CN116576278A - 一种小口径全封闭静重式安全阀 - Google Patents

Abstract

一种小口径全封闭静重式安全阀，属于安全阀技术领域，本发明为了解决传统静重式安全阀启闭压差大的问题。阀体、阀盖、阀杆和阀瓣本体；阀瓣本体启闭阀座结构，阀杆与阀盖底部的上导向套滑动配合，阀盖的上壁滑动设置有调整杆，调整杆的底部设有调整座盘，调整杆上套接有回座辅助弹簧，回座辅助弹簧的两端分别与阀盖和调整座盘相抵靠；全开阀时，阀瓣本体和阀杆向上滑动，波纹管被压缩，第一凸缘结构与沉台的底面相抵靠，阀杆上压调整座盘，回座辅助弹簧被压缩。通过调整回座辅助弹簧的预紧力，实现全开阀时调整座盘对阀杆施加辅助回座力，来克服传统静重式安全阀不能平衡阀门开启时介质作用在阀瓣本体上的附加作用力，避免现场介质的浪费。

Description

一种小口径全封闭静重式安全阀

技术领域

本发明属于安全阀技术领域，尤其涉及一种小口径全封闭静重式安全阀。

背景技术

根据规定，用于存储有毒有害、易燃易爆介质的压力容器所用安全阀整定压力须小于0.1Mpa，且不能采用弹簧式或先导式的安全阀，应选用静重式全封闭安全阀。

静重式安全阀是借助介质本身的压力超过整定压力时自动排放一定数量的介质，防止被保护容器超压，保护系统的安全。作为超压保护装置，这就要求安全阀，当系统超压时，迅速全启排放规定数量的介质；当系统压力降到规定的数值时，安全阀迅速回座密封。

传统静重式安全阀主要由阀体、阀座、阀瓣(组件)和重力组件几部分组成。静重式安全阀是将重力组件的载荷力直接作用在阀瓣上当介质力与重力片力平衡时安全阀开启。静重式安全阀在给定整定压力值后不论在任何使用场合重力组件重量不变开启压力也不变。

根据上面的叙述可以知道，传统静重式安全阀加载机构提供的外力是不变的，因此不能平衡阀门开启时介质作用在阀瓣上的附加作用力，这就导致安全阀一直要到阀前压力降到使阀杆力能够克服介质静压力和作用到阀瓣附加面积上的气流反冲力时阀门才能关闭。大部分情况下，阀前压力会低于工作压力的75~80%，这对于有毒有害介质的设备是不被接受的。

发明内容

本发明的目的是提供一种小口径全封闭静重式安全阀，以解决传统静重式安全阀启闭压差大的问题。本发明所采用的技术方案如下：

一种小口径全封闭静重式安全阀，包括阀体、阀盖、阀杆和阀瓣组件；

阀体设有阀腔，阀体的上开口、下开口和侧开口通过所述阀腔连通，进口接管与阀体的下开口密封配合，进口接管的顶端探入所述阀腔内，进口接管的顶端设有阀座结构，出口接管与阀体的侧开口密封连通；

阀瓣组件包括定位盘、阀瓣本体和支撑盘，定位盘、波纹管、阀瓣本体和支撑盘从上到下依次同轴密封相连，支撑盘上套接有密封圈，阀瓣本体的底部设有硬密封环结构，密封圈位于硬密封环结构的内周；

阀盖呈倒置的桶形，阀盖与阀体上下相连，阀体的上开口与下导向套密封连接，阀盖的下开口与上导向套密封连接，定位盘密封设置在上导向套和下导向套之间，阀瓣本体滑动设置在下导向套内；

阀盖的顶壁上滑动设置有调整杆，调整杆的上端与调整螺母螺纹配合，调整杆的下端设有调整座盘，调整杆上套接有回座辅助弹簧，回座辅助弹簧的两端分别与阀盖和调整座盘相抵靠；

