專利名稱：多介質(zhì)安全卸壓閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于卸去流體系統(tǒng)多余壓力以避免設(shè)備損壞和人身傷害的安全閥。特別是涉及可提高現(xiàn)有安全閥設(shè)計(jì)中的閥性能的有關(guān)閥元件。
卸壓閥或安全閥用于在使用液體、蒸汽或氣態(tài)流體的操作系統(tǒng)中進(jìn)行過壓保護(hù)。典型的安全閥是一種已進(jìn)入市場(chǎng)多年的腔式閥。這種閥包括一個(gè)允許流體從壓力管流入閥內(nèi)的閥嘴。在閥嘴通向閥體中的閥腔的出流口一端形成一個(gè)閥座。閥嘴被一個(gè)通常稱為“閥片”的閥元件所關(guān)閉，以防止流體流失，閥片相對(duì)于閥嘴上的閥座是可運(yùn)動(dòng)的，由壓緊彈簧將閥片壓在閥嘴的閥座上的關(guān)閉位置。當(dāng)壓力管中的壓力超過調(diào)定壓力值時(shí)，閥片被從閥嘴的閥座上推起，流體從壓力管流入閥腔內(nèi)并從閥的出流口流出當(dāng)壓力管中壓力降到調(diào)定壓力值時(shí)，壓緊彈簧迫使閥片回到閥嘴的閥座上，關(guān)閉安全閥。閥開啟時(shí)的壓力和閥重新關(guān)閉時(shí)的壓力之間的差值通常稱為“啟閉壓差”。
本發(fā)明涉及的通常類型的安全閥的說明和描述見于下面的美國(guó)專利No.4,036,250溢流安全閥，授予James W.Dashner，1977年7月19日。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及的安全閥是由Dresser Indursitries.Inderstrial ValvleOperation，Dresser Valve and Controls Division制造和銷售的1900伺服安全閥和1990伺服安全閥，在1991年出版的Dresser Industries產(chǎn)品目錄中進(jìn)行了說明和描述(名稱為卸壓安全閥，尺寸與分類，1991年秋，SRV-1)。
本發(fā)明的基本目的是提供一種新型的，改進(jìn)的安全閥，用于卸去流體系統(tǒng)多余壓力。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種包括一個(gè)閥片架和一個(gè)調(diào)整環(huán)的安全閥，以改進(jìn)閥的性能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種減小或消除閥的壓力波動(dòng)的安全閥。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有改進(jìn)的閥元件的安全閥，使啟閉壓差小于10％。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可用于氣體、蒸汽、液體多種介質(zhì)的安全閥。
圖1是現(xiàn)有的安全閥的軸向垂直剖面?zhèn)纫晥D。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的安全閥的閥片、閥片架、溢流環(huán)和閥嘴的部分軸向剖面示意圖。
圖3是圖2中可調(diào)整的溢流環(huán)的部分底視圖。
圖4是圖2中虛線3部分放大剖視側(cè)視圖，用以說明閥的靜態(tài)關(guān)閉狀態(tài)。
圖5是與圖4相似的部分側(cè)剖視圖，用以說明閥開始升起時(shí)的初始開啟狀態(tài)。
圖6是與圖4和圖5相似的部分側(cè)剖視圖，用以說明閥完全開啟的狀態(tài)。
