一种超临界全量型安全阀的制作方法

本发明涉及安全阀技术领域，特别涉及一种超临界全量型安全阀。

背景技术：

超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，它比超临界机组的热效率高出约4％，与常规燃煤发电机组相比优势就更加明显。超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临界机组相比，热效率要提高1.2％-4％，一年就可节约6000吨优质煤。未来火电建设将主要是发展高效率高参数的超临界(sc)和超超临界(usc)火电机组，它们在许多国家已得到广泛的研究和应用。

火电行业为了高效节能，大力发展超临界以上机组。但在超临界参数以上的超压保护装置由于自动化控制技术程度高，需要依赖于大量的建模试验人才、设备和场地，目前超临界及以上高性能安全阀仍大量依赖于进口。

超临界火电技术由于参数本身的特点决定了超临界锅炉只能采用直流锅炉，在超临界锅炉内随着压力的提高，水的饱和温度也随之提高，汽化潜热减少，水和汽的密度差也随之减少。当压力提高到临界压力(22.12mpa)时，汽化潜热为0，汽和水的密度差也等于零，水在该压力下加热到临界温度(374.15℃)时即全部汽化成蒸汽。故在超临界状态下的承压设备介质均为过热的汽态，作为承压设备超压保护的安全附件(即安全阀)，理论上是在超临界参数的工况状态进行启闭动作，然而实际上，往往要求安全阀能够耐压超过超临界参数，比如一般可过压不超过3％，此时排泄出足量的过压汽态量，起到安全释放保护作用。之后当过压消除时，应及时可靠回座关闭，一般降压不允许低于开启的96～93％，最低不低于90％，此时安全附件(安全阀)起到密封作用，承压设备正常工作。

现有技术的超临界锅炉中使用的安全阀，由于结构限制，往往无法顺利满足超临界小量过压的性能要求，甚至是在刚达到或将要超临界参数时就必须开启泄压。

因此，如何提高安全阀的超临界过压性能，满足锅炉实际使用需求，是本领域技术人员所面临的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超临界全量型安全阀，能够提高安全阀的超临界过压性能，满足锅炉实际使用需求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超临界全量型安全阀，包括阀体、设置于所述阀体底部的阀底座、开设于所述阀底座上并与主管路连通的入口、开设于所述阀体上并与所述入口连通的泄压口、可轴向移动地设置于所述阀体内的阀杆、设置于所述阀杆末端并用于堵塞所述入口的阀芯、设置于所述阀体顶端的阀盖、抵接于所述阀盖与所述阀杆首端之间的弹簧，以及可轴向移动地设置于所述阀底座的外壁上、用于在所述阀芯被顶起至脱离所述阀底座的端面时形成用于临时容纳工质的空腔的前泄助推座。

优选地，所述阀芯的底端两侧边上均设置有用于压紧所述阀底座端面的弹性垫。

优选地，所述阀体内沿轴向设置有用于对所述阀杆的移动进行导向的导向套。

优选地，所述弹性垫填充于所述阀芯的外壁与所述导向套的内壁之间，且所述弹性垫的底部往外延伸设置有具有弹性的楔形压板；所述楔形压板的表面与所述阀芯的外壁之间留有供工质进入以将其压紧至所述阀底座的端面上的密封缝隙。

优选地，所述阀底座的外壁上沿轴向开设有若干个阶梯滑轨，且所述前泄助推座的内壁上设置有若干个用于与各个所述阶梯滑轨配合滑动的阶梯滑板。

优选地，所述阀底座的端面外缘开设有缺口，且所述前泄助推座的顶端开设有用于与所述缺口组合形成容纳槽的楔形面。

优选地，所述前泄助推座的底端上沿横向设置有与所述阀体相连的第一连接杆。

优选地，还包括可轴向移动地套设于所述阀芯的外壁上、用于与其形成容纳腔以降低所述阀芯启闭时的冲击力的反冲座。

优选地，所述反冲座的外壁上沿横向设置有与所述阀体相连的第二连接杆。

本发明所提供的超临界全量型安全阀，主要包括阀体、阀底座、入口、泄压口、阀杆、阀芯、阀盖、弹簧和前泄助推座。其中，阀体为安全阀的主体结构，主要用于承载来自液压或气压系统主管路的压力，安装其余零部件。阀底座设置在阀体的底部位置，而阀盖设置在阀体的顶端位置。在阀底座上开设有入口，该入口的一端与主管路连通，另一端与阀体内部连通，可将主管路中的工质引入到阀体内。在阀体上开设有泄压口，该泄压口在阀体内部与入口连通，可将工质引导至流回油箱。阀杆设置在阀体内，并且可以进行轴向(一般为垂向)移动，在阀杆的末端上设置有阀芯，该阀芯主要用于在阀杆的带动下将入口打开或堵塞，以使入口与泄压口导通或截止。弹簧抵接在阀盖与阀杆的端部之间，主要用于提供弹性反力，使得阀芯被工质顶起后能够自动回落到堵塞位置。前泄助推座设置在阀底座的外壁上，并且可进行轴向移动，主要用于通过轴向移动至与阀芯的端面抵接，从而在阀芯被工质顶起至脱离阀底座端面使得入口与泄压口刚导通时，能够在阀底座的外壁上形成一个临时空腔，用于容纳一定量工质。如此，通过前泄助推座与阀底座和阀芯之间所形成的临时空腔，可在阀芯刚被顶起，即入口刚与泄压口刚导通时，更多地容纳一定量的工质，从而使得阀体能够短暂承受更大工质压力，顺利地达到小量过压效果。因此，本发明所提供的超临界全量型安全阀，能够提高安全阀的超临界过压性能，满足锅炉实际使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1的局部结构示意图。

