CN1214428A - 新型无泄漏安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种防止反应堆一回路或其它非核系统超压的保护设备。它包括耐压阀体及其中作用在阀瓣上维持密封的弹簧压载系统和用于迅速减少阀瓣密封力,主要由金属膜片(或波纹管、或橡胶板)密封的可移动活塞、弹簧、为弹簧预紧用的调节螺塞等组成,新型无泄漏安全阀在压力介质的直接作用下,自动开启,自动关闭。亦可借助电源或气源实施强制开启和强制关闭。它相对引导式安全阀来说,没有辅阀,结构简单,可靠性好,不存在因辅阀密封面卡上固体颗粒物而导致主阀不关的问题,是一种性能好,寿命长,能广泛用于核与非核系统的一种新型无泄漏安全阀。

Description

新型无泄漏安全阀

本发明涉及安全阀，特别是新型无泄漏安全阀

安全阀是所有内部盛有压力可变介质的压力容器或系统必不可少的超压保护设备。

现有的安全阀有两大类：直接作用式安全阀和间接作用式安全阀，就功能而言，又分安全功能和释放功能。

现用于以轻水堆冷却剂的核反应堆超压保护系统中的安全阀，一般为弹簧式安全阀，是一种直接作用式安全阀，这种安全阀是在压力介质的直接作用下开启，阀瓣与阀座之间的密封力为阀瓣上弹簧的作用力与阀瓣下价质的作用力之差。当介质压力接近安全阀的开启压力时，因阀瓣与阀座的密封比压过小而开始泄漏。从开始泄漏到开启压力这个压力区间称为弹簧式安全阀的先泄漏区间。采用以辅阀来控制主阀开启的安全阀是一种间接作用式安全阀。这种安全阀的主阀瓣为反向密封，其密封比压随系统压力介质的压力增加而增加，密封性能好。当辅阀开启时，来自阀入口腔的压力介质进入活塞上腔，因活塞的横断面积几倍于主阀瓣的有效压力面积，活塞上腔的压力不用升得太高，就顶开主阀瓣。当压力下降到辅阀的关闭压力时，辅阀关闭，活塞上腔的压力介质泄漏而无补充，压力迅速下降，当压力降到顶主阀瓣的作用力小于主阀瓣预紧弹簧和压力介质对阀瓣的作用力之和时，主阀瓣迅速关闭。

间接作用式安全阀解决了主阀的密封问题，但如果辅阀仍为弹簧式安全阀，则起控制作用的辅阀的先泄漏区间依然存在而易使密封面损坏。随着密封面的损坏，泄漏量加剧，开启压力偏差加大，工作寿命缩短。

德国的100万千瓦核电站使用的间接作用式安全阀，其辅阀是弹簧式安全阀。为解决其先泄漏，在辅阀的阀瓣上加上了一个电磁作用力，到开启压力时，先卸去电磁作用力而后才能开启，一旦不能准时卸去电磁作用力，安全阀不能在给定压力上开启，被保护系统就要超压，这种阀是离不开外能源帮助，靠外能源控制而工作的一种安全阀。

美国电力研究所在1982年12月《PWR Safety and Relief Valve TestProgram》EPR1 NP-2292 Project V102的最终报告中所公开的间接作用式安全阀；我国1987年3月16日申请的(专利号：87101900)引导式安全阀，虽然都解决了辅阀的先泄漏问题，但存在着严重的缺陷是，辅阀对压力介质的纯洁度要求很高，其中不能含有固体颗粒物，哪怕是微小的颗粒物，夹在辅阀的密封面上，都要导致辅阀泄漏，较大泄漏量导致主阀不能关闭，使堆一回路失水，有使堆芯烧毁的危险。用辅阀控制主阀开启的间接作用式安全阀，对被保护系统中的水质要求很高，日本对它是不感兴趣的，加之间接作用式安全阀结构复杂，制造工艺要求极严格，或本费高，因而难以推广到非核系统中使用，特别是水质不太好的非核系统。

本发明的目的在于提供一种既能用于以轻水为冷却剂的核反应堆超压保护系统，又能广泛使用于非核系统中使用的安全阀。它没有辅阀，而又不存在先泄漏区间，是一种新型的无泄漏安全阀。整个装置可靠性好，使用寿命长，结构简单，便于制造，从而使之具有更好的超压保护效果。

