CN106594365B - 适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门 - Google Patents

Abstract

本发明是一种适用于低压工况的由细长压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要部件包括下游管道、角行程阀门、上游管道、引压管、活塞、活塞杆、活塞缸、顶杆、顶杆导向器、细长杆、杆帽、杆帽夹持器、摇臂、摇臂中枢、止位器、阀杆、阀杆驱动器、执行器推杆、执行器弹簧、执行器支点，其中细长杆是该自动阀门的核心触发部件，决定整个自动阀门处于何种阀位。当细长杆保持直线稳定状态时，其通过顶杆与活塞和活塞杆共同维持摇臂处于平衡状态，阀杆驱动器被摇臂卡住，角行程阀门处于正常阀位；当细长杆发生失稳弯曲时，摇臂发生旋转，阀杆驱动器脱离摇臂的约束并在执行器推杆作用下旋转，进而带动阀杆将角行程阀门由正常阀位改变为非正常阀位。

Description

适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门

技术领域

本发明涉及一种阀门，更具体的涉及一种在低压或超低压工况下能够自动开启或关闭的阀门。

背景技术

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开启或关闭的阀门。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***，当压力超过设定值时，控制***会自动发出指令使阀门开启或者关闭。

使用压力变送器和控制***共同实现超压工况下自动启闭阀门的主要潜在风险在于，如果压力变送器失效，或者压力变送器与控制***之间的信号传输出现问题，或者控制***与阀门之间的信号传输出现问题，就可能出现压力已经超过设定值，阀门却未如期动作的情形，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。

本发明主要由阀杆驱动器、角行程阀门、摇臂、摇臂中枢、止位器、活塞、活塞杆、顶杆、顶杆导向器、细长杆、杆帽、杆帽夹持器和引压管组成。其中细长杆是控制整个自动阀门开启或关闭的核心触发部件，该触发部件的设计基于压杆稳定和压杆失稳的原理。细长杆的轴线与杆帽、顶杆、活塞杆的轴线在同一条直线上。活塞承受来自上游管道内的介质压力，此压力载荷经过活塞杆、摇臂和顶杆加载在细长杆上。当加载于细长杆上的轴向作用力低于细长杆的临界载荷时，细长杆处于直线稳定状态，细长杆的轴向反推力传递至顶杆，并与介质经活塞作用到活塞杆上的推力共同维持摇臂处于平衡状态，阀杆驱动器对摇臂的反推力经过摇臂中枢中心，因而对摇臂的旋转力臂为零，不影响摇臂平衡。此时，摇臂不会发生旋转，其通过特殊设计的锁止结构将阀杆驱动器卡住，角行程阀门处于正常阀位；当加载于细长杆上的轴向作用力超过细长杆的临界载荷时，细长杆失稳弯曲而丧失承载能力，细长杆作用在顶杆上的轴向反推力消失，介质压力会推动活塞和活塞杆移动，并推动具有特殊锁止结构的摇臂围绕摇臂中枢旋转，直至摇臂失去对阀杆驱动器的约束作用。此时，阀杆驱动器在执行器弹簧和执行器推杆作用下旋转，进而带动阀杆将角行程阀门由正常阀位改变为非正常阀位，从而实现了超压工况下阀门的自动开启或者关闭。

在此应用中，基于压杆稳定和压杆失稳原理设计的核心触发部件细长杆与活塞、活塞杆、顶杆、顶杆导向器、杆帽、杆帽夹持器、摇臂、摇臂中枢等部件协同作用，实现了压力变送器和控制***两者的功能，整个***无需传感器和信号传输，设计简单，安全可靠，尤其适用于低压或超低压等介质动力较弱的工况。

发明内容

本发明涉及的超压时由压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要由阀杆驱动器、角行程阀门、摇臂(带有特殊设计的锁止结构)、摇臂中枢、止位器、活塞、活塞杆、顶杆、顶杆导向器、杆帽、杆帽夹持器、细长杆和引压管组成。

其中，引压管的功能是将角行程阀门的上游管道与活塞缸压力腔相连通，使活塞承受来自角行程阀门上游管道内的介质压力。

其中，细长杆是控制整个自动阀门开启或关闭的核心触发部件，该触发部件的设计基于压杆稳定和压杆失稳的原理，具有直线稳定和失稳弯曲两个工作状态，并决定自动阀门处于正常或非正常阀位，其一端与顶杆相连，另一端与安装于杆帽夹持器内的杆帽相接。

