專利名稱：壓力容器用先導(dǎo)式安全閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種安全閥，屬于流體機械，用于流體壓力系統(tǒng)的防超壓安全泄放。
目前生產(chǎn)中廣泛使用的安全閥為彈簧直接載荷式，其特點是動作可靠但密封性能差，啟閉壓差大。另一種安全閥為先導(dǎo)式，其特點是密封性能好，啟閉壓差小但動作可靠性差。這是因為這種先導(dǎo)式安全閥動作與否由兩個閥(主閥與先導(dǎo)閥)的動作決定，使其可靠性大大下降。例如《石油化工設(shè)備》1988年17卷第2期“壓力容器用新型先導(dǎo)式安全閥”一文介紹的先導(dǎo)式安全閥，如果先導(dǎo)閥失靈，由于主閥的密封具有自緊效果，主閥便在主閥壓力室的介質(zhì)壓力作用下越關(guān)越緊，無法開啟，使其失去超壓泄放的功能。因此我國有關(guān)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)(如GB150-89《鋼制壓力容器》)明確規(guī)定，在壓力容器上不允許使用這種安全閥。除非當(dāng)先導(dǎo)閥失靈時，主閥仍能在不超過泄放壓力時自動開啟，將超壓介質(zhì)泄放出去。
本實用新型的目的是，設(shè)計一種可用于壓力容器的先導(dǎo)式安全閥，即若先導(dǎo)閥失靈，則主閥仍能在不超過泄放壓力時自動開啟，將超壓介質(zhì)泄放出去。
本實用新型的構(gòu)成如下一種先導(dǎo)式安全閥，它由主閥和先導(dǎo)閥兩部分組成。主閥設(shè)置一壓力室，通過該壓力室，可將介質(zhì)壓力施加在具有活塞作用的主閥芯上，主閥芯的一端設(shè)有閥瓣。主閥的啟閉動作主要由主閥壓力室中的介質(zhì)壓力來控制。先導(dǎo)閥的作用就是通過其啟閉動作來控制主閥壓力室中的介質(zhì)壓力，從而達(dá)到由先導(dǎo)閥控制主閥動作的目的。本實用新型的特征是在主閥上設(shè)置有爆破片。如果主閥是這樣設(shè)計的，即當(dāng)通過先導(dǎo)閥給主閥壓力室施加介質(zhì)壓力時，主閥便關(guān)閉，當(dāng)卸除介質(zhì)壓力時，主閥便開啟，則這樣設(shè)置爆破片，使其一側(cè)與主閥壓力室連通，另一側(cè)與主閥出口側(cè)(當(dāng)主閥設(shè)置有排放管時，指排放管，當(dāng)主閥直接排向大氣時，指大氣)連通。這樣，萬一先導(dǎo)閥失靈，不能卸除壓力室中的介質(zhì)壓力，則爆破片會在規(guī)定的動作壓力(不超過安全閥的泄放壓力)下爆破，把主閥壓力室與主閥出口側(cè)連通，于是主閥壓力室便迅速泄壓，主閥隨即迅速開啟，開始泄放。如果主閥是這樣設(shè)計的，當(dāng)通過先導(dǎo)閥給主閥壓力室施加介質(zhì)壓力時，主閥便開啟，當(dāng)卸除介質(zhì)壓力時，主閥便關(guān)閉，則這樣設(shè)置爆破片，使其一側(cè)與主閥入口側(cè)連通，另一側(cè)與主閥壓力室連通。這樣，萬一先導(dǎo)閥失靈，不能為主閥壓力室施加介質(zhì)壓力，則爆破片就會在規(guī)定的動作壓力下爆破，把主閥壓力室與主閥入口側(cè)連通，于是主閥壓力室被迅速加壓，主閥隨即迅速開啟，開始泄放。


圖1和圖2是本實用新型的一個實施例，
圖1為該先導(dǎo)式安全閥的主閥，圖2為該安全閥的先導(dǎo)閥。
在
圖1中，主閥閥芯(1)的一端由背帽(2)與具有活塞作用的閥芯頭(3)相連，閥體(4)的一端加工成一個氣缸(5)，使閥芯頭(3)能軸向滑動。閥體(4)的頂端與頂蓋(6)在(7)處螺紋連接。這樣，由閥芯頭(3)、閥體(4)及頂蓋(6)組成了主閥壓力室(8)，密封元件(9)、(10)和(11)為該壓力室提供密封。主閥閥芯(1)的另一端加工成閥瓣(12)，它上的密封面(13)與兼作法蘭(14)的閥座(15)上的密封元件(16)可形成密封。在主閥閥芯(1)上設(shè)置有連通主閥入口側(cè)(20)與主閥壓力室(8)的通道(21)，爆破片(18)由壓蓋(17)夾持在閥瓣(12)上，使得爆破片(18)的一側(cè)與主閥入口側(cè)(20)連通，另一側(cè)與主閥壓力室(8)連通?？