一种带有自动充放气装置的安全阀的制作方法

本发明涉及一种带有自动充放气装置的安全阀，运用于石油化工等行业的高压输送管线和压力容器的超压安全保护。

背景技术：

安全阀作为一种超压保护元件，广泛应用于石油化工等行业的高压输送管线和压力容器上。当需要的安全阀开启压力点较高（一般≥40MPa）时，需要弹性元件的承载力很高，常规的高压安全阀一般采用碟簧或大刚度圆柱弹簧作为弹性元件。但这存在明显的缺点，主要有以下几点：

（1）长期在线工作后，碟簧或弹簧会发生蠕变和松弛，会导致阀门的开启压力点发生漂移，影响阀门的正常工作；

（2）由于碟簧或弹簧刚度较大，微小的变形量就会导致较大的作用力变化，因此阀门调点困难，可能需要多次反复调整才能达到目标压力点，影响阀门的工作寿命；

（3）由于碟簧或弹簧的实际作用力无法测量，因此阀门的实际开启点值无法快速测定，需要进行专门的水介质开启试验，也无法在线检测，增加了安全阀的使用维护成本。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种带有自动充放气装置的安全阀，解决了常规碟簧或弹簧式安全阀调点不便、压力点漂移及无法快速测定的问题。

本发明的技术解决方案：

一种带有自动充放气装置的安全阀，包括波纹管、阀盖、过渡段、阀杆、壳体、密封球和单向阀，

阀盖及壳体均为一端盲孔的腔状体，两者之间通过中空的过渡段连接，阀杆置于阀盖、壳体及过渡段围成的腔体中，阀杆为工字形结构，上端与波纹管的一端连接，波纹管的另一端与阀盖底部连接，波纹管、阀盖及阀杆上端围成一个封闭的腔体；

阀杆下端与过渡段为动密封，阀盖上设有单向阀，单向阀与外界具有检测和充放气功能的自动充放气装置连接，壳体下端开有进气口，侧面开有出气口，进气口与阀杆之间设置有可对进气口密封的密封球，过渡段侧面开有通气孔。

单向阀与自动充放气装置连接后，自动充放气装置检测并转换为安全阀的开启压力，并可调节安全阀的开启压力值，当进气口的气体压力达到开启压力值时，气体推动密封球带动阀杆向上运动，密封球解除对进气口密封，气体从出气口排出；当进气口的气体压力未达到开启压力值时，密封球对进气口保持密封。

还包括缓冲垫，设置在阀杆上端。

气体作用在波纹管上的有效面积与进气口的面积比为30：1～40：1。

波纹管、阀盖及阀杆上端围成的封闭腔体的密封性能可达到10^-8Pa.m³/s。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

（1）本发明通过波纹管、阀盖及阀杆上端围成的封闭腔体的设计，外加自动充放气装置，可实现安全阀开启压力的方便调节和在线快速测定，并可保证长期使用中开启压力稳定不漂移，有效解决了常规碟簧或弹簧式安全阀压力调整不便、开启压力易漂移和无法快速测定的问题；

（2）本发明气体作用在波纹管上的有效面积与进气口的面积比为30：1～40：1，在开启压力要求较高时，只需要在封闭腔体内冲入较低压力即可，操作及维护的安全性高；

（3）本发明波纹管、阀盖及阀杆上端围成的封闭腔体的密封性能可达到10^-8Pa.m³/s，密封性能好。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，一种带有自动充放气装置的安全阀，包括波纹管1、阀盖5、过渡段4、阀杆2、壳体7、密封球6、缓冲垫9和单向阀10，

阀盖5及壳体7均为一端盲孔的腔状体，两者之间通过中空的过渡段4连接，阀杆2置于阀盖5、壳体7及过渡段4围成的腔体中，阀杆2为工字形结构，上端与波纹管1的一端连接，波纹管1的另一端与阀盖5底部连接，波纹管1、阀盖5及阀杆2上端围成一个封闭的腔体；气体作用在波纹管1上的有效面积与进气口的面积比为30：1～40：1；缓冲垫9设置在阀杆2上端，撞击时起缓冲作用；