如圖1所示，在本發(fā)明現(xiàn)有的典型的安全閥10具有一個(gè)帶進(jìn)口凸緣接頭12和出口凸緣接頭13的閥體11。具有進(jìn)流通道15的閥嘴14安裝在進(jìn)口接頭12上，閥嘴14的向內(nèi)一端具有環(huán)形端面，形成閥座20?？烧{(diào)整的溢流環(huán)21用螺紋連接在閥嘴14的上端部分。溢流環(huán)21的外周有許多軸向鎖止槽22，可與帶控制柄24的鎖銷23相配合。環(huán)型密封圈25用于在閥體和控制柄24之間進(jìn)行密封，防止閥體內(nèi)從控制柄周圍的泄漏。閥片30安裝在閥片架31上，可相對(duì)閥嘴上的閥座20移動(dòng)，以開啟和關(guān)閉閥。閥片頸部周圍的定位環(huán)32將閥片鎖止在閥片架的下端。閥片的下端具有環(huán)形的閥座面，在相對(duì)閥嘴上的閥座20的運(yùn)動(dòng)中起約束作用，用以開啟和關(guān)閉閥。閥片架31滑動(dòng)裝配在導(dǎo)向套筒33上，導(dǎo)向套筒具有和閥體11固定在一起的導(dǎo)向凸緣34。閥片架31通過定位環(huán)40和導(dǎo)桿35連接。導(dǎo)桿35在閥蓋41中運(yùn)動(dòng)，閥蓋通過螺母43安裝在閥體11的螺柱42上。密封墊39安裝在閥蓋41和閥體11之間。另一個(gè)密封墊36安裝在導(dǎo)向凸緣34和閥體11之間。排泄管37安裝在導(dǎo)向凸緣上，并伸入出流凸緣接頭13的出流通道中。導(dǎo)桿35周圍的螺旋彈簧44壓緊在上彈簧墊片45和下彈簧墊片50之間，下彈簧墊片50壓緊在導(dǎo)桿35下端的變粗部分上。導(dǎo)桿35的上端套在用螺紋連接在閥蓋上端52上的管狀調(diào)整螺桿和套筒51內(nèi)。調(diào)整螺桿的螺母53螺紋連接在調(diào)整螺桿51上，并壓緊在閥蓋的上端52上。螺帽54安裝在閥蓋上端52上，位于導(dǎo)桿35上端和調(diào)整螺桿51的上方。
工作時(shí)，安全閥10安裝在壓力管上(無圖示)，以卸去壓力管中可能出現(xiàn)的多余流體壓力。壓力容器中的流體壓力通過閥嘴14上的進(jìn)流通道15傳到安全閥。壓緊彈簧44迫使閥片30與閥嘴14上的座20密封配合，使閥保持關(guān)閉。隨著壓力管中壓力接近安全閥的調(diào)定壓力值，在達(dá)到一個(gè)低于完全開啟時(shí)的調(diào)定壓力值的壓力值時(shí)，閥開始初步泄流。閥開始泄漏時(shí)的壓力定義為開啟壓力，也就是所謂的“閥座緊度”，當(dāng)閥開始泄流時(shí)，閥片30被流體壓力從閥座20上推起，流體從進(jìn)流通道15經(jīng)過閥片和閥座20周圍的空隙流入安全閥的出流通道16。隨著壓力容器中流體壓力由于安全閥的卸壓作用而減小，當(dāng)壓力達(dá)到閥的重新關(guān)閉壓力時(shí)，閥片30重新與閥座20接合關(guān)閉安全閥。閥的調(diào)定壓力和重新關(guān)閉壓力之差值稱為安全閥溢流時(shí)的壓力差別，或者更簡(jiǎn)單地說，閥的“啟閉壓差”。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)圖1中的現(xiàn)有的安全閥進(jìn)行改進(jìn)后的閥元件的優(yōu)選實(shí)施例用圖2到圖6圖示說明。如圖2到圖4所示，圖1中所示的閥片30安裝在改進(jìn)的閥片架31A上，閥片架和可調(diào)整的溢流環(huán)21A配合工作，溢流環(huán)由內(nèi)環(huán)21B和外環(huán)21C構(gòu)成且安裝在現(xiàn)有安全閥10的閥嘴14上。
圖4放大顯示了改進(jìn)后的溢流環(huán)21A和改進(jìn)后的閥片架31A的詳細(xì)特性，它們代替了現(xiàn)有安全閥中的溢流環(huán)21和閥片架31，從而構(gòu)成了本發(fā)明的安全閥。詳細(xì)參考圖4，溢流環(huán)的內(nèi)環(huán)21B的上端部分形成向上向內(nèi)傾斜的外圓錐面21D。溢流環(huán)的外環(huán)21C的上端部分具有圓周分布的向上開口的半橢圓泄流口21E。外環(huán)21C內(nèi)表面和閥片架的外表面是間隔一定距離的圓柱面，從而形成圖4和圖5所示閥位置的閥片架和外環(huán)21C之間的柱形環(huán)狀空隙。外環(huán)21C也具有圓周間隔分布的軸向外鎖止槽21F，如圖3所示，它和與控制柄24相連的鎖止銷23配合，將溢流環(huán)鎖止在閥嘴上的期望位置上。閥片架31A的下端部分具有向下向外傾斜的內(nèi)圓錐面31B。錐面31B位于閥片架31A的向下延伸的環(huán)形裙部31C內(nèi)。在圖4所示的關(guān)閉位置，裙部31C伸入溢流環(huán)的內(nèi)環(huán)21B的上端。在這個(gè)位置，閥片架的錐面31B和溢流環(huán)的錐面21D大體平行地間隔一定距離，在錐面間形成向下向外擴(kuò)張的圓環(huán)錐形泄流空隙。這樣，用溢流環(huán)21A和閥片架31A代替了圖1所示閥10的相應(yīng)閥元件，構(gòu)成了具有本發(fā)明特點(diǎn)的安全閥10A。
