CN113700914B - 一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀及使用方法 - Google Patents

一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀及使用方法 Download PDF

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Abstract

一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀及使用方法，属于锅炉汽包、过热器的超压保护装置领域。本发明解决了传统的弹簧式安全阀在前泄阶段泄漏量大，在起跳阶段和排放阶段阀门打开速度慢、稳定性较差以及在回座阶段启闭压差大，影响安全阀回座状态下的密封性能的问题。本发明的冷却器内设置有排汽室和排汽管，排汽室与排汽管连通，排汽室内设置有背压调整机构，背压调整机构与排汽室的入口端形成密封面，所述背压调整机构的背压弹簧设置在背压下弹簧座和背压上弹簧座之间，背压下弹簧座与排汽室的入口形成密封面，背压上弹簧座通过紧定螺钉与阀杆连接。通过本发明的安全阀有效提高在工作过程中的稳定性，同时避免造成蒸汽介质的浪费。

Description

一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀及使用方法
技术领域
本发明涉及一种弹簧式安全阀，属于锅炉汽包、过热器的超压保护装置领域。
背景技术
锅炉过热器弹簧式安全阀，是借助高温高压蒸汽本身的压力超过设计值时自动排放一定数量的蒸汽，防止过热器超压，保护锅炉正常运行。一台合格的锅炉过热器弹簧式安全阀在整定压力下能够迅速突起至全行程；当锅炉压力降到规定的范围时，安全阀迅速回座密封，按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的规定，安全阀的整定压力为1.05～1.08倍锅炉工作压力，弹簧力在阀芯密封面产生的单位比压已经很小。由于弹簧的轴向作用力的不均，弹簧力偏离阀座密封面几何中心，使密封面上的压紧力分布不均匀，局部点的密封比压变的更小；
为了提高的阀芯密封面的密封比压，锅炉弹簧安全阀传统方式有以下两种。第一、采用弹性阀芯，由于唇部很薄，利用唇部的弹性变形使阀芯与阀座紧密贴合。第二、设置下调整环，使设置下调整环与阀芯构成一个可调节空间，以获得更大的开启力；
弹簧式安全阀的起跳、回座原理是依靠其入口端的蒸汽压力变化和弹簧预紧力来使阀芯自动开启及关闭。当蒸汽压力升高到提升力比弹簧预紧力大时，阀芯克服弹簧预紧力自动开启，泄放多余的介质，使内压下降，又由于弹簧力的作用，当内压降至安全值时，阀芯自动关闭，泄放停止，弹簧式安全阀一般整定压力的90％时，因为弹簧预紧力与克服蒸汽压力之差小于阀门密封比压，阀门就会出现前泄现象，直到蒸汽压力上升到整定压力时，安全阀起跳；
目前现有的弹簧式安全阀存在以下几处不足：
1、弹簧式安全阀的动作过程分为4个阶段：前泄阶段、起跳阶段、排放阶段和回座阶段，现有的安全阀在前泄阶段时，锅炉过热器是工作在正常的压力范围内，如果锅炉不继续升压，安全阀不需要排放蒸汽，而现有的弹簧式安全阀阀门背压较低，阀芯密封面比压低，造成蒸汽介质泄漏和浪费；
2、现有的弹簧式安全阀在起跳阶段过程中，此时锅炉已经超压，需要立刻排量多余的介质，而现有的弹簧式安全阀由于阀门背压较大，阀门打开速度较慢，造成阀门的不稳定性，容易发生一些危险情况；
3、现有的弹簧式安全阀在排放阶段过程中容易产生频跳问题，导致阀门在排放过程中稳定性较差；
4、现有的弹簧式安全阀在回座阶段时由于启闭压差较大，影响安全阀回座状态下的密封性能。
综上所述，亟需一种在安全阀前泄阶段减少蒸汽的泄漏量，提高安全阀在起跳阶段和排放阶段的稳定性，以及减少安全阀的启闭压差的弹簧式安全阀用以解决上述问题。
发明内容
