专利名称：侧喷式安全阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进的压力系统安全阀，特别是一种去除了弹簧而能够准确可靠的开启和关闭并带有哨音报警的泄荷装置。它用直观的物理方法调整开启压力、关闭压力和阀瓣高度，适合于排放高、中、低压的气体和蒸汽介质。
安全阀有重锤式、气室式和弹簧式等等，现在国内外各种压力系统广泛使用的是各种型号的弹簧式安全阀，这类安全阀主要是靠弹簧等相关联的零部件组成外载荷，与阀内介质压力相抗衡。当阀内介质压力小于预先调定的外载弹力时，阀杆上的阀瓣被弹簧压在阀座喷嘴密封面上，使介质不能排放，系统压力没有降低；当阀内介质压力等于或大于弹簧力时，阀瓣被顶起，阀杆上移，弹簧被压缩，阀瓣与阀座喷嘴密封面被打开，形成微启或全启高度，介质疾速排放，同时，由于介质流束高速运动，与金属摩擦产生了高分贝的强烈“咝咝”声，给人们以示报警，连续泄放介质后，系统内压力下降，降至小于或等于弹簧力时，阀瓣下落，重新与阀座喷嘴接触，形成新的密封状态。这种弹簧式安全阀结构简单，加工方便而且开启可靠。但是，弹簧式安全阀长时间使用后，弹簧易疲劳老化，发生断裂、锈蚀，或松驰、或刚度过大。断裂后，使安全阀在很小或不需要介质压力的情况下直接开启，如果弹簧刚度过大，安全阀在压力系统稍有震动的情况下易发生频跳和不完全开启现象。特别是在高温状态下，弹簧受热弹力发生很大变化，使安全阀开启压力值和关闭压力值与预定值产生了大的差异。阀瓣被压力介质顶起或下落过程中，在系统震动和介质高速流动中，有可能使弹簧与阀瓣发生微量位移，使阀瓣受力不均产生歪曲，形成与阀座密封面接合不严的情况，产生漏气，弹簧式安全阀的这些现象严重影响了压力系统的工作情况，另外，安全阀向空间排放压力介质产生的强烈噪音，污染了环境，对人们的心身健康产生了不良影响。
本实用新型的目的是要提供一种改进的压力安全阀装置，它不但能够准确灵敏地开启和关闭，避免使用弹簧带来的弊端，而且可以在较大范围内对开启压力和关闭压力以及阀瓣跳起高度进行调整，同时改善报警声音。
实用新型是这样实现的根据系统压力、开启压力和设计结构尺寸，在阀座喷管上方开一个小孔，喷管侧壁上均匀分布着几个大侧孔。阀座喷管外面套上一个有一定重量的金属浮套，浮套内顶面的阀瓣与小孔配合密封；金属套下端与阀座配合密封，其作用是封闭喷管测孔，以上两处密封面均为弹性材料密封。考虑到工作温度的温差很大，金属发生热涨冷缩现象，依据金属材料热膨胀系数，在浮套内孔与喷管外圆之间留有一定间隙。喷管外壁上有一个或几个气环和过滤环，阻挡介质从间隙内泄漏和过滤灰尘，气环有很小的涨力，过滤环只是静靠在浮套内壁上。浮套外顶面通过定位杆定位配置了不同重量的金属块，起到调整开启压力的作用。利用开启压力值，同时依据小孔直径以及连接密封面尺寸，计算出达到开启压力时，压力介质通过小孔向上顶起金属浮套所需的平衡力。浮套平衡力包括金属浮套及附件的重量；配置在该套上面各种规格金属配平块的重量；气环阻力，即W平＝W套＋W附＋W配＋W环W平——外载平衡力