由于本發(fā)明的特點(diǎn)，安全閥10A的操作與現(xiàn)有的安全閥10基本相同，但性能得到了改進(jìn)。如圖2到圖4所示，閥10A處于關(guān)閉狀態(tài)，閥嘴14進(jìn)流通道15中的流體壓力作用在閥片30的下表面。彈簧44的作用力克服流體壓力，將閥片架31A向下壓，使閥片30保持在閥嘴上的閥座表面20上。隨著管路中壓力增加，閥片上向上的作用力接近等于彈簧力，閥片上的凈作用力接近于零。在蒸汽或氣體介質(zhì)時(shí)，閥在完全開啟前會(huì)有一個(gè)過渡過程。當(dāng)管路壓力增加到離調(diào)定壓力值1～2％的范圍之內(nèi)時(shí)，流體壓力使閥片和閥片架克服彈簧力向上運(yùn)動(dòng)，可以聽見流體通過閥嘴上閥座和閥片之間的配合面流入閥腔內(nèi)的B處，如圖5所示。閥片架的錐面31B和溢流環(huán)內(nèi)環(huán)的錐面21D之間形成的環(huán)狀空隙使閥腔B處建立起壓力，提供作用在閥片和閥片架上的額外的向上作用力，克服彈簧力使閥完全開啟。轉(zhuǎn)動(dòng)閥咀14從而調(diào)整溢流環(huán)21A，可改變錐面31B和21D之間的空隙，改變錐面間的節(jié)流作用，從而控制閥腔B處壓力的建立。通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋連接在閥嘴14上端部分的環(huán)來對(duì)溢流環(huán)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)調(diào)整到合適位置時(shí)，旋動(dòng)控制柄24，使鎖止銷23的內(nèi)端插入溢流環(huán)的一個(gè)鎖止槽21F中，鎖止溢流環(huán)，使其不再轉(zhuǎn)動(dòng)。閥腔B處受控的壓力建立提供足夠的向上作用在閥片30和閥片架31A下端上的力以克服彈簧力，使閥片從閥嘴上的閥座上升起，使閥跳變開啟。閥一開啟，閥片架31A的環(huán)形錐面31B的下方和溢流環(huán)上端錐面21D的上方的空隙C處建立起額外的流體壓力，如圖6所示，額外的壓力建立是由于閥片架下端凸緣和溢流環(huán)外環(huán)21C上部?jī)?nèi)表面之間環(huán)形空隙處流量的突然增加和對(duì)流體的節(jié)流作用。閥片和閥片架下方壓力建立形成的額外作用力使閥片和閥片架被推至完全開啟位置，如圖6所示。流體從閥片，閥片架和溢流環(huán)之間的空隙向周圍流出，再流經(jīng)溢流環(huán)上的半橢圓泄流口21E，如圖6中箭頭所示，使閥片和閥片架隨著閥嘴進(jìn)流通道內(nèi)的壓力增加以漸變的速度上升。溢流環(huán)和閥片架之間的環(huán)狀空隙使泄出的流體沿閥片架的周圍流出。泄出的流體產(chǎn)生一個(gè)作用在閥片架上的力，方向與作用在閥片和閥片架上的流體壓力相反。壓力流體從壓力管中泄出，使壓力管中壓力降低，直到低于使安全閥關(guān)閉的調(diào)定壓力。根據(jù)定義，啟閉壓差是指閥開啟時(shí)壓力和閥重新關(guān)閉時(shí)壓力的差值。啟閉壓差的產(chǎn)生，是因?yàn)樵陂y片下表面壓力降到低于調(diào)定壓力之前，彈簧力不足以完全克服B，C處的流體在閥片架和閥片下表面上產(chǎn)生的壓力。
