一种泵用安全阀及其双螺杆泵的制作方法

本实用新型涉及螺杆泵技术领域，尤其涉及一种泵用安全阀及使用这种安全阀的双螺杆泵。

背景技术：

在泵运行过程中，如果出现排出管路堵塞或者未打开排出阀门等原因，那么将引起泵排出端的压力急剧上升，严重时可能导致泵过载破坏，并同时损坏电机。为了防止双螺杆泵过载破坏，通常采用的解决办法是在泵上配置安全阀。泵配置了安全阀就能在排出压力超过某规定的值时，开启安全阀将排出端的高压介质导入至进口端，从而使排出端的压力下降，避免排出端压力进一步上升，达到过载保护的作用。

现有双螺杆泵所使用的安全阀为外流式结构，安全阀的阀芯与弹簧放置在低压腔里，低压腔与泵进口相连。这种型式的安全阀有两个缺点：

1、安全阀弹簧线径选择随安全阀额定开启压力变化明显，当设计的额定开启压力较高时，就需要选择很大线径的弹簧，不利于安全阀的加工制造，同时安全阀预紧调压也不方便。

2、当安全阀开启以后，由于安全阀阀口过流面积改变而引起液流速度改变，导致液流动量的改变而产生液动力。这个液动力与液流速度方向相反，因此液动力的方向总是力图使安全阀的开口趋于关闭，这就使得安全阀不易打开。这种情况下，高压腔就需要更高的压力才能使安全阀全开，有可能导致泵或电机过载损坏。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题是现有的泵用安全阀需要不易于加工、预紧调压不便，使用过程中不易开启。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：提供一种泵用安全阀。所述泵用安全阀，包括阀体、阀芯、阀帽和弹簧，所述阀体内设有高压腔和低压腔，所述高压腔和低压腔之间设有阀座，所述阀座上开有阀座孔，高压腔和低压腔通过阀座孔相连通。所述阀芯和弹簧设置在阀体的高压腔内；所述阀芯为圆筒状，其一端设有开口，所述弹簧的一端与阀芯的内底压紧接触。本申请提供的安全阀关闭时，阀芯与阀座孔密封接触。

进一步地，所述泵用安全阀还包括导向定位阀芯的阀套，其套设在阀芯远离阀座孔的一端。所述阀套与阀体固定连接，阀套的轴线、阀芯的轴线与阀座孔的轴线相重合。

进一步地，所述安全阀关闭时，阀芯与阀座孔为线接触密封。

优选地，所述阀芯外径与阀座孔的直径之比大于等于1.1，小于等于1.5。

进一步地，所述阀座孔朝向阀芯的一端开有倒角，所述安全阀关闭时，阀芯与阀座孔面接触密封。

优选地，所述阀芯外径与阀座孔倒角后的直径之比大于等于1.1，小于等于1.5。

优选地，所述阀芯朝向阀座孔的一端设有倒角。

本申请还提供一种使用上述的泵用安全阀的双螺杆泵，所述安全阀的阀体与泵体为一体式结构或分体式结构。

优选地，所述阀体与泵体铸造连接、焊接或法兰连接。

优选地，所述安全阀的低压腔的出口与泵体的低压侧相连通。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1.本申请提供的安全阀，采用内流式结构，将阀芯和弹簧放置在阀体的高压腔内，在相同的规定开启压力值下，本申请中的安全阀所需要的弹簧预紧力会比现有技术的要小很多，因此本申请的安全阀所选用的弹簧线径比现有技术的弹簧线径要小很多，利于弹簧选型和安全阀制造加工。

2.本申请提供的安全阀使用时，在高压腔液体压力达到开启压力以后，将安全阀打开时阀口过流液体所产生的液动力方向与安全阀打开方向一致。因此，与现有技术相比，本申请的安全阀更容易全开，从而更好的达到保护泵不被过载损坏的目的。

附图说明

图1是现有技术中安全阀及安装安全阀的泵的示意图。

图2是图1的剖面示意图。

图3是现有技术中安全阀的结构示意图。

图4是本申请实施例1中安全阀的结构示意图。

图5是本申请实施例2中安全阀的结构示意图。

图中：1-双螺杆泵，2-安全阀，201-阀体，202-阀帽，203-阀套，204-阀芯，205-阀座孔，206-弹簧，207-弹簧座，208-调压杆，209-螺栓，H-高压腔，L-低压腔。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述。

