CN109764168B - 排除热冲击安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供的排除热冲击安全阀，为间接作用式安全阀，属于一种取代现有间接作用式安全阀难以解决高热冲击应力的超压保护设备。安全阀开启排放压力介质时，压力介质要接触一些零部件，使接受压力介质的零部件受到热冲击，对主阀正装，辅阀倒装的间接作用式安全阀来说，辅阀的进出口腔壁、主辅阀间连接的脉冲管，主阀活塞上腔的筒壁等，在安全阀开启排放压力介质的过程中，都不可避免地要接触高速流过的压力介质，都存在着热冲击问题。现有的间接作用式安全阀，均难逃因压力介质的温度、压力和排量的加大，热冲击温差的提升，承压管筒壁厚增加，而使热冲击应力大幅提升，(热冲击应力与壁厚的三次方成正比)某些参数的的提升可导致热冲击应力大到不可允许的程度，本发明的结构设计主要放在排除热冲击温差上，即使受冲击的零部件的温度尽可能接近于压力介质温度，使热冲击值趋于零值。

Description

排除热冲击安全阀

技术领域

本发明涉及安全阀，特别是排除热冲击安全阀。

对现有的发电装置或动力装置，以采用水蒸汽为压力介质而言，为提高装置效率和功率，就必须提高蒸汽的温度、压力和单位时间内的蒸汽产量，高温高压高蒸汽产量，会给超压保护用的间接作用式安全阀带来高的热冲击应力，排除热冲击的间接作用式安全阀将会成为现代社会发电装置或动力装置中不可少的超压保护设备。

背景技术

现有的间接作用式安全阀的总体结构形式有四种，其一是整体立式正装结构，如美国电力研究所在1982年12月《PWR Safely and Relief Valve Test Program》EPRI NP-2292 Project V102的最终报告中所公开的间接作用式安全阀；其二是倒装如专利号87101900所示的无泄漏安全阀；第三种是主、辅阀分开设置且均立式正装结构，如德国的100万千瓦核电站中所使用的间接作用安全阀；第四种是主、辅阀分开设置的间接作用式安全阀，主阀正装，辅阀倒装的专利号98112096.2的新型安全阀。

整体或分体立式正装的缺点是：起控制作用的主弹簧长期受到压力介质的温度作用，由于弹簧的高温松驰变形易使安全阀的开启压力定值飘移。

整体倒装加凝水密封的缺点是：当安全阀启跳高温压力介质时，受到高温压力介质热冲的零部件会产生极大的热冲击应力，特别是厚壁阀体，因热冲击应力与阀体的壁厚的三次方成正比，过大的热冲击应力会使阀体的使用寿命缩短，乃致使用一次就报废，不能容许的热冲击应力限制了安全阀的使用温度、压力和排放量的提高。

专利号：98112096.2提供的主阀正装，辅阀倒装，可解决阀内部分压力介质所造成的热冲击应力问题，但不是全部，当辅阀瓣开启排放压力介质时，入口腔至辅阀入口腔的连接脉冲管，辅阀入口腔内的零部件。辅阀出口腔至主活塞入口腔沿途零部件都将受到大温差的热冲击。为解决高温差、大厚壁的热冲击应力就必须研制能减少温差，降低热冲击应力的新型结构安全阀。

