CN1818436A - 开关阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关阀，其包括主管道以及与主管道斜交的支管道，其中沿着支管道的纵向依次设置有阀芯(8)、阀杆(9)以及偏压装置(6)，该阀杆(9)的一端与阀芯成挠性连接，而另一端与偏压装置(6)相关联，偏压装置(6)对该阀杆预加载荷。

Description

开关阀

技术领域

本发明涉及一种工业用开关阀，尤其涉及一种容积式压缩机保护所用的开关阀。

背景技术

在化工行业中，大量使用着各种压缩机。对于部分氧化乙炔工艺，裂化气易燃、易爆、易堵，采用螺杆压缩机是最佳选择。螺杆压缩机是属于容积式压缩机组的一种，由于容积式压缩机的特点所决定，其压缩机出口管道必须时刻保持畅通，避免憋压。为此，为了防止各种意外故障对机组造成威胁，出口阀的设计和选择应充分考虑到压缩机的安全；对于乙炔裂化气压缩机还要充分考虑到聚合物堵塞问题。因此，出口阀的设计和选型必须引起高度重视。

本申请人在上世纪70年代引进德国BASF公司技术，该技术在出口阀选型时没有考虑到对螺杆压缩机的安全保护问题，其阀门关闭时反向差压承受能力远小于出口总管压力，造成压机停车不能关闭；而正向差压承受能力则在于阀门壳体的承受能力，因此，当出现意外故障时，可能造成机组憋压，这是与螺杆压缩机的安全要求背道而驰的。同时，阀体结构流路复杂，运行堵塞严重，常因聚合物堆积造成阀门关不严，甚至堵塞阀门。虽然后来进行过改造，但仍有许多问题。

螺杆压缩机属于容积式压缩机组的一种，其压缩机出口管道必须时刻保持畅通，由此，出口控制开关阀的设计和选择直接关系到压缩机的安全。从容积式压缩机的特点分析，为了防止各种意外故障对机组造成威胁，应该对出口控制阀的设计选型引起高度重视。在这种情况下，不难理解，现有技术中所应用的角行程的阀门，例如球阀、蝶阀以及套筒阀等单向作用不明显的阀门都是不宜采用的。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺点，本发明人经过长期研究得知，具有明显单向特性的单作用气动开关阀应该是容积式压缩机出口阀的最佳选择。

作为本发明的技术方案，提供了一种开关阀，其包括主管道以及与主管道斜交的支管道，其中沿着支管道的纵向依次设置有阀芯、阀杆以及偏压装置，该阀杆的一端与阀芯成挠性连接，而另一端与偏压装置相关联，该偏压装置对阀杆预加载荷。

根据本发明的阀门用于容积式压缩机，特别是用于易堵介质如乙炔裂化气的压缩时，可达到以下令人满意的技术效果：

1)当机组停运时，管网压力高于压缩机出口压力，其执行机构仪表气源切断，阀门执行关闭动作，由于阀门的单向流通特性，介质压力与执行机构弹簧推力的作用方向相同，阀门能可靠地关闭。

2)当出口阀因故障而误关(仪表气源误断)时，执行机构弹簧6推动阀门关闭，而机组未停，压缩机出口压力会克服阀门正向压差及弹簧力而继续向管网送气，不影响生产，同时确保了机组出口的畅通，保护了机组安全。

3)按照裂化气压缩机的操作规程，机组启动后，出口压力要在不小于0.8MPa的情况下才允许带负荷，而本发明的开关阀正好满足了这种要求。

4)当压机甩负荷发生回流阀打不开的情况时，出口阀会关不下去，确保机组不憋压。

5)阀门斜向设计使阀体流道几乎成了直管，抗堵塞能力大大增强。

6)运行中阀杆密封发生损坏时也不会泄漏。

综上所述，本发明的开关阀彻底消除了机组憋压的隐患，是容积式压缩机组的理想保护设备。

附图说明

以下参照附图结合实例来说明根据本发明的优选实施例，其中：

图1为根据本发明优选实施例的开关阀的结构示意图；

图2为根据本发明优选实施例的开关阀的执行机构弹簧的结构示意图以及受力曲线图；

图3是开关阀的阀芯与阀杆的一个实施例的放大局部剖视图，示出了阀芯与阀杆的挠性连接设计；

图4是开关阀的阀芯与阀杆的另一个实施例的放大局部剖视图，示出了阀芯与阀杆的另一种挠性连接设计；以及

图5是图3和4中所示的开关阀的阀芯与阀杆的放大俯视图。

具体实施方式

下面描述的本发明的优选实施例是以容积式压缩机的出口开关阀为例设计的。但是本领域普通技术人员应该理解，本发明的阀门可以广泛应用于各种需要阀门的单向特性和易堵的适用场合。

