CN113606369B - 一种先导式安全阀及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种先导式安全阀及使用方法，涉及火电、核电、石化领域的大口径安全阀。本发明解决了传统大口径先导式安全阀的结构开启速度慢，难以满足大口径先导式安全阀快速开启要求的问题。本发明的先导阀设置在主阀上并与主阀连通，主阀的阀瓣设置在阀体内，外导向套与阀体的内壁固定连接，外导向套内设置有内导向套，内导向套与填料室座连接，内导向套设置在阀瓣的外侧，压缩弹簧设置在阀瓣与填料室座之间，填料室座设置在阀瓣上方，填料室座通过压盖安装在阀体内，先导阀阀体与填料室座通过螺栓连接，先导阀喷嘴穿过先导阀阀座与阀瓣连接。通过本发明的复合式先导阀结构代替原有的二级先导机构，提高了先导阀整体的可靠性。

Description

一种先导式安全阀及使用方法

技术领域

本发明涉及一种先导式安全阀，尤其涉及火电、核电、石化领域的大口径安全阀。

背景技术

先导式安全阀是—种非直接载荷式安全阀。由主阀和导阀组成，主阀依靠从导阀排出的介质来驱动，由于系统内的压力呈脉冲形式，所以又被称为“脉冲式安全阀”。从单独来看，导阀本身也是一种直接载荷式安全阀。当介质压力达到导阀的开启压力时，导阀先行开启，排出的介质从旁通管进入主阀；

传统的大口径先导式安全阀存在以下几处缺陷：

1、传统的大口径先导式安全阀采用一级增压先导机构，先导阀开启后向主阀活塞上端的增压腔充压，推动主阀开启，这种结构开启速度慢，很难满足大口径先导式安全阀快速开启的要求；

2、部分先导式安全阀采用二级先导阀结构，第一级先导采用增压开启的弹簧直接作用式安全阀，第二级为泄压开启的辅助导阀，这种结构通过快速泄压开启的方式提高了阀门的响应速度，但阀门整体结构复杂，多级活塞与多级密封泄露严重，可靠性差。

综上所述，亟需一种开启速度快、结构简单、阀门内部密封性好，可靠性较高的新型先导式安全阀用以解决上述问题。

发明内容

本发明解决了传统大口径先导式安全阀的结构开启速度慢，难以满足大口径先导式安全阀快速开启要求的问题，进而公开了“一种先导式安全阀及使用方法”。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种先导式安全阀，包括主阀和先导阀，先导阀设置在主阀上并与主阀连通；

所述主阀包括阀体、阀瓣、外导向套、内导向套、压缩弹簧、填料室座和压盖，阀瓣设置在阀体内，外导向套与阀体的内壁固定连接，外导向套内设置有内导向套，内导向套与填料室座连接，内导向套设置在阀瓣的外侧，压缩弹簧设置在阀瓣与填料室座之间，填料室座设置在阀瓣上方，填料室座通过压盖安装在阀体内；

所述先导阀包括先导阀阀座、先导阀喷嘴、先导阀阀体、先导阀阀瓣、弹簧组件、先导阀阀杆、叉杆、手柄、阀杆螺母、小罩和调整螺丝，先导阀阀体与填料室座通过螺栓连接，先导阀阀座设置在先导阀阀体内，先导阀阀座内设置有先导阀喷嘴，先导阀喷嘴穿过先导阀阀座与阀瓣连接，先导阀阀座与先导阀喷嘴之间构成一个环形间隙，环形间隙与阀瓣的上腔连通，先导阀喷嘴的另一端连接有先导阀阀瓣，先导阀阀杆与先导阀阀瓣连接，先导阀阀杆上套装有调整螺丝，弹簧组件的一端与先导阀阀杆连接，弹簧组件的另一端与调整螺丝连接，调整螺丝的外壁与先导阀阀体螺纹连接，先导阀阀杆的端部设置有阀杆螺母，先导阀阀体上设置有小罩，小罩上铰接有叉杆和手柄，手柄布置在叉杆的下方，叉杆穿过小罩与阀杆螺母接触。

进一步的，所述先导阀喷嘴与阀瓣的连接处安装有导向环，导向环与阀瓣的内侧壁之间设置有卡环。

进一步的，所述内导向套与阀瓣之间设置有第一密封圈，内导向套与外导向套之间设置有第二密封圈。

进一步的，所述填料室座与压盖之间依次设置有自密封圈、压环和四合环，内导向套与填料室座通过螺纹连接。

进一步的，还包括下调整杆和下调整环，下调整环通过螺纹安装在先导阀阀座的上端，下调整杆通过螺纹安装在先导阀阀体上，下调整杆的尖部插入下调整环内。

进一步的，所述弹簧组件包括下弹簧座、先导阀弹簧和上弹簧座，下弹簧座与上弹簧座之间安装有先导阀弹簧，先导阀弹簧套装在先导阀阀杆外侧，上弹簧座与调整螺丝连接，下弹簧座与先导阀阀杆连接。

