一种压杆式安全泄压装置.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410637630.X (22)申请日 2014.11.05 F16K 17/02(2006.01) (71)申请人 北京航天动力研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路 1 号 申请人 北京航天石化技术装备工程公司 (72)发明人 郭善刚 马立 周浩 岳大皓 王德海 刘屹 陈殿京 (74)专利代理机构 核工业专利中心 11007 代理人 莫丹 (54) 发明名称 一种压杆式安全泄压装置 (57) 摘要 本发明提供一种压杆式安全泄压装置， 其阀 座通过螺纹连接在阀体上 ； 阀体上方固定有盖 板， 盖板中心开有中心孔， 阀瓣。

2、的另一端与阀杆通 过螺纹连接， 阀杆穿过盖板的中心孔与压杆连接 ； 压杆为不锈钢、 等截面的圆形细长杆， 压杆通过下 端卡头夹持阀杆， 压杆通过上端卡头螺纹连接六 角头螺栓下端 ； 该六角头螺栓固定在支架盖中心 上， 通过锁紧螺母将六角头螺栓锁紧 ； 支架盖通 过3根支杆支撑在盖板上方 ； 3根支杆外圆分别套 有钢管套筒， 起到支撑支架盖的作用 ； 盖板、 支架 盖、 支杆、 钢管套筒组成立体的针笼结构， 作为支 撑压杆的支撑结构。 本发明装置整体结构简单， 密 封可靠性高， 可避免介质外漏。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 。

3、说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104373645 A (43)申请公布日 2015.02.25 CN 104373645 A 1/1 页 2 1. 一种压杆式安全泄压装置， 其特征在于 ： 该装置包括设置在阀体 (2) 内的活塞式的 阀座 (1) 和阀瓣 (3)， 阀座 (1) 通过螺纹连接在阀体 (2) 上， 阀瓣 (3) 与阀座 (1) 的内孔配 合处开有凹槽， O 型圈 (19) 嵌套在阀瓣 (3) 的凹槽内成为活塞， 与阀座 (1) 的内孔过盈配 合， 通过挤压 O 型圈 (19) 实现密封 ； 阀体(2)上方固定有盖板(5)， 盖板(5)中心开有中心孔， 阀瓣(3)。

4、的另一端与阀杆(4) 通过螺纹连接， 阀杆 (4) 穿过盖板 (5) 的中心孔与压杆 (7) 连接 ； 盖板 (5) 的中心孔内开环 形凹槽， O 型圈 (17) 嵌套在环形凹槽内， O 型圈 (17) 与阀杆 (4) 过盈配合起到密封作用 ； 压杆(7)为不锈钢、 等截面的圆形细长杆， 压杆(7)通过下端卡头(6)夹持阀杆(4)， 压 杆 (7) 通过上端卡头 (8) 螺纹连接六角头螺栓 (13) 下端 ； 该六角头螺栓 (13) 固定在支架 盖 (9) 中心上， 通过锁紧螺母 (12) 将六角头螺栓 (13) 锁紧 ； 支架盖 (9) 通过 3 根支杆 (20) 支撑在盖板 (5) 上方 。

5、； 这 3 根支杆 (20) 一端螺纹安装 固定在盖板 (5) 上， 另一端螺纹安装固定在支架盖 (9) 上 ； 3 根支杆 (20) 外圆分别套有钢 管套筒 (21)， 起到支撑支架盖 (9) 的作用 ； 盖板 (5)、 支架盖 (9)、 支杆 (20)、 钢管套筒 (21) 组成立体的针笼结构， 作为支撑压杆 (7) 的支撑结构。 2. 根据权利要求 1 所述的一种压杆式安全泄压装置， 其特征在于 ： 在正常工况下， 阀瓣 (3) 通过阀杆 (4) 施加在压杆 (7) 上的轴向压缩载荷 F 小于压杆 (7) 的失稳临界载荷 Fcr， 压杆 (7) 保持竖直稳定状态 ； 同时， 压杆 (7)。