重力片和万向环上下设置套接在阀杆上，上导向套的下端面上设有沉台，沉台的底面上设有通孔，万向环的下端设有第一凸缘结构，万向环的外周与通孔滑动配合，阀杆的下端依次穿过定位盘和波纹管，并与阀瓣本体相抵靠；

波纹管处于自由状态时，硬密封环结构与所述阀座结构之间设有间隙；关阀时，阀杆下压阀瓣本体，密封圈和硬密封环结构同时与阀座结构抵靠密封，波纹管伸长；全开阀时，阀瓣本体和阀杆向上滑动，波纹管被压缩，第一凸缘结构与沉台的底面相抵靠，阀杆上压调整座盘，回座辅助弹簧被压缩。

进一步的，设定阀瓣本体的启闭行程高度为H，波纹管从自由状态至关阀时的伸长状态，阀瓣本体向下移动L，波纹管从自由状态至全开阀时的压缩状态，阀瓣本体向上移动L₁，则L=L₁=0.5H。

进一步的，重力片的重力通过下式计算：

F=0.0785D_j ²×P_SET－F₁；

式中：

F为重力片的重力，单位为N；

D_j为阀座结构的内径，单位为mm；

P_SET为整定压力，单位为Mpa；

F₁为阀瓣本体、阀杆、万向环、支撑盘及相应连接件的总重量，单位为N。

进一步的，定义关阀时调整座盘与阀杆之间的间隙为辅助回座间隙H₁，则H₁=0.55～0.65H。

回座辅助弹簧的刚度通过下式计算：

K=α［π/4×D_j ²×P_SET×ρ－F₁］/H；

式中：

K为回座辅助弹簧的刚度，单位为N/mm；

D_j为阀座结构的内径，单位为mm；

α为刚度安全富裕系数；

ρ为经验系数。

进一步的，进口接管的顶部螺纹套接有下调整环，下调整环的内孔顶端设有助推倒角结构，下调整环的外周设有若干沿其轴向开设的止动槽，第一止退钉与阀体密封连接，第一止退钉的内端与下调整环的任一止动槽插接配合。

进一步的，下导向套的底部螺纹套接有上调整环，上调整环的外周设有若干沿其轴向开设的止动槽，第二止退钉与阀体密封连接，所述第二止退钉的内端与上调整环的任一止动槽插接配合。

进一步的，支撑盘的底部设有第二凸缘结构，密封圈位于第二凸缘结构的上端。

进一步的，阀瓣本体的上端设有导向孔，导向孔的下端为凹球底结构，阀杆的下端为凸球底结构，凸球底结构和导向孔的凹球底结构相切抵靠配合；重力片的内孔底部为上收缩的锥孔结构，万向环的顶端为凸面锥形结构，凸面锥形结构与重力片的锥孔结构环线相切。

进一步的，进口接管的底部设有第三凸缘结构，进口接管上转动套接有万向法兰。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明公开了一种小口径全封闭静重式安全阀，适用于整定压力小于0.1Mpa的低整定压力小口径静重式安全阀，通过调整螺母可以调整回座辅助弹簧的预紧力，实现全开阀时调整座盘对阀杆施加辅助回座力，来克服传统静重式安全阀不能平衡阀门开启时介质作用在阀瓣本体上的附加作用力，导致安全阀阀前压力需降至阀杆对阀瓣本体的压力能够克服介质静压力和作用到阀瓣本体附加面积上的气流反冲力时，所述静重式安全阀才能回座，造成现场介质的浪费。

附图说明

图1是本发明的关阀状态结构示意图；

图2是本发明的全开阀状态示意图；

图3是阀瓣组件的结构示意图；

图4是重力片的结构示意图；

图5是上导向套的结构示意图；

图6是万向环的结构示意图；

图7是阀瓣本体的结构示意图；

图8是支撑盘的结构示意图；

图9是阀杆的结构示意图；

图10是进口接管的局部剖视图。

图中：1-阀体、11-进口接管、111-阀座结构、12-出口接管、13-万向法兰、14-下导向套、15-第一止退钉、16-下调整环、17-上调整环、2-阀瓣组件、21-定位盘、22-波纹管、23-阀瓣本体、231-硬密封环结构、232-导向孔、24-支撑盘、241-第二凸缘结构、25-密封圈、3-阀杆、31-重力片、311-锥孔结构、32-万向环、321-第一凸缘结构、322-凸面锥形结构、33-凸球底结构、4-阀盖、41-上导向套、411-沉台、412-通孔、5-调整杆、51-调整座盘、52-调整螺母、53-回座辅助弹簧。

