释压阀的制作方法

专利名称：释压阀的制作方法
释压阀
相关申请的引用本申请要求2010年5月20日提交的美国专利申请No. 12/784,417的优先权的益处， 该申请的全部内容通过引用而结合在本文中。技术领域
本公开涉及释压阀，并且更具体而言，涉及适于用于多个服务应用中的释压阀。
背景技术：
典型地，释压阀可用来控制或限制系统或容器中的例如可由于工艺失常、仪器或 装备失效或着火而增大的压力。可通过允许加压流体通过释压阀从辅助通道流出系统来释 放压力。可将释压阀设计或设定成在预定的设定压力下打开，以保护压力容器和其它装备 免受超过它们的设计极限的压力。
在一些情况下，释压阀可结合在过压情形期间负责将流体流从管道引导到排出系 统的喷嘴。喷嘴中的最小直径(即，“控制直径”或孔)可至少部分地担负释压阀的流或释 压容量。另外，由于可压缩的流体介质(例如气体)和不可压缩的流体介质(例如液体)之 间的流体属性的差异，可能需要取决于流体介质类型(即，可压缩的或为可压缩的)来更换 和/或调节释压阀的一个或多个构件。构件(一个或多个)(诸如例如，盘保持器)的这种 变化是必要的，因为各个流体对释压阀的“质量-弹簧-阻尼器”系统施加的力响应不同。
另外，质量-弹簧阻尼器系统的运行可涉及满足或超过释压阀的某些规章要求。 例如，这样的规章要求可施加限制于设定压力容差(例如，±2 psi或设定压力的±3%)、回 座压差(blowdown)(例如，小于或等于3 psi或设定压力的7%),释压阀释压操作(例如,在 高于设定压力10%处的检定容量处或以上)，以及“频跳”或“颤振”(例如，在正常的释压阀 运行期间没有“频跳”或“颤振”)。为了本公开，“设定压力”可限定为这样的入口压力，即， 在该入口压力下，释压阀在服务状况下开始打开(即，第一可测提升)。而且，为了本公开， “回座压差”可限定为设定压力和释压阀的再密封压力之间的差异，将其表示为设定压力的 百分比。另外，为了本公开，“频跳”可限定为释压阀的可动部件异常地往复运动，其中，盘接 触释压阀的喷嘴，并且“颤振”可限定为释压阀的可动部件异常地快速往复运动，其中，盘不 接触喷嘴。发明内容
在一个一般的实施例中，一种释压阀包括基部、阀帽、喷嘴和盘。基部包括流体入 口和流体出口。阀帽附连到基部上，并且基部和阀帽限定与流体入口和流体出口处于流体 连通的腔体。喷嘴设置在流体入口内，并且附连到基部上，并且喷嘴包括基本环形座部、基 本圆柱形座部入口，以及与座部入口处于流体连通的基本圆柱形孔。孔直径和座部直径之 间的比是约束比。盘设置在盘保持器内，并且包括面向流体入口的表面，以在表面上接收第 一流体压力。在阀在关闭位置上时，盘适于接触座部，以及密封流体入口，以基本阻止流体入口和腔体之间的流体连通。盘和盘保持器适于由于第一流体压力增大到第二流体压力而 被推动，使得盘和座部之间的接触在第二流体压力下被移除，以允许流体入口和腔体之间 有流体连通。盘、盘保持器和喷嘴中的至少一个的一个或多个尺寸是座部直径的函数，并且 由约束比限制。
在另一个一般的实施例中，一种释压阀包括包含流体入口和流体出口的基部、附 连到基部上的阀帽，以及压力控制系统。阀在流体入口处具有基本等于这样的压力的设定 压力，即，在该压力下，在流体入口和流体出口之间建立流体连通。阀在流体入口处具有基 本等于这样的压力的再密封压力，即，在该压力下，流体入口和流体出口之间的流体连通基 本停止。基部和阀帽限定与流体入口和流体出口处于流体连通的腔体。压力控制系统构造 成接收第一流体，以及调控第一流体，使得在阀对第一流体进行操作期间，设定压力和再密 封压力之间的差异在设定压力的预定百分比内。第一流体是基本全部气体或基本全部液体 中的一个。压力控制系统构造成接收第二流体，以及调控第二流体，使得在阀对第二流体进 行操作期间，设定压力和再密封压力之间的差异在设定压力的预定百分比内。如果第一流 体是基本全部气体，则第二流体是基本全部液体，并且如果第一流体是基本全部液体，则第 二流体是基本全部气体。
在另一个一般的实施例中，一种用于使用释压阀的方法，释压阀具有包括流体入 口和流体出口的基部；在流体入口处的基本等于这样的压力的设定压力，即，在该压力下， 在流体入口和流体出口之间建立流体连通；以及在流体入口处的基本等于这样的压力的再 密封压力，即，在该压力下，流体入口和流体出口之间的流体连通基本停止，该方法包括以 下步骤对流体入口提供液体，使得在阀对液体进行操作期间，设定压力和再密封压力之间 的差异在设定压力的预定百分比内；以及在不修改阀的情况下，对流体入口提供气体，使 得在阀对气体进行操作期间，设定压力和再密封压力之间的差异在设定压力的预定百分比 内。
在另一个一般的实施例中，一种用于使用释压阀的方法，释压阀具有包括流体入 口和流体出口的基部；在流体入口处的基本等于这样的压力的设定压力，即，在该压力下， 在流体入口和流体出口之间建立流体连通；以及在流体入口处的基本等于这样的压力的再 密封压力，即，在该压力下，流体入口和流体出口之间的流体连通基本停止，该方法包括以 下步骤对流体入口提供气体，使得在阀对气体进行操作期间，设定压力和再密封压力之间 的差异在设定压力的预定百分比内；以及在不修改阀的情况下，对流体入口提供液体，使 得在阀对液体进行操作期间，设定压力和再密封压力之间的差异在设定压力的预定百分比 内。
