一种微压型安全阀的制作方法

本实用新型涉及密封安全设备技术领域，具体涉及一种微压安全阀。

背景技术：

安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。目前市场上的微压型安全阀大多为金属结构，且都是弹簧型的安全阀，运用物理的原理，即弹簧的弹力作用进行密封。如果是在高压力条件下，弹簧密封没问题，但在极低压力条件下用弹簧进行密封就会出现问题是，安装方向改变、震动等都会导致泄漏。微压力（５KPa左右的微压力）环境下的安全阀依靠弹簧密封时，因为密封压力很小，工作不稳定，容易导致泄放的压力不稳定，或高或低，而且成本很高，一个安全阀几百元，同时排压的口径也做得较小，金属阀内部结构精密，小零件很多，医疗使用时消毒不方便，难以达到医疗上的使用要求。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的缺点，提供一种结构简单、设计合理、成本低、微压控制效果好、非常适合一次性使用的微压型安全阀。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种微压型安全阀，包括有安全阀的阀体，阀体中具有压力腔，其特征在于：阀体上设置有密封接口，密封接口将压力腔与阀体外部连通形成过压超压泄放口；在密封接口中设置有遇液体会破裂穿孔的水溶性薄膜，通过水溶性薄膜形成阀体的压力腔；压力腔的入口处连接有分段压力连接管，分段压力连接管由至少一段管单元构成，所述管单元对应单位压力值；在分段压力连接管的入口端设置有密封隔离液体柱，密封隔离液体柱中充满有液体，通过液体形成对分段压力连接管及压力腔的气体密封结构；密封隔离液体柱的另一端与压力引入口相接。

进一步地，所述密封接口设置有上下两处，两处密封接口均设置有水溶性薄膜，无论安全阀的安装方向如何，都能在超压的情况下让液体流进压力腔与水溶性薄膜接触且让水溶性薄膜破裂穿孔而泄压，水溶性薄膜设置在靠近压力腔的一端。

进一步地，其中一密封接口的出口端连接有泄压排放连通管，该泄压排放连通管连接至另一密封接口的出口端共同形成过压超压泄放口。

进一步地，在阀体上设置有一压力连接管接口形成压力腔的入口，所述分段压力连接管与该压力连接管接口连接。

进一步地，所述泄压排放连通管为软管，通过软管使两个泄压口可同时泄压，提高泄压效果。

进一步地，水溶性薄膜与密封接口之间设置有密封胶垫形成对水溶性薄膜的安装密封结构，密封胶垫位于靠近压力腔的一侧。

进一步地，所述密封隔离液体柱形成的外径大于分段压力连接管及压力引入口的内径。

进一步地，在密封隔离液体柱与压力引入口之间设置有一回流截止阀，该回流截止阀为单向阀，防止液体流出压力引入口，导致安全阀监控压力不准，通过回流截止阀可保证气流只能流向安全阀压力腔方向，而不能反向流动。

优选地，所述阀体采用透明硬性材料（如塑料）制成，便于观察阀体内部情况，而分段压力连接管采用软管制成，可以方便的按照设定的压力进行剪裁取用。分段压力连接管可以有不同的内径，根据需工作密封压力而选择，当所需工作压力较低时，可以选择较细的压力连接管，反之选择较粗的压力连接管。压力连接管内径和长度根据阀体的压力腔体积进行物理计算确定，同时也考虑液体密封柱表面张力产生的阻塞压力，分段压力连接管的每个单元长度所代表的压力可以物理方法估算后再用精密仪器进行压力标定，确定每个单元压力连接管的工作压力，如此可以使整个安全阀的成本降低。

压力腔是一个充满空气的腔体，当连上分段压力连接管后，分段压力连接管内部也是一个包含空气的腔体，此两个空气腔内部气体符合理想气体的状态方程PV＝nRT（n,R 为常量，T为绝对温度），也就是说温度不变的条件下，气体受到一定的压强后，其体积与所受压强的乘积是不变的。当分段压力连接管受到一定的空气压强后，安全阀的压力腔也受到同样的气体压强，此时二者的气体体积都会变小，压力达到某一特定值后，压力连接管的空气在压力作用下将会全部进入到阀体的压力腔，因此隔离柱里面的液体也会进入到压力腔，破坏水溶性薄膜，导致安全阀泄压。如果对分段压力连接管与压力腔的体积进行精确设计，使之在设定的压强下分段压力连接管的空气刚好全部进入压力腔，导致隔离柱的液本也进入到压力腔中破坏水溶性薄膜。则此设定的压强就是本安全阀的工作压强，习惯上也称作工作压力。