发明内容

本发明提供的排除热冲击安全阀，属间接作用式安全阀，它能解决现有间接作用式安全阀不能解决的热冲击应力问题。

本发明提供的排除热冲击安全阀，它由主阀、辅阀、保温套筒、电磁阀、放气阀、过滤器和脉冲管等组成，主阀正装，辅阀倒装，其轴线均垂直于水平面，主阀入口在下端，主阀活塞在上端，辅阀座入口腔在上端，控制弹簧在下端，其特征在于：主阀自入口法兰上端面起，上至压紧螺盖的上端面，右至出口法兰的左端面的所有筒壁外表面都套固有保温套筒。辅阀座紧固在辅阀体上端的上隔板中，辅阀座出口设置有出口盖，盖内为辅阀座的出口腔，辅阀体上端设置有上端盖，它与出口盖、上隔板构成一个顶部空腔，辅阀入口腔通过上隔板中的通孔与顶部空腔相通，自主阀入口腔至辅阀入口腔的脉冲管，先是沿着一定的坡度上行，与过滤器入口连接后垂直而上，通过过滤器后又沿着一定的坡度上行，与辅阀座入口腔相连接，自入口腔起的脉冲管、过滤器、至辅阀座入口腔的脉冲管的外表面均设置有保温套筒；辅阀瓣覆盖在辅阀座上，辅阀瓣的正下方设置有细杆，细杆的上端面与辅阀瓣的下端面相接触，细杆下端的圆盘与小圆柱螺旋弹簧的上端面相接触，小圆柱螺旋弹簧放置在波纹管芯棒下端的空腹中，小圆柱螺旋弹簧的下端面与波纹管芯棒空腔的下端面相接触，小圆柱螺旋弹簧被压缩的作用力，成为辅阀瓣与辅阀座的预紧密封力；构建内外同轴的两套管，内管穿过辅阀的上端盖，且不与上端盖接触，与出口盖相焊接，与辅阀座出口腔相通，外套管与上端盖焊接且与顶部空腔相通，套管的另一端，端部内外管相互焊接，该套管自下端焊接连通后，以一定的倾斜度上升，至主活塞上腔的部位，穿过主阀壁进入到主阀活塞的上腔，外套管与主阀筒壁相焊接，内管且与活塞上腔相通，放气阀直立于套管接近于主阀筒壁段，入口连接管与外套管内腔相通，用于系统充填压力介质时放气，自辅阀入口腔壁和顶部空腔腔壁的外表面设置有保温套筒，自上端盖开始至主阀活塞上腔腔壁外表的套管的外表面、放气阀的入口腔和与入口腔相连接的脉冲管的外表面均设置有保温套筒；辅阀下端弹簧外筒的外侧，设置有两个电磁阀，其出口分别与脉冲管相焊接，脉冲管的另一端与弹簧外筒相焊接，脉冲管之一使一电磁阀出口与弹簧外筒内的气动活塞上腔相通；脉冲管之二使另一电磁阀的出口与弹簧外筒内的气动活塞下腔相通。

本发明提供的无热冲击安全阀的工作原理如下：

如图1所示，当安全阀入口法兰57直接与被保护容器或管道连接后，随着系统充水排气(排除空气)，或充气(给气冷堆充氦气或其它气体)，安全阀的入口以及与入口相连通的空腔随系统压力介质的充满而充满。系统在升温升压过程中，安全阀入口腔内的压力介质也随之升温升压，与压力介质相接触的入口法兰57、主阀瓣44主阀体43下部，以及主阀座42和与之相固接的主阀出口腔下壁也随之升温，接受升温的部件，通过导热将热量传递给主阀体43的上部筒体以及上部的缸衬37、活塞36、螺母34和上密封盖59等，因自入口法兰上表面至压紧螺盖30的上端面，包括右出口法兰的左端面至主阀体的管筒部分都套固着保温套筒35、29等，因保温套筒35、29等是导热性能极差的材料构成，使主阀体43的外表面因空气对流传热散失到空气中的热量极少，使得整个主阀(包括其内部零件)的温度可做到极接近压力介质的温度。

进入主阀43入口腔的压力介质的热量，以对流传热的方式，将热量传递给脉冲管46和过滤器41、脉冲管39、辅阀座20的入口腔壁、辅阀17的顶部空腔腔壁和内外套管24和25以及与套管25相焊接的主阀体43上部筒体部位和放气阀的入口管、入口腔，因上述这些腔壁、管壁的外表面设置保温套筒47、48、26等，极大地减少了因周围空气对流传热面散失的热量，可使上述腔壁、管壁的温度极接近压力介质的温度。当系统出现事故超压时，作用在波纹管9上端的介质压力上升使波纹管芯棒5下移，波纹管芯棒5下移的过程中，横栓18也随之下移，δ值减少，直至δ＝0，当系统压力达到安全阀的开启压力时，辅阀瓣19开启，压力介质自主阀的入口腔经脉冲管47、过滤器41、脉冲管39、辅阀座20的入口腔、辅阀座20的出口腔、脉冲管24(即内套管24)快速进入主阀活塞36的上腔，推使主阀活塞36向下移动，通过主阀杆40顶开主阀瓣44，排放压力介质。当系统压力下降到安全阀的关闭压力时辅阀瓣19关闭，主阀瓣44随即关闭。因系统超压，安全阀开启释放压力介质的过程中，压力介质自主阀入口腔，经脉冲管47、过滤器41、脉冲管39、辅阀瓣19的开启处，进入脉冲管24直达主阀活塞36的上腔，包括自主阀活塞36的上腔和主阀瓣44的开启至主阀出口的压介质流，沿途的管壁、腔壁、筒壁都要与快速流过的压力介质接触，如果管壁、腔壁、筒壁间存在温度差，就要产生热冲击应力。因本发明采取的上述内外套管结构和保温套筒、套管等，可使上述管壁、腔壁、筒壁等的温度都接近予压力介质的温度，因而使热冲击应力接近于零。