在一个或多个一般的实施例的一方面，约束比的范围可介于大约O. 7500和大约 O. 9850 之间且包括 O. 7500 和 O. 9850。
在一个或多个一般的实施例的一方面，阀可具有基本等于第二流体压力的设定压 力，并且阀可在流体入口处具有基本等于第三流体压力的再密封压力，在第三流体压力下， 流体入口和流体出口之间的流体连通基本停止。在阀对气体流体进行操作期间，当约束比 在范围内时，设定压力和再密封压力之间的差异可在设定压力的大约7%内。
在一个或多个一般的实施例的一方面，阀可具有基本等于设定压力的大约110% 的过压，并且当约束比在范围内时，流体入口和流体出口之间的流体连通可在过压下达到阀的全容量流率。
在一个或多个一般的实施例的一方面，阀可具有基本等于第二流体压力的设定压 力，并且阀可在流体入口处具有基本等于第三流体压力的再密封压力，在第三流体压力下， 流体入口和流体出口之间的流体连通基本停止。在阀对液体流体进行操作期间，当约束比 在范围内时，设定压力和再密封压力之间的差异可在设定压力的大约10%内。
在一个或多个一般的实施例的一方面，理想约束比可为大约O. 9617。
在一个或多个一般的实施例的一方面，基于约束比，通过按经验得出的约束公式， 使盘、盘保持器和喷嘴中的至少一个的一个或多个尺寸可与座部直径相关联。
在一个或多个一般的实施例的一方面，约束公式可包括下者中的一个或多个盘 保持器的外径基本等于座部直径的1. 8611倍；盘保持器外角起点直径基本等于座部直径 的1. 6937倍；盘保持器内角起点直径基本等于座部直径的1. 2404倍；盘直径基本等于座 部直径的1. 1763倍；盘内角起点直径基本等于座部直径的O. 9466倍；座部着落部外径基 本等于座部直径的1. 0899倍；喷嘴的外径基本等于座部直径的1. 2734倍；调节环的着落 部的外径基本等于座部直径的1. 3606倍；调节环的外径基本等于座部直径的1. 4470倍； 距内角起点直径的距离基本等于座部直径的O. 1790倍；距外角起点直径的距离基本等于 座部直径的O. 1122倍；盘离隙深度基本等于座部直径的O. 02671倍；调节环的着落部的高 度基本等于座部直径的O. 02850倍；喷嘴的顶部凸脊的高度基本等于座部直径的O. 03117 倍；并且从盘座部到盘保持器的离开穴口的第一台阶的距离基本等于座部直径的O. 03206 倍。
在一个或多个一般的实施例的一方面，约束公式可包括下者中的一个或多个盘 保持器上的外角基本等于72度；当约束比介于大约O. 9500和大约O. 9850之间且包括 O. 9500和O. 9850时，盘保持器上的内角基本等于30度，并且当约束比介于大约O. 7500和 大约O. 9500之间且包括O. 7500和O. 9500时，盘保持器上的内角基本等于-101. 1927乘以 约束比再加上127. 3180度；盘内角基本等于45度；调节环的过渡角基本等于30度；并且 孔到座部的过渡角基本等于45度。
在一个或多个一般的实施例的一方面，阀可包括具有孔的调节环，孔用于接收通 过其中的喷嘴。设定压力和再密封压力之间的差异可至少部分地以调节环在喷嘴上的位置 为基础。
在一个或多个一般的实施例的一方面,压力控制系统可包括喷嘴，其从基部的外 部延伸通过流体入口且进入到腔体中，并且具有沿着喷嘴的顶部的承座表面；具有着落表 面的盘，着落表面适于密封地接合承座表面，使得基本阻止流体入口和腔体之间的流体连 通；以及盘保持器，其设置在腔体内，并且具有适于接合和保持盘的孔口。
在一个或多个一般的实施例的一方面，喷嘴可包括具有座部直径的座部入口和具 有孔直径的孔部分，并且孔直径和座部直径之间的比是约束比。
在一个或多个一般的实施例的一方面，对流体入口提供液体使得在阀对液体进行 操作期间设定压力和再密封压力之间的差异在设定压力的预定百分比内可包括对流体入 口提供液体，使得在阀对液体进行操作期间，设定压力和再密封压力之间的差异在设定压 力的第一预定百分比内。在不修改阀的情况下对流体入口提供气体使得在阀对气体进行操 作期间设定压力和再密封压力之间的差异在设定压力的预定百分比内可包括在不修改阀的情况下，对流体入口提供气体，使得在阀对气体进行操作期间，设定压力和再密封压力之 间的差异在设定压力的第二预定百分比内。
在一个或多个一般的实施例的一方面，第一预定百分比可大约等于10%，而第二预 定百分比可大约等于7%。
在一个或多个一般的实施例的一方面，阀可进一步包括设置在流体入口中的喷嘴 和在第一位置处设置在喷嘴的外表面周围的调节环，使得在阀对液体和气体进行操作期 间，当调节环在第一位置处时，设定压力和再密封压力之间的差异在设定压力的预定百分 比内。沿着喷嘴，沿朝向流体入口的方向，将调节环调节到不同于第一位置的第二位置，可 导致在阀对液体和气体进行操作期间，在调节环在第二位置处时，设定压力和再密封压力 之间的差异在设定压力的第二百分比内，该第二百分比小于预定百分比。
在一个或多个一般的实施例的一方面，预定百分比可为大约10%。