6、 的反推力通过阀杆 (4) 将阀瓣 (3) 推向阀座 (1)， 使阀瓣 (3) 与阀座 (1) 紧密接触， 此时泄压装置处于关闭状 态 ； 当发生超压时， 阀瓣 (3) 通过阀杆 (4) 施加在压杆 (7) 上的轴向载荷 F 将大于或等于 压杆 (7) 的失稳临界载荷 Fcr， 压杆 (7) 发生失稳， 其有效 长度瞬间大幅度减小， 从而阀瓣 (3) 在介质压力作用下与阀座 (1) 瞬间分离， 此时泄压装置开启。 3. 根据权利要求 1 所述的一种压杆式安全泄压装置， 其特征在于 ： 所述的阀座 (1) 通 过螺纹连接在阀体 (2) 上， 并通过垫片一 (10) 实现密封。 4. 根据权利要求。

7、 1 所述的一种压杆式安全泄压装置， 其特征在于 ： 所述的盖板 (5) 与 阀体 (2) 通过双头螺柱 (15) 及六角螺母 (16) 连接， 并通过垫片二 (11) 实现密封。 5. 根据权利要求 1 所述的一种压杆式安全泄压装置， 其特征在于 ： 所述的阀瓣 (3) 的 上端采取导向对中段设计， 通过孔与轴的配合实现阀杆(4)与阀瓣(3)的螺纹连接找正 ； 开 口销 (18) 穿过阀瓣 (3) 与阀杆 (4) 的径向孔， 起到螺纹防松作用。 6. 根据权利要求 1 所述的一种压杆式安全泄压装置， 其特征在于 ： 所述的支杆 (20) 通 过六角螺母 (14) 与支架盖 (9) 进行紧固连。

8、接。 7. 根据权利要求 1 所述的一种压杆式安全泄压装置， 其特征在于 ： 所述的压杆 (7) 是 基于欧拉定律设计的仅承受轴向压缩载荷的等截面圆形细长杆， 当介质作用在阀瓣 (3) 上 的载荷 F 小于压杆 (7) 的失稳临界载荷 Fcr 时， 压杆 (7) 将维持直线平衡状态， 并具有抗侧 向干扰的稳定性 ； 当载荷 F 达到失稳临界载荷 Fcr 时， 压杆 (7) 将在瞬间由直线平衡转变 为不稳定的侧弯曲线平衡， 此时施加的侧向干扰将是不可逆的， 即失稳 ； 发生失稳后， 压杆 (7) 承载能力降低， 压力的微小增加将引起弯曲变形的显著增大， 压杆的弯曲使得装置迅速 开启， 在几毫秒内。

9、便可达到全开启状态。 权 利 要 求 书 CN 104373645 A 2 1/4 页 3 一种压杆式安全泄压装置 技术领域 0001 本发明涉及一种用于承压设备超压保护的泄压装置， 为一种压杆式非重新闭合泄 压装置， 该装置在系统压力超过设定值时自动开启， 达到安全泄压的目的。 背景技术 0002 当前， 泄压装置广泛应用于石油、 化工、 电站、 冶金、 核电、 国防等国民经济的各个 部门。随着生产效率的提高， 有关部门和企业对于环保、 安全方面的要求越来越严格。作为 事故泄放系统必不可少的一部分， 对提供超压保护的泄压装置的稳定性、 可靠性和密封性 要求也更为苛刻。 0003 以石油化工行。

10、业地面火炬系统为例， 其介质通常为易燃易爆有毒有害的化学物 质， 操作压力较低， 一般为几千帕至几十千帕， 在其分级控制阀旁路的超压保护中， 对于泄 压装置的可靠性、 稳定性和密封性能要求极为苛刻。常规安全阀不适用于压力低于一百千 帕的工况， 在低压存在开启压力不准确、 超过压力较大、 响应不及时等诸多问题。爆破片虽 密封性能良好、 响应迅速， 但因其与介质直接接触， 其泄放压力受介质腐蚀性、 温度的影响 很大， 并且当压力存在波动或循环作用时， 爆破片的应力经常达到屈服极限以上易发生塑 性变形， 进而导致其性质改变， 发生提前爆破现象， 泄放压力偏差较大。 0004 另外， 常规安全阀和爆破。

11、片类泄压装置一旦发生泄压， 则生产系统须停工将其拆 卸后重新进行校验或进行更换， 维护起来费时、 费力， 与当下长周期运行、 提高生产效率的 要求极不相称。 0005 因此， 具有较高的开启压力稳定性、 响应及时、 密封效果好且维护简单、 快捷的超 压保护装置， 成为了一些行业的迫切需求 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种压杆式安全泄压装置， 其可克服常规安全阀、 爆破片 在一些特定工况应用时存在的问题， 可加强系统运行的安全性、 稳定性， 提高生产效率。 0007 实现本发明目的的技术方案 ： 一种压杆式安全泄压装置， 其包括设置在阀体内的 活塞式的阀座和阀瓣， 阀座通过螺纹连接在。

