专利名称：膜片式耐振先导低压全启安全阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种安全阀，用于流体压力系统的防超压安全泄放，属于流体机械领域。
目前广泛采用的安全阀主要有两种，一种是弹簧直接载荷式，其缺点是密封性能差，启闭压差大，而且在低压状态下动作性能难以达到全开启，耐振性能差，另一种是先导式安全阀，这方面最典型的是中国专利号为920220716.4的压力容器用先导式安全阀。其主要结构是由主阀和先导阀两部分组成，这种结构仍是用于压力容器的静态设备上，它的动作性能，密封性能及可靠性都很好，但在压力波动频繁，机器振动强的场合下无法正常的动作。这主要是由于其先导阀部分仍完全由弹簧所控制的缘故。
本实用新型的目的是要克服上述已有技术耐振性差和只能在静态下工作的不足，并设计出一种可用于低压或超低压密闭系统，振动频繁的低压压缩机与风机系统的耐振低压全启式安全阀。在低压、振动条件下，仍能正常地完成开启、关闭动作，即使先导阀失灵，主阀仍能在不超过排放压力时自动开启排放。
本实用新型的基本构思是在先导阀中增加一种柔性膜片，由柔性膜片和弹簧共同感受来自被保护系统的压力和振动。由于柔性膜片可以吸收振动，使得本实用新型所设计的先导阀可在振动条件下正常的动作。
本实用新型所设计的一种膜片式耐振先导低压全启安全阀，主要是由在主阀下阀体[1]和上阀体[10]所形成的主阀壳体的内腔中，通过主阀[27]轴线安装有用螺母[14]、阀杆[19]把处于活塞腔[13]下方的活塞[12]同主阀阀瓣[8]连为一体的滑动机构和主阀弹簧[20]所组成的主阀[27]及由在先导阀上阀体[45]、先导阀下阀体[40]、先导阀上阀座[43]、先导阀下阀体封头[31]、先导阀阀座[30]所形成的先导阀壳体的内腔中，通过先导阀[17]轴线安装有先导阀阀瓣[39]的滑动机构和先导阀弹簧[47]所组成的先导阀[17]两部分所构成，它们之间通过管路[16]、接管[23]连为整体，其特征在于在先导阀[17]中，设计有与先导阀阀瓣[39]和下阀体[40]相连的柔性膜片[35]；先导阀[17]由柔性膜片[35]和先导阀阀瓣[39]，将其内腔分为与主阀流体进口[26]相连的高压气室[32]，与侧通口[36]相连的工艺气室[37]，当先导阀[17]开启，其瓣[39]上移，而上通口[50]被密封时，与主阀活塞腔[13]相连通，而当先导阀[17]关闭，其阀瓣[39]下移，而上通口[50]被打开时，与泄压气室[48]相连通的调整气室[51]和与先导阀侧通孔[44]相连的泄压气室[48]四个腔室；先导阀[17]的泄压气室[48]内设计有先导阀弹簧[47]，其弹簧的一端通过先导阀弹簧座[49]与先导阀阀瓣[39]相接触，其另一端通过先导阀弹簧座与先导阀调节螺杆[46]相接触。
本实用新型进一步的特征在于，柔性膜片[35]为环形，其膜片的外环缘由先导阀下阀体封头[31]与先导阀下阀体[40]所夹持固定，其内环缘由先导阀阀瓣的下阀瓣[38]与螺母[34]相紧固；在主阀[27]的流体进口[26]处的排放通道[5]中，设计有爆破片[4]装置。
