CN2306374Y - 气锁式气体减压阀 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种气锁式气体减压阀,它由上部减压部分、中部气锁部分、下部调节机构这三部分串联成一个整体。当已调好出口压力的减压阀,其中部锁紧部分充入控制气压时,锁住减压阀的主弹簧力,关闭减压活门,借助入口的高压,严防气体泄漏。反之,泄掉控制压力时,主弹簧被释放,立即顶开减压活门,以设定的压力供气。在消防给水设备的氮气增压系统上采用这种减压阀,平时锁紧状态下可长期维持氮气瓶压力,一旦有火警,不依靠任何电力,立刻打开减压活门,对气压水罐实施高精度的增压供水,从而高可靠地实现在停电情况下自动给水消防。

Description

气锁式气体减压阀
本实用新型涉及一种气锁式气体减压阀。专门用于氮气增压消防给水设备上。
至今为止,这类消防给水设备,例如:北京长城给水设备厂的XQG系列消防气压给水设备等,它们的氮气增压系统均由高压氮气瓶、气体减压阀、电磁阀以及其管路等组成的。在平时,把减压阀的出口压力P2调节到略大于消防压力Px,然后用电磁阀截止氮气流动,一旦有火警信号则依靠蓄电池的电源,通电打开电磁阀,从而氮瓶内高压氮气在减压阀上降压到消防压力,经电磁阀流入气压水罐增压,把其内的水压入消防管网,实施停电情况下的自动消防。
这种氮气增压方案的最大问题是很难长期保持氮气瓶内的高压氮气。因为,已调节好出口压力P2的减压阀,其内部始终处于力的平衡状态,关不死减压活门,不起密封作用,而在减压阀出口管路上的电磁阀,因电磁力所限,仅靠弱弹簧力关闭先导活门,很难做到一丝不漏,只有它漏气,则减压阀为保持出口压力,微微自动打开减压活门补气,直到氮气瓶内氮气全部耗尽为至。由于以上原因,这种氮气增压消防系统至今还未找到一个成功之例。
鉴于以上情况,本实用新型的目的是提供一种气锁式减压阀,在平时用控制压力Pk锁住主弹簧的作用力,关闭减压活门,借助该活门上方的高压P1牢牢密封活门,严防氮气泄漏,一旦有火警,立刻排掉控制气压(Pk=0),释放主弹簧力,迅速打开减压活门,实施停电情况下可靠地自动消防。这种气锁式减压阀,本文简称QY阀。
至于控制压力Pk的长期维持和适时控制问题,将在另一项专利申请-增压控制阀上详细披露,本文中均省略。
下面,结合附图、介绍本实用新型-气锁式减压阀的主要结构和工作原理。
图1是气锁式减压阀的设计结构。
图2是采用QY阀的氮气增压消防给水系统。
本实用新型的设计结构,见图1。它包括:上阀体(1)内的减压部分;中阀体(2)内的气锁部分和下阀体(3)的调节机构;用螺栓(4)固紧上、下阀体,而中、下阀体用螺纹串联。
1)上部减压部分
由进口高压管接头(1.1)、出口低压管接头(1.2)和本体这三部分焊接成一体的上阀体(1),首先在其中心孔内放入密封垫(1.3)、刀口型密封阀座(1.4)、金属与橡胶硫化成一体的减压活门(1.5)以及副弹簧(1.6),拧紧上阀盖(1.7)。这时阀座(1.4)被压紧,副弹簧和减压活门处于上阀盖中部导向孔内,减压活门能上下移动并靠副弹簧力关闭阀座。然后,在阀座(1.4)的中心导向孔内安放开有四个排气槽的顶盘(1.8),在阀体的下部低压腔内套上带有O形密封圈(1.9)的敏感活塞(1.10),构成气锁式减压阀的上部减压部分。
2)中部气锁部分
在中阀体(2)上焊有引导控制压力Pk的两个管接头(2.1),首先在阀体中部空腔内设置带有O形密封圈(2.2)的锁紧活塞(2.3),在这个活塞的中心孔内插入传力杆(2.4),然后在中阀体下段内螺纹上拧紧下阀体(3),构成气锁式减压阀的中部气锁部分。
3)下部调节机构
下阀体(3)的中部是大空腔,其内安放主弹簧(3.3),顶部设置导向套(3.1),该套中部空腔与传力杆(2.4)之间的环形空间安放返回弹簧(3.2),在主弹簧的下端部套上带有两个导向销子(3.6)的压簧套(3.5),该套的中心螺纹孔内拧有调节螺杆(3.4)的上段部,该螺杆的下段部插入下阀盖(3.7)的中心孔,在其凸出部套上防松螺母(3.8)和挡圈(3.9),用开口销(3.10)固定挡圈。而压簧套上的两个导向销子(3.6)嵌在下阀体下段内孔槽中,使压簧套沿下阀体内壁上下移动,最后拧紧下阀盖(3.7),构成气锁式减压阀的下部调节机构。