其中，摇臂具有特殊设计的锁止结构，其与阀杆驱动器的接触面是以摇臂中枢的旋转中心为圆心的圆弧面。阀杆驱动器对摇臂的作用力会通过摇臂中枢的旋转中心，所以阀杆驱动器作用在摇臂上的作用力对摇臂的旋转力臂是零，其不会引起摇臂的转动。即使当摇臂主动做微小旋转运动时，阀杆驱动器也不会产生任何转动。另外，摇臂上设计了沟槽，而且沟槽宽度大于阀杆驱动器上与其接触的部位宽度，当摇臂围绕摇臂中枢旋转一定角度后，阀杆驱动器上被摇臂卡住的部位会从摇臂的沟槽中滑出，直至摇臂释放对阀杆驱动器的约束作用。此时，阀杆驱动器在执行器推杆和执行器弹簧作用下旋转，进而带动阀杆改变角行程阀门的阀位。

其中，由执行器推杆、执行器弹簧和执行器支点组成的执行器机构，其作用在于当摇臂围绕摇臂中枢旋转一定角度并释放对阀杆驱动器的约束时推动阀杆驱动器的转动。所有可为阀杆驱动器提供旋转扭矩的机构，或者角行程阀门的偏心阀瓣结构受到介质作用力的主动旋转均可以在本专利中采用，而不局限于本专利中作为示意使用的推杆、弹簧和拨叉结构。

当角行程阀门上游管道内介质压力低于设定压力，即活塞缸压力腔内的压力低于设定压力时，细长杆承受的轴向载荷小于其临界载荷而保持压杆直线稳定，细长杆的轴向反推力传递至顶杆，并与介质压力经活塞传递到活塞杆上的推力共同维持摇臂处于平衡状态，阀杆驱动器对摇臂的反推力经过摇臂中枢中心，对摇臂的旋转力臂是零，不影响摇臂平衡。此时摇臂不会发生旋转，其通过特殊设计的圆弧面锁止结构将阀杆驱动器卡住，角行程阀门处于正常阀位。

当角行程阀门上游管道内介质压力高于设定压力，即活塞缸压力腔内的压力高于设定压力时，细长杆承受的轴向压缩载荷将超过其临界载荷，其将发生压杆失稳而丧失承载能力。此时，细长杆作用在顶杆上的反推力会骤然降低，介质压力会推动活塞和活塞杆移动，并推动摇臂围绕摇臂中枢转动。当摇臂围绕摇臂中枢旋转一定角度后，阀杆驱动器上被摇臂卡住的部位会从摇臂上特殊设计的沟槽中滑出，直至摇臂失去对阀杆驱动器的约束作用。此时，阀杆驱动器在执行器弹簧和执行器推杆作用下旋转，进而带动阀杆将角行程阀门由正常阀位改变为非正常阀位(若正常工况下角行程阀门处于全开位，则超压工况下角行程阀门应自动关闭，阀位变为全关位；若正常工况下角行程阀门处于全关位，则超压工况下角行程阀门应自动开启，阀位变为全开位)，从而实现了超压时阀门的自动开启或者关闭。

附图说明

图1为本发明涉及的适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门的主要结构图；

图2为本发明涉及的适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门正常状态时的示意图；

图3为本发明涉及的适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门触发时的示意图；

图4为本发明涉及的适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门完成触发后的示意图；

图5为本发明涉及的适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门所使用摇臂结构的示意图；

具体实施方式

适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门，具体而言其主要部件包括下游管道1、角行程阀门2、上游管道3、引压管4、活塞5、活塞杆6、活塞缸7、顶杆8、顶杆导向器9、细长杆10、杆帽11、杆帽夹持器12、摇臂13、摇臂中枢14、止位器15、阀杆16、阀杆驱动器17、执行器推杆18、执行器弹簧19和执行器支点20。

其中细长杆10是整个适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门的核心触发部件，该核心触发部件是基于压杆稳定和压杆失稳原理设计，具有直线稳定和失稳弯曲两个工作状态，相应决定自动阀门处于开启或关闭阀位。细长杆10一端与顶杆8相连，另一端与安装于杆帽夹持器12中的杆帽11相接。当细长杆10发生失稳弯曲时，丧失其直线稳定状态，并进而触发角行程阀门2由正常阀位改变为非正常阀位。