图3为图2中所示的弹性垫的具体结构示意图。

图4为图2中所示的阀芯被工质顶起后的状态示意图。

图5为图2的尺寸参数示意图。

图6为图4的尺寸参数示意图。

图7为图1的局部结构尺寸参数示意图。

其中，图1—图4中：

阀体—1，阀底座—2，入口—3，泄压口—4，阀杆—5，阀芯—6，阀盖—7，弹簧—8，前泄助推座—9，弹性垫—10，导向套—11，楔形压板—12，密封缝隙—13，阶梯滑轨—14，阶梯滑板—15，缺口—16，楔形面—17，第一连接杆—18，反冲座—19，第二连接杆—20。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的局部结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，超临界全量型安全阀主要包括阀体1、阀底座2、入口3、泄压口4、阀杆5、阀芯6、阀盖7、弹簧8和前泄助推座9。

其中，阀体1为安全阀的主体结构，主要用于承载来自液压或气压系统主管路的压力，安装其余零部件。阀底座2设置在阀体1的底部位置，而阀盖7设置在阀体1的顶端位置。此处优选地，阀底座2上开设的入口3可采用缩放喷嘴形式，如此可在临界流状态下达到最大流量系数。

在阀底座2上开设有入口3，该入口3的一端与主管路连通，另一端与阀体1内部连通，可将主管路中的工质引入到阀体1内。在阀体1上开设有泄压口4，该泄压口4在阀体1内部与入口3连通，可将工质引导至流回油箱。

阀杆5设置在阀体1内，并且可以进行轴向(一般为垂向)移动，在阀杆5的末端上设置有阀芯6，该阀芯6主要用于在阀杆5的带动下将入口3打开或堵塞，以使入口3与泄压口4导通或截止。弹簧8抵接在阀盖7与阀杆5的端部之间，主要用于提供弹性反力，使得阀芯6被工质顶起后能够自动回落到堵塞位置。此处优选地，采用阻隔器以及经过加温强压处理(350-400℃)的弹簧8，以确保排放时弹簧力始终高于升力曲线，回座关闭时弹簧力低于升力，有效满足了启闭工况的需求。

前泄助推座9设置在阀底座2的外壁上，并且可进行轴向移动，主要用于通过轴向移动至与阀芯6的端面抵接，从而在阀芯6被工质顶起至脱离阀底座2端面使得入口3与泄压口4刚导通时，能够在阀底座2的外壁上形成一个临时空腔，用于容纳一定量工质。

如此，通过前泄助推座9与阀底座2和阀芯6之间所形成的临时空腔，可在阀芯6刚被顶起，即入口3刚与泄压口4刚导通时，更多地容纳一定量的工质，从而使得阀体1能够短暂承受更大工质压力，顺利地达到小量过压效果。当然，在过压达到预设数值时，前泄助推座9可逆向移动，不再与阀芯6的底端抵接，从而打破临时空腔，使得入口3与泄压口4顺利导通，安全阀迅速泄压。

考虑到阀杆5的位移形成可能较大，为保证位移运动的可靠性和精确性，本实施例内沿着轴向方向设置了导向套11，以为阀杆5的轴向运动提供导向作用。具体的，该导向套11的顶端可固定在阀盖7的底部，通过紧固件等固定，然后导向套11的本体垂下到阀体1空腔中，可一直延伸到阀底座2的端面位置。

如图3所示，图3为图2中所示的弹性垫的具体结构示意图。

同时，考虑到工质无论是气体还是与液体，阀体1的密封性能总是非常重要。为此，本实施例在阀芯6的底端两侧边上均设置了弹性垫10。具体的，该弹性垫10可呈环形，一般采用inconelalloy材料，可套设在阀芯6的外缘位置上，同时，弹性垫10并不覆盖阀芯6的中心位置。一般状态下(即未达到超临界状态)时，弹性垫10在重力作用压紧在阀底座2的端面上，保证密封性能，防止入口3处的工质通过缝隙进入到阀体1内腔中的泄压口4中。而当工质冲击阀芯6的底面将其顶起时，弹性垫10与阀芯6同时沿轴向上升，此时弹性垫10的底面脱离阀底座2的端面，使得入口3与泄压口4顺利导通。