W套——浮套重量W附——浮套上的附件总重量W配——配平块的总重量W环——气环阻力当系统压力通过小孔向上顶起的力低于平衡力时，即P孔＜W平时，金属浮套没有被顶起，阀瓣与小孔密封，浮套下端与阀座密封，使喷管侧孔和小孔无法排放压力介质，这时密封阶段，当系统压力逐渐升高，即喷管小孔内力达到P孔≥W平时，浮套被顶起，压力介质以临界速度从小孔与阀瓣间隙中疾速排出，同时，浮套下端与阀座密封面间也产生了间隙，压力介质从喷管侧孔疾速排出，这时只是从很狭窄的间隙内排出少量的介质，对系统压力影响不是很大，系统压力仍稍有上升，通过小孔密封面排出的介质流束，对浮套阀瓣产生了一个向上的顶起力，即产生了一个△P力；另一方面，从喷管侧孔疾速排出了大体积的介质流束，通过浮套下端与阀座的密封面，强烈冲击着浮套上的可调配平盘，使配平盘朝上移动，产生一个托力P’，虽然配平盘在升起或下落过程中，盘的受力外沿与排放密封口的距离有所变化，但是压力介质作用在配平盘上的力P’变化不大，这是因为盘的外沿尺寸一定，即受力面积确定，当配平盘接近排放密封口时，密封口处于较小的开启高度，排出的介质体积也较少；当配平盘远离排放密封口时，密封口处于较大的开启高度，排出的介质体积较多，所以配平盘接近或远离密封口时，即配平盘托起或下降时，作用在盘上的介质体积变化不大，配平盘没有因为距离的变化而发生大的P’力变化。在P孔、P’和△P诸力作用下，即P孔＋P’＋△P＞W平，浮套被迅速抬起，达到开启调定的高度，大量的压力介质从喷管侧孔和小孔中排出［主要是喷管侧孔排出］，这一过程是从微启瞬间升到调定高度，时间非常短促，从开启到全部开启，系统压力上升了较小的数值，整个开启过程所需的时间少于弹簧式安全阀；在开启过程中，弹簧式安全阀里的弹簧随着阀瓣被开启压力顶起、上升而被逐渐压缩，弹簧轴向尺寸变小，弹力不断变大，对阀瓣升起产生了很大阻力。所以弹簧式安全阀的开启速度在同一开启高度下没有侧喷式安全阀开启的快，大部分压力系统泄荷后仍需要一定的压力继续运转，侧喷式安全阀可以在较大的关闭压力范围内调整，它靠更换平衡盘来实现调整的目的，平衡盘外沿的角度可以在0°～90°之间作成不同的几种，同时外沿的尺寸大小也很重要。使用角度为0°平衡盘时，因外沿在水平方向上，受介质冲击的力小，所以平衡盘托起浮套的力也很小，即P’值很小，随着压力介质不断排放，系统压力逐渐下降，这时，P孔、P’、△P均有下降，只有达到P孔＋P’＋△P≤W平时，浮套下落，关闭侧孔和小孔。当使用角度为90°平衡盘时，外沿产生了一个较大的介质流束阻力，即P’值较大，向上托起的力量较大。系统压力被泄放后，当达到P孔＋P′＋△P≤W平时，浮套下落，关闭侧孔和小孔，介质停止排出，这期间因W平为一定量值，△P值变化不大，P’值变大，只有P孔值较小时，才能P孔＋P’＋△P≤W平，所以这时获得了较低的关闭压力。杠杆重锤式安全阀的外载力在阀径的一条线上，通过重力杠杆的作用实现开启和关闭，而且都是微启式安全阀，在微启状态下，介质流速在密封面间隙里以临界速度通过，介质向上推动阀瓣的涨力是相对较大的，杠杆本身对力的作用很敏感，所以大部分杠杆重锤式安全阀关闭压力较低，甚至降到工作压力的70％～75％，而且易发生刚性震荡。而侧喷式安全阀避免了这种弊病这是因为在喷管小孔的四周受力均等，没有径向受力不均现象，而且在开启或关闭过程中气环同时起到了扶正作用，使用0°平衡盘时，P’值很小，因无弹力背压，浮套在P孔、P’、△P诸力推动下阀瓣升到调定高度，介质不断被排出，系统压力下降，只有当P孔＋P’＋△P不足以支撑W平时，浮套从调定高度下落，借助于重量惯性，穿过阀瓣微启高度，同时与喷管小孔和阀座接触密封，获得较高的关闭压力。从阀的轴向截面来看喷管小孔处的密封与阀座处的密封近似于三点支撑，因此这种密封结构比较稳定和可靠。实际上阀开启前或关闭后，系统内外力的差别不是很大，作用在阀瓣上的内外差力较小，为了提高比压力，易采用窄的密封面和使用弹性密封材料。分析一下调整开启压力的情况根据调定的开启压力开启，是安全阀的一个重要性能指标，即一只安全阀可以在不同开启压力下工作。