本发明解决了传统的弹簧式安全阀在前泄阶段泄漏量大，在起跳阶段和排放阶段阀门打开速度慢、稳定性较差以及在回座阶段启闭压差大，影响安全阀回座状态下的密封性能的问题，进而公开了“一种带新型背压调整机构弹簧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：
方案一：一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀，包括阀体组件、冷却器和弹簧阀盖机构，阀体组件、冷却器和弹簧阀盖机构由下至上依次连接，阀体组件底部设置有入口流道，阀体组件的侧端设置有出口流道，阀体组件内设置有导向套和阀芯，阀芯设置在导向套内并与阀体组件的入口流道形成密封面，阀杆穿过弹簧阀盖机构和冷却器与阀芯连接，冷却器内设置有排汽室和排汽管，排汽室与排汽管连通，排汽室内设置有背压调整机构，背压调整机构与排汽室的入口端形成密封面；
所述背压调整机构包括背压下弹簧座、背压弹簧和背压上弹簧座，背压弹簧设置在背压下弹簧座和背压上弹簧座之间，背压下弹簧座与排汽室的入口形成密封面，背压上弹簧座通过紧定螺钉与阀杆连接。
进一步的，所述弹簧阀盖机构包括弹簧罩、下弹簧座、弹簧、上弹簧座、调整螺丝和阀杆螺母，弹簧罩设置在冷却器上，弹簧罩内设置有下弹簧座、弹簧和上弹簧座，下弹簧座、弹簧和上弹簧座依次套装在阀杆上，阀杆通过调整螺丝与弹簧罩连接，上弹簧座与调整螺丝固定连接，阀杆的端部安装有阀杆螺母。
进一步的，所述弹簧罩上设置有小罩，小罩上安装有手柄和拨叉，拨叉设置在调整螺丝与阀杆螺母之间，手柄设置在拨叉下方并与拨叉的一端接触。
进一步的，所述阀体组件的侧壁上设置有下调整环和上调整环，下调整环布置在上调整环的下方。
方案二：基于方案一的一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀的使用方法，包括以下阶段：
前泄阶段：通过旋转背压上弹簧座压缩背压弹簧使背压下弹簧座与排汽室的密封面产生预紧力，在前泄阶段时，蒸汽通过阀体组件的入口流道流入，蒸汽压力介于整定压力的90％～99％时，弹簧阀盖机构内的弹簧预紧力与蒸汽对阀芯的作用力合力小于阀芯密封面的密封比压，此时高温高压蒸汽通过阀芯与阀体组件的密封面处泄漏，再经过导向套与阀芯的间隙进入阀芯背面，背压弹簧预紧力大于泄漏蒸汽的作用力，蒸汽在阀芯背面憋压，增大阀芯密封面的密封比压，防止蒸汽的泄漏进一步扩大；
起跳阶段：当安全阀进入起跳阶段时，蒸汽压力等于阀门的整定压力，弹簧阀盖机构内的弹簧预紧力与蒸汽作用到阀芯升力的合力差等于零，阀芯背压蒸汽作用力大于背压弹簧在背压下弹簧座密封面产生的预紧力，背压调整机构打开，阀芯的背压通过排汽室和排汽管排出，提高安全阀的起跳速度；
排放阶段：当安全阀进入排放阶段时，阀芯向上运动，排汽室的流通面积持续增大，通过高速蒸汽流道，因射流抽吸效应使背压腔为负压，避免安全阀频跳问题，提高安全阀排放过程中的稳定性；
回座阶段：当安全阀进入回座阶段时，此时锅炉过热器排放多余蒸汽，安全阀内蒸汽压力小于整定压力，背压下弹簧座密封面先于阀芯密封面密封，蒸汽经过导向套与阀芯间隙进入阀芯背面再次憋压，增大阀芯密封面的密封比压，辅助安全阀回座后的密封，提高安全阀回座状态下的密封性能。
本发明的有益效果：
1、本发明的一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀在前泄阶段时，阀芯背压调整机构关闭，增加安全阀在前泄状态下的背压，减少安全阀在前泄状态下的泄漏量，避免蒸汽介质的浪费；
2、本发明的一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀在起跳阶段时，背压调整机构打开，背压腔蒸汽直接排放大气，安全阀升力瞬间增大，实现安全阀的迅速开启，提高安全阀的安全性；
3、本发明的一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀在排放阶段时，排汽室流通面积持续增大，通过高速蒸汽流道，因射流抽吸效应使背压腔为负压，避免阀门出现频跳问题，提高安全阀在排放过程中的稳定性；