本发明提供的新型无泄漏安全阀，如图1所示。当阀处于工作状态时，通过旋转调节螺塞[13]，压缩加载弹簧[11]，其力通过阀杆[8]传递给阀瓣[7]，使阀瓣[7]维持密封，如图5所示，此力为62KN。当阀入口管咀内合有压力介质水或蒸汽时，介质使阀瓣[7]产生一个向上的作用力，此力随介质压力增加而增加，而阀瓣[7]的密封力随介质压力增加而减少，当介质压力上升到17.9MPa时，如图5所示，阀瓣[7]的密封力下降到15KN，与此同时，通过连接管[24]进入膜片[23]上腔的压力介质，使活塞[17]产生一个向下的力，当介质村力上升到17.9MPa时，活塞[17]的推杆，推使传力盘[16]与杠杆[15]接触，开始对杠杆[15]施加作用力，当介质压力上升到18MPa时，传力盘[16]通过杠杆[15]作用在加载弹簧座[10]的向上作用力和介质作用在阀瓣[7]下面的总力达到15AN。此时阀瓣[7]的密封力减到零。当介质压力再增加一个极小值时，阀瓣[7]的密封面与阀座的封面脱开，介质经密封面处进入到阀的出口腔，与此同时进入两密封面间的压力介质，使阀瓣[7]增加一个向上的力。通过合理设计，可使此力大于15KN，超过的力可使加载弹簧[11]所压缩的值等于给定排放量所需要的阀瓣[7]的开启高度。当系统压力降至阀关闭压力时，阀瓣[7]迅速关闭并维持密封。从而完成安全阀的安全功能。如图1所示，开启压力可以通过旋转调节螺塞[194准确地进行调整。排量、即阀瓣[7]的升程，启闭压差值的大小，可以通过调整上调压盘[5]和下调压盘[3]以及调节螺塞[13]来实现。

当介质压力处于系统运行压力时，随时都可实施强制开启和强制关闭。如图1所示，当电磁阀[26]通电时，电磁力使电磁阀[26]开启，来自压缩空气总管[27]的压缩空气经电磁阀[26]，分别进入多级活塞组件[36]的各个活塞上腔，使活塞组件[36]向下推使杠杆[37]绕支撑盘[14]上的支点上下转动，使压载弹簧座[10]向上移动。阀瓣[7]在压力介质的作用下开启，释放压力介质，当电磁阀[26]关闭时，切断压缩空气源，进去的压缩空气，经电磁阀[26]排到大气，加载弹簧[11]推使加载弹簧座[10]向下，使阀瓣[7]关闭。从而完成安全阀的强制释放功能，当阀瓣[7]因意外事故不能关闭或关闭不严时，可使电磁阀[28]通电开启，压缩空气由入口总管[27]，经电磁阀[28]分别进入多级活塞组件[36]的各活塞下腔，使活塞组件[36]向上拉，使杠杆[37]绕支撑盘[14]上的支点上下转动，使压载弹簧座[10]向下移动，推使阀瓣[7]向下移动关闭。实施强制关闭。

与现有技术相比，新型无泄漏安全阀的最大特点是，没有辅阀，不存在有因辅阀密封面上卡上固体颗粒物而导致主阀不能关闭的严重问题，其次是，新型无泄漏安全阀结构简单、制造容易、成本低、可靠性好、适于各种各样的超压保护系统中使用。新型无泄漏安全阀，通过合理设计，可以完全做到先泄漏区间为零，因而不存在因先泄漏而导致阀瓣密封面遭受浸蚀性破坏而失效的问题，因而工作性能好，工作寿命长。

本发明具有下述几片张附图

图1是具有强制开启和强制关闭功能，引爆系统活塞上方采用膜片密封的新型无泄漏安全阀的最佳实施例的结构简图。

图2是具有强制开启和强制关闭功能，引爆系统活塞采用波纹管密封，气动活塞为单级的新型无泄漏安全阀的另一实施侧的结构简图。

图3是具有强制开启和强制关闭功能，引爆系统置于阀体旁侧，气动装置置于阀顶部的新型无泄漏安全阀的又一实施例的结构简图。

图4是引爆系统置于阀顶部，其活塞推杆施力时，不通过杠杆施力于加载弹簧座的新型无泄漏安全阀的又一实施例的结构简图。

图5是新型无泄漏安全阀密封特性曲线图，其中附有弹簧式安全阀的密封特性曲线。

现参照附图对实施例进行详细说明：

新型无泄漏安全阀由安全功能、释放功能和强制关闭功能组成。安全功能由阀体及其内部的弹簧加最系统和引爆系统组成。释放功能和强制关闭功能由气动活塞装置和弹簧加载系统来实现。

