专利名称：带气动辅助装置的受控式安全泄压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于安全泄压的装置，具体涉及一种带气动辅助装置的 受控式安全泄压装置。
背景技术：
当前安全阀等安全附件广泛应用于石油、化工、电站、冶金、核电、国 防等国民经济各个部门。随着各行业生产装置能力越来越大，生产效率越来 越高，节能减排要求越来越严格，如何保证生产系统的正常安全运行变得尤 为重要。
现阶段要求安全保护系统或附件的工作压力和安全泄放压力非常接近，
其差值往往在7%以内，在蒸汽动力系统方面要求更高，工作压力与启跳压力 差值更是在5%以内。若采用安全阀来保护压力系统安全，在安全阀整定压力 27.5MPa时，具有整定压力偏差^1%、超过压力3%、启闭压差3%等高性 能参数的安全阀，在如此小的压力差值范围内，也很难满足系统工艺要求， 可能导致压力系统工作压力超过设计压力，系统泄漏，安全阀回座压力低， 影响压力系统安全运行，生产工艺不稳定，造成能源浪费等问题。而在其他 压力等级范围内，安全阀的性能参数为整定压力偏差^3%，超过压力20%， 启闭压差^0%，更无法满足工艺使用要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能使安全阀精确开启、 适时回座、具有良好的密封性能的受控式安全泄压装置。
本发明是这样实现的 一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装置，它 包括安全阀，安全阀与气动执行机构连接，气动执行机构由气路控制器控制， 气动执行机构包括气缸、接杆、'气缸连接件、耐压软管和储气罐，气缸的活' 塞杆连接着接杆，接杆与安全阀的阀杆连接，气缸连接件与安全阀的阀盖固 定连接，气缸分为上腔和下腔，上腔和下腔均通过耐压软管和储气罐连接， 在上腔与储气罐之间的耐压软管上设有电磁阀A，在下腔与储气罐之间的耐 压软管上设有电磁阀B;电磁阀A与电磁阔B连接着控制其启闭的气路控制器。
本发明的气路控制器通过压力变送器检测受控式安全泄压装置压力，根 据受控式安全泄压装置压力与设定的安全阀整定压力比较结果，控制气动执 行机构的电磁阀A和电磁阀B的开关，以给气动执行机构的气缸上腔或下腔 充气或放气，使气缸产生向上或向下的力，传递给安全阀的阀杆，以帮助安 全阀启跳或回座。在安全阀处于关闭状态时，气路控制器控制气动执行机构
的电磁阀A处于打开状态，电磁阀B处于关闭状态，使气缸上腔充气，下腔
放气，气缸施加向下的力，通过安全阀的阀杆传递到安全阀的阀瓣和阀座的 密封副上，帮助安全阀密封。因此本发明能使安全阀精确开启、适时回座、 具有良好的密封性能。尤其在本发明的工作压力和安全压力非常接近时，本 发明能更好的保护压力系统安全，安全性能高。
图1为本发明所提供的气动执行机构和安全阀连接示意图； 图2为本发明的控制器部分电路原理图。
图中l安全阀，2气动执行机构，3气缸，4连杆，5气缸连接件，6耐 压软管，7储气罐，8活塞杆，9上调节圈，IO阀杆，11阀盖，12上腔，13 下腔，14电磁阀A， 15电磁阔B， 16减压过滤器，18下调节圈，19调节机 构，20弹簧,100PLC控制器，101数字电源。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述
如图1所示， 一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装置，它包括安全
阀1、气动执行机构2和气路控制器。安全阀1与气动执行机构2连接，气 动执行机构2由气路控制器控制。气动执行机构2包括气缸3、接杆4、气缸 连接件5、耐压软管6和储气罐7。气动执行机构2可分为与安全阀1连接的 动作执行部分和控制气源连接、转换部分。安全阔1与气动执行机构2动作 执行部分的连接为两处， 一处是气缸连接件5与安全阀1的阀盖11通过螺栓 连接， 一处是气缸3的活塞杆8连接着接杆4，寸妾杆4与安全阀的阀杆10通 过螺纹连接。电磁阀A14的出口用耐压软管6与气缸3的上腔12连接，-给 气缸3上腔充气或放气；电磁阀B15的出口用耐压软管6与气缸3下腔连接， 给气缸3的下腔13充气或放气。电磁阀A14和电磁阀B15的入口使用耐压软管6与储气罐7出口连接，储气罐7入口通过减压过滤器16与控制气源管 路连接。电磁阀A14和电磁阀B15连接着控制其开关的气路控制器。
