闭件内盘108将发生变形，同时承担相应的载荷。当压力较小时，压力形成的载荷全部由启闭件内盘108通过连接焊缝109传递到内部接管104。随着压力的增大，启闭件内盘108的变形也逐步增大，直到其变形受到启闭件外盘106的限制。由于启闭件外盘106的刚度远远大于启闭件内盘108刚度，此时，内部接管104内的介质压力所形成的端部载荷增量将几乎全部传递到启闭件外盘106上。当压力升高到整定值时，执行杆110被拉拔杆224拔出，或者左侧执行杆330和右侧执行杆332通过推压杆328被拔出，启闭件外盘106绕转轴112开启，释放其承担的全部压力载荷，这部分载荷转移到启闭件内盘108上。通过相应的计算和尺寸设计，保证在内部接管104内的介质压力达到整定值时，所产生的全部端部载荷将启闭件内盘108整体剪断或拉断。连接启闭件内盘108与启闭件外盘106的销钉将进一步保证启闭件整体转动到全开位置。

图1-图5所示的启闭装置可与各种不同的触发装置配套使用，包括电动、汽动、液压等。

为了实质性提高目前核电厂所使用的爆破阀的可靠性，可采用自带介质作为动力的触发机构，从而消除由于点火装置、炸药降质等所带来的各种不确定性。下面结合图6-图8描述其中一种适用于非重闭式安全阀的具体设计。

本发明实施例所适用的阀门原理结构及触发装置在阀门中的位置如图6所示，主要包括四部分：阀体102；触发装置第一壳体202(与阀体102外工作介质连通)；触发装置第二壳体204(连接到触发装置第一壳体202)；触发装置第三壳体206(连接到触发装置第二壳体204和阀体102)。其中，阀体102及其包容部件是阀门的主体部分，触发装置第一壳体202、触发装置第二壳体204和触发装置第三壳体206及其包容部件构成本发明的触发装置。

阀门和触发装置的内部结构示意图如图7所示。触发装置的剖面图如图8所示。触发原理如下：变形薄板210位于触发装置第一壳体202与工作介质连通的一端，直接承受系统介质的压力。随着压力的增大，变形薄板210产生变形，带动变形薄板210上的变形薄板连杆212推动一次杠杆214绕固定在触发装置第一壳体202内的一次杠杆转轴218运动。通过在一次杠杆214和二次杠杆216之间设置适当的空隙，正常运行期间二次杠杆216将保持原位。随着介质压力的进一步升高，一次杠杆214将推动二次杠杆216绕固定在触发装置第一壳体202内的二次杠杆转轴220运动。二次杠杆216在触发装置第二壳体204中延伸，另一端连接到触发装置第三壳体206中的中间转轴222，中间转轴222还连接到拉拔杆224，拉拔杆224从触发装置第三壳体206延伸到阀体102，与执行杆110构成安全阀的执行机构。当介质压力升高到整定值时，变形薄板210所产生的位移经过两次杠杆放大后，通过中间转轴222和拉拔杆224，将执行杆110从阀门启闭件中拔出，从而解除执行杆110对阀门内部接管104和阀门启闭件外盘106的连接作用。此时，阀门内部接管104中的工作介质压力将通过阀门启闭件内盘108推动阀门启闭件外盘106绕启闭件转轴112转动，阀门打开并释放压力。为了保证正常运行时的零泄漏，在变形薄板210和触发装置第一壳体202之间设置变形板密封焊225。另外，为了保证触发装置执行机构产生足够大的位移以保证触发精度，该触发机制优选适用于较大口径管道。

图6-图8所示触发装置以金属薄板的变形作为阀门开启的触发定值。通过杠杆将薄板变形放大，从而提高触发灵敏度。通过薄板连杆与杠杆之间的间隙设计，保证在运行压力不超过设定值时，传动机构(杠杆)及执行机构(拉杆)保持在原位不动，从而避免了运行磨损。

可替换地，图1-图5所示的启闭装置还可以与一种适用于非重闭式安全阀的先导式触发装置配合使用。下面结合图9-图12描述其具体设计。

本发明实施例所适用的阀门原理结构及触发装置在阀门中的位置如图9所示，主要包括四部分：阀体102；触发装置第一壳体202(与阀体102外工作介质连通)；触发装置第二壳体204(连接到触发装置第一壳体202)；触发装置第三壳体206(连接到触发装置第二壳体204和阀体102)。其中，阀体102及其包容部件是阀门的主体部分，触发装置第一壳体202、触发装置第二壳体204和触发装置第三壳体206及其包容部件构成本发明的触发装置。

