CN2037419U - 先导式安全阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于安全阀，它以主阀和先导阀为主要部分组成先导式安全阀。主阀阀瓣(7)上作用有主阀弹簧(12)和主阀压力室(14)，先导阀是有导入阀芯(35)和导出阀芯(32)的双阀芯阀。它能在主阀压力室发生泄漏故障时不丧失自动开启和自动关闭功能。该安全阀启闭压差小，启闭动作灵敏可靠，密封性能好，容易获得较大的开启高度，结构简单易于制造。可用于压力系统防超压安全泄放。

Description

本实用新型属于安全阀，用于压力系统防超压安全泄放。

安全阀是锅炉、压力容器或其它承受压力载荷系统上经常使用的防超压安全泄放装置。先导式安全阀是一种依靠被保护系统的流体压力经先导阀的控制来驱动主阀启闭的安全阀，它动作灵敏，密封性能良好。但现有的先导式安全阀中有一类会丧失自动关闭的功能，例如《石油化工设备》1988年17卷2期40页刊载的《压力容器用新型先导式安全阀》一文介绍的先导式安全阀，当其主阀的活塞缸套（7）与柱塞状阀盘（2）之间的“O”形密封圈（6）损坏发生泄漏故障时便不能使其自动关闭的功能继续得到保证；另有一类先导式安全阀设计成“逆止式”的结构，其主阀的密封力由被保护系统的流体压力作用而成，例如美国专利US－3815628，当它的主阀阀盘（16）上装设的密封元件损坏时，流体压力除从小孔（22）外还要从损坏的密封部位流入背压室（23），从而使主阀存在不能自动开启的危险。

由于安全阀是防超压安全泄放装置，其自动启闭的功能必须可靠，所以那些有可能丧失自动开启或自动关闭功能的安全阀就不具备广泛的实用价值。

本实用新型的目的是设计一种具备一般先导式安全阀均具有的优点且有可靠的自动启闭功能的安全阀。

本实用新型的构成如下：

一种先导式安全阀，它包括了能起安全泄放作用的主阀和能控制主阀开启或关闭的先导阀。主阀上设有固定在主阀阀体内的主阀阀座，主阀阀座上设有主阀阀座密封面，主阀阀瓣上的主阀阀瓣密封面与主阀阀座密封面相接触能构成可以与被保护系统连通的保护腔，主阀内设有压力室，该压力室可以采用气缸－活塞、膜片或波纹管这样一些因充入流体压力便能产生轴向力和轴向位移的结构，当被保护系统内的流体压力经先导阀充入压力室内以后，压力室便产生轴向力作用在主阀阀瓣上以加强主阀阀瓣与主阀阀座之间的密封力。先导阀内设有先导阀导入密封面和先导阀导出密封面，这两个密封面的轴向相对位置是固定的，先导阀的内腔被这两个密封面分成三个腔段，其中位于两个密封面之间的为先导腔段，位于先导阀导入密封面非先导腔段一侧者为保护腔段，位于先导阀导出密封面非先导腔段一侧者为排放腔段，先导腔段上设有能连接流体通道与主阀压力室相连通的先导口，保护腔段上设有能连接流体通道与主阀的保护腔或被保护系统相连通的流体入口，排放腔段能与主阀排放口相连通。本实用新型的特征是先导阀内设有两个阀芯，它们是带有导入密封面的导入阀芯和带有导出密封面的导出阀芯，位于这两个阀芯朝向先导腔段的一侧均设有接触端，这两个阀芯装入先导阀内以后它们的接触端能互相直接接触或两个接触端同时与一个厚度适当的垫接触，在上述接触情况下必须使或是导入阀芯的导入密封面与先导阀导入密封面接触但导出阀芯的导出密封面与先导阀导出密封面分离或是这两对密封面的接触与分离与此相反或是这两对密封面均分离。在导出阀芯与其接触端相背的一侧作用有先导弹簧，在先导弹簧的作用之下能使导出阀芯的导出密封面与先导阀导出密封面接触并形成密封，先导弹簧可供调节先导式安全阀的开启压力之用，为此在先导弹簧的另一端设有调节先导弹簧工作高度用的调节装置，在导入阀芯与其接触端相背的一侧作用有随动弹簧，在随动弹簧的作用之下导入阀芯的接触端在先导阀内能与导出阀芯的接触端保持接触或通过垫保持接触，随动弹簧的刚度小于先导弹簧的刚度，先导阀导入密封面的口径大于先导阀导出密封面的口径。在主阀阀瓣上设有能对主阀阀瓣施加密封力的主阀弹簧，对于主阀弹簧设有可供调整主阀弹簧工作高度用的调整装置，为了使主阀阀瓣一旦开启后能迅速达到所需的开启高度，沿着主阀阀瓣和主阀阀座的外周分别设有反冲装置及能用来调定反冲力的调节螺套。

