CN111006049A - 灭火系统的排放阀 - Google Patents

Abstract

一种排放阀(1)，用于调节加压流体从高压容器向设计用于较低压力的灭火系统的管道设备的排放。排放阀(1)包括主体(2)，该主体(2)具有连接到压力容器的入口(20)，将调节后的压力排放到管道设备的出口(21)，以及通过不同的通道相互连通的多个腔室，加压流体在这些多个腔室中流动。排放阀(1)具有线性可动机构(3)，该线性可动机构(3)控制加压流体从第一腔室(C1)向主腔室(C3)的流动，圆柱形套筒(5)包括多个孔口(D2)，其中所述圆柱形套筒(5)也独立于可动机构(3)线性移动，从而通过改变孔口(D2)与排放口(21)的对准来将加压流体的压力值调节到合适的排放压力。

Description

灭火系统的排放阀

技术领域

本发明公开了一种用于加压设备(例如灭火系统)的排放阀，其中，在相对较高的压力下存储加压流体，并将其排放到适于中低压力的流体分配设备中。

加压流体是储存在压力高达300巴的加压容器中的灭火剂(fire-fightingagent，也称为extinguishing agent或gaseous fire suppression agent(气态灭火剂))，优选为清洁气体灭火剂(clean agent)，例如惰性气体，包括氮气、氩气、二氧化碳以及其他合适的哈龙替代品。

背景技术

在当前的现有技术中，存在各种可用的排放阀，这些排放阀通常用于调节加压流体的压力，加压流体存储在处于高压下(至少150巴)的压力容器，该压力容器被插入到集中管道设备(例如使用一个或多个排放阀的消防系统)中。

由于设计适合于更高压力的管道设备会大大增加成本和可用材料和空间的使用、以及所需的维护，所以通常将管道设备设计为用于较低的压力，一般设定在大约50巴和100巴之间，因此在加压流体(清洁气体灭火剂)进入消防系统的管道设备之前使用排放阀来降低和调节其压力。

美国专利US 5899275公开了一种旨在解决该问题的排放阀。所公开的排放阀连接到惰性气体加压容器，并且设计成根据从恒压气体源插入排放阀中的参考压力来调节排放到管道设备中的加压流体压力。由于第一弹簧的作用，排放阀保持在关闭位置，该第一弹簧作用于阻塞流道的流道阀。来自恒压源的参考压力通过与压力容器相对的入口插入到排放阀中，并作用在必须克服第二活塞以及第一弹簧的活塞上，以移动流道阀而打开流道。当流道被打开时，来自压力容器的惰性气体作用在活塞的另一端，形成平衡，因此，排放压力保持等于所插入的参考压力。因此，可以通过改变参考压力、改变所用弹簧的弹簧常数或改变活塞的直径比来调整和调节排放压力。

但是，在这种排放阀中，通过弹簧和力平衡来调节插入分配系统中的加压流体的出口排放压力，其中该力平衡是来自流体容器的高加压流体作用于活塞的一端的表面区域的结果，该活塞调节加压流体的流量，位于排放阀的入口附近，第二调节压力也沿相反的方向作用在排放阀的活塞的另一端，弹簧产生的反作用力也作用在活塞的表面上。因此，如果排放压力低于或高于预定的排放压力，则活塞移动，以分别增加或减少加压流体的流量，从而调节排放压力。由于从储存高加压流体的压力容器中流出湍流且该湍流不恒定，当储存在容器中的加压流体的量减少时该湍流也成比例地减少，所以插入排放阀中并作用在活塞表面区域上的高压很难控制。

因此，这种类型的排放阀在以受控方式调整或调节排放压力方面存在若干问题，本发明旨在通过限制调节排放压力所涉及的部件来克服这些问题。

发明内容

本发明公开了一种排放阀，用于调节在150巴至300巴的压力下存储在加压容器或罐中的加压流体，从而使其能够排放到管道设备中，该管道设备设计用于优选50巴至90巴的压力范围。在一个特定实施例中，管道设备是消防系统的一部分，其也可以是需要使用一个或多个排放阀的其他合适系统的一部分。因此，加压流体是清洁气体灭火剂，优选为惰性气体，例如氮气、氩气、碳酸酐等。本文公开的排放阀旨在解决在现有技术中发现的问题。