4、本发明的一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀在回座阶段时，背压调整机构重新关闭，蒸汽在背压腔憋压，增大阀芯密封面的密封比压，减少安全阀启闭压差大的问题，提高安全阀在回座状态下的密封性能。
5、为使本专利的技术方案所起到的有益效果更加直观，将本专利的安全阀与现有的安全阀进行对比，对比表格如下：
本专利与传统安全阀对比表
阀门 前泄阶段 动作阶段 排放阶段 回座阶段
传统安全阀 P<sub>前1</sub> P<sub>动1</sub> P<sub>排1</sub> P<sub>回1</sub>
本专利安全阀 P<sub>前2</sub> P<sub>动2</sub> P<sub>排2</sub> P<sub>回2</sub>
背压对比 P<sub>前2</sub>＞P<sub>前1</sub> P<sub>前1</sub>＞P<sub>前2</sub> P<sub>前1</sub>＞P<sub>前2</sub> P<sub>前2</sub>＞<sub>P前1</sub>
期望值 越大越好 越小越好 越小越好 越大越好
有益效果 减少蒸汽浪费 提高开启速度 提高定做稳定性 减少启闭压差
附图说明
图1是一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀的整体结构示意图；
图2是图1的局部示意图；
图3是前泄阶段背压调整机构示意图；
图4是起跳阶段背压调整机构示意图；
图5是排放阶段背压调整机构示意图；
图6是回座阶段背压调整机构示意图。
图中1-背压下弹簧座，2-背压弹簧，3-背压上弹簧座，4-紧定螺钉，5-排汽室，6-排汽管，7-弹簧罩，8-阀杆，9-下弹簧座，10-弹簧，11-上弹簧座，12-调整螺丝，13-手柄，14-拨叉，15-小罩，16-阀杆螺母，17-冷却器，18-导向套，19-阀芯，20-阀体组件，21-下调整环，22-上调整环。
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6说明本实施方式，本实施方式的一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀，包括阀体组件20、冷却器17和弹簧阀盖机构，阀体组件20、冷却器17和弹簧阀盖机构由下至上依次连接，阀体组件20底部设置有入口流道，阀体组件20的侧端设置有出口流道，阀体组件20内设置有导向套18和阀芯19，阀芯19设置在导向套18内并与阀体组件20的入口流道形成密封面，阀杆8穿过弹簧阀盖机构和冷却器17与阀芯19连接，冷却器17内设置有排汽室5和排汽管6，排汽室5与排汽管6连通，排汽室5内设置有背压调整机构，背压调整机构与排汽室5的入口端形成密封面；
所述背压调整机构包括背压下弹簧座1、背压弹簧2和背压上弹簧座3，背压弹簧2设置在背压下弹簧座1和背压上弹簧座3之间，背压下弹簧座1与排汽室5的入口形成密封面，背压上弹簧座3通过紧定螺钉4与阀杆8连接，紧定螺钉4对压缩量进行固定，蒸汽介质从阀体组件20的入口流道进入，当蒸汽介质的压力小于阀门的整定压力时，通过背压调整机构使排汽室密封，防止蒸汽介质在前泄阶段的泄漏，造成资源的浪费(如图3所示)，当蒸汽介质的压力等于阀门的整定压力时，阀芯19背压蒸汽作用力大于背压弹簧2对背压下弹簧座1密封面的预紧力，使背压调整机构打开，阀芯19的背压通过排汽室5排出，有效提高安全阀的起跳速度(如图4所示)，当安全阀内蒸汽持续排放时，阀芯19向上运动，排汽室5的流通面积持续增大，使阀门的背压腔为负压，有效避免了安全阀产生频跳问题，提高安全阀在排放阶段的稳定性(如图5所示)，当安全阀内蒸汽压力小于整定压力时，背压调整机构的密封面先于阀芯19的密封面密封，增大阀芯19密封面的密封比压，提高安全阀回座后的密封性能。