本实用新型在正常工作的情况下，被保护系统内的流体压力经过流体通道从先导阀的流体入口进入到保护腔段，流体压力也进入到主阀的保护腔中。当被保护系统内的流体压力低于由先导弹簧调节装置调好的开启压力时，导出阀芯受到先导弹簧的作用其导出密封面被压紧在先导阀导出密封面上，流体压力经过导入阀芯的导入密封面和先导阀导入密封面之间的间隙进入到先导腔段内以后不能排放到排放腔段，流体压力只能通过先导口并经过流体通道进入到主阀的压力室内，流体压力在压力室内形成的轴向力加强了主阀弹簧所产生的压紧主阀阀瓣的密封力，使本实用新型的主阀获得良好的密封性能。一旦被保护系统内的流体压力达到了开启压力时，先导弹簧已不再能保证先导阀导出密封面和导出阀芯的导出密封面之间的密封，流体压力将使流体向排放腔段排出，由于随动弹簧的作用使导入阀芯的接触端总保持和导出阀芯的接触端接触和先导阀导入密封面的口径大于先导阀导出密封面的口径，保护腔段内的流体压力作用在导入阀芯上会形成助推力推动导入阀芯和导出阀芯运动，直到导入阀芯的导入密封面和先导阀导入密封面接触，切断保护腔段通往先导腔段的通路，这时主阀压力室内的流体压力从先导腔段迅速排放到排放腔段，由主阀压力室形成的密封力消失以后单靠主阀弹簧不足以保持主阀阀瓣的关闭，流体压力就开始从主阀的保护腔排放到主阀的排放口，在流体流过主阀阀瓣和主阀阀座之间的间隙以后，流体流出的方向因有反冲装置而改变从而形成使主阀阀瓣向上升起的反冲力，在该反冲力的作用之下主阀阀瓣迅速升起到所需的开启高度，保证被保护系统内的流体压力不会发生超压现象。随着主阀的排放，被保护系统内的流体压力不断降低。当被保护系统内的流体压力降低到安全阀的回座压力时，流体压力作用在导入阀芯上的力已不再能和先导弹簧的力相平衡，于是导出阀芯迅速回座切断先导腔段到排放腔段之间的流体通路，由于随动弹簧的刚度小于先导弹簧的刚度，在导出阀芯的推动之下导入阀芯的导入密封面和先导阀导入密封面分离，流体压力重新能进入到主阀压力室并形成促使主阀关闭的力，该力和主阀弹簧力联合作用使主阀阀瓣关闭并形成良好的密封，结束主阀的排放。由此可知本实用新型主阀的启闭动作是由先导阀控制的，所以其启闭压差可以控制在较小的范围之内，开启压力和回座压力稳定，主阀开启和关闭时主阀阀瓣都是在不平衡力的作用下发生运动的，因而其启闭动作灵敏。先导阀采用双阀芯结构，两只阀芯之间没有相互之间的固定联接，使得结构简单，易于制造。先导阀导入密封面和先导阀导出密封面可根据具体的使用条件选用适用的材质，它们可以直接开设在先导阀的阀体上，也可以开设在另外的阀座上然后再将阀座固定在先导阀的内腔之中。