进一步的，所述阀体的外壁上加工有外驱动装置口。

进一步的，所述先导阀阀瓣外侧套装有阀瓣套筒，阀瓣套筒外侧套装有先导阀导向套，阀瓣套筒与先导阀导向套构成导向副。

一种先导式安全阀的使用方法，包括：

所述主阀采用内置活塞结构，通过上下端的面积差控制阀门的动作，阀瓣与内导向套构成内置活塞腔，阀体内形成入口压力区P₁、出口压力区P₂和阀瓣上腔压力区P₃，得到阀瓣上下腔的受力方程：

G为阀瓣自重，Fs为压缩弹簧的力，D₁为内导向套的内径，D₂为阀座密封面中径，D₃为先导阀入口直径；

当主阀阀体处于关闭状态时，出口压力区P₂=0，入口介质通过阀瓣上小孔流入阀瓣上腔，入口压力区P₁与阀瓣上腔压力区P₃压力相等，得出：

阀瓣受到向下的力作为预紧力，维持主阀阀门关闭；

当先导阀开启时，先导阀抽走主阀活塞上腔压力，使阀瓣上腔压力区P₃压力逐渐下降，当下降至F_向上＞F_向下时，阀瓣向上运动，使阀门开启，主阀阀门刚开启时出口压力区P₂=0，计算得到：

开启条件下，相对于介质力，得出：

当阀瓣上腔压力区P₃小于50％至80％的入口压力区P₁时，阀瓣动作开启；

当主阀完全开启后，出口压力区P₂压力增加，F_向上增大，使阀门稳定在全开状态下排放；

当入口压力区P₁下降至回座压力时，先导阀回座，阀瓣上腔压力区P₃上升至入口压力区P₁，F_向下大于F_向上，主阀关闭。

本发明的有益效果：

1、本发明的先导式安全阀，采用复合式先导阀结构代替原有的二级先导结构，主要通过先导阀增压开启，利用出口的高速喷射介质所产生的的拉瓦尔效应所引成的低压区，将主阀活塞背腔介质吸出，带动主阀动作，提高了先导阀整体的可靠性；

2、主阀采用内置活塞结构，消除了活塞外漏的影响，通过采用高进低出，消除了活塞导向面高温高压下密封的需求；

3、主阀导向套采用内外双重导向结构，有效的消除了自密封圈向上提升时，对阀瓣导向的影响，也提高了阀体壁面的导向精度；

4、主阀除采用符合先导阀控制外，还提供了外接驱动装置接口，通过外接驱动装置如手动关断阀、气动/电磁动关断阀或外接自泄压装置，以实现对主阀的多样化控制。

附图说明

图1是一种先导式安全阀的整体结构示意图；

图2是先导阀关闭状态示意图；

图3是先导阀开启状态示意图；

图4是图3的局部示意图。

图中1-主阀，2-阀体，3-阀瓣，4-外导向套，5-内导向套，6-导向环，7-卡环，8-第一密封圈，9-第二密封圈，10-压缩弹簧，11-填料室座，12-自密封圈，13-压环，14-四合环，15-压盖，16-先导阀，17-外驱动装置口，18-弹簧组件，101-先导阀阀座，102-先导阀喷嘴，103-先导阀阀体，104-下调整杆，105-下调整环，106-先导阀阀瓣，107-阀瓣套筒，108-先导阀导向套，109-下弹簧座，110-先导阀弹簧，111-上弹簧座，112-先导阀阀杆，113-叉杆，114-手柄，115-阀杆螺母，116-小罩，117-调整螺丝。

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明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述都是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，避免不必要的混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种先导式安全阀，包括主阀1和先导阀16，先导阀16设置在主阀1上并与主阀1连通；

所述主阀1包括阀体2、阀瓣3、外导向套4、内导向套5、压缩弹簧10、填料室座11和压盖15，阀瓣3设置在阀体2内，外导向套4与阀体2的内壁固定连接，外导向套4内设置有内导向套5，内导向套5与填料室座11连接，内导向套5设置在阀瓣3的外侧，压缩弹簧10设置在阀瓣2与填料室座11之间，填料室座11设置在阀瓣3上方，填料室座11通过压盖15安装在阀体2内；