主阀[27]的上阀体[10]，在其顶部设计有主阀上通道[15]，通过管路[16]与先导阀的侧通道[52]相连，在主阀[27]的下阀体[1]的底部侧面，设计有与流体进口[26]连通的横向通路[25]，该通路[25]，通过接管[23]与先导阀[17]的下通口[29]相连，形成了由主阀[27]和先导阀[17]两部所构成的膜片式耐振先导低压全启安全阀整体。在主阀[27]的下阀体[1]侧壁还设计有排泄口[24]、排放通道[5]和气室孔[22]，在先导阀上阀体[45]侧面开设有侧通孔[44]，在其下阀体[40]的侧面设计有侧通道[52]和侧通口[36]，通过先导阀下阀体封头[31]的先导阀阀座[30]，设计成可与接管[23]接通并带有下通口[29]的结构。该先导阀阀座[30]，顶端设计成锥形面，以使与先导阀的下阀瓣[38]的球形面相接触形成密封面[33]，先导阀阀座[30]中的下通口[29]在伸进高压气室[32]的一端，加工成横向通口，使整个下通口[29]成为“丁”字形通口，以实现下通口[29]与高压气室[32]的连通。由先导阀上阀瓣[41]和下阀瓣[38]所构成的先导阀阀瓣[39]，其下阀瓣[38]，沿中心线加工有上通道[53]，其下端面与先导阀阀座[30]的锥形面，形成密封面[33]，上通道[53]上端加工成横向通道，使上通道[53]也成为“丁”字形通道，以实现上通道[53]与调整气室[51]的连通。主阀[27]的流体进口[26]通过法兰[28]与被保护系统相通，而先导阀[17]通过主阀[27]上的通路[25]也直接与被保护系统相通。先导阀为外置式布置，它控制着主阀的开启和关闭动作。先导阀[17]内设置有柔性膜片[35]，由柔性膜片吸收通过连接管路传递来的各种振动，柔性膜片中心部位固定着先导阀的阀瓣[39]密封口，密封力由先导阀弹簧[47]和柔性膜片共同提供。先导阀通过柔性膜片感受被保护系统的压力变化。先导阀[17]由柔性膜片[35]和先导阀阀瓣[39]将其内腔分为四个腔室高压气室[32]、工艺气室[37]、调整气室[51]和泄压气室[48]。高压气室[32]通过接管[23]和通路[25]与被保护系统直接连通；工艺气室[37]与先导阀侧通口[36]连通；调整气室[51]在流体超压时，由于高压气室[32]压力升高，使柔性膜片[35]向上鼓起，而先导阀阀瓣[39]在柔性膜片的带动下上升，使上通口[50]被密封，流体便由上通道[53]，通过先导阀侧通道[52]，管路[16]，主阀上通道[15]进入主阀活塞腔[13]，因此，调整气室[51]此时与主阀活塞腔[13]连通，当流体压力降至正常值时，高压气室[32]压力也降至正常值，柔性膜片[35]恢复原位并带动先导阀阀瓣[39]下降并恢复对密封面[33]的密封，上通口[50]也因此而被打开，此时，调整气室[51]就与泄压气室[48]相通。泄压气室[48]与侧通孔[44]相通。由此可知，当先导阀高压气室感受到的介质的压力达到其开启压力时，则先导阀开启，如此同时，先导阀上阀瓣[41]的密封件[42]切断主阀活塞腔[13]与先导阀泄压气室[48]的连通，因此，系统介质便迅速由先导阀的上通道[53]通过先导阀的调整气室[51]进入主阀活塞腔[13]，在介质压力的作用下，主阀的活塞[12]迅速下移，通过主阀阀杆[19]使主阀阀瓣[8]离开阀座[7]，主阀达到全开启排放，介质由排泄口[24]排放出去。当先导阀感受到的介质压力降低至回座压力时，先导阀阀瓣[39]回座，同时切断主阀活塞腔[13]与系统介质连通，而又重新通过主阀的上通道[15]、管路[16]经先导阀调整气室[51]再经先导阀上通口[50]与先导阀泄压室[48]，侧通孔[44]连通，从而泄掉主阀活塞腔[13]内的压力介质，主阀在弹簧力和主阀流体进口[26]侧介质的压力作用下迅速回座。主阀阀瓣[39]具有自紧密封作用，压力越高则密封效果越好，上面的动作，随介质压力的变化而重复。为了防止先导阀失灵而使主阀无法开启，特在主阀下阀体[1]的流体进口[26]侧面设计有排放通道[5]，在该排放通道[5]里，装设有爆破片装置，若先导阀一旦失灵不能使主阀开启，爆破片装置就会在规定的压力下爆破，排掉压力介质，保证安全。