先导阀导入密封面、先导阀导出密封面、导入阀芯的导入密封面、导出阀芯的导出密封面、主阀阀座密封面或主阀阀瓣密封面的结构形状可以采用平面形密封面或是采用锥形密封面或是采用圆角形密封面或是采用球形密封面。密封面的结构形状要和材质特点和制造厂的技术特长相适应。

本实用新型的开启压力是由调节先导弹簧的工作高度来调定的，调节操作简便。调节先导弹簧工作高度用的调节装置可以采用螺柱或螺栓或螺套。

主阀压力室采用气缸——活塞结构时应注意选用密封性能良好的和摩擦力小的密封元件，以便保证主阀阀瓣启闭动作灵敏可靠。当主阀压力室采用膜片或波纹管结构时应注意它们都是弹性元件，伴随着变形会产生反弹力。

本实用新型中的先导阀也可以按照导入阀芯位于导出阀芯的上方来布置，这时只要导入阀芯依靠其自重能跟随导出阀芯的运动而运动，就可以不设置随动弹簧，使先导阀的结构更为简单。

本实用新型能使先导式安全阀不会丧失自动开启功能或自动关闭功能。注意到安全阀是具有自动启闭功能的安全装置，它的自动启闭功能必须可靠。如果某种安全阀有可能丧失自动关闭功能的话，该种安全阀在工作过程中一旦不能自动关闭，其作用将等同于一个爆破片，这就是说采用这种安全阀就不如采用结构很简单的爆破片。而那些有可能丧失自动开启功能的安全阀在工作中一旦不能自动开启便会酿成严重事故。先导式安全阀总是采用压力室来保证主阀的密封，但气缸——活塞之间的密封元件是易损件，膜片和波纹管都是在大应变条件下工作的元件，它们本身就是易损件，因此必须充分估计到先导式安全阀的主阀压力室发生泄漏故障后的严重性。为了使先导式安全阀在发生主阀压力室泄漏故障的条件下也不丧失自动启闭功能，本实用新型的主阀设有主阀弹簧、能调整主阀弹簧工作高度用的调整装置、反冲装置和调定反冲力的调节螺套。当主阀压力室发生泄漏故障在压力室内不能形成流体压力时，依靠工作高度已经调整好了的主阀弹簧就能按予定好的故障开启压力和故障回座压力自动开启和自动关闭，设置的反冲装置和调定反冲力的调节螺套则能使本实用新型在发生压力室泄漏故障时也能达到所要求的开启高度。调整主阀弹簧高度用的调整装置可以采用螺柱、螺栓或螺套，也可简化成一个厚度适当的垫。

在某些条件下使用的安全阀应带有手动泄放装置，这对于本实用新型是易于作到的事。为此可以在先导阀上装设手动泄放装置，也可在先导阀和主阀上同时设置手动泄放装置。设置手动泄放装置时只需在先导弹簧座或主阀弹簧座上设置牵引杆，牵引杆的另一端配备牵动牵引杆的机构。在主阀上设置手动泄放装置时应注意不因牵引杆的设置而破坏主阀压力室的密封。

主阀和先导阀之间的以及被保护系统和先导阀之间的流体通道可以采用导管也可以采用空心的连接接头，它们的内径应能保证流体顺利流通。

与现有技术相比本实用新型的优点如下：

1、本实用新型具有先导式安全阀一般都具备的共同优点，如密封性能比直接载荷式安全阀有明显的进步，开启压力与回座压力易调整且一经调定后准确、稳定，启闭压差小，启闭动作灵敏，主阀开启高度易于达到较大数值。

2、本实用新型主阀阀瓣承受主阀弹簧的弹力和主阀压力室因流体压力作用而产生的轴向力的联合作用，当主阀压力室正常工作时先导式安全阀能按预先规定的开启压力或回座压力自动开启或关闭，当主阀压力室发生泄漏故障时先导式安全阀能按设定的故障开启压力或故障回座压力自动开启或关闭。这就有效地排除了某些现有先导式安全阀存在的主阀压力室发生泄漏故障时失去自动关闭功能而另一些先导式安全阀的主阀压力室发生泄漏故障时主阀不能开启的弊病。