装?22)用來防止爆破片(18)爆破后的碎片堵塞通道(21)。通過閥體(4)上的法蘭(14)將該安全閥與被保護(hù)的壓力容器(或設(shè)備)相連。壓力介質(zhì)可通過閥體(4)中部的排放口(23)被泄放至泄放側(cè)(60)。翅片(24)為主閥閥芯(1)起導(dǎo)向作用，彈簧(25)為閥瓣(12)上的密封面(13)與閥座(15)上的密封元件(16)間的密封提供初始密封力。與主閥入口側(cè)(20)相連通的通道(26)，通過管線接頭(27)與圖2中的先導(dǎo)閥入口接頭(30)連通。與主閥壓力室(8)連通的通道(28)通過管線與圖2中先導(dǎo)閥出口接頭(31)連通。
在圖2中，先導(dǎo)閥芯(32)將先導(dǎo)閥(33)的閥體分為三個腔；高壓腔(34)、控制腔(35)及泄壓腔(36)。高壓腔(34)與
圖1中的主閥入口側(cè)(20)連通，控制腔(35)與
圖1中的主閥壓力室(8)連通，泄壓腔(36)與
圖1中的主閥出口側(cè)(60)連通。泄壓腔(36)由上閥體(37)與先導(dǎo)閥芯(32)形成，先導(dǎo)閥芯(32)上端的柱面可在上閥體(37)的下端柱面內(nèi)軸向滑動。在泄壓腔(36)中設(shè)置有施力彈簧(38)，其作用力通過彈簧座(39)作用在先導(dǎo)閥芯(32)上，施力彈簧(38)的另一端通過彈簧座(61)與上閥體(37)相接。調(diào)節(jié)螺絲(40)可用來調(diào)節(jié)施力彈簧(38)的作用力的大小。高壓腔(34)由下閥體(41)與先導(dǎo)閥芯(32)下端面(42)構(gòu)成，在先導(dǎo)閥芯下端面(42)設(shè)置有環(huán)形密封面(43)，它能與設(shè)置在下閥體(41)上的密封元件(44)形成密封。在高壓腔(34)中設(shè)置有平衡彈簧(45)，其作用力通過彈簧座(46)作用在先導(dǎo)閥芯(32)上，平衡彈簧的另一端通過彈簧座(62)與下閥體(41)相接。調(diào)節(jié)螺絲(47)用來調(diào)節(jié)平衡彈簧(45)的作用力的大小。如果使得平衡彈簧(45)的剛度等于施力彈簧(38)的剛度，就可使得先導(dǎo)閥芯(32)的軸向位移與施力彈簧(38)的剛度的大小無關(guān)。此時施加于先導(dǎo)閥芯(32)上的彈簧力的合力就成為與先導(dǎo)閥芯(32)的位移無關(guān)的常數(shù)，這不僅能顯著降低先導(dǎo)閥(33)的啟閉壓差，因而降低主閥的啟閉壓差，而且能消除彈簧剛度對安全閥性能的影響，因而可適用于介質(zhì)壓力很低或介質(zhì)溫度波動較大的場合。先導(dǎo)閥芯(32)的上部設(shè)置一柱面，該柱面與先導(dǎo)閥上閥體(37)的下端的柱面相配合，使先導(dǎo)閥芯(32)能在上閥體(37)內(nèi)軸向滑動。在先導(dǎo)閥芯(32)的下部設(shè)置一錐面(51)(也可以是球面等其他曲面)。當(dāng)先導(dǎo)閥啟跳后，該錐面能與上閥體(37)下端的直角(52)接觸。在先導(dǎo)閥芯(32)的柱面部分設(shè)置有連通先導(dǎo)閥控制腔(35)與泄壓腔(36)的通道(50)。
當(dāng)主閥(64)處于關(guān)閉狀態(tài)時，先導(dǎo)閥(33)亦處于關(guān)閉狀態(tài)。亦即先導(dǎo)閥芯(32)上的密封面(43)與密封元件(44)形成密封。該處的密封力是施力彈簧(38)克服平衡彈簧(45)的作用力和作用在先導(dǎo)閥芯(32)的端面(42)上的壓力介質(zhì)作用力后的凈作用力。在先導(dǎo)閥(33)處于關(guān)閥狀態(tài)時，其高壓腔(34)與控制腔(35)被阻斷，而控制腔(35)與泄壓腔(36)由通道(50)連通，因而主閥壓力室(8)與大氣連通。主閥瓣(12)便在主閥入口側(cè)(20)的介質(zhì)壓力作用下，在其密封面(13)與密封元件(16)間連立起可靠的密封。由于該處的密封具有壓力自緊的效果，因而愈接近安全閥的開啟壓力，其密封力愈大，密封效果愈好。