侧喷式安全阀可以简单方便的实现大范围的开启压力调整，如果想调低开启压力，依据重新调定的开启压力值，拿下原开启压力值与现开启压力值之间所需的配平块的重量即可；如果希望调高开启压力，则加上现开启压力值与原开启压力值之差所需的配平块的重量，这样将调整抽象的弹簧力变为调整直观的物理重量，而且调整准确可靠。调整范围的大小应根据安全阀的设计尺寸来确定。阀瓣的开启高度利用定位杆来调整；将调定帽松开，朝下拧紧定位杆，使定位杆的肩台与阀壳顶面凸台的距离拉远，阀瓣开启高度加大，反之，朝上拧紧定位杆，阀瓣开启高度减少，一般开启高度大于或等于1／4阀径。因侧喷式安全阀将弹簧式安全阀座喷嘴排放介质，改为侧孔和小孔同时排放，加大了排放面积，在相同的工作情况下同一阀径的这二种安全阀，其排放能力侧喷式大于弹簧式。压力介质排出浮套后，经阀壳底孔进入报警盘，一部分从报警盘的内环侧孔进入，一部分从内环底孔进入，侧孔进入的介质推动内环旋转；底孔进入的介质朝上吹动哨球，随着内环的不断旋转；侧孔和底孔进入的介质量不断发生变化，哨球连续上下、左右窜动，使介质流向发生紊乱，发出较有规律的“嘟、嘟”声，直到浮套落下关闭。另外，在阀壳顶端设置一个电接触开关，联结工作室警报器，通过阀瓣被顶起后定位杆产生位移，电接触开关接通或断开，使室内室外二次报警成为可能。
本实用新型只是利用喷管上的一个小孔和浮套，实现了压力平衡，较大的喷管侧孔和较高的开启高度，提高了泄放压力介质的能力；同时由于实用新型的着眼点在于去除使用弹簧的弊端，将开启压力、关闭压力和阀瓣开启高度变为方便准确的直观调整；而且结构紧凑、轻便，可以发出较为悦耳的“嘟、嘟”报警声，改善了噪音环境。
以下结合附图对实用新型作进一步的详细描述。
图1是本实用新型一种具体结构的缩小全剖图。
图2是
图1安全阀A－A线的剖视图。
图3是
图1安全阀的B向图。
图4是本实用新型阀瓣受力放大示意图参照
图1，
图1是适用于系统压力为1.6MPa以下的一种侧喷式安全阀缩小剖面图，喷管(3)上方有一小孔，氟塑料密封套(25)与铜合金阀瓣(4)配合密封，喷管(3)侧壁上均布着许多侧孔，不锈钢浮套(5)下端与阀座(22)上的巴氏合金密封环(26)配合密封，阀的喷管(3)用45＃钢材料制作，阀座(7)材料为灰铸铁，喷管(3)通径25mm，小孔密封套(25)内径6mm，采用锥面密封，锥角60°，密封接触面宽度为0.7mm。阀座(22)密封面锥角120°，密封面宽度为1mm。设压力系统最低工作压力0.6MPa，用P1表示，最高工作压力0.7MPa，用P2表示，开启压力定为0.75MPa，用P开表示，分析计算一下当系统压力达到0.75MPa时，需要多大的外载力与之平衡，同时参见放大图4，图4是阀瓣(4)受力分析示意图，d是密封套(25)内直径，b是密封面的水平宽度，d1是理论作用力直径，d2是阀瓣(4)反作用力(即平衡力)直径，β为单边锥角的对角。为了便于计算说明，将1MPa≈10Kgf／cm2。
计算出阀瓣(4)受力面积T＝π( (d1)/2 )2＝π(d＋2cosβ×0.07)2／4＝3，14(0.6＋2cos60°×0.07)2／4＝0.3524cm2因为d1＝d2，所以W平＝P开×T＝7.5×0.3524＝2.643Kgf即W平＝W套＋W附＋W配＋W环＝2.643kgf其中W套、W附、W配都是物理重量，根据体积可以计算出或者用秤具秤出重量。看一下气环(2)静摩擦力W环的大小求气环(2)的涨力［即对浮套(5)内壁的接触压力］依据公式W＝ (DPB)/200根据具体结构D——气环(2)的公称直径45mm。
B——气环(2)的厚度2mm。