閥片和溢流環(huán)的設(shè)計(jì)包括了溢流環(huán)上的半橢圓形部分，這樣的安全閥，根據(jù)美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，可用于氣體，蒸汽和液體介質(zhì)，使所有壓力介質(zhì)的啟閉壓差低于10％，從而消除了工作時(shí)的波動(dòng)。我們發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有的安全閥在閥片架的內(nèi)部限流方案相比，在閥片架的外部限流可以在一定程度上減小介質(zhì)在閥片架和閥片組件內(nèi)部的作用力。
本發(fā)明涉及的典型裝置已由


和描述；本發(fā)明全面的描述由附屬的權(quán)利要求書所給出。
權(quán)利要求
1.一種在壓力管中的流體壓力達(dá)到調(diào)定的最大壓力值時(shí)進(jìn)行卸壓的安全閥，包括一個(gè)用于與壓力管連接的閥嘴件，它包括一個(gè)繞流體通道的閥座；一個(gè)其上具有閥座的閥片，它可以在與閥嘴上閥座接合的關(guān)閉位置和與閥嘴上閥座相隔的開啟位置之間運(yùn)動(dòng)；一個(gè)環(huán)形閥片架，安裝在閥片周圍，支持閥片以使其在開啟和關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)，它具有與閥片的閥面間隔一定徑向距離的圓環(huán)形斜凸緣，其末端伸展超出了閥片的閥座面；一個(gè)安裝在閥嘴上的可調(diào)整的溢流環(huán)，包括一個(gè)閥嘴上閥座周圍的內(nèi)環(huán)，在閥片開啟和關(guān)閉時(shí)伸入閥片架的斜凸緣內(nèi)并與之間隔一定距離，以及一個(gè)同軸的外環(huán)，外環(huán)與內(nèi)環(huán)和閥片架斜凸緣均間隔一定距離，在閥片和閥片架的關(guān)閉和泄漏位置，溢流環(huán)和閥片架斜凸緣之間形成泄流通道，同軸的外環(huán)上有許多圓周分布的泄流口。
2.如權(quán)利要求1所述的安全閥，其特征是溢流環(huán)的外環(huán)的內(nèi)表面與閥片架的斜凸緣的外表面均勻保持一定距離。
3.如權(quán)利要求2所述的安全閥，其特征是溢流環(huán)的內(nèi)環(huán)的外表面自閥嘴上閥座向溢流環(huán)的外環(huán)的內(nèi)表面傾斜。
4.如權(quán)利要求3所述的安全閥，其特征是閥片架斜凸緣的外表面為圓柱面，閥片架斜凸緣的內(nèi)表面是從閥片的閥座面向外傾斜的斜錐面。
5.如權(quán)利要求4所述的安全閥，其特征是閥片架斜凸緣具有朝閥嘴方向向外傾斜的環(huán)形內(nèi)錐面，溢流環(huán)具有從閥片向外傾斜并與閥片架斜凸緣內(nèi)錐面大體平行的環(huán)形外錐面。
6.一種在壓力管中流體壓力達(dá)到調(diào)定的最大壓力值時(shí)進(jìn)行卸壓的安全閥，包括一個(gè)用于與壓力管連接的閥嘴件，它包括一個(gè)繞流體通道的閥座；一個(gè)其上具有閥座的閥片，它可以在與閥嘴上閥座接合的關(guān)閉位置和與閥嘴上閥座相隔的開啟位置之間運(yùn)動(dòng)；一個(gè)環(huán)形閥片架，安裝在閥片周圍，支持閥片使其在開啟和關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)，它具有與閥片的閥座面保持一定徑向距離的圓環(huán)斜面，其末端伸展超出了閥座面，其斜凸緣的外表面為圓柱面，其斜凸緣的內(nèi)表面是從閥片的閥座向外傾斜的斜錐面；一個(gè)安裝在閥嘴上的可調(diào)整的溢流環(huán)，包括一個(gè)閥嘴上閥座周圍的內(nèi)環(huán)，在閥片的關(guān)閉和泄漏位置時(shí)伸入閥片架的斜凸緣內(nèi)部并與之保持一定間距，以及一個(gè)同軸的外環(huán)，外環(huán)與內(nèi)環(huán)和閥片架斜凸緣保持一定間距，在閥片和閥片架的關(guān)閉和泄漏位置，溢流環(huán)和閥片架斜凸緣之間形成泄流通道，溢流環(huán)內(nèi)環(huán)的外表面從閥嘴上閥座向溢流環(huán)外環(huán)的內(nèi)表面傾斜，閥片架斜凸緣具有朝閥嘴方向向外傾斜的環(huán)形內(nèi)錐面，溢流環(huán)具有從閥片向外傾斜并與閥片架斜凸緣內(nèi)錐面大體平行的環(huán)形外錐面，溢流環(huán)的同軸的外環(huán)具有許多圓周分布的半橢圓泄流口。
