基于压杆失稳触发的膜片先导型自动阀的制作方法

本实用新型属于自动控制技术领域，具体涉及一种在压力超过设定值时能够自动开启或关闭的阀门。

背景技术：

为了保护压力管道、压力容器以及它们上下游的装置与设备，经常需要设置在超压工况下能够自动开启或关闭的阀门。在以往的实践中，通常使用压力变送器检测压力管道或者压力容器中的压力，压力变送器输出信号至控制系统，当压力超过设定值时，控制系统会自动发出指令使阀门开启或者关闭。

使用压力变送器和控制系统共同实现超压工况下自动启闭阀门的主要潜在风险在于，如果压力变送器失效，或者压力变送器与控制系统之间的信号传输出现问题，或者控制系统与阀门之间的信号传输出现问题，就可能出现压力已经超过设定值，阀门却未如期动作的情形，给压力管道、压力容器以及它们上下游的装置与设备带来威胁。

在压力控制精度要求较高的低压场合，尤其需要提高触发的灵敏性和可靠性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种工作稳定可靠、特别适用于低压自动控制场合的基于压杆失稳触发的膜片先导型自动阀。

为实现上述技术目的，本实用新型采用以下的技术方案：

基于压杆失稳触发的膜片先导型自动阀，包括安装于管道上的开关阀，所述开关阀的阀杆连接有开关执行机构；位于所述开关阀上游的管道上设置有触发所述开关执行机构动作的先导触发机构；

所述先导触发机构包括先导阀体，所述先导阀体内由膜片分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室通过连通管与位于所述开关阀上游的管道相连通，所述先导阀体内滑动安装有与膜片相连接的顶杆，所述顶杆的上端伸出所述先导阀体且连接有用于限制所述开关执行机构动作的锁止卡槽，所述顶杆的下端伸出所述先导阀体且连接有触发杆；

当第一腔室内压力超过设定值时，介质压力通过膜片传递而使所述触发杆发生失稳弯曲，此时所述锁止卡槽解除对所述开关执行机构限制，进而所述开关执行机构触发开关阀由正常阀位改变为非正常阀位。

作为优选，所述开关执行机构包括缸体，所述缸体内滑动安装有推杆，所述推杆的上端连接有执行活塞，所述执行活塞与所述缸体之间设置有压缩弹簧，所述推杆的中部铰接安装有与所述阀杆相连接的拨叉，所述推杆的下端伸出所述缸体，所述推杆做直线运动时带动所述拨叉进而改变所述开关阀的阀位状态；所述缸体的下端铰接安装有两个相对设置的锁止摇臂，所述开关阀处于正常阀位时，两个锁止摇臂处于闭合状态且所述推杆的下端与两个锁止摇臂相接触，两个所述锁止摇臂的自由端限制于所述锁止卡槽内。

作为优选，还包括推杆复位机构，所述推杆复位机构包括与所述执行活塞的活塞杆相连接的复位连杆，所述复位连杆上螺纹连接有复位手轮；两个所述锁止摇臂之间设置有复位弹簧。

作为优选，两个所述锁止摇臂的自由端均安装有与所述锁止卡槽滚动摩擦的轴承。

作为优选，所述顶杆与所述膜片之间设置有支撑所述膜片的支撑板。

作为优选，所述触发杆的外侧设置有保护罩，所述触发杆通过螺帽与所述保护罩可拆卸连接。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有至少以下有益效果：

当开关阀上游管道内介质压力低于设定压力时，即先导阀体的第一腔室内的压力低于设定压力，此时触发杆承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，触发杆的轴向推力使膜片处于工作位置一，此时与顶杆连接为一体的锁止卡槽将两个锁止摇臂卡住，锁止摇臂不会发生旋转，使得锁止摇臂将推杆顶住，推杆不会发生轴向直线运动，开关阀处于正常阀位。

当开关阀上游管道内介质压力高于设定压力时，即先导阀体的第一腔室内的压力高于设定压力，此时触发杆承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳、丧失承载能力，其作用在顶杆上的推力会骤然降低，介质压力会推动膜片移动至工作位置二，在此过程中，顶杆会带动与之固定为一体的锁止卡槽移动直至锁止卡槽失去对锁止摇臂的约束作用，推杆在压缩弹簧的推动作用下推动锁止摇臂旋转，锁止摇臂将不再顶住推杆，在压缩弹簧的驱动下，开关阀将由正常阀位改变为非正常阀位(若正常工况下开关阀处于全开位，则超压工况下开关阀应自动关闭，阀位变为全关位；若正常工况下开关阀处于全关位，则超压工况下开关阀应自动开启，阀位变为全开位)，从而实现了超压时阀门的自动开启或者关闭。

在触发杆发生失稳而开关阀自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，可以使用复位手轮向复位连杆施加外力，直至其恢复到初始位置，进而使开关阀恢复到正常阀位。此时，推杆对锁止摇臂不再有推动作用，两个锁止摇臂会在复位弹簧的拉力作用下收拢。然后，通过对顶杆施加外力将顶杆、膜片连同锁止卡槽恢复至工作位置一(即初始位置)，并更换新的触发杆。最后移除复位手轮(以免下次动作时妨碍开关阀的正常动作)，整个阀门完成复位。

本实用新型采用膜片式先导结构，当压力超过设定值时，动作响应快、反应灵敏，特别适用于压力控制精度要求较高的低压场合，触发灵敏性和可靠性好。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例处于正常阀位时的结构示意图；