W——气环(2)的弹力0.20kgf／cm。
P——气环(2)的接触压力。
所以P＝ (200W)/(D×B) ＝0.444kgf／cm2气环(2)的接触面积T环＝πD×B＝2.826CM2不锈钢气环(2)在有润滑的情况下，取静摩擦系数0.11。
气环(2)对浮套(5)的摩擦阻力为W环＝T环×P×0.11＝0.138kgf那么W套＋W附＋W配＝2.643－0.138＝2.505kgf控制W套＋W附的数值低于2.505kgf，用W配的重量配平而达到2.505kgf。实际设计应用中，一般情况下平衡力要小于W平＝2.643kgf，因为阀瓣(4)理论受力直径取得是接触面积的水平中径，实际密封面受力呈三角形向外沿递减，所以应从密封面材料、加工精度和密封结构形式诸方面分析，在实际测试中确定。阀关闭时，浮套(5)下落，受到了气环(2)摩擦阻力W环的阻碍和平衡盘(11)的阻抗，当使用0°平衡盘(11)时，平衡盘(11)的阻抗很小，近似于零，所以W套＋W配＋W附－W环＝2.505－0.138＝2.367kgf，这时浮套(5)下落的最高关闭压力是P高≤ (2.367P开)/(W平) ≤ (2.367×7.5)/2.643 ≈6.72kgf／cm2≈0.672MPa下降到Y＝ 6.72/7.5 ×100％＝89.6％比开启压力0.75MPa下降了10.4％，因压力介质对浮套(5)下端密封面和阀瓣(4)密封面的冲击，实际关闭压力在0.65MPa左右。如果改变一下气环(2)的结构，减少与浮套(5)的接触面积，或减少弹力W都可获得较高的关闭压力。这种安全阀在高、中压环境中，与外载平衡力相比较，气环(2)的摩擦阻力相对变小，关闭压力有很大提高。喷管(3)外壁上，分别设置了一个气环(2)和一个过滤环(1)，过滤环(1)用毛毡或其他密封材料做成，它静靠在浮套(5)内壁上，对其浮套(5)没有压力，其摩擦阻力近似于零，主要起到防止尘垢进入间隙后阻碍浮套(5)移动的作用。经过热处理后的不锈钢气环(2)，其弹力为0.2kgf／cm2，即0.02MPa，气环(2)外圆面和浮套(5)接触面的表面粗糙度为
，气环(2)的作用就是阻挡压力介质从喷管(3)与浮套(5)间隙内泄漏。根据喷管(3)材料为45＃钢、壁厚10mm、工作温度200℃以下这些条件，利用钢材热膨胀系数计算出喷管(3)在最高温度下径向尺寸增长量，同时考虑其他情况，取喷管(3)与浮套(5)间隙量为0.2mm，气环(2)上方的间隙里储存着一定油量，喷管(3)斜面上的凹槽也储存着润滑油，浮套(5)被顶起后，压力介质从小孔中喷出，将凹槽内润滑油吹溅起，油沿浮套(5)内壁或喷管(3)外壁下滑，起到润滑气环(2)的效果。实际上气环(2)上方的间隙内形成了较厚的油膜，浮套(5)与气环(2)接触面的表面粗糙度较高，浮套(5)每一次被顶起，只有很微量的油渗透到气环(2)下方去，故耗油量很少。浮套(5)外圆柱面上有二个凸台，可以在阀壳(7)内槽中滑动，凸台的两侧面与阀壳(7)内槽为线性接触，其表面粗糙度为
，凸台的作用就是浮套(5)上下移动时，防止浮套(5)转动，以利于保护小孔和阀座(22)密封处的密封效果。浮套(5)顶面配置不同重量的配平块(6)，其重量的大小根据计算和试验确定，每块配平块(6)上都标有相应的开启压力值，用它可以调整开启压力的高低。如果调整范围大一些，则设计加高阀壳(7)的上部尺寸，以适应放置更多的配平块(6)，配平块(6)由定位杆(9)定位，同时，定位杆(9)又起到了调整浮套(5)被顶起高度的作用，即阀瓣(4)开启高度的大小。本实例定位杆(9)肩台与阀壳(7)内顶面的距离范围是1～12mm［通过松开定帽(8)转动定位杆(9)来获得］。