7.一種在壓力管中流體壓力達(dá)到調(diào)定的最大壓力值時(shí)進(jìn)行卸壓的安全閥，包括一個(gè)用于與壓力管連接的閥嘴，其內(nèi)部有流體通道繞其末端形成有環(huán)形的大致平整的閥座；一個(gè)與閥嘴連接的閥體，在閥嘴末端形成泄流閥腔；一個(gè)閥片，具有基本平整的閥座面且安裝在閥腔內(nèi)，可以相對(duì)閥嘴上閥座在開啟位置和關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)；一個(gè)閥片架，它與閥片相連接并支撐閥片，閥片架具有圍繞閥片的環(huán)形斜凸緣，形成從閥片的閥面向外傾斜并超出閥片的閥面的環(huán)形傾斜內(nèi)表面，使從閥嘴進(jìn)流通道流入閥腔的流體在閥嘴上閥座和閥片的閥面之間偏流，使流體從閥嘴向外并從閥片向下流出；一個(gè)可調(diào)整的溢流環(huán)，它可活動(dòng)地安裝在閥嘴末端閥座周圍，溢流環(huán)具有一個(gè)內(nèi)環(huán)，內(nèi)環(huán)具有從閥嘴末端向外傾斜并與閥片架斜凸緣的錐面大體平行的外錐面，溢流環(huán)還有環(huán)繞內(nèi)環(huán)的外環(huán)，外環(huán)具有圓柱形內(nèi)表面，內(nèi)環(huán)的外錐面向溢流環(huán)外環(huán)的內(nèi)圓柱面傾斜，溢流環(huán)外環(huán)的內(nèi)圓柱面在閥片架外圓柱面外面，間隔一定距離并大體與之平行，在閥片和閥片架相對(duì)閥嘴和溢流環(huán)處于過渡開啟位置時(shí)，溢流環(huán)外環(huán)內(nèi)圓柱面和閥片架外圓柱面之間形成環(huán)形柱狀泄流通道，溢流環(huán)外環(huán)上有許多圓周分布且向端部開口的半橢圓形泄流口，通向溢流環(huán)外環(huán)內(nèi)圓柱面和內(nèi)環(huán)外圓錐面之間的空隙；與閥片架連接的裝置，用于當(dāng)閥嘴和溢流環(huán)與閥片和閥片架之間的流體壓力減小到調(diào)定值以下時(shí)將閥片和閥片架推向閥嘴，以關(guān)閉安全閥。
8.如權(quán)利要求7所述的安全閥，其特征是閥開啟時(shí)溢流環(huán)和閥片架之間形成環(huán)形空隙，使流體沿閥片架周圍流出，在閥片架上產(chǎn)生與作用在閥片和閥片架上流體壓力方向相反的作用力。
9.如權(quán)利要求8所述的安全閥，其特征是溢流環(huán)，閥片和閥片架的尺寸和形狀設(shè)計(jì)保證了各種流體流經(jīng)安全閥時(shí)啟閉壓差均小于10％，從而消除了工作時(shí)的波動(dòng)。
全文摘要
液體系統(tǒng)中泄去多余壓力的安全閥，包括一個(gè)具有中心腔室的閥體，一個(gè)其上具有一閥座的閥嘴，一個(gè)可在開啟和閉合位置之間在閥嘴閥座上移動(dòng)的閥片，一與閥片相連的閥片架具有一包住閥座面的傾斜凸緣，一安裝在閥嘴上且具有內(nèi)外環(huán)的溢流環(huán)，內(nèi)環(huán)具有一個(gè)基本上平行于閥片架斜面且與其相隔一定距離的錐形斜面，外環(huán)包括一個(gè)具有在周向分布的半橢圓形泄流口和一個(gè)內(nèi)周面，該內(nèi)周面大致與閥片架的周面平行且相隔一定距離，一個(gè)與閥片架相連的彈簧以壓住閥片和閥片架使閥關(guān)閉。溢流環(huán)可調(diào)整以改變閥閉啟壓力。所述閥片架和溢流環(huán)傾斜表面的結(jié)構(gòu)可提供一無波動(dòng)的操作。
文檔編號(hào)F16K17/08GK1148882SQ95193120
公開日1997年4月30日 申請(qǐng)日期1995年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月18日
發(fā)明者羅格·戴爾·丹奇, 小約翰·歐內(nèi)斯特·費(fèi)恩 申請(qǐng)人:裝飾工業(yè)公司