在一个或多个一般的实施例的一方面，对流体入口提供气体使得在阀对气体进行 操作期间设定压力和再密封压力之间的差异在设定压力的预定百分比内可包括对流体入 口提供气体，使得在阀对气体进行操作期间，设定压力和再密封压力之间的差异在设定压 力的第一预定百分比内。在不修改阀的情况下对流体入口提供液体使得在阀对液体进行操 作期间设定压力和再密封压力之间的差异在设定压力的预定百分比内可包括在不修改阀 的情况下，对流体入口提供液体，使得在阀对液体进行操作期间，设定压力和再密封压力之 间的差异在设定压力的第二预定百分比内。
在一个或多个一般的实施例的一方面，第一预定百分比可大约等于7%，而第二预 定百分比可大约等于10%。
根据本公开的释压阀(PRV)的多种实现可包括以下特征中的一个或多个。例如， PRV可在可压缩的介质和不可压缩的介质两者上实现关于若干属性(即，释压能力、回座压 差、设定点容差和频跳)的行业性能规范(例如，ASME的第VIII部分和/或API标准521、 526和/或527)。PRV可在可压缩的介质和不可压缩的介质两者上实现这种规范。例如， PRV可在不对PRV的构件进行任何调节的情况下允许在介质之间切换。作为另一个示例， PRV可在不调节盘和/或盘保持器的情况下在可压缩的介质和不可压缩的介质两者上实现 这种规范。另外，PRV可在不调节或修改PRV的调节环的情况下在可压缩的介质和不可压 缩的介质两者上实现这种规范。
根据本公开的释压阀(PRV)的多种实现也可包括以下特征中的一个或多个。PRV 可包括最佳几何尺寸的一个或多个构件，诸如盘、盘保持器、喷嘴和/或调节环，以及其它 构件。基于PRV的孔和座部的尺寸比，PRV可包括这样的最佳尺寸。作为另一个示例，通过 减少满足多种不同服务所需的不同阀构件的数量，PRV可允许提高制造效率。通过允许阀 用户保持单个PRV可用于液体和气体服务两者,PRV也可允许减少存货。作为另一个示例， 与专门为气体服务设计的典型释压阀相比，PRV可在液体服务中提供更好的性能(例如，较 少频跳)。另外，与专门为液体服务设计的典型释压阀相比，PRV可在气体服务中提供更好 的性能(例如，回座压差较小)。作为又一个示例，与传统释压阀相比，PRV可具有改进的设 定压力容差，包括不同介质类型之间的改进的容差。而且，与传统释压阀相比，PRV可有利 于改进流容量。
可使用装置、系统或方法或者装置、系统或方法的任何组合来实现一般和特定的方面。在附图中以及在以下描述中阐述一个或多个实现的细节。根据描述和图，以及根据 权利要求，其它特征、目标和优点将是显而易见的。


图1A-B示出根据本公开的释压阀(PRV)的一个实现的截面图；图2A-C示出根据本公开的、在多个运行阶段的PRV的一个实现的某些构件的截面图， PRV包括盘保持器、盘、调节环和喷嘴；以及图3A-F示出根据本公开的PRV的一个实现的一个或多个构件的几何尺寸。
具体实施方式
根据本公开的释压阀(PRV)可包括盘、盘保持器、喷嘴和质量-弹簧-阻尼器系 统，它们允许在流体的流体压力超过预定阈值时，通过运行PRV来释放系统(诸如系统或压 力容器)内的流体(例如，气体、液体或多相流体)。在一些实施例中，PRV可用于液体、气 体和多相应用，同时满足一个或多个行业性能标准(例如，回座压差、设定压力容差、释压 操作和其它标准)，而不针对特定的服务介质改变PRV的任何构件，诸如盘保持器、盘或其 它构件。在一些实施例中，PRV的构件之间和/或PRV的构件之中的一个或多个几何关系 可允许在液体介质和气体介质之间的双重操作，而不在这种操作之间修改这样的构件。
图1A-B示出释压阀(PRV)IOO的一个实现的截面图。大体上，PRV 100在入口 110 处以及通过入口 110接收流体101 (例如，气体或液体或多相流体)，并且将流体101引导到 PRV 100的出口 115，以及引导流体101通过PRV 100的出口 115，以便释放系统内的压力。 例如，PRV 100典型地与诸如管道或通道系统内的压力容器、热交换器、机械装备(例如，压 缩机、涡轮和其它)的构件处于流体连通，并且可用来控制或限制这种系统中的可由于工 艺失常、仪器或装置失效、着火或其它事件而增大的压力，这包括这样的容器、热交换器和/ 或装备。通过运行PRV 100，通过允许加压流体在预定压力设定点下从入口 110流过出口 115，来释放压力。例如，PRV 100可设计或设定成在预定设定压力下打开，以保护压力容器 和其它装备免受超过它们的设计极限的压力。
PRV 100包括至少部分地封闭喷嘴120且封闭调节环125、盘135和盘保持器140 的基部105。基部105在PRV 100的入口 110处接收(例如以螺纹的方式)喷嘴120，在 示出的实施例中，基部105在出口 115处包括带凸缘连接部。大体上，喷嘴120可为在PRV 100的打开位置和关闭位置(显示图2A-C)两者上持续地接触流体101的压力容纳构件。
基部105也可在入口 110处包括带凸缘连接部，或者备选地，基部105可在入口 110和出口 115中的一个或两者处包括其它连接机构(例如，带凹槽的管连接件、对接焊缝 或别的)。在一些实施例中，基部105在出口 115附近的部分可比基部105在入口 110附 近的部分具有更低的压力定额，因为例如流体101的流体压力在出口 115处相对于在入口 110处降低。