具体实施方式二：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀，所述弹簧阀盖机构包括弹簧罩7、下弹簧座9、弹簧10、上弹簧座11、调整螺丝12和阀杆螺母16，弹簧罩7设置在冷却器17上，弹簧罩7内设置有下弹簧座9、弹簧10和上弹簧座11，下弹簧座9、弹簧10和上弹簧座11依次套装在阀杆8上，阀杆8通过调整螺丝12与弹簧罩7连接，上弹簧座11与调整螺丝12固定连接，阀杆8的端部安装有阀杆螺母16，阀杆螺母16用于控制阀杆8的上下移动，弹簧罩7内的下弹簧座9、弹簧10和上弹簧座11为阀芯19提供预紧力，使阀芯19与阀体组件20的密封面具有较好的密封性能，当阀体组件20内的蒸汽介质压力过高时推动阀芯19向上移动压缩弹簧10，蒸汽通过冷却器17排出，排放阀体组件20内蒸汽介质的压力。
具体实施方式三：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀，所述弹簧罩7上设置有小罩15，小罩15上安装有手柄13和拨叉14，拨叉14设置在调整螺丝12与阀杆螺母16之间，手柄13设置在拨叉14下方并与拨叉14的一端接触，在具体实施方式二的基础上，在弹簧罩7的顶部设置小罩15，在小罩15上铰接设置手柄13和拨叉14，通过控制手柄13带动拨叉14使阀杆8上下移动，以此手动控制安全阀的启闭，起到安全阀内泄压的效果。
具体实施方式四：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种带新型背压调整结构弹簧式安全阀，所述阀体组件20的侧壁上设置有下调整环21和上调整环22，下调整环21布置在上调整环22的下方，所述下调整环21和上调整环22与阀体组件20的侧壁通过螺纹连接，下调整环21的作用是可以快速启用阀门，上调整环22的作用是减少阀门的启闭压差。
具体实施方式五：本实施方式是结合具体实施方式一至五任意一项的一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀的使用方法，包括以下阶段：
前泄阶段：通过旋转背压上弹簧座3压缩背压弹簧2使背压下弹簧座1与排汽室5的密封面产生预紧力，在前泄阶段时，蒸汽通过阀体组件20的入口流道流入，蒸汽压力介于整定压力的90％～99％时，弹簧阀盖机构内的弹簧预紧力与蒸汽对阀芯19的作用力合力小于阀芯19密封面的密封比压，此时高温高压蒸汽通过阀芯19与阀体组件20的密封面处泄漏，再经过导向套18与阀芯19的间隙进入阀芯19背面，背压弹簧2预紧力大于泄漏蒸汽的作用力，蒸汽在阀芯19背面憋压，增大阀芯19密封面的密封比压，防止蒸汽的泄漏进一步扩大；
起跳阶段：当安全阀进入起跳阶段时，蒸汽压力等于阀门的整定压力，弹簧阀盖机构内的弹簧预紧力与蒸汽作用到阀芯19升力的合力差等于零，阀芯19背压蒸汽作用力大于背压弹簧2在背压下弹簧座1密封面产生的预紧力，背压调整机构打开，阀芯19的背压通过排汽室5和排汽管6排出，提高安全阀的起跳速度；
排放阶段：当安全阀进入排放阶段时，阀芯19向上运动，排汽室5的流通面积持续增大，通过高速蒸汽流道，因射流抽吸效应使背压腔为负压，避免安全阀频跳问题，提高安全阀排放过程中的稳定性；
回座阶段：当安全阀进入回座阶段时，此时锅炉过热器排放多余蒸汽，安全阀内蒸汽压力小于整定压力，背压下弹簧座1密封面先于阀芯19密封面密封，蒸汽经过导向套18与阀芯19间隙进入阀芯19背面再次憋压，增大阀芯19密封面的密封比压，辅助安全阀回座后的密封，提高安全阀回座状态下的密封性能。
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 (5)

1.一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀，包括阀体组件(20)、冷却器(17)和弹簧阀盖机构，阀体组件(20)、冷却器(17)和弹簧阀盖机构由下至上依次连接，其特征在于：阀体组件(20)底部设置有入口流道，阀体组件(20)的侧端设置有出口流道，阀体组件(20)内设置有导向套(18)和阀芯(19)，阀芯(19)设置在导向套(18)内并与阀体组件(20)的入口流道形成密封面，阀杆(8)穿过弹簧阀盖机构和冷却器(17)与阀芯(19)连接，冷却器(17)内设置有排汽室(5)和排汽管(6)，排汽室(5)与排汽管(6)连通，排汽室(5)内设置有背压调整机构，背压调整机构与排汽室(5)的入口端形成密封面；
