压力泄放阀的制作方法

专利名称：压力泄放阀的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及阀门，更具体地，涉及压力泄放阀。
背景技术：
压力泄放阀被用于各种商业、工业和家庭应用以保持容器内的压强在预设的最大 压强之下。特别是，如果容器内的压强超过前泄压强(start-to-discharge pressure)或 者预设的最大压强，压力泄放阀将流体或者蒸汽排放到大气中直至容器内的压强减少到低 于预设的最大压强。排放到大气中的流体或蒸汽的量和速率与容器内的压强大小相关联。不同的压力泄放阀具有不同的尺寸、前泄压强和流通能力。可以基于容器的设计 规格诸如容器能够安全地承受而不破裂的最大压强来选择压力泄放阀以与容器一起使用。已知的压力泄放阀通常包含单个的弹簧，其在轴上施加力以将阀门底座推向底座 表面。具有相对高的最大压强的容器需要具有相对大的弹簧系数的弹簧的压力泄放阀以相 对于底座表面保持阀门底座的位置。通常，在已知的压力泄放阀的应用中，具有相对大的 弹簧系数的弹簧与具有相对小的弹簧系数的弹簧相比非常地长(如具有较长的长度)。因 此，需要具有相对大的弹簧系数的弹簧的压力泄放阀显著地增加压力泄放阀总的尺寸和长 度。在实践中，如果多个压力泄放阀与歧管组件一起使用，多个压力泄放阀中的每一个至少 部分地置于耦接到歧管组件的多个管中的一个的内部。通常，每一个管有实质上与压力泄 放阀相同的长度并且由金属材料制成，因此压力泄放阀的长度和重量显著地影响歧管组件 的总的重量和尺寸(如高度)。附加地，与具有相对小的弹簧系数的弹簧相比，具有相对大的弹簧系数的弹簧通 常由显著地较高的屈服应力的材料制成。根据压力泄放阀所使用的环境，由具有相对高的 屈服应力的材料制成的弹簧可能易于氢脆变。氢脆变降低了弹簧的寿命并且可以使得压力 泄放阀能够发生故障以及当室内的压强低于前泄压强时将流体或者蒸汽排放到大气中。

发明内容
在一个实施例中，压力泄放阀包括阀体，其具有外螺纹以螺纹地接合具有加压室 的另一个阀体。附加地，所述压力泄放阀包括泄放阀口，其通过所述阀体的内螺纹与所述阀 体螺纹地接合。所述泄放阀口包括底座表面。此外，所述压力泄放阀包括压力平衡式活塞 组件，其能够相对于所述泄放阀口和所述底座表面在所述阀体内滑动地移动来控制流体在 所述加压室和所述泄放阀口间的流动。


图1描绘了已知的压力泄放阀。图2描绘了包含示例性压力平衡式组件的示例性压力泄放阀。图3描绘了包含另一个示例性压力平衡式组件的另一个示例性压力泄放阀。
具体实施例方式一些例子在上述图中示出并且在下面加以详细描述。在描述这些例子中，相似的 或相同的附图标记用于标识共同的或类似的元素。这些图并不一定按比例，并且出于清楚 和/或简洁的目的，图的某些特征和某些视图可能会在比例上或在示意图中被夸大地示 出。附加地，整个说明书中描述了几个例子。任何例子中的任何特征可以附带、替代其他例 子中的其他特征或者与其他例子中的其他特征相结合。此处所述的示例性压力泄放阀可以被配置成施加实质上与一些已知的压力泄放 阀相同的力来促使压力泄放阀的底座接合底座表面，其中这些已知的压力泄放阀装备有具 有较大弹簧系数的弹簧。然而，此处所述的示例性压力泄放阀与这些已知的压力泄放阀相 比具有较小的总的尺寸且需要具有显著小的弹簧系数的弹簧。特别地，此处所述的示例性 压力泄放阀装备有与弹簧协同向一个方向施加力的压力平衡式活塞组件。更特别地，压力 平衡式活塞组件部分地限定了流体地耦接到罐的压力平衡式室，该罐具有压强，该压强用 于在压力平衡式室内起作用以促使底座接合底座表面，因而显著地减少弹簧必须提供以在 低于前泄压强时保持压力泄放阀处于封闭状态的力。