CN111219382A - 一种水介质矿用大流量安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水介质矿用大流量安全阀。该矿用安全阀的工作介质为水，包括：阀体外壳，阀体外壳的一端与矿用液压系统的液压腔连通；安装在阀体外壳的内部的阀芯组件，包括进液阀芯和导向套，进液阀芯和导向套分别设有进液孔和过液孔；用于调节设置预定阀值的弹性件，弹性件与进液阀芯接触配合；以及用于连接矿用液压系统的回液装置的第二接头，第二接头与导向套上的过液孔连通；其中，阀芯组件构造成能够在液压腔的压力达到预定阀值时使进液阀芯推动阀座而压缩弹性件，以使进液孔和过液孔对准而将液体通过第二接头排入回液装置中，从而使液压系统的工作压力不大于预定阀值，对阀体外壳、进液阀芯、阀座和导向套进行表面硬化处理。

Description

一种水介质矿用大流量安全阀

技术领域

本发明属于液压元件技术领域，具体地涉及一种水介质矿用大流量安全阀。

背景技术

在液压系统中，安全阀作为液压系统的保护元件，其用于控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要的保护作用。在煤矿开采作业工程中，安全阀应用广泛。

目前常用的矿用安全阀的工作介质一般为乳化液，而乳化液是由水和油按一定比例混合而成。由此，乳化液具有一定的润滑特性，传统的安全阀能够满足一般工作需求，其防腐耐磨性要求不高。然而，近年来，随着大采高、放顶煤支架的应用，液压系统的工作阻力不断增大，工况环境也不断变化，这些都对安全阀性能的稳定性能、动态性能及寿命要求越来越严格。

然而，现有的矿用安全阀仍然存在一些问题。例如，传统的矿用安全阀通常采用普通的不锈钢材料制成，其防腐耐磨性差。在动密封副配合的零部件采用相同的材质，导致动密封副之间的硬度相同，在运动过程中容易产生卡滞或粘粘的问题。在零部件的螺纹连接处材质的韧性和粘性较大，导致在螺纹连接处容易产生卡滞及粘扣问题，进而影响安全阀的拆卸，这些都严重影响了安全阀的使用性能和使用寿命。当工作介质为水时，现有的矿用安全阀无法满足稳定性能、动态性能及寿命等要求，严重影响开采作业的顺利进行。

因此，亟需一种能够有效避免在安装或拆卸过程中出现卡滞和粘扣问题的矿用安全阀。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提供了一种水介质矿用大流量安全阀，这种水介质矿用安全阀能够显著提高其防腐耐磨性，并且能够有效避免在装配和工作过程中出现卡滞和粘扣问题，从而显著提高了水介质矿用安全阀的安全性能，且有利于使用寿命的延长。

为此，根据本发明，提供了一种矿用安全阀，所述矿用安全阀的工作介质为水，所述矿用安全阀包括：阀体外壳，所述阀体外壳的一端通过第一接头与矿用液压系统的液压腔连通；安装在所述阀体外壳的内部的阀芯组件，所述阀芯组件包括同轴心安装的进液阀芯和导向套，所述进液阀芯和所述导向套分别设有进液孔和过液孔；用于调节设置预定阀值的弹性件，所述弹性件的一端通过阀座与所述进液阀芯的端部接触配合；以及固定连接在所述阀体外壳的外壁上且用于连接矿用液压系统的回液装置的第二接头，所述第二接头与所述导向套上的所述过液孔连通；其中，所述阀芯组件构造成能够在液压腔的压力达到所述预定阀值时使所述进液阀芯推动所述阀座而压缩所述弹性件，以使所述进液孔和所述过液孔对准而将液体通过第二接头排入回液装置中，从而使液压系统的工作压力不大于所述预定阀值，对所述阀体外壳、所述进液阀芯、所述阀座和所述导向套进行表面硬化处理。

