一种先导式爆破型泄压装置的制作方法

本发明属于承压设备超压保护技术，具体涉及一种泄压装置。

背景技术：

当前，泄压装置广泛应用于石油、化工、电站、冶金、核电、国防等国民经济的各个部门。随着生产效率的提高，有关部门和企业对于环保、安全方面的要求越来越严格。作为事故泄放系统必不可少的一部分，对提供超压保护的泄压装置的性能和密封性要求也更为苛刻。

以石油化工行业地面火炬系统为例，其介质通常为易燃易爆有毒有害的化学物质，操作压力较低，一般为几千帕至几十千帕，在其分级控制阀旁路的超压保护中，对于泄压装置的可靠性、稳定性和密封性能要求极为苛刻。常规安全阀不适用于压力低于一百千帕的工况，在低压存在开启压力不准确、超过压力较大、响应不及时等诸多问题。爆破片虽密封性能良好、响应迅速，但因其与介质直接接触，其泄放压力受介质腐蚀性、温度的影响很大，并且当压力存在波动或循环作用时，爆破片的应力经常达到屈服极限以上易发生塑性变形，进而导致其性质改变，发生提前爆破现象，开启压力偏差较大。

另外，常规安全阀和爆破片类泄压装置一旦发生泄压，则生产系统须停工将其拆卸后重新进行校验或进行更换，维护起来费时、费力，与当下长周期运行、提高生产效率的要求极不相称。

因此，具有较高的开启压力稳定性、响应及时、密封效果好且维护简单、快捷的超压保护装置，成为了一些行业的迫切需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种先导式爆破型泄压装置，可克服常规安全阀、爆破片在一些特定工况应用时存在的问题，可加强系统运行的安全性、稳定性，提高生产效率。

本发明的技术方案如下：

一种先导式爆破型泄压装置，包括主阀和导阀两部分，其特征在于：

所述的主阀包括固定连接的阀体和阀座、固定设在阀体上端的导套、设在阀体内部的阀瓣，以及设在阀瓣上端的阀杆；所述阀瓣的底部与阀座上端密封连接，阀瓣的上端与导套密封连接；所述的阀杆的上端伸出导套的上表面；所述的阀瓣主体为筒形，上端下端分别加工有受力面，并且上端受力面的面积大于下端受力面；阀瓣上端受力面设有若干第一通气孔；

所述的导阀包括固定设在导套上的导阀阀体、设在导阀阀体内的导阀阀瓣、设在导阀阀体上端的盖板、盖板上方的支架板，以及设在盖板和支架板之间的压杆和支杆；所述的导阀阀体固定设在导套上，并且与导套连通；所述的盖板中心加工孔，导阀阀瓣的上端设在盖板中心孔内，导阀阀瓣下端的圆盘与导阀阀体内壁密封接触；导阀阀体的侧壁加工有排气孔，其与阀体上加工的主阀出口连通；所述的盖板和支架板同轴安装，所述压杆设在盖板和支架盖之间的中轴处，压杆上端设在支架盖中心的孔内，下端设在导阀阀瓣上端的安装孔内。

在上述一种先导式爆破型泄压装置中：所述的阀瓣的下端受力面的下方的侧壁上加工有凹槽，O型圈嵌套在凹槽内成活塞，与阀座的内孔过盈配合；所述的阀瓣上端受力面的上方的侧壁加工有凹槽，O型圈嵌套在凹槽内成活塞。

在上述一种先导式爆破型泄压装置中：所述的导套的上表面中心孔内加工环形凹槽，O型圈嵌套在环形凹槽内，所述的阀杆的上端通过中心孔伸出导套上表面，中心孔内O型圈与阀杆过盈配合。

在上述一种先导式爆破型泄压装置中：所述的盖板和支架盖之间设有若干个杆，每个支杆外设有套筒，所述的支杆的上端固定在支架盖上，支杆的下端固定在盖板上。

在上述一种先导式爆破型泄压装置中：所述支架盖上方设有调整螺钉，所述的调整螺钉的下端设在支架盖中心的安装孔内，调整螺钉的下端与压杆18的上端通过卡套连接。

在上述一种先导式爆破型泄压装置中：压杆的下端通过卡套安装在导阀阀瓣7上端安装孔内。

在上述一种先导式爆破型泄压装置中：所述的压杆为等截面的圆形细长杆，长度和直径尺寸比值一般为30～150，材质为不锈钢。

在上述一种先导式爆破型泄压装置中：所述的导套其主体为筒形，上端加工凹槽，槽内设有第二通气孔，导阀阀体通过第二通气孔与导套连通。

在上述一种先导式爆破型泄压装置中：所述的排气孔处设有钢管，通过钢管与阀体上加工的主阀出口连通。

本发明的显著效果在于：

采用压杆作为承受载荷元件，安装于导阀阀体的外部，与介质隔离，可有效避免介质温度和腐蚀性对于失稳压力的影响。压杆是基于欧拉定律设计并精确制造的仅承受轴向压缩载荷的等截面圆形细长杆，当介质作用在导阀阀瓣上的载荷小于压杆的失稳临界载荷时，压杆将维持直线平衡状态，并具有抗侧向干扰的稳定性。当载荷达到失稳临界载荷时，压杆将在瞬间由直线平衡转变为不稳定的侧弯曲线平衡，此时施加的侧向干扰将是不可逆的，即失稳。发生失稳后，杆件承载能力降低，压力的微小增加将引起弯曲变形的显著增大，压杆的弯曲使得装置迅速开启，在几毫秒内便可达到全开启状态。