所述先导阀16包括先导阀阀座101、先导阀喷嘴102、先导阀阀体103、先导阀阀瓣106、弹簧组件18、先导阀阀杆112、叉杆113、手柄114、阀杆螺母115、小罩116和调整螺丝117，先导阀阀体103与填料室座11通过螺栓连接，先导阀阀座101设置在先导阀阀体103内，先导阀阀座101内设置有先导阀喷嘴102，先导阀喷嘴102穿过先导阀阀座101与阀瓣3连接，先导阀阀座101与先导阀喷嘴102之间构成一个环形间隙，环形间隙与阀瓣3的上腔连通，先导阀喷嘴102的另一端连接有先导阀阀瓣106，先导阀阀杆112与先导阀阀瓣106连接，先导阀阀杆112上套装有调整螺丝117，弹簧组件18的一端与先导阀阀杆112连接，弹簧组件18的另一端与调整螺丝117连接，调整螺丝117的外壁与先导阀阀体103螺纹连接，先导阀阀杆112的端部设置有阀杆螺母115，先导阀阀体103上设置有小罩116，小罩116上铰接有叉杆113和手柄114，手柄114布置在叉杆113的下方，叉杆113穿过小罩116与阀杆螺母115接触；阀体2作为主要承压件，承受出入口介质的压力，在阀体上直接堆焊密封面，与阀瓣3密封面构成密封副，承压密封介质压力，外导向套4焊接在阀体2上，为内导向套5提供制成、导向和限位，通过压缩弹簧10为密封面提供初始密封力，以确保阀门在低压下的密封，先导阀16通过螺栓安装在填料室座11上，通过先导阀喷嘴102从主阀1入口端引入介质，先导阀阀座101与先导阀喷嘴102构成先导阀16介质入口，先导阀喷嘴102的介质从主阀1入口引入，先导阀阀座101与先导阀喷嘴102构成的环向间隙介质从主阀1活塞背腔引入，构成二组流道，先导阀阀座101构成了先导阀一次侧承压边界，先导阀阀体103位先导阀16二次侧承压边界，当先导阀16起跳后，承受排放介质压力，先导阀阀瓣106与先导阀阀座101构成阀门的密封副，确保关闭状态下的密封，阀瓣套筒107被压紧在先导阀阀瓣106上，与先导阀导向套108构成导向副，导向副设计有一定的间隙与硬度差，同时有很好的表面光洁度，以提高开启时先导阀阀瓣106的导向性能，手动开启先导阀16时，通过向上抬手柄114，带动叉杆113向上转动，给阀杆螺母115及先导阀阀杆112施加一个向上的力，抵消一部分弹簧力，从介质对先导阀阀瓣106的推力大于弹簧力，实现先导阀16的提前开启，小罩116拧入先导阀阀体103上，将手柄114、叉杆113安装在小罩116上，保持其固定，当先导式安全阀开启后，介质经先导阀16入口，经过密封面压缩喷出后，在阀体内扩展形成拉瓦尔效应（如附图4所示），使先导阀16密封面外侧位置形成低压区，而主阀1活塞上腔通过先导阀阀座101与先导阀喷嘴102之间的环形间隙与低压区相连，使主阀1活塞上腔的压力通过此环形间隙向低压区流动。

具体实施方式二：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种先导式安全阀，所述先导阀喷嘴102与阀瓣3的连接处安装有导向环6，导向环6与阀瓣3的内侧壁之间设置有卡环7，导向环6对先导阀喷嘴102安装在阀瓣3内起到导向作用，卡环7的作用是防止导向环6窜出。

具体实施方式三：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种先导式安全阀，所述内导向套5与阀瓣3之间设置有第一密封圈8，内导向套5与外导向套4之间设置有第二密封圈9，通过内导向套5与阀瓣3之间的第一密封圈8以及内导向套5与外导向套4之间的第二密封圈9以减少通过导向套间隙渗入到阀瓣3上腔的介质量，有效提高主阀1内密封效果。

具体实施方式四：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种先导式安全阀，所述填料室座11与压盖15之间依次设置有自密封圈12、压环13和四合环14，内导向套5与填料室座11通过螺纹连接，由填料室座11、自密封圈12、压环13、四合环14、压盖15构成自密封结构，采用金属自密封圈12在保证密封的同时，还控制填料室座11向上的窜动量。内导向套5通过螺纹拧紧后焊接在填料室座11上。