在一个优选的实施例中，所述阀体外壳、所述进液阀芯、所述阀座和所述导向套的硬度为200HRC到320HRC的范围内。

在一个优选的实施例中，所述阀体外壳、所述进液阀芯、所述阀座和所述导向套进行表面硬化处理的温度处于300-600℃的范围内，且调制温度高于表面处理温度。

在一个优选的实施例中，在进行表面硬化处理过程中，对所述阀体外壳两端设有的用于连接所述第一接头和所述螺堵的螺纹连接部形成的螺纹尖角作圆滑过渡处理。

在一个优选的实施例中，在所述进液阀芯与所述导向套之间设有密封件而形成动密封。

在一个优选的实施例中，所述密封件采用二硫化钼或聚四氟乙烯材料制成。

在一个优选的实施例中，所述进液阀芯的过液孔的直径设置成小于所述导向套的进液孔的直径，在所述阀体外壳的对应安装所述导向套的侧壁上设有通孔，第二接头通过所述通孔与所述进液孔连通。

在一个优选的实施例中，在所述阀体外壳内设有第一台肩，所述阀芯组件和所述阀座分别抵靠在所述第一台肩的相对的轴向端面上，且所述进液阀芯与所述阀座之间采用圆锥面接触配合。

在一个优选的实施例中，所述弹性件的另一端通过螺堵固定安装，所述螺堵固定连接到所述阀芯外壳的另一端，通过所述螺堵能够调节所述弹性件以设定所述预定阀值。

在一个优选的实施例中，所述水的PH值在6到9之间，所述水的电导率小于300μs/cm。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的水介质矿用大流量安全阀的结构。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“左”、“右”、等均是针对所参照的附图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了根据本发明的水介质矿用大流量安全阀100的结构。如图1所示，水介质矿用大流量安全阀100包括阀体外壳110，该阀体外壳110构造成圆筒状。在阀体外壳110的两端的内部上分别设有内螺纹，从而使阀体外壳110的两端形成连接扣，分别用于连接其他零部件。在阀体外壳110的一端(图1中的左端)固定连接有第一接头120，第一接头120用于与液压系统的液压腔连通。第一接头120设有能够与阀体外壳110的内的内螺纹适配连接的外螺纹。由此，第一接头120与阀体外壳10通过螺纹连接方式形成固定连接。

在本实施例中，在阀体外壳10的靠近一端(图1中的左端)的内壁上设有形成台阶状的第一台肩111和第二台肩。第一接头20的端面与阀体外壳10内的第二台肩面接触，并且在第一接头20的端面与阀体外壳10内的第二台肩面之间设有密封圈。第一台肩111的作用将在下文进行介绍。

根据本发明，水介质矿用大流量安全阀100还包括设置在阀体外壳110内的阀芯组件130，阀芯组件130安装在阀体外壳110的第一台肩111的一个轴向端面上。阀芯组件130包括同轴心安装的进液阀芯140和导向套150。进液阀芯140和导向套150上分别设有进液孔141和过液孔151。阀芯组件130构造成在正常状态下关闭，并能够在液压腔的压力达到水介质矿用大流量安全阀100的预定阀值时使进液阀芯沿导向套150轴向运动，从而使进液阀芯140的进液孔141和导向套150的过液孔151对准而打开，进而排出液体以降低液压腔内阀液体压力。

在本实施例中，在进液阀芯140与导向套150设有密封件152。优选地，密封件152设置在导向套150的过液孔151的轴向两侧，从而使进液阀芯140与导向套150形成动密封。密封件152可以采用二硫化钼或聚四氟乙烯材料制成，这能够保证密封件152具有较低的摩擦且耐磨性高，能够有效保证进液阀芯140与导向套150之间的动密封副的密封性能。

如图1所示，导向套150构造成中空管状结构。导向套150轴向固定安装在第一接头120和阀体外壳110内的第一台肩111的轴向之间。第一接头120的与阀体外壳110连接的一端的内壁上设有台肩部分，导向套150的一端(图1中的左端)端面与第一接头120的台肩部分接触，导向套150的另一端(图1中的右端)端面安装在阀体外壳110内的第一台肩111的端面上。由此，导向套150形成轴向固定，从而固定在阀体外壳110的内部。为了保证第一接头120与导向套150之间的密封性，在导向套150与第一接头120的径向接触面之间设有密封圈。

