CN113217643A - 差压式爆管安全阀及方法 - Google Patents

差压式爆管安全阀及方法 Download PDF

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CN113217643A CN202110616326.7A CN202110616326A CN113217643A CN 113217643 A CN113217643 A CN 113217643A CN 202110616326 A CN202110616326 A CN 202110616326A CN 113217643 A CN113217643 A CN 113217643A
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Abstract

一种差压式爆管安全阀及方法，通过下端盖与阀座和上端盖连接，测压管与阀座下游侧连通，活塞位于上端盖和下端盖组成的腔体内，控制管路一与上腔和阀座上游侧连通，控制管路二与下腔和测压管连通，活塞和阀盘与阀轴的两端连接，弹簧与活塞和下端盖抵触，阀盘位于阀座内，阀轴与下端盖滑动配合，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门，无需电气控制，依靠流速特征作为条件，由流速差现截断或导通流体，便于判断管道流速大小的特点。

Description

差压式爆管安全阀及方法
技术领域
本发明属于流体安全控制技术领域，涉及一种差压式爆管安全阀及方法。
背景技术
发明专利：201310301183.6，一种爆管截流阀，包括设在管体上与管体内部连通的阀体，爆管截流阀还包括控制腔、阀轴、及依次设在所述阀轴上的第一弹性部件、活塞、阀盘，控制腔与阀体相接，阀轴穿过控制腔进入阀体内，活塞设在控制腔内，控制腔与活塞刚性连接，将腔制腔分为独立的上腔室、下腔室，阀盘设在阀体内，下腔室通过下腔通管与管体连通，第一弹性部件受力发生变形后能驱动阀轴沿其中心线运动，阀轴运动能使活塞在控制腔内发生变形改变上腔室与下腔室的大小，同时能带动阀盘在阀体和管体内部运动。
其缺点在于，由于该阀门仅仅依靠管道的压力作为触发的动力，并不能直接对管道的流速进行判断。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种差压式爆管安全阀及方法，结构简单，采用下端盖与阀座和上端盖连接，测压管与阀座下游侧连通，活塞位于上端盖和下端盖组成的腔体内，控制管路一与上腔和阀座上游侧连通，控制管路二与下腔和测压管连通，活塞和阀盘与阀轴的两端连接，弹簧与活塞和下端盖抵触，阀盘位于阀座内，阀轴与下端盖滑动配合，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门，无需电气控制，依靠流速特征作为条件，由流速差现截断或导通流体，便于判断管道流速大小。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种差压式爆管安全阀，它包括阀座、上端盖、下端盖、活塞、阀轴、阀盘、弹簧、测压管、控制管路一和控制管路二；下端盖与阀座和上端盖连接，测压管与阀座下游侧连通；活塞位于上端盖和下端盖组成的腔体内；上端盖与活塞组成上腔，控制管路一与上腔和阀座上游侧连通；活塞与下端盖组成下腔，控制管路二与下腔和测压管连通；活塞和阀盘与阀轴的两端连接，弹簧套设在活塞和下端盖之间的阀轴上，阀盘位于阀座内，阀轴与下端盖滑动配合。
所述测压管的过流截面直径小于阀座的过流截面直径。
所述阀座的上游侧的引流口朝向阀盘。
所述阀座的上游侧的引流口朝向阀盘的下部。
所述阀座的直径D1与测压管的直径D2的直径比k之间的关系是：
Figure BDA0003097816560000021
所述阀座的流量Q与阀座的直径D1的关系是:
Figure BDA0003097816560000022
所述阀座的流量Q与测压管的直径D2的关系是:
Figure BDA0003097816560000023
所述阀座在有水流动时，
Figure BDA0003097816560000024
Figure BDA0003097816560000025
正常运行时，
Figure BDA0003097816560000026