当先导阀[17]处于关闭状态时，亦即其下阀瓣[38]与其下阀座[30]形成密封，其高压气室[32]与调整气室[51]被隔断，而调整气室经上通口[50]与泄压气室[48]连通，因此，主阀活塞腔[13]通过侧通孔[44]与大气相通。主阀阀瓣[8]在弹簧力和介质力的共同作用下，与主阀阀座[7]建立起可靠的密封，所以主阀[27]也处于关闭状态。
当主阀流体进口[26]侧的压力升至安全阀开启压力时，则先导阀[17]的高压气室[32]内的压力也同时升至开启压力。在介质压力作用下，柔性膜片[35]带动先导阀阀瓣[39]产生向上的轴向位移，上阀瓣[41]上的密封元件[42]与上阀座[43]形成密封，同时，将调整气室[51]与泄压气室[48]隔开。此时，先导阀[17]的高压气室[32]经上通道[53]与调整气室[51]连通，压力介质迅速经侧通道[52]，管路[16]和主阀上通道[15]进入主阀活塞腔[13]。由于活塞[12]的有效受压面积大于主阀阀瓣[8]的有效受压面积，使压力介质在短时间内产生对活塞[12]的作用力大于它对主阀阀瓣[8]的作用力，从而使主阀阀瓣[8]迅速开启并达到规定的开启高度，开启高度由限位环[21]控制，排放出的流体介质经排泄口[24]排往大气，系统压力下降。
当主阀进口[26]侧的介质压力降至安全阀的回座压力时，先导阀[17]的阀瓣[39]在先导阀弹簧[47]的弹簧力作用下回座，与先导阀阀座[30]建立起新的密封。此时，高压气室[32]与调整气室[51]的连通被隔断，同时，调整气室[51]经上通口[50]与泄压气室[48]连通，因此，主阀活塞腔[13]内的压力介质迅速由先导阀的侧通孔[44]排至大气。这样，主阀活塞腔[13]无法提供主阀阀瓣[8]保持开启的介质作用力，则主阀阀瓣[8]在主阀弹簧[20]的弹簧力和作用于主阀阀瓣[8]上的介质力共同作用下立刻回座，并在密封元件[6]和主阀阀座[7]之间建立起新的密封。使主阀恢复到关闭状态。
当连通主阀[27]与先导阀[17]的管路[16]、接管[23]产生阻塞或因其他故障使先导阀阀瓣[39]在达到开启压力而无法开启时，则主阀阀瓣[8]失去开启动力最终导致主阀[27]无法开启。这时，设置在主阀下阀体[1]侧面排放通道[5]中的爆破片[4]，便会在规定的压力下破裂，从而将主阀流体进口[26]经排放通道[5]与大气相通，排放掉系统内的超压介质，保证安全。
本实用新型的主要优点是①密封性能好，启闭压差小，②灵敏度高，可用于低压及超低压系统的安全保护，③耐振性能好，可用于压力波动频繁及振动强烈的系统，④主阀上设置有爆破片装置，系统保护的可靠性高。
以下结合附图，进一步说明本实用新型的细节
图1是本实用新型所设计的膜片式耐振先导低压全启安全阀的整体剖面结构示意图。
本实用新型所设计的安全阀，由两大部分构成，即先导阀[17]部分和主阀[27]部分，它们之间是通过管路[16]、接管[23]连为整体，先导阀[17]为外置式布置。