12、阀体上， 阀瓣与阀座的内孔配合处开有凹槽， O 型圈嵌套在阀瓣的凹槽内成为活塞， 与阀座的内孔过盈配合， 通过挤压 O 型圈实现密封 ； 0008 阀体上方固定有盖板， 盖板中心开有中心孔， 阀瓣的另一端与阀杆通过螺纹连接， 阀杆穿过盖板的中心孔与压杆连接 ； 盖板的中心孔内开环形凹槽， O 型圈嵌套在环形凹槽 内， O 型圈与阀杆过盈配合起到密封作用 ； 0009 压杆为不锈钢、 等截面的圆形细长杆， 压杆通过下端卡头夹持阀杆， 压杆通过上端 卡头螺纹连接六角头螺栓下端 ； 该六角头螺栓固定在支架盖中心上， 通过锁紧螺母将六角 头螺栓锁紧 ； 0010 支架盖通过3根支杆支撑在盖板上方 ； 。

13、这3根支杆一端螺纹安装固定在盖板上， 另 一端螺纹安装固定在支架盖上 ； 3 根支杆外圆分别套有钢管套筒， 起到支撑支架盖的作用 ； 说 明 书 CN 104373645 A 3 2/4 页 4 盖板、 支架盖、 支杆、 钢管套筒组成立体的针笼结构， 作为支撑压杆的支撑结构。 0011 如上所述的一种压杆式安全泄压装置， 其在正常工况下， 阀瓣通过阀杆施加在压 杆上的轴向压缩载荷 F 小于压杆的失稳临界载荷 Fcr， 压杆保持竖直稳定状态 ； 同时， 压杆 的反推力通过阀杆将阀瓣推向阀座， 使阀瓣与阀座紧密接触， 此时泄压装置处于关闭状态 ； 当发生超压时， 阀瓣通过阀杆施加在压杆上的轴向载荷。

14、 F 将大于或等于压杆的失稳临界载 荷 Fcr， 压杆发生失稳， 其有效长度瞬间大幅度减小， 从而阀瓣在介质压力作用下与阀座瞬 间分离， 此时泄压装置开启。 0012 如上所述的一种压杆式安全泄压装置， 其所述的阀座通过螺纹连接在阀体上， 并 通过垫片一实现密封。 0013 如上所述的一种压杆式安全泄压装置， 其所述的盖板与阀体通过双头螺柱及六角 螺母连接， 并通过垫片二实现密封。 0014 如上所述的一种压杆式安全泄压装置， 其所述的阀瓣的上端采取导向对中段设 计， 通过孔与轴的配合实现阀杆与阀瓣的螺纹连接找正 ； 开口销穿过阀瓣与阀杆的径向孔， 起到螺纹防松作用。 0015 如上所述的一种。

15、压杆式安全泄压装置， 其所述的支杆通过六角螺母与支架盖进行 紧固连接。 0016 本发明的效果在于 ： 0017 本发明所述的压杆式安全泄压装置由压杆承受系统压力载荷， 整体结构简单， 在 系统压力超过设定点时可以在几毫秒内迅速达到全开启状态 ； 具有活塞式的密封结构， 密 封可靠性高， 即便在压力系统内的压力接近设定点时， 也始终可以保证紧密密封。 该压杆式 泄压装置泄压之后， 无需拆卸管道， 从外部即可将其复位并更换压杆， 可避免介质外漏， 维 护简单、 快捷、 停工成本低。 0018 本发明所述的压杆式安全泄压装置整体结构紧凑， 传力运动部件少， 降低了中间 环节对于力的传递的准确性的干。

16、扰， 泄压触发机构和密封结构可靠性高， 泄压状态易于观 察， 维护工作量小， 停工成本低， 具有良好的动作性能参数， 开启压力精度最高可达 2， 超 过压力低于 5， 可以在石油化工行业的一些特定场合替代常规安全阀和爆破片， 一些特 殊工况下可替代传统弹簧式安全阀， 可广泛应用于石油、 天然气、 化工等行业装置的超压保 护。 0019 采用压杆作为承受载荷元件， 安装于阀体的外部， 与介质隔离， 可有效避免介质温 度和腐蚀性对于失稳压力的影响。采用活塞式的阀瓣和阀座密封结构， O 型圈嵌套在阀瓣 的凹槽内成为活塞， 与阀座的内孔配合， 通过挤压 O 型圈实现密封， 与常规安全阀采用的平 面密封。

