阀座及安全阀的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种阀座及安全阀，阀座包括阀座本体，所述阀座本体的一端设有入口、另一端设有出口，所述阀座本体内设有连通所述入口和出口的流体通道；所述流体通道包括轴向上依次连接在所述入口和出口之间的第一通道和第二通道，所述第一通道的内径自连接所述入口的第一端向连接所述第二通道的第二端逐渐减小，并且，所述第一通道的内壁夹角α为18°?21°。本发明的阀座，通过内部流通通道的改进设置，使流通通道的内壁在形状上在直线的倾斜角度上符合流体速度衰减的分布曲线，减少流动阻力，提高流体速度，能有效的提高具有该阀座的安全阀的排放量，进而提高安全阀的产品质量，起到超压保护作用。
【专利说明】
阀座及安全阀
技术领域
[0001] 本发明涉及一种阀座结构，尤其涉及一种阀座及安全阀。
【背景技术】
[0002] 安全阀是锅炉、压力容器和压力管道上极其重要的安全泄压装置，在承压设备或 系统超压时起自动泄压保护作用，其产品质量性能的好坏直接影响承压设备的安全运行。 在评价安全阀质量安全的三大指标一一壳体强度与密封、动作性能和排量性能中，排量性 能指标尤为重要，具体如下：
[0003] (1)安全阀排量不足会导致设备系统超压，造成承压特种设备爆炸；
[0004] (2)增加安全阀排放效率，有助于提高其单位面积排放量，这样，在相同的安全泄 放量要求下，承压特种设备可以实现最小的设备开孔，使应力分布更加合理，确保承压特种 设备安全；
[0005] (3)在应力分布更加合理的情况下，设备的开孔补强等更加易于实现，这样，能节 约大量钢材，使特种设备的生产更加经济合理，同时，也实现了节能减排。
[0006] 因此，安全阀排放效率的提高，能够确保特种设备安全、经济、环保的运行。
[0007] 安全阀排量性能的好坏主要取决于阀座的结构形式。目前，绝大多数安全阀厂家 所生产的阀座的结构形式都是基于拉法尔缩放喷嘴的简单模型设计的，如图1所示。随着流 体流动的方向，阀座呈渐缩状态至喉径do后不再渐缩而呈直管段。
[0008]由于我国相关标准对排量性能未作强制性技术指标要求，相关排量指标按厂家设 计文件要求执行，造成厂家并不足够重视排量性能指标。根据有关试验室的统计，绝大部分 安全阀在进行型式试验的排量测试时，其排放性能并不令人满意。一般行业内约定俗成排 放系数为0.8左右即可。由此可见，基于这种阀座结构形式的安全阀其排量性能具有较大的 改善空间。
[0009] 现有阀座结构形式造成排放性能低下的原因是阀座的设计未充分考虑阀座内流 场的分布。参考图1，根据流体力学的原理，在阀座流动过程中，沿流动方向，流体的压力在 变小，但流体的速度在增加，当达到喉部(do处)时，速度达到当地音速。但由于流体与阀座 壳体边缘的摩擦作用，在靠近阀座壳体边缘时，流体Y轴方向的速度是不断衰减的。当摩擦 增大到一定程度时，喉部(do处)的流体整体或平均流速下降，甚至达不到当地音速。由于排 量是与流速及流道面积成正比，流速越大，流量越大。这样，由于流速的降低，造成流量的下 降。
[0010] 造成流体与阀座壳体边缘的摩擦的原因包括：阀座壳体边缘的表面粗糙度；阀座 壳体边缘的形状。因此，有必要设计一种阀座，尽量减小流体与阀座壳体边缘的摩擦，以提 高流体的流速，提高安全阀的排放性能。
【发明内容】
[0011] 本发明要解决的技术问题在于，提供一种减少流动阻力，提高流体速度的阀座及 安全阀。
[0012] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种阀座，包括阀座本体，所述 阀座本体的一端设有入口、另一端设有出口，所述阀座本体内设有连通所述入口和出口的 流体通道;所述流体通道包括轴向上依次连接在所述入口和出口之间的第一通道和第二通 道，所述第一通道的内径自连接所述入口的第一端向连接所述第二通道的第二端逐渐减 小，并且，所述第一通道的内壁夹角α为18° -21°。
[0013] 优选地，所述第一通道和第二通道相接处的内径d与所述第一通道的长度h的比值 为0.31-0.39。
[0014]优选地，所述第二通道为直管状通道。
[0015] 优选地，所述第二通道的内径与所述第一通道第二端的内径相等。
[0016] 优选地，所述第二通道的长度小于所述第一通道的长度。
