CN207661195U - 基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀。其包括安装于管道上的开关阀，所述开关阀的阀杆连接有开关执行机构；位于所述开关阀上游的管道上设置有压杆失稳先导触发机构；所述压杆失稳先导触发机构的压杆发生失稳弯曲时，触发所述开关执行机构动作，进而所述开关执行机构控制所述开关阀打开或关闭；所述开关执行机构设置有气压缓冲机构。本实用新型工作稳定可靠，能够减小阀门打开或关闭瞬间的冲击力，利于系统压力稳定和提高设备使用寿命。

Description

基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域，具体涉及一种在压力超过设定值时能够自动开启或关闭的阀门。

背景技术

为了保护压力管道、压力容器以及它们上下游的装置与设备，经常需要设置在超压工况下能够自动开启或关闭的阀门。在以往的实践中，通常使用压力变送器检测压力管道或者压力容器中的压力，压力变送器输出信号至控制系统，当压力超过设定值时，控制系统会自动发出指令使阀门开启或者关闭。

使用压力变送器和控制系统共同实现超压工况下自动启闭阀门的主要潜在风险在于，如果压力变送器失效，或者压力变送器与控制系统之间的信号传输出现问题，或者控制系统与阀门之间的信号传输出现问题，就可能出现压力已经超过设定值，阀门却未如期动作的情形，给压力管道、压力容器以及它们上下游的装置与设备带来威胁，不利于生产安全稳定运行。

由此，先导型自动阀得到越来越广泛应用。现有的先导型自动阀还存在以下技术问题：

(1)在阀门做关闭动作时，一方面阀门受到的瞬间冲击力会较大，容易造成阀门内部件损坏，不利于提高阀门的使用寿命，另一方面由于阀门动作过快没有缓冲，会造成系统内部压力波动过大，不利于系统压力稳定。

(2)阀门开关执行机构在完成执行命令需要重新复位时，由于执行机构内的弹簧推力较大，造成手动复位困难，费时费力。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其不但工作稳定可靠，而且可以实现阀门缓慢动作，从而能够减小阀门打开或关闭瞬间的冲击力。

为实现上述技术目的，本实用新型采用以下的技术方案：

基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，包括安装于管道上的开关阀，所述开关阀的阀杆连接有开关执行机构；位于所述开关阀上游的管道上设置有压杆失稳先导触发机构；所述压杆失稳先导触发机构的压杆发生失稳弯曲时，触发所述开关执行机构动作，进而所述开关执行机构控制所述开关阀打开或关闭；所述开关执行机构设置有气压缓冲机构。

作为优选，所述开关执行机构包括缸体，所述缸体内滑动安装有推杆，所述推杆远离所述压杆失稳先导触发机构的一端连接有执行活塞，所述执行活塞与所述缸体之间设置有压缩弹簧；所述推杆上铰接安装有与所述阀杆相连接的拨叉，所述推杆做直线运动时带动所述拨叉进而改变所述开关阀的阀位状态；所述推杆靠近所述压杆失稳先导触发机构的一端伸出所述缸体，所述推杆与所述压杆失稳先导触发机构之间设置有锁止机构。

作为优选，所述气压缓冲机构包括所述缸体与所述执行活塞之间设置的缓冲气腔，所述缸体上设置有与所述缓冲气腔相连通的排气管。

作为优选，所述排气管上安装有调节阀。

作为其中一个优选方案，所述压杆失稳先导触发机构包括先导阀体，所述先导阀体内由膜片或活塞分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室通过上游引压管与位于所述开关阀上游的管道相连通，所述先导阀体内滑动安装有与所述膜片或活塞相连接的顶杆，所述顶杆的两端分别伸出所述先导阀体，所述顶杆远离所述推杆的一端连接有触发杆；所述锁止机构设置于所述顶杆与所述推杆之间；

当第一腔室内压力超过设定值时，所述触发杆发生失稳弯曲，此时所述锁止机构解除对所述开关执行机构限制，所述执行活塞在压缩弹簧的弹性势能作用下压迫并向所述缓冲气腔方向移动，进而由推杆带动拨叉动作使开关阀由正常阀位改变为非正常阀位。

作为另一个优选方案，所述压杆失稳先导触发机构包括先导阀体，所述先导阀体内由膜片或活塞分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室通过上游引压管与位于所述开关阀上游的管道相连通，第二腔室通过下游引压管与位于所述开关阀下游的管道相连通；所述先导阀体内滑动安装有与所述膜片或活塞相连接的顶杆，所述顶杆的两端分别伸出所述先导阀体，所述顶杆远离所述推杆的一端连接有触发杆；所述锁止机构设置于所述顶杆与所述推杆之间；

