专利名称：气锁式气体减压阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气锁式气体减压阀。专门用于氮气增压消防给水设备上。
至今为止，这类消防给水设备，例如北京长城给水设备厂的XQG系列消防气压给水设备等，它们的氮气增压系统均由高压氮气瓶、气体减压阀、电磁阀以及其管路等组成的。在平时，把减压阀的出口压力P2调节到略大于消防压力Px，然后用电磁阀截止氮气流动，一旦有火警信号则依靠蓄电池的电源，通电打开电磁阀，从而氮瓶内高压氮气在减压阀上降压到消防压力，经电磁阀流入气压水罐增压，把其内的水压入消防管网，实施停电情况下的自动消防。
这种氮气增压方案的最大问题是很难长期保持氮气瓶内的高压氮气。因为，已调节好出口压力P2的减压阀，其内部始终处于力的平衡状态，关不死减压活门，不起密封作用，而在减压阀出口管路上的电磁阀，因电磁力所限，仅靠弱弹簧力关闭先导活门，很难做到一丝不漏，只有它漏气，则减压阀为保持出口压力，微微自动打开减压活门补气，直到氮气瓶内氮气全部耗尽为至。由于以上原因，这种氮气增压消防系统至今还未找到一个成功之例。
鉴于以上情况，本实用新型的目的是提供一种气锁式减压阀，在平时用控制压力Pk锁住主弹簧的作用力，关闭减压活门，借助该活门上方的高压P1牢牢密封活门，严防氮气泄漏，一旦有火警，立刻排掉控制气压(Pk=0)，释放主弹簧力，迅速打开减压活门，实施停电情况下可靠地自动消防。这种气锁式减压阀，本文简称QY阀。
至于控制压力Pk的长期维持和适时控制问题，将在另一项专利申请-增压控制阀上详细披露，本文中均省略。
下面，结合附图、介绍本实用新型-气锁式减压阀的主要结构和工作原理。
图1是气锁式减压阀的设计结构。
图2是采用QY阀的氮气增压消防给水系统。
本实用新型的设计结构，见
图1。它包括上阀体(1)内的减压部分；中阀体(2)内的气锁部分和下阀体(3)的调节机构；用螺栓(4)固紧上、下阀体，而中、下阀体用螺纹串联。
1)上部减压部分由进口高压管接头(1.1)、出口低压管接头(1.2)和本体这三部分焊接成一体的上阀体(1)，首先在其中心孔内放入密封垫(1.3)、刀口型密封阀座(1.4)、金属与橡胶硫化成一体的减压活门(1.5)以及副弹簧(1.6)，拧紧上阀盖(1.7)。这时阀座(1.4)被压紧，副弹簧和减压活门处于上阀盖中部导向孔内，减压活门能上下移动并靠副弹簧力关闭阀座。然后，在阀座(1.4)的中心导向孔内安放开有四个排气槽的顶盘(1.8)，在阀体的下部低压腔内套上带有O形密封圈(1.9)的敏感活塞(1.10)，构成气锁式减压阀的上部减压部分。
2)中部气锁部分在中阀体(2)上焊有引导控制压力Pk的两个管接头(2.1)，首先在阀体中部空腔内设置带有O形密封圈(2.2)的锁紧活塞(2.3)，在这个活塞的中心孔内插入传力杆(2.4)，然后在中阀体下段内螺纹上拧紧下阀体(3)，构成气锁式减压阀的中部气锁部分。
3)下部调节机构下阀体(3)的中部是大空腔，其内安放主弹簧(3.3)，顶部设置导向套(3.1)，该套中部空腔与传力杆(2.4)之间的环形空间安放返回弹簧(3.2)，在主弹簧的下端部套上带有两个导向销子(3.6)的压簧套(3.5)，该套的中心螺纹孔内拧有调节螺杆(3.4)的上段部，该螺杆的下段部插入下阀盖(3.7)的中心孔，在其凸出部套上防松螺母(3.8)和挡圈(3.9)，用开口销(3.10)固定挡圈。而压簧套上的两个导向销子(3.6)嵌在下阀体下段内孔槽中，使压簧套沿下阀体内壁上下移动，最后拧紧下阀盖(3.7)，构成气锁式减压阀的下部调节机构。