图1描绘已知的压力泄放阀100，其包含阀体102、底座104、阀杆106和弹簧108。 阀体102由单片材料机加工而成，并且包含上部110和下部112。上部110实质上是圆柱形 的，并且下部112至少部分地是锥形。上部110包含带螺纹的外表面114，其螺纹地接合诸如丙烷罐的室或罐(未示出) 的开口(未示出)。上部110限定了包含将压力泄放阀100流体地耦接到大气的开口 118 的第一室116。附加地，上部110限定了具有底座表面122的孔120。底座表面122由底座 104的表面123接合以实质上防止流体通过孔120从压力泄放阀100排到大气中。下部112部分地塞向弹簧108并且包括肩或阶124，其用作弹簧导杆或者底座以相 对于阀体102定位弹簧108。下部112限定第二室126，其通过开口(未示出)流体地耦接 到罐内的压强并且通过孔120流体地耦接到第一室116。附加地，第二室1 限定了容纳阀 杆106的开口 128。底座104限定了开口 129，穿过该开口放置阀杆106。底座104通过拧到阀杆106 上的螺母130耦接到阀杆106，从而底座104被置于底座表面122和螺母130间。附加地， 在封闭位置，底座104的表面123部分地接合底座表面122并且阻止流体从第二室1 流 向第一室116。弹簧108围绕在阶IM和弹簧底座134之间的阀杆106而放置。弹簧底座134通 过螺母136耦接到阀杆106，从而弹簧底座134被置于弹簧108和螺母136间。弹簧108施 加力在阀杆106上以促使底座104的表面123接合底座表面122。弹簧108的弹簧系数与 罐的前泄压强相关联。特别地，由弹簧108提供的力与由前泄压强施加在表面123上的力 相等。以下方程式1表示由前泄压强施加的力(如力=压强*面积)与由弹簧108施加的 力(如弹簧力)之间的关系，其中A是表面123的面积，罐的压强作用于该面积上，P是前 泄压强，Fasg是弹簧力。方程IFasg= P*A如上所述，罐内压强作用于表面123的部分。如果作用于表面123的压强低于前 泄压强，则由弹簧108施加的力比由压强施加的力大，并且，因此，底座104的表面123会接合底座表面122，从而防止流体通过孔120流出。替代地，如果罐内压强大于前泄压强，则作 用于表面123的力超过弹簧108的力，并且底座104的表面123脱离底座表面122，从而使 流体能够从罐、容器或者其它加压室流出压力泄放阀100。一旦罐内压强降低至前泄压强之 下，则弹簧108的力超过由罐内压强施加的力，并且表面123接合底座表面122。为检查底座104，一旦将压力泄放阀100从罐移开，则将雨帽138从第一室116移 开，并且将螺母130和底座104从阀杆106移开。然后能够检查底座104。如上所述，在一些应用中，由弹簧108提供的力必须相对大，并且，因此，可能导致 弹簧108受到相当数量的压强。作为结果，在一些应用中，弹簧108必须由具有相对高屈服 应力的材料制成。然而，如果暴露于纯丙烷、硫化氢( 或者其他诸如此类的元素和/或 成分，则由相对高屈服应力的材料制成的弹簧108易于氢脆，这显著地缩短了弹簧108的寿 命。图2描述示例性压力泄放阀200，其包含阀体202、泄放阀口 204和压力平衡式活 塞组件206(如活塞组件206)。阀体202限定了通过开口 207流体地耦接到大气的孔腔205。 附加地，阀体202限定了接合室、罐或者其它容器(未示出)例如诸如丙烷罐或者歧管组件 的部件的开口(未示出)的外螺纹208。内螺纹210置于外螺纹208反面并且接合泄放阀 口 204的相应的螺纹212。