专利名称：单球双保险先导操作安全阀的制作方法
技术领域：
本发明是一种安全阀，属于流体压力系统的安全装置。
现有的先导操作安全阀，由主阀与先导机构两部分组成，例如英国专利GB1411921，先导机构用来操作主阀，使得当主阀处于关闭状态时，获得一个很大的净密封力。这个密封力主要由被保护的流体压力系统的压力介质提供，以保证可靠的密封。当被保护的流体压力系统的压力升至安全阀的启跳压力时，先导机构首先动作，撤去由压力介质提供的那部分净密封力，主阀便迅速开启到规定高度，开始排放;当被保护的流体压力系统的压力降至安全阀的回座压力时，先导机构再次动作，使主阀重新获得由压力介质提供的那部分密封力，主阀便立即回座，回复到关闭状态。显然这种先导操作安全阀，主阀的动作安全依赖于先导机构。另外，这种安全阀的先导机构至少需要两个阀元件的联合动作，才能完成其动作职能，其结构较复杂。
本发明的目的是发明一种先导操作安全阀，它的先导机构只需要一个阀元件、简化先导机构，同时使得该安全阀不仅能在先导机构的操作下准确动作，而且一旦先导机构失灵，其主阀也能在高于启跳压力下自动动作，对被保护的流体压力系统具有双保险的作用。
本发明的构成如下一种先导操作安全阀，由主阀与先导机构两部分组成。主阀有一加压腔，这样设置主阀阀芯，使得它的一端能与主阀阀座形成密封，另一端能承受主阀加压腔中压力介质的压力作用，且该作用力的方向与主阀阀芯开启的方向相一致，主阀阀芯上作用有主弹簧力，它为主阀阀芯与阀座间的密封提供密封力。先导机构设有三个腔一个高压腔、一个控制腔和一个泄压腔。高压腔与主阀入口侧连通;控制腔与主阀加压腔连通;泄压腔与主阀出口侧或大气连通。本发明的特征是控制腔中有一个球形阀元件，且在该腔中设置两个密封面，分别能与球形阀元件形成密封，这样设置两个密封面，使得其中一个在高压腔一侧，另一个在泄压腔一侧，且当球形阀元件与在高压腔一侧的密封面形成密封时，控制腔即与高压腔隔绝而与泄压腔连通，此时球形阀元件的一部分暴露于高压腔中，当球形阀元件与在泄压腔一侧的密封面形成密封时，控制腔即与泄压腔隔绝而与高压腔连通，此时球形阀元件的一部分暴露于泄压腔中。在球形阀元件上作用有先导弹簧力。在先导弹簧与泄压腔间设置一隔膜，这一隔膜有助于先导机构的动作，同时还能将先导弹簧与流体介质隔开，使先导弹簧免受流体介质的直接作用(腐蚀、温度作用等)。
当该安全阀处于关闭状态时，先导机构控制腔中的球形阀元件，在在先导弹簧力的作用下，与在高压腔一侧的密封面形成密封，此时球形阀元件上作用有两个方向相反的力其一为球形阀元件暴露在高压腔中的那部分所受的压力介质的推力，它企图把球形阀元件从密封位置推开;其二为作用在球形阀元件上的先导弹簧力，它企图把球形阀元件压紧在密封面上。由于后者大于前者，故在球形阀元件与在高压腔一侧的密封面之间存在一个净密封力，使得二者建立起密封。如前所述，此时控制腔与高压腔隔绝而与卸压腔连通，于是主阀加压腔中的压力与安全阀出口侧的压力(或大气压)相等，此时主阀阀芯亦作用有两个方向相反的力，其一为主阀阀芯在阀座端所受的压力介质推力，其二为用以维系主阀阀芯与阀座间密封的主弹簧力。这样确定主弹簧力，使得它对主阀阀芯的作用力始终大于主阀阀芯在阀座端所受的压力介质的推力，于是当安全阀处于关闭状态时，主阀阀芯与阀座的密封面间始终存在一个净密封力，为主阀提供可靠的密封。当被保护系统流体压力升至该安全阀的启跳压力时，由于先导机构控制腔中的球形阀元件所受的压力介质的推力增加，它能够克服先导弹簧力作用而把球形阀元件从其密封位置推开，于是高压腔中的压力介质流至控制腔乃至泄压腔中，设置在先导弹簧与泄压腔之间的隔膜，受该介质压力的作用，产生一个与先导弹簧力方向相反的作用力(当然，如果在先导弹簧与泄压腔间不设置隔膜，利用反冲原理，也可以从结构设计上很容易地获得这个作用力)。该作用力帮助球形阀元件迅速地脱离开在高压腔一侧的密封面而与泄压腔一侧的密封面接触且建立密封，使得控制腔与泄压腔隔绝而与高压腔连通，结果主阀压力腔被迅速加压，使主阀阀芯获得一个很大的压力介质的附加推力，由于该推力与主阀阀芯开启方向一致，因此它与主阀阀芯在阀座端所承受的压力介质推力一起，克服主弹簧力而迅速地将主阀阀芯推至规定的开启高度，使该安全阀处于排放状态。