PRV 100还包括(至少部分地)封闭心轴160的帽180和阀帽145，心轴160通过 锁定螺母185、调节螺杆175、弹簧垫圈170、弹簧165和心轴头155中的一个或多个以螺纹 的方式接合。大体上，阀帽145在一端处机械地联接(例如，通过一个或多个螺栓和锁定螺 母)到基部105上，而帽180在第二端处机械地联接(例如，以螺纹的方式)到阀帽145上。通过螺母185刚性地联接到阀帽145上的调节螺杆175以引导的方式允许心轴160在PRV 100的运行期间，在帽180和阀帽145内沿竖向振荡。
PRV 100还包括导引件150，导引件150接收通过其中的盘保持器140的至少一部分。典型地，盘135、盘保持器140、弹簧垫圈170、心轴160、心轴头155和弹簧165包括“质量-弹簧-阻尼器”系统，该系统用来对流体101在通过喷嘴120接触盘135时所施加的流体力作出响应。盘保持器140包括在顶部端处的接收孔口，以便以接收的方式接合心轴头155，使得力可从盘保持器140传递到心轴头155，并且从而，传递到弹簧垫圈170和弹簧 165。例如，当大于弹簧165的弹簧力的向上流体力施加于盘135 (并且从而通过盘保持器 140、心轴头155和弹簧垫圈170传递到弹簧165)时，弹簧165可受:压压缩,从而推动心轴 160向上通过调节螺杆175。同样,在弹簧165的弹簧力大于流体力时,弹簧165扩张,从而向下推动心轴160 (以及心轴头155、盘保持器140和盘135)向下。
调节环125与喷嘴120的顶部部分接合(例如，以螺纹的方式)。典型地，通过旋紧或旋松喷嘴120上的环125，可在喷嘴120上向上和/或向下调节调节环125。通过调节调节环125相对于喷嘴120的顶部端的位置(即高度)，也可调节回座压差或回座压力。例如，当调节环125向上移动时，回座压差增大，从而降低回座压力。备选地，当调节环125向下移动时，回座压差减小，从而增大回座压力。在一些实施例中，在将PRV 100投入使用之前，可将调节环125以及因此PRV 100预先设定在预定位置处。在这样的实施例中，预先设定可减少在服务中PRV 100 “起座(popping) ”( S卩，对PRV 100施加设定压力，使得能够显著地提升盘和/或盘保持器)以确定已经恰当地设定调节环125而获得必要的提升和释放能力的需要。
环销130从基部105的外部的位置延伸通过基部105，并且操作来将调节环125 固定到喷嘴120上的某个位置处(例如，竖向位置)。当环销130可旋转地从基部105被移除，或者部分地从基部105被移除时，可调节(即，向上或向下移动)调节环125。例如， 调节环125可具有沿周向布置在环125的外表面周围的多个竖向凹槽。在一些实施例中， 调节环125具有30个凹槽；备选地，调节环125可具有更少或更多凹槽(例如，16,42个凹槽，或其它数量的凹槽)。环销130包括构造成装配在凹槽内(例如，在两个凹槽之间的高峰和低谷之间的大致中间)的尖末端，并且基本阻止调节环125由于调节环125围绕喷嘴 120旋转而沿着喷嘴120沿竖向移动。例如，在包括30个凹槽的调节环125的一个实现中， 调节在相邻凹槽之间的环销130可允许调节环125旋转大约12度，这转换成调节环125沿着喷嘴120沿竖向移动大约2/1000英寸。
图2A-C示出在多个运行阶段的PRV 100的一个实现的某些构件的截面图，PRV 100包括盘保持器140、盘135、调节环125和喷嘴120。具体转到图2A，此图示出处于PRV 100的关闭状态的盘保持器140、盘135、调节环125和喷嘴120。例如，当施加于由座部直径124的约束的盘135的区域的流体压力P1小于弹簧165的与压力P1相反的弹簧力Fs时， 可出现关闭状态。在关闭状态中，进入入口 110的所有或基本所有流体101可容纳在喷嘴 120中。换句话说，当PRV 100处于关闭状态时，没有或基本没有流体101从入口 110传递到出口 115。另外，如所示出的那样，当PRV 100处于关闭状态时， 盘135可接触(即，承座在其上)喷嘴120的顶部表面。
图2A_C(以及图3A-C)还示出喷嘴120的具有孔直径122的孔121。如所示出的那样，孔121直接在入口 110附近设置在喷嘴120的下部部分中，而座部入口 123在盘135 附近设置在喷嘴120的上部部分中。在座部入口 123附近的喷嘴120的顶部表面是座部 119。在一些实现中，这种构造(这可与传统释压阀中看到的相反)可包括若干优点。例如， 通过将孔121定位在入口 110附近而非盘135附近，PRV 100可减少频跳，减少和/或消除 气穴现象，改进容量控制，以及减少噪声。另外，在示出的实施例中，与传统的降压阀相比， 至少部分地因为孔121和座部入口 123的位置的原因，通过喷嘴120的流体流可更稳定。
具体转到图2B，此图示出处于PRV 100的部分打开状态的盘保持器140、盘135、调 节环125，以及喷嘴120。在一些实施例中，例如，当流体101作用在盘135上的流体压力P2 在例如PRV 100的设定压力(这与弹簧力Fs有关)的1%至2%内时，可出现部分打开状态。 在部分打开状态下，盘135可离开喷嘴120，从而允许小部分流体101流到盘保持器140和 喷嘴120之间的区域中。因而，流体101可对包括盘135和盘保持器140的一部分的表面 面积起作用(即，应用压力P2)。由于压力P2现在可在较大的面积上起作用(与P1起作用 的面积相比)，与弹簧165的弹簧力Fs相反的力可继续增大，而使PRV 100从部分打开状态 移动到打开状态。