当第一腔室与第二腔室的压力差超过设定值时，所述触发杆发生失稳弯曲，此时所述锁止机构解除对所述开关执行机构限制，所述执行活塞在压缩弹簧的弹性势能作用下压迫并向所述缓冲气腔方向移动，进而由推杆带动拨叉动作使开关阀由正常阀位改变为非正常阀位。

作为优选，所述锁止机构包括设置于所述推杆上的推杆限位板以及设置于所述顶杆上的摇臂张开板，所述推杆限位板的两侧分别设置有锁止摇臂；所述开关阀处于正常阀位时，所述摇臂张开板限制两个锁止摇臂处于张开状态，且两个锁止摇臂限制推杆限位板的位置。

作为优选，基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，还包括推杆复位机构。

作为优选，所述推杆复位机构为液压复位机构，其包括所述缸体上固定设置的导向套，所述导向套内滑动配合安装复位活塞，所述复位活塞的一端设有液压操控系统，所述复位活塞的另一端连接有复位杆。

作为优选，所述执行活塞上内凹设置有与所述导向套适配的缓冲槽，所述缓冲槽与所述缓冲气腔相连通。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有至少以下有益效果：

(1)由于开关执行机构设置有气压缓冲机构，当阀门在压缩弹簧作用下关闭时，缓冲气腔内的气压升高，提供反向缓冲力，从而可以使阀门缓慢关闭，减小了阀门关闭瞬间的冲击力，不仅利于延长阀门的使用寿命，而且保证了系统压力缓慢稳定调节。通过调整调节阀的开度，可以调整缓冲气腔内气体的泄放速度，从而调整阀门的关闭速度。

(2)推杆复位机构采用液压复位，在压缩弹簧释放弹性势能完成执行命令后，复位过程中即使压缩弹簧的压缩反弹力很大，也可以实现手动液压复位。

(3)通过设置上游引压管和下游引压管，膜片或活塞的两侧分别感受到开关阀上游和下游的压力，使得压杆失稳先导触发机构的触发力是上游和下游的压力差，而不仅仅是上游压力，系统更加稳定可靠。

(4)当压杆失稳先导触发机构采用膜片结构时，使受压面积加大，同时相比于活塞结构，膜片把动密封变成了静密封，防止了外漏；而且当压力超过设定值时，动作响应快、反应灵敏，特别适用于压力控制精度要求较高的低压场合，触发灵敏性和可靠性好。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例一处于正常阀位时的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一处于非正常阀位时的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一复位时的参考状态示意图；

图4是本实用新型实施例二处于正常阀位时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

实施例一

如图1所示，基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，包括安装于管道上的开关阀10，所述开关阀10的阀杆11连接有开关执行机构20；位于所述开关阀上游的管道上设置有压杆失稳先导触发机构30；所述压杆失稳先导触发机构30的压杆发生失稳弯曲时，触发所述开关执行机构20动作，进而所述开关执行机构20控制所述开关阀10打开或关闭；所述开关执行机构20设置有气压缓冲机构40。

本实施例中，所述开关执行机构20包括缸体21，所述缸体21内滑动安装有推杆22，所述推杆22远离所述压杆失稳先导触发机构30的一端连接有执行活塞23，所述执行活塞23与所述缸体21之间设置有压缩弹簧24；所述推杆22上铰接安装有与所述阀杆11相连接的拨叉25，所述推杆22做直线运动时带动所述拨叉25进而改变所述开关阀10的阀位状态；所述推杆22靠近所述压杆失稳先导触发机构30的一端伸出所述缸体21，所述推杆22与所述压杆失稳先导触发机构30之间设置有锁止机构50。

本实施例中，所述气压缓冲机构40包括所述缸体21与所述执行活塞23之间设置的缓冲气腔41，所述缸体21上设置有与所述缓冲气腔41相连通的排气管42，所述排气管42上安装有调节阀43。当开关阀在压缩弹簧作用下关闭时，缓冲气腔41内的气压升高，提供反向缓冲力，从而可以使阀门缓慢关闭，减小了阀门关闭瞬间的冲击力，不仅利于延长阀门的使用寿命，而且保证了系统压力缓慢稳定调节。通过调整调节阀43的开度，可以调整缓冲气腔41内气体的泄放速度，从而调整阀门的关闭速度。