紧急关闭时，
Figure BDA0003097816560000027
式中，D1为阀座的直径，D2为测压管的直径，P1为阀座上游侧水压力，P2为测压管水压力，v1为阀座上游侧流速，v2为测压管的流速，k为阀座与测压管的直径比，A为活塞的有效面积，F为弹簧的预紧力，ρ为流体的密度，g为重力加速度。
所述阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门。
如上所述的差压式爆管安全阀的控制方法，它包括如下步骤：
S1，安装，将阀座安装于流体管道中，流体的流动方向从阀座的上游侧向下游侧流动；
S2，正常状态下，经过阀盘的流速较低时，阀座上游管道内的流体压力与测压管内的流体压力差值比较小，活塞上腔、下腔的压力差也小，活塞受到的流体压力差小于弹簧的预紧力，活塞、阀轴以及阀盘处于上行状态，阀门处于全开状态；
S3，爆管状态下，经过阀盘的流速快速上升，阀座上游管道内的流体压力与测压管内的流体压力差值逐渐增加，活塞上腔、下腔的压力差增加，活塞受到的流体压力差大于弹簧预紧力，活塞、阀轴以及阀盘下行，阀门逐渐关闭。
一种差压式爆管安全阀，它包括阀座、上端盖、下端盖、活塞、阀轴、阀盘、弹簧、测压管、控制管路一和控制管路二；下端盖与阀座和上端盖连接，测压管与阀座下游侧连通；活塞位于上端盖和下端盖组成的腔体内；上端盖与活塞组成上腔，控制管路一与上腔和阀座上游侧连通；活塞与下端盖组成下腔，控制管路二与下腔和测压管连通；活塞和阀盘与阀轴的两端连接，弹簧套设在活塞和下端盖之间的阀轴上，阀盘位于阀座内，阀轴与下端盖滑动配合。结构简单，通过下端盖与阀座和上端盖连接，测压管与阀座下游侧连通，活塞位于上端盖和下端盖组成的腔体内，控制管路一与上腔和阀座上游侧连通，控制管路二与下腔和测压管连通，活塞和阀盘与阀轴的两端连接，弹簧与活塞和下端盖抵触，阀盘位于阀座内，阀轴与下端盖滑动配合，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门，无需电气控制，依靠流速特征作为条件，由流速差现截断或导通流体，便于判断管道流速大小。
在优选的方案中，测压管的过流截面直径小于阀座的过流截面直径。结构简单，使用时，采用不同直径的阀座和测压管，有利于扩大阀座与测压管之间的直径比值，测压管的过流截面直径小于阀座的过流截面直径，使得阀座上游侧的流速相对测压管内的流速较缓。
在优选的方案中，阀座的上游侧的引流口朝向阀盘。结构简单，使用时，阀座的引流口倾斜向上朝向阀盘，流体流过时，水流作用于阀盘的径向方向及上侧和下侧。
在优选的方案中，阀座的上游侧的引流口朝向阀盘的下部。结构简单，使用时，阀座的引流口向上正对阀盘的底部，流体流过时，水流直接作用于阀盘的底部。
在优选的方案中，阀座的直径D1与测压管的直径D2的直径比k之间的关系是：
Figure BDA0003097816560000031
在优选的方案中，阀座的流量Q与阀座的直径D1的关系是:
Figure BDA0003097816560000032
在优选的方案中，阀座的流量Q与测压管的直径D2的关系是:
Figure BDA0003097816560000033
在优选的方案中，阀座在有水流动时，
Figure BDA0003097816560000034
Figure BDA0003097816560000035
正常运行时，
Figure BDA0003097816560000036
紧急关闭时，
Figure BDA0003097816560000037
式中，D1为阀座的直径，D2为测压管的直径，P1为阀座上游侧水压力，P2为测压管水压力，v1为阀座上游侧流速，v2为测压管的流速，k为阀座与测压管的直径比，A为活塞的有效面积，F为弹簧的预紧力，ρ为流体的密度，g为重力加速度。
在优选的方案中，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门。结构简单，在测压管下游侧的管道发生爆管状态下，其流速升高，相应地，阀座内的流速相应升高，则测压管内的流体压力下降，阀盘与测压管之间的压力差增大，也即是活塞上腔的压力大于活塞下腔的压力，驱动阀轴向下运动压缩弹簧使阀盘逐渐靠近阀门，直至阀盘与阀门配合关闭，有利于判断流体的流速。
在优选的方案中，如上差压式爆管安全阀的控制方法，它包括如下步骤：