使用螺纹连接的提钩(10)可以定期提起重量仅2.643kgf的外载浮套(5)，以防止浮套(5)可能被密封面粘住。喷管(3)内部的金属过滤网(24)，主要过滤块状或片状杂质，防止杂质进入浮套(5)与喷管(3)间隙，同时避免异物拉伤、损坏密封面，过滤网(24)柱面与喷管(3)内壁有一定间距，这样减少了介质流动阻力。在阀座(22)和喷管(3)底部间有一个或几个定位销(23)［图4中有一个］，固定两者的相对位置，便于加工各个密封面。平衡盘(11)安置在浮套(5)下端，靠近介质从密封面间隙排出的位置，它可以方便地从浮套(5)上安上拿下，参见图3，图3是
图1平衡盘(11)的B向图，平衡盘(11)的内圈里有4个均布的径向圆柱，将平衡盘(11)圆柱沿浮套(5)沟槽放入，落下，转动一下平衡盘(11)，进入另一个沟槽，当压力介质冲击平衡盘(11)时，它被垂直抬起，圆柱顶紧沟槽上端，带动浮套(5)上移。如果想拿下平衡盘(11)，只要将其反转一下，使圆柱进入开口槽，垂直拿出即可。平衡盘(11)外沿部分可以在α角为0°～90°之间做成0°、30°、45°、60°和90°几种，这样只需要简便地更换不同角度的平衡盘(11)，就可实现调整关闭压力的高低。浮套(5)被顶起后，压力介质分别从喷管(3)小孔和侧孔排出，经过阀壳(7)和报警盘释放到大气中，很少的一部分通过阀壳(7)与浮套(5)间隙进入安全阀配重室，对浮套(5)造成轻度背压，所以在阀壳(7)上部开出了几个小圆孔，使进入配重室的压力介质从小圆孔和定位杆(9)与阀壳(7)间隙中泄放出。介质流束从阀壳(7)底孔进入报警盘的情况，参见图2.图2是报警盘的截面图，阀壳(7)底孔侧面沿径向倾斜一定角度，报警盘的内环(13)沿径向相反方向倾斜一定角度，这样阀壳(7)底孔侧面与内环(13)侧孔面形成一个在120°～160°之间的夹角。介质流束径阀壳(7)底孔进入并倾斜一个角度作用在内环(13)侧孔面上，产生了一个切向分力，内环(13)侧孔的宽度大于阀壳(7)底孔宽度，即内环(13)侧孔圆周上的积累宽度大于阀壳(7)底孔的积累宽度，所以切向分力连续不断的作用在内环(13)上，在内环(13)底面与外环(16)之间有若干个转球(19)，本实例有八个转球(19)，每个转球(19)被内环(13)底部上的挡台隔离，这样在介质流束推动下，借助于转球(19)均匀滚动，使内环(13)转动，转动速度的快慢根据开启压力、阀的泄放量以及内环(13)侧孔侧面与阀壳(7)底孔侧面夹角来设计确定，另一方面，部分介质流束从内环(13)底孔进入朝上吹动哨球(14)，参见
图1，在内环(13)不断转动下，其底孔与阀壳(7)底孔不断连续和切断，来自内环(13)底孔的介质动力断续地作用在哨球(14)体上，同时内环(13)侧孔来的介质流束，也忽大忽小地作用在哨球(14)体上，造成了哨球(14)上下左右窜动，介质流束发生紊乱，流束从大面积的外环(16)孔和压盖(12)孔中排出，并发出连续的“嘟、嘟、嘟”声响，提示报警。哨球(14)两侧各有一个挡板，两挡板之间能容纳1.5～1.8个哨球(14)体，以便使介质通过顺利和哨球(14)有大的活动空间。压盖(12)由压紧螺钉(15)紧固在外环(16)上，防止内环(13)在介质流束作用下产生轴向跳动。紧定螺钉(18)将报警盘固定在阀壳(7)翻沿上，紧固栓(20)将阀壳(7)和底座(22)连接一起，经调试测定后，打上沿封(17)，形成侧喷式安全阀总成。使用时，安全阀与压力系统中安全阀管道法兰(27)由连接栓(21)连接固定。比较一下侧喷式安全阀和弹簧式安全阀的排放能力；假设二种阀的阀径相同，安置在同一压力系统中，排放能力计算公式。