本实施例中，所述压杆失稳先导触发机构30包括先导阀体31，所述先导阀体31内由膜片32分隔为第一腔室33和第二腔室34，第一腔室33通过上游引压管35与位于所述开关阀10上游的管道相连通，所述先导阀体31内滑动安装有与所述膜片32相连接的顶杆36，所述顶杆36的两端分别伸出所述先导阀体31，所述顶杆远离所述推杆22的一端连接有触发杆37；所述锁止机构50设置于所述顶杆36与所述推杆22之间；当第一腔室33内压力超过设定值时，所述触发杆37发生失稳弯曲，此时所述锁止机构50解除对所述开关执行机构20限制，所述执行活塞23在压缩弹簧24的弹性势能作用下压迫并向所述缓冲气腔41方向移动，执行活塞23带动推杆22做直线运动，进而由推杆22带动拨叉25动作，使开关阀由正常阀位改变为非正常阀位。采用膜片结构，使受压面积加大，同时相比于活塞结构，膜片把动密封变成了静密封，防止了外漏；而且当压力超过设定值时，动作响应快、反应灵敏，特别适用于压力控制精度要求较高的低压场合，触发灵敏性和可靠性好。

如上所述，该先导触发机构30是基于压杆稳定和压杆失稳原理设计，具有两个工作位置。决定该机构处于哪一个工作位置，进而决定整个自动阀门是否动作的部件是触发杆37，所述触发杆37的外侧设置有保护罩38，所述触发杆37通过螺帽与所述保护罩38可拆卸连接。当第一腔室33内压力超过设定值时，介质压力通过膜片32快速传递而使所述触发杆37发生失稳弯曲，此时所述锁止机构50解除对所述开关执行机构20限制，进而所述开关执行机构20触发开关阀10由正常阀位改变为非正常阀位。

本实施例中，所述锁止机构50包括设置于所述推杆22上的推杆限位板51以及设置于所述顶杆36上的摇臂张开板52，所述推杆限位板51的两侧分别转动设置有锁止摇臂53；所述开关阀10处于正常阀位时，所述摇臂张开板52限制两个锁止摇臂53处于张开状态，且两个锁止摇臂53限制推杆限位板51的位置，这样推杆22会受到两个锁止摇臂53的限制而无法运动。两个所述锁止摇臂53的自由端均安装有轴承54，以便减小动作时的摩擦力。

另外，还包括推杆复位机构60，本实施例中所述推杆复位机构60为液压复位机构，其包括所述缸体21上固定设置的导向套61，所述导向套61内滑动配合安装复位活塞62，所述复位活塞62的一端设有液压操控系统，所述复位活塞62的另一端连接有复位杆63。其中，液压操控系统包括液压箱64，所述液压箱内设置有液压缸65，所述液压缸65通过液压管68与所述导向套61连通，所述液压管68上安装有单向阀；所述液压管68与所述液压箱64之间设置有回流管69；所述液压缸65内设置有液压活塞66，所述液压活塞66连接有操作杆67，所述操作杆67的一端与所述液压箱64铰接。本实施例中，所述执行活塞23上内凹设置有与所述导向套61适配的缓冲槽44，所述缓冲槽44与所述缓冲气腔41相连通。

本实用新型的工作原理如下：

参考图1，当开关阀上游管道内介质压力低于设定压力时，即先导阀体31的第一腔室33内的压力低于设定压力，此时触发杆37承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，当触发杆37处于压杆稳定状态时，触发杆37的轴向推力会使顶杆36、膜片32以及摇臂张开板52处于工作位置一，此时摇臂张开板52将两个锁止摇臂53张开卡住，阻止了锁止摇臂53的旋转运动，两个锁止摇臂53将推杆限位板51压住，推杆22不会发生轴向直线运动，压缩弹簧24的弹性势能无法释放，开关阀10处于正常阀位。

参考图2，当开关阀上游管道内介质压力高于设定压力时，即先导阀体31的第一腔室33内的压力高于设定压力，此时触发杆37承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳、丧失承载能力，在触发杆37失稳弯曲而丧失承载能力后，其作用在顶杆36上的推力会骤然降低，介质压力会推动膜片32移动至工作位置二，在此过程中，顶杆36会带动与之固定为一体的摇臂张开板52移动直至摇臂张开板52失去对锁止摇臂53的约束作用，推杆22在压缩弹簧24的推动作用下推动锁止摇臂53旋转，锁止摇臂53将不再压住推杆限位板51，推杆22在压缩弹簧24的推动作用下移动，通过拨叉25将开关阀10由正常阀位改变为非正常阀位(若正常工况下开关阀处于全开位，则超压工况下开关阀应自动关闭，阀位变为全关位；若正常工况下开关阀处于全关位，则超压工况下开关阀应自动开启，阀位变为全开位)，从而实现了超压时阀门的自动开启或者关闭。

参考图3，在触发杆发生失稳而开关阀自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，可以使用液压复位机构推动执行活塞恢复至工作位置一(即初始位置)，并更换新的触发杆，整个阀门完成复位。采用液压复位机构，即使压缩弹簧的压缩反弹力很大，也可以实现手动复位。

