本發(fā)明涉及一種閥門，更具體的涉及一種在壓力超過設(shè)定值時能夠自動開啟或關(guān)閉的閥門。

背景技術(shù)：
為了保護(hù)壓力管道、壓力容器以及它們上下游的裝置與設(shè)備，經(jīng)常需要設(shè)置在超壓工況下能夠自動開啟或關(guān)閉的閥門。在以往的實踐中，通常使用壓力變送器檢測壓力管道或者壓力容器中的壓力，壓力變送器輸出信號至控制系統(tǒng)，當(dāng)壓力超過設(shè)定值時，控制系統(tǒng)會自動發(fā)出指令使閥門開啟或者關(guān)閉。使用壓力變送器和控制系統(tǒng)共同實現(xiàn)超壓工況下自動啟閉閥門的主要潛在風(fēng)險在于，如果壓力變送器失效，或者壓力變送器與控制系統(tǒng)之間的信號傳輸出現(xiàn)問題，或者控制系統(tǒng)與閥門之間的信號傳輸出現(xiàn)問題，就可能出現(xiàn)壓力己經(jīng)超過設(shè)定值，閥門卻未如期動作的情形，給壓力管道、壓力容器以及它們上下游的裝置與設(shè)備帶來威脅。本發(fā)明主要由彈簧式執(zhí)行器、開關(guān)閥、鎖止機構(gòu)、壓桿型組件和壓力連通管組成。其中壓桿型組件是整個自動閥門的先導(dǎo)觸發(fā)機構(gòu)，該先導(dǎo)觸發(fā)機構(gòu)的設(shè)計基于壓桿穩(wěn)定和壓桿失穩(wěn)的原理，其先導(dǎo)活塞承受來自上游管道內(nèi)的壓力載荷，此載荷經(jīng)過先導(dǎo)閥桿加載在細(xì)長桿上，當(dāng)管道內(nèi)的介質(zhì)壓力產(chǎn)生的作用力低于細(xì)長桿的臨界載荷時，細(xì)長桿處于穩(wěn)定狀態(tài)，細(xì)長桿的軸向推力使先導(dǎo)閥桿和先導(dǎo)活塞處于工作位置一，此時，與先導(dǎo)活塞固定連接為一體的鎖止卡槽將兩個鎖止搖臂卡住，使得鎖止搖臂將執(zhí)行器推桿頂住，開關(guān)閥處于正常閥位；當(dāng)介質(zhì)壓力產(chǎn)生的作用力超過細(xì)長桿的臨界載荷時，細(xì)長桿失穩(wěn)彎曲而喪失承載能力，細(xì)長桿作用在先導(dǎo)閥桿上的軸向推力消失，介質(zhì)壓力會推動先導(dǎo)活塞和先導(dǎo)閥桿移動至工作位置二，在此過程中，壓桿型組件的先導(dǎo)閥桿會帶動與之固定為一體的鎖止卡槽移動直至鎖止卡槽失去對鎖止搖臂的約束作用，此時，執(zhí)行器推桿在執(zhí)行器彈簧的推動作用下推動鎖止搖臂旋轉(zhuǎn)，鎖止搖臂將不再頂住執(zhí)行器推桿，在彈簧的驅(qū)動下，開關(guān)閥將由正常閥位改變?yōu)榉钦ｉy位，從而實現(xiàn)了超壓工況下閥門的自動開啟或者關(guān)閉。在此應(yīng)用中，基于壓桿穩(wěn)定和壓桿失穩(wěn)原理設(shè)計的壓桿型組件實現(xiàn)了壓力變送器和控制系統(tǒng)兩者的功能，整個系統(tǒng)無需傳感器和信號傳輸，設(shè)計簡單，安全可靠。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明涉及的超壓時由壓桿失穩(wěn)觸發(fā)動作的自動閥門，其主要由彈簧式執(zhí)行器、開關(guān)閥、鎖止機構(gòu)(由鎖止卡槽和兩個鎖止懸臂組成)、壓桿型組件和壓力連通管組成。其中壓力連通管的功能是將開關(guān)閥的上游與壓桿型組件的壓力腔相連通，使壓桿型組件的先導(dǎo)活塞承受來自開關(guān)閥上游的壓力。其中，壓桿型組件是整個自動閥門的先導(dǎo)觸發(fā)機構(gòu)，其主要部件包括螺帽、桿籠、細(xì)長桿、先導(dǎo)閥體、先導(dǎo)閥桿、先導(dǎo)活塞、鎖止卡槽等。該先導(dǎo)機構(gòu)基于壓桿穩(wěn)定和壓桿失穩(wěn)原理設(shè)計，具有兩個工作位置。