S1，安装，将阀座安装于流体管道中，流体的流动方向从阀座的上游侧向下游侧流动；
S2，正常状态下，经过阀盘的流速较低时，阀座上游管道内的流体压力与测压管内的流体压力差值比较小，活塞上腔、下腔的压力差也小，活塞受到的流体压力差小于弹簧的预紧力，活塞、阀轴以及阀盘处于上行状态，阀门处于全开状态；
S3，爆管状态下，经过阀盘的流速快速上升，阀座上游管道内的流体压力与测压管内的流体压力差值逐渐增加，活塞上腔、下腔的压力差增加，活塞受到的流体压力差大于弹簧预紧力，活塞、阀轴以及阀盘下行，阀门逐渐关闭。该控制方法简单，无需电气元件，采用爆管时的压力差控制阀盘与阀门配合实现截流，有利判断流体的流速。
一种差压式爆管安全阀及方法，它包括阀座、上端盖、下端盖、活塞、阀轴、阀盘、弹簧、测压管、控制管路一和控制管路二，通过下端盖与阀座和上端盖连接，测压管与阀座下游侧连通，活塞位于上端盖和下端盖组成的腔体内，控制管路一与上腔和阀座上游侧连通，控制管路二与下腔和测压管连通，活塞和阀盘与阀轴的两端连接，弹簧与活塞和下端盖抵触，阀盘位于阀座内，阀轴与下端盖滑动配合，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门，阀座内的流体流速较低时，阀盘处于全开状态，在爆管时，阀座内的流体流速快速升高，阀盘逐渐关闭阀门。本发明克服了原阀门仅仅依靠管道压力差触发动作不能直接对管道流速进行判断的问题，具有结构简单，无需电气控制，依靠流速特征作为条件，由流速差现截断或导通流体，便于判断管道流速大小的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的另一种结构示意图。
图中：阀座1，上端盖2，下端盖3，活塞4，阀轴5，阀盘6，弹簧7，测压管8，控制管路一9，控制管路二10。
具体实施方式
如图1～图2中，一种差压式爆管安全阀，它包括阀座1、上端盖2、下端盖3、活塞4、阀轴5、阀盘6、弹簧7、测压管8、控制管路一9和控制管路二10；下端盖3与阀座1和上端盖2连接，测压管8与阀座1下游侧连通；活塞4位于上端盖2和下端盖3组成的腔体内；上端盖2与活塞4组成上腔，控制管路一9与上腔和阀座1上游侧连通；活塞4与下端盖3组成下腔，控制管路二10与下腔和测压管8连通；活塞4和阀盘6与阀轴5的两端连接，弹簧7套设在活塞4和下端盖3之间的阀轴5上，阀盘6位于阀座1内，阀轴5与下端盖3滑动配合。结构简单，通过下端盖3与阀座1和上端盖2连接，测压管8与阀座1下游侧连通，活塞4位于上端盖2和下端盖3组成的腔体内，控制管路一9与上腔和阀座1上游侧连通，控制管路二10与下腔和测压管8连通，活塞4和阀盘6与阀轴5的两端连接，弹簧7与活塞4和下端盖3抵触，阀盘6位于阀座1内，阀轴5与下端盖3滑动配合，阀座1内的流体流速较低时，阀盘6处于全开状态，在爆管时，阀座1内的流体流速快速升高，阀盘6逐渐关闭，阀座1内的流体流速较低时，阀盘6处于全开状态，在爆管时，阀座1内的流体流速快速升高，阀盘6逐渐关闭，无需电气控制，依靠流速特征作为条件，由流速差现截断或导通流体，便于判断管道流速大小。
优选的方案中，所述测压管8的过流截面直径小于阀座1的过流截面直径。结构简单，使用时，采用不同直径的阀座1和测压管8，有利于扩大阀座1与测压管8之间的直径比值，测压管8的过流截面直径小于阀座1的过流截面直径，使得阀座1上游侧的流速相对测压管8内的流速较缓。
优选的方案中，所述阀座1的上游侧的引流口朝向阀盘6。结构简单，使用时，阀座1的引流口倾斜向上朝向阀盘6，流体流过时，水流作用于阀盘6的径向方向及上侧和下侧。
优选的方案中，所述阀座1的上游侧的引流口朝向阀盘6的下部。结构简单，使用时，阀座1的引流口向上正对阀盘6的底部，流体流过时，水流直接作用于阀盘6的底部。
优选的方案中，所述阀座1的直径D1与测压管8的直径D2的直径比k之间的关系是：
Figure BDA0003097816560000061
优选的方案中，所述阀座1的流量Q与阀座1的直径D1的关系是:
Figure BDA0003097816560000062
优选的方案中，所述阀座1的流量Q与测压管8的直径D2的关系是:
Figure BDA0003097816560000063
优选的方案中，所述阀座1在有水流动时，