当被保护的流体压力系统的压力，降至该安全阀的回座压力时，由于先导机构控制腔中的球形阀元件所受的压力介质的推力减小，该推力无法维持球形阀元件在该密封位置上与先导弹簧力间的平衡，先导弹簧力便把球形阀元件从该密封位置推开，使得球形阀元件与在高压腔一侧的密封面贴合并建立起密封，于是控制腔即与高压腔隔绝而与泄压腔连通，结果主阀加压腔迅速卸压，由于主阀阀芯失去了加压腔中附加给它的那部分很大的介质推力，它便在主弹簧力的作用下，克服在主阀阀座端所受的介质推力的作用而迅速回座，与主阀阀座建立起密封，使该安全阀回复到关闭状态。与前述的先导安全阀不同，由于该安全阀维系主阀阀芯与阀座间密封的力仅由主弹簧提供，因此该安全阀即便在先导机构失灵时，其主阀也能在高于它的规定动作压力下动作，这对被保护的流体压力系统则具有二次保护作用。
当然上述先导机构控制腔中的阀元件，可以是其他的非球形结构，例如柱形结构、两端具有球面的柱形结构或园锥台结构等，只要该阀元件件分别能与在高压腔一侧的密封面和与在泄压腔一侧的密封面形成线接触密封或面接触密封即可。但在所有这些结构中，以球形结构更容易实现该阀元件与这两个密封面间的密封。
作为本发明的一种实施方案，将先导机构放置在主阀体内，构成内置式单球双保险先导操作安全阀。此时，在主阀阀芯内设置高压腔、控制腔和泄压腔，并在主阀阀芯上设置三个通道，分别将高压腔与安全阀入口侧、控制腔与主阀加压腔以及泄压腔与安全阀出口侧或大气连通。这种实施方案的特点是结构紧凑，尤其适用于安全阀排放口径较大的场合。
作为本发明的另一种实施方案，将先导机构放置在主阀体外，构成外置式单球双保险先导操作安全阀。此时先导机构形成一先导阀，该先导阀设置有先导阀体与先导弹簧，在先导阀体中设置高压腔、控制腔与泄压腔，用连通件分别将高压腔与安全阀入口侧、控制腔与主阀加压腔以及泄压腔与安全阀出口侧或大气连通。这种实施方案的特点是，在先导阀高压腔与主阀入口侧的连通件上配置上必要的附件，即可实现对该安全阀的现场校验，另外，当安全阀排放口径较小时，不致使整个安全阀结构笨重。
本发明的主要优点是①由于先导机构只需一个简单的阀元件，因此其结构简单，且先导机构动作的可靠性与准确性较高;
②由于主阀不仅能在先导机构的操作下准确动作，而且能在先导机构失灵时自动动作，因此该安全阀对被保护的流体压力系统具有双保险作用，其可靠度高。
③由于在接近主阀的正常启跳(指在先导机构操作下的启跳)时，主阀弹簧仍能为主阀阀芯与主阀座间的密封提供必要的净密封力，因此该安全阀的密封性能易于保证。
④由于该安全阀的启闭压差不受主阀开启高度所限，因此它容易同时满足对开启高度和启闭压差的要求。
图1和图2为本发明的两个实施例。图1为一种内置式单球双保险先导操作安全阀，图2为一种外置式单球双保险先导操作安全阀。
在图1中，主阀加压腔(1)由主阀芯(2)和主阀芯套(3)组成，主阀芯(2)可相对主阀芯套(3)作轴向滑动，滑动密封元件(4)和(5)为加压腔(1)提供密封，主阀芯(2)的上端作用一主弹簧(6)，主弹簧(6)的另一端作用于主弹簧调节套(7)上，主弹簧调节套(7)与主阀芯套(3)螺纹相连，调节主弹簧调节套(7)即能调节主弹簧力的大小，在主阀芯(2)的下端螺纹连接一底座(27)，底座(27)与一可替换的主阀芯头(8)在(9)处以球面对锥面接触，并可在该处形成密封，于是主阀芯(2)即可实现自动调位，密封元件(42)为底座(27)与主阀芯(2)之间提供密封，与主阀芯(2)螺纹连接的托架(10)，一方面用其托住主阀芯头(8)，另一方面用以限制主阀芯(2)的启跳高度。主阀芯头(8)与主阀座(11)在(12)处形成密封，反冲座(13)，防松螺栓(14)与托架(10)一起构成了该安全阀的反冲机构。主阀座(11)与下阀体(15)螺纹连接，且被下阀体的下法兰(16)与被保护的流体压力系统的连接法兰所夹持。主阀芯套(3)被连接法兰(17)与下阀体(15)夹紧固定。