4)把上部减压部分，中部气锁部分和下部调节机构这三部分串联的气锁式减压阀，当反时针方向旋转调节螺杆(3.4)时，压簧套(3.5)沿着下阀体(3)的下段内孔槽向上移动，压缩主弹簧(3.3)，产生与敏感活塞(1.10)上部气动力相平衡的调节力，当锁紧活塞(2.3)上部控制气压Pk=0时，该调节力向上推动导向簧(3.1)、传力杆(2.4)、敏感活塞(1.0)、顶盘(1.8)，顶开减压活门(1.5)。这时，返回弹簧(3.2)向上推动锁紧活塞(2.3)，使该活塞下表面与导向套(3.1)的上表面脱离接触。与此相反，当控制压力Pk大于设计压力时，锁紧活塞(2.3)上部气动力大于主弹簧的最大调节力，向下推动锁紧活塞和导向套(3.1)，向下压缩主弹簧，从而在副弹簧(1.6)和高压气体压力P1的作用下，敏感活塞(1.10)和顶盘(1.8)向下移动，并把减压活门(3.5)牢牢关闭在阀座(1.4)的上表面。
把气锁式气体减压阀用于氮气增压消防给水系统时，其管路连接如图2。在图中，QS-气压水罐， ZK-增压控制阀， N2-氮气瓶，QP-气瓶阀，QY-本实用新型阀，QA-气锁式安全阀J--截止阀，SJ-ZK阀上的手动截止阀， Pk-控制压力，P1-QY阀入口压力， P2-QY阀出口压力。
在这时，QY阀的高压管接头(1.1)用高压导管与氮气瓶顶部气瓶阀(QP)的出口相连接，而QY阀的低压管接头(1.2)用低压导管再经截止阀(J)与气压水罐(QS)的顶部相连接，然后该阀的另两个管接头(2.1)用控制管路分别连接到增压控制阀(ZK)和气锁式安全阀(QA)上。
下面，结合
图1和图2，进一步介绍本实用新型的工作原理，即设定QY阀的出口压力P2、锁紧密封以及解锁增压消防等的工作过程。
1．QY阀出口压力的设定1)首先关闭QY阀出口管路上的截止阀(J)，然后分别打开增压控制阀(ZK)上的手动截止阀(SJ)和气瓶阀(QP)，则氮气瓶(N2)内的高压氮气经QP阀，从管接头(1.1)流入减压活门(1.5)前边的高压腔。
2)然后，卸掉护罩(3.11)，反时针方向旋转调节螺杆(3.4)，则正如前述，压簧套(3.5)向上移动，逐渐使主弹簧(3.3)压缩，当该弹簧力大于减压活门(1.5)上方高压气动力和副弹簧(1.6)的合力时，微微顶开减压活门。在这时，流入高压腔的氮气，在阀座(1.4)和减压活门(1.5)之间形成的微小缝隙上被降压之后，流入敏感活塞(1.10)的上方，使减压阀的出口压力逐步上升，直到敏感活塞上方气动力平衡主弹簧的调节力为止。
3)继续旋转调节螺杆，提高减压阀的出口压力P2，当它上升到略高于所要求的消防压力Px，即达到P2=Px+(0.05～0.07)，Mpa时，停止旋转调节螺杆。然后，拧紧防松螺母(3.8)，盖上护罩(3.11)，就此结束QY阀的调节过程。
2．减压阀的锁紧密封1)为防止减压活门漏气，先关闭ZK阀上的手动截止阀(SJ)。则QY阀出口的气体经ZK阀，从管接头(2.1)进入锁紧活塞(2.3)的上部，形成气控压力Pk。
2)当Pk上升并超过设计压力[Pk]时，正如前述，锁紧活塞向下移动，压缩主弹簧(3.3)，锁住其调节力，从而敏感活塞(1.10)亦向下移动，关闭减压活门，高压氮气压力P1将活门牢牢压紧在阀座(1.4)的上表面，严防氮气泄漏。
3)在这时，打开QY阀出口管路上的截止阀(J)，从此无论出口压力P2怎样变化，只要保持控制压力Pk不变，则减压活门(1.5)始终处于牢牢关闭密封状态，长期维持氮气瓶(N2)内的高压氮气。
3．QY阀的解锁增压消防过程1)倘若发生火警，一旦消防管网用水灭火，则气压水罐(QS)内的水经增压控制阀(ZK)流入消防管网。这时ZK阀借助水流力，迅速排泄控制压力使Pk=0。
2)返回弹簧(3.2)向上推动锁紧活塞(2.3)，解除主弹簧(3.3)的锁紧状态。