其中角行程阀门2控制着上游管道3和下游管道1内介质的流通。

其中引压管4的功能是将角行程阀门2的上游管道3与活塞缸7相连通，使活塞5承受来自上游管道3内的介质压力。

其中活塞5通过活塞杆6与摇臂13相连，当活塞5在介质压力作用下作直线运动时，可以通过活塞杆6推动摇臂13围绕摇臂中枢14旋转，释放对阀杆驱动器17的约束作用，阀杆驱动器17在执行器推杆18和执行器弹簧19作用下旋转，进而带动阀杆16进而改变角行程阀门2的阀位状态。

其中摇臂13一端固定在摇臂中枢14上，使其能够绕摇臂中枢14在一定范围内作旋转运动。摇臂13上表面与顶杆8相接触，下表面与活塞杆6相接触。当细长杆10处于直线稳定状态时，细长杆10通过顶杆8传递的轴向反推力，与上游管道3内介质经活塞5传递到活塞杆6上的推力，共同维持摇臂13处于平衡状态，而阀杆驱动器17对摇臂13的反推力恰好通过摇臂中枢14的中心，对摇臂13的旋转力臂为零，不会影响摇臂13的平衡。此时，摇臂13不会发生旋转，其特殊设计的圆弧面锁止结构会将阀杆驱动器17卡住，即使摇臂13主动做微小旋转运动，阀杆驱动器17也不会产生任何转动。此时，角行程阀门2处于正常阀位。上述结构如图1所示。

其中，由执行器推杆18、执行器弹簧19和执行器支点20组成的执行器机构，其作用在于当摇臂13围绕摇臂中枢14旋转一定角度并释放对阀杆驱动器17的约束时推动阀杆驱动器17的转动。(所有可为阀杆驱动器提供旋转扭矩的机构，或者角行程阀门的偏心阀瓣结构受到介质作用力的主动旋转均可以在本专利中采用，而不局限于本专利中作为示意使用的推杆、弹簧和拨叉结构。)

下面以角行程阀门2作为超压紧急泄压阀使用时为例，进一步介绍本发明的具体实施方式。

在正常工况下，角行程阀门2处于全关位，上游管道3内介质压力低于设定压力，即活塞缸7压力腔内的压力低于设定压力，此时细长杆10承受的轴向压缩载荷小于其临界载荷而保持直线压杆稳定，细长杆10通过顶杆8传递的轴向反推力，与上游管道3内介质经活塞5传递到活塞杆6上的推力，共同维持摇臂13处于平衡状态，而阀杆驱动器17对摇臂13的反推力恰好通过摇臂中枢14的中心，对摇臂13的旋转力臂为零，不会影响摇臂13的平衡。此时，摇臂13保持平衡而不会发生旋转，其特殊设计的圆弧面锁止结构会将阀杆驱动器17卡住，即使摇臂13主动做微小旋转运动，阀杆驱动器17也不会产生任何转动，角行程阀门2处于正常阀位。如图2所示。

当上游管道3内介质压力高于设定压力，即活塞缸7压力腔内的压力高于设定压力时，细长杆10承受的轴向压缩载荷将超过其临界载荷，细长杆10发生失稳弯曲而丧失承载能力，其作用在顶杆8上的反推力会骤然降低，介质压力会推动活塞5和活塞杆6移动。在此过程中，活塞杆6会推动摇臂13围绕摇臂中枢14旋转。当摇臂13围绕摇臂中枢14旋转一定角度后，因阀杆驱动器17上与摇臂13接触的部位宽度小于摇臂13上设计的沟槽宽度，其将从摇臂13中滑出，如图3所示。直至摇臂13失去对阀杆驱动器17的约束，阀杆驱动器17在执行器推杆18和执行器弹簧19作用下旋转，进而带动阀杆16将角行程阀门2开启，从而上游管道3内的介质向下游管道1泄放，如图4所示。

摇臂13采用了特殊的锁止结构设计，其与阀杆驱动器17的接触面是以摇臂中枢14的旋转中心为圆心的圆弧面，如图5所示。阀杆驱动器17对摇臂13的作用力会通过摇臂中枢14的旋转中心。所以阀杆驱动器17作用在摇臂13上的力对摇臂13的旋转力臂是0，其不会引起摇臂13的转动，即使当摇臂13主动做微小旋转运动时，阀杆驱动器17也不会产生任何转动，如图2所示。另外，摇臂13上设计了沟槽，如图5所示，而且沟槽宽度大于阀杆驱动器17上与其接触的部位宽度。当摇臂13围绕摇臂中枢14旋转一定角度后，阀杆驱动器17上被摇臂13卡住的部位会从摇臂13的沟槽中滑出，从而摇臂13释放对阀杆驱动器17的约束作用，如图3所示。