如图1所示，根据本发明的优选实施例的开关阀采用Y型抗堵塞结构，以增强阀门的抗堵塞能力。该Y型抗堵塞结构包括具有进口1和出口2的主管道以及与主管道斜交的支管道。本发明的开关阀的特殊执行机构沿支管道的纵向设置。具体地说，该开关阀包括沿着支管道的纵向在图1中从下向上依次设置的阀芯8、阀杆9以及气动执行机构。该阀杆9的一端基本上在阀芯8的顶面的中心部位与该阀芯成挠性连接，使阀芯与阀座具有微小角度的自校正功能(将在下文中详述)，而其相对另一端与气动执行机构相关联。该气动执行机构也是沿着支管道的纵向设置的，其包括气缸筒10。该气动执行机构气缸筒10内部的弹簧6一端通过弹簧承座与阀杆9可操作地相连接并且对该阀杆预加载荷，而其相对另一端通过另一个弹簧承座固定在气缸筒10的基部上。本领域普通技术人员可以理解，该支承气缸筒10可以对弹簧6提供纵向和侧向的支承并且能以任何已知方式固定在相关结构上，在此就不详述了。该执行机构设计为这样：当进口1的压力小于出口2的压力，即阀门承受反向压差时，执行机构弹簧6的推力与工艺气体压力的方向一致，阀门关闭可靠；而当进口1的压力高于出口2的压力，即阀门承受正向压差时，执行机构弹簧6的推力与工艺压力相反，这时须保证该弹簧只能承受很小的关闭压差。为此，执行机构弹簧6采用了低刚度高压缩长度的特殊设计，使阀门的一个较小的正向压差变化就对应着一个较大的阀门开度变化。即，公式Δh＝(s/k)Δp中的斜率s/k较大(式中Δh为阀门开度变化，s为阀芯受力面积，k为弹簧刚度，Δp为阀门正向压差变化)。这种设计的作用在于，当机组运行中阀门误关的时候，压缩机出口压力将升高到阀门出口管网压力加上阀门开启压差，(本例中约为0.18-0.2MPa)就能推开阀门，从而防止机组出口压力的持续升高，同时还确保了即使阀门执行机构处于关闭状态，阀门仍能在正向压差不太高的情况下有足够的开度，不中断供气。因此既保护了机组，又稳定了生产。在此值得注意，该气缸筒10的基部上设置有调整螺钉7，该调整螺钉7可以通过旋入气缸筒10的基部的深度来调整弹簧长度和预加载荷，还可以调整气缸筒中的活塞行程，因此可以根据实际需要适当调节阀门的正向开启压差。此外，从如图所示的进气口(11)加入压缩气体可打开阀门。

图2示出了本发明的优选实施例中的执行机构弹簧6的一种具体设计和选型。参看图2，弹簧刚度可以按照下式进行选择：

(1)f1＝s·Δp

(2)f2＝s·Δp(1+a)

(3)k＝(f2-f1)/h＝(s·Δp·a)/h

令h＝(1/4)D，则k＝D·Δp·a·π

以上各式中符号说明：

f1：阀门全关时弹簧负荷；

f2：阀门全开时弹簧负荷；

s：阀芯受力面积：

Δp：阀门关闭状态时能承受的介质压差(正向)；

a：阀门执行机构弹簧在阀门从全关到全开的过程中的增量系数，视机组要求而定；

h：阀门的全行程长度；

D：阀芯直径。

以上各式中，均未考虑摩擦阻力。

综合以上各式可以得知，弹簧设计时，只要知道f1、f2、Δp、D、a、h即可得出弹簧刚度k。具体到本发明的优选实施例来说，Δp＝0.18-0.2MPa，D＝300mm，h＝75mm，a≈3/8。将这些值代入以上各式可计算出：本发明的优选实施例的执行机构弹簧6的弹簧刚度k约为63.62-70.69N/mm(k下限≈300mm×0.18MPa×3/8×π≈63.62N/mm；k上限≈300mm×0.2MPa×3/8×π≈70.69N/mm)。

回来再参看图1，其中详细示出了Y型开关阀的内部设计。沿阀杆9的纵向设置有保护导管3，该保护导管3通过封闭着支管道的出口的端盖(即阀盖)12固定，其具有导向、定位和防漏等功能。具体地说，保护导管3的端部装有密封材料4，其作用是，当阀门处于打开状态时，阀芯8的顶面与保护导管3的端部的密封材料4紧密接合，形成密封，可防止阀杆密封损坏造成的物料泄漏(该阀在运行时都是处于全开状态的)，同时克服了阀芯自重使同心度偏移造成的内漏，此外，它还起到了稳定行程的作用。阀杆9的密封采用了无泄漏的波纹管5，波纹管5设置在保护导管3的内周面上，包围着该阀杆9且与之密封接合。这样一来，波纹管不但保证了泄漏要求，更重要的是它使阀杆与阀体的摩擦力稳定，使设计控制其正向压差成为可能。

