一種壓桿式安全泄壓裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種壓桿式安全泄壓裝置，其閥座通過螺紋連接在閥體上；閥體上方固定有蓋板，蓋板中心開有中心孔，閥瓣的另一端與閥桿通過螺紋連接，閥桿穿過蓋板的中心孔與壓桿連接；壓桿為不銹鋼、等截面的圓形細長桿，壓桿通過下端卡頭夾持閥桿，壓桿通過上端卡頭螺紋連接六角頭螺栓下端；該六角頭螺栓固定在支架蓋中心上，通過鎖緊螺母將六角頭螺栓鎖緊；支架蓋通過3根支桿支撐在蓋板上方；3根支桿外圓分別套有鋼管套筒，起到支撐支架蓋的作用；蓋板、支架蓋、支桿、鋼管套筒組成立體的針籠結(jié)構(gòu)，作為支撐壓桿的支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠性高，可避免介質(zhì)外漏。
【專利說明】一種壓桿式安全泄壓裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于承壓設(shè)備超壓保護的泄壓裝置，為一種壓桿式非重新閉合泄壓裝置，該裝置在系統(tǒng)壓力超過設(shè)定值時自動開啟，達到安全泄壓的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，泄壓裝置廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站、冶金、核電、國防等國民經(jīng)濟的各個部門。隨著生產(chǎn)效率的提高，有關(guān)部門和企業(yè)對于環(huán)保、安全方面的要求越來越嚴格。作為事故泄放系統(tǒng)必不可少的一部分，對提供超壓保護的泄壓裝置的穩(wěn)定性、可靠性和密封性要求也更為苛刻。
[0003]以石油化工行業(yè)地面火炬系統(tǒng)為例，其介質(zhì)通常為易燃易爆有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，操作壓力較低，一般為幾千帕至幾十千帕，在其分級控制閥旁路的超壓保護中，對于泄壓裝置的可靠性、穩(wěn)定性和密封性能要求極為苛刻。常規(guī)安全閥不適用于壓力低于一百千帕的工況，在低壓存在開啟壓力不準確、超過壓力較大、響應(yīng)不及時等諸多問題。爆破片雖密封性能良好、響應(yīng)迅速，但因其與介質(zhì)直接接觸，其泄放壓力受介質(zhì)腐蝕性、溫度的影響很大，并且當(dāng)壓力存在波動或循環(huán)作用時，爆破片的應(yīng)力經(jīng)常達到屈服極限以上易發(fā)生塑性變形，進而導(dǎo)致其性質(zhì)改變，發(fā)生提前爆破現(xiàn)象，泄放壓力偏差較大。
[0004]另外，常規(guī)安全閥和爆破片類泄壓裝置一旦發(fā)生泄壓，則生產(chǎn)系統(tǒng)須停工將其拆卸后重新進行校驗或進行更換，維護起來費時、費力，與當(dāng)下長周期運行、提高生產(chǎn)效率的要求極不相稱。
[0005]因此，具有較高的開啟壓力穩(wěn)定性、響應(yīng)及時、密封效果好且維護簡單、快捷的超壓保護裝置，成為了一些行業(yè)的迫切需求
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種壓桿式安全泄壓裝置，其可克服常規(guī)安全閥、爆破片在一些特定工況應(yīng)用時存在的問題，可加強系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)效率。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種壓桿式安全泄壓裝置，其包括設(shè)置在閥體內(nèi)的活塞式的閥座和閥瓣，閥座通過螺紋連接在閥體上，閥瓣與閥座的內(nèi)孔配合處開有凹槽，O型圈嵌套在閥瓣的凹槽內(nèi)成為活塞，與閥座的內(nèi)孔過盈配合，通過擠壓O型圈實現(xiàn)密封；