Figure BDA0003097816560000064
Figure BDA0003097816560000065
正常运行时，
Figure BDA0003097816560000066
紧急关闭时，
Figure BDA0003097816560000067
式中，D1为阀座1的直径，D2为测压管8的直径，P1为阀座1上游侧水压力，P2为测压管8水压力，v1为阀座1上游侧流速，v2为测压管8的流速，k为阀座1与测压管8的直径比，A为活塞4的有效面积，F为弹簧7的预紧力，ρ为流体的密度，g为重力加速度。
优选的方案中，所述阀座1内的流体流速较低时，阀盘6处于全开状态，在爆管时，阀座1内的流体流速快速升高，阀盘6逐渐关闭。结构简单，在测压管8下游侧的管道发生爆管状态下，其流速升高，相应地，阀座1内的流速相应升高，则测压管8内的流体压力下降，阀盘6与测压管8之间的压力差增大，也即是活塞4上腔的压力大于活塞4下腔的压力，驱动阀轴5向下运动压缩弹簧7使阀盘6逐渐靠近阀门，直至阀盘6与阀门配合关闭，有利于判断流体的流速。
优选的方案中，如上所述的差压式爆管安全阀的控制方法，它包括如下步骤：
S1，安装，将阀座1安装于流体管道中，流体的流动方向从阀座1的上游侧向下游侧流动；
S2，正常状态下，经过阀盘6的流速较低时，阀座1上游管道内的流体压力与测压管8内的流体压力差值比较小，活塞4上腔、下腔的压力差也小，活塞4受到的流体压力差小于弹簧7的预紧力，活塞4、阀轴5以及阀盘6处于上行状态，阀门处于全开状态；
S3，爆管状态下，经过阀盘6的流速快速上升，阀座1上游管道内的流体压力与测压管8内的流体压力差值逐渐增加，活塞4上腔、下腔的压力差增加，活塞4受到的流体压力差大于弹簧7预紧力，活塞4、阀轴5以及阀盘6下行，阀门逐渐关闭。该控制方法简单，无需电气元件，采用爆管时的压力差控制阀盘6与阀门配合实现截流，有利判断流体的流速。
上述方案中，弹簧7存在一定的预紧力，处于受压状态，差压式爆管安全阀是当有压管道爆管后，能够快速探测并截断流体，适用于城市供水工程、工业供水工程等多种供水管道。不需要电气控制，而仅依靠对阀门前后管道的流速特征作为判断条件，并使用管道自身的压力来实现阀门动作，适用于爆管影响大、需要快速关闭、自动化程度较高的场合。在事先计算弹簧7预紧力与正常状态或爆管状态的流速对应关系，则可直接判断爆管状态的流体流速特征，能适应管道内压力正常变化、能够在管道发生爆管后流速快速上升时迅速切断水流。
工作的原理是：阀座1上游管道的直径大于测压管8内的直径，因此阀座1上游管道内的流速小于测压管8内的流速。根据伯努利原理，阀座1上游管道内的水压力小于测压管8内的水压力，当阀座1前后的流速上升时，阀座1上游管道内的水压力与测压管8内的水压力差值相应上升，因而活塞4上腔、下腔的压力差也相应增加，最终推动活塞4连同阀轴5、阀盘6向下运动。阀门在关闭的过程中后，测压管8处的压力逐渐下降至零，活塞4受到的力越来越大，直至阀门完全关闭。
正常工作时，经过阀门的流速比较低的时候，阀座1上游管道内的水压力与测压管8内的水压力差值比较小，因而活塞4上腔、下腔的压力差也小，活塞4受到的水压力差小于弹簧7的预紧力，活塞4、阀轴5以及阀盘6处于上行状态，阀门处于全开状态。
当阀门下游发生爆管时，经过阀门的流速快速上升，阀座1上游管道内的水压力与测压管8内的水压力差值逐渐增加，因而活塞4上腔、下腔的压力差增加，活塞4受到的水压力差大于弹簧7预紧力的时候，活塞4、阀轴5以及阀盘6下行，阀门逐渐关闭。
如上所述的差压式爆管安全阀及方法，安装使用时，下端盖3与阀座1和上端盖2连接，测压管8与阀座1下游侧连通，活塞4位于上端盖2和下端盖3组成的腔体内，控制管路一9与上腔和阀座1上游侧连通，控制管路二10与下腔和测压管8连通，活塞4和阀盘6与阀轴5的两端连接，弹簧7与活塞4和下端盖3抵触，阀盘6位于阀座1内，阀轴5与下端盖3滑动配合，阀座1内的流体流速较低时，阀盘6处于全开状态，在爆管时，阀座1内的流体流速快速升高，阀盘6逐渐关闭，阀座1内的流体流速较低时，阀盘6处于全开状态，在爆管时，阀座1内的流体流速快速升高，阀盘6逐渐关闭，无需电气控制，依靠流速特征作为条件，由流速差现截断或导通流体，便于判断管道流速大小。
使用时，采用不同直径的阀座1和测压管8，有利于扩大阀座1与测压管8之间的直径比值，测压管8的过流截面直径小于阀座1的过流截面直径，使得阀座1上游侧的流速相对测压管8内的流速较缓。
