一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构及其方法

1.本发明涉及阀门技术领域，尤其涉及一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构及其方法。


背景技术：

2.安全阀是一种自动类阀门，其能够借助介质压力实现自动开启与关闭。当介质压力高于安全阀的开启压力时，安全阀开启以排出流体，防止设备超压。而当设备内压力低于安全阀的开启压力时，安全阀自动关闭。
3.高性能的蒸汽安全阀相较于常规的安全阀，其对排放能力和动作性能的要求更高。因此，其结构与常规安全阀也有所区别。高性能蒸汽安全阀结构的改变主要体现在增加了上调节圈和背压腔。蒸汽安全阀开启时，蒸汽介质通过零部件之间的间隙进入到背压腔中，在背压腔中形成一定的背压腔附加力，背压腔附加力的存在可促进安全阀的回座，使得蒸汽安全阀可迅速关闭，但背压腔附加力增大了蒸汽安全阀的开启阻力，使得蒸汽安全阀的开启过程减缓，削弱了蒸汽安全阀的快速响应性能。因此，需增加一背压腔压力调节机构以改变蒸汽安全阀开启和关闭过程中背压腔附加力的大小，使得蒸汽安全阀可实现快速启闭。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构及其方法，具体调节方式为调节机构入口处的压力达到蒸汽安全阀的整定压力时，背压腔中的蒸汽可通过调节机构出口段的蒸汽出孔(即泄气口)排放以最大限度减小蒸汽安全阀的开启阻力。调节机构入口处的压力小于蒸汽安全阀的整定压力时，调节机构出口段的蒸汽出孔关闭，背压腔附加力增大，蒸汽安全阀快速关闭。该背压腔压力调节机构结构简单、排气连续、响应速度快、使用寿命长、可提高蒸汽安全阀的动作性能、实现蒸汽安全阀的快速启闭。
5.本发明所采用的具体技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供了一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，包括顺次固定连接的阀套、阀盖和阀体；阀杆的第一端部位于阀套内，第二端部贯穿阀盖并伸入阀体内，第二端部设置有用于控制阀体入口启闭的阀瓣；所述阀体入口与带背压腔的蒸汽安全阀的入口连通，阀套出口与蒸汽安全阀的背压腔连通，且阀体和阀套互不连通；
7.所述阀套上开设有泄气口，阀杆的第一端部转动连接有移动杆；所述移动杆的杆体上转动连接有固定杆，两者的连接处作为所述移动杆的转动支点，固定杆与阀套固定连接；移动杆的外端部设有能关闭泄气口的调节件；通过阀杆在气压作用下的轴向移动，能带动移动杆以所述转动支点为轴上下转动，实现泄气口的启闭。
8.作为优选，位于所述阀盖内的阀杆外部套设有能提供轴向预紧力的弹簧。
9.作为优选，所述阀套和阀盖之间还设有隔热盘。
10.作为优选，所述调节件为圆弧面朝向泄气口的半球形结构。
11.作为优选，所述阀套、阀盖和阀体互不连通，阀杆与阀盖和阀体的连接处均密封。
12.作为优选，所述阀套包括竖直段和横向段；所述竖直段的底端与阀盖顶部相连，用于将阀杆套设在内；所述横向段的一端与竖直段连通，另一端与蒸汽安全阀的背压腔连通，横向段顶部开设泄气口；所述移动杆的一端与阀杆的第一端部转动相连，另一端位于所述横向段内；所述固定杆位于横向段内，其与移动杆垂直布设。
13.作为优选，所述阀杆的第一端部中心处开设有凹槽，凹槽两端设有螺纹孔，双头螺柱通过所述螺纹孔将移动杆转动连接于阀杆上。
14.作为优选，所述转动支点位于移动杆上靠近阀杆的一侧。
15.作为优选，所述通过调节弹簧预紧力、阀杆和阀瓣的重量，使阀体的开启压力为蒸汽安全阀的整定压力。
16.第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述蒸汽安全阀背压腔压力调节机构的背压腔压力调节方法，具体如下：