[0008]閥體上方固定有蓋板，蓋板中心開有中心孔，閥瓣的另一端與閥桿通過螺紋連接，閥桿穿過蓋板的中心孔與壓桿連接；蓋板的中心孔內(nèi)開環(huán)形凹槽，O型圈嵌套在環(huán)形凹槽內(nèi)，O型圈與閥桿過盈配合起到密封作用；
[0009]壓桿為不銹鋼、等截面的圓形細長桿，壓桿通過下端卡頭夾持閥桿，壓桿通過上端卡頭螺紋連接六角頭螺栓下端；該六角頭螺栓固定在支架蓋中心上，通過鎖緊螺母將六角頭螺栓鎖緊；
[0010]支架蓋通過3根支桿支撐在蓋板上方；這3根支桿一端螺紋安裝固定在蓋板上，另一端螺紋安裝固定在支架蓋上；3根支桿外圓分別套有鋼管套筒，起到支撐支架蓋的作用；蓋板、支架蓋、支桿、鋼管套筒組成立體的針籠結(jié)構(gòu)，作為支撐壓桿的支撐結(jié)構(gòu)。
[0011]如上所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其在正常工況下，閥瓣通過閥桿施加在壓桿上的軸向壓縮載荷F小于壓桿的失穩(wěn)臨界載荷Fcr，壓桿保持豎直穩(wěn)定狀態(tài)；同時，壓桿的反推力通過閥桿將閥瓣推向閥座，使閥瓣與閥座緊密接觸，此時泄壓裝置處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生超壓時，閥瓣通過閥桿施加在壓桿上的軸向載荷F將大于或等于壓桿的失穩(wěn)臨界載荷Fcr，壓桿發(fā)生失穩(wěn)，其有效長度瞬間大幅度減小，從而閥瓣在介質(zhì)壓力作用下與閥座瞬間分離，此時泄壓裝置開啟。
[0012]如上所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其所述的閥座通過螺紋連接在閥體上，并通過墊片一實現(xiàn)密封。
[0013]如上所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其所述的蓋板與閥體通過雙頭螺柱及六角螺母連接，并通過墊片二實現(xiàn)密封。
[0014]如上所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其所述的閥瓣的上端采取導(dǎo)向?qū)χ卸卧O(shè)計，通過孔與軸的配合實現(xiàn)閥桿與閥瓣的螺紋連接找正；開口銷穿過閥瓣與閥桿的徑向孔，起到螺紋防松作用。
[0015]如上所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其所述的支桿通過六角螺母與支架蓋進行緊固連接。
[0016]本發(fā)明的效果在于:
[0017]本發(fā)明所述的壓桿式安全泄壓裝置由壓桿承受系統(tǒng)壓力載荷，整體結(jié)構(gòu)簡單，在系統(tǒng)壓力超過設(shè)定點時可以在幾毫秒內(nèi)迅速達到全開啟狀態(tài)；具有活塞式的密封結(jié)構(gòu)，密封可靠性高，即便在壓力系統(tǒng)內(nèi)的壓力接近設(shè)定點時，也始終可以保證緊密密封。該壓桿式泄壓裝置泄壓之后，無需拆卸管道，從外部即可將其復(fù)位并更換壓桿，可避免介質(zhì)外漏，維護簡單、快捷、停工成本低。
[0018]本發(fā)明所述的壓桿式安全泄壓裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊，傳力運動部件少，降低了中間環(huán)節(jié)對于力的傳遞的準確性的干擾，泄壓觸發(fā)機構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)可靠性高，泄壓狀態(tài)易于觀察，維護工作量小，停工成本低，具有良好的動作性能參數(shù)，開啟壓力精度最高可達2%，超過壓力低于5%，可以在石油化工行業(yè)的一些特定場合替代常規(guī)安全閥和爆破片，一些特殊工況下可替代傳統(tǒng)彈簧式安全閥，可廣泛應(yīng)用于石油、天然氣、化工等行業(yè)裝置的超壓保護。
