CN1239759A - 新型安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供的新型安全阀，为间接作用式安全阀，属于一种超压保护设备，它包括主阀、辅阀和释放操纵阀，三阀分开设置，主阀正装，辅阀倒装，其间通过脉冲管，脉冲管中串有捕获式过滤器和释放控制阀而连成一体，主、辅阀均为无泄漏安全阀，其释放操纵阀可为手动阀、电磁阀或气动阀。本发明结构简单，制造成本低，性能稳定，使用寿命长，是一种新型安全阀。

Description

新型安全阀

本发明涉及安全阀，特别是主、辅分开设置的间接作用式安全阀。

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。

本发明的目的在于提供一种特别用于以轻水为堆冷却剂的核反应堆超压保护系统的新型间接作用式安全阀，它的工作原理如图1所示。当阀入口管咀内含有压力介质水或蒸汽时，介质使主阀瓣[2]产生一个向上的力，它连同主阀预紧弹簧[7]对主阀瓣[2]的作用力一起构成主阀瓣[2]与主阀座[49]之间的密封力，此力随系统压力增加而增加(见图3)。与此同时，通过脉冲管[22]、过滤器[23]、脉冲管[24]进入辅阀体[30]内的水或蒸汽，给辅阀瓣[44]一个向上的力，此力连同预紧弹簧[28]对辅阀瓣[44]的作用力一起构成辅阀瓣[44]与辅阀座[46]之间的密封力。随着系统压力上升，作用在波纹管[34]上端的作用力不断增加，辅阀控制弹簧[39]和波纹管[34]被压缩的数值也随之增加，可调邻接间隙δ不断减小。当系统压力上升到某一压力Pc时，可调邻接间隙δ被闭合。此时，辅阀瓣[44]与辅阀座[46]之间的密封力达到最大值(见图2)。此后随着系统压力增加，辅阀瓣[44]与辅阀座[46]之间的密封力迅速减小。当系统压力达到辅阀的开启压力定值时，该密封力减小到零。当系统压力再增加一个极小值时，辅阀瓣[44]就脱离开辅阀座[46]，水或蒸汽从辅阀开启处进入脉冲管[21]，流到活塞[8]的上腔。因为活塞[8]的横断面积几倍于主阀瓣[2]的有效压力作用面积。活塞[8]的上腔压力不用上升到系统压力，作用在活塞[8]上端面的力通过主阀杆[4]迅速作用到主阀瓣[8]使主阀瓣[2]与主阀座[49]之间的密封力从最大值迅降至零(见图3)。主阀瓣[2]开启，排放压力介质，当系统压力降到辅阀的关闭压力Pc时，辅阀瓣[44]关闭，活塞[8]的上腔因介质泄漏而无补充，迅速降压。主阀瓣[2]在入口腔内压力介质和预紧弹簧[7]的共同作用下迅速关闭，保持密封，从而完成安全功能，当手动或电动或气动开启释放控制阀[9]，来自主阀入口腔经脉冲管进入活塞[8]的上腔，同样可将主阀瓣[2]顶开，排放压力介质，当释放控制阀关闭后，主阀瓣[2]关闭，保持密封，从而完成释放功能。

本发明的总体结构如图1所示，主、辅阀为分离布置结构，主阀立式正装，辅阀倒装。主辅阀之间，通过脉冲管[21]、[22]、[24]释放控制阀[19]、过滤器[22]等连通在一起，通过固定夹[29]夹固在一块。