17.当阀体的入口压力达到蒸汽安全阀的整定压力时，阀杆上移并带动移动杆以所述转动支点顺时针转动，所述调节件离开泄气口，背压腔里的蒸汽通过泄气口排放，使蒸汽安全阀开启阻力减小；
18.当阀体的入口压力略小于蒸汽安全阀的整定压力时，阀杆下移并带动移动杆以所述转动支点逆时针转动，所述调节件与泄气口接触，背压腔的压力上升，加快蒸汽安全阀的关闭。
19.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
20.背压腔压力调节机构通过控制泄气口的打开或关闭减小了蒸汽安全阀开启过程的阻力，且基本不影响背压腔对蒸汽安全阀关闭过程的有益效果，由此可实现蒸汽安全阀的快速启闭。该背压腔压力调节机构响应速度快，使用寿命长,排气连续，结构简单，易于维修，可大大提高蒸汽安全阀的动作性能，使得蒸汽安全阀可适用更严苛的工况。
附图说明
21.图1为本发明所涉及的背压腔压力调节机构的半剖视图；
22.图2为本发明所涉及的背压腔压力调节机构阀杆的半剖视图；
23.图3为本发明所涉及的背压腔压力变化图，其中，阶段1为蒸汽安全阀开启阶段；阶段2为蒸汽安全阀稳定排放阶段；阶段3为蒸汽安全阀关闭阶段；
24.图中：1、阀体；2、阀杆；3、阀瓣；4、弹簧；5、阀盖；6、隔热盘；7、移动杆；8、固定杆；9、阀套；10、泄气口。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
26.无背压腔压力调节机构时，蒸汽安全阀的入口压力达到其整定压力时，部分蒸汽通过零部件之间的间隙进入到背压腔中，此时背压腔中的压力变化如图3阶段1所示，背压腔内部压力迅速增大，这会阻碍蒸汽安全阀的开启，增大蒸汽安全阀的开启阻力，减缓蒸汽安全阀的开启速度。针对这一缺陷，本发明设计了一种压力调节机构，如图1所示，该压力调
节机构主要包括阀体1、阀杆2、阀瓣3、弹簧4、阀盖5和阀套9，其中，阀套9、阀盖5和阀体1由上至上依次固定连接。阀杆2包括第一端部和第二端部，第一端部位于阀套9内，第二端部贯穿阀盖5并伸入阀体1内。第二端部设置有阀瓣3，阀瓣3用于控制阀体1入口启闭。
27.本发明中，压力调节机构的入口与带背压腔的蒸汽安全阀的入口相连，这主要是为了可通过蒸汽安全阀的入口压力决定背压腔压力调节机构的开启或关闭，进而调节背压腔中的蒸汽压力；出口与蒸汽安全阀背压腔上的开孔相连。背压腔压力调节机构的开启压力与蒸汽安全阀的整定压力相同，为实现这一目标，需合理选择调节机构的弹簧4、合理设置阀杆2和阀瓣3的重量，可使调节机构的开启压力为蒸汽安全阀的整定压力。也就是说，阀体1内的气体能与蒸汽安全阀的入口连通，阀套9内的气体能与大气连通(当泄气口10开启时)或者与蒸汽安全阀背压腔连通(当泄气口10关闭时)。
28.在本实施例中，位于阀盖5内的阀杆2外部套设有能提供轴向预紧力的弹簧4，阀套9和阀盖5之间还设有隔热盘6。阀套9、阀盖5和阀体1互不连通，阀杆2与阀盖5和阀体1的连接处均密封。
29.压力调节机构中，阀套9上开设有泄气口10，阀杆2的第一端部转动连接有移动杆7。移动杆7的杆体上转动连接有固定杆8，移动杆和固定杆的连接处作为移动杆7的转动支点，固定杆8与阀套9固定连接。在本实施例中，为了实现阀杆(2)小位移带动右端为移动杆(7)转动较大的角度，可以将转动支点位于移动杆7上靠近阀杆2的一侧，即在移动杆偏左侧设置转动支点。
30.在本实施例中，如图2所示，阀杆2与移动杆7之间可以采用该种连接方式。即阀杆2的第一端部中心处开设有凹槽，两边进行了平整处理，凹槽两端设有螺纹孔，双头螺柱通过螺纹孔将移动杆7转动连接于阀杆2上。为保护阀杆(2)上端两边的平整面，双头螺柱安装时需利用垫片，双头螺柱的长度等于或略小于阀杆直径。阀杆(2)运动到最大位移处时，移动杆(7)恰好接触出口段的下端且不发生碰撞。