图2是本实用新型实施例处于非正常阀位时的结构示意图；

图3是本实用新型实施例由非正常阀位复位至正常阀位时的参考状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，基于压杆失稳触发的膜片先导型自动阀，包括安装于管道上的开关阀10，开关阀10控制着开关阀上游管道41和开关阀下游管道42内介质的流通；所述开关阀10的阀杆11连接有开关执行机构20；开关阀上游管道41上设置有触发所述开关执行机构20动作的先导触发机构30。

其中，所述先导触发机构30包括先导阀体31，所述先导阀体31内由膜片32分隔为第一腔室33和第二腔室34，第一腔室33通过连通管50与位于所述开关阀10上游的管道相连通，所述先导阀体31内滑动安装有与膜片32相连接的顶杆35，由于膜片具有弹性，最好在所述顶杆35与所述膜片32之间设置支撑板39；所述顶杆35的上端伸出所述先导阀体31且连接有用于限制所述开关执行机构20动作的锁止卡槽36，所述顶杆35的下端伸出所述先导阀体31且连接有触发杆37。

该先导触发机构30是基于压杆稳定和压杆失稳原理设计，具有两个工作位置。决定该机构处于哪一个工作位置，进而决定整个自动阀门是否动作的部件是触发杆37，所述触发杆37的外侧设置有保护罩38，所述触发杆37通过螺帽与所述保护罩38可拆卸连接。当第一腔室33内压力超过设定值时，介质压力通过膜片32快速传递而使所述触发杆37发生失稳弯曲，此时所述锁止卡槽36解除对所述开关执行机构20限制，进而所述开关执行机构20触发开关阀10由正常阀位改变为非正常阀位。

本实施例中，所述开关执行机构20包括缸体21，所述缸体21内滑动安装有推杆22，所述推杆22的上端连接有执行活塞23，所述执行活塞23与所述缸体21之间设置有压缩弹簧24，所述推杆22的中部铰接安装有与所述阀杆11相连接的拨叉25，所述推杆22的下端伸出所述缸体21，所述推杆22做直线运动时带动所述拨叉25进而改变所述开关阀10的阀位状态；所述缸体21的下端铰接安装有两个相对设置的锁止摇臂26，参考图1，所述开关阀10处于正常阀位时，两个锁止摇臂26处于闭合状态且所述推杆22的下端与两个锁止摇臂26相接触，两个所述锁止摇臂26的自由端限制于所述锁止卡槽36内，这样推杆22会受到两个锁止摇臂26的限制而无法运动。两个所述锁止摇臂26的自由端均安装有与所述锁止卡槽36滚动摩擦的轴承27，以便减小摩擦力。

参考图1，当开关阀上游管道41内介质压力低于设定压力时，即先导阀体31的第一腔室33内的压力低于设定压力，此时触发杆37承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，当触发杆37处于压杆稳定状态时，触发杆37的轴向推力会使顶杆35、膜片32以及锁止卡槽36处于工作位置一，此时锁止卡槽36与轴承27接触，将两个锁止摇臂26卡住，阻止了锁止摇臂26的旋转运动，两个锁止摇臂26处于闭合状态而将推杆22顶住，推杆22不会发生轴向直线运动，压缩弹簧24的弹性势能无法释放，开关阀10处于正常阀位。

参考图2，当开关阀上游管道41内介质压力高于设定压力时，即先导阀体31的第一腔室33内的压力高于设定压力，此时触发杆37承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳、丧失承载能力，在触发杆37失稳弯曲而丧失承载能力后，其作用在顶杆35上的推力会骤然降低，介质压力会推动膜片32移动至工作位置二，在此过程中，顶杆35会带动与之固定为一体的锁止卡槽36移动直至锁止卡槽36失去对锁止摇臂26的约束作用，推杆22在压缩弹簧24的推动作用下推动锁止摇臂26旋转，锁止摇臂26将不再顶住推杆22，推杆22在压缩弹簧24的推动作用下移动，通过拨叉25将开关阀10由正常阀位改变为非正常阀位(若正常工况下开关阀处于全开位，则超压工况下开关阀应自动关闭，阀位变为全关位；若正常工况下开关阀处于全关位，则超压工况下开关阀应自动开启，阀位变为全开位)，从而实现了超压时阀门的自动开启或者关闭。

参考图3，本实施例中还包括推杆复位机构60，所述推杆复位机构60包括与所述执行活塞23的活塞杆相连接的复位连杆61，所述复位连杆61上螺纹连接有复位手轮62；两个所述锁止摇臂26之间设置有复位弹簧63。这样在触发杆发生失稳而开关阀自动动作且压力管道内的压力恢复正常后，可以使用复位手轮62向复位连杆61施加外力，直至其恢复到初始位置，进而使开关阀恢复到正常阀位。此时，推杆22对锁止摇臂26不再有推动作用，两个锁止摇臂26会在复位弹簧63的拉力作用下收拢。然后，通过对顶杆35施加外力将顶杆35、膜片32连同锁止卡槽36恢复至工作位置一(即初始位置)，并更换新的触发杆37。最后移除复位手轮62(以免下次动作时妨碍开关阀的正常动作)，整个阀门完成复位。

另外，根据压杆失稳的欧拉定律，可以通过调整触发杆37(细长杆)的弹性模量和长细比而改变其临界载荷，进而改变开关阀10动作时的设定压力。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域内的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。