具体计算与设置方法如下：设压力腔中气体体积为V1，分段压力连接管中气体体积为V2，在受到工作压力时，压力腔中气体体积变为V1′,分段压力连接管中的气体体积变为V2′，即压力腔中的气体体积减少量完全由分段压力连接管中的气体填充。

设标准大气压为P，安全阀的工作压力为a个标准大气压，即为a•p，则有气体状态公式：PV1=（a+1）P V1′、PV2=（a+1）P V2′；即有：V1′= V1/（a+1），及V2′= V2/（a+1），压力腔中气体体积减少量为：△V= V1- V1′= V1[1-1/（a+1）]= V1•a/（a+1）；而依前面结论有：△V= V2′，则最终可得出V2/ V1=a。

即分段压力连接管的气体体积与压力腔的气体体积之比为安全阀的工作压强与标准大气压的比值，若a=0.01P，即工作压力为１KPa时，分段压力连接管与压力腔的体积之比为1：100，依此类推可计算出不同压强条件下的体积比值，因此只要确定了压力连接管的体积，就可以确定压力腔的体积。

在实际应用中，当该安全阀竖放时，由于安全阀的工作压力腔在单向阀的密封作用下始终维持一个恒定的正向工作压强（约2kPa~5kPa），分段压力连接管中的液体在重力作用下会产生一个重力压强作用。但因为分段压力连接管很短，此重力压强的值很小，约为0.1 kPa，远小于工作压力腔的压强，因此如果没有外界压力的作用，无论压力安全阀以什么方向放置，由于压力腔的正压力作用，分段压力连接管内的密封液体是不能流入工作压力腔的，只有在外界压力的作用下，外部压力从压力连接引入口通过单向阀进入密封储液腔（即密封隔离水柱），当外界压力大于安全阀的压力腔压力时，密封储液腔中的液体将会在压力的作用下流入到压力腔，并与水溶性薄膜发生反应，启动安全阀的泄压动作。

本实用新型应用了物理化学方法的原理，安全阀的核心部件为水溶性薄膜，只要压力达到设定值，液体就会进入压力腔而导致水溶性薄膜破坏穿孔，从而达到泄压的目的，结构精妙，能达到完全的密封要求，其密封压力可以做到很微小（低于１KPa），密封效果好，且能对密封工作压力进行调节，调节的精度也很高；且安全阀的阀体可用廉价的硬塑料制作，连接管可用成本低廉的软管制作，比金属安全阀轻，安装方便，可以任意方向安装，不怕震动，不会泄漏，整个安全阀的成本很低，很适合一次性使用，适用于医疗行业等各类设备器械。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为用于毛细管液面上升过程的计算说明示意图；

图3为（分段）压力连接管内液体流动被阻的示意图。

图中，1为阀体，2为压力腔，3为密封接口，4为水溶性薄膜，5为泄压排放连通管，6为压力连接管接口，7为分段压力连接管，8为密封隔离液体柱，9为压力引入口，10为密封胶垫，11为回流截止阀。

具体实施方式

本实施例中，参照图1，所述微压型安全阀，包括有安全阀的阀体1，阀体1中具有压力腔2，阀体1上设置有密封接口3，密封接口3将压力腔2与阀体1外部连通形成过压超压泄放口；在密封接口3中设置有遇液体会破裂穿孔的水溶性薄膜4，通过水溶性薄膜4形成阀体1的压力腔2；压力腔2的入口处连接有分段压力连接管7，分段压力连接管7由至少一段管单元构成，所述管单元对应单位压力值；在分段压力连接管7的入口端设置有密封隔离液体柱8，密封隔离液体柱8中充满有液体，通过液体形成对分段压力连接管7及压力腔2的气体密封结构；密封隔离液体柱8的另一端与压力引入口9相接。