31.压力调节机构中，移动杆7的外端部设有能关闭泄气口10的调节件，通过阀杆2在气压作用下的轴向移动，能带动移动杆7以转动支点为轴上下转动，实现泄气口10的启闭。
32.在本实施例中，调节件为圆弧面朝向泄气口10的半球形结构，即能通过弧形面实现对泄气口10的大范围封堵，当然，调节件不需要与泄气口之间实现完全密封的关闭状态，可以留有一定的孔隙，并不会影响对背压腔压力的调节，这进一步降低了本装置的加工难度。压力调节机构关闭时，移动杆7其球形部分与调节机构出口段上部的泄气口相接触，两者之间留有一定的间隙，带背压腔的蒸汽安全阀开启并关闭后，背压腔里剩余的气体可通过间隙排放。
33.在本实施例中，阀套9主要包括竖直段和横向段。其中，竖直段的底端与阀盖5顶部相连，用于将阀杆2套设在内；横向段的一端与竖直段连通，另一端与蒸汽安全阀的背压腔连通，横向段顶部开设泄气口10；移动杆7的一端与阀杆2的第一端部转动相连，另一端位于横向段内；固定杆8位于横向段内，其与移动杆7垂直布设。
34.上述蒸汽安全阀背压腔压力调节机构的背压腔压力调节方法，具体如下：
35.1)当阀体1的入口压力达到蒸汽安全阀的整定压力时，阀杆2上移并带动移动杆7以转动支点顺时针转动，调节件离开泄气口10，背压腔里的蒸汽通过泄气口10排放，使蒸汽安全阀开启阻力减小。
36.2)当阀体1的入口压力略小于蒸汽安全阀的整定压力时，阀杆2下移并带动移动杆7以转动支点逆时针转动，调节件与泄气口10接触，背压腔的压力上升，可加快蒸汽安全阀的关闭。
37.在该过程中，因调节机构出口段与背压腔上的开孔相连，因此背压腔中的蒸汽可通过压力调节机构出口段上的蒸汽出孔排放，背压腔中的压力迅速减小，其压力变化如图3阶段1所示，可见压力调节机构可有效减小蒸汽安全阀背压腔开启时的压力，进而大大提高安全阀的开启速度，使得蒸汽安全阀可适用更严苛的工况。蒸汽安全阀稳定排放时，有无压力调节机构，其背压腔的压力均保持稳定，不影响蒸汽安全阀的正常工作，如图3阶段2所示。无压力调节机构时，当蒸汽安全阀的入口压力小于其开启压力时，蒸汽安全阀开始关闭，此时背压腔中的压力增大，有助于蒸汽安全阀的快速回座，如图3阶段3所示。有压力调节机构时，当蒸汽安全阀的入口压力小于其开启压力时，压力调节机构关闭，调节机构的阀杆2下移，移动杆7绕压力调节机构出口段内部的固定杆逆时针转动，半球形部分接触泄气口，泄气口孔关闭，背压腔压力增大，加速蒸汽安全阀回座过程，其压力变化如图3阶段3所示。可见压力调节机构基本不影响蒸汽安全阀的回座过程。蒸汽安全阀关闭后，背压腔仍留有一定的气体需要排放以不影响下次的开启。因此移动杆与泄气口接触时，两者之间留有一定的间隙，背压腔中的部分气体可通过该间隙排放以减小背压腔中的压力，不影响蒸汽安全阀的下次快速开启。
38.本发明设计合理，具有结构简单、响应迅速、排气连续、使用寿命长和安装维修容易的特点。
39.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，包括顺次固定连接的阀套(9)、阀盖(5)和阀体(1)；阀杆(2)的第一端部位于阀套(9)内，第二端部贯穿阀盖(5)并伸入阀体(1)内，第二端部设置有用于控制阀体(1)入口启闭的阀瓣(3)；所述阀体(1)入口与带背压腔的蒸汽安全阀的入口连通，阀套(9)出口与蒸汽安全阀的背压腔连通，且阀体(1)和阀套(9)互不连通；所述阀套(9)上开设有泄气口(10)，阀杆(2)的第一端部转动连接有移动杆(7)；所述移动杆(7)的杆体上转动连接有固定杆(8)，两者的连接处作为所述移动杆(7)的转动支点，固定杆(8)与阀套(9)固定连接；移动杆(7)的外端部设有能关闭泄气口(10)的调节件；通过阀杆(2)在气压作用下的轴向移动，能带动移动杆(7)以所述转动支点为轴上下转动，实现泄气口(10)的启闭。2.