CN1148882A - 多介质安全卸压阀 - Google Patents

Abstract

液体系统中泄去多余压力的安全阀，包括一个具有中心腔室的阀体，一个其上具有一阀座的阀嘴，一个可在开启和闭合位置之间在阀嘴阀座上移动的阀片，一与阀片相连的阀片架具有一包住阀座面的倾斜凸缘，一安装在阀嘴上且具有内外环的溢流环，内环具有一个基本上平行于阀片架斜面且与其相隔一定距离的锥形斜面，外环包括一个具有在周向分布的半椭圆形泄流口和一个内周面，该内周面大致与阀片架的周面平行且相隔一定距离，一个与阀片架相连的弹簧以压住阀片和阀片架使阀关闭。溢流环可调整以改变阀闭启压力。所述阀片架和溢流环倾斜表面的结构可提供一无波动的操作。

Description

多介质安全卸压阀

本发明涉及一种用于卸去流体系统多余压力以避免设备损坏和人身伤害的安全阀。特别是涉及可提高现有安全阀设计中的阀性能的有关阀元件。

卸压阀或安全阀用于在使用液体、蒸汽或气态流体的操作系统中进行过压保护。典型的安全阀是一种已进入市场多年的腔式阀。这种阀包括一个允许流体从压力管流入阀内的阀嘴。在阀嘴通向阀体中的阀腔的出流口一端形成一个阀座。阀嘴被一个通常称为“阀片”的阀元件所关闭，以防止流体流失，阀片相对于阀嘴上的阀座是可运动的，由压紧弹簧将阀片压在阀嘴的阀座上的关闭位置。当压力管中的压力超过调定压力值时，阀片被从阀嘴的阀座上推起，流体从压力管流入阀腔内并从阀的出流口流出当压力管中压力降到调定压力值时，压紧弹簧迫使阀片回到阀嘴的阀座上，关闭安全阀。阀开启时的压力和阀重新关闭时的压力之间的差值通常称为“启闭压差”。

本发明涉及的通常类型的安全阀的说明和描述见于下面的美国专利：No.4,036,250溢流安全阀，授予James W.Dashner，1977年7月19日。更准确地说，本发明涉及的安全阀是由Dresser Indursitries.Inderstrial ValvleOperation，Dresser Valve and Controls Division制造和销售的1900伺服安全阀和1990伺服安全阀，在1991年出版的Dresser Industries产品目录中进行了说明和描述(名称为卸压安全阀，尺寸与分类，1991年秋，SRV-1)。