阀门触发装置的内部结构示意图如图10所示。触发装置的分体示意图如图11所示。触发装置中执行机构部分示意图如图12所示。

本发明中触发装置的工作原理如下：正常工况下，触发装置第二壳体204内正对触发装置第一壳体202的U型内套管318在压紧弹簧320的作用下阻断工作介质从触发装置第一壳体202到触发装置第三壳体206的流体通道。压紧弹簧320的另一端通过弹簧端板336限定，弹簧端板336的位置可由另一端端盖322上调整螺栓340调整。触发装置第一壳体202与触发装置第二壳体204连通通道的直径小于内套管318的管径，连通通道与内套管318之间垫有环形入口侧端板310，入口侧端板310外径约等于内套管318管径，内孔约等于连通通道。一次密封圈312和二次密封圈314位于入口侧端板310与内套管318之间，防止工作介质的泄漏。此时，内套管318承受工作介质压力的面积为入口侧端板310的内孔道面积。随着工作介质压力的升高，内套管318内压紧弹簧320产生压缩变形，密封圈所承受的压紧力逐渐降低。当工作介质压力达到整定值时，密封圈丧失密封作用，工作介质与内套管318的接触面积从入口侧端板310的内孔道面积突变到内套管318的整个端部面积，从而使内套管318传递到压紧弹簧320的压力突然增大。此时，内套管318所产生的朝向触发装置第二壳体204另一端端盖322方向的位移，足以保证工作介质通过内套管318外的外套管316侧向通孔334，经过触发装置第二壳体204和外套管316之间的环形腔室，进入触发装置第三壳体206，进而进入触发装置和阀体之间的阀体接管324。阀体接管324和执行机构一部分的推压杆328之间的推压杆密封焊326，对进入阀体接管324的工作介质起到蓄能作用，当阀体接管324中的工作介质达到设定值时，密封焊被冲断，压力作用使推压杆328带动左侧执行杆330和右侧执行杆332(等效于前面实施例中的执行杆110)向下运动，直到解除左侧执行杆330和右侧执行杆332对阀门内部接管104和阀门启闭件338(等效于前面实施例中的启闭件外盘106和启闭件内盘108的组合)的连接作用。此时，阀门内部接管104中的工作介质压力将推动阀门启闭件338绕启闭件转轴112转动，阀门打开并释放压力。

图9-图12所示触发装置受压面积在整定值前后的突变设计(从入口侧端板310的内孔道面积突变到内套管318的整个端部面积)，在保证触发精度的同时，也保证触发的可靠性。阀体接管324和推压杆328之间的推压杆密封焊326设计，使触发装置内部形成了一个封闭的腔室，正常工作时可用于泄漏监测。对触发介质的蓄能设计避免了阀体接管324和推压杆328之间早期旁流泄压的可能性，从而进一步保证了阀门打开的可靠性。

尽管本发明实施例多以圆形截面为例进行描述，例如阀体102、内部接管104、启闭件、壳体、变形薄板210、入口侧端板310、密封圈、外套管316、内套管318、端盖322、阀体接管324、弹簧端板336等，但是本领域技术人员理应清楚，根据具体的设计需求，截面可以是不同于圆形的任何形状，例如椭圆、矩形等等。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种用于安全阀的触发装置，其特征在于，包括：

第一腔体，入口端与阀体入口端工作介质连通；

第二腔体，入口端与所述第一腔体出口端密闭连接，出口端与阀体出口端连通；

密封部件，位于所述第一腔体和所述第二腔体之间；

弹性部件，由弹簧和内套管组成，位于所述第二腔体内，初始弹性形变使得所述密封部件阻绝工作介质从所述第一腔体进入所述第二腔体，在工作介质的压力增加到超过预设值时，由于作用于所述密封部件上的压应力被抵消、密封作用丧失而使工作介质从所述第一腔体进入所述第二腔体，同时使得工作介质与所述弹性部件的接触面积从所述第一腔体出口端面积突变到所述第二腔体入口端面积，从而使所述弹性部件的弹性形变突然增大；

传导通道，位于所述第二腔体内，用于在所述弹性部件的弹性形变突然增大、所述内套管移动一定距离后，将工作介质传导进入所述第二腔体的出口端，并触发安全阀执行杆动作。

2.根据权利要求1所述的触发装置，其特征在于，所述弹性形变是压缩形变。

3.根据权利要求1或2所述的触发装置，其特征在于，所述密封部件包括至少一个密封圈。

4.根据权利要求1所述的触发装置，其特征在于，在所述第一腔体与所述第二腔体连接端，所述第一腔体的内径小于所述第二腔体的内径。

5.根据权利要求1所述的触发装置，其特征在于，所述内套管的管底封闭，初始弹性形变时管底外侧抵住所述第二腔体入口端，管底内侧抵住所述弹簧。

6.根据权利要求5所述的触发装置，其特征在于，所述第一腔体出口端内径小于所述内套管管底外径。

7.根据权利要求5所述的触发装置，其特征在于，还包括外套管，用于限制所述内套管和所述弹簧的运动方向。

8.根据权利要求7所述的触发装置，其特征在于，所述外套管靠近所述内套管管底的位置开有一个以上通孔，用于形成所述传导通道的一部分。

9.根据权利要求1所述的触发装置，其特征在于，所述第二腔体的出口端设置有密封焊。

10.根据权利要求1所述的触发装置，其特征在于，所述安全阀执行杆通过向内的拔出动作开启安全阀启闭装置。