具体实施方式五：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种先导式安全阀，还包括下调整杆104和下调整环105，下调整环105通过螺纹安装在先导阀阀座101的上端，下调整杆104通过螺纹安装在先导阀阀体103上，下调整杆104的尖部插入下调整环105内，下调整环105用于调整先导阀16排放时，介质作用在先导阀阀瓣106下端的升力大小，从而达到调整回座时的启闭压差的目的，下调整杆104确保在长期使用过程中，下调整环105不会发生窜动而影响先导阀16的回座精度。

具体实施方式六：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种先导式安全阀，所述弹簧组件18包括下弹簧座109、先导阀弹簧110和上弹簧座111，下弹簧座109与上弹簧座111之间安装有先导阀弹簧110，先导阀弹簧110套装在先导阀阀杆112外侧，上弹簧座111与调整螺丝117连接，下弹簧座109与先导阀阀杆112连接，通过先导阀弹簧110的力来平衡介质对先导阀阀瓣106的推力，通过调整螺丝117来调整先导阀弹簧110的压缩量，以调整先导阀16的起跳压力，调整螺丝117的一端压在上弹簧座111上，实现其可调整的功能，先导阀阀杆112作为力的传递部件，依靠与调整螺丝117内圆面的导向来确保所传递力的对中性。

具体实施方式七：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种先导式安全阀，所述阀体2的外壁上加工有外驱动装置口17，外驱动装置口17通过外接驱动装置如手动关断阀、气动/电磁动关断阀或外接自泄压装置，以实现对主阀的多样化控制。

具体实施方式八：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种先导式安全阀的使用方法，包括：

所述主阀1采用内置活塞结构，通过上下端的面积差控制阀门的动作，阀瓣3与内导向套5构成内置活塞腔，阀体2内形成入口压力区P₁、出口压力区P₂和阀瓣上腔压力区P₃，得到阀瓣3上下腔的受力方程：

G为阀瓣3自重，Fs为压缩弹簧10的力，D₁为内导向套5的内径，D₂为阀座密封面中径，D₃为先导阀16入口直径；

当主阀1阀体处于关闭状态时，出口压力区P₂=0，入口介质通过阀瓣3上小孔流入阀瓣3上腔，入口压力区P₁与阀瓣上腔压力区P₃压力相等，得出：

阀瓣3受到向下的力作为预紧力，维持主阀1阀门关闭；

当先导阀16开启时，先导阀16抽走主阀1活塞上腔压力，使阀瓣上腔压力区P₃压力逐渐下降，当下降至F_向上＞F_向下时，阀瓣3向上运动，使阀门开启，主阀1阀门刚开启时出口压力区P₂=0，计算得到：

开启条件下，相对于介质力，得出：

当阀瓣上腔压力区P₃小于50％至80％的入口压力区P₁时，阀瓣3动作开启；

当主阀1完全开启后，出口压力区P2压力增加，F_向上增大，使阀门稳定在全开状态下排放；

当入口压力区P₁下降至回座压力时，先导阀16回座，阀瓣上腔压力区P₃上升至入口压力区P₁，F_向下大于F_向上，主阀1关闭。

上述实施方式为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明的发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种先导式安全阀，其特征在于：包括主阀（1）和先导阀（16），先导阀（16）设置在主阀（1）上并与主阀（1）连通；

所述主阀（1）包括阀体（2）、阀瓣（3）、外导向套（4）、内导向套（5）、压缩弹簧（10）、填料室座（11）和压盖（15），阀瓣（3）设置在阀体（2）内，外导向套（4）与阀体（2）的内壁固定连接，外导向套（4）内设置有内导向套（5），内导向套（5）与填料室座（11）连接，内导向套（5）设置在阀瓣（3）的外侧，压缩弹簧（10）设置在阀瓣（3）与填料室座（11）之间，填料室座（11）设置在阀瓣（3）上方，填料室座（11）通过压盖（15）安装在阀体（2）内；

所述先导阀（16）包括先导阀阀座（101）、先导阀喷嘴（102）、先导阀阀体（103）、先导阀阀瓣（106）、弹簧组件（18）、先导阀阀杆（112）、叉杆（113）、手柄（114）、阀杆螺母（115）、小罩（116）和调整螺丝（117），先导阀阀体（103）与填料室座（11）通过螺栓连接，先导阀阀座（101）设置在先导阀阀体（103）内，先导阀阀座（101）内设置有先导阀喷嘴（102），先导阀喷嘴（102）穿过先导阀阀座（101）布置，先导阀喷嘴（102）与阀瓣（3）连接，先导阀喷嘴（102）通过阀瓣（3）与主阀（1）入口连通引入介质，先导阀阀座（101）与先导阀喷嘴（102）之间构成一个环形间隙，环形间隙与阀瓣（3）的上腔连通，先导阀喷嘴（102）的另一端连接有先导阀阀瓣（106），先导阀阀杆（112）与先导阀阀瓣（106）连接，先导阀阀瓣（106）与先导阀阀座（101）构成阀门的密封副，先导阀阀杆（112）上套装有调整螺丝（117），弹簧组件（18）的一端与先导阀阀杆（112）连接，弹簧组件（18）的另一端与调整螺丝（117）连接，调整螺丝（117）的外壁与先导阀阀体（103）螺纹连接，先导阀阀杆（112）的端部设置有阀杆螺母（115），先导阀阀体（103）上设置有小罩（116），小罩（116）上铰接有叉杆（113）和手柄（114），手柄（114）布置在叉杆（113）的下方，叉杆（113）穿过小罩（116）与阀杆螺母（115）接触；