根据本发明，进液阀芯140构造成圆柱体形。在进液阀芯140的靠近第一接头120的轴向端面设有沉孔，从而在进液阀芯140的端面形成有进液腔体。若干进液孔141周向均匀间隔开设置在进液腔体的侧壁上。同时，过液孔151设置在导向套150的侧壁上，进液孔141能够与过液孔151对应连通。进液阀芯140上的进液孔141的直径小于导向套150上的过液孔151的直径。

在本实施例中，在进液阀芯140的设有进液腔体的一端的径向外侧设有径向向外延伸的环形凸起。同时，在导向套150的与第一接头120连接的一端的内壁上设有台阶部。台阶部的轴向尺寸大于环形凸起的轴向尺寸。进液阀芯140的环形凸起对应安装到第一接头120的端面与导向套150的台阶部的轴向端面之间，由此，对进液阀芯140的轴向运动形成了一定的轴向限位。

根据本发明，水介质矿用大流量安全阀100还包括安装在阀体外壳10内的弹性件160，弹性件160用于调节设置水介质矿用大流量安全阀100的预定阀值，即水介质矿用大流量安全阀100允许的最大压力值。在一个实施例中，弹性件160可以采用弹簧。弹性件160的两端分别通过阀座142和螺堵161安装到阀体外壳110内。阀座142的一个左端面与阀体外壳110内的第一台肩111的右端面抵接，并且阀座142的轴向端面的中部与进液阀芯140的右端接触配合。阀座142的另一个右端面的中部设有第一圆柱形凸台，弹性件160的端部套装在第一圆柱形凸台上，从而将阀座142抵靠在阀体外壳110内的第一台肩的轴向端面上。螺堵161通过螺纹连接方式紧固安装到阀体外壳110的端部，在螺堵161的一个左端面的中部设有第二圆柱形凸台，弹性件160的右端套装在第二圆柱形凸台上。拧动调节螺堵161可以轴向压缩或放松弹性件160，从而调节弹性件160对阀座142的轴向压力。

在本实施例中，进液阀芯140与阀座142之间采用锥面接触。进液阀芯140的右端面构造成部分圆锥面，阀座142的左端面的中部构造成能够与进液阀芯140的轴端的圆锥面适配的圆锥形凹槽。由此，进液阀芯140与阀座142之间形成面接触。

通过上述设置，阀芯组件130能够在液压腔的压力达到弹性件160设定的预定阀值时使进液阀芯140推动阀座142而压缩弹性件160，以使进液孔141和过液孔151对准，进而将进液阀芯140的进液腔体中的液体排出，从而使液压系统的工作压力不大于预定阀值，实现对液压系统的保护。

根据本发明，水介质矿用大流量安全阀100还包括固定连接在阀体外壳110的外壁上的第二接头170，第二接头170用于连接矿用液压系统的回液装置，以将进液阀芯140的进液腔体中的液体排入到回液装置中，从而保证液压系统的工作压力不大于预定阀值。第二接头170通过环形的安装座171固定安装到阀体外壳110的对应于安装有阀芯组件130的外壁区域。在安装座171与阀体外壳110之间，以及第二接头170与安装座171之间均设有密封圈，以保证连接处的密封性能。并且，在阀体外壳110的对应安装导向套150的侧壁上设有通孔(未示出)，第二接头170通过通孔与导向套150的进液孔151连通。由此，当进液阀芯140轴向运动到使进液孔141和过液孔151对准时，使得进液阀芯140的进液腔体与第二接头170连通，进而使阀芯组件130的一端的液体依次通过进液孔141、过液孔15、通孔以及第二接头170排入回液装置中，从而使液压系统的工作压力不大于预定阀值，实现对液压系统的保护。