排放阀包括主体，该主体已经过模制、定型和/或加工，使得其包括多个中空腔室，这些中空腔室通过具有不同横截面的各种通道连接，所述主体包括：第一入口，通向第一加压腔室，排放阀的所述第一入口通过诸如螺纹连接器之类的适当连接方式连接至加压流体容器的输出，当然也可以使用其他可拆卸或不可拆卸的连接方式，例如钎焊或焊接；第二入口，通向布置在排放阀主体顶部上的气动致动器的第二加压腔室，与加压流体容器的压力入口相对，并与压力源连接；以及排放口，与管道设备的入口连接。

在特定实施例中，第一加压腔室还包括基本平行于排放压力出口的一个或多个横向通道，其可通向破裂盘和/或适于连接辅助装置(例如接入阀)的螺纹连接器。

破裂盘(也称为压力安全盘、防爆膜或防爆膜片)用作排放阀的泄压安全措施，保护排放阀以及与之连接的系统或装置不至于过压。破裂盘是一次性使用的安全元件，因此用户必须易于取用，以便在必要时进行更换。

另一方面，如前所述的螺纹连接器可用于连接辅助设备，例如接入阀。在该情况下，所述接入阀用于引导从流体存储容器插入第一加压腔室的加压流体的一部分，并将其用作通向气动致动器的第二加压腔室的第二入口的压力源。因此，插入第一腔室中的加压流体也以受控的方式用于通过将其插入气动致动器中来操作排放阀的可动机构。

该阀还包括可动机构，该可动机构包括活塞和第一弹簧，该可动机构配置成响应于由压力源对可动机构产生的向下的力或压力而沿阀体的中心轴线在关闭位置和打开位置之间进行线性运动，使得在所述打开位置，来自压力容器的加压流体从阀体的第一腔室输送到主腔室，该主腔室在多个中空腔室之中直接位于第一腔室之后。可动机构的活塞的远端上布置有塞子，其与所述第一弹簧的上环形表面接触，该塞子控制加压流体在第一腔室和主腔室之间的流动。

在特定实施例中，可动机构由于第二活塞而移动，该第二活塞配置成通过气动致动器的第二压力腔室插入的压力而进行线性运动，该气动致动器在第二活塞上产生向下的压力或力，该压力或力进而在可动机构的活塞上产生线性向下运动。由于第二活塞在可动机构的活塞上的线性向下运动，活塞从关闭位置切换到打开位置，克服了第一弹簧的反作用力，以使加压流体进入主腔室。

该第二活塞也是包括第二加压腔室的气动致动器的一部分。

因此，可动机构的活塞的线性运动受到所使用的第一弹簧的预设载荷、第二活塞的冲程或两者的组合的限制。此外，可动机构的活塞和气动致动器的第二活塞是同轴的。

然而，可动机构在排放阀中具有的唯一作用是以基本受控的流量调节插入排放阀中的加压流体从第一加压腔室到主加压腔室的流动。

为了将加压流体的压力调节和调整到期望的排放压力以通过排放口插入管道设备，排放阀还包括圆柱形套筒，该圆柱形套筒具有与可动机构同轴的环形内壁。此外，圆柱形套筒配置成搁置在阀的第二预设弹簧的顶部上并围绕该第二预设弹簧，该第二预设弹簧在圆柱形套筒的环形内壁上产生反作用力。

圆柱形套筒包括多个孔口，这些孔口径向分布并且与套筒的端部等距，这些孔口优选彼此等距。该多个孔口基本上与主腔室的横向进给通道对准，该横向进给通道通向排气通道(其通向阀的排放口)并通向环形出口腔室，使得可以同时从主腔室向所述环形出口腔室以及排放口输送加压流体。

出口腔室还通过通道连接到调节腔室，该调节腔室允许加压流体在圆柱形套筒的与圆柱形套筒的内壁相对的环形上表面上施加压力，以抵消第二弹簧的相反力。

调节腔室还通过一个或多个排放通道与阀的排放口连通，使得由于加压流体从主腔室流向排放口而产生抽吸或真空，加压流体在所述排放通道的端部(在排放口侧)产生文丘里效应或现象。