如图1所示，本实施例的安全阀1采用调节能力强的上调节圈9、下调 节圈18，带简易背压调节机构19的弹簧20直接载荷、敞开式阀盖11的大 升力、高性能的安全阀结构。本发明的安全阀也可以采用其他的公知的技术 替换。
如图2所示，气路控制器包括PLC控制器IOO， PLC控制器100连接着 给它供电的数字电源IOI， PLC控制器(100)的输入端连接着用于系统压力 测定压力变送器Pl和压力变送器P2; PLC控制器100的输出端连接着电磁 阀A14和电磁阀15。 PLC控制器100的输出端与电磁阀A14之间设有电感 LC1， PLC控制器100的输出端与电磁阀B15之间设有电感LC2。电感LC1 和LC2分别用于电磁阀A14和电磁阀B15的电流检领U，以检测电磁阀的故障。
气路控制器实现对电磁阀A14和电磁阀B15的控制，气路控制器根据安 装在系统管路或设备上的压力传感器提供的压力信号来指令是否使气动执行 机构执行向上、向下运动。将压力变送器P1或P2布置于待测试设备或管路， 通过压力变送器检测受控式安全泄压装置压力，根据受控式安全泄压装置压 力与设定的安全阀1整定压力比较结果，由气路控制器控制气动执行机构2 的电磁阀A14和电磁阀B15的开与关，以给气动执行机构2的气缸3上腔12 或下腔13充气或放气，使气缸3产生向上或向下的力，传递给安全阀1的阀 杆10，以帮助安全阀1启跳或回座。在安全阀1处于关闭状态时，气路控制 器控制气动执行机构2的电磁阀A14处于打开状态，电磁阀B15处于关闭状 态，使气缸3上腔12充气，下腔13放气，气缸3施加向下的力，通过安全 阀1的阀杆IO传递到安全阀1的阀瓣和阀座的密封副上，帮助安全阀1密封。 气路控制器的中心控制器可根据用途和可靠性，选用可编程控制器PLC、多 功能数字表等根据上述工作要求，可以按照现有技术进行编程。 一台气路控 制器可控制一个气动执行机构，也可控制多个控制机构。控制一台时将压力 信号、故障信号等传入一台气路控制器，控制多台时就是将多个压力信号、 故障信号传入一台气路控制器，气路控制器根据各个信号来源，分别对不同 气动执行机构进行控制，进而对安全阀本体进行控制。
PLC控制器100的输入端连接有继电器Kll和继电器K12，继电器Kll
6和继电器K12的输入端分别连接着电源A和电源B，继电器Kll连接着常闭 接触器KM1;继电器K12连接着常开接触器KM2，继电器Kll和继电器K12 用于电源A和电源B的故障检测。
PLC控制器100的输出端与电磁阀A14之间设有电感LC1， PLC控制器 100的输出端与电磁阀B15之间设有电感LC2。电感LC1和LC2分别用于电 磁阀A14和电磁阀B15的电流检测，以检测电磁阀的故障。
气路控制器上可以设有安全阀强制开启按钮，能强制关闭或开启气动执 行机构的电磁阀，使双作用气缸的力换向，远程控制安全阀启跳或回座。PLC 控制器(100)的输入端连接有强制开启按钮SOl，用于系统的强制开启。
PLC控制器100的输入端连接有控制气源压力测点P3，用于气源故障的 检测。PLC控制器100的输出端设有故障指示灯或通过继电器后输出。如图 2所示，指示灯HLOl、 HL02、 HL03、 HL04、 HL05、 HL06分别用于指示控 制气源故障、电源A故障、电源A故障B故障、电磁阀A故障、电磁阀B 故障、压力变送器P1故障、压力变送器P2故障、压力变送器P3故障、安全 阀开启信号。因此，气路控制器能检测电源故障、电磁阀故障、控制气源故 障、压力变送器故障、安全阀开启信号，并将信号就地显示、报警或传送至 中控室。
本发明采用联动的接触器KM1和KM2切换电源A和电源B。 气动执行机构的气缸的气动力是帮助安全阀准确开启、适时回座、提高 密封性能的最终辅助力，则气缸与安全阀本体的正确、坚固连接尤为重要。 在气缸在与安全阀本体的阀杆连接中使用万向联接的方式，保证气缸向上、 向下力的方向始终保持在阀杆的轴线上，使安全阀本体动作的零件始终具有 良好的对中性。
根据不同安全阀整定压力、口径、开启高度、泄放量和控制气源压力等 参数按照现有技术计算、选取气缸的缸径、行程，可选用摩擦阻力小、自润 滑的双作用气缸，以减小气缸运动时对阀门性能的影响。同时根据阀门启瑕L 回座的时间及气缸充、放气的时间，选择出给气缸充、放气的电磁阀口径及 响应时间。