3、本实用新型结构简单，易于制造，有助于降低制造成本。

附图是本实用新型实施例的结构图。

附图给出本实用新型的一种已经经过实验证明具备前述实施效果的实施例。该实施例包括了能起安全泄放作用的主阀（40）和能控制主阀分别按开启压力和回座压力启闭的先导阀（50）。图中表示的是该先导式安全阀的关闭状态，即主阀阀体（16）上固定有主阀阀座（2），主阀阀瓣（7）上的主阀阀瓣密封面（3）与主阀阀座（2）上的主阀阀座密封面（4）以及先导阀导出密封面（23）与导出阀芯（32）的导出密封面（24）均处于接触状态，先导阀导入密封面（20）与导入阀芯（35）的导入密封面（19）处于分离状态。此时被保护系统的流体压力能经过连接在先导阀流体入口（38）和被保护系统（图中未画出）之间的流体通道（37）进入到先导阀的保护腔段（18）并经过先导阀导入密封面与导入阀芯的导入密封面之间的间隙进入到先导阀的先导腔段（31）然后经过连接在先导阀的先导口（22）和主阀压力室（14）之间的流体通道（21）充入到主阀压力室内，图示的主阀压力室是本实用新型构成中所述及的三种可供采用的结构之一的缸体——活塞结构，在缸体（8）与活塞（11）之间设有为使缸体与活塞保持密封的密封元件（10），由于先导阀的导出阀芯上作用有先导弹簧（26），先导弹簧的另一端设有调节先导弹簧工作高度用的调节装置（29），利用该调节装置调定先导弹簧的工作高度达到一旦先导腔段内的流体压力达到先导式安全阀应当开启的开启压力时先导阀的导出阀芯便开启的适当高度上，因而先导腔段内的流体压力未增大到开启压力时流体压力不能从先导腔段泄出到排放腔段（30），主阀压力室内的流体压力就等于被保护系统内的流体压力，该流体压力作用在活塞上就形成了使主阀阀瓣压向主阀阀座的轴向力，该轴向力与主阀弹簧（12）的弹力之和就构成了在开启压力之下主阀阀瓣上为达到密封性能良好而需要施加的密封力，于是与被保护系统相连通的保护腔（1）是关闭的。当被保护系统内的流体压力增大到开启压力时先导弹簧已不能保证导出阀芯呈关闭状态，先导腔段内的流体压力因导出阀芯的泄放而下降，导入阀芯在随动弹簧（17）的推动之下使其接触端（34）总与导出阀芯的接触端（33）保持接触，所以导入阀芯随导出阀芯的运动也相对于先导阀体（36）作朝向先导弹簧的方向运动，又因导入阀芯的导入密封面口径大于导出阀芯的导出密封面口径，故伴随着两个阀芯的运动流体压力在导入阀芯上形成愈益增大的助推力使导出阀芯达到足够的开启高度和导入阀芯的导入密封面与先导阀导入密封面接触，这时导入阀芯切断了流体压力通往先导腔段的通路，主阀压力室内的流体压力从导出阀芯的导出密封面与先导阀导出密封面的间隙泄放，主阀阀瓣因失去了主阀压力室所形成的轴向力后单靠主阀弹簧的弹力已不能与流体压力作用在主阀阀瓣上所形成的开启力相平衡，主阀阀瓣便开始开启，只要在主阀阀瓣与主阀阀座之间有流体流出，该流体流经反冲装置（6）和调节反冲力用的调节螺套（5）之间的通道时就产生反冲力推动主阀阀瓣迅速达到需要的开启高度以保证流体压力从主阀排放口（9）迅速泄放。随着流体的泄放被保护系统内的流体压力不断降低，作用在导入阀芯上的轴向力不断减小，当流体压力降低到回座压力时作用在导入阀芯上的轴向力已不能继续与先导弹簧的弹力保持平衡，在先导弹簧的作用下先导阀内的导出阀芯和导入阀芯相对于先导阀体作朝向随动弹簧的运动直到导出阀芯关闭，被保护系统内的流体压力重新充入主阀压力室形成促使主阀阀瓣回座的轴向力使主阀关闭。以上便是结合这一实施例具体地描述了本实用新型的自动开启与自动关闭的过程。