4)把上部减压部分,中部气锁部分和下部调节机构这三部分串联的气锁式减压阀,当反时针方向旋转调节螺杆(3.4)时,压簧套(3.5)沿着下阀体(3)的下段内孔槽向上移动,压缩主弹簧(3.3),产生与敏感活塞(1.10)上部气动力相平衡的调节力,当锁紧活塞(2.3)上部控制气压Pk=0时,该调节力向上推动导向簧(3.1)、传力杆(2.4)、敏感活塞(1.0)、顶盘(1.8),顶开减压活门(1.5)。这时,返回弹簧(3.2)向上推动锁紧活塞(2.3),使该活塞下表面与导向套(3.1)的上表面脱离接触。与此相反,当控制压力Pk大于设计压力时,锁紧活塞(2.3)上部气动力大于主弹簧的最大调节力,向下推动锁紧活塞和导向套(3.1),向下压缩主弹簧,从而在副弹簧(1.6)和高压气体压力P1的作用下,敏感活塞(1.10)和顶盘(1.8)向下移动,并把减压活门(3.5)牢牢关闭在阀座(1.4)的上表面。
把气锁式气体减压阀用于氮气增压消防给水系统时,其管路连接如图2。在图中,
QS-气压水罐,      ZK-增压控制阀,          N2-氮气瓶,
QP-气瓶阀,        QY-本实用新型阀,        QA-气锁式安全阀
J--截止阀,        SJ-ZK阀上的手动截止阀,  Pk-控制压力,
P1-QY阀入口压力,  P2-QY阀出口压力。
在这时,QY阀的高压管接头(1.1)用高压导管与氮气瓶顶部气瓶阀(QP)的出口相连接,而QY阀的低压管接头(1.2)用低压导管再经截止阀(J)与气压水罐(QS)的顶部相连接,然后该阀的另两个管接头(2.1)用控制管路分别连接到增压控制阀(ZK)和气锁式安全阀(QA)上。
下面,结合图1和图2,进一步介绍本实用新型的工作原理,即设定QY阀的出口压力P2、锁紧密封以及解锁增压消防等的工作过程。
1.QY阀出口压力的设定
1)首先关闭QY阀出口管路上的截止阀(J),然后分别打开增压控制阀(ZK)上的手动截止阀(SJ)和气瓶阀(QP),则氮气瓶(N2)内的高压氮气经QP阀,从管接头(1.1)流入减压活门(1.5)前边的高压腔。
2)然后,卸掉护罩(3.11),反时针方向旋转调节螺杆(3.4),则正如前述,压簧套(3.5)向上移动,逐渐使主弹簧(3.3)压缩,当该弹簧力大于减压活门(1.5)上方高压气动力和副弹簧(1.6)的合力时,微微顶开减压活门。在这时,流入高压腔的氮气,在阀座(1.4)和减压活门(1.5)之间形成的微小缝隙上被降压之后,流入敏感活塞(1.10)的上方,使减压阀的出口压力逐步上升,直到敏感活塞上方气动力平衡主弹簧的调节力为止。
3)继续旋转调节螺杆,提高减压阀的出口压力P2,当它上升到略高于所要求的消防压力Px,即达到P2=Px+(0.05~0.07),Mpa时,停止旋转调节螺杆。然后,拧紧防松螺母(3.8),盖上护罩(3.11),就此结束QY阀的调节过程。
2.减压阀的锁紧密封
1)为防止减压活门漏气,先关闭ZK阀上的手动截止阀(SJ)。则QY阀出口的气体经ZK阀,从管接头(2.1)进入锁紧活塞(2.3)的上部,形成气控压力Pk。
2)当Pk上升并超过设计压力[Pk]时,正如前述,锁紧活塞向下移动,压缩主弹簧(3.3),锁住其调节力,从而敏感活塞(1.10)亦向下移动,关闭减压活门,高压氮气压力P1将活门牢牢压紧在阀座(1.4)的上表面,严防氮气泄漏。
3)在这时,打开QY阀出口管路上的截止阀(J),从此无论出口压力P2怎样变化,只要保持控制压力Pk不变,则减压活门(1.5)始终处于牢牢关闭密封状态,长期维持氮气瓶(N2)内的高压氮气。
3.QY阀的解锁增压消防过程
1)倘若发生火警,一旦消防管网用水灭火,则气压水罐(QS)内的水经增压控制阀(ZK)流入消防管网。这时ZK阀借助水流力,迅速排泄控制压力使Pk=0。
2)返回弹簧(3.2)向上推动锁紧活塞(2.3),解除主弹簧(3.3)的锁紧状态。