密封件213 (如ο形环)置于阀体202和泄放阀口 204间，密封 件213实质上阻止流体在阀体202和泄放阀口 204之间通过。在另一端，阀体202限定了 接合弹簧负荷调节器220的板218的螺纹216的螺纹214。弹簧负荷调节器220包含板218、调节器222和上部压力室阀体224。上部压力室 阀体224限定了至少部分地限定压力平衡式室228的孔腔226。调节器222是从外部可接 触的，使得无需拆卸压力泄放阀200就能够调节压力泄放阀200的设定点和/或弹簧负荷。 附加地，旋转或转动调节器222改变弹簧负荷调节器220相对于阀体202的位置。在另一 些示例性实施中，压力泄放阀200的弹簧负荷可以是不可调节的，并且，在那些实施中，压 力泄放阀200可以不包含螺纹214和216。活塞组件206包含细长部分230和底座231，孔腔2 的直径实质上对应于细长部 分230的直径，从而细长部分230相对于上部压力室阀体2 是可滑动地并且密封地移动 的。细长部分230限定了至少部分地限定压力平衡式室228的孔腔234。附加地，在孔腔 234反面，细长部分230限定了多个凹槽236，多个凹槽中的每一个容纳密封件238 (如ο形 环)。密封件238实质上阻止流体在上部压力室阀体2 和细长部分230之间通过。上部压力室阀体224限定了与由活塞组件206限定的第二弹簧底座242相对的第 一弹簧底座对0。弹簧244置于第一和第二弹簧底座240和对2间。弹簧244朝第一方向 对活塞组件206施加力以促使底座231的表面M6的部分接合底座表面M8。如在下面更 为详细讨论的，弹簧244可以相对地小并且可以由具有相对低屈服应力并且不易氢脆的材 料例如302钢等制成。活塞组件206的表面250具有在表面246反面的第一面积，而表面246具有比第 一面积大的第二面积。第二弹簧底座242和底座231限定了将压力平衡式室2 流体地耦 接至罐的压强的孔252，从而该压强作用于第一面积和第二面积。当通过该压强施加于第二 面积的反力促使底座231的表面246脱离底座表面248时，通过该压强施加于第一面积的 力协助弹簧244促使底座231的表面246接合底座表面M8。
弹簧M4的弹簧系数和第一面积与罐的前泄压强相关联。特别地，弹簧力加上前 泄压强与第一面积的乘积(如，力=压强*区域)等于前泄压强与第二面积的乘积。在操 作中，将该压强从罐流体地耦接到压力平衡式室2 减少了为达到期望的前泄压强和/或 促使底座231的表面246接合并且密封底座表面248所需要的弹簧力。如上所述，具有相 对低弹簧系数的弹簧还可以由具有相对低屈服应力且较不易氢脆的材料制成，这增加了弹 簧M4的可用寿命。通常，具有相对低弹簧系数的弹簧实质上比具有相对高弹簧系数的弹 簧小，这减小了压力泄放阀200的尺寸和重量。以下的方程式2表示施加在第一面积和第 二面积上的压强与由弹簧244施加的力(如弹簧力)之间的关系，其中F弹g是弹簧力，P是 在罐内的流体的压强，A2是压强所作用的第二面积，并且A1是压强所作用的第一面积。方程式2F 弹黃=P* (A2-A1)如上所讨论的，罐内压强作用于第一面积和第二面积。如果作用于第二面积的压 强低于前泄压强，则由弹簧244和作用于第一面积的压强施加的力将产生大于作用于第二 面积的压强的力，并且，因此，底座231的表面246接合底座表面M8。替代地，如果罐内压 强高于前泄压强，则作用于第二面积的压强产生超过由弹簧244和作用于第一面积的压强 施加的力的力，并且，因此，底座231的表面246脱离底座表面M8。将底座231脱离底座表 面对8，使得流体能够通过由泄放阀口 204所限定的孔邪4经由开口 207排出压力泄放阀 200到大气。