先导轴流式安全阀的先导阀结构的制作方法

1.本实用新型涉及天然气输配管道用阀门技术领域，更具体地说涉及一种先导轴流式安全阀的先导阀结构。


背景技术：

2.随着我国经济的迅猛发展，各种高压气体在工业、民用方面的应用日益广泛，如天然气的长输管线分输及区域供气等等。因各种原因引起的超压导致承载高压气体的管道或容器失效，管道内的气体因高度压缩突然释放产生冲击波，对附近的居民或建筑物造成毁灭性的破坏。鉴于此，国内外对此类事件的控制方法，多是采用限制超压泄放的方式，即安全泄压。传统的安全阀为普通弹簧式，即超过预加弹簧力后直接起跳排泄，或者通过先导阀门的开启而开启主阀泄放的形式。
3.国家知识产权局于2019年4月19日，公开了一件公开号为cn208764401u，名称为“一种低压先导式安全阀”的实用新型专利，该实用新型专利包括导阀和主阀，导阀包括导阀阀座、中阀盒、导阀膜片、上阀盖、导阀阀瓣和连接轴；主阀包括主阀阀体、主阀阀座、阀芯杆、主阀阀芯、主阀阀套、主阀阀盖、主阀膜片和复位弹簧，导阀利用面积压差关系，导阀开启迅速，该结构突开作用明显，超压即开，主阀采用全平衡结构，该实用新型的导阀开启迅速，突开明显，超压即开，反应快，导阀出口运用流阻系数特征，设计出口选用10%
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50%，使得阀门开启响应迅速，回座快。
4.上述现有技术中导阀利用面积压差关系，使得导阀开启迅速，但是该导阀结构适用于角式安全阀，并不适用于轴流式安全阀。具体原因为：目前的安全阀大多采用上述现有技术的角式安全阀，将下膜腔通过平衡孔与主阀阀座处压力介质连通；而上膜腔通过导阀控制，通过控制上下膜腔之间的压差，控制主阀的启闭。一方面，目前的导阀结构仅仅与主阀的其中一个膜腔相连，控制主阀一个膜腔内的压力变化，而主阀另一膜腔内的压力变化是随主阀进口压力变化而变化，这就导致主阀回座时，主阀上两个膜腔的压力无法迅速平衡，导致主阀回座反应较慢；另一方面，由于主阀的两个膜腔的压力控制方式不同，导致超压开启时，两个膜腔的压差无法迅速增大，主阀的阀芯无法在两个膜腔压差下克服主阀弹簧的阻力开启。因此亟需一款先导阀结构以解决在先导阀的控制下主阀上下两个膜腔压力平衡速度慢，超压时先导阀无法控制主阀两膜腔内的压差迅速增大的问题。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型提供了一种先导轴流式安全阀的先导阀结构，本实用新型的发明目的在于解决上述现有技术的先导阀控制下的主阀上下两个膜腔压力平衡速度慢，超压时先导阀无法控制主阀两膜腔内的压差迅速增大的问题。本实用新型的先导阀结构在先导阀内滑动设置有活塞组件，活塞组件将先导阀内腔分隔出进气腔、排泄腔和平衡腔，进气腔与排泄腔通过阻尼孔ⅱ连通，进气腔连接进气口，进气口处设置阻尼孔ⅰ，平衡腔连通信号管接口，排泄腔和平衡腔之间的先导阀的阀体上开
设连通孔，活塞组件位于最下限时，连通孔与平衡腔连通，活塞组件位于最上限时，连通孔与排泄腔连通。本实用新型的先导阀结构可以实现主阀两膜片腔的压力迅速平衡，超压时，也能控制主阀两膜片腔的压差瞬间增大，响应灵敏度高。
6.为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型是通过下述技术方案实现的：