本发明的基本目的是提供一种新型的，改进的安全阀，用于卸去流体系统多余压力。

本发明的进一步目的是提供一种包括一个阀片架和一个调整环的安全阀，以改进阀的性能。

本发明的另一个目的是提供一种减小或消除阀的压力波动的安全阀。

本发明的另一个目的是提供一种具有改进的阀元件的安全阀，使启闭压差小于10％。

本发明的另一个目的是提供一种可用于气体、蒸汽、液体多种介质的安全阀。

图1是现有的安全阀的轴向垂直剖面侧视图。

图2是根据本发明的安全阀的阀片、阀片架、溢流环和阀嘴的部分轴向剖面示意图。

图3是图2中可调整的溢流环的部分底视图。

图4是图2中虚线3部分放大剖视侧视图，用以说明阀的静态关闭状态。

图5是与图4相似的部分侧剖视图，用以说明阀开始升起时的初始开启状态。

图6是与图4和图5相似的部分侧剖视图，用以说明阀完全开启的状态。

如图1所示，在本发明现有的典型的安全阀10具有一个带进口凸缘接头12和出口凸缘接头13的阀体11。具有进流通道15的阀嘴14安装在进口接头12上，阀嘴14的向内一端具有环形端面，形成阀座20。可调整的溢流环21用螺纹连接在阀嘴14的上端部分。溢流环21的外周有许多轴向锁止槽22，可与带控制柄24的锁销23相配合。环型密封圈25用于在阀体和控制柄24之间进行密封，防止阀体内从控制柄周围的泄漏。阀片30安装在阀片架31上，可相对阀嘴上的阀座20移动，以开启和关闭阀。阀片颈部周围的定位环32将阀片锁止在阀片架的下端。阀片的下端具有环形的阀座面，在相对阀嘴上的阀座20的运动中起约束作用，用以开启和关闭阀。阀片架31滑动装配在导向套筒33上，导向套筒具有和阀体11固定在一起的导向凸缘34。阀片架31通过定位环40和导杆35连接。导杆35在阀盖41中运动，阀盖通过螺母43安装在阀体11的螺柱42上。密封垫39安装在阀盖41和阀体11之间。另一个密封垫36安装在导向凸缘34和阀体11之间。排泄管37安装在导向凸缘上，并伸入出流凸缘接头13的出流通道中。导杆35周围的螺旋弹簧44压紧在上弹簧垫片45和下弹簧垫片50之间，下弹簧垫片50压紧在导杆35下端的变粗部分上。导杆35的上端套在用螺纹连接在阀盖上端52上的管状调整螺杆和套筒51内。调整螺杆的螺母53螺纹连接在调整螺杆51上，并压紧在阀盖的上端52上。螺帽54安装在阀盖上端52上，位于导杆35上端和调整螺杆51的上方。

工作时，安全阀10安装在压力管上(无图示)，以卸去压力管中可能出现的多余流体压力。压力容器中的流体压力通过阀嘴14上的进流通道15传到安全阀。压紧弹簧44迫使阀片30与阀嘴14上的座20密封配合，使阀保持关闭。随着压力管中压力接近安全阀的调定压力值，在达到一个低于完全开启时的调定压力值的压力值时，阀开始初步泄流。阀开始泄漏时的压力定义为开启压力，也就是所谓的“阀座紧度”，当阀开始泄流时，阀片30被流体压力从阀座20上推起，流体从进流通道15经过阀片和阀座20周围的空隙流入安全阀的出流通道16。随着压力容器中流体压力由于安全阀的卸压作用而减小，当压力达到阀的重新关闭压力时，阀片30重新与阀座20接合关闭安全阀。阀的调定压力和重新关闭压力之差值称为安全阀溢流时的压力差别，或者更简单地说，阀的“启闭压差”。

根据本发明，对图1中的现有的安全阀进行改进后的阀元件的优选实施例用图2到图6图示说明。如图2到图4所示，图1中所示的阀片30安装在改进的阀片架31A上，阀片架和可调整的溢流环21A配合工作，溢流环由内环21B和外环21C构成且安装在现有安全阀10的阀嘴14上。

图4放大显示了改进后的溢流环21A和改进后的阀片架31A的详细特性，它们代替了现有安全阀中的溢流环21和阀片架31，从而构成了本发明的安全阀。详细参考图4，溢流环的内环21B的上端部分形成向上向内倾斜的外圆锥面21D。溢流环的外环21C的上端部分具有圆周分布的向上开口的半椭圆泄流口21E。外环21C内表面和阀片架的外表面是间隔一定距离的圆柱面，从而形成图4和图5所示阀位置的阀片架和外环21C之间的柱形环状空隙。外环21C也具有圆周间隔分布的轴向外锁止槽21F，如图3所示，它和与控制柄24相连的锁止销23配合，将溢流环锁止在阀嘴上的期望位置上。阀片架31A的下端部分具有向下向外倾斜的内圆锥面31B。锥面31B位于阀片架31A的向下延伸的环形裙部31C内。在图4所示的关闭位置，裙部31C伸入溢流环的内环21B的上端。在这个位置，阀片架的锥面31B和溢流环的锥面21D大体平行地间隔一定距离，在锥面间形成向下向外扩张的圆环锥形泄流空隙。这样，用溢流环21A和阀片架31A代替了图1所示阀10的相应阀元件，构成了具有本发明特点的安全阀10A。

