CN87215755U - 多功能密闭式先导操作安全阀 - Google Patents

Abstract

多功能密闭式先导操作安全阀。用作流体输送与贮运设备的安全装置。由主阀(1)与先导阀(2)两部分组成，主阀有一压力腔(9)和一个具有活塞作用的主阀芯(6)，先导阀(2)的阀芯由上、下两个密封元件及滑动顶杆三部分组成，它的动作既可为主阀压力腔加压，也可为其卸压，先导阀弹簧可由一个隔膜密闭而不受介质的直接作用，该安全阀若配上必要的附件可实现人为遥控和现场校验等多种功能，该安全阀的优点是密封性能好，启闭压力差小，动作灵活，结构简单，制造成本低。

Description

多功能密闭式先导操作安全阀

本实用新型是一种安全阀。用作流体输送与贮运设备的安全装置。

现有的先导式安全阀，其结构一般均较复杂、制造成本高。美国石油协会推荐一种先导式安全阀，见附加文件（对比文件附图），Recommened    Practice    for    the    Design    and    Insta-llation    of    Pressure-Relieving    Systems    in    Re-fieries，Part1-Design    API    RP    520  Fourth    Ed.，Dec.1976，与其他先导式安全阀相比，其结构较简单，作用原理先进。然而，其先导阀阀芯与先导阀阀座间不易对中，密封难以保证，若需保证密封，则其加工精度与装配精度要求均需很高，从而限制了广泛应用。

本实用新型的目的是，设计一种新型的先导操作式安全阀结构，使其具备性能优良，结构简单，制造成本低等特点。

本实用新型的构成如下：

一种多功能密闭式先导操作安全阀，它由主阀与先导阀两部分组成。主阀的阀芯具有活塞作用，其上端可与主阀芯套及顶盖等组成一压力腔，其下端与主阀座构成一面密封，该面密封的密封力主要来自主阀芯上端压力腔内介质对主阀芯的推力。先导阀的阀芯由上、下两个密封元件与一个滑动顶杆三部分组成，两个密封元件将先导阀的压力腔分隔成三个腔区，与安全阀入口侧连通的上腔区，与安全阀排放侧或大气连通的下腔区以及与主阀压力腔连通的中间腔区。上密封元件可将上腔区与中间腔区隔绝或连通，下密封元件可将下腔区与中间腔区隔绝或连通，滑动顶杆可在中间腔区内滑动，滑动顶杆的长度这样设置，若需下腔区内的下密封元件处于密封位置，则下密封元件可通过滑动顶杆将上腔区内的上密封元件从原来所处的密封位置顶开，而使上腔区与中间腔区连通。反之，若需上腔区内的上密封元件处于密封位置，则上密封元件亦可通过滑动顶杆将下腔区内的下密封元件从原来所处的密封位置顶开，而使下腔区与中间腔区连通。上腔区内的上密封元件处于密封位置时的受压面积应大于下腔区内的下密封元件处于密封位置时的受压面积，否则该安全阀将难以排放。当其他条件一定时，这两个受压面积的差值越小，则安全阀的启闭压差越小，因此在设计时可采用调节这两个受压面积差值的办法来调节安全阀的启闭压差。由于先导阀的上、下两个密封元件与滑动顶杆这三部分可以制成互相分离的零件，所以可使上、下两个密封元件与先导阀阀座间的密封容易实现，从而降低对先导阀上述主要零件的加工、装配精度要求，并保证密封的可靠性。在先导弹簧与下密封元件间设置一隔膜，目的是把先导弹簧与流体介质相隔离，免除介质对先导弹簧的腐蚀作用以及温度的直接影响等，以提高安全阀动作的准确性。该隔膜可以是金属的，也可以是非金属的。在先导阀与主阀的连通件上配置上必要的附件，即可很容易实现对安全阀的人为遥控和现场压力校验。

