压杆失稳触发型换向阀的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种换向阀，更具体的涉及一种在压力超过设定值时能够自动改变气路方向的换向阀。
【背景技术】
[0002]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改变气路的装置，以起到保护上游管路和装置的作用。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，控制系统会发出指令改变安装于气动执行机构供气管路的电磁阀的供电状态，进而改变电磁阀气流通道的状态，从而使气动执行机构动作，改变气路的方向，从而达到保护上游管路和装置的目的。
[0003]其中使用的电磁阀是一种电磁控制的两位多通道换向阀门，通常由电磁部件和两位多通道阀门本体组成。电磁部件由电磁线圈和磁芯等部件组成，阀门本体由阀芯、阀体和弹簧等部件组成。两位是指阀芯相对于阀体有两个工作位置。当电磁线圈通电或断电时，电磁力和弹簧力的共同作用将使阀芯从一个工作位置动作至另外一个工作位置，进而改变电磁阀内部的通道，达到控制动力气源按所需通道进出气动执行机构的目的。
[0004]使用电磁阀作为换向阀的主要潜在风险在于，其动作依赖于压力信号和供电，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，或者电磁阀的供电出现问题，就可能出现压力已经超过设定压力，电磁阀未实现如期换向的情形，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。
[0005]本发明主要由一体式阀芯、换向缸和细长杆组成。其中，一体式阀芯承受来自管道内的压力载荷，此载荷将加载在细长杆上，当管道内的介质压力产生的作用力低于细长杆的临界载荷时，细长杆稳定，细长杆的轴向推力使一体式阀芯处于工作位置一；当介质压力产生的作用力超过细长杆的临界载荷时，细长杆失稳，介质压力会推动一体式阀芯，使一体式阀芯动作至工作位置二，从而达到气体换向的目的。
[0006]经查，目前没有以压杆稳定和压杆失稳原理为基础设计的在超压工况下自动动作的换向阀。
【发明内容】
[0007]本发明涉及的压杆失稳触发型换向阀的主要部件包括杆笼1、细长杆2、阀盖3、换向缸4、连接管5、气缸6和一体式阀芯7等。
[0008]其中触发一体式阀芯7改变其工作位置进而实现动力气源换向的部件是细长杆2，其安装于阀盖3外部，一端与一体式阀芯7相接，另一端与安装于杆笼2内侧相接。
[0009]—体式阀芯7位于阀盖3外部的部分与细长杆2相接；一体式阀芯7位于气缸6内部的部分中包括一个活塞形部件，此活塞型部件与气缸6之间形成密封，将承受来自上游的压力；一体式阀芯7中间部分与换向缸4之间设有多处密封元件，可在一体式阀芯7与换向缸4之间形成多个密封通道(所需要的密封通道数量根据所采用气动执行器的类型而确定)，通过改变一体式阀芯7的工作位置，可以改变这些密封通道与换向缸4上的进出气口之间的相对位置，从而改变动气气源的流通通道和气体流向。
[0010]一体式阀芯7的活塞承受上游管道的介质压力，并将压力施加至细长杆2。当上游管道介质的压力低于设定点时，细长杆2承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，细长杆的轴向推力使一体式阀芯7处于工作位置一，此时流过换向装置内部通道的动力气源是一种流通方向(例如:这种流通方向可以使气动阀门处于关位)。当上游管道介质的压力高于设定点时，细长杆2承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳，此时其有效长度会瞬间大幅度变小，其作用在一体式阀芯7上的推力会骤然降低，一体式阀芯7在介质压力的推动下动作至工作位置二，此时换向阀的内部通道会发生改变，流经换向阀内部通道的气体方向会发生改变，进而触发气动阀门动作。
[0011]在细长杆2发生压杆失稳而压力管道内的介质压力恢复正常后，可以从外部对一体式阀芯7施加压力，使其从工作位置二恢复至工作位置一，此时通过此换向阀的气体通道会变回初始位置。在一体式阀芯7复位后，更换新的细长杆2从而完成整个复位过程。
【附图说明】
[0012]图1为本发明涉及的压杆失稳触发型换向阀为两位五通道形式的主要结构图；
[0013]图2为本发明涉及的压杆失稳触发型换向阀为两位三通道形式的主要结构图；
[0014]图3为本发明涉及的压杆失稳触发型换向阀为两位五通道形式时动作的示意图；
[0015]图4为本发明涉及的压杆失稳触发型换向阀为两位三通道形式时动作的示意图；
【具体实施方式】
[0016]一种压杆失稳触发型换向阀，其主要部件包括杆笼1、细长杆2、阀盖3、换向缸4、连接管5、气缸6和一体式阀芯7等。
[0017]阀盖3的功能是固定杆笼1和换向缸4，并对一体式阀芯7起到导向的作用。
[0018]连接管5将动力气源、换向阀和执行器相连接，使动力气源能够经换向阀后进出执行器。
[0019]其中触发一体式阀芯7改变其工作位置进而实现动力气源换向的部件是细长杆2，其安装于换向缸4和气缸6外部，一端与一体式阀芯7位于阀盖3外部的部分相接，另一端与安装于杆笼2内侧相接。
[0020]—体式阀芯7中间部分与换向缸4之间设有多处密封元件，可在一体式阀芯7与换向缸4之间形成多个密封通道(所需要的密封通道数量根据所采用气动执行器的类型而确定)，通过改变一体式阀芯7的工作位置，可以改变这些密封通道与换向缸4上的进出气口之间的相对位置，从而改变动气气源的流通通道和气体流向。