由于本发明的特点，安全阀10A的操作与现有的安全阀10基本相同，但性能得到了改进。如图2到图4所示，阀10A处于关闭状态，阀嘴14进流通道15中的流体压力作用在阀片30的下表面。弹簧44的作用力克服流体压力，将阀片架31A向下压，使阀片30保持在阀嘴上的阀座表面20上。随着管路中压力增加，阀片上向上的作用力接近等于弹簧力，阀片上的净作用力接近于零。在蒸汽或气体介质时，阀在完全开启前会有一个过渡过程。当管路压力增加到离调定压力值1～2％的范围之内时，流体压力使阀片和阀片架克服弹簧力向上运动，可以听见流体通过阀嘴上阀座和阀片之间的配合面流入阀腔内的B处，如图5所示。阀片架的锥面31B和溢流环内环的锥面21D之间形成的环状空隙使阀腔B处建立起压力，提供作用在阀片和阀片架上的额外的向上作用力，克服弹簧力使阀完全开启。转动阀咀14从而调整溢流环21A，可改变锥面31B和21D之间的空隙，改变锥面间的节流作用，从而控制阀腔B处压力的建立。通过转动螺纹连接在阀嘴14上端部分的环来对溢流环进行调整。当调整到合适位置时，旋动控制柄24，使锁止销23的内端插入溢流环的一个锁止槽21F中，锁止溢流环，使其不再转动。阀腔B处受控的压力建立提供足够的向上作用在阀片30和阀片架31A下端上的力以克服弹簧力，使阀片从阀嘴上的阀座上升起，使阀跳变开启。阀一开启，阀片架31A的环形锥面31B的下方和溢流环上端锥面21D的上方的空隙C处建立起额外的流体压力，如图6所示，额外的压力建立是由于阀片架下端凸缘和溢流环外环21C上部内表面之间环形空隙处流量的突然增加和对流体的节流作用。阀片和阀片架下方压力建立形成的额外作用力使阀片和阀片架被推至完全开启位置，如图6所示。流体从阀片，阀片架和溢流环之间的空隙向周围流出，再流经溢流环上的半椭圆泄流口21E，如图6中箭头所示，使阀片和阀片架随着阀嘴进流通道内的压力增加以渐变的速度上升。溢流环和阀片架之间的环状空隙使泄出的流体沿阀片架的周围流出。泄出的流体产生一个作用在阀片架上的力，方向与作用在阀片和阀片架上的流体压力相反。压力流体从压力管中泄出，使压力管中压力降低，直到低于使安全阀关闭的调定压力。根据定义，启闭压差是指阀开启时压力和阀重新关闭时压力的差值。启闭压差的产生，是因为在阀片下表面压力降到低于调定压力之前，弹簧力不足以完全克服B，C处的流体在阀片架和阀片下表面上产生的压力。

阀片和溢流环的设计包括了溢流环上的半椭圆形部分，这样的安全阀，根据美国机械工程师协会标准，可用于气体，蒸汽和液体介质，使所有压力介质的启闭压差低于10％，从而消除了工作时的波动。我们发现，与现有的安全阀在阀片架的内部限流方案相比，在阀片架的外部限流可以在一定程度上减小介质在阀片架和阀片组件内部的作用力。

本发明涉及的典型装置已由附图说明和描述；本发明全面的描述由附属的权利要求书所给出。

Claims (9)

1.一种在压力管中的流体压力达到调定的最大压力值时进行卸压的安全阀，包括：

一个用于与压力管连接的阀嘴件，它包括一个绕流体通道的阀座；

一个其上具有阀座的阀片，它可以在与阀嘴上阀座接合的关闭位置和与阀嘴上阀座相隔的开启位置之间运动；

一个环形阀片架，安装在阀片周围，支持阀片以使其在开启和关闭位置之间运动，它具有与阀片的阀面间隔一定径向距离的圆环形斜凸缘，其末端伸展超出了阀片的阀座面；

一个安装在阀嘴上的可调整的溢流环，包括一个阀嘴上阀座周围的内环，在阀片开启和关闭时伸入阀片架的斜凸缘内并与之间隔一定距离，以及一个同轴的外环，外环与内环和阀片架斜凸缘均间隔一定距离，在阀片和阀片架的关闭和泄漏位置，溢流环和阀片架斜凸缘之间形成泄流通道，同轴的外环上有许多圆周分布的泄流口。