排放过剩压强到大气使罐内压强减少至低于前泄压强。一旦罐内压强低于前 泄压强，则由弹簧244和作用于第一面积的压强施加的力产生超过作用于第二面积的压强 的力，并且底座231的表面246再次接合底座表面M8以实质上阻止额外的流体通过压力 泄放阀200排出。简短地回到图1，已知的压力泄放阀100由单片材料加工而成，因为设计要求，可 能要求上部Iio的材料厚度与下部112的材料厚度不同。不同的材料厚度可能导致材料内 的多孔性，这减少材料和已知的压力泄放阀100的结构完整性。附加地，因为已知的压力泄 放阀100由单片材料加工而成，底座表面122普遍加工不当而产生当底座104的表面123 接合底座表面122时可能损坏(如切割)表面123(如密封垫)的边缘或表面。进一步地， 从单片材料加工上部和下部110和112增加了为完成日常维护和/或检查压力泄放阀100 及其部件所需的复杂性和/或时间。回到图2，与已知的压力泄放阀100相反，阀体202和泄放阀口 204被分开地加工 或制造。对部件分开地加工解决了以上所讨论的已知压力泄放阀所遇到的问题。特别地， 将泄放阀口 204与阀体202分开地加工使阀体202的厚度能够实质上一致并且使泄放阀 口 204的厚度能够实质上一致，这显著地减少在铸造中产生的多孔性。附加地，将泄放阀口 204与阀体202分开地加工简化了对压力泄放阀200的加工并且增加了底座表面248符合 设计规格的一致性。进一步地，将泄放阀口 204与阀体202分开地加工简化了对压力泄放 阀200执行的检查和/或维护诸如，例如，对活塞组件206、底座231、弹簧244或任何其它 部件的检查、维修和/或替换。在一些例子中，为制造和组装压力泄放阀200，阀体202、泄放阀口 204、弹簧负荷 调节器220和活塞组件206由不同片的材料(如不同的铸造物)加工或制造。弹簧负荷调 节器220随后螺纹地进入阀体202。接着，弹簧244被置于孔腔234内并且活塞组件206被 插入孔腔2 直至弹簧244坐靠在第一弹簧底座240上。泄放阀口 204随后螺纹地进入阀体202直至表面246接合底座表面M8。为调整压力泄放阀200的设定点和/或弹簧负荷， 调节器222可以转动(如旋转)直至达到所期望的设定点。为检查底座231、底座231的表 面246和/或底座表面M8，从罐上拧下压力泄放阀200。表面246和/或底座表面248随 后可以通过透过孔邪4观察或通过从泄放阀口 204拧下阀体202来检查。阀体202、泄放阀 口 204、弹簧负荷调节器220和活塞组件206可以由相同或不同的材料制成，其可以是任何 适合的材料诸如金属材料(如，黄铜材料、不锈钢材料等)。在实践中，多个压力泄放阀200可以直接地或整体地耦接到歧管组件(未示出)。 与已知的压力泄放阀100相反，多个压力泄放阀200中的每一个不是部分地用耦接到岐管 组件的管子(未示出)定位。除了与已知的压力泄放阀100相比压力泄放阀200具有显著 减轻的重量之外，压力泄放阀200还进一步减少了岐管组件的总重量。因此，歧管组件和特 别是歧管组件主体(未示出)可以拥有与示例性压力泄放阀200的尺寸和重量相关联的设 计要求和/或规格。图3描述另一个示例性压力泄放阀300，其包含阀体302、装备有泄放阀口 304的 固定架或轭303、压力平衡式活塞组件306(如活塞组件306)、轴或阀杆308以及弹簧310。 图3的示例性压力泄放阀300可以包含与在图2的示例性压力泄放阀200中所述的一个或 多个结构相类似的结构。阀体302限定了通过开口 313流体地耦接到大气的孔腔311。附 加地，阀体302限定了接合室、罐或其它容器(未示出)例如丙烷罐或歧管组件的部件等的 开口(未示出)的外螺纹312。