如图1-图3所示，现有技术中的安全阀2及双螺杆泵1，安全阀2为外流式结构，即安全阀2的阀芯204与弹簧206设置在阀体201的低压腔L中，低压腔L与泵进口相连。

安全阀开启的临界条件是：

$F_S=(p_S-p_2)\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_1}^2$

式中：p_S—高压腔的压强；

p₂—低压腔的压强；

d₁—阀座孔直径；

F_S—弹簧预紧力。

这种型式的安全阀有两个缺点：

1、安全阀弹簧线径选择随安全阀额定开启压力变化明显，当设计的额定开启压力较高时，就需要选择很大线径的弹簧，不利于安全阀的加工制造，同时安全阀预紧调压也不方便。

2、当安全阀开启以后，由于安全阀阀口过流面积改变而引起液流速度改变，导致液流动量的改变而产生液动力。这个液动力与液流速度方向相反，因此液动力的方向总是力图使安全阀的开口趋于关闭，这就使得安全阀不易打开。这种情况下，高压腔就需要更高的压力才能使安全阀全开，有可能导致泵或电机过载损坏。

本申请提供的泵用安全阀2，包括阀体201、阀帽202、阀芯204、弹簧207和调压杆209。阀帽202通过螺栓2010与阀体201固定连接。阀体2内设有高压腔H和低压腔L，高压腔H和低压腔L之间设有阀座205，阀座205上开有阀座孔206，高压腔H和低压腔L通过阀座孔206相连通。本申请中的安全阀为内流式结构，阀芯204和弹簧207设置在阀体201的高压腔H内。

阀芯204为圆筒状，其一端设有开口。安全阀2处于关闭状态时，阀芯204与阀座孔205密封接触。

为了进一步导向定位阀芯204，确保在安全阀2开启时阀芯204与阀座孔205的轴线在同一直线上，在阀体201内还设有阀套203，阀套203的轴线、阀芯204的轴线与阀座孔206的轴线相重合。阀套203套设在阀芯204远离阀座孔206的一端，与阀体201固定连接，与阀芯204活动密封连接。

阀芯204朝向阀座孔206的一端沿阀芯204的外圆周设有倒角。

弹簧207的一端设置在阀芯204圆筒内，与阀芯204的内底面压紧接触。弹簧207的另一端伸出阀芯，固定在弹簧座208上。弹簧座208上开有一螺纹孔，调压杆209的一端开有与此螺纹孔相配合的外螺纹。调压杆209的另一端伸出阀帽202，便于调压操作。使用时，通过调压杆209和弹簧座208对弹簧207进行预紧调压。

本申请还提供使用本安全阀的双螺杆泵，安全阀2的阀体与泵体为一体式结构或分体式结构。若安全阀2的阀体201与泵体为一体式结构，可为铸造连接或焊接，一体成型。若阀体201为分体式连接，可采用法兰螺栓连接。安全阀2的低压腔L的出口可以与泵体的入口相连，也可以不与泵体的入口相连，而与泵体的其他低压侧相连通。

以下结合实施例，对本申请作进一步说明。

实施例1

如图3所示，本实施例中，阀座孔206无倒角，阀芯204的倒角处与阀座205线接触密封。阀芯204外径d₀与阀座孔206的直径d₁之比大于等于1.1，小于等于1.5，申请人经多次试验验证得出，阀芯204外径d₀与阀座孔206的直径d₁的比例在这个范围内时，安全阀2的性能最佳。

阀芯204外底面在高压腔H的受力面积为：

$A_1=\mathrm{\π}\frac{(d_0^2-d_1^2)}{4}$

式中：d₀---阀芯的外径；

d₁---阀座孔的直径。

那么安全阀打开的临界条件是：

$F_S=(p_S-p_2)A_1=(p_S-p_2)\mathrm{\π}\frac{(d_0^2-d_1^2)}{4}$

式中：p_S---高压腔H的压强；

p₂---低压腔L的压强；

F_S---弹簧预紧力。

因此相同的开启压力p_s，采用本实施例的安全阀双螺杆泵，安全阀2所需要的弹簧预紧力F_s会比现有技术中的弹簧的预紧力F_s要小很多，也就是说本实施例中的安全阀2所选弹簧的线径也就相应的比现有技术总弹簧的线径小很多，便于安全阀2的制造加工。