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为使安全阀本体能准确开启、适时回座，提高密封性能，增加了气动执 行机构、气路控制器，但其使用的电磁阀、气缸、控制气源、供电电源、压力传感器、控制电器元件等也有出现故障的可能。为使辅助装置的运行可靠 性，使系统更加安全，可根据不同可靠性需求，对可能出现故障的元器件， 使用软、硬件的方式检测器件故障。根据不同的故障类型，采取合理的解决 方式，并进行现场或远程报警。对出现控制气源超压、电磁阀损坏、压力传 感器损坏等严重故障时，系统中的气动执行机构的电磁阀会全部断电，电磁 阀均处于关闭状态，使气缸的上、下腔中控制气均排空，辅助装置失效，安 全阀自身保护系统安全，同时能现场或远程报警，提示相关人员立即解决故 障。
本发明的工作状态主要有四种方式即
一、 电器元件、气动元件均正常工作，但系统压力未达到安全阀开启压 力，安全阀处于关闭状态，即系统正常运行，安全阀处于密封状态
此时，压力变送器感受的压力低于设定的整定压力，气路控制器控制电 磁阀A，使其打开，给气动执行机构的双作用气缸上腔充气，让气缸提供向 下的补充载荷，增加安全阀阀座、阀瓣密封副的密封压力，和弹簧力一起使 安全阀具有良好的密封性能。控制电磁阀B，使其关闭，让双作用气缸的下 腔无控制气，气缸不提供向上的补充载荷。
二、 电器元件、气动元件均正常工作，但系统压力达到或超过安全阀开 启压力，即安全阀处于开启状态
此时，压力变送器感受的压力高于设定的整定压力，气路控制器控制电 磁阀A，使其关闭，泄放气动执行机构的双作用气缸上腔的控制气，释放双 作用气缸上腔的补充载荷。同时控制电磁阀B，使其打开，给双作用气缸的 下腔充气，使气缸下腔提供向上的动力，帮助安全阀克服弹簧力，和系统介 质提供的向上的升力一起使安全阀启跳，并保持安全阀开启状态，直到系统 压力低于设定的回座压力前。
三、 安全阀开启后，当系统压力泄压到正常工作压力，即安全阀回座的 工作状态
此时，压力变送器感受的压力低于设定的回座压力，气路控制器控制电 磁阀A，使其打开，给气动执行机构的双作用气缸上腔充气，让气缸提供向 下的补充载荷，和弹簧力一起使安全阀回座。同时控制电磁阀B，使其关闭， 泄放气动执行机构的双作用气缸下腔的控制气，释放双作用气缸下腔的动力，防止阻碍安全阀回座。安全阀回座后，安全阀又回到密封工作状态。
四、电源、控制气源波动或切断、电器元件、气动元件等出现故障时的 工作态
对出现各种故障时，故障信号均能进行就地显示和传送至中控室，并在 现场通过报警器报警。并根据不同的故障类型，采取不同的解决方式。
1. 电源故障
任何一路电源出现故障时，UPS电源开始工作，将电源故障就地显示和 传送至中控室，现场报警。当两路电源均出现故障，UPS电源也已耗光，气 路控制器停止工作，两电磁阀断电关闭，将双作用气缸上、下腔气体泄放， 使双作用气缸不再提供向下的附加载荷和向上的动力，此时只能靠安全阀本 体保护系统安全。
2. 控制气源故障
控制气源压力过低时，气源故障报警，并将故障信号就地显示和传送至 中控室，现场报警。
控制气源过高时，为保护气缸、电磁阀等气动原件免遭损坏，气路控制
器控制电磁阀A和B同时关闭，使双作用气缸不再提供向下的附加载荷和向
上的动力，气源故障信号就地显示和传送至中控室，现场报警，此时只能靠 安全阀本体保护系统安全。
控制气源切断或泄漏致使无控制气源，此时储气罐前的单向阀保证储气 罐里的气源满足安全阀能正常工作1次，若储气罐里控制气源无压力后，相 当于双作用气缸的上、下腔无控制气源，双作用气缸不再提供向下的附加载 荷和向上的动力，此时只能靠安全阀本体保护系统安全。
3. 电磁阀故障
在电磁阀供电电路上串联电流互感器，若给电磁阀线圈供电，电流互感 器无感应电流时，气路控制器对两个电磁阀断电，使电磁阀关闭，双作用气 缸的上、下腔无控制气源，双作用气缸不再提供向下的附加载荷和向上的动 力，此时只能靠安全阀本体保护系统安全。并将出现故障电磁阀的故障信号 就地显示和传送至中控室，现场报警。 -
4. 压力变送器故障
压力变送器是感应系统压力的关键元器件，若出现故障，感应压力值会出现随机数，可能导致安全阀提前启跳、超压排放、频跳等机械故障。因此，在压力变送器出现故障时，气路控制器控制电磁阀A和B同时关闭，双作用气缸的上、下腔无控制气源，双作用气缸不再提供向下的附加载荷和向上的动力，此时只能靠安全阀本体保护系统安全。并将出现故障压力变送器的故障信号就地显示和传送至中控室，现场报警。