本发明提供的新型安全阀，主阀的结构如图1的左部所示，主阀座[49]焊接在主阀体[1]，主阀瓣[2]复盖在主阀座[49]上。主阀杆[4]的下端通过螺塞[3]的旋入，使其与主阀瓣[2]相连，上端穿过活塞[8]，用螺母[10]，加防松弹簧垫圈[9]拧固在活塞[8]上。活塞[8]置于缸衬[5]中。主阀预紧弹簧[7]，置于缸衬[5]的凹槽中，上端与活塞[8]接触，下端与缸衬[5]的凹槽的底部接触，并受到一定程度的压缩，压缩所产生的力，通过活塞杆[4]传递给主阀瓣[2]，使主阀瓣[2]对主阀座[49]产生一个初始压紧力，缸衬[5]自上而下置于主阀体[1]的上腔中。活塞[8]通过活塞环[11]与缸衬[5]相接触，并维持密封。密封盖[12]置于缸衬[5]的上腔内，在密封盖[12]与缸衬[5]之间设置有三角形密封垫圈[13]，三角形密封垫圈[13]上端与压紧筒[14]接触，压紧螺盖[15]拧固在主阀体[1]的上端，通过它的旋紧，施压于压紧筒[14]。三角形密封垫圈[13]在压紧筒[14]的作用下，使其与密封盖[12]和缸衬[5]紧密接触，维持密封。另外通过压紧盖[15]上端的预紧螺母[16]的旋紧，使密封盖[12]受拉，进一步施压于三角形密封垫圈[13]。压紧螺母[17]旋于密封盖[12]上，通过球面接管[18]与脉冲管[21]相连通，使来自脉冲管[21]的压力介质能畅通无阻地进入活塞[8]的上腔。

辅阀结构如图1的右部所示，辅阀座[46]置于辅阀体[30]中，并施以密封焊，使辅阀座[46]与辅阀体[30]相连接。辅阀座[46]的中心嵌入锥形细棒[45]，做为辅阀瓣[44]的导向定位用，辅阀瓣[44]套在锥形细棒[45]上，下端与预紧弹簧[28]接触。预紧弹簧[28]的下端与波纹管芯棒[33]接触，并使其压缩，其力传递给辅阀瓣[44]，构成辅阀瓣[44]与辅阀座[46]之间的压紧力。控制弹簧座[35]的上端一部分插入波纹管芯棒[33]的下端，调节螺钉[38]从弹簧筒[37]的下端的螺纹孔中旋入，并压紧弹簧盖[36]，弹簧盖[36]压控制弹簧[39]，将力传递给弹簧下座[35]，相继将力传递给波纹管芯棒[33]。波纹管芯棒[33]的上端，通过铆钉[32]与连接外筒[25]、连接内筒[31]相固接，穿过辅阀瓣[44]横向孔的横栓[26]的两端夹固在连接外筒[25]内端面和连接内筒[31]的插口之间。随连接外筒[25]上下移动而移动，以改变邻接间隙δ值，波纹管[34]套置在波纹管芯棒[33]上，上端与波纹管芯棒[33]相焊接，下端与承压套筒[40]相焊接。承压套筒[40]的上端设有调节垫圈[43]以调整承压套筒[40]的上下位置。承压套筒[40]的外侧设有三角形密封垫圈[42]，其下端与压紧筒[41]相接触，弹簧筒[37]的上端以螺纹连接的方式旋在辅阀体[30]上，它的旋转，可压紧压紧筒[41]，使密封垫圈紧贴在承压套筒[40]与辅阀体[30]上，以维持密封。辅阀体[30]以螺纹连接的方式，套上了接咀盖[48]，其间加密封垫[47]，外加密封熔焊，脉冲管[21]与接咀盖[48]相焊接，脉冲管[22]、过滤器[23]、脉冲管[24]与辅阀体[30]的入口，串连焊接在一起，使辅阀体[30]的入口腔与主阀体[1]的入口腔相连通。图1所示的过滤器[23]的结构详见图4，上壳体[6]与下壳体[1]焊接在一起。其间支撑座[2]插于下壳体[1]中、滤网[4]、支撑孔板[3]置于支撑座[2]上，滤杯筒[5]以螺纹连接的方式旋于支撑座[2]上，并紧压滤网[4]于支撑孔板[3]上，它立式正装，上壳体[6]在上，下壳体[1]在下，压力介质自上而下流过过滤器。

现有的间接作用式安全阀的总体结构形式有三种。其一是整体立式正装结构，如美国电力研究所在1982年12月《PWR Safety and ReliefValve Test Program》EPRI NP-2292 Project V102的最终报告中所公开的间接作用式安全阀；其二是整体倒装，如专利号87101900所示的无泄漏安全阀；第三种是主、辅阀分开设置且均为立式正装结构，如德国的100万千瓦核电站中所使用的间接作用式安全阀。