下面简述根据本发明的水介质矿用大流量安全阀100的工作过程。在水介质矿用大流量安全阀100的工作过程中，使用前，首先通过螺堵161调节设定水介质矿用大流量安全阀100的预定阀值。在矿用液压系统内的压力正常状态下，阀芯组件130的进液阀芯140处于关闭状态。当矿用液压系统内的压力增大达到预定阀值时，进液腔体中的液体推动进液阀芯140轴向运动并压缩弹性件160，直至使进液阀芯140的进液孔141和导向套150的过液孔151对准而打开阀芯组件130，从而将液体从进液孔141、过液孔15、通孔以及第二接头170排入液压系统中的回液装置中，以降低液压腔内的压力，保证液压系统的压力不超过预定阀值。当液压系统的液压腔内的压力恢复正常时，进液阀芯140在弹性件160的作用下反向轴向运动恢复到正常的关闭状态。由此，保证了液压系统的压力不超过预定阀值，从而对人身安全和设备运行起重要的保护作用。

本发明的一种非常重要的改进在于，水介质矿用大流量安全阀100的工作介质为水。这里的水例如为只经过一级反渗透除盐的初级处理水(或者说处理程度不高的水)，或者如果当地的自来水或井水等符合要求的话，也可直接使用。上述初级处理水未经过后续的其他除盐处理，例如二级反渗透除盐或更多级的反渗透除盐，或者电除盐等。这种水的PH值可在6-9之间，能矿用大流量安全阀100的相应元件(尤其是阀芯组件和阀座)遭受腐蚀。这种水的电导率可在0-300μS/cm之间，能避免矿用大流量安全阀100的相应元件(尤其是阀芯组件和阀座)生锈。换句话说，对于本发明的矿用大流量安全阀100来说，采用上述这种水就足以确保矿用大流量安全阀100的正常工作了。

为了确保本发明可采用纯度较低的水作为工作介质，根据本发明的矿用大流量安全阀100还存在以下改进。

根据本发明的水介质矿用大流量安全阀100在工作过程中与工作介质水接触或可能与水接触的零部件(包括阀体外壳110、第一接头120、阀芯组件130、阀座142)均采用高强度防腐耐磨不锈钢材料制成。并且，对这些零部件进行表面硬化处理。例如，经过预热、渗陶、固化、清洗、烘干等工序，实现对这些零部件的表面硬化处理。由此，使这些零部件的表面达到足够的硬度以满足实际工作需求，从而提高这些零部件的防腐耐磨性能，有利于延长其使用寿命。

在本实施例中，阀体外壳110、第一接头120、阀芯组件130(包括进液阀芯140和导向套150)、阀座142进行表面硬化处理的温度处于300-600℃的范围内，且在表面处理过程中，调制温度高于表面处理温度。

优选地，经过表面热处理的阀体外壳110、第一接头120、阀芯组件130(包括进液阀芯140和导向套150)、阀座142的硬度(或表面硬度)可在200HRC至320HRC之间，由此，能够允许本发明的水介质矿用大流量安全阀100的额定压力高达40MPa。并且，能够有效提高水介质矿用大流量安全阀100的防腐耐磨性能和密封性能，显著延长其使用寿命。

为了满足水介质矿用大流量安全阀100的使用要求，在对零部件进行表面硬化处理过程中，需对阀体外壳110的两端设有的用于连接第一接头120和螺堵161的螺纹连接部的内螺纹表面形成的螺纹尖角作圆滑过渡处理。这样能够有效避免螺纹尖角因脆化导致脱落，进而避免影响零部件的正常使用和提高防腐耐磨性能。同时，能够避免螺纹连接部分在安装或拆卸过程中的粘扣问题，进一步延长其使用寿命。

经过表面热处理能够非常有效地提高各零部件的表面硬度。此外，这还有利于防止它们表面生锈。这对于使用纯度较低的水作为工作介质来说，是非常重要的。此外，相比于乳化液来说，水本身的润滑效果略差。因此，通过表面热处理还能够有效避免进液阀芯140进和导向套150之间产生卡滞或粘连，以提高进液阀芯140和导向套150之间的润滑效果，确保它们之间的动作顺畅性。这对于使用纯度较低的水作为工作介质来说，也是非常重要的。

在一个实施例中，当然可以理解，动密封配合的进液阀芯140进和导向套150还可以采用不同的材质，以使进液阀芯140进和导向套150具有不同的表面硬度，从而避免在运动过程中的卡滞和粘粘问题。然而，这可能会导致进液阀芯140进和导向套15中的一个硬度过低，从而容易损坏，大幅降低了水介质矿用大流量安全阀100的使用寿命。因此，对于本发明的水介质矿用大流量安全阀100来说，优选的是，通过表面硬化处理同时实现提高零部件的表面硬度、提高防腐耐磨性能，防止表面生锈，和避免粘连的作用。