2.如权利要求1所述的安全阀，其特征是溢流环的外环的内表面与阀片架的斜凸缘的外表面均匀保持一定距离。

3.如权利要求2所述的安全阀，其特征是溢流环的内环的外表面自阀嘴上阀座向溢流环的外环的内表面倾斜。

4.如权利要求3所述的安全阀，其特征是阀片架斜凸缘的外表面为圆柱面，阀片架斜凸缘的内表面是从阀片的阀座面向外倾斜的斜锥面。

5.如权利要求4所述的安全阀，其特征是阀片架斜凸缘具有朝阀嘴方向向外倾斜的环形内锥面，溢流环具有从阀片向外倾斜并与阀片架斜凸缘内锥面大体平行的环形外锥面。

6.一种在压力管中流体压力达到调定的最大压力值时进行卸压的安全阀，包括：

一个用于与压力管连接的阀嘴件，它包括一个绕流体通道的阀座；

一个其上具有阀座的阀片，它可以在与阀嘴上阀座接合的关闭位置和与阀嘴上阀座相隔的开启位置之间运动；

一个环形阀片架，安装在阀片周围，支持阀片使其在开启和关闭位置之间运动，它具有与阀片的阀座面保持一定径向距离的圆环斜面，其末端伸展超出了阀座面，其斜凸缘的外表面为圆柱面，其斜凸缘的内表面是从阀片的阀座向外倾斜的斜锥面；

一个安装在阀嘴上的可调整的溢流环，包括一个阀嘴上阀座周围的内环，在阀片的关闭和泄漏位置时伸入阀片架的斜凸缘内部并与之保持一定间距，以及一个同轴的外环，外环与内环和阀片架斜凸缘保持一定间距，在阀片和阀片架的关闭和泄漏位置，溢流环和阀片架斜凸缘之间形成泄流通道，溢流环内环的外表面从阀嘴上阀座向溢流环外环的内表面倾斜，阀片架斜凸缘具有朝阀嘴方向向外倾斜的环形内锥面，溢流环具有从阀片向外倾斜并与阀片架斜凸缘内锥面大体平行的环形外锥面，溢流环的同轴的外环具有许多圆周分布的半椭圆泄流口。

7.一种在压力管中流体压力达到调定的最大压力值时进行卸压的安全阀，包括：

一个用于与压力管连接的阀嘴，其内部有流体通道绕其末端形成有环形的大致平整的阀座；

一个与阀嘴连接的阀体，在阀嘴末端形成泄流阀腔；

一个阀片，具有基本平整的阀座面且安装在阀腔内，可以相对阀嘴上阀座在开启位置和关闭位置之间运动；

一个阀片架，它与阀片相连接并支撑阀片，阀片架具有围绕阀片的环形斜凸缘，形成从阀片的阀面向外倾斜并超出阀片的阀面的环形倾斜内表面，使从阀嘴进流通道流入阀腔的流体在阀嘴上阀座和阀片的阀面之间偏流，使流体从阀嘴向外并从阀片向下流出；

一个可调整的溢流环，它可活动地安装在阀嘴末端阀座周围，溢流环具有一个内环，内环具有从阀嘴末端向外倾斜并与阀片架斜凸缘的锥面大体平行的外锥面，溢流环还有环绕内环的外环，外环具有圆柱形内表面，内环的外锥面向溢流环外环的内圆柱面倾斜，溢流环外环的内圆柱面在阀片架外圆柱面外面，间隔一定距离并大体与之平行，在阀片和阀片架相对阀嘴和溢流环处于过渡开启位置时，溢流环外环内圆柱面和阀片架外圆柱面之间形成环形柱状泄流通道，溢流环外环上有许多圆周分布且向端部开口的半椭圆形泄流口，通向溢流环外环内圆柱面和内环外圆锥面之间的空隙；

与阀片架连接的装置，用于当阀嘴和溢流环与阀片和阀片架之间的流体压力减小到调定值以下时将阀片和阀片架推向阀嘴，以关闭安全阀。

8.如权利要求7所述的安全阀，其特征是阀开启时溢流环和阀片架之间形成环形空隙，使流体沿阀片架周围流出，在阀片架上产生与作用在阀片和阀片架上流体压力方向相反的作用力。

9.如权利要求8所述的安全阀，其特征是溢流环，阀片和阀片架的尺寸和形状设计保证了各种流体流经安全阀时启闭压差均小于10％，从而消除了工作时的波动。

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