另外对于支杆的支撑安装采用的是盖板、支架盖、支杆、套筒组成立体的针笼结构，此结构可以确保压杆暴露在外部大气环境中，可将介质温度对压杆失稳压力的影响降至最低。

采用活塞式的阀瓣和阀座密封结构。O型圈嵌套在阀瓣的凹槽内成为活塞，与阀座的内孔配合，通过挤压O型圈实现密封。与常规安全阀采用的平面密封形式相比，密封效果更好，在开启前均可实现零泄漏，避免了常规安全阀在接近开启压力时的泄漏问题。

泄压装置的启闭状态易于观察。通过观察压杆及阀杆的状态，可以判断泄压装置的开启或关闭状态。另外，也可以在相应位置安装位置开关等感应元件，实现泄压信号的远传，操作人员在中央控制室即可集中监控多台泄压装置的状态，爆破片则是难以普遍实现的，需在排放管路中安装压力监测设备。

结构简单，零部件较少，复位容易，停工成本低。当泄压完成后，无需停工，操作人员可以借助外力将导阀阀瓣复位，使得阀瓣与导阀阀体重新密封后，更换压杆，恢复导阀的密封状态，此时，介质通过通气孔H再次充满阀瓣上腔，主阀阀瓣复位，实现泄压装置的闭合。

采用导阀驱动主阀的结构形式，可以有效地减小压杆的尺寸，尤其在较大管线上，更能方便与压杆的安装与更换。

本装置整体结构紧凑，传力运动部件少，降低了中间环节对于力的传递的准确性的干扰，泄压触发机构和密封结构可靠性高，泄压状态易于观察，维护工作量小，停工成本低，具有较好的精度，可以在一些特定场合替代常规安全阀和爆破片。

附图说明

图1先导式爆破型泄压装置结构示意图；

图2a先导式爆破型泄压装置关闭状态示意图；

图2b先导式爆破型泄压装置开启状态示意图；

图中：1.阀座；2.阀体；3.导套；4.主阀阀瓣；5.阀杆；6.导阀阀体；7.导阀阀瓣；8.盖板；9.卡套；10.钢管套筒；11.支架盖；12.调整螺钉；13.双头螺柱；14.六角螺母；15.六角头螺钉；16.支杆；17.六角螺母；18.压杆；19.锁紧螺母；20.锁紧螺母；21.第一通气孔；22.排气孔；23.钢管；24.第二通气孔。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，泄压装置主要由主阀和导阀两大结构组成。主阀由阀座1和阀瓣4、阀体2、阀杆5、导套3组成。导阀由导阀阀体6、盖板8、导阀阀瓣7、压杆18、调整螺钉12、套筒10、卡套9、支杆16、支架盖11组成。

主阀的结构如下：阀体2的下端固定安装在阀座1的法兰上，通过双头螺柱13和六角螺母14固定。在阀体2内安装阀瓣4，阀瓣4密封安装在阀座1的上端。阀瓣4的上端密封固定安装导套3，并且导套3的上端通过双头螺柱13和六角螺母14与阀体2的上端密封固定。在阀瓣4的上端安装阀杆5，且阀杆5的上端伸出导套3的上表面。

所述的阀瓣4主体为筒形，上端下端分别加工有受力面，并且上端受力面的面积大于下端受力面。阀瓣4上端受力面的中心加工有螺纹孔，阀杆5的下端通过螺纹连接安装在阀瓣4的上端，并且阀瓣4上端受力面上还加工有若干第一通气孔21。阀瓣4的下端受力面的下方的侧壁上加工有凹槽，O型圈嵌套在凹槽内成活塞，与阀座1的内孔过盈配合，通过挤压O型圈实现密封。阀瓣4上端受力面的上方的侧壁上同样加工这样的结构，实现阀瓣4的上端与导套3之间的密封。

安全阀在关闭状态时，由于上端受力面面积大于下端受力面，因此阀瓣4整体具有向下的受力以提供密封力。同时阀瓣上端面开有第一通气孔21，目的是将介质引入到导阀3中，使介质力作用于压杆上。压杆的具体安装结构，在后面的说明中会叙述。