如图1所示，阀座与阀体[1]连成一体，下调压盘[3]以螺纹连接的方式拧在阀座上，旋转下调压盘[3]，可使其上下位置变动，固定螺钉[4]用来防止其旋转，阀瓣[7]置于导向筒[9]内。以螺纹连接的方式将上调压盘[5]拧于导向筒[9]外，旋转上调压盘[5]，可使其上下位置变动，固定螺钉[6]用来防止其旋转，阀杆[8]穿过导向筒[9]内的导向孔，下端与阀瓣[7]接触，上端与加载弹簧座[10]接触，调节螺塞[13]，以螺纹11连接的方式，拧在弹簧外筒[12]内。旋转调节螺塞[13]可压缩加载弹簧[11]，其压缩力通过加载弹簧座[10]，经阀杆[8]传递给阀瓣[7]，成为阀瓣的密封力。拧入弹簧外筒[12]内的支撑盘[14]，用来提供杠杆的支撑点，其上下位置，通过旋转支撑盘[14]来解决。传力盘[16]套在活塞[17]的推杆上，它与杠杆[15]之间保持一个间隙。调节螺塞[19]以螺纹连接的方式，拧于连接筒[20]的内部，碟形弹簧[21]套在活塞[17]的推杆上，在调节螺塞[19]的上方，旋转调节螺塞[19]，使碟形弹簧预压缩，以调整安全阀的开启压力值，用于密封介质的膜片[23]，通过熔化焊，其周边与连接筒[20]相连接，上封头[22]以螺纹连接的方式拧在连接筒[20]的上部，并通过熔焊的方式，局部与连接筒[20]熔焊在一起，以杜绝压力介质渗漏，连接管[24]下端与阀体[1]上的管插座[2]对焊在一起，上端与上封头[22]的管咀对焊在一起，形成一个从阀入口至密封膜片[23]上腔之间的一个通道，卡箍[18]把气动装置固定在连接筒[20]上，杠杆[37]穿过气动活塞组件[36]推杆的孔中，右端与加载弹簧座[10]接触，中部栓在支撑盘[14]的支撑点上。气动装置缸体由上缸体[30]、中缸体[33]、下缸体[35]以螺纹连接的方式相互连接在一起，隔板[32]和隔板[34]置于上中下缸体之间，密封环[31]用来保持活塞周边的密封。由三通电磁阀[26]出来的连接管[25]分别进入各级活塞的上腔，由三通电磁阀[28]出来的连接管[29]分别进入各级活塞下腔，压缩空气总管[27]分别与三通电磁阀[26]和三通电磁阀[28]相连，使各个部件连成一个整体。

如图2所示，其结构的主要特点是引爆系统的活塞[10]，用波纹管[9]进行密封，气动装置的活塞[13]为单级。

如图3所示，其结构的主要特点是引爆系统置于阀体的旁侧，通过固定筒[3]固定在阀体上部的弹簧外筒[15]上，通过杠杆[16]来传递来自引爆系统的作用力，引爆系统中的活塞密封采用波纹管[11]密封。气动装置置于阀的顶部，活塞[7]的推拉杆[9]，通过杠杆[6]推拉加载弹簧座[4]上下移动，来实现安全阀的强制开启和强制关闭。

如图4所示，其结构的主要特点引爆系统不通过杠杆而通过框架[5]，将来自活塞推杆[9]的作用力施于加载弹簧座[3]上，来实施阀瓣[1]的开启。

Claims (6)

1．一种新型无泄漏安全阀，如图1所示，包括阀体[1]及其内部的弹簧加载系统、引爆系统。其特征在于引爆系统置于弹簧加载系统之上，由封头[22]、连接筒[20]、密封膜片[23]作为压力边界，构成压力腔。通过连接管[24]使压力腔与阀入口管咀内腔相通，作用于密封膜片[23]之上的介质作用力，传递给下面的活塞[17]，可移动的活塞[17]的推杆穿过调节螺塞[19]、与下面的传力盘[16]相连，碟形弹簧[21]套在活塞[17]的推杆上，置于调节螺塞[19]的上方，杠杆[15]设置在支撑盘[14]上，杠杆[15]的左端与加载弹簧座[10]接触，右端与传力盘相望，其间设有邻接间隙δ。

2．按照权利要求1所述的新型无泄漏安全阀，其特征在于通过杠杆[37]使其与气动装置相连，杠杆[37]栓在支撑盘[14]上(可上下摆动)，右端与加载弹簧座[10]相接触。左端穿过活塞组件[36]的推杆，可随同推杆上下摆动。阀体[1]及其内部的弹簧加载系统，引爆系统，气动装置构成新型无泄漏多功能安全阀。气动装置由缸体和多级活塞组件[36]以及控制压缩空进入气缸内，实施强制开启和强制关闭的三通电磁阀[26]和三通电磁阀[28]等部件组成。

3．按照权利要求1所述的新型无泄漏安全阀的另一实施例，其特征在于引爆系统中的活塞，如图2所示，采用金属波纹管密封，气动装置中的活塞[13]为单级。

4．按照权利要求1所述的安全阀的另一实施例，如图3所示，其引爆系统置于阀体[17]的旁侧，通过杠杆[16]与阀体内的弹簧加载系统的加载弹簧座[4]相接触，气动装置置于阀体[7]及其弹簧加载系统的顶部。

5．按照权利要求1所述的安全阀的另一实施例，如图4所示，其引爆系统的活塞[9]不经杠杆，而经框架[5]直接作用在加载弹簧座[3]的上面。

6．新型无泄漏安全阀的工作原理，如图5所示，在阀瓣上预先加上一个足够的载荷(62KN)，在临近阀门开启压力(18MPa)前，还有足够的密封力(15KN)使阀瓣密封处不泄漏。利用被保护系统中的压力介质，在如图1所示的引爆系统中，在短短的压力区间(0.1MPa)内产生一个足够大的作用力，它连同压力介质作用在阀瓣下面的力一起，作用于阀瓣的加载系统，使阀瓣的密封力速降至零，从而跳越了先泄漏区间，使先泄漏量为零。

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