[0021]根据换向缸4和一体式阀芯7的不同结构形式，它们之间可以形成多个密封通道，可以实现两位五通(一体式阀芯7具有两个工作位置，换向缸4具有5个开口)或两位三通(一体式阀芯7具有两个工作位置，换向缸4具有3个开口)的功能。两位五通结构形式如图1所示，两位三通结构形式如图2所示。
[0022]—体式阀芯7位于气缸6内部的部分中包括一个活塞形部件，此活塞型部件与气缸6之间形成密封，将承受来自上游的压力，并将压力施加至细长杆2。
[0023]在正常工况下，上游管道介质的压力低于设定点，细长杆2承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，细长杆的轴向推力使一体式阀芯7处于工作位置一，此时流过换向装置内部通道的动力气源是一种流通方向。若压杆失稳触发型换向阀采用两位五通结构，动力气源的流通方向是上进下出，动力气源推动执行器活塞向下运动，如图3所示；若采用两位三通结构时，动力气源被压杆失稳触发型换向阀隔离，未通入执行器。执行器连通的是外界大气，活塞处于弹簧不受力的自由状态，如图4所示。
[0024]在非正常工况下，上游管道介质的压力高于设定点，细长杆2承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳，此时其有效长度会瞬间大幅度变小，其作用在一体式阀芯7上的推力会骤然降低，一体式阀芯7在介质压力的推动下动作至工作位置二，此时换向阀的内部通道会发生改变，流经换向阀内部通道的气体方向会发生改变。若压杆失稳触发型换向阀采用两位五通结构，动力气源的气流方向会改为下进上出，动力气源推动执行器活塞向上运动，如图3所示；若采用两位三通结构时，动力气源进入执行器。执行器内的活塞受到动力气源压力的作用，弹簧受力，向上运动，如图4所示。
[0025]在细长杆2发生压杆失稳且工况恢复正常后，可以从外部对一体式阀芯7施加压力，使其恢复至工作位置一，此时通过此换向阀的气体通道会变回初始位置。在一体式阀芯7复位后，更换新的细长杆2从而完成整个复位过程。
[0026]另外，根据压杆失稳的欧拉定律，可以通过调整细长杆2的弹性模量和长细比而改变其临界载荷，进而改变压杆失稳触发型换向阀的设定压力。
[0027]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特种和/或步骤之外，均可以以任何方式组合。
[0028]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可以被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0029]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种压杆失稳触发型换向阀，其主要部件包括杆笼(1)、细长杆(2)、阀盖(3)、换向缸(4)、连接管(5)、气缸(6)和一体式阀芯(7)，其特征在于:触发一体式阀芯(7)改变其工作位置进而实现动力气源换向的部件是细长杆(2)，其安装于换向缸(4)和气缸(6)外部，一端与一体式阀芯(7)位于阀盖(3)外部的部分相接，另一端与安装于杆笼(2)内侧相接，由细长杆(2)的压杆失稳弯曲触发换向阀的换向动作。2.根据权利要求1所述的压杆失稳触发型换向阀，其中一体式阀芯(7)的活塞承受上游管道的介质压力，并将压力施加至细长杆(2);当上游管道介质的压力低于设定点时，细长杆(2)承受的载荷小于其临界载荷而压杆稳定，细长杆的轴向推力使一体式阀芯(7)处于工作位置一，此时流过换向装置内部通道的动力气源是一种流通方向；当上游管道介质的压力高于设定点时，细长杆(2)承受的载荷将超过其临界载荷而压杆失稳，此时其有效长度会瞬间大幅度变小，其作用在一体式阀芯(7)上的推力会骤然降低，一体式阀芯(7)在介质压力的推动下动作至工作位置二，此时换向阀的内部通道会发生改变，流经换向阀内部通道的气体方向会发生改变，实现动力气源换向。3.根据权利要求1所述的压杆失稳触发型换向阀，其中细长杆(2)发生压杆失稳且工况恢复正常后，可以从外部对一体式阀芯(7)施加压力，使其恢复至工作位置一，此时通过此换向阀的气体通道会变回初始位置；在一体式阀芯(7)复位后，更换新的细长杆(2)从而完成整个复位过程。4.根据权利要求1所述的压杆失稳触发型换向阀，其中的细长杆(2)可以通过调整弹性模量和长细比而改变其临界载荷。
【专利摘要】本发明是压杆失稳触发型换向阀，其主要部件包括杆笼、细长杆、阀盖、换向缸、连接管、气缸和一体式阀芯。其触发应用了细长杆失稳的欧拉定律。当上游管道介质压力未达到细长杆压杆失稳的临界压力时，细长杆的轴向力推动一体式阀芯处在工作位置一；当上游管道介质压力达到或超过细长杆压杆失稳的临界压力时，细长杆失稳，瞬间产生较大的轴向位移，失去对一体式阀芯的支撑作用。一体式阀芯在上游管道介质压力的推动下移动到工作位置二，使动力气源的方向发生改变，从而起到改变执行机构动作方向的作用。
【IPC分类】F16K31/12, F16K11/065
【公开号】CN105465412
【申请号】CN201510086365
【发明人】刘海亮, 张在晓, 王磊, 赵寿军
【申请人】江苏瑞朗博机械设备有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年2月17日