3)被释放的主弹簧的调节力立刻向上推动导向套(3.1)、传力杆(2.4)、敏感活塞(1.10)以及顶盘(1.8)，顶开减压活门(1.5)，使大量的高压氮气在该活门上降压到消防压力Px之后，进入气压水罐(QS)上部增压，迫使罐内的水经过ZK阀，大量压入消防管网，实施停电情况下的自动消防，直到耗尽氮气为止。
综上所述，本实用新型-气锁式气体减压阀，具有如下技术特征1．当控制压力Pk大于设计压力[Pk]、锁紧主弹簧力、减压活门(1.5)被关闭密封时，在阀座(1.4)的刀口上形成的密封比压Pm与活门入口压力P1的比值m=Pm/P1≈ds/(4b)式中，ds-阀座(1.4)的刀峰直径；b-刀口的密封宽度。
倘若，ds=6～10mm，b=0.6mm，则m=2.5～4.2，远大于减压活门橡胶的垫片系数[m]≥0.8的要求，不可能发生漏气现象。因此，锁紧状态的QY阀将是高密封的，可长期维持氮气瓶压力。
2．当控制压力Pk=0时，借助返回婵簧(3.2)，向上推动锁紧活塞(2.3)，把它从导向套(3.1)的上表面脱开，消除了该活塞摩擦力对减压阀力平衡的任何影响。这时，QY阀的手动或自动调节过程均与普通减压阀没有原则区别，可按现代气体减压阀的设计理论，正确处理阀座(1.4)的孔径、敏感活塞直径以及主弹簧(3.3)的刚度这三者之间的匹配关系，则能实现出口压力P2的高精度调节。
3．采用小孔径管接头(2.1)或其前端设置限流孔板(图中未示出)等方法，适当延长(约0.5秒)控制压力Pk→0的排气过程，则借助锁紧活塞上的O型密封圈(2.2)的库伦摩擦阻尼力，可降低主弹簧(3.3)调节力的释放速度和减压活门(1.5)的开启速度，从而可防止减压阀的震荡现象，提高了其工作可靠性。
4．气锁式减压阀的控制压力Pk由水力式增压控制阀(ZK)来自动控制，在减压阀的出口管路上不设由蓄电池控制的电磁阀等，不依靠任何电力，几乎不需要维护管理，大大增加了停电情况下自动消防的可靠性。
由此可见，本实用新型-气锁式气体减压阀，用于消防给水设备的氮气增压系统上时，几乎不需要维护管理的情况下可长期保持氮气瓶气压，一旦有火警，则不依靠任何电力能立即自动打开减压活门，对气压水罐实施高精度的增压供水，从而为开创一种高靠性氮气增压消防给水系统奠定了技术基础。
实施例QY150-10/20气锁式减压阀。
1．设计参数1)入口最高压力 P1max=20MPa；2)出口压力范围 P2=0.5～1.2MPa；3)最大消防流量 Qxmax=15L/S；4)最低控制压力 Pkmin=0.25MPa；5)阀座刀峰直径 ds=φ6.2mm；刀口密封宽度 b=0.6mm；6)敏感活塞直径 Dm=φ68mm；7)主弹簧刚度 Kt=16.872Kgf/mm。
2．减压活门的密封试验1)QY阀入口高压管路尺寸 φ10×5000mm；2)充气压力 P1=18MPa；3)气锁压力 Pk=0.75MPa；4)维持一星期后高压管压力 P1=18MPa，未漏；5)QY阀放入水中检查，不漏。
3．减压阀的突然排气试验1)高压气瓶的容积 V0=50L，充气压力P1=19MPa；2)QY阀高压管路 φ10×8000mm；3)减压阀出口的限流孔径 φ8mm；4)突然泄掉气锁压力时，试验结果Pk=0.7,MPaP1=19,MPa P2=0,MPat=0,s0 18 0.500.5，s0 17 0.65 -0 15 0.70 -0 13 0.64 -0 11 0.64 -0 10 0.64 -0 8 0.64 -0 6 0.64 -0 5 0.64 -0 4 0.64 -0 3 0.64 -0 2 0.58 -0.7 4 0=105,s5)总的排气时间t=105秒内，没有任何震荡现象。