所述背压调整机构包括背压下弹簧座(1)、背压弹簧(2)和背压上弹簧座(3)，背压弹簧(2)设置在背压下弹簧座(1)和背压上弹簧座(3)之间，背压下弹簧座(1)与排汽室(5)的入口形成密封面，背压上弹簧座(3)通过紧定螺钉(4)与阀杆(8)连接；
一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀的使用方法，包括以下阶段：
前泄阶段：通过旋转背压上弹簧座(3)压缩背压弹簧(2)使背压下弹簧座(1)与排汽室(5)的密封面产生预紧力，在前泄阶段时，蒸汽通过阀体组件(20)的入口流道流入，蒸汽压力介于整定压力的90％～99％时，弹簧阀盖机构内的弹簧预紧力与蒸汽对阀芯(19)的作用力合力小于阀芯(19)密封面的密封比压，此时高温高压蒸汽通过阀芯(19)与阀体组件(20)的密封面处泄漏，再经过导向套(18)与阀芯(19)的间隙进入阀芯(19)背面，背压弹簧(2)预紧力大于泄漏蒸汽的作用力，蒸汽在阀芯(19)背面憋压，增大阀芯(19)密封面的密封比压，防止蒸汽的泄漏进一步扩大；
起跳阶段：当安全阀进入起跳阶段时，蒸汽压力等于阀门的整定压力，弹簧阀盖机构内的弹簧预紧力与蒸汽作用到阀芯(19)升力的合力差等于零，阀芯(19)背压蒸汽作用力大于背压弹簧(2)在背压下弹簧座(1)密封面产生的预紧力，背压调整机构打开，阀芯(19)的背压通过排汽室(5)和排汽管(6)排出，提高安全阀的起跳速度；
排放阶段：当安全阀进入排放阶段时，阀芯(19)向上运动，排汽室(5)的流通面积持续增大，通过高速蒸汽流道，因射流抽吸效应使背压腔为负压，避免安全阀频跳问题，提高安全阀排放过程中的稳定性；
回座阶段：当安全阀进入回座阶段时，此时锅炉过热器排放多余蒸汽，安全阀内蒸汽压力小于整定压力，背压下弹簧座(1)密封面先于阀芯(19)密封面密封，蒸汽经过导向套(18)与阀芯(19)间隙进入阀芯(19)背面再次憋压，增大阀芯(19)密封面的密封比压，辅助安全阀回座后的密封，提高安全阀回座状态下的密封性能。
2.根据权利要求1所述的一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀，其特征在于：所述弹簧阀盖机构包括弹簧罩(7)、下弹簧座(9)、弹簧(10)、上弹簧座(11)、调整螺丝(12)和阀杆螺母(16)，弹簧罩(7)设置在冷却器(17)上，弹簧罩(7)内设置有下弹簧座(9)、弹簧(10)和上弹簧座(11)，下弹簧座(9)、弹簧(10)和上弹簧座(11)依次套装在阀杆(8)上，阀杆(8)通过调整螺丝(12)与弹簧罩(7)连接，上弹簧座(11)与调整螺丝(12)固定连接，阀杆(8)的端部安装有阀杆螺母(16)。
3.根据权利要求2所述的一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀，其特征在于：所述弹簧罩(7)上设置有小罩(15)，小罩(15)上安装有手柄(13)和拨叉(14)，拨叉(14)设置在调整螺丝(12)与阀杆螺母(16)之间，手柄(13)设置在拨叉(14)下方并与拨叉(14)的一端接触。
4.根据权利要求1或3所述的一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀，其特征在于：所述阀体组件(20)的侧壁上设置有下调整环(21)和上调整环(22)，下调整环(21)布置在上调整环(22)的下方。
5.根据权利要求4所述的一种带新型背压调整机构弹簧式安全阀，其特征在于：所述下调整环(21)和上调整环(22)与阀体组件(20)的侧壁通过螺纹连接。
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