如图1所示，使用电接点压力表可自动操纵电磁阀6开启，也可用手动远距离操纵电磁阀6开启，使压缩空气通过电磁阀6经脉冲管7进入辅阀下端弹簧外筒2的气动活塞53的上空间，压缩空气使气动活塞53的上端面作用一个向下的力，向下压缩控制弹簧54的同时，通过与活塞53相固接的波纹管芯棒5向下移动，接着与波纹管芯棒上端部件相固接的横栓18下移，将辅阀瓣19拉开，主阀瓣44随之开启释放压力介质，当系统压力下降一定的值后，电接点压力表令电磁阀6关闭，(也可手动关闭电磁阀6)，辅阀瓣19关闭，主阀随之关闭，完成一次自动(或强制)释放。

当主阀瓣44开启正处于释放时，要终止释放，也可使用电接点压力表(也可手动)令电磁阀4开启，使压缩空气进入弹簧外筒2的气动活塞53的下空腔，使气动活塞53上移，波纹管芯棒5上移，横栓18随之上移，小圆柱螺旋弹簧50随即推使辅阀瓣19上移，使处于开启状态的辅阀瓣19关闭，主阀瓣44也随即关闭。

附图说明

图1是表示排除热冲击安全阀的最佳实施例的结构简图。

具体实施方式

本发明提供的排除热冲击安全阀是由主阀、辅阀、保温套筒、过滤器、放气阀、电磁阀和脉冲管等组成。主阀座42紧固在主阀体43中，外加熔焊予以密封，主阀瓣44覆盖在主阀座42上，主阀杆40的下端通过螺塞45的旋入，使其与主阀瓣44相连，上端穿过活塞36，用螺母34，拧固在主阀活塞36上，主阀活塞36置于缸衬37中。主阀预紧弹簧38，置于缸衬37的凹槽中，上端与主阀活塞36接触，下端与缸衬37的凹槽底部接触，并受到一定程度的压缩，压缩所产生的力，通过主阀杆40传递给主阀瓣44，使主阀瓣44对主阀座42产生一个初始预紧力，缸衬37自上而下置于主阀体43的上腔中，主阀活塞36通过活塞环33与缸衬37相接触，并维持密封。密封盖59置于缸衬37的上端，在密封盖59与缸衬37之间设置有三角形密封垫圈32，三角形密封垫圈32的上端与压紧筒31接触，压紧螺盖30拧固在主阀体43的上端，通过它的旋紧，施压于压紧筒31，三角形密封垫圈32在压紧筒31的作用下，使其与密封盖59和缸衬37紧密接触，维持密封。，保温套筒35套固在主阀体43壳体的外表上，保温套筒29套固在压紧螺盖30的圆柱外表面和上端面上。

辅阀结构如图1的左部所示，辅阀座20置于辅阀上隔板中，并施以密封焊，辅阀瓣19覆盖在辅阀座20上，上端以细棒定位，细杆插入辅阀座20的中心孔内，辅阀瓣19的下端面与推杆14相接触，推杆14的下端与小圆柱螺旋弹簧50接触，预紧弹簧49的下端与波纹管芯棒5内孔的下端面接触，波纹管芯棒5的上端以螺纹连接的方式与连接外筒15相固接，上台阶面与波纹管9的上端法兰相接触并实施熔焊以保持密封，与波纹管9的下端法兰8同轴同外径接触处熔焊在一起的管接头50的下小径段伸出承压套管48，并与承压套管48熔焊在一起，波纹管芯棒5的下段自管接头50伸出台阶下的圆棒以螺纹连接的方式与活塞53相固接，伸出活塞53的细杆插入弹簧座55的中心孔内，弹簧座55的上端面与活塞53的下内端接触，控制弹簧54的上端与弹簧座55相接触，下端与弹簧下盖56接触，调节螺钉1自弹簧外筒2底端以螺纹的方式旋入接触弹簧盖56，调节螺钉1的旋入旋出，可使弹簧盖56上下移动，弹簧盖56的上下移动，可调整控制弹簧54的压缩量以调整辅阀瓣19的开启压力定值.承压套管48上端以插入的方式进入辅阀体17中，与其内台阶面相接触，承压套管48的外侧设有三角形密封垫圈12，其下端与压紧筒11相接触，弹簧外筒2的上端以螺纹连接的方式旋在辅阀体17上，它的旋转可压紧压紧筒11，使密封垫圈12紧贴在承压套管54和辅阀体17上，以维持密封，辅阀体17的上端以螺纹连接的方式与上端盖23相固接，并施以密封焊，出口盖22以螺纹连接的方式与辅阀的上隔板相固接，连接端设置有密封垫21，以维持辅阀座20的出口腔与上顶空腔间的密封。连接辅阀座20的出口腔和主阀活塞35上腔的脉冲管24，下端以焊接的方式，固接在出口盖22上，脉冲管24的外套管25的下端，也以焊接的方式，固接在上端盖23上，内外套管的另一端相互焊接，外套管25穿入主阀体42进入主阀活塞35的上腔时，外套管25与主阀体42的筒体相焊接，自主阀体42的入口腔至辅阀座入口腔的脉冲管45，过滤器40和脉冲管38的外部套固有保温套筒46，辅阀座20的入口腔壁、顶部空腔壁和内外套管24、25以及放气阀27的入口腔和连接放气阀27的入口脉冲管的外表面套固有保温套筒26、47。电磁阀6的出口管7与弹簧外筒2相焊接，与活塞53的上腔相通，电磁阀4的出口管3与弹簧外筒2相焊接，与活塞53的下腔相通。电磁阀6的开启，可导致辅阀瓣19开启，电磁阀4开启，可使开启的辅阀瓣19关闭。