[0019]采用壓桿作為承受載荷元件，安裝于閥體的外部，與介質(zhì)隔離，可有效避免介質(zhì)溫度和腐蝕性對于失穩(wěn)壓力的影響。采用活塞式的閥瓣和閥座密封結(jié)構(gòu)，0型圈嵌套在閥瓣的凹槽內(nèi)成為活塞，與閥座的內(nèi)孔配合，通過擠壓0型圈實現(xiàn)密封，與常規(guī)安全閥采用的平面密封形式相比，密封效果更好，在開啟前均可實現(xiàn)零泄漏，避免了常規(guī)安全閥在接近開啟壓力時的泄漏問題。泄壓裝置的啟閉狀態(tài)易于觀察。通過觀察壓桿及閥桿的狀態(tài)，可以判斷壓桿式安全泄壓裝置是否發(fā)生了泄壓。另外，也可以在相應(yīng)位置安裝位置開關(guān)等感應(yīng)元件，實現(xiàn)泄壓信號的遠傳，操作人員在中央控制室即可集中監(jiān)控多臺壓桿式安全泄壓裝置的狀態(tài)，常規(guī)安全閥和爆破片則是難以普遍實現(xiàn)的，需在排放管路中安裝壓力監(jiān)測設(shè)備。當(dāng)泄壓完成后，無需停工，現(xiàn)場操作人員可以借助外力將閥桿復(fù)位，使得閥瓣與閥座重新密封后，更換壓桿，恢復(fù)密封狀態(tài)，實現(xiàn)壓桿式安全泄壓裝置的復(fù)位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述的一種壓桿式安全泄壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明所述的一種壓桿式安全泄壓裝置關(guān)閉、開啟狀態(tài)示意圖。
[0022]圖中:1.閥座；2.閥體；3.閥瓣；4.閥桿；5.蓋板；6.下端卡頭；7.壓桿；8.上端卡頭；9.支架蓋；10.墊片一；11.墊片二；12.鎖緊螺母；13.六角頭螺栓；14.六角螺母；15.雙頭螺柱；16.六角螺母；17.0型圈；18.開口銷；19.0型圈；20.支桿；21.鋼管套筒。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述的一種壓桿式安全泄壓裝置作進一步描述。
[0024]本發(fā)明所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，活塞式閥瓣3 (嵌套O型圈19)和閥座I是壓桿式泄壓裝置的密封件。當(dāng)閥瓣3與閥座I緊密接觸時實現(xiàn)密封，當(dāng)閥瓣3與閥座I分離時實現(xiàn)泄壓。壓桿7是控制該裝置開啟或者關(guān)閉的關(guān)鍵部件，入口壓力載荷通過閥瓣3和閥桿4傳遞到壓桿7，其失穩(wěn)與否控制著閥瓣3與閥座I的接觸與分離，進而控制泄壓裝置的關(guān)閉和開啟。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明所述的一種壓桿式安全泄壓裝置具體結(jié)構(gòu)如下:
[0026]在閥體2內(nèi)設(shè)置活塞式的閥座I和閥瓣3。閥座I通過螺紋連接在閥體2上，并通過墊片一 10實現(xiàn)密封。閥瓣3與閥座I的內(nèi)孔配合處開有凹槽，O型圈19嵌套在閥瓣3的凹槽內(nèi)成為活塞，與閥座I的內(nèi)孔過盈配合，通過擠壓O型圈19實現(xiàn)密封。
[0027]閥體2上方固定有蓋板5，蓋板5與閥體2通過雙頭螺柱15及六角螺母16連接，并通過墊片二 11實現(xiàn)密封。蓋板5中心開有中心孔，閥瓣3的另一端與閥桿4通過螺紋連接，閥桿4穿過蓋板5的中心孔與壓桿7連接；蓋板5的中心孔內(nèi)開環(huán)形凹槽，O型圈17嵌套在環(huán)形凹槽內(nèi)，O型圈17與閥桿4過盈配合起到密封作用。未采取在閥桿4的外圓開環(huán)形凹槽安裝O型圈，是為防止泄壓裝置開啟時閥桿4向上移動過程中O型圈暴露在蓋板5中心孔外，導(dǎo)致介質(zhì)外漏。閥瓣3的上端采取導(dǎo)向?qū)χ卸卧O(shè)計，通過孔與軸的配合實現(xiàn)閥桿4與閥瓣3的螺紋連接找正；開口銷18穿過閥瓣3與閥桿4的徑向孔，起到螺紋防松作用。