決定該機構(gòu)處于哪一個工作位置的部件是細(xì)長桿，細(xì)長桿安裝于先導(dǎo)閥體的外部，一端與先導(dǎo)閥桿相接，另一端與安裝于桿籠的螺帽相接，當(dāng)細(xì)長桿發(fā)生失穩(wěn)彎曲時，壓桿型組件的狀態(tài)由工作位置一改變?yōu)楣ぷ魑恢枚?。?dāng)開關(guān)閥上游管道內(nèi)介質(zhì)壓力低于設(shè)定壓力時，即壓桿型組件壓力腔內(nèi)的壓力低于設(shè)定壓力，此時細(xì)長桿承受的載荷小于其臨界載荷而壓桿穩(wěn)定，細(xì)長桿的軸向推力使先導(dǎo)閥桿和先導(dǎo)活塞處于工作位置一，此時與先導(dǎo)活塞固定連接為一體的鎖止卡槽將兩個鎖止搖臂卡住，鎖止搖臂不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得鎖止搖臂將執(zhí)行器推桿頂住，執(zhí)行器推桿不會發(fā)生軸向直線運動，開關(guān)閥處于正常閥位。當(dāng)開關(guān)閥上游管道內(nèi)介質(zhì)壓力高于設(shè)定壓力時，即壓桿型組件壓力腔內(nèi)的壓力高于設(shè)定壓力，此時細(xì)長桿承受的載荷將超過其臨界載荷而壓桿失穩(wěn)而喪失承載能力，其作用在先導(dǎo)閥桿上的推力會驟然降低，介質(zhì)壓力會推動先導(dǎo)活塞和先導(dǎo)閥桿移動至工作位置二，在此過程中，壓桿型組件的先導(dǎo)閥桿會帶動與之固定為一體的鎖止卡槽移動直至鎖止卡槽失去對鎖止搖臂的約束作用，執(zhí)行器推桿在執(zhí)行器彈簧的推動作用下推動鎖止搖臂旋轉(zhuǎn)，鎖止搖臂將不再頂住執(zhí)行器推桿，在彈簧的驅(qū)動下，開關(guān)閥將由正常閥位改變?yōu)榉钦ｉy位(若正常工況下開關(guān)閥處于全開位，則超壓工況下開關(guān)閥應(yīng)自動關(guān)閉，閥位變?yōu)槿P(guān)位；若正常工況下開關(guān)閥處于全關(guān)位，則超壓工況下開關(guān)閥應(yīng)自動開啟，閥位變?yōu)槿_位)，從而實現(xiàn)了超壓時閥門的自動開啟或者關(guān)閉。在細(xì)長桿發(fā)生壓桿失穩(wěn)而開關(guān)閥自動動作且壓力管道內(nèi)的壓力恢復(fù)正常后，可以使用復(fù)位手輪向復(fù)位連桿施加外力，直至其恢復(fù)到初始位置，進(jìn)而使開關(guān)閥恢復(fù)到正常閥位。此時，執(zhí)行器推桿對鎖止搖臂不再有推動作用，兩個鎖止搖臂會在小彈簧的拉力作用下收攏。然后，通過對先導(dǎo)閥桿施加外力將先導(dǎo)閥桿、先導(dǎo)活塞連同鎖止卡槽恢復(fù)至工作位置一(即初始位置)，并更換新的細(xì)長桿。最后移除復(fù)位手輪(以免下次動作時妨礙開關(guān)閥的正常動作)，整個閥門完成復(fù)位。附圖說明圖1為本發(fā)明涉及的超壓時由壓桿失穩(wěn)觸發(fā)動作的自動閥門的主要結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明涉及的超壓時由壓桿失穩(wěn)觸發(fā)動作的自動閥門正常狀態(tài)時的示意圖；圖3為本發(fā)明涉及的超壓時由壓桿失穩(wěn)觸發(fā)動作的自動閥門觸發(fā)時的示意圖；圖4為本發(fā)明涉及的超壓時由壓桿失穩(wěn)觸發(fā)動作的自動閥門復(fù)位過程的示意圖；圖5為本發(fā)明涉及的超壓時由壓桿失穩(wěn)觸發(fā)動作的自動閥門復(fù)位結(jié)束的示意圖；具體實施方式超壓時由壓桿失穩(wěn)觸發(fā)動作的自動閥門，主要由彈簧式執(zhí)行器、開關(guān)閥、鎖止機構(gòu)(由鎖止卡槽和兩個鎖止懸臂組成)、壓桿型組件和壓力連通管組成。