调节腔室中的压力值发生变化，并使圆柱形套筒进行动态线性双向运动，以根据孔口相对于通道在阀体内的轴向位置来调节输出到管道设备中的流体的压力。

应理解，参考诸如平行、垂直、相切等几何位置允许与由该命名法则定义的理论位置相差高达±5°。

还应理解，给定的任何数值范围在极限值上可能不是最佳的，并且可能需要针对这些极限值对本发明做出适应性改变，而这种适应性改变在技术人员的能力范围内。

根据以下对实施例的详细描述，本发明的其他特征将显现。

附图说明

根据以下参照附图以说明性和非限制性的方式对实施例进行的详细描述，将更充分地理解前述以及其他的优点和特征，其中：

-图1a图示了排放阀的截面，该截面示出了阀的内部，该阀的内部包括分别在图1b和图1c中表示的细节区域A和B；

-图2示出排放阀中包括的圆柱形套筒以及该套筒的不同部分；以及

-图3是排放阀的简化示意图，其表示阀中发生的力平衡。

具体实施方式

图1a，以及图1b和图1c中所示的分别对应于图1a中所示细节A和B的后续细节图图示了排放阀1的截面，该截面示出了主体2的内部以及包括在其中的不同部件，并且示出了排放阀1的不同腔室和通道如何分布。排放阀1包括由活塞30构成的可动机构3，该活塞30的一端设置有塞子31，该可动机构3调节加压流体在排放阀1的第一腔室C1和主腔室C3之间的流动。在某些实施例中，可以将额外的垫圈32插入塞子31的凹部中以确保适当的密封。

可动机构3进行线性运动，并且最初处于关闭位置，直到气动致动器4中包括的第二活塞40向下进行线性运动，这使得可动机构3的活塞30移动，从而抵消由第一弹簧6产生的力。第二活塞40借助于作用在第二活塞40的表面上的第二压力移动，其中，所述第二压力从压力源通过入口41插入第二加压腔室C2中。

排放阀1还包括圆柱形套筒5，该圆柱形套筒5的一端具有环形内壁5a(如图2所示)，该圆柱形套筒与活塞30同轴，所述环形内壁5a安装在同轴的第二弹簧7上并与其接触，并且包括多个孔口D2。在初始位置，圆柱形套筒5的孔口D2与来自主腔室C3的横向进给通道D1基本对准，使得一旦可动机构3移动到打开位置，加压流体就可以进入环形出口腔室C4。

图1b示出如图1a中所引用的细节视图A，其示出破裂盘(rupture disc)8的放大图，该破裂盘8位于第一腔室C1的横向通道中，基本上平行于通向主体2外部的排放口21。破裂盘8用作安全装置，以避免排放阀1中压力过大。

另一方面，图1c示出如图1a中所引用的细节视图B的放大图，以更好地理解前述不同腔室C3、C4和C5以及不同通道D1、D2、D3、D4和D5是如何连接的。

在排放阀1的特定实施例中，排放阀1可包括一个或多个增加阀1的安全性和/或性能的辅助部件，例如一个或多个垫圈和/或O形圈，其布置在与圆柱形套筒5相邻并且靠近圆柱形套筒5的孔口D2位置的凹部中，例如位于圆柱形套筒5的孔口D2下方的垫圈10，这些垫圈和/或O形圈有助于引导加压流体的流动，避免可能的泄漏。可动机构3的活塞30的塞子31还可以包括垫圈32，该垫圈32布置在所述塞子31的凹部中，以便充分密封排放阀1的第一腔室C1和主腔室C3之间的开口，以避免可能的泄漏，其中该泄露会产生压力损失，从而影响排放阀1的整体性能。

这些垫圈10、32以及位于排放阀中的其他垫圈和O形圈优选地由能够承受高压作用而不会迅速降解的合适聚合物(例如硅或聚四氟乙烯(PTFE))制成，其中PTFE常被称为Teflon或Viton(它们是经常使用的不同含氟聚合物组合物的品牌名称)。