[0028]壓桿7為不銹鋼、等截面的圓形細長桿，壓桿7通過下端卡頭6夾持閥桿4，壓桿7通過上端卡頭8螺紋連接六角頭螺栓13下端；該六角頭螺栓13固定在支架蓋9中心上，通過鎖緊螺母12將六角頭螺栓13鎖緊。六角頭螺栓13將壓桿7頂?shù)轿?，不用施加預(yù)緊力，保證壓桿7在垂直方向有移動的余量，因為該裝置安裝入壓力系統(tǒng)后，介質(zhì)作用在閥瓣3上的力，通過閥桿4傳遞到壓桿7，會將壓桿7自動壓緊。鎖緊螺母12將六角頭螺栓13鎖緊，以防壓桿7在垂直方向上松動，進而影響閥門的設(shè)定壓力。
[0029]支架蓋9通過3根支桿20支撐在蓋板5上方；這3根支桿20 —端螺紋安裝固定在蓋板5上，另一端通過六角螺母14螺紋安裝固定在支架蓋9上；3根支桿20外圓分別套有鋼管套筒21,起到支撐支架蓋的作用；蓋板5、支架蓋9、支桿20、鋼管套筒21組成立體的針籠結(jié)構(gòu)，作為支撐壓桿7的支撐結(jié)構(gòu)。
[0030]在正常工況下，承壓設(shè)備壓力處于泄壓裝置設(shè)定的開啟壓力之下，泄壓裝置高壓側(cè)與低壓側(cè)的壓差P小于設(shè)定壓力Per。閥瓣3通過閥桿4施加在壓桿7上的軸向壓縮載荷F也將小于壓桿7的失穩(wěn)臨界載荷Fcr，壓桿7保持豎直穩(wěn)定狀態(tài)。同時，壓桿7的反推力通過閥桿4將閥瓣3推向閥座1，使閥瓣3與閥座1緊密接觸，此時泄壓裝置處于關(guān)閉狀態(tài)，如圖2所示。
[0031]當(dāng)發(fā)生超壓時，系統(tǒng)壓力上升至泄壓裝置設(shè)定的開啟壓力，泄壓閥高壓側(cè)與低壓側(cè)的壓差P達到設(shè)定壓力Per。閥瓣3通過閥桿4施加在壓桿7上的軸向載荷F也將大于或等于壓桿7的失穩(wěn)臨界載荷Fcr，壓桿7發(fā)生失穩(wěn)，其有效長度瞬間大幅度減小。從而閥瓣3在介質(zhì)壓力作用下與閥座1瞬間分離，此時裝置開啟，如圖2所示。
[0032]操作人員通過觀察壓桿7及閥桿4的狀態(tài)，可以判斷泄壓裝置是否發(fā)生了泄壓。泄壓完成后，操作人員可以借助外力將閥桿4復(fù)位，使得閥瓣3與閥座1重新密封后，更換壓桿7，用六角頭螺栓13將壓桿7壓到位，保證壓桿7在垂直方向有稍許余量，用鎖緊螺母12將其鎖緊，即可實現(xiàn)壓桿式安全泄壓裝置的復(fù)位。
[0033]本發(fā)明中當(dāng)閥瓣3與閥座1緊密接觸時實現(xiàn)密封，當(dāng)閥瓣3與閥座1分離時實現(xiàn)泄壓；入口壓力載荷通過閥瓣3和閥桿4傳遞到壓桿7，其失穩(wěn)與否控制著閥瓣3與閥座1的接觸與分離，進而壓桿式控制泄壓裝置的關(guān)閉和開啟。所述的壓桿7是基于歐拉定律設(shè)計的僅承受軸向壓縮載荷的等截面圓形細長桿，當(dāng)介質(zhì)作用在閥瓣3上的載荷F小于壓桿7的失穩(wěn)臨界載荷Fcr時，壓桿7將維持直線平衡狀態(tài)，并具有抗側(cè)向干擾的穩(wěn)定性；當(dāng)載荷F達到失穩(wěn)臨界載荷Fcr時，壓桿7將在瞬間由直線平衡轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的側(cè)彎曲線平衡，此時施加的側(cè)向干擾將是不可逆的，即失穩(wěn)；發(fā)生失穩(wěn)后，壓桿7承載能力降低，壓力的微小增加將引起彎曲變形的顯著增大，壓桿的彎曲使得裝置迅速開啟，在幾毫秒內(nèi)便可達到全開啟狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓桿式安全泄壓裝置，其特征在于:該裝置包括設(shè)置在閥體(2)內(nèi)的活塞式的閥座⑴和閥瓣(3)，閥座⑴通過螺紋連接在閥體(2)上，閥瓣(3)與閥座⑴的內(nèi)孔配合處開有凹槽，O型圈(19)嵌套在閥瓣(3)的凹槽內(nèi)成為活塞，與閥座⑴的內(nèi)孔過盈配合，通過擠壓O型圈(19)實現(xiàn)密封； 閥體⑵上方固定有蓋板(5)，蓋板(5)中心開有中心孔，閥瓣(3)的另一端與閥桿(4)通過螺紋連接，閥桿(4)穿過蓋板(5)的中心孔與壓桿(7)連接；蓋板(5)的中心孔內(nèi)開環(huán)形凹槽，O型圈(17)嵌套在環(huán)形凹槽內(nèi)，O型圈(17)與閥桿(4)過盈配合起到密封作用； 