另外，根据压杆失稳的欧拉定律，可以通过调整细长杆10的弹性模量和长细比而改变其临界载荷，进而改变角行程阀门2动作时的设定压力。

当本发明的角行程阀门2设计为超压工况下自动关闭时，只需要将阀杆16旋转90度即可。具体实施方式与角行程阀门2设计为超压紧急泄放阀时相同，在此不再赘述。

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。

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。

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。

Claims (2)

1.一种适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门，其主要部件包括下游管道(1)、角行程阀门(2)、上游管道(3)、引压管(4)、活塞(5)、活塞杆(6)、活塞缸(7)、顶杆(8)、顶杆导向器(9)、细长杆(10)、杆帽(11)、杆帽夹持器(12)、摇臂(13)、摇臂中枢(14)、止位器(15)、阀杆(16)、阀杆驱动器(17)、执行器推杆(18)、执行器弹簧(19)、执行器支点(20)，其中细长杆(10)一端与顶杆(8)相连，另一端与安装于杆帽夹持器(12)中的杆帽(11)相接；其中引压管(4)将角行程阀门(2)的上游管道(3)与活塞缸(7)相连通，使活塞(5)承受来自上游管道(3)内的介质压力；其中活塞(5)通过活塞杆(6)与摇臂(13)相连，当活塞(5)在介质压力作用下作直线运动时，可以通过活塞杆(6)推动摇臂(13)围绕摇臂中枢(14)旋转，释放对阀杆驱动器(17)的约束作用，阀杆驱动器(17)在执行器推杆(18)和执行器弹簧(19)作用下旋转，进而带动阀杆(16)进而改变角行程阀门(2)的阀位状态；其中摇臂(13)一端固定在摇臂中枢(14)上，能够绕摇臂中枢(14)在一定范围内作旋转运动，摇臂(13)上表面与顶杆(8)相接触，下表面与活塞杆(6)相接触，活塞杆(6)和顶杆(8)作用在摇臂(13)上的推力不平衡时，可推动摇臂(13)围绕摇臂中枢(14)旋转，摇臂(13)与阀杆驱动器(17)的接触面是以摇臂中枢(14)的旋转中心为圆心的圆弧面，摇臂(13)上设计的沟槽宽度大于与其接触的阀杆驱动器(17)上的对应部位宽度，当摇臂(13)绕摇臂中枢(14)旋转一定角度时，阀杆驱动器(17)上与摇臂(13)接触的部位会从摇臂(13)的沟槽中滑出，直至摇臂(13)释放对阀杆驱动器(17)的约束作用，阀杆驱动器(17)在执行器推杆(18)和执行器弹簧(19)作用下旋转，进而带动阀杆(16)改变角行程阀门(2)的阀位状态，该自动阀门的特征在于：细长杆(10)是决定整个自动阀门是否动作的核心触发部件，当细长杆(10)保持直线稳定状态时，角行程阀门(2)处于正常阀位；当细长杆(10)发生失稳弯曲时，触发角行程阀门(2)由正常阀位改变为非正常阀位。

2.根据权利要求1所述的适用于低压工况的由压杆失稳触发动作的自动阀门，其中当细长杆(10)处于直线压杆稳定状态时，细长杆(10)的轴向反推力传递至顶杆(8)，并与介质压力经活塞(5)传递到活塞杆(6)上的推力共同维持摇臂(13)处于平衡状态，阀杆驱动器(17)对摇臂(13)的反推力经过摇臂中枢(14)的旋转中心，其对摇臂(13)的旋转力臂为零，不影响摇臂(13)平衡，此时摇臂(13)不会发生旋转，其将阀杆驱动器(17)卡住，角行程阀门(2)处于正常阀位；当细长杆(10)发生失稳弯曲而丧失承载能力后，细长杆(10)作用在顶杆(8)上的反推力会骤然降低，介质压力会推动活塞(5)和活塞杆(6)移动，并推动摇臂(13)围绕摇臂中枢(14)转动；当摇臂(13)围绕摇臂中枢(14)旋转一定角度后，阀杆驱动器(17)上与摇臂(13)接触的部位会从摇臂(13)的沟槽中滑出，直至摇臂(13)失去对阀杆驱动器(17)的约束作用；阀杆驱动器(17)在执行器推杆(18)和执行器弹簧(19)作用下旋转，带动阀杆(16)将角行程阀门(2)由正常阀位改变为非正常阀位。