具體而言其主要部件包括復(fù)位手輪1、復(fù)位連桿2、執(zhí)行器彈簧4、執(zhí)行器活塞5、執(zhí)行器推桿6、撥叉機構(gòu)7、執(zhí)行器缸體8、鉸鏈9、小彈簧10、鎖止搖臂11、軸承12、鎖止卡槽13、先導(dǎo)活塞14、先導(dǎo)閥桿15、先導(dǎo)閥體16、桿籠17、細(xì)長桿18、螺帽19、開關(guān)閥下游管道20、開關(guān)閥閥桿21、開關(guān)閥22、開關(guān)閥上游管道23、壓力連通管24。其中先導(dǎo)活塞14、先導(dǎo)閥桿15、先導(dǎo)閥體16、桿籠17、細(xì)長桿18、螺帽19組成壓桿型組件25，是整個超壓時由壓桿失穩(wěn)觸發(fā)動作的自動閥門的先導(dǎo)觸發(fā)機構(gòu)。該先導(dǎo)觸發(fā)機構(gòu)是基于壓桿穩(wěn)定和壓桿失穩(wěn)原理設(shè)計，具有兩個工作位置。決定該機構(gòu)處于哪一個工作位置，進(jìn)而決定整個自動閥門是否動作的部件是細(xì)長桿18，細(xì)長桿18安裝于先導(dǎo)閥體16的外部，一端與先導(dǎo)閥桿15相接，另一端與安裝于桿籠17的螺帽19相接。當(dāng)細(xì)長桿18發(fā)生失穩(wěn)彎曲時，壓桿型組件25的狀態(tài)由工作位置一改變?yōu)楣ぷ魑恢枚M(jìn)而觸發(fā)開關(guān)閥22由正常閥位改變?yōu)榉钦ｉy位。其中開關(guān)閥22控制著開關(guān)閥上游管道23和開關(guān)閥下游管道20內(nèi)介質(zhì)的流通。其中壓力連通管24的功能是將開關(guān)閥22的上游與壓桿型組件25的壓力腔相連通，使壓桿型組件25的先導(dǎo)活塞14承受來自開關(guān)閥22上游的壓力。其中執(zhí)行器活塞5一端與執(zhí)行器彈簧4相連，另一端與執(zhí)行器推桿6相連，執(zhí)行器推桿6還與撥叉機構(gòu)7相連，在執(zhí)行器推桿6作直線運動時，可以帶動撥叉機構(gòu)7進(jìn)而改變開關(guān)閥22的閥位狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)閥22處于正常閥位時，即當(dāng)兩個鎖止搖臂11處于閉合狀態(tài)時，執(zhí)行器推桿6的另外一端與兩個鎖止搖臂11接觸，執(zhí)行器推桿6在水平方向的運動會受到限制。其中鎖止搖臂11一端固定在鉸鏈9上，使其能夠繞鉸鏈9在一定范圍內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，另外一端裝有軸承12。當(dāng)細(xì)長桿18處于壓桿穩(wěn)定狀態(tài)時，細(xì)長桿18的軸向推力會使先導(dǎo)閥桿15、先導(dǎo)活塞14以及鎖止卡槽13處于工作位置一，此時鎖止卡槽13與軸承12接觸，將兩個鎖止搖臂11卡住，阻止了鎖止搖臂11的旋轉(zhuǎn)運動，兩個鎖止搖臂11處于閉合狀態(tài)而將執(zhí)行器推桿6頂住，執(zhí)行器推桿6不會發(fā)生軸向直線運動，執(zhí)行器彈簧4的彈性勢能無法釋放，開關(guān)閥22處于正常閥位。在細(xì)長桿18失穩(wěn)彎曲而喪失承載能力后，其作用在先導(dǎo)閥桿15上的推力會驟然降低，介質(zhì)壓力會推動先導(dǎo)活塞14和先導(dǎo)閥桿15移動至工作位置二，在此過程中，壓桿型組件25的先導(dǎo)閥桿15會帶動與之固定為一體的鎖止卡槽13移動直至鎖止卡槽13失去對鎖止搖臂11的約束作用，執(zhí)行器推桿6在執(zhí)行器彈簧4的推動作用下推動鎖止搖臂11旋轉(zhuǎn)，鎖止搖臂11將不再頂住執(zhí)行器推桿6，執(zhí)行器推桿6在執(zhí)行器彈簧4的推動作用下移動，通過撥叉機構(gòu)7將開關(guān)閥22開啟或關(guān)閉。其中軸承12安裝在鎖止搖臂11的端部，可降低鎖止卡槽13與鎖止搖臂11之間的摩擦力。小彈簧10可使兩個鎖止搖臂11在復(fù)位過程中自動閉合。復(fù)位手輪1和復(fù)位連桿2用于開關(guān)閥22的復(fù)位，即可以使用復(fù)位手輪1向復(fù)位連桿2施加外力，直至其恢復(fù)到初始位置，進(jìn)而使開關(guān)閥22恢復(fù)到正常閥位。