上阀体(18)与连接法兰(17)螺纹连接。在主阀芯(2)中设置有高压腔(19)，控制腔(20)及泄压腔(21)，在控制腔(20)中有一钢球(22)，密封面(23)位于高压腔(19)一侧，密封面(24)位于泄压腔(21)一侧。高压腔(19)通过主阀芯头(8)上的通道(25)与该安全阀的入口侧(26)连通，通道(28)将控制腔(20)与主阀加压腔(1)连通，通道(29)将泄压腔(21)与安全阀出口侧(30)连通。滑动顶杆(31)可在泄压腔(21)中轴向滑动，它能把先导顶杆(32)传来的先导弹簧(33)的作用力传给钢球(22)，在滑动顶杆(31)上开有通道(34)、(35)和(36)，使压力介质流通。在滑动顶杆(31)与先导顶杆(32)间设置一隔膜(37)，它被先导弹簧套(38)压紧在主阀芯(2)上。先导弹簧套(38)与主阀芯(2)之间螺纹相连。在先导弹簧套(38)上螺纹连接一先导弹簧调节套(39)，可用它调节先导弹簧力的大小。先导弹簧(33)的一端作用在先导弹簧调节套(39)上，另一端作用在先导顶杆(32)上，由先导顶杆(32)，杠杆(40)及板手(41)等组成该安全阀的手动开启机构。
当该安全阀处于关闭状态时，先导机构控制腔(20)中的钢球(22)在先导弹簧力的作用下，克服压力介质对它的推力而与密封面(23)贴合并建立起密封，此时，控制腔(20)与高压腔(19)隔绝而与泄压腔(21)连通，亦即通过通道(28)，控制腔(20)，通道(34)、(35)及(36)、通道(29)把主阀加压腔(1)与安全阀出口侧(30)连通，此时主阀芯(2)受两个方向相反的作用力，其一是主弹簧(6)的作用力，其二是主阀芯头(8)所受的介质推力，由于前者始终大于后者，因此主阀芯(2)与主阀座(11)在(12)处的密封始终有一个净密封力存在，保证该处密封的可靠性。当安全阀入口侧(26)的压力升至该安全阀的启跳压力时，钢球(22)暴露在高压腔(19)中的那部分所受的压力介质的推力能克服先导弹簧力的作用而将钢球从密封面(23)推开，此时压力介质可泄漏至控制腔(20)和泄压腔(21)中，隔膜(37)受该介质的作用产生一个与钢球(22)开启方向相同的作用力，有助于将钢球(22)迅速推至密封面(24)，使钢球(22)与密封面(24)贴合并建立密封，此时控制腔(22)与高压腔(19)连通而与泄压腔(21)隔绝，亦即安全阀入口侧(26)的介质压力可通过主阀芯头(8)上的通道(25)高压腔(19)，控制腔(20)，主阀芯(2)上的通道(28)，加至主阀加压腔(1)中，于是主阀芯(2)便获得了一个来自主阀加压腔(1)中的压力介质的很大的附加作用力，该附加作用力的方向与主阀芯(2)的开启方向相一致，结果主阀芯(2)便迅速开启至其规定的开启高度，使安全阀入口侧(26)与出口侧(30)导通，该安全阀进入排放状态。当安全阀入口侧(26)的压力降至该安全阀的回座压力时，钢球(22)所受的压力介质的推力亦减小，先导弹簧(33)便通过先导顶杆(32)，隔膜(37)，滑动顶杆(31)把钢球(22)从密封面(24)推至密封面(23)处，并使钢球(22)与密封面(23)建立起密封，使得控制腔(20)与高压腔(19)隔绝而与泄压腔(21)连通，亦即主阀加压腔(1)中的压力介质通过主阀芯(2)上的通道(28)，控制腔(20)，滑动顶杆上的通道(34)、(35)及(36)以及主阀芯(2)上的通道(29)被排放至安全阀的出口侧(30)，使主阀加压腔(1)迅速泄压，主阀芯(2)由于失去了加压腔(1)中压力介质对它的附加推力，在主弹簧(6)的作用下迅速回座，通过主阀芯头(8)与主阀座(11)建立起密封，使安全阀的入口侧(26)与出口侧(30)隔绝，从而排放状态终止，安全阀回复至关阀状态。