在一些实施例中，当PRV 100处于部分打开状态时，调节调节环125(即，向上或向 下)可调节压力P2起作用的表面面积。通过调节调节环125，可控制压力P2的增大，并且 最终，可克服弹簧力Fs，从而使盘135向上移动远离喷嘴120。
在气体服务中的PRV 100的一些实施例中，取决于盘135和喷嘴120之间的密封 的紧密性以及调节环125的高度，在获得完全提升(即，打开状态)之前，PRV 100可略微 打开或者可不打开。换句话说，调节环125的高度可控制或部分地控制流体101的最初泄 漏(即，“前泄(simmer)”)。在一些情况下，对于PRV 100，前泄可小于2%(即，不早于设定 点压力的98%的听得见的泄漏或可测提升)。
通过在气体服务中相对于喷嘴120向上移动调节环125，可产生压差，并且较多流 体能量从流体101 (作为气体)传递到盘135，并且从而传递到盘保持器140和其它构件。 这可使盘135较早从喷嘴120升起。而在一些情况下，在少的提升量下通过喷嘴120且到 达流体出口 115的流体流101可产生无关紧要的力，由于调节环125和盘保持器140之间 的孔口的原因，流体力可施加到盘135和/或盘保持器140上的额外的面积可导致产生额 外的力而提供额外的提升。相反，在气体服务中，当调节环125相对于喷嘴120更低时，压 差可更小，并且前泄可增加。
在液体服务中的PRV 100的一些实施例中，由于动量传递，例如，由于液体的几乎 不可压缩的特性，PRV 100可打开。例如，随着压力增大到设定点压力以上，以及盘135升离 喷嘴120，流体101(作为液体)从刚开始小的面积流出(在图2B中显示)。由于流体速度 低，这个流体101可能不会增加太大力。随着压力增大，以及流体101 (作为液体)的流体 速度提高，较多动量可传递到盘135，并且从而传递到盘保持器140和其它构件。当流体流 被引导成使得动量最大时，可达到临界提升。在这点上，从流体100传递到盘135以及从而 传递到盘保持器140和其它构件的力可处于最大，并且PRV 100完全提升到打开位置(在 图2C中显示)。
至少部分地由于液体服务的以上描述的特性的原因，某些行业规范可需要释压阀 (诸如PRV 100)的流容量实现10%过压(例如，设定压力的110%)。相反，气体服务可不需要这个要求，因为在较接近设定点压力处就可获得完全提升。对于液体服务，调节环125可 用来引导流体流101，这与在气体服务中产生压差相反。
具体转到图2C，此图示出处于PRV 100的打开状态的盘保持器140、盘135、调节 环125，以及喷嘴120。在一些实施例中，例如，当流体压力P3在以大于弹簧力Fs的力对调 节环125附近的、暴露于流体101的表面盘135和盘保持器140的表面起作用时，可出现打 开状态。例如，一旦PRV 100达到部分打开状态，额外的压力就增大，因为流突然增加，并且 对通过盘保持器140和调节环125的外径之间的孔口的流的限制可使盘135显著提升远离 喷嘴120。在气体服务中，流可受到喷嘴120和盘135之间的开度的限制，直到盘135提升 离开喷嘴120达基本等于孔直径122的大约四分之一的竖向高度的距离为止。在液体服务 中，流可受到喷嘴120和盘135之间的开度的限制，直到盘135提升离开喷嘴120达基本等 于孔直径122的大约三分之一的竖向高度的距离为止。随后，在盘135达到这个提升度之 后，流则受到孔121而非受到喷嘴120和盘135之间的面积的限制。
图3A-F示出PRV 100的一个实现的一个或多个构件的几何尺寸。在一些实施例 中，示出的尺寸可允许PRV 100在不调节(例如改变)PRV 100的构件的情况下，针对可压 缩流体和不可压缩流体两者，在设定点重复能力、回座压差、释压能力和频跳方面实现最佳 性能(例如，满足一个或多个行业标准，诸如ASME第VIII部分和/或API标准521、526和 /或527)。备选地，根据表I (在下面)中看到的一个或多个公式，可使用其它几何关系来 实现这种最佳性能。在一些实施例中，通过测试和/或试验，可按经验得出表I中示出的约 束公式。另外，图3A-C示出盘135的穴口 211，在示出的实施例中，穴口 211是盘135的承 座表面213的内部的凹陷表面。
权利要求
1.一种释压阀,包括 包括流体入口和流体出口的基部； 附连到所述基部上的阀帽，所述基部和所述阀帽限定与所述流体入口和所述流体出口处于流体连通的腔体； 设置在所述流体入口内且附连到所述基部上的喷嘴，所述喷嘴包括基本环形座部，所述喷嘴具有处于流体连通的基本圆柱形座部入口和基本圆柱形孔，孔直径和座部直径之间的比包括约束比； 设置在盘保持器内的盘，所述盘具有面向所述流体入口的表面，以接收第一流体压力，在所述阀在关闭位置上时，所述盘适于接触所述座部和密封所述流体入口，以基本阻止所述流体入口和所述腔体之间的流体连通，所述盘和所述盘保持器适于由于所述第一流体压力增大到第二流体压力而被推动，使得所述盘和所述座部之间的接触在所述第二流体压力下被移除，以允许所述流体入口和所述腔体之间有流体连通， 其中，所述盘、所述盘保持器和所述喷嘴中的至少一个的一个或多个尺寸是所述座部直径的函数，并且由所述约束比限制。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述约束比包括范围，所述范围介于大约0.7500和大约0. 9850之间且包括0. 7500和0. 9850。