所述密封接口3设置有两处，两处密封接口3均设置有水溶性薄膜4，且水溶性薄膜4设置在靠近压力腔2的一端。

其中一密封接口3的出口端连接有泄压排放连通管5，该泄压排放连通管5连接至另一密封接口4的出口端共同形成过压超压泄放口。

在阀体1上设置有一压力连接管接口6形成压力腔2的入口，所述分段压力连接管7与该压力连接管接口6连接。

所述泄压排放连通管5为软管，通过软管使两个泄压口可同时泄压，提高泄压效果。

水溶性薄膜4与密封接口3之间设置有密封胶垫10形成对水溶性薄膜4的安装密封结构，密封胶垫10位于靠近压力腔2的一侧。

所述密封隔离液体柱8形成的外径大于分段压力连接管7及压力引入口9的内径。

在密封隔离液体柱8与压力引入口9之间设置有一回流截止阀11，该回流截止阀11为单向阀，防止液体流出压力引入口，导致安全阀监控压力不准，通过回流截止阀11可保证气流只能流向安全阀压力腔2的方向，而不能反向流动。

所述阀体1采用透明硬性材料（如塑料）制成，便于观察阀体内部情况，而分段压力连接管7采用软管制成，可以方便的按照设定的压力进行剪裁取用。

参照图2，1）、当液体湿润管壁时，形成凹液面，此时各处压强的关系为：PB<P0，PC=P0，因此PB<PC。根据流体静力学原理，静止流体内等高各点的压强相等。因此，此时液面不能平衡，管内的液面要上升，起到B、C两点的压强相等为止。设毛细管的半径为r，凹液面近似视为半径为R的球面的一部分。则有：PA-P0=2α/R，得到PA=P0-2α/R，PB=PA+ρgh= P0-2α/R+ρgh=PC=P0，得到：h=2α/ρgR=2αcosθ/ρgr，r=Rcosθ。

并结合图3，当安全阀及分段压力连接管7以垂直方向放置时，储液腔（即密封隔离水柱8位置）中的液体流入到分段压力连接管7后，因为水对分段压力连接管7的浸润作用及水的表面张力影响，其与空气的接触面为近似半圆形，分段压力连接管7中的水会受到水的表面张力产生的附加压强作用，此附加压强足够大时，分段压力连接管7中的液体将会被附加压强阻止而无法向下流动（见图3）。此种情况常见于在较细管道中的较短液体段由于液体表面张力作用而无法向下流动。例如医用输液器管道中如果进入空气导致液体分成较短的液体段，此时输液器管道虽然垂直放置，但输液器管道中的液体是不会在重力作用下往下流动的。

当分段压力连接管7的半径r很小情况下，水在分段压力连接管7内部液面与分段压力连接管7内壁形成的接触面的接触角很小，可近似认为cosθ=1,根据以上公式推论，此时表面张力对液体柱产生的附加压强约为Pt=2α/r。适当设计r的大小，使液体表面张力产生的附加压强在没有外来压力的情况下完全能阻止储液腔中的液体流入分段压力连接管7内（储液腔的上部表面因为其横截面的半径很大，产生附加压强可忽略不计），使储液腔中的液体（如水）无法在自身重力作用下进入到压力腔2，因此微压安全阀不会产生误动作，其工作性能更加可靠。

当高度为h的液体进入到分段压力连接管7时，重力产生重压强为Pv, 重力产生的液体压强与液体表面张力产生的附加压强在大小相等、方向相反（Pv=－Pt）的条件下，将会产生平衡抵消作用，液体将无法在重力作用下往下流动。此时如下公式成立：Pt= 2α/r =ρgh，即可求得分段压力连接管7的r值大小，若h(分段压力连接管底部液面至储液腔顶部液面的高度)为1cm，则分段压力连接管7的半径r约为1.46毫米。在此条件下当有液体在分段压力连接管7中时，不管分段压力连接管7处于水平方向，还是竖直方向，因为有附加压强Pt的存在，液体在分段压力连接管7中无法流动，也无法进入到压力腔2，这样保证了压力安全阀的正常工作，在安全阀密封工作压力很小的情况下,不管压力安全阀以什么方向放置，液体储存腔中的液体都不会进入压力腔2。当压力安全阀水平放置时，密封柱中的液体产生附加压强没有重力作用与其平衡抵消，其密封实际工作压力因为有这个附加压强的存在而与理论计算值有一个较小的误差，此误差很小，经过计算Pt约为0.1kPa，此压力比安全阀正常工作的密封压力（约2kPa~5kPa）小很多，可以在设计安全阀通过实际的压力测试确定调整微型安全阀的密封工作压力，这样使用起来就非常方便。压力安全阀正常工作时，其内部的压力腔因始终维持一个恒定的工作压力（约2kPa~5kPa），以此保证在安全阀的正常工作压力下，储液腔中的液体是不能进入到压力工作腔的，保证了微型压力安全阀工作可靠性和稳定性。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。