[0017]优选地，所述阀座本体的出口呈锥形，并以内径较小的一端连接所述第二通道。
[0018] 优选地，所述出口的内壁与所述流体通道的径向平面之间的夹角为45°-60°。
[0019] 优选地，所述阀座本体包括相连接的第一座体和第二座体，所述第一通道位于所 述第一座体内，所述第二通道位于所述第二座体内。
[0020] 优选地，所述第一座体的外周形状对应所述第一通道的内周形状;和/或，所述第 二座体的外周形状对应所述第二通道的内周形状。
[0021] 本发明还提供一种安全阀，包括以上任一项所述的阀座。
[0022] 本发明的阀座，通过内部流通通道的改进设置，使流通通道的内壁在形状上在直 线的倾斜角度上符合流体速度衰减的分布曲线，减少流动阻力，提高流体速度，能有效的提 高具有该阀座的安全阀的排放量，进而提高安全阀的产品质量，起到超压保护作用；易于实 现工程实际应用。
【附图说明】
[0023]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0024] 图1是现有技术中阀座的结构示意图；
[0025] 图2是本发明一实施例的阀座的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本发明的【具体实施方式】。
[0027] 如图1所示，本发明一实施例的阀座，包括阀座本体10。阀座本体10的一端设有入 口 11，另一端设有出口 12 ;阀座本体10内设有连通入口 11和出口 12的流体通道，供流体通 过。
[0028] 流体通道包括轴向上相连接的第一通道13和第二通道14。第一通道13和第二通道 14依次连接在入口 11和出口 12之间，即：第一通道13与入口 11相接，第二通道14与出口 12相 接，流体通过时从入口 11进入后依次流经第一通道13、第二通道14，再从出口 12流出。
[0029] 第一通道13包括相对连接的第一端和第二端，第一端与入口 11连接，第二端与第 一通道13连接。该第一通道13的内径自第一端向第二端逐渐减小，从而第一通道13整体呈 渐缩结构。并且，第一通道13的内壁夹角α(两相对壁面的夹角)为18°-21°，第二通道14的内 壁呈倾斜直线形，符合流体速度衰减的分布曲线，减少流动阻力，提高流体流速。
[0030] 进一步地，第一通道13和第二通道14相接处的内径d(也称喉径）与第一通道13的 长度h的比值(d/h)为0.31-0.39。
[0031] 第二通道14为直管状通道，其内周各处的内径一致。第二通道14的内径与第一通 道13的第二端内径相等。第一通道13和第二通道14相接处的内径d等于第二通道14的内径， 也等于第一通道13第二端的内径，该内径也是流通通道的最小内径。
[0032] 第一通道13和第二通道14的结合设置，使流体通道形成先缩再放的结构形式，可 以使流体的速度在通道内径最小处达到当地音速，或进一步提升超过当地音速。
[0033] 本实施例中，第二通道14的长度小于第一通道13的长度。
[0034]阀座本体10的入口 11的内径可稍大于第一通道12第二端的内径。
[0035]阀座本体10的出口 12呈锥形，并以内径较小的一端连接第二通道14,从而出口 12 呈扩口结构，提高流体流出速度。本实施例中，出口 12的内壁与流体通道的径向平面之间的 夹角β为45°-60°。
[0036] 进一步地，阀座本体10包括相连接的第一座体1和第二座体2,第一通道13位于第 一座体1内，第二通道14位于第二座体2内。
[0037] 第一座体1的外周形状也可大致对应第一通道13的内周形状设置，从而整体呈渐 缩的管状，并以直径较小的一端连接第二座体2。第二座体2的外周形状可对应第二通道14 的内周形状设置，使得该第二座体2的整体呈直管状。
[0038] 对应入口 11的第一座体1外周还设有凸出的台阶，方便与阀座的其他构件或流体 管道相配合连接。
[0039] 本发明的阀座适用于但不限于安全阀。
[0040] 本发明一实施例的安全阀，包括上述的阀座。
[0041]以下通过阀座的各种选择设置来测量其排量系数：
[0042] 在安全阀中，在不改变反冲盘结构形式及其开启高度的前提下，将阀座中第一通 道13的内壁夹角α设置为11°、18°、21°、24°，排量系数测量结果如下表1。
[0043] 表1.