7.先导轴流式安全阀的先导阀结构，先导阀的内腔滑动设置有活塞组件，所述活塞组件一端与调节弹簧组件相连，另一端连接先导阀芯，调节弹簧组件的作用力通过活塞组件作用于先导阀芯上，将先导阀芯压在先导阀内的先导阀座上；所述活塞组件将先导阀内腔分隔出进气腔、排泄腔和平衡腔，进气腔与排泄腔通过阻尼孔ⅱ连通；进气腔连接进气口，进气口处设置阻尼孔ⅰ；排泄腔连接泄压口；平衡腔内设置固定喷嘴，且活塞组件上设置有封堵固定喷嘴的硫化阀座；平衡腔连通信号管接口，排泄腔和平衡腔之间的先导阀的阀体上开设连通孔，活塞组件位于最下限时，连通孔与平衡腔连通，活塞组件位于最上限时，连通孔与排泄腔连通。
8.所述活塞组件包括活塞ⅰ、活塞ⅱ和活塞ⅲ，活塞ⅰ、活塞ⅱ和活塞ⅲ均与先导阀内腔壁滑动密封；活塞ⅰ与先导阀的端部形成所述进气腔，活塞ⅰ与活塞ⅱ之间形成所述排泄腔，进气腔的气体由活塞ⅰ上的阻尼孔ⅱ进入排泄腔；活塞ⅱ与活塞ⅲ之间形成所述平衡腔，所述硫化阀座设置在活塞ⅱ上。
9.所述连通孔设置在活塞ⅱ运行行程内的先导阀内腔侧壁上。
10.所述活塞组件还包括活塞轴，活塞ⅰ、活塞ⅱ和活塞ⅲ相互平行固设于活塞轴上；活塞轴的一端连接先导阀芯，另一端连接调节弹簧组件。
11.活塞ⅰ、活塞ⅱ和活塞ⅲ面积相同。
12.活塞轴连接先导阀芯的一端的直径小于活塞ⅰ、活塞ⅱ和活塞ⅲ之间活塞轴段的直径。
13.本实用新型的先导阀的工作原理为：主阀与先导阀之间的连接关系为：主阀进口压力通过信号管连接在先导阀的进气口和固定喷嘴处，主阀一膜片腔通过信号管与先导阀上的信号管接口相连，另一膜片腔通过信号管与先导阀上的连通孔相连。初始状态时，先导阀是关闭的。关闭状态时，连通孔与平衡腔连通，此时主阀两个膜片腔通过先导阀的平衡腔连通。
14.当管道压力超压后，主阀气体进口端压力气体经先导阀进气口的阻尼孔ⅰ和先导阀座与先导阀芯接触，此时，高压气体对先导阀芯产生的推力大于调节弹簧组件的设定弹簧压力，将先导阀芯微微顶开，高压气体进入进气腔，此时活塞ⅰ的面积大于先导阀芯的面积，高压气体的作用在活塞ⅰ上，其作用面积大大增加，所产生的推力随之增加，活塞组件的行程达到最大位置，即先导阀处于全开状态。
15.当管道压力超压后，主阀气体进口端压力经固定喷嘴和平衡腔，进入主阀的两个膜片腔中，使得主阀的两个膜片腔均处于高压状态，当先导阀处于全开状态时，活塞ⅱ上的硫化阀座封堵固定喷嘴，且活塞ⅱ移动到连通孔另一侧，使得连通孔与排泄腔连通；此时平衡腔处于密闭状态；而主阀的一个膜片腔处于封闭状态，另一个膜片腔与排泄腔连通，排出该膜片腔内的气体压力；使得主阀两个膜片腔之间瞬间形成极大的压力差，推动主阀膜片产生形变，从而带动主阀的阀芯离开阀座，实现管道泄压。
16.与现有技术相比，本实用新型所带来的有益的技术效果表现在：
17.1、本实用新型先导阀的内腔通过活塞组件分隔出进气腔、排泄腔和平衡腔，初始状态下时，主阀的两个膜片腔均与平衡腔相连通，当超压时，与平衡腔连通的主阀膜片腔内压力与主阀进口压力相近，先导阀打开，此时主阀另一个膜片腔与排泄腔连通进行泄压，使得主阀的两个膜片腔之间的压差瞬间增大，利用主阀的两个膜片腔之间的大压差，推动膜片带动主阀阀芯运动，进行泄压。本实用新型的先导阀结构可以实现主阀两膜片腔的压力迅速平衡，超压时，也能控制主阀两膜片腔的压差瞬间增大，响应灵敏度高。
18.2、在本实用新型中，活塞组件采用三个活塞，通过活塞ⅱ控制实现平衡腔的启闭，以及连通孔与平衡腔和排泄腔之间的连通切换，实现了对主阀两膜片腔之间的压差控制，活塞组件的使用，提高了安全阀的整体响应灵敏度，同时也可以简化先导阀的结构。
19.3、在本实用新型中，通过活塞ⅱ的移动，实现连通孔与平衡腔和排泄腔之间的连通切换，结构简单，误差率低，不会出现误启动。
20.4、在本实用新型中，活塞ⅰ的面积大于先导阀芯的面积，使得活塞组件在先导阀芯微微开启时，压力介质能够给活塞组件提供更大的推力，而三个活塞面积相同，也避免了因三个活塞存在面积差而影响先导阀的启闭。