使用时，阀座1的引流口倾斜向上朝向阀盘6，流体流过时，水流作用于阀盘6的径向方向及上侧和下侧。
使用时，阀座1的引流口向上正对阀盘6的底部，流体流过时，水流直接作用于阀盘6的底部。
在测压管8下游侧的管道发生爆管状态下，其流速升高，相应地，阀座1内的流速相应升高，则测压管8内的流体压力下降，阀盘6与测压管8之间的压力差增大，也即是活塞4上腔的压力大于活塞4下腔的压力，驱动阀轴5向下运动压缩弹簧7使阀盘6逐渐靠近阀门，直至阀盘6与阀门配合关闭，有利于判断流体的流速。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种差压式爆管安全阀，其特征是：它包括阀座(1)、上端盖(2)、下端盖(3)、活塞(4)、阀轴(5)、阀盘(6)、弹簧(7)、测压管(8)、控制管路一(9)和控制管路二(10)；下端盖(3)与阀座(1)和上端盖(2)连接，测压管(8)与阀座(1)下游侧连通；活塞(4)位于上端盖(2)和下端盖(3)组成的腔体内；上端盖(2)与活塞(4)组成上腔，控制管路一(9)与上腔和阀座(1)上游侧连通；活塞(4)与下端盖(3)组成下腔，控制管路二(10)与下腔和测压管(8)连通；活塞(4)和阀盘(6)与阀轴(5)的两端连接，弹簧(7)套设在活塞(4)和下端盖(3)之间的阀轴(5)上，阀盘(6)位于阀座(1)内，阀轴(5)与下端盖(3)滑动配合。
2.根据权利要求1所述的差压式爆管安全阀，其特征是：所述测压管(8)的过流截面直径小于阀座(1)的过流截面直径。
3.根据权利要求1所述的差压式爆管安全阀，其特征是：所述阀座(1)的上游侧的引流口朝向阀盘(6)。
4.根据权利要求1所述的差压式爆管安全阀，其特征是：所述阀座(1)的上游侧的引流口朝向阀盘(6)的下部。
5.根据权利要求1所述的差压式爆管安全阀，其特征是：所述阀座(1)的直径D1与测压管(8)的直径D2的直径比k之间的关系是：
Figure FDA0003097816550000011
6.根据权利要求1所述的差压式爆管安全阀，其特征是：所述阀座(1)的流量Q与阀座(1)的直径D1的关系是:
Figure FDA0003097816550000012
7.根据权利要求1所述的差压式爆管安全阀，其特征是：所述阀座(1)的流量Q与测压管(8)的直径D2的关系是:
Figure FDA0003097816550000013
8.根据权利要求1所述的差压式爆管安全阀，其特征是：所述阀座(1)在有水流动时，
Figure FDA0003097816550000014
正常运行时，
Figure FDA0003097816550000015
紧急关闭时，
Figure FDA0003097816550000016
式中，D1为阀座(1)的直径，D2为测压管(8)的直径，P1为阀座(1)上游侧水压力，P2为测压管(8)水压力，v1为阀座(1)上游侧流速，v2为测压管(8)的流速，k为阀座(1)与测压管(8)的直径比，A为活塞(4)的有效面积，F为弹簧(7)的预紧力，ρ为流体的密度，g为重力加速度。
9.根据权利要求1所述的差压式爆管安全阀，其特征是：所述阀座(1)内的流体流速较低时，阀盘(6)处于全开状态，在爆管时，阀座(1)内的流体流速快速升高，阀盘(6)逐渐关闭。
10.根据权利要求1～9任一项所述的差压式爆管安全阀的控制方法，其特征是，它包括如下步骤：
S1，安装，将阀座(1)安装于流体管道中，流体的流动方向从阀座(1)的上游侧向下游侧流动；
S2，正常状态下，经过阀盘(6)的流速较低时，阀座(1)上游管道内的流体压力与测压管(8)内的流体压力差值比较小，活塞(4)上腔、下腔的压力差也小，活塞(4)受到的流体压力差小于弹簧(7)的预紧力，活塞(4)、阀轴(5)以及阀盘(6)处于上行状态，阀门处于全开状态；
S3，爆管状态下，经过阀盘(6)的流速快速上升，阀座(1)上游管道内的流体压力与测压管(8)内的流体压力差值逐渐增加，活塞(4)上腔、下腔的压力差增加，活塞(4)受到的流体压力差大于弹簧(7)预紧力，活塞(4)、阀轴(5)以及阀盘(6)下行，阀门逐渐关闭。
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