所述的导套3其主体为筒形，上端加工有法兰，通过法兰结构，使得导套3与阀体2利用双头螺柱13及六角螺母14实现固定连接，并通过O型圈实现密封。导套3的上表面中心加工孔，并且还加工有第二通气孔24。

导套3的上表面中心孔内加工环形凹槽，O型圈嵌套在环形凹槽内，阀杆5的上端通过中心孔伸出导套3上表面，中心孔与阀杆5过盈配合，同时挤压O型圈起到密封作用。

现有技术中，有的采用在阀杆4上加工槽，槽内安装O型圈，但是带来的问题是，阀杆5向上移动过程中使得O型圈暴露在导套3中心孔外，导致介质外漏。本申请中的O型圈的安装没有采用这样的结构，而是在不需要相对移动的导套3上加工环形凹槽，槽内安装O型圈，这样的密封效果大大好于现有的密封技术，不会导致阀杆5移动的过程中介质外漏。

导阀的结构如下：导阀由导阀阀体6、盖板8、阀瓣7、压杆18、调整螺钉12、套筒10、卡套9、支杆16、支架盖11组成。

固定安装在导套3上的导阀阀体6，其通过六角头螺钉15和六角螺母17固定安装在导套3上表面，并且导阀阀体6与上述的第二通气孔24对中安装，第二通气孔24与导阀阀体6下部的导阀入口连通。

导阀阀体6内部安装导阀阀瓣7，导阀阀体6上端固定安装盖板8，盖板8中心加工孔。导阀阀瓣7的上端安装在盖板8中心孔内，导阀阀瓣7下端的圆盘与导阀阀体6内壁密封接触。上述导阀阀体6的侧壁加工有排气孔22为导阀 出口，导阀出口通过钢管23与主阀出口相连。上述的导阀阀瓣7与导阀阀体6的密封同样采用O型圈结构进行密封。

在盖板8的上方同轴安装支架盖11，盖板8和支架盖11之间安装若干个支杆16，同时支杆16外套装钢制的套筒10，用来进一步支撑支架盖11。支杆16的上端通过六角头螺钉15和六角螺母17固定在支架盖11上。支杆16的下端通过安装在盖板8上的螺栓实现螺纹连接安装。

盖板8、支架盖11以及支杆16、钢管套筒10等组成立体的针笼结构，作为支撑压杆18的支撑结构。

压杆18位于盖板8和支架盖11之间的中轴处，其上端和下端均安装卡套9，下端的卡套夹持安装在导阀阀瓣7上端的安装孔内，上端的卡套9安装支架盖11中心的安装孔内。

支架盖11中心加工有安装孔，调整螺钉12的下端位于安装孔内，通过锁紧螺母19将其锁紧，在安装孔内，上述的上端卡套9与调整螺钉12的下端螺纹连接。

压杆18是泄压装置的核心零件，是等截面的圆形细长杆，为不锈钢材质。压杆的直径对该装置的开启压力影响较大，对压杆长度的调整则可以微调开启压力。长度和直径尺寸比值一般为30～150。

调整螺钉12被锁紧，同时向下压紧压杆18，不用施加预紧力，保证压杆18在垂直方向有移动的余量，因为该装置安装入压力系统后，介质力通过导阀阀瓣7传递到压杆18，会将压杆18自动压紧。锁紧螺母19将调整螺钉12锁紧，以防压杆18在垂直方向上松动，进而影响阀门的设定压力。

在正常工况下，承压设备压力处于泄压装置设定的开启压力之下，泄压装置高压侧与低压侧的压差P小于设定压力Pcr。导阀阀瓣7施加在压杆18上的 轴向压缩载荷F也将小于压杆18的失稳临界载荷Fcr，压杆18保持竖直稳定状态。同时，主阀内部阀瓣整体作用力向下，保证阀瓣与阀座的紧密接触，此时泄压装置处于关闭状态。

当发生超压时，系统压力上升至泄压装置设定的开启压力，泄压阀高压侧与低压侧的压差P达到设定压力Pcr。导阀阀瓣7施加在压杆18上的轴向载荷F也将大于或等于压杆18的失稳临界载荷Fcr，压杆18发生失稳，其有效长度瞬间大幅度减小。从而导阀阀瓣7在介质压力作用下与导阀瞬间分离，导阀开启后，主阀阀瓣上方介质将通过导阀的排气孔O排除，迅速排空主阀阀瓣上腔内的介质进行泄压，此时主阀阀瓣受介质力向上运动，此时装置开启，如图2所示。

操作人员通过观察压杆18及阀杆5的状态，可以判断泄压装置是否发生了泄压。泄压完成后，操作人员可以借助外力将导阀阀瓣7复位，使得导阀阀瓣7与导阀重新密封后，更换压杆18，用调整螺钉12将压杆18压到位，保证压杆18在垂直方向有稍许余量，用锁紧螺母19将其锁紧，当导阀复位后，主阀阀瓣上方压力升高，主阀阀瓣将自动复位，即可实现先导式爆破型泄压装置的复位。