细长杆泄压阀设计

2019-08-05宋尚

仪器仪表用户 2019年9期

宋尚

（无锡斯沃特流体控制技术有限公司，江苏无锡 214028）

0 引言

目前经常被使用的泄压阀主要有爆破片式、弹簧式、爆破针型泄压蝶阀和先导式柱塞阀等，这些种类的泄压阀虽然在长期的发展中取得了一定的成绩，但因阀门本身的缺点明显与国外先进的设备相比还存在着一定的差距，各个企业在选择阀门的时候还是优先选择国外阀门。

从20 世纪90 年代开始，ASME 锅炉及压力容器规范标准将爆破针型泄压阀列为可以采用的非重闭式泄压装置，并在第VIII 卷第1 册UG 篇对其制造、测试和使用作出规定[1]。另外，API RP 520《炼油厂压力泄放装置的定径、选择和安装》中规定了爆破针型泄压阀的设置、尺寸确定和安装[2]。这些标准和规定为新技术的开发奠定了基础。

本课题研究的内容是该设计产品能克服现有产品存在的不足，提供一种使用范围广，调节精度高，可重复使用，现场零件更换方便，即可以单独使用又可以和任何种类的主阀配合使用的细长杆泄压阀。

1 细长杆泄压阀特点

1.1 常规泄压阀结构特点

常规的泄压阀都具有各自的缺点：

1）爆破片式不能重复使用，质量不好时容易疲劳导致失效，更换比较麻烦。

2）弹簧式载荷随阀瓣升高变化大，性能动作受高温影响大。

3）爆破针型泄压蝶阀密封系统比较脆弱，容易导致泄漏，而且泄压触发机构过于复杂，精度不高，成本太高。

4）先导式柱塞阀相当复杂，而且与主阀直接相连，有使用局限性，不适合高温和低压场合。

1.2 细长杆泄压阀特点

1）本发明充分利用细长杆失稳的欧拉定律，采用使细长杆两端受力的结构，定位性好，精确度能达到±0.01MPa 以上。

2）本发明加工简单，同轴度高，导向性好，密封部位完全避开阀体内壁上的圆锥螺纹孔，确保阀芯在运动过程中可以密封。

3）本发明无论单独使用还是和主阀配合使用都能达到泄压目的，确保在介质小压差下也能顺利推开或关闭阀门，达到现场使用要求。

4）本发明结构精巧，介质高压输入通道和介质低压输出通道的外端口均为圆锥螺纹接口，不仅方便与其他设备的方便快速连接，而且可以使泄压阀远离介质，避免受高温介质影响。

5）本发明中的各个零件都进行模块化生产，现场不用拆卸阀门就可以更换零件，维修方便，大大缩短检修周期，降低成本。

2 细长杆泄压阀结构方案设计

图1 泄压阀关闭时的结构示意图Fig.1 Structural diagram when the relief valve is closed

如图1、图2 所示长杆泄压阀的结构：图中的细长杆泄压阀主要由阀体1、上阀盖4、底盖7、阀芯2、阀杆3 和细长杆10 等组成，所述阀体1 为一圆筒体，所述上阀盖4通过螺栓密封安装在阀体1 顶部，所述底盖7 通过螺栓密封安装在阀体1 底部，上阀盖4、阀体1 和底盖7 形成一个封闭的圆柱体型腔；所述阀芯2 装配在圆柱体型腔内并可以上下运动，所述阀杆3 下端连接阀芯2，阀杆3 上端从上阀盖4 的中心通孔内穿过，阀杆3 顶部与一竖直设置的细长杆10 的下端连接，所述细长杆10 的上端连接在一支撑架上，所述支撑架固定连接在上阀盖4 上；所述底盖7 上设有介质高压输入通道14，该介质高压输入通道14 的内端口正对阀芯2 底部，输入的高压介质对阀芯2 底部施加压力，阀芯2 再通过阀杆3 给细长杆10 施加压力；所述阀体1 上设有介质低压输出通道15，该介质低压输出通道15 的内端口位于阀体1 的侧壁上，当输入的高压介质压力不足以使细长杆10 失稳时，阀芯2 保持不动，介质低压输出通道15 的内端口被阀芯2 封堵住；当高压介质的压力足以使细长杆10 失稳时，阀芯2 向上运动，介质低压输出通道15 的内端口打开，介质高压输入通道14 与介质低压输出通道15 连通起来，实现泄压。