壓桿(7)為不銹鋼、等截面的圓形細長桿，壓桿(7)通過下端卡頭(6)夾持閥桿(4)，壓桿(7)通過上端卡頭(8)螺紋連接六角頭螺栓(13)下端；該六角頭螺栓(13)固定在支架蓋(9)中心上，通過鎖緊螺母(12)將六角頭螺栓(13)鎖緊； 支架蓋(9)通過3根支桿(20)支撐在蓋板(5)上方；這3根支桿(20) —端螺紋安裝固定在蓋板(5)上，另一端螺紋安裝固定在支架蓋(9)上；3根支桿(20)外圓分別套有鋼管套筒(21)，起到支撐支架蓋(9)的作用；蓋板(5)、支架蓋(9)、支桿(20)、鋼管套筒(21)組成立體的針籠結(jié)構(gòu)，作為支撐壓桿(7)的支撐結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其特征在于: 在正常工況下，閥瓣⑶通過閥桿⑷施加在壓桿(7)上的軸向壓縮載荷F小于壓桿(7)的失穩(wěn)臨界載荷Fcr，壓桿(7)保持豎直穩(wěn)定狀態(tài)；同時，壓桿(7)的反推力通過閥桿(4)將閥瓣(3)推向閥座(1)，使閥瓣(3)與閥座⑴緊密接觸，此時泄壓裝置處于關(guān)閉狀態(tài)； 當(dāng)發(fā)生超壓時，閥瓣(3)通過閥桿(4)施加在壓桿(7)上的軸向載荷F將大于或等于壓桿(7)的失穩(wěn)臨界載荷Fcr，壓桿(7)發(fā)生失穩(wěn)，其有效長度瞬間大幅度減小，從而閥瓣(3)在介質(zhì)壓力作用下與閥座(I)瞬間分離，此時泄壓裝置開啟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其特征在于:所述的閥座(I)通過螺紋連接在閥體(2)上，并通過墊片一(10)實現(xiàn)密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其特征在于:所述的蓋板(5)與閥體(2)通過雙頭螺柱(15)及六角螺母(16)連接，并通過墊片二(11)實現(xiàn)密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其特征在于:所述的閥瓣(3)的上端采取導(dǎo)向?qū)χ卸卧O(shè)計，通過孔與軸的配合實現(xiàn)閥桿(4)與閥瓣(3)的螺紋連接找正；開口銷(18)穿過閥瓣(3)與閥桿⑷的徑向孔，起到螺紋防松作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其特征在于:所述的支桿(20)通過六角螺母(14)與支架蓋(9)進行緊固連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓桿式安全泄壓裝置，其特征在于:所述的壓桿(7)是基于歐拉定律設(shè)計的僅承受軸向壓縮載荷的等截面圓形細長桿，當(dāng)介質(zhì)作用在閥瓣(3)上的載荷F小于壓桿(7)的失穩(wěn)臨界載荷Fcr時，壓桿(7)將維持直線平衡狀態(tài)，并具有抗側(cè)向干擾的穩(wěn)定性；當(dāng)載荷F達到失穩(wěn)臨界載荷Fcr時，壓桿(7)將在瞬間由直線平衡轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的側(cè)彎曲線平衡，此時施加的側(cè)向干擾將是不可逆的，即失穩(wěn)；發(fā)生失穩(wěn)后，壓桿(7)承載能力降低，壓力的微小增加將引起彎曲變形的顯著增大，壓桿的彎曲使得裝置迅速開啟，在幾毫秒內(nèi)便可達到全開啟狀態(tài)。
【文檔編號】F16K17/02GK104373645SQ201410637630
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】郭善剛, 馬立, 周浩, 岳大皓, 王德海, 劉屹, 陳殿京 申請人:北京航天動力研究所, 北京航天石化技術(shù)裝備工程公司