根据权利要求1所述的一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，位于所述阀盖(5)内的阀杆(2)外部套设有能提供轴向预紧力的弹簧(4)。3.根据权利要求1所述的一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，所述阀套(9)和阀盖(5)之间还设有隔热盘(6)。4.根据权利要求1所述的一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，所述调节件为圆弧面朝向泄气口(10)的半球形结构。5.根据权利要求1所述的一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，所述阀套(9)、阀盖(5)和阀体(1)互不连通，阀杆(2)与阀盖(5)和阀体(1)的连接处均密封。6.根据权利要求1所述的一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，所述阀套(9)包括竖直段和横向段；所述竖直段的底端与阀盖(5)顶部相连，用于将阀杆(2)套设在内；所述横向段的一端与竖直段连通，另一端与蒸汽安全阀的背压腔连通，横向段顶部开设泄气口(10)；所述移动杆(7)的一端与阀杆(2)的第一端部转动相连，另一端位于所述横向段内；所述固定杆(8)位于横向段内，其与移动杆(7)垂直布设。7.根据权利要求1所述的一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，所述阀杆(2)的第一端部中心处开设有凹槽，凹槽两端设有螺纹孔，双头螺柱通过所述螺纹孔将移动杆(7)转动连接于阀杆(2)上。8.根据权利要求1所述的一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，所述转动支点位于移动杆(7)上靠近阀杆(2)的一侧。9.根据权利要求1所述的一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构，其特征在于，所述通过调节弹簧(4)预紧力、阀杆(2)和阀瓣(3)的重量，使阀体(1)的开启压力为蒸汽安全阀的整定压力。10.一种根据权利要求1～9任一所述蒸汽安全阀背压腔压力调节机构的背压腔压力调节方法，其特征在于，具体如下：当阀体(1)的入口压力达到蒸汽安全阀的整定压力时，阀杆(2)上移并带动移动杆(7)以所述转动支点顺时针转动，所述调节件离开泄气口(10)，背压腔里的蒸汽通过泄气口(10)排放，使蒸汽安全阀开启阻力减小；当阀体(1)的入口压力略小于蒸汽安全阀的整定压力时，阀杆(2)下移并带动移动杆(7)以所述转动支点逆时针转动，所述调节件与泄气口(10)接触，背压腔的压力上升，加快蒸汽安全阀的关闭。

技术总结
本发明公开了一种蒸汽安全阀背压腔压力调节机构及其方法，涉及阀门技术领域。机构包括顺次固定连接的阀套、阀盖和阀体；阀杆的第一端部位于阀套内，第二端部贯穿阀盖并伸入阀体内，第二端部设置有用于控制阀体入口启闭的阀瓣；阀体入口与带背压腔的蒸汽安全阀的入口连通，阀套出口与蒸汽安全阀的背压腔连通，且阀体和阀套互不连通；阀套上开设有泄气口，阀杆的第一端部转动连接有移动杆；移动杆的杆体上转动连接有固定杆，两者的连接处作为移动杆的转动支点，固定杆与阀套固定连接；移动杆的外端部设有能关闭泄气口的调节件。本发明设计合理，具有结构简单、响应迅速、排气连续、使用寿命长和安装维修容易的特点。寿命长和安装维修容易的特点。寿命长和安装维修容易的特点。


技术研发人员：钱锦远 赵磊 李文庆 金志江
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.09.26
技术公布日：2023/1/6