该先导式安全阀的使用方法，包括：

所述主阀（1）采用内置活塞结构，通过上下端的面积差控制阀门的动作，阀瓣（3）与内导向套（5）构成内置活塞腔，阀体（2）内形成入口压力区P₁、出口压力区P₂和阀瓣上腔压力区P₃，得到阀瓣（3）上下腔的受力方程：

G为阀瓣（3）自重，Fs为压缩弹簧（10）的力，D₁为内导向套（5）的内径，D₂为阀座密封面中径，D₃为先导阀（16）入口直径；

当主阀（1）阀体处于关闭状态时，出口压力区P₂=0，入口介质通过阀瓣（3）上小孔流入阀瓣（3）上腔，入口压力区P₁与阀瓣上腔压力区P₃压力相等，得出：

阀瓣（3）受到向下的力作为预紧力，维持主阀（1）阀门关闭；

当先导阀（16）开启时，介质经先导阀（16）入口，经过密封面压缩喷出后，在阀体内扩展形成拉瓦尔效应，使先导阀（16）密封面外侧位置形成低压区，而主阀（1）活塞上腔通过先导阀阀座（101）与先导阀喷嘴（102）之间的环形间隙与低压区相连，使主阀（1）活塞上腔的压力通过此环形间隙向低压区流动，从而使先导阀（16）抽走主阀（1）活塞上腔压力，使阀瓣上腔压力区P₃压力逐渐下降，当下降至F_向上＞F_向下时，阀瓣（3）向上运动，使阀门开启，主阀（1）阀门刚开启时出口压力区P₂=0，计算得到：

开启条件下，相对于介质力，得出：

当阀瓣上腔压力区P₃小于50％至80％的入口压力区P₁时，阀瓣（3）动作开启；

当主阀（1）完全开启后，出口压力区P2压力增加，F_向上增大，使阀门稳定在全开状态下排放；

当入口压力区P₁下降至回座压力时，先导阀（16）回座，阀瓣上腔压力区P₃上升至入口压力区P₁，F_向下大于F_向上，主阀（1）关闭。

2.根据权利要求1所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述先导阀喷嘴（102）与阀瓣（3）的连接处安装有导向环（6），导向环（6）与阀瓣（3）的内侧壁之间设置有卡环（7）。

3.根据权利要求2所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述内导向套（5）与阀瓣（3）之间设置有第一密封圈（8），内导向套（5）与外导向套（4）之间设置有第二密封圈（9）。

4.根据权利要求3所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述填料室座（11）与压盖（15）之间依次设置有自密封圈（12）、压环（13）和四合环（14），内导向套（5）与填料室座（11）通过螺纹连接。

5.根据权利要求1或4所述的一种先导式安全阀，其特征在于：还包括下调整杆（104）和下调整环（105），下调整环（105）通过螺纹安装在先导阀阀座（101）的上端，下调整杆（104）通过螺纹安装在先导阀阀体（103）上，下调整杆（104）的尖部插入下调整环（105）内。

6.根据权利要求1所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述弹簧组件（18）包括下弹簧座（109）、先导阀弹簧（110）和上弹簧座（111），下弹簧座（109）与上弹簧座（111）之间安装有先导阀弹簧（110），先导阀弹簧（110）套装在先导阀阀杆（112）外侧，上弹簧座（111）与调整螺丝（117）连接，下弹簧座（109）与先导阀阀杆（112）连接。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述阀体（2）的外壁上加工有外驱动装置口（17）。

8.根据权利要求1所述的一种先导式安全阀，其特征在于：所述先导阀阀瓣（106）外侧套装有阀瓣套筒（107），阀瓣套筒（107）外侧套装有先导阀导向套（108），阀瓣套筒（107）与先导阀导向套（108）构成导向副。

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