内螺纹314置于阀体302的另一端并且接合泄放阀口 304 的相应螺纹316。密封件317 (如ο形环)置于阀体302和泄放阀口 304之间。密封件317 实质上阻止流体在阀体302和泄放阀口 304之间通过。阀体302包含限定孔腔320的上部压力室阀体318，该孔腔320至少部分地限定压 力平衡式室322。活塞组件306包含细长的部分3M和底座325。孔腔320的直径实质上 相应于细长的部分324的直径，以便细长的部分324能够相对于上部压力室阀体318滑动 地和封闭地移动。细长的部分324限定了至少部分地限定压力平衡式室322的孔腔328。活塞组件306的表面334具有在底座325的表面336反面的第一面积，表面336具 有比第一面积大的第二面积。活塞组件306的底座325限定了孔338，通过孔338阀杆308 被定位。阀杆308经由由阀杆308限定(如阀杆308是中空的或具有从中穿过的通道)的 孔340将压力平衡式室322流体地耦接到罐或者其它容器的压强，从而使来自罐或其它容 器的压强能够作用于第一面积和第二面积。阀杆308装备有阶式部分342，其至少部分地毗接底座325的表面336。附加地， 螺母344被拧到阀杆308的一端346并且将活塞组件306耦接到阀杆308。阀杆308可以 相对于底座325中央地放置并且可以协助相对于轭303调准弹簧310。特别地，弹簧310围 绕阀杆308并且被置于第一弹簧底座347和第二弹簧底座348之间。第一弹簧底座347部 分地置于由轭303限定的孔350内并且毗连轭303的表面352。附加地，螺母3M被拧到阀 杆308的一端356并且将第二弹簧底座348置于螺母3M和弹簧310间。在这个示例性实 施中，轭303朝着弹簧310部分地成锥形。然而，轭303可以具有任何其它适合的形状。如上所述，经由压强(如由压力泄放阀300耦接到的室、罐或其它容器内的液体所 施加的)而施加于第一面积的力协助弹簧310促使底座325的表面336接合并且密封底 座表面358，而经由压强而施加于第二面积的反力促使底座325的表面336脱离底座表面358。如果作用于第二面积的压强低于前泄压强，则由弹簧310施加的力和作用于第一 面积的压强将产生比作用于第二面积的压强大的力，并且，因此，底座325的表面336将接 合底座表面358。替代地，如果罐内压强比前泄压强大，则作用于第二面积的压强产生超过 由弹簧310和作用于第一区域的压强施加的力，并且，因此，底座325的表面336脱离底座 表面358。底座325从底座表面358脱离使得流体能够通过由泄放阀口 304所限定的孔360 排出压力泄放阀300并且经由开口 313排到大气中。排放过剩压强到大气中使得罐或其它 容器内的压强减少至低于前泄压强。一旦罐内压强低于前泄压强，则由弹簧310和作用于 第一面积的压强施加的力产生超过作用于第二面积的压强的力，并且底座325的表面336 再次接合底座表面358以实质上阻止额外的流体从压力泄放阀300排出。虽然已经在此描述了一些示例性方法、装置和制造品，但是本专利的覆盖范围并 不限于此。相反，本专利涵盖了不论是从字面上或是在等同原则下落入所附权利要求的范 围内的所有方法、装置和制造品。
权利要求
1.压力泄放阀，包括阀体，其具有外螺纹以螺纹地接合具有加压室的另一个阀体；泄放阀口，其通过所述阀体的内螺纹与所述阀体螺纹地接合，其中所述泄放阀口包括 底座表面；和压力平衡式活塞组件，其能够相对于所述泄放阀口和所述底座表面在所述阀体内滑动 地移动来控制流体在所述加压室和所述泄放阀口间的流动。