3.根据权利要求2所述的阀，其特征在于，所述阀具有基本等于所述第二流体压力的设定压力，所述阀在所述流体入口处具有基本等于第三流体压力的再密封压力，在所述第三流体压力下，所述流体入口和所述流体出口之间的流体连通基本停止， 其中，在所述阀对气体流体进行操作期间，当所述约束比在所述范围内时，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的大约7%内。
4.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述阀具有基本等于所述设定压力的大约110%的过压， 其中，当所述约束比在所述范围内时，所述流体入口和所述流体出口之间的流体连通在所述过压下达到所述阀的全容量流率。
5.根据权利要求2所述的阀，其特征在于，所述阀具有基本等于所述第二流体压力的设定压力，所述阀在所述流体入口处具有基本等于第三流体压力的再密封压力，在所述第三流体压力下，所述流体入口和所述流体出口之间的流体连通基本停止， 其中，在所述阀对液体流体进行操作期间，当所述约束比在所述范围内时，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的大约10%内。
6.根据权利要求5所述的阀，其特征在于，所述阀具有基本等于所述设定压力的大约110%的过压， 其中，当所述约束比在所述范围内时，所述流体入口和所述流体出口之间的流体连通在所述过压下达到所述阀的全容量流率。
7.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，理想约束比为大约0.9617。
8.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，基于所述约束比，通过按经验得出的约束公式，使所述盘、所述盘保持器和所述喷嘴的一个或多个尺寸与所述座部直径相关联。
9.根据权利要求8所述的阀，其特征在于，所述约束公式包括下者中的一个或多个 所述盘保持器的外径基本等于所述座部直径的1. 8611倍；盘保持器外角起点直径基本等于所述座部直径的1. 6937倍； 盘保持器内角起点直径基本等于所述座部直径的1. 2404倍； 盘直径基本等于所述座部直径的1. 1763倍； 盘内角起点直径基本等于所述座部直径的0. 9466倍； 座部着落部外径基本等于所述座部直径的1. 0899倍； 所述喷嘴的外径基本等于所述座部直径的1. 2734倍； 调节环的着落部的外径基本等于所述座部直径的1. 3606倍； 所述调节环的外径基本等于所述座部直径的1. 4470倍； 距所述内角起点直径的距离基本等于所述座部直径的0. 1790倍； 距所述外角起点直径的距离基本等于所述座部直径的0. 1122倍； 盘离隙深度基本等于所述座部直径的0. 02671倍； 所述调节环的着落部的高度基本等于所述座部直径的0. 02850倍； 所述喷嘴的顶部凸脊的高度基本等于所述座部直径的0. 03117倍；以及从盘座部到所述盘保持器的离开穴口的第一台阶的距离基本等于所述座部直径的·0. 03206 倍。
10.根据权利要求8所述的阀，其特征在于，所述约束公式包括下者中的一个或多个所述盘保持器上的外角基本等于72度； 当所述约束比介于大约0. 9500和大约0. 9850之间且包括0. 9500和0. 9850时，所述盘保持器上的内角基本等于30度，而当所述约束比介于大约0. 7500和大约0. 9500之间且包括0. 7500和0. 9500时，所述盘保持器上的所述内角基本等于-101. 1927乘以所述约束比再加上127. 3180度； 盘内角基本等于45度； 调节环的过渡角基本等于30度；以及 孔到座部的过渡角基本等于45度。
11.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，进一步包括具有孔的调节环，所述孔用于接收通过其中的所述喷嘴。
12.根据权利要求11所述的阀，其特征在于，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异至少部分地以所述调节环在所述喷嘴上的位置为基础。
13.根据权利要求11所述的阀，其特征在于，所述调节环的一个或多个尺寸是所述座部直径的函数，并且由所述约束比限制。
14.一种释压阀,包括 包括流体入口和流体出口的基部，所述阀在所述流体入口处具有基本等于这样的压力的设定压力，即，在该压力下，在所述流体入口和所述流体出口之间建立流体连通，所述阀在所述流体入口处具有基本等于这样的压力的再密封压力，即，在该压力下，所述流体入口和所述流体出口之间的流体连通基本停止； 附连到所述基部上的阀帽，所述基部和所述阀帽限定与所述流体入口和所述流体出口处于流体连通的腔体；以及 压力控制系统，其构造成接收第一流体，以及调控所述第一流体，使得在所述阀对所述第一流体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的预定百分比内，所述第一流体包括基本全部气体或基本全部液体中的一个，所述压力控制系统构造成接收第二流体，以及调控所述第二流体，使得在所述阀对所述第二流体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的所述预定百分比内，如果所述第一流体是基本全部气体，则所述第二流体包括基本全部液体，如果是所述第一流体基本全部液体，所述第二流体包括基本全部气体。