图2为外置式单球双保险先导操作安全阀。主阀(58)与先导阀(59)之间由管件连通，管件(44)将主阀加压腔(1)与先导阀控制腔(20)连通，管件(45)将主阀入口侧(26)与先导阀高压腔(19)连通，管件(46)将主阀出口侧(30)与先导阀泄压腔(21)连通，在连通管件(45)上设置有三通(47)、止逆阀(48)及截止阀(49)，它们用作该安全阀的现场校验，在校验时只需将截止阀的另一端(50)与一压力源相连通，打开截止阀(49)，即可进行校验。在图2中，主阀芯头(8)上无需设置导通孔，主阀芯头(8)与主阀座(11)间的自动调位效果由小球(51)产生。护盖(52)与主弹簧调节套(7)螺纹连接。在先导阀(59)中，原来主阀芯(2)的腔体作用(参见图1)由先导阀体(53)代替。连接件(54)将底座(27)和管件(45)相连。先导阀(59)的滑动顶杆(31)上设置有轴向导孔(55)，目的是让压力介质通过。用连接板(56)及连接螺栓(57)将先导阀(59)与主阀(58)固定在一起。设置内伸管(43)，可避免因主阀座(11)中的流体流动而造成的压差。图2中其余各标号的名称及作用与图1中的相同。图2中的外置式单球双保险先导操作安全阀的动作原理与图1中的内置式单球双保险先导操作安全阀的动作原理相同。
权利要求
1.单球双保险先导操作安全阀，它由主阀和先导机构两部分组成，主阀有一加压腔，这样设置主阀阀芯，使得它的一端能与主阀阀座形成密封，另一端能承受主阀加压腔中压力介质的压力作用，且该作用力的方向与主阀阀芯开启的方向一致，主阀阀芯上作用有主弹簧力，先导机构设置有三个腔，一个高压腔，一个控制腔和一个泄压腔，高压腔与主阀入口侧连通，控制腔与主阀加压腔连通，泄压腔与主阀出口侧或大气连通，其特征是控制腔中设置有一阀元件，还有两个能与该阀元件形成密封的密封面，这样设置这两个密封面，使得其中一个位于高压腔一侧，另一个位于泄压腔一侧，且当阀元件与位于高压腔一侧的密封面形成密封时，则控制腔即与高压腔隔绝而与泄压腔连通，此时阀元件的一部分暴露在高压腔中，当阀元件与位于泄压腔一侧的密封面形成密封时，则控制腔即与泄压腔隔绝而与高压腔连通，此时阀元件的一部分暴露在泄压腔中，在阀元件上始终作用有先导弹簧力。
2.根据权利要求1所述的单球双保险先导操作安全阀其特征还在于先导机构控制腔中的阀元件是球形结构，或分别能与位于高压腔一侧的密封面和位于泄压腔一侧的密封面形成线接触密封或面接触密封的其他结构。
3.根据权利要求1和2所述的单球双保险先导操作安全阀其特征还在于在先导弹簧与泄压腔间设置一隔膜。泄压腔中设置一滑动顶杆。
4.根据权利要求1、2和3所述的单球双保险先导操作安全阀其特征还在于先导机构设置于主阀阀体内，此时高压腔，控制腔和泄压腔均设置在主阀阀芯内，并在主阀阀芯上设置有三个通道，分别将高压腔与主阀入口侧，控制腔与主阀加压腔以及泄压腔与主阀出口侧或大气连通。
5.根据权利要求2、3和4所述的单球双保险先导操作安全阀其特征还在于在主阀阀芯上设置有一个可替换的阀芯头，在该阀芯头上设置有连通先导机构高压腔与主阀入口侧的通道。
6.根据权利要求1、2和3所述的单球双保险先导操作安全阀其特征还在于先导机构设置于主阀阀体外而形成一先导阀，该先导阀设置有先导阀体与先导弹簧，先导机构的高压腔，控制腔及泄压腔均设置在先导阀体内，高压腔与主阀入口侧，控制腔与主阀加压腔以及泄压腔与主阀出口侧或大气间分别由连通件连通。
7.根据权利要求6所述的单球双保险先导操作安全阀其特征还在于在先导阀的高压腔与主阀入口侧的连通件上设置有止逆阀和截止阀，或者具有相同功能的其他元件。
全文摘要
单球双保险先导操作安全阀。属于流体压力系统的安全装置。它由主阀和先导机构组成，主阀有一加压腔(1)；先导机构设置有高压腔(19)、控制腔(20)及泄压腔(21)；在控制腔中有一球形阀元件(22)，它可使加压腔(1)分别与高压腔(19)或泄压腔(21)连通或隔绝；该安全阀的主阀不仅能在先导机构操作下准确动作，而且一旦先导机构失灵，也能在高于规定的启跳压力下自动动作，对被保护的流体压力系统具有双保险的作用。该安全阀具有结构简单、密封性能好、启闭压差小等特点。
文档编号F16K17/10GK1034049SQ8710829
公开日1989年7月19日 申请日期1987年12月30日 优先权日1987年12月30日
发明者宗永锋, 李志义, 丁信伟, 贺匡国 申请人:大连工学院