當(dāng)主閥入口側(cè)(20)的壓力上升至安全閥的開啟壓力時，作用在先導(dǎo)閥芯(32)的下端面(42)上的壓力介質(zhì)力就會克服施力彈簧(38)與平衡彈簧(45)的合力，使先導(dǎo)閥芯(32)發(fā)生軸向位移，結(jié)果上閥體下端的直角(52)與先導(dǎo)閥芯(32)的錐面(51)形成線接觸密封，阻斷了控制腔(35)與泄壓腔(36)的連通。同時，由于先導(dǎo)閥芯(32)的密封面(43)與密封元件(44)脫離，使高壓腔(34)與控制腔(35)連通。主閥入口側(cè)(20)的壓力介質(zhì)便通過高壓腔(34)、控制腔(35)進(jìn)入主閥壓力室(8)中，由于主閥芯(1)在壓力室(8)中的有效受壓面積大于它在主閥入口側(cè)(20)的有效受壓面積，由此產(chǎn)生的壓力介質(zhì)作用力的差值會克服主彈簧(25)的作用力，使主閥芯(1)迅速開啟到規(guī)定的開啟高度，進(jìn)行泄放。當(dāng)主閥入口側(cè)(20)的壓力降至安全閥的回座壓力時，先導(dǎo)閥芯(32)的端面(42)上所受的壓力介質(zhì)作用力下降，以致于施力彈簧(38)與平衡彈簧(45)的作用力的合力克服該介質(zhì)作用力，使先導(dǎo)閥芯(32)回座，并在密封面(43)與密封元件(44)間重新建立起密封，此時先導(dǎo)閥(33)的控制腔(35)與高壓腔(34)被阻斷而與泄壓腔(36)被連通，因而主閥壓力室(8)中的壓力介質(zhì)被迅速泄至大氣，這樣主閥芯(1)失去了由壓力室(8)產(chǎn)生的介質(zhì)作用力，它便在閥瓣(12)上的壓力介質(zhì)作用力以及主彈簧(25)的作用力的作用下，迅速回座，并在密封面(12)與密封元件(16)間建立起密封，恢復(fù)到關(guān)閉狀態(tài)。
一旦連通主閥(64)與先導(dǎo)閥(33)的管線發(fā)生堵塞或因其他故障使先導(dǎo)閥芯(32)在達(dá)到開啟壓力時無法開啟，則主閥壓力室(8)就無法與主閥入口側(cè)(20)通過先導(dǎo)閥的動作導(dǎo)通，主閥芯(1)因而失去了開啟力，以致于主閥無法開啟進(jìn)行泄放。在這種情況下，設(shè)置在主閥瓣(12)上的爆破片(18)便在規(guī)定的動作壓力(不超過安全閥的泄放壓力)下爆破使主閥入口側(cè)(20)與主閥壓力室(8)直接連通，主閥芯便在開啟力作用下迅速開啟進(jìn)行泄放。
圖3是圖2的另一種方案，其特征在于在先導(dǎo)閥(33)的高壓腔(34)設(shè)置有磁鐵代替圖2中的平衡彈簧(45)，磁鐵的一個極(53)固定在下閥體(41)上，另一個極固定在先導(dǎo)閥芯(32)上。其優(yōu)點是先導(dǎo)閥的關(guān)閉靈活，使其啟閉壓差減小。圖3中的其他零件的結(jié)構(gòu)與作用與圖2相同。
圖4是圖2的另一種方案，其特征是在圖2中的高壓腔(34)中不設(shè)置平衡彈簧(45)，這在介質(zhì)壓力較高的情況下，可使先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)大大減化。圖4中的其他零件的結(jié)構(gòu)與作用與圖2中相同。
圖5是
圖1的另一種方案，其特征是在
圖1所示的主閥芯(1)上不設(shè)置通道(21)，通過設(shè)置在主閥瓣(12)上的排放通道(55)將爆破片的一側(cè)直接暴露于主閥出口側(cè)。此時，一旦先導(dǎo)閥失靈，主閥無法在規(guī)定的開啟壓力下開啟，則爆破片會在規(guī)定的動作壓力(不超過安全閥的泄放壓力)下爆破，此時壓力介質(zhì)就會由主閥入口側(cè)(20)經(jīng)由排放通道(55)直接泄放至主閥出口側(cè)(60)，將超壓介質(zhì)泄放出去。其優(yōu)點是即使主閥也被卡死不能開啟，該安全閥同樣能在不超過規(guī)定的泄放壓力下進(jìn)行超壓泄放，因而可靠性更高。圖5中的其余零件的結(jié)構(gòu)與功能與
圖1相同。