17、形式相比， 密封效果更好， 在开启前均可实现零泄漏， 避免了常规安全阀在接近开启 压力时的泄漏问题。泄压装置的启闭状态易于观察。通过观察压杆及阀杆的状态， 可以判 断压杆式安全泄压装置是否发生了泄压。另外， 也可以在相应位置安装位置开关等感应元 件， 实现泄压信号的远传， 操作人员在中央控制室即可集中监控多台压杆式安全泄压装置 的状态， 常规安全阀和爆破片则是难以普遍实现的， 需在排放管路中安装压力监测设备。 当 泄压完成后， 无需停工， 现场操作人员可以借助外力将阀杆复位， 使得阀瓣与阀座重新密封 后， 更换压杆， 恢复密封状态， 实现压杆式安全泄压装置的复位。 说 明 书 CN 10437。

18、3645 A 4 3/4 页 5 附图说明 0020 图 1 为本发明所述的一种压杆式安全泄压装置结构示意图 ； 0021 图 2 为本发明所述的一种压杆式安全泄压装置关闭、 开启状态示意图。 0022 图中 ： 1. 阀座 ； 2. 阀体 ； 3. 阀瓣 ； 4. 阀杆 ； 5. 盖板 ； 6. 下端卡头 ； 7. 压杆 ； 8. 上端 卡头 ； 9. 支架盖 ； 10. 垫片一 ； 11. 垫片二 ； 12. 锁紧螺母 ； 13. 六角头螺栓 ； 14. 六角螺母 ； 15. 双头螺柱 ； 16. 六角螺母 ； 17.O 型圈 ； 18. 开口销 ； 19.O 型圈 ； 20. 支杆 ； 。

19、21. 钢管套筒。 具体实施方式 0023 下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种压杆式安全泄压装置作进一步 描述。 0024 本发明所述的一种压杆式安全泄压装置， 活塞式阀瓣 3( 嵌套 O 型圈 19) 和阀座 1 是压杆式泄压装置的密封件。当阀瓣 3 与阀座 1 紧密接触时实现密封， 当阀瓣 3 与阀座 1 分离时实现泄压。压杆 7 是控制该装置开启或者关闭的关键部件， 入口压力载荷通过阀瓣 3 和阀杆 4 传递到压杆 7， 其失稳与否控制着阀瓣 3 与阀座 1 的接触与分离， 进而控制泄压 装置的关闭和开启。 0025 如图 1 所示， 本发明所述的一种压杆式安全泄压装置具体结构如。

20、下 ： 0026 在阀体 2 内设置活塞式的阀座 1 和阀瓣 3。阀座 1 通过螺纹连接在阀体 2 上， 并 通过垫片一 10 实现密封。阀瓣 3 与阀座 1 的内孔配合处开有凹槽， O 型圈 19 嵌套在阀瓣 3 的凹槽内成为活塞， 与阀座 1 的内孔过盈配合， 通过挤压 O 型圈 19 实现密封。 0027 阀体 2 上方固定有盖板 5， 盖板 5 与阀体 2 通过双头螺柱 15 及六角螺母 16 连接， 并通过垫片二 11 实现密封。盖板 5 中心开有中心孔， 阀瓣 3 的另一端与阀杆 4 通过螺纹连 接， 阀杆 4 穿过盖板 5 的中心孔与压杆 7 连接 ； 盖板 5 的中心孔内开环形。

21、凹槽， O 型圈 17 嵌 套在环形凹槽内， O 型圈 17 与阀杆 4 过盈配合起到密封作用。未采取在阀杆 4 的外圆开环 形凹槽安装 O 型圈， 是为防止泄压装置开启时阀杆 4 向上移动过程中 O 型圈暴露在盖板 5 中心孔外， 导致介质外漏。阀瓣 3 的上端采取导向对中段设计， 通过孔与轴的配合实现阀杆 4 与阀瓣 3 的螺纹连接找正 ； 开口销 18 穿过阀瓣 3 与阀杆 4 的径向孔， 起到螺纹防松作用。 0028 压杆 7 为不锈钢、 等截面的圆形细长杆， 压杆 7 通过下端卡头 6 夹持阀杆 4， 压杆 7 通过上端卡头 8 螺纹连接六角头螺栓 13 下端 ； 该六角头螺栓 13。