其中，主阀[27]主要是由在其下阀体[1]，上阀体[10]所形成的主阀壳体内腔中，通过轴线安装有用螺母[14]、阀杆[19]把处于活塞腔[13]下方的活塞[12]同主阀阀瓣[8]连为一体的滑动机构和主阀弹簧[20]所组成。在处于阀杆[19]另一端的主阀阀瓣[8]上装有密封元件[6]，与下阀体[1]上装设的阀座[7]建立起主阀[27]的密封，初始密封力由设在气室[9]内的主阀弹簧[20]提供。在气室[9]内还设有限制活塞[12]滑动行程的限位环[21]，带有活塞密封元件[11]的活塞[12]，可连动主阀阀瓣[8]完成主阀[27]的开启与关闭功能。在上阀体[10]的顶部设计有上通道[15]，以备用管路[16]与先导阀[17]连通，在下阀体[1]上方设计有气室孔[22]使气室[9]与大气连通，在中上部的两侧则设计有排泄口[24]与大气相通，在下侧面设计有排放通道[5]，在其排放通道里通过夹持器[3]，螺帽[2]安装有爆破片[4]装置，在其底部设计有流体进口[26]，在流体进口[26]侧面还横向设计有用接管[23]与先导阀[17]连通的通路[25]，在下阀体[1]的底部还设计与被保护系统连接的法兰[28]。
而先导阀[17]主要是由在上阀体[45]、上阀座[43]、下阀体[40]、下阀体封头[31]所组成的先导阀空腔内，通过其轴线安装有由先导阀上阀瓣[41]与下阀瓣[38]连接而成的先导阀阀瓣[39]和先导阀弹簧[47]。下阀瓣[38]可在下阀体[40]的柱面腔内滑动，弹簧力通过弹簧座[49]作用在阀瓣[39]上，作为密封面[33]的初始封力。先导阀弹簧[47]的另一端通过弹簧座[49]与调节螺杆[46]接触，带有“丁”字形上通道[53]的下阀瓣[38]其下端与通过下阀体封头[31]轴线并带有“丁”字形下通口[29]的先导阀阀座[30]相接触，其接触面为密封面[33]，在上阀瓣[41]与上阀座[43]接触处的上阀瓣[41]上设有密封元件[42]。在上阀体[45]侧面开有侧通孔[44]，在下阀体[40]侧面开有侧通口[36]及通过管路[16]与主阀[27]相连通的侧通道[52]。在先导阀[17]内设置有柔性膜片[35]，它是一个环形结构，其中心部位通过螺母[34]与阀瓣的下阀瓣[38]相连，其外边缘，通过下阀体[40]与下阀体封头[31]而固定。由柔性膜片[35]及阀瓣[39]，将先导阀[17]内腔分为四个气室，即高压气室[32]，工艺气室[37]，调整气室[51]和泄压气室[48]。高压气室[32]与被保护系统直接连通，工艺气室[37]经先导阀的侧通口[36]与大气相通，调整气室[51]可与主阀[27]的活塞腔[13]连通，也可与先导阀的泄压气室[48]连通，泄压气室[48]经侧通孔[44]与大气相通。在调整气室[51]与泄压气室[48]之间设计可由阀瓣[39]启、闭的上通口[50]。
图2是本实用新型所设计的膜片式耐振先导低压全启安全阀中的先导阀[17]剖面结构示意图。
在由先导阀上阀体[45]、先导阀上阀座[43]、先导阀下阀体[40]、先导阀下阀体封头[31]所组成的先导阀空腔内，通过其轴线安装有由先导阀上阀瓣[41]与下阀瓣[38]连接而成的先导阀阀瓣[39]和先导阀弹簧[47]。下阀瓣[38]可在先导阀下阀体[40]的柱面腔内滑动，被装在泄压气室[48]内的弹簧，其力通过弹簧座[49]作用在阀瓣[39]上，作为密封面[33]的初始密封力。先导阀[17]的密封面[33]是由先导阀阀座[30]锥形面与下阀瓣[38]的球形面所形成。先导阀阀瓣[39]，其下端与通过下阀体封头[31]轴线并带有下通口[29]的先导阀阀座[30]相接触，相对接触的面称为密封面[33]，其上端与先导阀弹簧座[49]相接触，而先导阀的另一个弹簧座则与通过先导阀上阀体[45]中心线并可起调节弹簧压力大小的调节螺杆[46]相接触。