阀杆2下端与过渡段4为动密封，阀盖5上设有单向阀10，单向阀10与外界具有检测和充放气功能的自动充放气装置连接，壳体7下端开有进气口，侧面开有出气口，进气口与阀杆2之间设置有可对进气口密封的密封球6，过渡段4侧面开有通气孔。

单向阀10与自动充放气装置连接后，自动充放气装置检测并转换为安全阀的开启压力，并可调节安全阀的开启压力值，当进气口的气体压力达到开启压力值时，气体推动密封球6带动阀杆2向上运动，密封球6解除对进气口密封，气体从出气口排出；当进气口的气体压力未达到开启压力值时，密封球6对进气口保持密封。

本发明波纹管1、阀盖5及阀杆2上端围成的封闭腔体的密封性能可达到10^-8Pa.m³/s。

具体地，本发明设计的安全阀为波纹管作动器式安全阀，入口与工作介质输送管线或压力容器相连，出口直接与外界大气相通。波纹管作动器为一段U形波纹管1与阀杆2和波纹管底座3焊接为一体，即图1所示焊接部位2、3。波纹管作动器与阀盖5又焊接为一体，即图1所示焊接部位1，进而通过法兰螺栓8与过渡段4连接，这样就形成了图示中的封闭背压腔。过渡段与壳体7通过螺纹连接，阀杆2压在密封球6上，密封球6与壳体阀座实现密封。

安全阀正常工作时，图1中的背压腔充入压力为P₀的氮气。氮气作用在波纹管作动器上，进而作用在阀杆2和密封球6上，对工作介质实现密封。当工作介质压力上升至开启点Ps时，工作介质和阀杆对密封球的力平衡，阀门达到开启临界状态，密封球的受力关系为：

其中D为波纹管的有效直径，d为阀座处直径。

设计时取D为d的6倍，则P₀约为Ps的1/36。当开启压力点Ps为70MPa时，则需要的背压P₀约为1.8MPa。通过波纹管有效直径与阀座直径的比值，较低的背压腔压力即可实现很高的开启压力点。同时，背压腔压力和开启压力点之间有明确的一一对应关系，通过测量背压腔压力即可在线判定当前安全阀的开启压力点，而无需将阀门拆卸下来进行额外的开启点试验。

需要改变开启压力点设定值时，只需对背压腔进行充放气即可，方便可靠。波纹管作动器和阀盖、阀杆的连接均为焊接形式，背压腔的密封性能非常可靠，可达到10^-8Pa.m³/s量级，可保证安全阀在长期使用过程中背压腔压力稳定，进而保证阀门的开启点稳定可靠，不发生漂移或变化。

自动充放气装置通过插拔接头连接快速插拔单向阀，连接后压力传感器即可感应背压腔压力，并在装置上实时显示，此时即可判断当前安全阀的开启压力。需要对背压腔进行充放气操作时，只需在装置上的指定位置设定好目标压力值，该装置即可通过脉冲信号控制微型电磁阀开启进行充放气，达到目标压力后自动切断控制信号，电磁阀关闭停止充放气。将插拔接头拔出，快速插拔单向阀迅速回位，对背压腔实现密封。

本发明设计的这种安全阀及自动充放气装置实现了安全阀压力点的方便调节和在线快速测定，并可保证长期使用中压力点稳定不漂移，有效解决了常规碟簧或弹簧式安全阀调点不便、压力点漂移和无法快速测定的问题。

本发明气体作用在波纹管上的有效面积与进气口的面积比为30：1～40：1，在开启压力要求较高时，只需要在封闭腔体内冲入较低压力即可，操作及维护的安全性高。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。