如图1、图2 所示，所述底盖7 的内部中心位置设有一圆柱凸台7a，阀芯2 的下部中心设有一圆柱孔，圆柱凸台7a 密封滑动装配在该圆柱孔内；圆柱凸台7a 的轴向中心设有进气通道16，进气通道16 的外端口用于连接气源；阀杆3 下部设有一可与所述圆柱孔密封滑动配合的密封头3a，当细长杆10 未失稳时，所述密封头3a 下端面与所述圆柱凸台7a 上端面密封接触，将进气通道16 的内端口封堵住；当细长杆10 失稳时，密封头3a 下端面与所述圆柱凸台7a 上端面脱离接触，进气通道16 的内端口打开，气体由进气通道16 进入圆柱孔；圆柱孔与阀芯2 的内腔连通，并且圆柱孔的内径小于阀芯2 内腔的内径，所述阀芯2 内腔侧壁上设有若干个沿周向均布的出气孔2b，阀芯2 外周侧壁上设有一环形出气槽2c，若干个出气孔2b 均与环形出气槽2c 连通；阀体1 侧壁上设有出气通道17，环形出气槽2c 与出气通道17 的内端口连通，出气通道17 的外端口用于连接主阀执行机构的气源接口。

图2 本泄压阀开启时的结构示意图Fig.2 Structural diagram when the relief valve is open

如图1、图2 所示所述支撑架主要由支撑杆5、连接板6、锁紧螺母13、固定螺母12 和固定螺栓11 组成，支撑杆5 下端螺纹连接固定在上阀盖4 上，连接板6 安装在支撑杆5 上端并用锁紧螺母13 锁紧固定，固定螺栓11 螺装在连接板6 上并用固定螺母12 锁紧，所述细长杆10 的上端连接在所述固定螺栓11 的下端。

圆柱体型腔的下部设有一环形台阶1a，阀芯2 下部设有一与环形台阶1a 相匹配的环形肩台2a。这样的结构配合可以提升阀芯2 与阀体1 间的密封性能，并且同轴度高，导向性好。上阀盖4 与阀体1 之间夹装有第一缠绕垫8.1，所述底盖7 与阀体1 之间夹装有第二缠绕垫8.2。所述阀芯2 外周面与阀体1 内壁面之间设有若干个第一密封圈9.1。所述圆柱凸台7a 外周面与圆柱孔内壁面之间设置有第二密封圈9.2。所述密封头3a 下端面镶装有第三密封圈9.3。所述阀芯2 上端面镶装有第四密封圈9.4。这些密封件的作用都是用来提升设备的密封性能。

如图1、图2 所示，所述阀杆3 顶部中心设有定位孔，固定螺栓11 下端面中心设有定位孔，细长杆10 的上下端分别置于定位孔内。这样的结构有利于细长杆10 的装配。所述介质高压输入通道14 的外端口和介质低压输出通道15 的外端口均为圆锥螺纹接口，这样不仅方便本发明与其他设备的方便快速连接，而且可以通过螺纹连接使泄压阀远离介质，避免受高温介质影响。

本发明的工作原理及工作过程如下：

介质高压输入通道14 的外端口连接管道内或者主阀前高压区，当介质压力未超过细长杆10 所能承受的力时，泄压阀保持关闭（状态如图1 所示）；当介质压力高于细长杆10 所能承受的力时，细长杆10 就会失稳变形，阀芯2 和阀杆3 会同时向上运动，介质就会进入到阀内，然后从介质低压输出通道15 的外端口排出，此时泄压阀开启（状态如图2 所示）。

当本发明与主阀配合使用时，进气通道16 的外端口与气源连通，出气通道17 的外端口与主阀执行机构的气源接口连接，当阀芯2 和阀杆3 向上运动时，进气通道16 的内端口打开，高压气体会从出气通道17 排出，推动执行机构带动主阀工作。