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，这些描述只是示例性的，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，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。

以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。

实施例：如图1-10所示，一种小口径全封闭静重式安全阀，包括阀体1、阀盖4、阀杆3和阀瓣组件2；

阀体1设有阀腔，阀体1的上开口、下开口和侧开口通过所述阀腔连通，进口接管11与阀体1的下开口密封配合，进口接管11的顶端探入所述阀腔内，进口接管11的顶端设有阀座结构111，出口接管12与阀体1的侧开口密封连通；

阀瓣组件2包括定位盘21、阀瓣本体23和支撑盘24，定位盘21为设有内孔的圆板形构件，定位盘21、波纹管22、阀瓣本体23和支撑盘24从上到下依次同轴密封相连，支撑盘24上套接有密封圈25，阀瓣本体23的底部设有硬密封环结构231，密封圈25位于硬密封环结构231的内周；

阀盖4呈倒置的桶形，阀盖4与阀体1上下相连，阀体1的上开口与下导向套14密封连接，阀盖4的下开口与上导向套41密封连接，定位盘21密封设置在上导向套41和下导向套14之间，阀瓣本体23滑动设置在下导向套14内；

阀盖4的顶壁上滑动设置有调整杆5，调整杆5的上端与调整螺母52螺纹配合，调整杆5的下端设有调整座盘51，调整座盘51呈圆盘形，调整杆5上套接有回座辅助弹簧53，回座辅助弹簧53的两端分别与阀盖4和调整座盘51相抵靠；

阀杆3的上端位于阀盖4内，重力片31和万向环32上下设置套接在阀杆3上，上导向套41的下端面上设有沉台411，沉台411的底面上设有通孔412，万向环32的下端设有第一凸缘结构321，万向环32的外周与通孔412滑动配合，阀杆3的下端依次穿过定位盘21和波纹管22，并与阀瓣本体23相抵靠；

波纹管22处于自由状态时，硬密封环结构231与所述阀座结构111之间设有间隙；关阀时，阀杆3下压阀瓣本体23，密封圈25和硬密封环结构231同时与阀座结构111抵靠密封，波纹管22伸长；全开阀时，阀瓣本体23和阀杆3向上滑动，波纹管22被压缩，第一凸缘结构321与沉台411的底面相抵靠，阀杆3上压调整座盘51，回座辅助弹簧53被压缩。

设定阀瓣本体23的启闭行程高度为H，波纹管22从自由状态至关阀时的伸长状态，阀瓣本体23向下移动L，波纹管22从自由状态至全开阀时的压缩状态，阀瓣本体23向上移动L₁，则L=L₁=0.5H。

重力片31的重力通过下式计算：

F=0.0785D_j ²×P_SET－F₁；

式中：

F为重力片31的重力，单位为N；

D_j为阀座结构111的内径，单位为mm；

P_SET为整定压力，单位为Mpa；

F₁为阀瓣本体23、阀杆3、万向环32、支撑盘24及相应连接件的总重量，单位为N。

定义关阀时调整座盘51与阀杆3之间的间隙为辅助回座间隙H₁，则H₁=0.55～0.65H。

回座辅助弹簧53的刚度通过下式计算：

K=α［π/4×D_j ²×P_SET×ρ－F₁］/H；

式中：

K为回座辅助弹簧53的刚度，单位为N/mm；

D_j为阀座结构111的内径，单位为mm；

α为刚度安全富裕系数，一般取0.9～0.95；

ρ为经验系数，一般取1.5～2，当下导向套14的内径值大于2倍的D_j时，ρ取2；下导向套14内径越小，ρ取值越小，但不能小于1.5。

进口接管11的顶部螺纹套接有下调整环16，下调整环16的内孔顶端设有助推倒角结构，下调整环16的外周设有若干沿其轴向开设的止动槽，第一止退钉15与阀体1密封连接，第一止退钉15的内端与下调整环16的任一止动槽插接配合。