为了调节加压流体并将其从一个或多个压力容器中排放到管道设备(未显示)中，在排放阀1中执行以下步骤，如图1a所示：

i.将存储在压力容器中的加压流体释放到邻近排放阀1入口20的第一加压腔室C1中；

ii.通过将压力从压力源插入到第二腔室C2中来对气动致动器4的第二腔室C2加压，直到压力能够移动气动致动器4的第二活塞40，这进而使可动机构3的活塞30移动，抵消第一弹簧6施加在活塞30的塞子31上的力，从而通过移动设置在活塞30的端部的塞子31，使第一腔室C1中的加压流体流入排放阀1的主体2的主腔室C3中；

iii.然后，主腔室C3中的加压流体通过横向进给通道D1流向出口环形腔室C4，其中该出口环形腔室C4围绕并邻近主腔室C3，该横向进给通道D1与圆柱形套筒5的孔口D2基本对准；

iv.然后，出口腔室C4中的加压流体同时流向排放通道D3，该排放通道D3通向排放阀1的排放口21，并流向环形调节腔室C5；

v.调节腔室C5中的加压流体通过作用在圆柱形套筒5的上环形表面上而使圆柱形套筒5移动，从而抵消由第二弹簧7施加的力，该第二弹簧7对圆柱形套筒5的相对的内环形表面施加抵消力，直到加压流体施加的压力接近所需的排放压力为止；

vi.同时，发生文丘里效应(Venturi effect)或现象，在排放通道D5的靠近排放口21的一端产生抽吸或真空；

vii.一旦圆柱形套筒5的孔口D2不再与出口腔室C4对准，并且与垫圈10相邻或接近，则加压流体停止向排放口21流动，使得排放压力不超过预定值；以及

viii.当加压流体的流动中断时，作用在圆柱形套筒5上的向下的力逐渐减小，因此不再抵消由弹簧7产生的力，从而弹簧7使圆柱形套筒5返回到其初始开始/原始位置，以便重新开始循环。

因此，由于圆柱形套筒5进行的向上和向下线性运动，压力的动态控制发挥作用。

如图3示意性所示，在排放阀1的特定实施例中，通过气动致动器4的入口41插入第二腔室C2中的压力源可以是借助于合适的辅助装置或机构直接插入排放阀1中的加压流体，其中该辅助装置或机构连接到第一腔室C1的连接器9以及气动致动器4的入口41。

图2示出圆柱形套筒5的正视图和截面图、以及圆柱形套筒5的环形表面区域A_R的截面，并且示出多个孔口D2如何在空间上围绕圆柱形套筒5的主体的下部布置。孔口D2沿径向围绕圆柱形套筒分布，优选相对于套筒5的端部位于相同高度并且彼此等距。圆柱形套筒5包括端部环形内壁5b，该端部环形内壁5b用于将其自身支撑在第二弹簧7上。

最后，图3示出所公开的排放阀1的示意性简化表示，并且参考了必须考虑的不同压力和力(其中力F可以是压力P乘以表面积A的结果，其中在所述表面积A上施加所述压力P)，例如：

-加压流体的高压Po，其从高压容器(未显示)通过入口20插入排放阀，必须对其进行调节以减小该压力；

-开启压力Pk，其用于使排放阀1的可动机构3移动，在该特定实施例中，该开启压力Pk等于插入排放阀1中的Po；

-调节压力P_R，其等于由于已经通过了阀内的不同阶段并且对圆柱形套筒5的与内壁5b相对的表面施加了压力而略微减小的压力Po；

-排放压力Pf，由于调节和减小了加压流体的高压Po，排放压力Pf从排放口21出来进入消防系统的分配设备或管道设备；以及

-力F_SP，其是由第二弹簧7沿与调节压力P_R相反的方向作用在圆柱形套筒5的内环形壁5b上的力，该力F_SP抵消了调节压力P_R。

本文公开的排放阀1与现有技术中可用的其他排放阀不同，这是由于以下事实：作用在可动机构3的特定区域(例如活塞30的塞子31以及第二活塞40)上的压力Po和Pk除了在必要时移动可动机构3以使加压流体能够进入排放阀1之外，对加压流体的调节均无影响。

为了获得设定的排放压力Pf而使用的唯一力是向下调节力F_R，该向下调节力F_R是调节压力P_R乘以圆柱形套筒5的与内壁5b相对的上表面面积A_R(如图2所示)得到的结果，并且相反的力F_SM由第二弹簧7施加。

因此，所公开的阀1无需考虑由高压Po产生的影响，其中高压Po不稳定、难以控制且当被排放到阀1中时其流量不恒定。

可以理解，本发明的一个实施例的各个部分可以与其他实施例中描述的部分自由地组合，即使所述组合未被明确描述，只要该组合不会造成危害便可。

Claims (11)