当该安全阀处于关闭状态时，有两个相反方向的力作用在先导阀的下密封元件上，一个是先导弹簧提供的弹簧力，另一个是压力介质推开下密封元件的推力，因前者大于后者，所以下密封元件能够压紧在下腔区内先导阀座的密封面上，建立起可靠的密封，使下腔区与中间腔区隔绝，亦即将主阀压力腔与安全阀的排放侧（或大气）隔绝，由于先导阀的下密封元件处于密封位置上，所以滑动顶杆必将把上密封元件从原来所处的密封位置上顶开，从而促使上腔区与中间腔区连通，亦即把主阀的压力腔与安全阀的入口侧导通。因主阀阀芯上端在主阀压力腔中的受压面积大于其下端与阀座密封处的受压面积，主阀芯在这个介质作用力差值与主弹簧力共同作用下，便能与主阀阀座之间建立起可靠的密封。显然，这与传统的弹簧式安全阀不同，该处的密封力是随着安全阀所保护的压力系统的压力升高而增大的。当安全阀入口侧的压力（亦即被保护的压力系统的介质压力）升高至该安全阀的启跳压力时，先导阀的下密封元件从上腔区与中间腔区所受到的压力介质推力将会大于先导弹簧对下密封元件的压紧力，而使下密封元件脱离密封位置，并向下方运动。随之滑动顶杆亦向下滑动，此时上密封元件失去了滑动顶杆的支撑，在自重作用下回复至密封位置，然后在安全阀入口侧压力介质作用下，上密封元件与上腔区内的先导阀座的密封面形成密封，并使中间腔区下腔区导通，于是主阀压力腔内的压力通过先导阀的中间腔区连通下腔区向安全阀的排放侧（或大气）迅速泄压，此刻主阀阀芯下端面在远大于主弹簧力的向上作用的介质推力作用下，主阀芯便迅速开启到规定高度使该安全阀处于排放状态。通过一段时间的排放，安全阀入口侧的压力又会降至该安全阀的回座压力，此时连通入口侧的先导阀上腔区内的介质压力亦会降至回座压力，而该压力对上密封元件所产生的压紧力将会减少至小于先导弹簧对下密封元件并通过滑动顶杆传给上密封元件的推力，于是上密封元件在滑动顶杆的推动下又被迫离开所处的密封位置，而下密封元件则回复到密封位置，下腔区便与中间腔区隔绝，安全阀排放状态终止，上腔区与中间腔区导通，安全阀入口侧的压力又经过此通道传入主阀压力腔，使其升压，随之主阀压力腔作用在主阀芯上的推力又急剧上升并把它迅速推向主阀阀座，建立起可靠的密封，于是安全阀又回复到关闭状态。

本实用新型的优点：

（1）主阀阀芯与阀座间的密封力，主要来源于安全阀所保护的压力系统的介质压力，所以安全阀在正常操作状态下，其密封的可靠性可以充分得到保证。

（2）该安全阀的启闭压差不受主阀启跳高度所限而受先导阀控制，通过调节先导阀上、下密封元件在其所处密封位置时的受压面积的大小可以在较宽范围内调整安全阀的启闭压差，满足设计要求。

（3）先导阀的上、下密封元件与滑动顶杆可以不连成一体而设计成独立的零件，为此它们的加工精度及与先导阀座之间的装配精度均可降低，先导阀座与先导阀芯间很容易对中，而且先导阀的动作将会更加灵活，密封容易保证，拆装或检修均很方便。