假定安全阀2开启时，入口处的流速为v₁、压力为p₁；出口处的流速为v₂、压力为p₂；高压腔H入口处的压力为p_S，高压腔H内的流速为v_s。

由流体力学知，当液流流经阀口时，由于液流速度发生改变，将有液流作用力(液动力)作用于阀芯上。在安全阀2中的液动力是指安全阀2开口一定时，由于流经阀芯204与阀座孔206开口的液流面积的改变而引起液流速度的改变，导致液流动量的变化而产生的一个作用力，这个作用力也可称为动反力。这个作用力力可以分解为轴向分力和侧向分力。由于阀芯204和阀座孔206都是圆柱形的，因此沿阀芯204圆周的侧向分力互相抵消了，液动力就只剩下轴向分力。

液动力的轴向分力用下式计算：

F_a＝ρQv cosα

式中：ρ---液体密度；

Q---流经阀芯与阀座孔开口的流量；

v---为阀芯与阀座孔开口处的液流速度；

α---为阀芯半锥角。

由于液动力是一个动反力，因此液动力的轴向分力方向总是与液流速度的轴向分速度方向相反。因此不管阀芯204安装在高压腔H还是低压腔L，液动力的轴向分力方向总是由低压腔L指向高压腔H方向。

本实施例的安全阀2开启后，液体稳定流动时，应用动量法则，作用在安全阀2阀芯204上的稳态轴向推力P_s为：

P_S＝P₁+F_q

＝(p_S-p₂)A₁+ρQv₂cosα

式中：P₁---阀芯外底面的液压力，

F_q---液体流经阀口的液动力。

由于液动力F_q方向与液压力P₁方向相同，两个力的方向都是使安全阀2开口趋于全开，因此本实施例用于双螺杆泵的安全阀2，线接触密封时，在规定的开启压力下比现有技术的双螺杆泵的安全阀更容易达到全开状态，这样在高压腔H压力超过规定压力时，采用本实施例的安全阀2会很快的回流，避免泵排出端压力继续上升而导致泵过载。

实施例2

如图4所示，本实施例中，安全阀2为面接触密封型。安全阀2的阀座孔206开有倒角，阀芯204端部的倒角与阀座孔206的倒角面接触密封。阀芯204外径d₀与阀座孔206倒角后的直径d₂之比d₀/d₂为1.1～1.5。申请人经多次试验验证得出，阀芯204外径d₀与阀座孔206的倒角直径d₂的比例在这个范围内时，安全阀2的性能最佳。

阀芯204外底面在高压腔H的受力面积为：

$A_1=\mathrm{\π}\frac{(d_0^2-d_2^2)}{4}$

式中：d₀---阀芯的外径；

d₂---阀座孔倒角后的直径。

那么安全阀打开的临界条件是：

$F_S=(p_S-p_2)A_1=(p_S-p_2)\mathrm{\π}\frac{(d_0^2-d_2^2)}{4}$

式中：p_S---高压腔H的压强；

p₂---低压腔L的压强；

F_S---弹簧预紧力。

因此相同的开启压力p_s，采用本实施例的安全阀双螺杆泵，安全阀2所需要的弹簧预紧力F_s会比现有技术中的弹簧的预紧力F_s要小很多，也就是说本实施例中的安全阀2所选弹簧的线径也就相应的比现有技术总弹簧的线径小很多，便于安全阀2的制造加工。

安全阀2开启后，液体稳定流动时，应用动量法则，作用在安全阀2阀芯204上的稳态轴向推力P_s为：

P_S＝P₁+P₂+F_q

＝(p_S-p₂)A₁+∫p₂2πrdr+ρQv₂cosα

式中：P₁---阀芯外底面的液压力；

P₂---阀座孔倒角上的压力积分；

F_q---液体流经阀口的液动力。

由于稳态轴向力表达式的第二项倒角上的压力积分P₂与液压力P₁方向相同，并且第三项项液动力Fs与液压力P₁方向也相同，三个力的方向都是使安全阀开口趋于全开，因此本实施例的双螺杆泵的面接触密封安全阀在规定的开启压力下，比现有技术的双螺杆泵的安全阀更容易达到全开状态，这样在高压腔压力超过规定压力时采用本实施例的安全阀会很快的回流，避免泵排出端压力继续上升而导致泵过载。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。