因为安全阀是一种防超压安全泄放装置，所以不允许安全阀丧失它必须具备的自动开启功能，否则就会导致被保护系统的超压甚至损坏，也不允许安全阀丧失它的自动关闭功能，否则就不如采用结构更为简单的爆破片。为了使先导式安全阀在主阀压力室发生泄漏故障（如缸体与活塞间的密封件元件损坏或膜片损坏或波纹管损坏）时也不完全丧失自动启闭的功能，本实用新型以主阀阀瓣承受主阀弹簧弹力和主阀压力室轴向力双重载荷的原理来解决。为此在设计先导式安全阀之前要先设定好主阀压力室发生泄漏故障时主阀应当发生启闭动作的故障开启压力和故障回座压力，然后使设计出的主阀是一个当主阀压力室内不充入流体压力时能按故障开启压力开启且能达到规定的开启高度的和能按故障回座压力关闭的安全阀。

附图中的主阀便是按照这种设计方法设计出的实施例，其中为了调整主阀弹簧的工作高度设置了调整装置（13）。

附图表示了只在先导阀上设置牵引机构的先导式安全阀，图中牵引杆（27）的下段与先导弹簧座（25）相配合在一起，而上端连接牵动牵引杆的机构（28）。至于主阀上需要设置手动泄放装置时可参考这种方法在主阀弹簧座（15）上也设置主阀牵引杆，主阀牵引杆的另一端也设置牵动主阀牵引杆的机构，在主阀牵引杆穿出主阀压力室的位置上必须设置可靠的密封装置。

本实施例当开启压力为0.7MPa时启闭压差已能减小到开启压力的3％，该值已接近于ISO4126－81所规定的最小允许值2.5％。

Claims (2)

1、一种先导式安全阀，该安全阀由能起安全泄放作用的主阀和能按规定压力控制主阀开启或关闭的先导阀组成，在主阀上设有固定在主阀阀体内的主阀阀座，主阀阀座上设有主阀阀座密封面，主阀阀瓣上的主阀阀瓣密封面与主阀阀座密封面相接触构成可以与被保护系统连通的保护腔，在主阀阀瓣上有能加强主阀阀瓣和主阀阀座之间密封力的主阀压力室，先导阀内设有轴向位置相对固定的先导阀导入密封面和先导阀导出密封面，先导阀的内腔被先导阀导入密封面和先导阀导出密封面划分成三个腔段，其中位于两个密封面之间的为先导腔段，位于先导阀导入密封面非先导腔段一侧者为保护腔段，位于先导阀导出密封面非先导腔段一侧者为排放腔段，先导腔段上设有能连接流体通道与主阀压力室相连通的先导口，排放腔段能与主阀排放口相连通，保护腔段上设有能连接流体通道与主阀的保护腔或被保护系统相连通的流体入口，其特征在于先导阀体内腔中装有带有导出密封面的导出阀芯和带有导入密岳面的导入阀芯，位于导出阀芯和导入阀芯朝向先导腔段的一侧均各有接触端，在导出阀芯与其接触端相背的一侧作用有先导弹簧，先导弹簧的另一端设有可供调节先导弹簧工作高度用的调节装置，在导入阀芯与其接触端相背的一侧作用有随动弹簧，随动弹簧的刚度小于先导弹簧的刚度，先导阀导入密封面的口径大于先导阀导出密封面的口径，在主阀阀瓣上设有能对主阀阀瓣施加密封力的主阀弹簧，在主阀弹簧的一端设有可供调整主阀弹簧工作高度用的调整装置，沿着主阀阀瓣和主阀阀座的外周分别设有反冲装置及调定反冲力用的调节螺套。

2、根据权利要求1所述的先导式安全阀，其特征在于当先导阀导入密封面位于先导阀导出密封面的上方时，可以不设置随动弹簧。