整体或分体立式正装的缺点是，使起控制作用的主弹簧长期受到压力介质的高温作用，由于弹簧的高温松驰变形，易使阀的开启压力定值飘移。

整体倒装加凝水密封的缺点是，当安全阀启跳排放高温压力介质时，使主阀的阀体受到强烈的热冲击，特别是对厚壁阀体。因热冲击应力与阀体壁厚的三次方成正比，随着阀体壁厚的增加，热冲击应力值迅速增加，不容许的热冲击应力限制阀体壁厚的增加，从而限制了阀的排量的增加和使用介质温度的提高。

本发明提供的新型安全阀，如图1所示，主、辅阀为分离设置结构。主阀立式正装，辅阀倒装，主辅阀之间，通过脉冲管[21]、[22]、[24]、释放控制阀[19]、过滤器[23]等，连通在一起，通过固定夹[29]夹固在一块。主辅阀均为无泄漏安全阀。

本发明提供的新型安全阀的总体结构，与现有技术相比，有几个明显的优点：相对整体倒装凝水密封的结构形式来说，主阀体不存在热冲击问题。使用介质的温度和排放量的加大所带来的阀体壁厚的增加不受限制；相对整体或分体立式正装布置的结构形式来说，辅阀因倒装而壁免高温压力介质对起控制作用的主弹簧的长期加热，使弹簧免于高温松驰变形。

众所周知，蒸汽，特别是氢气，它相对水来说，通过密封面泄漏要容易得多，由于蒸汽或氢气的泄漏使阀门的密封面加速汽蚀而遭到破坏，阀门的使用寿命往往处决于密封面的使用寿命。如图1所示，主阀中的主阀瓣[2]的上端为杯状结构，很好地解决了上述问题，实验表明，由于安全阀的主阀出口腔内的空气对流传热的结果，如图1所示的主阀座[49]和主阀瓣[2]的本身温度低于入口腔中的水蒸汽温度，蒸汽接触到主阀座[49]和主阀瓣[2]的表面就冷凝成水，使主阀瓣[2]的上端盛满凝水，凝水封住主阀瓣[2]和主阀座[49]的两密封面的结合处，使蒸汽特别是氢气不易通过密封面而泄漏，这一结构形式的出现，与目前所有正装而无凝水密封的安全阀相比，对提高密封面的使用寿命，具有重大的意义。

本发明提供的新型安全阀的辅阀为倒装结构，如图1所示，它使波纹管[34]和控制弹簧[39]免受高温压力介质的加热，长期处于与环境相接近的温度。不存在高温松驰变形问题，波纹管[34]和控制弹簧[39]因刚度不随使用时间改变而改变，因而开启压力定值，长期保持不变，而无漂移问题，加之使用可调单邻接间隙δ值，如图1所示，通过旋入调节螺钉[38]，可使邻接间隙δ值加大。设控制弹簧[39]的刚度为λ₁，波纹管[34]的刚度为λ₂，预紧弹簧[28]的刚度为λ₃，辅阀的开启高度为h，辅阀开启压力为P_o，关闭压力为P_c，波纹管[34]的有效压力面积为A_b，辅阀座[46]的有效密封面积为A_d，环境压力为P₁，它们之间有如下的关系式：(P_o－P_c)A_b＝(P_o－P₁)A_d                        (1)δ(λ₁＋λ₂＋λ₃)＋h(λ₁＋λ₂)＝(P_o－P₁)A_b    (1) $h=\frac{(P_o-P_c)A_b}{{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2}---\left(3\right)$

从上述关系式可以看出，在给定结构的情况下，只需改变可调邻接间隙δ值就可以调整开启压力P_o值。它与现有的辅阀倒装采用双邻接间隙或三邻接间隙的技术相比，本发明提供的新型安全阀的辅阀，结构要简单得多，可靠性高，造价低。