本實用新型的最大特點是，保留了現(xiàn)有先導(dǎo)式安全閥密封可靠，啟閉壓差小，動作準(zhǔn)確靈活等優(yōu)點，克服了現(xiàn)有先導(dǎo)式安全閥可靠性差的缺點，一旦先導(dǎo)閥失靈，主閥仍能在不超過規(guī)定的泄放壓力下進(jìn)行超壓泄放，滿足壓力容器對安全閥的動作要求，可廣泛用于化工、石油化工、化學(xué)、冶金等行業(yè)的流體壓力系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.壓力容器用先導(dǎo)式安全閥，它由主閥與先導(dǎo)閥兩部分組成，主閥設(shè)置一壓力室；其特征是在主閥上設(shè)置有爆破片，并使爆破片的一側(cè)與主閥壓力室相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力容器用先導(dǎo)式安全閥。其特征在于爆破片的另一側(cè)與主閥入口側(cè)相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力容器用先導(dǎo)式安全閥。其特征在于爆破片的另一側(cè)與主閥出口側(cè)相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力容器用先導(dǎo)式安全閥，其特征在于主閥閥芯上設(shè)置有連通主閥入口側(cè)與主閥壓力室的通道，在該通道間設(shè)置有爆破片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力容器用先導(dǎo)式安全閥，其特征在于主閥的閥瓣上設(shè)置有爆破片，爆破片的一側(cè)與主閥入口側(cè)連通另一側(cè)與主閥出口側(cè)連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的壓力容器用先導(dǎo)式安全閥，其特征在于先導(dǎo)閥的閥芯將先導(dǎo)閥閥體分為三個腔高壓腔，控制腔及泄壓腔；高壓腔與主閥入口側(cè)連通，控制腔與主閥壓力室連通，泄壓腔與主閥出口側(cè)連通；先導(dǎo)閥的泄壓腔內(nèi)設(shè)置有施力彈簧，該彈簧的一端通過彈簧座與先導(dǎo)閥體相接，另一端通過彈簧座與先導(dǎo)閥芯相接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓力容器用先導(dǎo)式安全閥，其特征在于先導(dǎo)閥高壓腔內(nèi)設(shè)置有平衡彈簧，該彈簧的一端通過彈簧座與先導(dǎo)閥體相接，另一端通過彈簧座與先導(dǎo)閥芯相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓力容器用先導(dǎo)式安全閥，其特征在于先導(dǎo)閥高壓腔設(shè)置有磁鐵，磁鐵的一個極固定在先導(dǎo)閥體上，另一個極固定在先導(dǎo)閥芯上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的壓力容器用先導(dǎo)式安全閥，其特征在于先導(dǎo)閥芯的結(jié)構(gòu)具有柱面和與該柱面相接的曲面，該柱面與設(shè)置在先導(dǎo)閥體上的柱面相配合，該曲面當(dāng)先導(dǎo)閥啟跳后與先導(dǎo)閥體接觸，在先導(dǎo)閥芯的柱面部分設(shè)置有連通先導(dǎo)閥控制腔與泄壓腔的通道。
專利摘要壓力容器用先導(dǎo)式安全閥，屬于流體機械，用于流體壓力系統(tǒng)防超壓安全泄放。它由主閥與先導(dǎo)閥兩部分組成，在主閥壓力室(8)與主閥入口側(cè)(20)或主閥出口側(cè)(60)間設(shè)置有爆破片，一旦先導(dǎo)閥失靈，該爆破片就會在規(guī)定壓力下爆破，使主閥仍能在不超過泄放壓力下開啟并進(jìn)行泄放。該安全閥不僅具備了先導(dǎo)式安全閥動作靈敏、密封可靠、啟閉壓差小等優(yōu)點，而且克服了其可靠性差的缺點，可廣泛用于化工、石油化工、化學(xué)、冶金等行業(yè)的壓力容器的安全泄放。
文檔編號F16K17/00GK2078836SQ9022071
公開日1991年6月12日 申請日期1990年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月15日
發(fā)明者李志義, 宋永鋒, 丁信偉 申請人:大連理工大學(xué)