（4）因在先导阀中设置一隔膜，故先导弹簧可免受介质腐蚀，少受介质温度的影响，以保证弹簧力的准确，使该安全阀动作可靠、准确。

（5）配置必要的附件，该安全阀可很容易地实现人为遥控与现场校验等多种功能。

（6）该安全阀结构简单，制造成本低。

图1为本实用新型的一个实施例，图2为图1中的先导阀（2）的详细结构。

在图1中，（1）为主阀，（2）为先导阀，主阀（1）与先导阀（2）之间由管线（3）、（4）及（5）连通，主阀（1）中装有一个带阶梯的圆柱形主阀芯（6），主阀芯（6）装在圆筒形主阀芯套（7）内，与主阀芯套（7）的圆柱形内壁面公称直径相同的主阀芯（6）上的那部分外圆柱面可相对于主阀芯套（7）的内壁面轴向滑动，在与主阀芯套（7）相接触的主阀芯（6）的外圆柱面上的环形槽内，装有与主阀芯套（7）内壁面紧密配合的密封元件（19），主阀芯（6）的上端面与主阀芯套（7）的圆柱面及顶盖（8）的下表面组成一压力腔（9），压盖（8）由螺栓（23）与主阀体（16）相连，在主阀芯（7）上端面的环形槽内，装有与压盖（8）的下表面紧密贴合的“O”形密封元件（24），它与密封元件（19）为压力腔（9）提供密封，在压盖（8）上有一轴向圆柱孔（10）及六角形接头（11），使压力腔（9）与管线（5）连通，主弹簧（12）装在压力腔（9）中，其上端支撑在顶盖（8）的下表面上，其下端安放在主阀芯（6）的环形台阶面上，为主阀密封提供初始密封力，主阀芯（6）下端的圆形孔内装有一个可替换的具有弧形台阶的主阀芯头（13），主阀芯头（13）的弧形台阶面与主阀芯（6）下端的圆锥面在（14）处为线接触，其效果是主阀芯头（13）与主阀座（15）间的密封能自动调位，主阀芯头（13）的下端环形台阶状密封面与阶梯圆柱形主阀座（15）上端的环形平面可构成紧密的面接触密封，该密封力由主弹簧（12）及压力腔（9）中的压力介质提供，主阀座（15）与主阀体（16）在（17）处螺纹相联，在（18）处主阀座（15）与主阀体（16）均设有紧密相配的圆柱面与端平面，为主阀座（15）的径向和轴向定位，主阀座（15）的下端被主阀体下法兰（20）与被保护的压力系统接管法兰夹持并密封，主阀座（15）的下端开有一径向圆形导孔（21），并通过连接管件（22）与管线（3）相通。连接板（25）将先导阀（2）固定在主阀（1）上，主阀体（16）的排放口侧开有圆柱形连接孔并通过连接元件（26）与管线（4）连通，管线（3）与一个带有止逆阀（27）的三通（28）相接，该三通的另外两端，一个与先导阀（2）上的管线（29）接通，另一个与截止阀（30）连通，止逆阀（27）、三通（28）及截止阀（30）用于该安全阀的现场校验，管线（5）与三通（67）相接，该三通一端与连通先导阀的管线（65）相连，另一端与一个自动控制阀（68）相接，通过自动控制阀（68）可实现对该安全阀的遥控操作。

图2为图1中先导阀（2）的结构，先导阀（2）的阀芯由相互分离的三个零件组成：上密封球（31），滑动顶杆（32）及下密封球（33）。上密封球（31）与下密封球（33）将先导阀的压力腔分割成三个腔区：上腔区（34），下腔区（42）及中间腔区（60），上腔区（34）由上盖（35）的圆柱形内腔体与先导阀座（36）的上端面组成，上盖（35）与先导阀座（36）在（40）处螺纹相连，上盖（35）的顶部有一轴向圆孔（37），并装有管线连接件（38），使上腔区（34）与管线（29）连通，在先导阀座（36）的上端面与上盖（35）的环形接触面间装有密封元件（39），为上腔区中的压力介质提供密封，圆柱形的先导阀座（36）的上端有一个圆锥形密封面（41），该密封面可与上密封球（31）形成密封，下腔区（42）由先导阀座（36）下端的圆柱形内腔与压环（43）组成，压环（43）被圆筒形先导弹簧套（44）与先导阀座（36）在（45）处的螺纹连接，紧密夹持在先导阀座（36）的下端面与先导弹簧套（44）的内台阶之间，先导阀座（36）的下端面与压环（43）的上表面的环形压紧平面间夹持一波形金属隔膜（46），该隔膜封闭住下腔区（42）的下端，使压力介质不致窜至压环（43）的另一侧，从而使先导弹簧（47）免受介质腐蚀与温度的直接作用，先导阀座（36）在下腔区（42）的上端部有一圆锥形密封面（59），它可与下密封球（33）形成密封，在圆锥形密封面（59）的下面，有一径向圆孔及连接螺纹（48），使得下腔区（42）与管线（4）＜见图1＞相连通，在先导弹簧套（44）内装有一个能相对先导弹簧套（44）的内圆柱面轴向滑动的弹簧座（49），弹簧座（49）上端的圆柱头伸在压环（43）的中心圆孔内，并通过隔膜（46）顶在下密封球（33）上，弹簧座（49）下端的台阶平面与先导弹簧调节座（50）之间装有先导弹簧（47），先导弹簧调节座（50）的外螺纹与先导弹簧套（47）下端的内螺纹相连，旋转先导弹簧调节座（50）就可调节加在下密封球（33）上的先导弹簧力的大小，先导弹簧座（49）在（51）处用螺纹连接一圆柱形拉杆（52），拉杆（52）与偏心轮（53），螺纹套（54）及板手（56）一起构成了手动开启机构，旋转板手（56）就可卸去作用在下密封球（33）上的先导弹簧力，使先导阀下腔区与中间腔区导通而让主阀压力腔泄压，于是安全阀处于排放状态。下盖（57）上端的内螺纹与先导弹簧套（44）下端的外螺纹在（58）处相连，连接板（25）通过连接螺栓（64）与先导阀座（36）的外圆柱面固定在一起，中间腔区（60）是先导阀座（36）内的连通上腔区（34）与下腔区（42）的轴向圆柱形通孔，在中间腔区（60）中装有可在其内圆柱面上轴向滑动的滑动顶杆（32），滑动顶杆（32）两端分别有圆形导气轴向沟槽（61）与（62），先导阀座（36）在中间腔区（60）处开有径向圆形通孔与连接螺纹（63），用以中间腔区（60）与管线（65）相接（见图1）并连通主阀压力腔。