权利要求1．涉及一种气锁式气体减压阀，它包括上阀体(1)内减压部分、中阀体(2)内气锁部分以及下阀体(3)内调节机构等，这三部分串联成一个整体，其特征在于1)由进口高压管接头(1.1)、出口低压管接头(1.2)和本体，这三部分焊接成一体的上阀体(1)的中心孔内，首先放入密封垫(1.3)、刀口型密封阀座(1.4)、金属与橡胶硫化成一体的减压活门(1.5)以及副弹簧(1.6)，然后在该孔上部内螺纹上拧紧上阀盖(1.7)并压紧阀座(1.4)，构成减压阀的高压腔，这时副弹簧与减压活门处于上阀盖的中部导向孔内，减压活门沿该孔内壁能上下移动，并靠副弹簧力关闭阀座，其次在阀座(1.4)的中部导向孔内套入开有四个排气槽的顶盘(1.8)，然后在阀体下部低压腔内套上带有O形密封圈(1.9)的敏感活塞(1.10)之后，再用螺栓(4)把上阀体压紧在中阀体(2)的上端面，构成气锁式减压阀的上部减压部分；2)在中阀体(2)的左右焊有引导控制压力Pk的两个管接头(2.1)，该阀体的中部空腔内设置带有O形密封圈(2.2)的锁紧活塞(2.3)，该活塞的中心孔内插入传力杆(2.4)，该杆的上端面顶敏感活塞(1.10)的下表面，而其下端面座落在导向套(3.1)的中心孔内，然后中阀体的下段螺纹孔内拧紧下阀体(3)，构成气锁式减压阀的中部气锁部分；3)在下阀体(3)的中部大空腔内安放主弹簧(3.3)，其顶部设置导向套(3.1)，该套的中部空腔与传力杆(2.4)之间的环形空间安放返回弹簧(3.2)，然后在主弹簧的下端部套上带有两个导向销子(3.6)的压簧套(3.5)，该套中心螺纹孔内拧进调节螺杆(3.4)的上段部，该螺杆的下段插入下阀盖(3.7)的中心孔内，再其螺杆凸出部分套上防松螺母(3.8)和挡圈(3.9)，用开口销(3.10)固定挡圈，最后把压簧套上的两个导向销子(3.6)嵌入下阀体(3)的下段内孔槽中，拧紧下阀盖(3.7)，构成气锁式减压阀的下部调节机构；4)如此把上部减压阀部分、中部气锁部分以及下部调节机构这三部分串联的气锁式减压阀，当反时针方向旋转调节螺杆(3.4)时，压簧套(3.5)沿着下阀体(3)的下段内孔槽向上移动，压缩主弹簧(3.3)，产生大于敏感活塞(1.10)上部气动力的调节力，当锁紧活塞(2.3)上部的控制气压Pk=0时，该调节力应能向上推动导向套(3.1)、传力杆(2.4)、敏感活塞(1.10)、顶盘(1.8)，并能顶开减压活门(1.5)，从而把入口高压P1能减压到低压P2；与此相反，当Pk大于设计压力时，锁紧活塞(2.3)上部气动力大于主弹簧的最大调节力，向下推动锁紧活塞(2.3)和导向套(3.1)，向下压缩主弹簧，这时在副弹簧(1.6)和高压气体P1的作用下，敏感活塞(1.10)和顶盘(1.8)向下运动，并把减压活门(3.5)牢牢压紧在阀座(3.4)的上表面，严防气体泄漏。
2．根据权利要求1所述的气锁式减压阀，其特征是返回弹簧(3.2)的作用力应大于锁紧活塞(2.3)的摩擦力，当控制压力Pk=0时，该弹簧应能向上推动锁紧活塞，使该活塞的下表面迅速脱离导向套(3.1)的上表面，从而消除该活塞摩擦力对减压阀调节精度的任何影响。
专利摘要本实用新型涉及一种气锁式气体减压阀,它由上部减压部分、中部气锁部分、下部调节机构这三部分串联成一个整体。当已调好出口压力的减压阀,其中部锁紧部分充入控制气压时,锁住减压阀的主弹簧力,关闭减压活门,借助入口的高压,严防气体泄漏。反之,泄掉控制压力时,主弹簧被释放,立即顶开减压活门,以设定的压力供气。在消防给水设备的氮气增压系统上采用这种减压阀,平时锁紧状态下可长期维持氮气瓶压力,一旦有火警,不依靠任何电力,立刻打开减压活门,对气压水罐实施高精度的增压供水,从而高可靠地实现在停电情况下自动给水消防。
文档编号F16K17/04GK2306374SQ9620903
公开日1999年2月3日 申请日期1996年4月25日 优先权日1996年4月25日
发明者朴龙奎 申请人:朴龙奎