2.如权利要求1所述的压力泄放阀，其中所述压力平衡式活塞组件和所述阀体至少部 分地限定压力平衡式室。
3.如权利要求2所述的压力泄放阀，其中所述压力平衡式室用于流体地耦接到所述加 压室。
4.如权利要求3所述的压力泄放阀，其中所述加压室中的压强用于施加力来将所述压 力平衡式活塞组件推向所述泄放阀口和所述底座表面。
5.如权利要求3所述的压力泄放阀，其中所述加压室中的压强用于对所述压力平衡式 组件的第一区域和第二区域起作用，其中所述第一区域在所述第二区域的对面。
6.如权利要求5所述的压力泄放阀，其中所述第二区域大于所述第一区域。
7.如权利要求2所述的压力泄放阀，进一步包括至少一个设置在所述压力平衡式室内 的弹簧以在所述压力平衡式室内施加力来将所述压力平衡式活塞组件推向所述泄放阀口 和所述底座表面。
8.如权利要求7所述的压力泄放阀，其中所述阀体包括弹簧负荷调节器来改变由所述 至少一个弹簧所提供的负荷。
9.如权利要求8所述的压力泄放阀，其中所述弹簧负荷调节器能够从外部接触以使得 无需拆卸所述压力泄放阀就能够调节设定点。
10.如权利要求7所述的压力泄放阀，其中所述弹簧包括钢材料。
11.如权利要求2所述的压力泄放阀，进一步包括至少一个设置在所述压力平衡式室 外的弹簧以施加力来将所述压力平衡式活塞组件推向所述泄放阀口和所述底座表面。
12.如权利要求11所述的压力泄放阀，进一步包括耦接所述压力平衡式活塞的阀杆来 调准所述至少一个设置在所述压力平衡式室外的弹簧。
13.如权利要求12所述的压力泄放阀，其中所述阀杆用于至少部分地置于所述加压室内。
14.如权利要求12所述的压力泄放阀，其中所述阀杆是中空的以流体地耦接所述压力 平衡式室和所述加压室。
15.压力泄放阀，包括阀体，其包括用于可拆卸地接合具有加压室的另一个阀体的装置；泄放阀口，其包括底座表面和用于可拆卸地接合所述阀体的装置；和压力平衡式活塞组件，其包括用于控制流体在所述加压室和所述泄放阀口间的流动的装置。
16.如权利要求15所述的压力泄放阀，进一步包括用于将所述加压室流体地耦接到压 力平衡式室的装置，所述压力平衡式室至少部分地由所述阀体和所述压力平衡式活塞组件 限定。
17.如权利要求16所述的压力泄放阀，进一步包括用于在所述压力平衡式室内施加至 少一个力来将所述压力平衡式活塞组件推向所述泄放阀口和所述底座表面的装置。
18.如权利要求17所述的压力泄放阀，进一步包括用于调准所述用于在所述压力平衡 式室内施加所述至少一个力来将所述压力平衡式活塞组件推向所述泄放阀口和所述底座 表面的装置的装置。
19.如权利要求18所述的压力泄放阀，其中所述用于调准所述用于在所述压力平衡式 室内施加所述至少一个力来将所述压力平衡式活塞组件推向所述泄放阀口和所述底座表 面的装置的装置，进一步包括用于在所述压力平衡式室外施加第二力来将所述压力平衡式 活塞组件推向所述泄放阀口和所述底座表面的装置。
20.如权利要求19所述的压力泄放阀，其中所述至少一个力实质上与所述第二力方向 相同。
全文摘要
本发明描述压力泄放阀。示例性压力泄放阀包括阀体，其具有外螺纹以螺纹地接合具有加压室的另一个阀体。附加地，所述压力泄放阀包括泄放阀口，其通过所述阀体的内螺纹与所述阀体螺纹地接合。所述泄放阀口包括底座表面。此外，所述压力泄放阀包括压力平衡式活塞组件，其能够相对于所述泄放阀口和所述底座表面在所述阀体内滑动地移动来控制流体在所述加压室和所述泄放阀口间的流动。
文档编号F16K17/04GK102089559SQ200980126861
公开日2011年6月8日 申请日期2009年5月27日 优先权日2008年7月8日
发明者C·林, R·R·佩尔弗雷 申请人:艾默生过程管理调节技术公司