根据本发明的水介质矿用大流量安全阀100能够显著增强液压系统的稳定性能和动态性能。其通过对与工作介质接触的零部件进行表面硬化处理，显著提高了各零部件的防腐耐磨性，并且能够有效避动密封副在运动过程中的卡滞和粘扣问题，以及避免螺纹连接部分在装配和工作过程中出现卡滞和粘扣问题，这都能够能使得开采作业能进行得更加顺利，并且显著提高水介质矿用大流量安全阀100的使用寿命。此外，水介质矿用大流量安全阀100通过设置的第二接头170能够液体直接排入液压系统的回液装置中，避免了直接排到外界而对环境造成污染。此外，采用水(尤其是处理程度不高的水)来作为工作介质能够有效避免对环境造成的污染。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矿用安全阀，所述矿用安全阀的工作介质为水，所述矿用安全阀包括：

阀体外壳(110)，所述阀体外壳的一端通过第一接头(120)与矿用液压系统的液压腔连通；

安装在所述阀体外壳的内部的阀芯组件(130)，所述阀芯组件包括同轴心安装的进液阀芯(140)和导向套(150)，所述进液阀芯和所述导向套分别设有进液孔(141)和过液孔(151)；

用于调节设置预定阀值的弹性件(160)，所述弹性件的一端通过阀座(142)与所述进液阀芯的端部接触配合；以及

固定连接在所述阀体外壳的外壁上且用于连接矿用液压系统的回液装置的第二接头(170)，所述第二接头与所述导向套上的所述过液孔连通；

其中，所述阀芯组件构造成能够在液压腔的压力达到所述预定阀值时使所述进液阀芯推动所述阀座而压缩所述弹性件，以使所述进液孔和所述过液孔对准而将液体通过第二接头排入回液装置中，从而使液压系统的工作压力不大于所述预定阀值，

对所述阀体外壳、所述进液阀芯、所述阀座和所述导向套进行表面硬化处理。

2.根据权利要求1所述的水介质矿用安全阀，其特征在于，所述阀体外壳、所述进液阀芯、所述阀座和所述导向套的硬度为200HRC到320HRC的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的矿用安全阀，其特征在于，所述阀体外壳、所述进液阀芯、所述阀座和所述导向套进行表面硬化处理的温度处于300-680℃的范围内，且调制温度高于表面处理温度。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的矿用安全阀，其特征在于，在进行表面硬化处理过程中，对所述阀体外壳两端设有的用于连接所述第一接头和所述螺堵的螺纹连接部形成的螺纹尖角作圆滑过渡处理。

5.根据权利要求1所述的矿用安全阀，其特征在于，在所述进液阀芯与所述导向套之间设有密封件(152)而形成动密封。

6.根据权利要求5所述的矿用安全阀，其特征在于，所述密封件采用二硫化钼或聚四氟乙烯材料制成。

7.根据权利要求1所述的矿用安全阀，其特征在于，所述进液阀芯的过液孔的直径设置成小于所述导向套的进液孔的直径，

在所述阀体外壳的对应安装所述导向套的侧壁上设有通孔，第二接头通过所述通孔与所述进液孔连通。

8.根据权利要求1所述的矿用安全阀，其特征在于，在所述阀体外壳内设有第一台肩(111)，所述阀芯组件和所述阀座分别抵靠在所述第一台肩的相对的轴向端面上，且所述进液阀芯与所述阀座之间采用圆锥面接触配合。

9.根据权利要求1所述的矿用安全阀，其特征在于，所述弹性件的另一端通过螺堵(161)固定安装，所述螺堵固定连接到所述阀芯外壳的另一端，通过所述螺堵能够调节所述弹性件以设定所述预定阀值。

10.根据权利要求1所述的矿用安全阀，其特征在于，所述水的PH值在6到9之间，所述水的电导率小于300μs/cm。

Images