21.5、在本实用新型中，活塞轴连接先导阀芯的一端的直径小于活塞ⅰ、活塞ⅱ和活塞ⅲ之间活塞轴段的直径。超压气体介质作用与活塞ⅰ上的面积大于作用于活塞ⅲ上的面积，使得活塞ⅰ所承受的超压气体作用力大于活塞ⅲ，提高先导阀的控制灵敏度。
附图说明
22.图1为本实用新型轴流式安全阀的先导阀的整体剖视结构示意图；
23.图2为本实用新型先导阀与主阀相连且主阀闭合的剖视结构示意图；
24.图3为本实用新型先导阀与主阀相连且主阀开启的剖视结构示意图；
25.附图标记：1、先导阀，2、主阀，3、滑动套筒，4、膜片室，5、气体出口，6、密封面，7、膜片，8、膜片腔ⅰ，9、膜片腔ⅱ，10、托盘组件，11、调节弹簧组件，12、先导阀芯，13、先导阀座，14、进气腔，15、排泄腔，16、平衡腔，17、阻尼孔ⅱ，18、固定喷嘴，19、硫化阀座，20、信号管，21、阻尼孔ⅰ，22、泄压口，23、连通孔，24、活塞ⅰ，25、活塞ⅱ，26、活塞ⅲ，27、活塞轴，28、主阀模盖ⅰ，29、主阀模盖ⅱ，30、气体出口接头，31、关闭弹簧。
具体实施方式
26.下面结合说明书附图，对本实用新型的技术方案作出进一步详细的阐述。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
27.参照说明书附图1所示，先导阀1的内腔滑动设置有活塞组件，所述活塞组件一端与调节弹簧组件11相连，另一端连接先导阀芯12，调节弹簧组件11的作用力通过活塞组件作用于先导阀芯12上，将先导阀芯12压在先导阀1内的先导阀座13上；所述活塞组件将先导阀1内腔分隔出进气腔14、排泄腔15和平衡腔16，进气腔14与排泄腔15通过阻尼孔ⅱ17连通；进气腔14连接进气口，进气口处设置阻尼孔ⅰ21；排泄腔15连接泄压口22；平衡腔16内设置固定喷嘴18，且活塞组件上设置有封堵固定喷嘴18的硫化阀座19；平衡腔16连通信号管
接口，排泄腔15和平衡腔16之间的先导阀1的阀体上开设连通孔23，活塞组件位于最下限时，连通孔23与平衡腔16连通，活塞组件位于最上限时，连通孔23与排泄腔15连通。
28.所述活塞组件包括活塞ⅰ24、活塞ⅱ25和活塞ⅲ26，活塞ⅰ24、活塞ⅱ25和活塞ⅲ26均与先导阀1内腔壁滑动密封；活塞ⅰ24与先导阀1的端部形成所述进气腔14，活塞ⅰ24与活塞ⅱ25之间形成所述排泄腔15，进气腔14的气体由活塞ⅰ24上的阻尼孔ⅱ17进入排泄腔15；活塞ⅱ25与活塞ⅲ26之间形成所述平衡腔16，所述硫化阀座19设置在活塞ⅱ25上。所述连通孔23设置在活塞ⅱ25运行行程内的先导阀1内腔侧壁上。
29.所述活塞组件还包括活塞轴27，活塞ⅰ24、活塞ⅱ25和活塞ⅲ26相互平行固设于活塞轴27上；活塞轴27的一端连接先导阀芯12，另一端连接调节弹簧组件11。活塞ⅰ24、活塞ⅱ25和活塞ⅲ26面积相同。
30.活塞轴27连接先导阀芯12的一端的直径小于活塞ⅰ24、活塞ⅱ25和活塞ⅲ26之间活塞轴27段的直径。
31.本实施例中先导阀1的工作原理为：主阀2与先导阀1之间的连接关系为：主阀2进口压力通过信号管20连接在先导阀1的进气口和固定喷嘴18处，主阀2一膜片7腔通过信号管20与先导阀1上的信号管接口相连，另一膜片7腔通过信号管20与先导阀1上的连通孔23相连。初始状态时，先导阀1是关闭的。关闭状态时，连通孔23与平衡腔16连通，此时主阀2两个膜片7腔通过先导阀1的平衡腔16连通。
32.当管道压力超压后，主阀2气体进口端压力气体经先导阀1进气口的阻尼孔ⅰ21和先导阀座13与先导阀芯12接触，此时，高压气体对先导阀芯12产生的推力大于调节弹簧组件11的设定弹簧压力，将先导阀芯12微微顶开，高压气体进入进气腔14，此时活塞ⅰ24的面积大于先导阀芯12的面积，高压气体的作用在活塞ⅰ24上，其作用面积大大增加，所产生的推力随之增加，活塞组件的行程达到最大位置，即先导阀1处于全开状态。