G=APCoXMZTKg/n]]>G＝安全阀排放能力A＝最小排放截面积
P＝安全阀排放压力Co＝流量系数X＝介质特性系数M＝气体的分子量Z＝气体在操作温度时压力的压缩系数T＝气体的绝对温度在实例中，阀公称直径为25mm，小孔通径为6mm，喷管(3)内壁圆周上2／3为侧孔宽度，阀瓣(4)开启高度为7mm，分别表示为Dg＝2.5cm， d1＝0.6cmF＝2／3周长H＝0.7cm弹簧式安全阀公称直径Dg＝2.5cm，喷嘴直径d2＝2cm，开启高度h＝0.7cm，根据排放能力计算公式，因二种安全阀在相同的工作状况下，故排放能力之比为(G侧)/(G弹) ＝ (AC。)/(A′C。′)式中A、Co分别表示侧喷式安全阀的最小排放截面积和流量系数，因该种阀的阀瓣(4)开启速度快和侧面排泄，取Co为0.7。式中A’Co’分别表示弹簧式安全阀的最小排放截面积和流量系数，取Co为0.65。
A＝2／3πDg×0.7＋π×d21／4＝3.946cm2A’＝π×d22／4＝3.14cm2所以 (G侧)/(G弹) ＝ (3.946×0.7)/(3.14×0.65) ＝1.35即G侧＝1.35G瓣在相同时间内侧喷式安全阀的排泄量大于同一规格的弹簧式安全阀。阀瓣(4)开启越高，这种优势越明显。
权利要求1.一种在高、中、低压压力系统中泄放压力介质的安全装置，其特征在于a、喷管(3)顶部有一小孔，侧壁上均布着侧孔。b、浮套(5)中的阀瓣(4)和浮套(5)下端分别与喷管(3)小孔和阀座(22)密封。c、阀壳(7)外壳面设有报警装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是浮套(5)上设有可调整的平衡盘(11)，配平块(6)和定位杆(9)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是小孔和阀座(22)密封处，分别有密封套(25)和密封环(26)。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征是喷管(3)外壁和内部分别设有气环(2)、过滤环(1)和过滤网(24)。
5.根据权利要求1或4所述的装置，其特征是浮套(5)斜顶面有一个贮油槽。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是阀壳(7)外壳面上的报警装置内设有可运动的内环(13)和哨球(14)。
7.根据权利要求1或6所述的装置，其特征是压力介质分别从内环(13)侧孔和底孔进入，其侧孔与阀壳(7)底孔截面形成一夹角，角度为120°～160°
8.根据权利要求1、6或7所述的装置，其特征是哨球(14)两边挡板之间，能容纳1.5～1.8个哨球(14)体。
专利摘要本实用新型提供了一种在压力系统中不使用弹簧配载而泄放压力介质的安全阀新装置，适合于高、中、低压气体和蒸气介质的排放。它是由喷管小孔、平衡浮套、调节装置和报警盘等组成。当系统压力上升到开启压力时，压力介质通过小孔将浮套顶起，使介质从喷管侧孔和小孔中疾速排放，然后按调定的关闭压力关闭。同时实现了开启压力，关闭压力和阀瓣开启高度的简便准确调整。介质排放时，报警盘发出有规律的“嘟、嘟”报警声。
文档编号F16K17/02GK2111417SQ91221830
公开日1992年7月29日 申请日期1991年10月12日 优先权日1991年10月12日
发明者刘云志 申请人:刘云志