在先导阀上阀体的侧面开有侧通孔[44]，在先导阀下阀体[40]侧面设有可与主阀连通的侧通道[52]接头，在其另一侧面，开设有侧通口[36]，先导阀阀瓣[39]是一个由先导阀上阀瓣[41]与带有被称之为上通道[53]中心孔的下阀瓣[38]连接而成，下阀瓣[38]通过螺母[34]与柔性膜片[35]相连，柔性膜片[35]的外边缘被先导阀下阀体[40]与先导阀下阀体封头[31]所夹持，为了密封好，在上阀座[43]与上阀瓣[41]接触处加有密封元件[42]，以使在对上通口[50]进行封闭时，产生良好密封效果。先导阀被柔性膜片[35]和先导阀阀瓣[39]分为四个气室，即高压气室[32]、工艺气室[37]、调整气室[51]、泄压气室[48]。由柔性膜片[35]将先导阀下部分为高压气室[32]和工艺气室[37]，高压气室[32]入口侧经下通口[29]、接管通路与主阀的流体进口相连通，其出口经上通道[53]与调整气室[51]连通，工艺气室[37]经侧通口[36]与大气相连通。由先导阀下阀瓣[38]与先导阀下阀体[40]及先导阀上阀体[43]所形成的调整气室[51]，它可经侧通道[52]、接管、主阀上通道与主阀的活塞腔连通。又可经上通口[50]与泄压气室[48]连通。由先导阀上阀座[43]与先导阀上阀体[45]所形成的泄压气室[48]，经侧通孔[44]与大气连通。
图3是本实用新型所设计的膜片式耐振先导低压全启安全阀中的主阀[27]剖面结构示意图。
在由主阀的下阀体[1]和上阀体[10]所组成的主阀壳体的内腔中，通过其轴线安装有用螺母[14]、阀杆[19]把处于活塞腔[13]内的活塞[12]和主阀阀瓣[8]连为一体的滑动机构。主阀弹簧[20]安装在气室[9]内，它处在下阀体[1]和弹簧座[18]之间。上阀体[10]的内表面加工成活塞腔壁，活塞[12]、活塞密封元件[11]与上阀体[10]组成主阀的活塞腔[13]，活塞[12]可在上阀体[10]腔内上下滑动，连动主阀阀瓣[8]完成主阀[27]的开启、关闭功能性动作。滑动的行程是由设在气室[9]内的限位环[21]来限定。活塞[12]将上阀体[10]与下阀体[1]所组成的腔，分隔为活塞腔[13]和气室[9]两部分，气室[9]通过气室孔[22]与大气连通。活塞腔[13]通过设在上阀体顶部的主阀上通道[15]用管路[16]与膜片式耐振低压先导阀[17]连通。在主阀阀瓣[8]上与主阀阀座[7]接触处设有密封元件[6]。位于主阀[27]下部的下阀体[1]的侧面，设计有排放通道[5]，在排放通道[5]里垂直于排放通道[5]的轴线用螺帽[2]、夹持环[3]装设有爆破片[4]装置，排放通道[5]与主阀流体进口[26]侧连通。在下阀体[1]底部的另一侧面，设计有通过接管[23]可与膜片式耐振低压先导阀[17]相连通的通路[25]，在下阀体的上部还设有多个排泄口[24]。
本实用新型的实施例如下L63LB型罗茨鼓风机采用本实用新型安全阀保护装置，其电动机功率为55KW，转速为1498rpm，流量为60M3/min。安装膜片式耐振先导低压全启安全阀的接管处其振动加速度为50～64m/s2，振幅为121～140μm，风机出口的动压力为0.03～0.061MPa，静压为0.059MPa，在这种较恶劣的条件下安全工作。本实用新型安全阀开启压力通过调节螺杆[46]，调整为0.06MPa，回座压力为0.045MPa。