进一步的，为提高安装稳定性和密封性能，弹性垫10可填充在阀芯6的外壁与导向套11的内壁之间，防止工质通过两者间的缝隙泄漏到泄压口4。同时，为方便与阀底座2的端面紧贴，在弹性垫10的底部往外延伸设置有楔形压板12。具体的，该楔形压板12具有弹性，并且楔形压板12的表面与阀芯6的外壁之间留有密封缝隙13，该密封缝隙13可使得工质进入，以利用工质的压力将楔形压板12压紧在阀底座2的端面上，加强密封性能。

另外，为方便前泄助推座9在阀底座2外壁上的轴向滑动，本实施例在阀底座2的外壁上沿轴向开设了若干个阶梯滑轨14，比如2～4个等，相邻两个阶梯滑轨14均具有轴肩，具有限位作用。相应的，本实施例在前泄助推座9的内壁上设置了若干个与各个阶梯滑轨14相配合的阶梯滑板15。具体的，各个阶梯滑板15分别对应各段阶梯滑轨14，可各自且同步地进行轴向滑动。

同时，为更加顺利地通过前泄助推座9形成临时空腔，本实施例在阀底座2的端面外缘上开设了缺口16，同时在前泄助推座9的顶端上开设了楔形面17。该楔形面17与缺口16正对，当前泄助推座9轴向滑动到与导向套11的底面抵接时，楔形面17与缺口16之间即形成了一个具有一定容积的临时容纳槽。如此，即可通过该临时容纳槽容纳一定量的工质，达到承载过压目的。同时，当容纳槽的容纳量达到极限时，通过工质作用在容纳槽的槽壁上的斜向压力，即可反推前泄助推座9，使其顶端脱离与导向套11底面的抵接，打破容纳槽。

进一步的，为提高前泄助推座9在阀体1上的安装稳定性，同时保证前泄助推座9的平顺运动，本实施例在前泄助推座9的底端上沿横向设置了第一连接杆18。具体的，该第一连接杆18的一端可连接在阀体1的外壳上，而第一连接杆18的另一端可通过传动机构连接在前泄助推座9的底端外壁上。

如图4所示，图4为图2中所示的阀芯被工质顶起后的状态示意图。

不仅如此，考虑到超临界机组的工作压力较大，阀芯6在运动过程中受到的压力和冲击力也较大，为调节启闭压差，降低对结构件的冲击，本实施例还在阀芯6的外壁上增设了反冲座19。具体的，该反冲座19可呈环形套筒结构，中心中空，并且套设在阀芯6的底端上。对于阀芯6上安装有弹性垫10和导向套11的实施例，可将反冲座19套设在导向套11上。与前泄助推座9的作用形成的临时容纳腔类似，在反冲座19的内壁上也开设有容纳腔或容纳槽。当入口3与泄压口4导通时，一部分工质便充满该容纳腔，而当在阀芯6下行准备关闭入口3时，该容纳腔内的工质还尚未全部流出泄压口4，因此可作为阀芯6下行时的缓冲带，通过反力作用降低阀芯6下行对阀底座2端面的冲击力。

进一步的，该反冲座19与前泄助推座9相同，也可在阀芯6的外壁上进行轴向移动。如此，当反冲座19进行轴向移动时，将有效调节其内壁上的容纳腔的容纳体积，即工质的临时容纳量，进而控制对阀芯6下行时的运动冲击缓解性能。

同理，为提高反冲座19的安装稳定性和运动平顺性，本实施例在反冲座19的外壁上沿横向设置了第二连接杆20。具体的，该第二连接杆20的一端可固定在阀体1的外壳上，而第二连接杆20的另一端可通过传动机构与反冲座19相连。

此外，本实施例所提供的的超临界全量型安全阀，其具体性能指标体现有：在超临界及以上工况中开启ps准确(±1％ps)，迅速排放(过压不超过3％ps)，开高到位(预设距离h)，回座及时(降压不低于93％～96％ps)，同时动作过程平稳，无频跳和颤振现象。

为确保上述性能指标，申请人通过有限次数试验，确定了超临界全量型安全阀中相关结构的具体尺寸参数(如入口3的流道喉径do)以及与do之间的关联参数，如图5、图6和图7所示。

其中，图5中通过背压螺套上下调节d5和d6之间的面积差，可调节控制排放背压对回座压力的辅助作用，有利于排放后的及时回座。图6中的do、d1、d2反映了全量型的含意参数，使安全阀的排放量达到最大值，通过前泄助推座9和反冲座19的下上调节，可调节d3和d4之间的截面，从而控制调节过压和回座压力。图7中通过弹簧力的传递设置，为避免在高参数动作中的振动和不稳定性，并且可在弹簧8的底座下方增设缓冲簧，起到了明显的减振缓冲效果。弹簧8的中径d7一般大于do，有利于弹簧8的有效变形量和细长稳定性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。