3)被释放的主弹簧的调节力立刻向上推动导向套(3.1)、传力杆(2.4)、敏感活塞(1.10)以及顶盘(1.8),顶开减压活门(1.5),使大量的高压氮气在该活门上降压到消防压力Px之后,进入气压水罐(QS)上部增压,迫使罐内的水经过ZK阀,大量压入消防管网,实施停电情况下的自动消防,直到耗尽氮气为止。
综上所述,本实用新型-气锁式气体减压阀,具有如下技术特征:
1.当控制压力Pk大于设计压力[Pk]、锁紧主弹簧力、减压活门(1.5)被关闭密封时,在阀座(1.4)的刀口上形成的密封比压Pm与活门入口压力P1的比值
m=Pm/P1≈ds/(4b)式中,ds-阀座(1.4)的刀峰直径;b-刀口的密封宽度。
倘若,ds=6~10mm,b=0.6mm,则m=2.5~4.2,远大于减压活门橡胶的垫片系数[m]≥0.8的要求,不可能发生漏气现象。因此,锁紧状态的QY阀将是高密封的,可长期维持氮气瓶压力。
2.当控制压力Pk=0时,借助返回婵簧(3.2),向上推动锁紧活塞(2.3),把它从导向套(3.1)的上表面脱开,消除了该活塞摩擦力对减压阀力平衡的任何影响。这时,QY阀的手动或自动调节过程均与普通减压阀没有原则区别,可按现代气体减压阀的设计理论,正确处理阀座(1.4)的孔径、敏感活塞直径以及主弹簧(3.3)的刚度这三者之间的匹配关系,则能实现出口压力P2的高精度调节。
3.采用小孔径管接头(2.1)或其前端设置限流孔板(图中未示出)等方法,适当延长(约0.5秒)控制压力Pk→0的排气过程,则借助锁紧活塞上的O型密封圈(2.2)的库伦摩擦阻尼力,可降低主弹簧(3.3)调节力的释放速度和减压活门(1.5)的开启速度,从而可防止减压阀的震荡现象,提高了其工作可靠性。
4.气锁式减压阀的控制压力Pk由水力式增压控制阀(ZK)来自动控制,在减压阀的出口管路上不设由蓄电池控制的电磁阀等,不依靠任何电力,几乎不需要维护管理,大大增加了停电情况下自动消防的可靠性。
由此可见,本实用新型-气锁式气体减压阀,用于消防给水设备的氮气增压系统上时,几乎不需要维护管理的情况下可长期保持氮气瓶气压,一旦有火警,则不依靠任何电力能立即自动打开减压活门,对气压水罐实施高精度的增压供水,从而为开创一种高靠性氮气增压消防给水系统奠定了技术基础。
实施例:QY150-10/20气锁式减压阀。
1.设计参数
1)入口最高压力:           P1max=20MPa;
2)出口压力范围:           P2=0.5~1.2MPa;
3)最大消防流量:           Qxmax=15L/S;
4)最低控制压力:           Pkmin=0.25MPa;
5)阀座刀峰直径:           ds=φ6.2mm;
  刀口密封宽度:           b=0.6mm;
6)敏感活塞直径:           Dm=φ68mm;
7)主弹簧刚度:             Kt=16.872Kgf/mm。
2.减压活门的密封试验
1)QY阀入口高压管路尺寸:   φ10×5000mm;
2)充气压力:               P1=18MPa;
3)气锁压力:               Pk=0.75MPa;
4)维持一星期后高压管压力: P1=18MPa,未漏;
5)QY阀放入水中检查,不漏。
3.减压阀的突然排气试验
1)高压气瓶的容积:         V0=50L,充气压力P1=19MPa;
2)QY阀高压管路:           φ10×8000mm;
3)减压阀出口的限流孔径:   φ8mm;
4)突然泄掉气锁压力时,试验结果:
Pk=0.7,MPa    P1=19,MPa  P2=0,MPa    t=0,s
     0           18         0.50        0.5,s
     0           17         0.65           -
     0           15         0.70           -
     0           13         0.64           -
     0           11         0.64           -