权利要求
1. 一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装置，它包括安全阀(1)，其特征在于所述安全阀(1)与气动执行机构(2)连接，气动执行机构(2)由气路控制器控制，气动执行机构(2)包括气缸(3)、接杆(4)、气缸连接件(5)、耐压软管(6)和储气罐(7)，气缸(3)的活塞杆(8)连接着接杆(4)，接杆(4)与安全阀的阀杆(10)连接，气缸连接件(5)与安全阀的阀盖(11)固定连接，气缸(3)分为上腔(12)和下腔(13)，上腔(12)和下腔(13)均通过耐压软管(6)和储气罐(7)连接，在上腔(12)与储气罐(7)之间的耐压软管(6)上设有电磁阀A(14)，在下腔(13)与储气罐(7)之间的耐压软管(6)上设有电磁阀B(15)；电磁阀A(14)与电磁阀B(15)连接着控制其启闭的气路控制器。
2. 根据权利要求1所述的一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装置， 其特征在于所述的储气罐(6)与控制气源连接，在其连接管路上设有减压 过滤器(16)。
3. 如权利要求1所述的一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装置，其 特征在于所述的气路控制器，包括PLC控制器(100)， PLC控制器(100) 连接着给它供电的数字电源(101)， PLC控制器(100)的输入端连接着用于 系统压力测定的压力变送器P1和压力变送器P2; PLC控制器(100)的输出 端连接着电磁阀A (14)和电磁阀(15)。
4. 如权利要求3所述的一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装置，其 特征在于所述的PLC控制器(100)的输出端与电磁阀A (14)之间设有 电感LC1， PLC控制器(100)的输出端与电磁阀B (15)之间设有电感LC2。
5. 如权利要求3或4所述的一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装 置，其特征在于所述的PLC控制器(100)的输入端连接有继电器Kll和 继电器K12，继电器Kll和继电器K12的输入端分别连接着电源A和电源B， 继电器Kll连'接着常闭接触器KM1;继电器K12连接着常开接触器KM2， 继电器Kl 1和继电器K12用于电源A和电源B的故障检测。
6. 如权利要求3或4所述的一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装 置，其特征在于在所述的PLC控制器(100)的输入端连接有强制开启按 钮SOl。
7. 如权利要求3或4所述的一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装 置，其特征在于在所述的PLC控制器(100)的输入端连接有控制气源压力测点P3。
8. 如权利要求3或4所述的一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装 置，其特征在于在所述的PLC控制器(100)的输出端设有故障指示灯或 通过继电器后远程输出。
全文摘要
本发明涉及一种用于安全泄压的装置，具体涉及一种带气动辅助装置的受控式安全泄压装置。气缸(3)的活塞杆(8)连接着接杆(4)，接杆(4)与安全阀的阀杆(10)连接，气缸连接件(5)与安全阀的阀盖(11)固定连接，气缸(3)分为上腔(12)和下腔(13)，上腔(12)和下腔(13)均通过耐压软管(6)和储气罐(7)连接，在上腔(12)与储气罐(7)之间的耐压软管(6)上设有电磁阀A(14)，在下腔(13)与储气罐(7)之间的耐压软管(6)上设有电磁阀B(15)；电磁阀A(14)与电磁阀B(15)连接着控制其启闭的气路控制器。本发明能使安全阀精确开启、适时回座、具有良好的密封性能。
文档编号F16K17/02GK101482190SQ20081017914
公开日2009年7月15日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者英 杨, 栗桂芳, 王德海, 章裕昆, 董海波 申请人:北京航天石化技术装备工程公司