15.根据权利要求14所述的阀，其特征在于，所述压力控制系统包括 从所述基部的外部延伸通过所述流体入口且进入到所述腔体中的喷嘴，所述喷嘴具有沿着所述喷嘴的顶部的承座表面； 具有着落表面的盘，所述着落表面适于密封地接合所述承座表面，使得基本阻止所述流体入口和所述腔体之间的流体连通；以及 设置在所述腔体内的盘保持器，所述盘保持器具有适于接合和保持所述盘的孔口。
16.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述喷嘴包括具有座部直径的座部入口和具有孔直径的孔部分，所述孔直径和所述座部直径之间的比包括约束比。
17.根据权利要求16所述的阀，其特征在于，理想约束比为大约0.9617。
18.根据权利要求16所述的阀，其特征在于，所述约束比介于大约0.7500和大约0.9850 之间且包括 0. 7500 和 0. 9850。
19.根据权利要求16所述的阀，其特征在于，基于所述约束比，通过按经验得出的约束公式，使所述盘、所述盘保持器和所述喷嘴中的至少一个的一个或多个尺寸与所述座部直径相关联。
20.根据权利要求19所述的阀，其特征在于，所述约束公式包括下者中的一个或多个 所述盘保持器的外径基本等于所述座部直径的1. 8611倍； 盘保持器外角起点直径基本等于所述座部直径的1. 6937倍； 盘保持器内角起点直径基本等于所述座部直径的1. 2404倍； 盘直径基本等于所述座部直径的1. 1763倍； 盘内角起点直径基本等于所述座部直径的0. 9466倍； 座部着落部外径基本等于所述座部直径的1. 0899倍； 所述喷嘴的外径基本等于所述座部直径的1. 2734倍； 调节环的着落部的外径基本等于所述座部直径的1. 3606倍； 所述调节环的外径基本等于所述座部直径的1. 4470倍； 距所述内角起点直径的距离基本等于所述座部直径的0. 1790倍； 距所述外角起点直径的距离基本等于所述座部直径的0. 1122倍； 盘离隙深度基本等于所述座部直径的0. 02671倍； 所述调节环的着落部的高度基本等于所述座部直径的0. 02850倍； 所述喷嘴的顶部凸脊的高度基本等于所述座部直径的0. 03117倍；以及 从盘座部到所述盘保持器的离开穴口的第一台阶的距离基本等于所述座部直径的0.03206 倍。
21.根据权利要求19所述的阀，其特征在于，所述约束公式包括下者中的一个或多个所述盘保持器上的外角基本等于72度； 当所述约束比介于大约0. 9500和大约0. 9850之间且包括0. 9500和0. 9850时，所述盘保持器上的内角基本等于30度，而当所述约束比介于大约0. 7500和大约0. 9500之间且包括0. 7500和0. 9500时，所述盘保持器上的内角基本等于-101. 1927乘以所述约束比再加上127. 3180度； 盘内角基本等于45度； 调节环的过渡角基本等于30度；以及 孔到座部的过渡角基本等于45度。
22.一种用于使用释压阀的方法，所述释压阀具有包括流体入口和流体出口的基部，所述阀在所述流体入口处具有基本等于这样的压力的设定压力，即，在该压力下，在所述流体入口和所述流体出口之间建立流体连通，所述阀在所述流体入口处具有基本等于这样的压力的再密封压力，即，在该压力下，所述流体入口和所述流体出口之间的流体连通基本停止，所述方法包括 对所述流体入口提供液体，使得在所述阀对所述液体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的预定百分比内；以及 在不修改所述阀的情况下，对所述流体入口提供气体，使得在所述阀对所述气体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的所述预定百分比内。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述预定百分比为大约10%。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，对所述流体入口提供液体使得在所述阀对所述液体进行操作期间所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的预定百分比内包括对所述流体入口提供液体，使得在所述阀对所述液体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的第一预定百分比内，以及 其中，在不修改所述阀的情况下对所述流体入口提供气体使得在所述阀对所述气体进行操作期间所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的所述预定百分比内包括在不修改所述阀的情况下，对所述流体入口提供气体，使得在所述阀对所述气体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的第二预定百分比内。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一预定百分比大约等于10%，而所述第二预定百分比大约等于7%。