1.一种排放阀，用于调节从加压容器排放到管道设备中的加压流体，所述排放阀包括主体，所述主体具有通过横截面不同的通道连接的多个中空腔室，所述主体包括：

-第一加压腔室(C1)和第二加压腔室(C2)，所述第一加压腔室(C1)连接到加压流体(Po)容器，所述第二腔室(C2)连接到压力源，

-排放口(21)，连接到所述管道设备，

-可动机构(3)，配置成响应于所述压力源而在关闭位置和打开位置之间沿着阀体(2)的中心轴线进行线性运动，其中，在所述打开位置，所述加压流体从第一腔室(C1)输送到主腔室(C3)，

其特征在于，所述排放阀(1)还包括圆柱形套筒(5)，所述圆柱形套筒(5)具有与所述可动机构(3)同轴的环形内壁(5b)，所述圆柱形套筒(5)搁置在预设弹簧(7)的顶部并包围所述预设弹簧(7)，所述预设弹簧(7)配置成对所述环形内壁(5b)施加相反的力，加压流体从所述主腔室(C3)通过所述主腔室(C3)的横向进给通道(D1)输送到出口腔室(C4)以及排放口(21)，其中所述横向进给通道(D1)与圆柱形套筒(5)的孔口(D2)对准；

其中，所述出口腔室(C4)还通过通道(D4)与调节腔室(C5)连接，所述调节腔室(C5)与所述圆柱形套筒(5)的与所述内壁(5b)相对的环形上表面配合，以对所述上环形表面(A_R)施加压力而抵消所述弹簧(7)的相反力；以及

其中，所述调节腔室(C5)还通过至少一个排放通道(D5)与所述排放口(21)连通，从而通过离开所述排放口(21)的加压流体(Po)，在所述排放通道(D5)的一端产生文丘里效应；

由此所述调节室(C5)的压力值发生变化，并使圆柱形套筒(5)进行动态线性双向运动，以根据所述孔口(D2)相对于所述横向进给通道(D1)在所述阀体(2)内的轴向位置来调节输出到管道设备中的加压流体(Pf)的压力。

2.根据权利要求1所述的排放阀，其中，所述可动机构(3)包括活塞(30)和弹簧(6)，其中，所述活塞(30)的远端包括塞子(31)，所述塞子(31)与所述弹簧(6)的上环形表面接触，所述弹簧(6)控制加压流体(Po)在第一腔室(C1)和主腔室(C3)之间的流动。

3.根据权利要求2所述的排放阀，其中，所述可动机构(3)还包括第二活塞(40)，所述第二活塞(40)配置成通过插入第二压力腔室(C2)中的压力进行线性运动，所述第二压力腔室(C2)配置成对所述第二活塞(40)施加向下的压力，所述向下的力进而使活塞(30)进行线性运动，其中活塞(30)从关闭位置转换到开启位置，克服了弹簧(6)的反作用力。

4.根据权利要求2或3所述的排放阀，其中，所述活塞(30)的线性运动受所述弹簧(6)的预设载荷、所述第二活塞(40)的冲程或其组合的限制。

5.根据权利要求3所述的排放阀，其中，所述活塞(30)和所述第二活塞(40)是同轴的。

6.根据权利要求1所述的排放阀，其中，所述圆柱形套筒(5)包括多个孔口(D2)，所述多个孔口(D2)沿径向分布并且与所述套筒(5)的端部的距离相等。

7.根据权利要求6所述的排放阀，其中，所述多个孔口(D2)彼此等距。

8.根据权利要求1所述的排放阀，其中，所述阀体还包括一个或多个垫圈(10)，所述垫圈(10)布置在与所述圆柱形套筒(5)相邻且靠近所述圆柱形套筒(5)的所述孔口(D2)的位置的凹部中。

9.根据权利要求1所述的排放阀，其中，所述第一腔室(C1)还包括破裂盘(8)和/或用于连接辅助设备的连接器(9)。

10.根据权利要求1所述的排放阀，其中，所述第二腔室(C2)和所述第二活塞(40)是布置在所述排放阀(1)的主体(2)的顶部上的气动致动器(4)的一部分，与加压流体(Po)的压力入口(20)相对。

11.根据权利要求1所述的排放阀，其中，所述横向进给通道(D1)对准并面对所述出口腔室(C4)的入口以及通过所述排放通道(D3)对准并面向所述排放口(21)的入口。

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