下导向套14的底部与所述阀腔的侧壁之间设有间隙，下导向套14的底部螺纹套接有上调整环17，上调整环17的外周设有若干沿其轴向开设的止动槽，第二止退钉与阀体1密封连接，所述第二止退钉的内端与上调整环17的任一止动槽插接配合。

支撑盘24的底部设有第二凸缘结构241，密封圈25位于第二凸缘结构241的上端。

阀瓣本体23的上端设有导向孔232，导向孔232的下端为凹球底结构，阀杆3的下端为凸球底结构33，凸球底结构33和导向孔232的凹球底结构相切抵靠配合；重力片31的内孔底部为上收缩的锥孔结构311，万向环32的顶端为凸面锥形结构322，凸面锥形结构322与重力片31的锥孔结构311环线相切。

进口接管11的底部设有第三凸缘结构，进口接管11上转动套接有万向法兰13。

初始时，将上调整环17调至其下端面与阀座结构111的上端面齐平，上调整环17可辅助增加阀瓣本体23的介质压力受力面积，上调整环17下调利于开阀，上调整环17上调可减少阀门的启闭压差。

将下调整环16调至其上端低于阀座结构111密封面0.1mm位置，当介质压力达到临界整定压力时，阀瓣本体受力平衡，介质可能会有溢出，溢出的介质可聚集在所述助推倒角结构形成的环形空腔内，对阀瓣本体23产生向上的推力，以辅助开阀。

然后调整放置不同重量的重力片31，使所述静重式安全阀在整定压力下能精准起跳，凸球底结构33和导向孔232的凹球底结构相切抵靠配合，凸面锥形结构322与重力片31的锥孔结构311环线相切，可使阀杆3对阀瓣本体23自动找正。

通过调整螺母52可以调整回座辅助弹簧53的预紧力，实现全开阀时调整座盘51对阀杆3施加辅助回座力，其大小为K*(H-H₁)，H为阀瓣本体23的启闭行程高度，单位为mm，H₁为关阀时调整座盘51与阀杆3之间的间隙高度，单位为mm，K为回座辅助弹簧53的刚度，单位为N/mm，来克服传统静重式安全阀不能平衡阀门开启时介质作用在阀瓣本体23上的附加作用力，导致安全阀阀前压力需降至阀杆3对阀瓣本体23的压力能够克服介质静压力和作用到阀瓣本体23附加面积上的气流反冲力时，所述静重式安全阀才能回座，造成现场介质的浪费。

以上实施例只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：包括阀体（1）、阀盖（4）、阀杆（3）和阀瓣组件（2）；

阀体（1）设有阀腔，阀体（1）的上开口、下开口和侧开口通过所述阀腔连通，进口接管（11）与阀体（1）的下开口密封配合，进口接管（11）的顶端探入所述阀腔内，进口接管（11）的顶端设有阀座结构（111），出口接管（12）与阀体（1）的侧开口密封连通；

阀瓣组件（2）包括定位盘（21）、阀瓣本体（23）和支撑盘（24），定位盘（21）、波纹管（22）、阀瓣本体（23）和支撑盘（24）从上到下依次同轴密封相连，支撑盘（24）上套接有密封圈（25），阀瓣本体（23）的底部设有硬密封环结构（231），密封圈（25）位于硬密封环结构（231）的内周；

阀盖（4）呈倒置的桶形，阀盖（4）与阀体（1）上下相连，阀体（1）的上开口与下导向套（14）密封连接，阀盖（4）的下开口与上导向套（41）密封连接，定位盘（21）密封设置在上导向套（41）和下导向套（14）之间，阀瓣本体（23）滑动设置在下导向套（14）内；