图3示出了根据本发明的开关阀的阀芯与阀杆的一个实施例的放大局部剖视图，其中表示阀芯与阀杆的挠性连接设计。在阀芯8的顶面的中央区域，在与保护导管3的装有密封材料4的一端相对应的阀杆9靠紧阀芯8的位置，有一个直径大至与保护导管3相当的密封环13与阀杆9在内周面处密封接合，该密封环13还能在顶面及外周部分处与导管3的密封材料4形成密封。这样，使阀门在全开状态与导管3的密封材料4形成密封接合，从而进一步提高了阀门全开时的密封效果，更进一步消除了物料泄漏。如图3所示，在阀芯8的顶面上围绕容纳着阀杆端部的盲孔设置有一个凹座。一对对夹式安装件14一方面与阀杆上的相对应的容纳部分相配合，另一方面平放在上述凹座中并且通过连接装置如螺钉、铆钉、粘接等(未示出)连接在其上，从而将阀杆9与阀芯8可操作地挠性连接起来。这种挠性连接适于在阀门全关状态下通过装配公差或游隙等使阀芯与阀座之间具有自校正功能，确保阀芯与阀座形成密封接合。

图4是开关阀的阀芯与阀杆的另一个实施例的放大局部剖视图，其中与图3所示实施例中相同的部件在下文中将不再描述。图4所示的实施例与图3的差别在于，阀芯8的顶面上除容纳着阀杆端部的盲孔外的部分都是大致平面的。一对对夹式安装件14直接平放在所述顶面上并且通过连接装置与之相连接，从而将阀杆9与阀芯8可操作地挠性连接起来。这种挠性连接同样适于在阀门全关状态下通过装配公差或游隙等使阀芯与阀座之间具有自校正功能，确保阀芯与阀座形成密封接合。

图5示出了开关阀的阀芯与阀杆的放大俯视图，其中可见围绕阀杆设置的用于与连接装置如螺钉相接合的多个孔。

尽管上文中结合附图描述了本发明的开关阀的优选实施例，但是本领域普通技术人员应当理解，本发明并不限于上述优选实施例的具体内容。例如，本发明的开关阀可应用于包括气体与液体在内的各种流体环境。执行机构也不应限制为气动的，而是可以选择为包括液压等方式在内的各种动力源。虽然图中示例表示的阀芯的底面为弧形，但是并不希望限定该底面的具体形状，只要能与阀座相配合即可。本发明的执行机构弹簧6的弹簧刚度并不限于具体实施方式中给出的具体数值范围，而是可以根据具体工况下的出口压差需求而进行自由选择，该刚度的选择只需满足使开关阀具有明显单向特性就可以了，而且，该弹簧还可以由本领域内公知的各种偏压装置所替代。另外，开关阀各处的密封装置、夹紧装置也可以进行自由选择，而不限于波纹管、密封环、对夹式安装件等具体结构。此外，本发明装置的某个部件的功能可以由两个或多个部件来实现，而反之亦然。总而言之，本领域普通技术人员可以在不超出后附的权利要求书限定的本发明范围的情况下作出各种变型和改进。

Claims (7)

1.一种开关阀，其包括主管道以及与主管道斜交的支管道，其中沿着支管道的纵向依次设置有阀芯(8)、阀杆(9)以及偏压装置(6)，其特征在于，该阀杆(9)的一端与阀芯成挠性连接，而另一端与偏压装置(6)相关联，该偏压装置(6)对该阀杆预加载荷。

2.根据权利要求1所述的开关阀，其特征在于，该偏压装置(6)是弹簧，其弹簧刚度k通过下列公式得出：

k＝(s·Δp·a)/h

其中，s：阀芯受力面积；

Δp：阀门关闭状态时能承受的介质压差(正向)；

a：阀门执行机构弹簧在阀门从全关到全开的过程中的增量系数，视机组要求而定；以及

h：阀门的全行程长度。

3.根据权利要求2所述的开关阀，其特征在于，该弹簧的弹簧刚度k为63.62-70.69N/mm。

4.根据权利要求1所述的开关阀，其特征在于，其还包括偏压装置支承套筒(10)，该偏压装置支承套筒(10)在其中容纳和支承着偏压装置(6)，并且也沿着支管道的纵向设置。

5.根据权利要求4所述的开关阀，其特征在于，其还包括位于所述偏压装置支承套筒(10)的基部上的调整装置(7)，该调整装置(7)调节阀门的正向开启压差。

6.根据前述权利要求中任一项所述的开关阀，其特征在于，围绕着阀杆(9)沿支管道的纵向设置有保护导管(3)，该保护导管(3)具有可与阀芯(8)密封接合的端部密封材料(4)以及包围着阀杆(9)且与之密封接合的周围密封装置(5)。

7.根据权利要求6所述的开关阀，其特征在于，在靠近阀芯(8)中央位置的阀杆(9)的周围，设置有与保护导管(3)的端部密封接合的密封环。

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