Claims (3)

1.一种排除热冲击安全阀，它包括立式正装的主阀和倒装的辅阀，主阀和辅阀的轴线均垂直于水平面，主阀入口在下端，主阀活塞在上端，倒装的辅阀入口在上端，控制弹簧在下端，其特征在于：自主阀入口法兰上端面至主阀体上端的压紧螺盖的上端面套固有保温套筒和右出口法兰的左端面至主阀体的外表面也套固有保温套筒，辅阀的辅阀座紧固在辅阀的上隔板中并施以密封焊，其出口覆盖有辅阀座出口盖，辅阀座出口盖以螺纹连接的方式与上隔板相固接，辅阀座出口盖下端面设置有密封垫圈以保持密封，辅阀座出口盖的上部覆盖有上端盖，上端盖以螺纹的形式与辅阀体上端相固接并施以密封焊，上端盖与辅阀座出口盖和上隔板构成一个顶部空腔，辅阀座入口腔通过上隔板上的通孔与顶部空腔相通，连接自主阀入口腔至辅阀入口腔之间的脉冲管开始以一定坡度向上延升，接触到过滤器入口后垂直上升穿过过滤器，自过滤器出来后又以一定的坡度上升并与辅阀座入口腔相连接，自辅阀座出口腔至主阀活塞之间的脉冲管外面套有一根与其同轴的外套管，外套管内的脉冲管即为内套管，所述脉冲管下端穿过上端盖且不与上端盖接触，所述脉冲管下端与上盖板相焊接并与辅阀座的出口腔相通，外套管的下端与上端盖相焊接并与顶部空腔相通，内、外套管以一定的坡度上升进入到主阀活塞上腔，外套管穿过主阀筒壁时与其相焊接，外套管中的脉冲管与主阀活塞上腔相通，脉冲管端外与外套管相焊接，在接近主阀筒壁外面的外套管上设置有放气阀用于系统充水时排气，自主阀入口腔至辅阀入口腔之间的脉冲管、过滤器的外表面上套固有保温套筒，自辅阀入口腔外表至辅阀上端面套固有保温套筒，自上端盖至主阀活塞上腔的筒壁外表的外套管、设置在外套管上的放气阀入口腔及其与外套管连接的入口脉冲管的外表面均套固有保温套筒，外表套固有保温套筒的筒壁、管壁、腔壁的温度始终接近压力介质的温度，使热冲击应力接近于零。

2.根据权利要求1所述的一种排除热冲击安全阀，为避免弹簧在高温作用下的松弛变形，作为辅阀瓣的预紧弹簧布置在辅阀下段波纹管芯棒的空腹中，中间设置有推杆，上端面与辅阀瓣的下端面相接触，下端面与预紧弹簧的上端面相接触，传递预紧弹簧被压缩后的作用力，此力成为辅阀瓣和辅阀座之间的预紧密封力。

3.根据权利要求2所述的一种排除热冲击安全阀，通过脉冲管将两个电磁阀连接在辅阀弹簧外筒下端的外侧，两个电磁阀其中之一通过脉冲管使其出口与气动活塞的上腔相通；以螺纹连接的方式，气动活塞紧固在波纹管芯棒的下端；另一电磁阀，其出口通过脉冲管使其与气动活塞的下腔相通，前一电磁阀通电开启时，可将压缩空气送到气动活塞上腔，使气动活塞作用一个向下的力，使与其相固接的波纹管芯棒下移，最终拉开辅阀瓣，释放压力介质；后一电磁阀通电开启时，可将压缩空气送到气动活塞的下腔，使气动活塞作用一个向上的力，使与其相固接的波纹管芯棒上移，最终推使正处在开启状态下的辅阀瓣关闭，停止压力介质的释放。

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