26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述阀进一步包括设置在所述流体入口中的喷嘴和在第一位置处设置在所述喷嘴的外表面周围的调节环，使得在所述阀对所述液体和所述气体进行操作期间，当所述调节环在所述第一位置处时，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的所述预定百分比内，所述方法进一步包括 沿着所述喷嘴，沿朝向所述流体入口的方向将所述调节环调节到不同于所述第一位置的第二位置，使得在所述阀对所述液体和所述气体进行操作期间，当所述调节环在所述第二位置处时，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的第二百分比内，所述第二百分比小于所述预定百分比。
27.一种用于使用释压阀的方法，所述释压阀具有包括流体入口和流体出口的基部，所述阀在所述流体入口处具有基本等于这样的压力的设定压力，即，在该压力下，在所述流体入口和所述流体出口之间建立流体连通，所述阀在所述流体入口处具有基本等于这样的压力的再密封压力，即，在该压力下，所述流体入口和所述流体出口之间的流体连通基本停止，所述方法包括 对所述流体入口提供气体，使得在所述阀对所述气体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的预定百分比内；以及 在不修改所述阀的情况下，对所述流体入口提供液体，使得在所述阀对所述液体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的所述预定百分比内。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述预定百分比为大约10%。
29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，对所述流体入口提供气体使得在所述阀对所述气体进行操作期间所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的预定百分比内包括对所述流体入口提供气体，使得在所述阀对所述气体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的第一预定百分比内，以及 其中，在不修改所述阀的情况下对所述流体入口提供液体使得在所述阀对所述液体进行操作期间所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的所述预定百分比内包括在不修改所述阀的情况下，对所述流体入口提供液体，使得在所述阀对所述液体进行操作期间，所述设定压力和所述再密封压力之间差异在所述设定压力的第二预定百分比内。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述第一预定百分比大约等于7%，而所述第二预定百分比大约等于10%。
31.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述阀进一步包括设置在所述流体入口中的喷嘴和在第一位置处设置在所述喷嘴的外表面周围的调节环，使得在所述阀对所述液体和所述气体进行操作期间，当所述调节环在所述第一位置处时，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的所述预定百分比内，所述方法进一步包括 沿着所述喷嘴，沿朝向所述流体入口的方向，将所述调节环调节到不同于所述第一位置的第二位置，使得在所述阀对所述液体和所述气体进行操作期间，当所述调节环在所述第二位置处时，所述设定压力和所述再密封压力之间的差异在所述设定压力的第二百分比内，所述第二百分比小于所述预定百分比。
全文摘要
一种释压阀100包括包含流体入口110和出口115的基部、喷嘴120和盘130。喷嘴包括基本环形座部119、基本圆柱形座部入口123，以及与座部入口处于流体连通的基本圆柱形孔121。孔直径122和座部直径124之间的比是约束比。盘133接触座部119，以密封流体入口110，以在阀100关闭时，基本阻止流体入口和出口115之间的流体连通。盘133和盘保持器140适于被流体压力推动，使得盘133和座部119之间的接触在流体压力下被移除，以允许流体入口110和腔体之间有流体连通。盘133、盘保持器140和喷嘴120的尺寸可为座部直径124的函数，并且由约束比限制。
文档编号F16K17/04GK103038555SQ201180035444
公开日2013年4月10日 申请日期2011年4月18日 优先权日2010年5月20日
发明者J.A.门罗, M.P.斯潘塞 申请人:德莱赛公司