阀盖（4）的顶壁上滑动设置有调整杆（5），调整杆（5）的上端与调整螺母（52）螺纹配合，调整杆（5）的下端设有调整座盘（51），调整杆（5）上套接有回座辅助弹簧（53），回座辅助弹簧（53）的两端分别与阀盖（4）和调整座盘（51）相抵靠；

重力片（31）和万向环（32）上下设置套接在阀杆（3）上，上导向套（41）的下端面上设有沉台（411），沉台（411）的底面上设有通孔（412），万向环（32）的下端设有第一凸缘结构（321），万向环（32）的外周与通孔（412）滑动配合，阀杆（3）的下端依次穿过定位盘（21）和波纹管（22），并与阀瓣本体（23）相抵靠；

波纹管（22）处于自由状态时，硬密封环结构（231）与所述阀座结构（111）之间设有间隙；关阀时，阀杆（3）下压阀瓣本体（23），密封圈（25）和硬密封环结构（231）同时与阀座结构（111）抵靠密封，波纹管（22）伸长；全开阀时，阀瓣本体（23）和阀杆（3）向上滑动，波纹管（22）被压缩，第一凸缘结构（321）与沉台（411）的底面相抵靠，阀杆（3）上压调整座盘（51），回座辅助弹簧（53）被压缩。

2.根据权利要求1所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：设定阀瓣本体（23）的启闭行程高度为H，波纹管（22）从自由状态至关阀时的伸长状态，阀瓣本体（23）向下移动L，波纹管（22）从自由状态至全开阀时的压缩状态，阀瓣本体（23）向上移动L₁，则L=L₁=0.5H。

3.根据权利要求2所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：重力片（31）的重力通过下式计算：

F=0.0785D_j ²×P_SET－F₁；

式中：

F为重力片（31）的重力，单位为N；

D_j为阀座结构（111）的内径，单位为mm；

P_SET为整定压力，单位为Mpa；

F₁为阀瓣本体（23）、阀杆（3）、万向环（32）、支撑盘（24）及相应连接件的总重量，单位为N。

4.根据权利要求3所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：定义关阀时调整座盘（51）与阀杆（3）之间的间隙为辅助回座间隙H₁，则H₁=0.55～0.65H。

5.根据权利要求4所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：回座辅助弹簧（53）的刚度通过下式计算：

K=α［π/4×D_j ²×P_SET×ρ－F₁］/H；

式中：

K为回座辅助弹簧（53）的刚度，单位为N/mm；

D_j为阀座结构（111）的内径，单位为mm；

α为刚度安全富裕系数；

ρ为经验系数。

6.根据权利要求1所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：进口接管（11）的顶部螺纹套接有下调整环（16），下调整环（16）的内孔顶端设有助推倒角结构，下调整环（16）的外周设有若干沿其轴向开设的止动槽，第一止退钉（15）与阀体（1）密封连接，第一止退钉（15）的内端与下调整环（16）的任一止动槽插接配合。

7.根据权利要求1所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：下导向套（14）的底部螺纹套接有上调整环（17），上调整环（17）的外周设有若干沿其轴向开设的止动槽，第二止退钉与阀体（1）密封连接，所述第二止退钉的内端与上调整环（17）的任一止动槽插接配合。

8.根据权利要求1所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：支撑盘（24）的底部设有第二凸缘结构（241），密封圈（25）位于第二凸缘结构（241）的上端。

9.根据权利要求1所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：阀瓣本体（23）的上端设有导向孔（232），导向孔（232）的下端为凹球底结构，阀杆（3）的下端为凸球底结构（33），凸球底结构（33）和导向孔（232）的凹球底结构相切抵靠配合；重力片（31）的内孔底部为上收缩的锥孔结构（311），万向环（32）的顶端为凸面锥形结构（322），凸面锥形结构（322）与重力片（31）的锥孔结构（311）环线相切。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种小口径全封闭静重式安全阀，其特征在于：进口接管（11）的底部设有第三凸缘结构，进口接管（11）上转动套接有万向法兰（13）。