22、 固定在支架盖 9 中心上， 通 过锁紧螺母 12 将六角头螺栓 13 锁紧。六角头螺栓 13 将压杆 7 顶到位， 不用施加预紧力， 保证压杆7在垂直方向有移动的余量， 因为该装置安装入压力系统后， 介质作用在阀瓣3上 的力， 通过阀杆 4 传递到压杆 7， 会将压杆 7 自动压紧。锁紧螺母 12 将六角头螺栓 13 锁紧， 以防压杆 7 在垂直方向上松动， 进而影响阀门的设定压力。 0029 支架盖 9 通过 3 根支杆 20 支撑在盖板 5 上方 ； 这 3 根支杆 20 一端螺纹安装固定 在盖板 5 上， 另一端通过六角螺母 14 螺纹安装固定在支架盖 9 上 ； 3 根支杆 20 外。

23、圆分别套 有钢管套筒21， 起到支撑支架盖的作用 ； 盖板5、 支架盖9、 支杆20、 钢管套筒21组成立体的 针笼结构， 作为支撑压杆 7 的支撑结构。 0030 在正常工况下， 承压设备压力处于泄压装置设定的开启压力之下， 泄压装置高压 侧与低压侧的压差 P 小于设定压力 Pcr。阀瓣 3 通过阀杆 4 施加在压杆 7 上的轴向压缩载 荷 F 也将小于压杆 7 的失稳临界载荷 Fcr， 压杆 7 保持竖直稳定状态。同时， 压杆 7 的反推 说 明 书 CN 104373645 A 5 4/4 页 6 力通过阀杆 4 将阀瓣 3 推向阀座 1， 使阀瓣 3 与阀座 1 紧密接触， 此时泄压装。

24、置处于关闭状 态， 如图 2 所示。 0031 当发生超压时， 系统压力上升至泄压装置设定的开启压力， 泄压阀高压侧与低压 侧的压差 P 达到设定压力 Pcr。阀瓣 3 通过阀杆 4 施加在压杆 7 上的轴向载荷 F 也将大于 或等于压杆 7 的失稳临界载荷 Fcr， 压杆 7 发生失稳， 其有效长度瞬间大幅度减小。从而阀 瓣 3 在介质压力作用下与阀座 1 瞬间分离， 此时装置开启， 如图 2 所示。 0032 操作人员通过观察压杆7及阀杆4的状态， 可以判断泄压装置是否发生了泄压。 泄 压完成后， 操作人员可以借助外力将阀杆 4 复位， 使得阀瓣 3 与阀座 1 重新密封后， 更换压 杆 。

25、7， 用六角头螺栓 13 将压杆 7 压到位， 保证压杆 7 在垂直方向有稍许余量， 用锁紧螺母 12 将其锁紧， 即可实现压杆式安全泄压装置的复位。 0033 本发明中当阀瓣 3 与阀座 1 紧密接触时实现密封， 当阀瓣 3 与阀座 1 分离时实现 泄压 ； 入口压力载荷通过阀瓣 3 和阀杆 4 传递到压杆 7， 其失稳与否控制着阀瓣 3 与阀座 1 的接触与分离， 进而压杆式控制泄压装置的关闭和开启。所述的压杆 7 是基于欧拉定律设 计的仅承受轴向压缩载荷的等截面圆形细长杆， 当介质作用在阀瓣3上的载荷F小于压杆7 的失稳临界载荷 Fcr 时， 压杆 7 将维持直线平衡状态， 并具有抗侧向干扰的稳定性 ； 当载荷 F 达到失稳临界载荷 Fcr 时， 压杆 7 将在瞬间由直线平衡转变为不稳定的侧弯曲线平衡， 此 时施加的侧向干扰将是不可逆的， 即失稳 ； 发生失稳后， 压杆 7 承载能力降低， 压力的微小 增加将引起弯曲变形的显著增大， 压杆的弯曲使得装置迅速开启， 在几毫秒内便可达到全 开启状态。 说 明 书 CN 104373645 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104373645 A 7 2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 104373645 A 8 。