当该安全阀处于关闭状态时，先导阀（2）内的下密封球（33）在先导弹簧（47）的作用下，与密封面（59）建立起密封，此时滑动顶杆（32）将上密封球（31）顶起，离开原来所处的密封位置，从而导通上腔区（34）与中间腔区（60），下腔区（42）与中间腔区（60）隔绝，于是安全阀入口侧的压力介质可通过主阀座（15）下端的径向通孔（21）、管件（22）、管线（23）、止逆阀（27）、三通（28）、管线（29）及先导阀（2）上的连接件（38）、通孔（37）、上腔区（34）、中间腔区（60），该处的径向通孔（63）、管线（65）、三通（67）、管线（5），管件（11），上盖（8）上的通孔（10）进入到主阀压力腔（9）中，使得压力腔（9）中的介质压强与安全阀入口侧的介质压强相等，由于主阀芯（6）的上端面在压力腔（9）中的受压面积大于主阀芯下端的主阀芯头（13）下端的受压面积，所以在主阀芯（6）的上端面上作用有很大的介质压紧力，再加上主弹簧（12）的推力，便使得主阀芯（13）与主阀座（15）建立起可靠的密封。当安全阀入口侧的介质压力升高至该安全阀的启跳压力时，先导阀（2）中的下密封球（33）所承受的介质压力推力超过先导弹簧（47）对下密封球（33）的弹簧压紧力，于是介质推力使下密封球（33）脱离密封位置向下运动，先导弹簧随之产生压缩位移，同时滑动顶杆（32）与上密封球（31）在自重作用下也向下滑动，结果，上密封球（31）与密封面（41）在上密封球的自重作用下建立起初始密封，而中间腔区便与下腔区导通，上腔区开始与中间腔区隔绝，于是上腔区内积聚的介质启跳压力完全作用在上密封球（31）上，使其与密封面（41）间的密封愈加可靠。此时由于中间腔区已与下腔区导通，而下腔区内的径向通孔（48）通过管线（4）与主阀体（16）的排放侧（低压或大气）相通，所以主阀压力腔（9）内的高压介质迅速通过管线（5）、（65）等由中间腔区（60）经过下腔区（42）与通孔（48）等排放至安全阀的排放侧，主阀压力腔（9）便处于泄压状态，于是主阀芯头（13）的下端面在安全阀入口侧的介质启跳压力作用下，克服主弹簧（12）的弹簧压紧力的作用，推动主阀芯（6）沿着主阀芯套（7）向上移动，主阀芯头（13）的密封面便脱离主阀座（15）的密封面，此时安全阀处于启跳排放状态。为避免主阀芯的上端面在上跳过程中与顶盖（8）紧密接触后堵死通孔（10），应在主阀芯的上端面上刻有若干条径向放射状的介质导通槽（69），以利于安全阀入口侧的压力降至回座压力时，能够使主阀压力腔（9）内的压力迅速回升。当安全阀入口侧的介质压力因排放而降至该安全阀的回座压力时，先导阀内上腔区的介质压力亦随之降至回座压力，从而降低了上密封球（31）与密封面（41）之间的密封压紧力，此时先导弹簧（47）的回弹力刚好超过此密封压紧力，于是先导弹簧（47）通过弹簧座（49）、波形金属隔膜（46）推动下密封球（33）与滑动顶杆（32）将上密封球从密封面（41）上顶开，而脱离密封位置，这样一方面下密封球（33）被先导弹簧力压紧在密封面（59）上，导致下腔区（42）与中间腔区（60）隔绝；上腔区（34）则与中间腔区（60）导通，安全阀入口侧的压力介质便通过管线（3）、（29）等从上述通道（上、中腔区）经由管线（65）、（5）及通孔（10）与主阀芯（6）的上端面上的径向导通槽（69），注入主阀压力腔（9），使之迅速升压而迫使主阀芯（6）及主阀芯头（13）回座。于是安全阀又迅速回到关闭状态。