当风机系统压力达到0.06MPa时，先导阀阀瓣[39]开始上升，其上阀瓣[41]便将上通口[50]密封，系统压力介质便由主阀流体进口[26]经通路[25]、接管[23]、下通口[29]、上通道[53]、侧通道[52]、管路[16]、主阀上通道[15]，进入活塞腔[13]，此时，活塞[12]下降，主阀阀瓣[8]开启，超压介质便经排泄口[24]放掉，系统压力降低。当压力降至0.045MPa时，先导阀阀瓣[39]在先导阀弹簧[47]的作用下下落，上通口[50]启开，密封口[33]重新实现密封，因此，活塞腔[13]中的压力便由主阀上通道[15]，管路[16]，侧通道[52]，调整气室[51]，上通口[50]，最后由侧通孔[44]泄放掉。如此反复。本实用新型安全阀保证风机安全、正常的工作。开启压力的误差小于±0.005MPa，远低于GB12241-89《安全阀的一般要求》中小于±0.014MPa的规定。
如果工作中，先导阀失灵，泄放压力便由爆破片[4]装置来完成。
权利要求1.一种膜片式耐振先导低压全启安全阀，主要是由在主阀下阀体[1]和上阀体[10]所形成的主阀壳体的内腔中，通过主阀[27]轴线安装有用螺母[14]、阀杆[19]把处于活塞腔[13]下方的活塞[12]和主阀阀瓣[8]连为一体的滑动机构和主阀弹簧[20]所组成的主阀[27]及由在先导阀上阀体[45]、先导阀下阀体[40]、先导阀上阀座[43]、先导阀下阀体封头[31]、先导阀阀座[30]所形成的先导阀壳体的内腔中，通过先导阀[17]轴线安装有先导阀阀瓣[39]和先导阀弹簧[47]的滑动机构所组成的先导阀[17]两部分构成，它们之间通过管路[16]、接管[23]连为整体，其特征在于a)在先导阀[17]中，设计有与先导阀阀瓣[39]和下阀体[40]相连的柔性膜片[35]；b)先导阀[17]由柔性膜片[35]和先导阀阀瓣[39]，将其内腔分为与主阀流体进口[26]相连通的高压气室[32]，与侧通口[36]相连通的工艺气室[37]，当先导阀[17]开启，其阀瓣[39]上移，而上通口[50]被密封时，与主阀活塞腔[13]相连通，而当先导阀[17]关闭，其阀瓣[39]下移，上通口[50]被打开时，与泄压气室[48]相连通的调整气室[51]和与先导阀侧通孔[44]相连通的泄压气室[48]四个腔室；c)先导阀[17]的泄放气室[48]内设计有先导阀弹簧[47]，其弹簧的一端通过先导阀弹簧座[49]与先导阀阀瓣[39]相接触，其另一端通过先导阀弹簧座与先导阀调节螺杆[46]相接触。
2.根据权利要求1所述的膜片式耐振先导低压全启安全阀，其特征在于，柔性膜片[35]为环形，其膜片的外环缘由先导阀下阀体封头[31]与先导阀下阀体[40]所夹持固定，其内环缘由先导阀阀瓣的下阀瓣[38]与螺母[34]所紧固。
3.根据权利要求1所述的膜片式耐振先导低压全启安全阀，其特征在于，在主阀[27]的流体进口[26]处的排放通道[5]中，设计有爆破片[4]装置。
专利摘要一种流体机械领域用的膜片式耐振先导低压全启安全阀，主要是由主阀(27)和先导阀(17)两部分通过管路(16)和接管(23)连接而成。特征是，先导阀中设计有柔性膜片(35)，它与先导阀阀瓣(39)将其内腔分为与主阀流体进口(26)相连通的高压气室(32)，与侧通孔(44)相连的工艺气室(37)，可与主阀活塞腔(13)相连的调整气室(51)和与先导阀侧通孔(44)相连的泄压气室(48)四个腔室。优点是密封好启闭压差小，可用于低压及超低压系统，压力波动频繁和振动强烈的系统。
文档编号F16K17/00GK2251655SQ96225099
公开日1997年4月9日 申请日期1996年1月10日 优先权日1996年1月10日
发明者温殿江, 丁信伟, 李志义, 王长利, 徐洪清 申请人:大连理工大学