如图1所示，为使辅阀瓣[44]有极高的复位性能，采用锥形细棒[45]导向定位，因导向定位棒为锥形细棒，径向热胀量小，可使辅阀瓣[44]与锥形细棒[45]之间的总间隙做得很小，加之辅阀瓣[44]可左右摆动，使辅阀瓣[44]具有很高的复位性。使密封性能大大提高。

通常，如日常所见的手摇水压泵的止回阀以及其它的种种阀门，多在阀瓣中心伸出一根棒，插入阀座中，作为阀瓣的导向定位用。

作为高温高压用阀瓣密封面，需堆焊耐磨耐蚀的高温合金，小阀瓣中伸出细棒，不利于阀瓣端面堆焊硬质合金，实践证明，堆焊的成活率低，造价高。

本发明反其道而行之，大大提高了辅阀瓣密封面堆焊硬质合金的成活率，并便于加工制造，大大降低了制造成本。

如图1所示，本发明提供的过滤器[23]如图4所示，它为捕获式过滤器，它可过滤压力介质中的固定颗粒物，一旦滤网[4]全部被固定颗粒物填塞，压力介质可从滤杯筒[5]和上壳体[6]及下壳体[1]之间的环状间隙中通过，不致于因滤网完全堵塞，压力介质过不去而造成辅阀瓣无法开启。

其次，如图1所示的辅阀对外密封，采用与主阀类似的自紧式密封结构，在压力介质的作用下，推使承压套筒[40]紧压三角形密封垫圈[42]，使其起到良好的密封作用。

Claims (5)

1.一种新型安全阀，如图1所示，它包括立式正装的主阀、倒装的辅阀和脉冲管[21]、[22]、[24]，其间串有释放控制阀[19]、过滤器[23]，其特征在于主阀杆[4]固定在主阀瓣[2]与活塞[8]之间，活塞[8]上腔的对外密封采用密封盖[12]，外加三角形密封垫圈[13]，通过与阀体[1]上端以螺纹方式连接的压紧螺盖[15]的旋紧，经压紧筒[14]可将三角形密封垫圈[13]压紧，密封盖[12]的上端与预紧螺母[16]以螺纹连接的方式相连接，旋紧预紧螺母[16]，可进一步压紧三角形密封垫圈[13]。辅阀的辅阀座[46]的中心嵌有一根锥形细棒[45]，辅阀瓣[44]以锥形细棒[45]为导向定位棒与辅阀座[46]相接触，夹固在连接外筒[25]和连接内筒[31]上的横栓[26]，下端面与固定在辅阀瓣[44]下端中的园头钉[2]的顶点之间构成可调邻接间隙δ，连接外筒[25]和连接内筒[31]，通过铆钉[32]与波纹管芯棒[33]相固接，控制弹簧座[35]上端的细部插入波纹管芯棒[33]下端的孔中，控制弹簧[39]套在弹簧座[35]的四周，其下端与弹簧盖[36]接触，旋入弹簧筒[37]的调节螺钉[38]上端与弹簧盖[36]接触，波纹管[34]套在波纹管芯棒[33]的外部，处在承压套筒[40]的内部，承压套筒[40]对外静密封，与主阀密封盖[12]的对外静密封有着类似的自紧式密封结构。

2.按照权利要求1所述的安全阀，如图1所示，其特征在于主阀瓣[2]的密封端为杯状结构，可盛冷凝水，凝水包围在主阀瓣[2]的密封面和主阀座[49]的密封面的结合处。

3.按照权利要求1所述的安全阀，如图1所示，辅阀座[46]的中心嵌有锥形细棒[45]，其下端为锥形，它与辅阀瓣[44]定位园孔之间形成上端大下端小的环状锥形间隙。

4.按照权利要求1所述的安全阀，如图1所示，主阀的密封盖[12]和辅阀的承压套筒[40]对外静密封，均采用三角形密封垫圈[13]和[42]的自紧式密封结构。

5.按照权利要求1所述的安全阀，如图1所示，采用滤杯筒[5]与上壳体[6]及下壳体[1]之间构成环状通流间隙，使总体成为一个捕获式过滤器。

Images