作为本实用新型的其他实施方案，先导阀的上、下密封元件可以不是球形的其他结构，只要它能与先导阀阀座之间构成良好的线密封或面密封即可，但在这些密封结构中，则以球作为上、下密封元件更易保证密封。

作为本实用新型的其他实施方案，先导阀芯的三部分：上、下密封元件及滑动顶杆可以不互相分离，如滑动顶杆与上密封元件连在一起或制成一体或滑动顶杆与下密封元件连在一起或制成一体，还可以将滑动顶杆做成几部分，其中一部分与上密封元件连在一起或制成一体，一部分与下密封元件连在一起或制成一体。

作为本实用新型的另一种实施方案，主阀的阀芯和阀座上均可设置有传统弹簧式安全阀所采用的反冲机构，这样更有利于主阀的开启与回座。

作为本实用新型的又一种实施方案，主阀压力腔的滑动密封元件（19）（见图2）可用金属波纹管代替，使得金属波纹管的一端与顶盖（8）相连，另一端与主阀芯（6）相连，此时主阀芯套（7）只起导向作用。这样可以适用于高温介质的场合。

Claims (10)

1、一种多功能密闭式先导操作安全阀，它由主阀和先导阀两部分组成，主阀有一压力腔，主阀芯的一端在压力腔中，另一端与主阀座接触，先导阀芯由上、下密封元件及滑动顶杆三部分组成，上、下密封元件将先导阀分成上腔区、下腔区和中间腔区三个腔区，其特征是上腔区与主阀入口侧连通，下腔区与主阀排放侧或大气相通，中间腔区与主阀压力腔连通，在中间腔区中设置滑动顶杆，在上腔区与下腔区的先导阀座上各设置一个密封面，上腔区中的上密封元件压紧在上腔区中的先导阀座的密封面上时。上密封元件受压力介质作用的面积应大于下腔区中下密封元件压紧在下腔区中的先导阀座的密封面上时所受的压力介质作用的面积，在下密封元件下端设置一先导弹簧，在先导弹簧与下密封元件间设置一隔膜。

2、根据权利要求1所述的多功能密闭式先导操作安全阀，其特征在于先导阀的上、下密封元件是球形结构，在上、下腔区中的先导阀座上的密封面是圆锥面。

3、根据权利要求1和2所述的多功能密封式先导操作安全阀，其特征在于滑动顶杆与上、下密封元件是互相分离的零件。

4、根据权利要求1和2所述的多功能密闭式先导操作安全阀，其特征在于滑动顶杆与上密封元件连为一体，而下密封元件是独立的零件。

5、根据权利要求1和2所述的多功能密闭式先导操作安全阀，其特征在于滑动顶杆与下密封元件连为一体，而上密封元件是独立的零件。

6、根据权利要求1和2所述的多功能密闭式先导操作安全阀，其特征在于滑动顶杆与上、下密封元件均连为一体。

7、根据权利要求1所述的多功能密闭式先导操作安全阀，其特征征在于主阀阀芯和阀座上装有反冲机构。

8、根据权利要求1、2和7所述的多功能密闭式先导操作安全阀，其特征在于主阀压力腔设置有波纹管。

9、根据权利要求1、2和7所述的多功能密闭式先导操作安全阀，其特征在于先导阀上腔区与主阀入口侧的连通件上设置有止逆阀与截止阀。

10、根据权利要求1、2和7所述的多功能密闭式先导操作安全阀，其特征在于在先导阀的中间腔区与主阀压力腔的连通件上设置有自动控制阀。

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