33.当管道压力超压后，主阀2气体进口端压力经固定喷嘴18和平衡腔16，进入主阀2的两个膜片7腔中，使得主阀2的两个膜片7腔均处于高压状态，当先导阀1处于全开状态时，活塞ⅱ25上的硫化阀座19封堵固定喷嘴18，且活塞ⅱ25移动到连通孔23另一侧，使得连通孔23与排泄腔15连通；此时平衡腔16处于密闭状态；而主阀2的一个膜片7腔处于封闭状态，另一个膜片7腔与排泄腔15连通，排出该膜片7腔内的气体压力；使得主阀2两个膜片7腔之间瞬间形成极大的压力差，推动主阀2膜片7产生形变，从而带动主阀2的阀芯离开阀座，实现管道泄压。
34.作为本实用新型的一种实施方式，如图2所示，将本技术先导阀1连接主阀2，该主阀2内设置有中空的滑动套筒3和膜片室4，中空的滑动套筒3贯穿膜片室4，且滑动套筒3外壁与膜片室4上下两端侧壁滑动密封；滑动套筒3一端与主阀2内对应气体出口5处的密封面6接触配合形成密封副；膜片室4内固设膜片7，膜片7将膜片室4分隔为膜片腔ⅰ8和膜片腔ⅱ9；滑动套筒3由膜片7中部穿过且通过托盘组件10与膜片7固定；在膜片腔ⅰ8和膜片腔ⅱ9的压力差作用下，膜片7带动滑动套筒3运动。所述主阀2包括主阀模盖ⅰ28、主阀模盖ⅱ29和气体出口接头30，所述主阀模盖ⅰ28和主阀模盖ⅱ29法兰连接后形成所述膜片室4，主阀2的气体进口设置在主阀模盖ⅰ28上，气体出口接头30安装在主阀模盖ⅱ29上。所述滑动套筒3分别与主阀模盖ⅰ28和主阀模盖ⅱ29滑动密封。所述膜片腔ⅰ8内设置有关闭弹簧31。
35.如图2和3所示，当管道压力超压后，主阀2气体进口端压力气体经先导阀1进气口
的阻尼孔ⅰ21和阀座与先导阀芯12接触，此时，高压气体对先导阀芯12产生的推力大于调节弹簧组件11的设定弹簧压力，将先导阀芯12微微顶开，高压气体进入进气腔14，此时活塞ⅰ24的面积大于先导阀芯12的面积，高压气体的作用在活塞ⅰ24上，其作用面积大大增加，所产生的推力随之增加，活塞组件的行程达到最大位置，即先导阀1处于全开状态。
36.当先导阀1处于全开状态时，活塞ⅱ25上的硫化阀座19封堵固定喷嘴18，且活塞ⅱ25移动到连通孔23另一侧，使得连通孔23与排泄腔15连通；此时平衡腔16处于密闭状态；而主阀2膜片腔ⅰ8与排泄腔15连通，排出膜片腔ⅰ8内的气体压力；在主阀2膜片腔ⅰ8泄压的同时，主阀2膜片腔ⅱ9内的压力不便，形成一个很大的压差，推动主阀2膜片7和托盘组件10将滑动套筒3向主阀2气体进口端移动，使得滑动套筒3与主阀2气体出口5端的密封面6分离，实现管道泄压。
37.作为本实用新型又一种实施方式，高压阀气体充满进气腔14后活塞ⅰ24处于最高位置，进气腔14里面的气体同时通过活塞ⅰ24上的阻尼孔ⅱ17进入排泄腔15，排泄腔15直接对外排气，当主阀2开启后主管路的气压产生瞬降，进气压力变低，此时进入进气腔14及泄压腔的气体在阻尼孔ⅰ21和阻尼孔ⅱ17的作用下互通，进气腔14的气压急剧变低，在弹簧力作用下迅速将活塞ⅰ24压回位；先导阀1完成了一次启闭循环。
38.更进一步的，作为本实用新型又一种实施方式，将本实用新型的先导阀1替换公开号为cn208764401u，名称为“一种低压先导式安全阀”的实用新型专利中的导阀，则其连接关系为：先导阀1进气口和固定喷嘴18均通过信号管20连接主阀2前端压力；将连通孔23与该专利中主阀2的上膜腔连通，将先导阀1平衡腔16上的信号管接口与主阀2的下膜腔连通；封堵住主阀2阀芯上的平衡孔，即可实现先导控制。