     0           10         0.64           -
     0           8          0.64           -
     0           6          0.64           -
     0           5          0.64           -
     0           4          0.64           -
     0           3          0.64           -
     0           2          0.58           -
     0.7         4          0            =105,s
5)总的排气时间t=105秒内,没有任何震荡现象。

Claims (2)

1.涉及一种气锁式气体减压阀,它包括:上阀体(1)内减压部分、中阀体(2)内气锁部分以及下阀体(3)内调节机构等,这三部分串联成一个整体,其特征在于:
1)由进口高压管接头(1.1)、出口低压管接头(1.2)和本体,这三部分焊接成一体的上阀体(1)的中心孔内,首先放入密封垫(1.3)、刀口型密封阀座(1.4)、金属与橡胶硫化成一体的减压活门(1.5)以及副弹簧(1.6),然后在该孔上部内螺纹上拧紧上阀盖(1.7)并压紧阀座(1.4),构成减压阀的高压腔,这时副弹簧与减压活门处于上阀盖的中部导向孔内,减压活门沿该孔内壁能上下移动,并靠副弹簧力关闭阀座,其次在阀座(1.4)的中部导向孔内套入开有四个排气槽的顶盘(1.8),然后在阀体下部低压腔内套上带有O形密封圈(1.9)的敏感活塞(1.10)之后,再用螺栓(4)把上阀体压紧在中阀体(2)的上端面,构成气锁式减压阀的上部减压部分;
2)在中阀体(2)的左右焊有引导控制压力Pk的两个管接头(2.1),该阀体的中部空腔内设置带有O形密封圈(2.2)的锁紧活塞(2.3),该活塞的中心孔内插入传力杆(2.4),该杆的上端面顶敏感活塞(1.10)的下表面,而其下端面座落在导向套(3.1)的中心孔内,然后中阀体的下段螺纹孔内拧紧下阀体(3),构成气锁式减压阀的中部气锁部分;
3)在下阀体(3)的中部大空腔内安放主弹簧(3.3),其顶部设置导向套(3.1),该套的中部空腔与传力杆(2.4)之间的环形空间安放返回弹簧(3.2),然后在主弹簧的下端部套上带有两个导向销子(3.6)的压簧套(3.5),该套中心螺纹孔内拧进调节螺杆(3.4)的上段部,该螺杆的下段插入下阀盖(3.7)的中心孔内,再其螺杆凸出部分套上防松螺母(3.8)和挡圈(3.9),用开口销(3.10)固定挡圈,最后把压簧套上的两个导向销子(3.6)嵌入下阀体(3)的下段内孔槽中,拧紧下阀盖(3.7),构成气锁式减压阀的下部调节机构;
4)如此把上部减压阀部分、中部气锁部分以及下部调节机构这三部分串联的气锁式减压阀,当反时针方向旋转调节螺杆(3.4)时,压簧套(3.5)沿着下阀体(3)的下段内孔槽向上移动,压缩主弹簧(3.3),产生大于敏感活塞(1.10)上部气动力的调节力,当锁紧活塞(2.3)上部的控制气压Pk=0时,该调节力应能向上推动导向套(3.1)、传力杆(2.4)、敏感活塞(1.10)、顶盘(1.8),并能顶开减压活门(1.5),从而把入口高压P1能减压到低压P2;与此相反,当Pk大于设计压力时,锁紧活塞(2.3)上部气动力大于主弹簧的最大调节力,向下推动锁紧活塞(2.3)和导向套(3.1),向下压缩主弹簧,这时在副弹簧(1.6)和高压气体P1的作用下,敏感活塞(1.10)和顶盘(1.8)向下运动,并把减压活门(3.5)牢牢压紧在阀座(3.4)的上表面,严防气体泄漏。
2.根据权利要求1所述的气锁式减压阀,其特征是:返回弹簧(3.2)的作用力应大于锁紧活塞(2.3)的摩擦力,当控制压力Pk=0时,该弹簧应能向上推动锁紧活塞,使该活塞的下表面迅速脱离导向套(3.1)的上表面,从而消除该活塞摩擦力对减压阀调节精度的任何影响。
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