实施例二

本实施例与实施例一结构原理基本相同，相同之处不再进行赘述，其唯一区别在于：参考图4，所述压杆失稳先导触发机构中第二腔室34通过下游引压管39与位于所述开关阀10下游的管道相连通。这样一来，膜片32的两面分别感受到的是上游和下游的压力，使得先导触发机构的触发力是上游和下游的压力差，而不仅仅是上游压力。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域内的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，包括安装于管道上的开关阀(10)，所述开关阀的阀杆(11)连接有开关执行机构(20)；位于所述开关阀上游的管道上设置有压杆失稳先导触发机构(30)；所述压杆失稳先导触发机构(30)的压杆发生失稳弯曲时，触发所述开关执行机构(20)动作，进而所述开关执行机构控制所述开关阀(10)打开或关闭；其特征在于：所述开关执行机构(20)设置有气压缓冲机构(40)。

2.如权利要求1所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：所述开关执行机构(20)包括缸体(21)，所述缸体内滑动安装有推杆(22)，所述推杆远离所述压杆失稳先导触发机构(30)的一端连接有执行活塞(23)，所述执行活塞与所述缸体之间设置有压缩弹簧(24)；所述推杆上铰接安装有与所述阀杆相连接的拨叉(25)，所述推杆做直线运动时带动所述拨叉进而改变所述开关阀的阀位状态；所述推杆靠近所述压杆失稳先导触发机构(30)的一端伸出所述缸体，所述推杆与所述压杆失稳先导触发机构之间设置有锁止机构(50)。

3.如权利要求2所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：所述气压缓冲机构(40)包括所述缸体与所述执行活塞之间设置的缓冲气腔(41)，所述缸体上设置有与所述缓冲气腔相连通的排气管(42)。

4.如权利要求3所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：所述排气管上安装有调节阀(43)。

5.如权利要求3所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：所述压杆失稳先导触发机构(30)包括先导阀体(31)，所述先导阀体内由膜片(32)或活塞分隔为第一腔室(33)和第二腔室(34)，第一腔室通过上游引压管(35)与位于所述开关阀上游的管道相连通，所述先导阀体内滑动安装有与所述膜片或活塞相连接的顶杆(36)，所述顶杆的两端分别伸出所述先导阀体，所述顶杆远离所述推杆的一端连接有触发杆(37)；所述锁止机构(50)设置于所述顶杆(36)与所述推杆(22)之间；

当第一腔室内压力超过设定值时，所述触发杆(37)发生失稳弯曲，此时所述锁止机构(50)解除对所述开关执行机构限制，所述执行活塞(23)在压缩弹簧(24)的弹性势能作用下压迫并向所述缓冲气腔(41)方向移动，进而由推杆(22)带动拨叉(25)动作使开关阀由正常阀位改变为非正常阀位。

6.如权利要求3所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：所述压杆失稳先导触发机构(30)包括先导阀体(31)，所述先导阀体内由膜片(32)或活塞分隔为第一腔室(33)和第二腔室(34)，第一腔室通过上游引压管(35)与位于所述开关阀上游的管道相连通，第二腔室(34)通过下游引压管(39)与位于所述开关阀下游的管道相连通；所述先导阀体内滑动安装有与所述膜片或活塞相连接的顶杆(36)，所述顶杆的两端分别伸出所述先导阀体，所述顶杆远离所述推杆的一端连接有触发杆(37)；所述锁止机构设置于所述顶杆与所述推杆之间；

当第一腔室与第二腔室的压力差超过设定值时，所述触发杆发生失稳弯曲，此时所述锁止机构解除对所述开关执行机构限制，所述执行活塞在压缩弹簧的弹性势能作用下压迫并向所述缓冲气腔方向移动，进而由推杆带动拨叉动作使开关阀由正常阀位改变为非正常阀位。

7.如权利要求5或6所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：所述锁止机构(50)包括设置于所述推杆上的推杆限位板(51)以及设置于所述顶杆上的摇臂张开板(52)，所述推杆限位板的两侧分别设置有锁止摇臂(53)；所述开关阀处于正常阀位时，所述摇臂张开板(52)限制两个锁止摇臂处于张开状态，且两个锁止摇臂(53)限制推杆限位板(51)的位置。

8.如权利要求2所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：还包括推杆复位机构(60)。

9.如权利要求8所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：所述推杆复位机构(60)为液压复位机构，其包括所述缸体上固定设置的导向套(61)，所述导向套内滑动配合安装复位活塞(62)，所述复位活塞的一端设有液压操控系统，所述复位活塞的另一端连接有复位杆(63)。

10.如权利要求9所述的基于压杆失稳触发的缓冲先导型自动阀，其特征在于：所述执行活塞(23)上内凹设置有与所述导向套适配的缓冲槽(44)，所述缓冲槽与所述缓冲气腔(41)相连通。