[0044]
[0045] 从表1中数据可知，阀座第一通道13的内壁夹角采用18°时，排放性能最优。
[0046] 在安全阀中，在不改变反冲盘结构形式及其开启高度的前提下，将阀座的第一通 道13和第二通道14相接处的内径/第一通道13的长度(d/h)设置为：25/120、32/104、40/ 104、50/104,排量系数测量结果如下表2。
[0047] 表2.
[0048]
[0049] 从表2中数据可知，当d/h > 0.39时，排量系数大幅度下降。当d/h <0.31时，排量系 数虽有提高，但其提升幅度不高，效果不理想;而且，由于喉径的限制，其总排量较其余三种 比值要少的多，考虑到制造成本以及材料节约等方面问题，此比值下排量系数虽高但其在 工程实际却应用不大。因此，d/h的比值优选0.31 -0.39。
[0050] 综上，本发明的安全阀，通过阀座的设置，有效的提高安全阀的排放量，进而提高 安全阀的产品质量，起到超压保护作用。
[0051] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种阀座，包括阀座本体（10)，所述阀座本体(1 ο)的一端设有入口（ 11)、另一端设有 出口（ 12 )，所述阀座本体（10 )内设有连通所述入口（ 11)和出口（ 12 )的流体通道;其特征在 于，所述流体通道包括轴向上依次连接在所述入口（11)和出口（12)之间的第一通道（13)和 第二通道(14)，所述第一通道(13)的内径自连接所述入口（11)的第一端向连接所述第二通 道(14)的第二端逐渐减小，并且，所述第一通道(13)的内壁夹角α为18°-21°。2. 根据权利要求1所述的阀座，其特征在于，所述第一通道（13)和第二通道（14)相接处 的内径d与所述第一通道(13)的长度h的比值为0.31-0.39。3. 根据权利要求1所述的阀座，其特征在于，所述第二通道(14)为直管状通道。4. 根据权利要求3所述的阀座，其特征在于，所述第二通道（14)的内径与所述第一通道 (13) 第二端的内径相等。5. 根据权利要求1所述的阀座，其特征在于，所述第二通道（14)的长度小于所述第一通 道(13)的长度。6. 根据权利要求1所述的阀座，其特征在于，所述阀座本体（10)的出口（12)呈锥形，并 以内径较小的一端连接所述第二通道(14)。7. 根据权利要求6所述的阀座，其特征在于，所述出口（12)的内壁与所述流体通道的径 向平面之间的夹角β为45°-60°。8. 根据权利要求1 _7任一项所述的阀座，其特征在于，所述阀座本体（10 )包括相连接的 第一座体（1)和第二座体(2)，所述第一通道（13)位于所述第一座体（1)内，所述第二通道 (14) 位于所述第二座体(2)内。9. 根据权利要求8所述的阀座，其特征在于，所述第一座体（1)的外周形状对应所述第 一通道（13)的内周形状;和/或，所述第二座体(2)的外周形状对应所述第二通道（14)的内 周形状。10. -种安全阀，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的阀座。
【文档编号】F16K17/00GK105937654SQ201610465237
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】孙琦, 谢青延, 谢常欢
【申请人】深圳市特种设备安全检验研究院