上述結(jié)構(gòu)如圖1所示。下面以開關(guān)閥22作為緊急泄壓閥使用時為例，進(jìn)一步介紹本發(fā)明的具體實施方式。在正常工況下，開關(guān)閥22處于全關(guān)位，開關(guān)閥22上游管道23內(nèi)介質(zhì)壓力低于設(shè)定壓力，壓桿型組件25壓力腔內(nèi)的壓力低于設(shè)定壓力，此時細(xì)長桿18承受的載荷小于其臨界載荷而壓桿穩(wěn)定，細(xì)長桿18的軸向推力使先導(dǎo)閥桿15和先導(dǎo)活塞14處于工作位置一。此時與先導(dǎo)活塞14固定連接為一體的鎖止卡槽13將兩個鎖止搖臂11卡住，鎖止搖臂11不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得鎖止搖臂11將執(zhí)行器推桿6頂住，執(zhí)行器推桿6不會發(fā)生軸向直線運動，執(zhí)行器彈簧4的彈性勢能無法釋放，開關(guān)閥22處于全關(guān)位。如圖2所示。當(dāng)開關(guān)閥22上游管道23內(nèi)介質(zhì)壓力高于設(shè)定壓力時，即壓桿型組件25壓力腔內(nèi)的壓力高于設(shè)定壓力，此時細(xì)長桿18承受的載荷將超過其臨界載荷而壓桿失穩(wěn)彎曲而喪失承載能力，其作用在先導(dǎo)閥桿15上的推力會驟然降低，介質(zhì)壓力會推動先導(dǎo)活塞14和先導(dǎo)閥桿15移動至工作位置二，在此過程中，壓桿型組件25的先導(dǎo)閥桿15會帶動與之固定為一體的鎖止卡槽13移動直至鎖止卡槽13失去對鎖止搖臂11的約束作用，執(zhí)行器推桿6在執(zhí)行器彈簧4的推動作用下推動鎖止搖臂11沿鉸鏈9旋轉(zhuǎn)，鎖止搖臂11將不再頂住執(zhí)行器推桿6，執(zhí)行器推桿6在執(zhí)行器彈簧4的推動作用下移動，并同時轉(zhuǎn)動撥叉機構(gòu)7，將開關(guān)閥22開啟。從而開關(guān)閥上游管道23內(nèi)的介質(zhì)向開關(guān)閥下游管道20泄放。見圖3。在細(xì)長桿18發(fā)生壓桿失穩(wěn)而開關(guān)閥22自動動作且壓力管道內(nèi)的壓力恢復(fù)正常后，可以使用復(fù)位手輪1向復(fù)位連桿2施加外力，直至其恢復(fù)到初始位置，在此過程中撥叉機構(gòu)7會將開關(guān)閥22關(guān)閉，執(zhí)行器彈簧4再次儲蓄彈性勢能。此時，執(zhí)行器推桿6對鎖止搖臂11不再有推動作用，兩個鎖止搖臂11會在小彈簧10的拉力作用下沿著鉸鏈9旋轉(zhuǎn)而閉合。然后，通過對先導(dǎo)閥桿15施加外力將先導(dǎo)閥桿15、先導(dǎo)活塞14連同鎖止卡槽13恢復(fù)至工作位置一(即初始位置)，并更換新的細(xì)長桿18。最后移除復(fù)位手輪1，整個閥門完成復(fù)位。見圖4和圖5。另外，根據(jù)壓桿失穩(wěn)的歐拉定律，可以通過調(diào)整細(xì)長桿18的彈性模量和長細(xì)比而改變其臨界載荷，進(jìn)而改變開關(guān)閥22動作時的設(shè)定壓力。當(dāng)本發(fā)明的開關(guān)閥22設(shè)計為超壓工況下自動關(guān)閉時，只需要將開關(guān)閥閥桿21旋轉(zhuǎn)90度即可。具體實施方式與開關(guān)閥22設(shè)計為超壓緊急泄放閥時相同，在此不再贅述。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥的特種和/或步驟之外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可以被其它等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。