專利名稱：開關(guān)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)用開關(guān)閥，尤其涉及一種容積式壓縮機(jī)保護(hù)所用的開關(guān)閥。
背景技術(shù)：
在化工行業(yè)中，大量使用著各種壓縮機(jī)。對于部分氧化乙炔工藝，裂化氣易燃、易爆、易堵，采用螺桿壓縮機(jī)是最佳選擇。螺桿壓縮機(jī)是屬于容積式壓縮機(jī)組的一種，由于容積式壓縮機(jī)的特點所決定，其壓縮機(jī)出口管道必須時刻保持暢通，避免憋壓。為此，為了防止各種意外故障對機(jī)組造成威脅，出口閥的設(shè)計和選擇應(yīng)充分考慮到壓縮機(jī)的安全；對于乙炔裂化氣壓縮機(jī)還要充分考慮到聚合物堵塞問題。因此，出口閥的設(shè)計和選型必須引起高度重視。
本申請人在上世紀(jì)70年代引進(jìn)德國BASF公司技術(shù)，該技術(shù)在出口閥選型時沒有考慮到對螺桿壓縮機(jī)的安全保護(hù)問題，其閥門關(guān)閉時反向差壓承受能力遠(yuǎn)小于出口總管壓力，造成壓機(jī)停車不能關(guān)閉；而正向差壓承受能力則在于閥門殼體的承受能力，因此，當(dāng)出現(xiàn)意外故障時，可能造成機(jī)組憋壓，這是與螺桿壓縮機(jī)的安全要求背道而馳的。同時，閥體結(jié)構(gòu)流路復(fù)雜，運行堵塞嚴(yán)重，常因聚合物堆積造成閥門關(guān)不嚴(yán)，甚至堵塞閥門。雖然后來進(jìn)行過改造，但仍有許多問題。
螺桿壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)組的一種，其壓縮機(jī)出口管道必須時刻保持暢通，由此，出口控制開關(guān)閥的設(shè)計和選擇直接關(guān)系到壓縮機(jī)的安全。從容積式壓縮機(jī)的特點分析，為了防止各種意外故障對機(jī)組造成威脅，應(yīng)該對出口控制閥的設(shè)計選型引起高度重視。在這種情況下，不難理解，現(xiàn)有技術(shù)中所應(yīng)用的角行程的閥門，例如球閥、蝶閥以及套筒閥等單向作用不明顯的閥門都是不宜采用的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點，本發(fā)明人經(jīng)過長期研究得知，具有明顯單向特性的單作用氣動開關(guān)閥應(yīng)該是容積式壓縮機(jī)出口閥的最佳選擇。
作為本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種開關(guān)閥，其包括主管道以及與主管道斜交的支管道，其中沿著支管道的縱向依次設(shè)置有閥芯、閥桿以及偏壓裝置，該閥桿的一端與閥芯成撓性連接，而另一端與偏壓裝置相關(guān)聯(lián)，該偏壓裝置對閥桿預(yù)加載荷。
根據(jù)本發(fā)明的閥門用于容積式壓縮機(jī)，特別是用于易堵介質(zhì)如乙炔裂化氣的壓縮時，可達(dá)到以下令人滿意的技術(shù)效果1)當(dāng)機(jī)組停運時，管網(wǎng)壓力高于壓縮機(jī)出口壓力，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)儀表氣源切斷，閥門執(zhí)行關(guān)閉動作，由于閥門的單向流通特性，介質(zhì)壓力與執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧推力的作用方向相同，閥門能可靠地關(guān)閉。
2)當(dāng)出口閥因故障而誤關(guān)(儀表氣源誤斷)時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧6推動閥門關(guān)閉，而機(jī)組未停，壓縮機(jī)出口壓力會克服閥門正向壓差及彈簧力而繼續(xù)向管網(wǎng)送氣，不影響生產(chǎn)，同時確保了機(jī)組出口的暢通，保護(hù)了機(jī)組安全。
3)按照裂化氣壓縮機(jī)的操作規(guī)程，機(jī)組啟動后，出口壓力要在不小于0.8MPa的情況下才允許帶負(fù)荷，而本發(fā)明的開關(guān)閥正好滿足了這種要求。
4)當(dāng)壓機(jī)甩負(fù)荷發(fā)生回流閥打不開的情況時，出口閥會關(guān)不下去，確保機(jī)組不憋壓。
5)閥門斜向設(shè)計使閥體流道幾乎成了直管，抗堵塞能力大大增強(qiáng)。
6)運行中閥桿密封發(fā)生損壞時也不會泄漏。
綜上所述，本發(fā)明的開關(guān)閥徹底消除了機(jī)組憋壓的隱患，是容積式壓縮機(jī)組的理想保護(hù)設(shè)備。


以下參照附圖結(jié)合實例來說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的開關(guān)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖以及受力曲線圖；圖3是開關(guān)閥的閥芯與閥桿的一個實施例的放大局部剖視圖，示出了閥芯與閥桿的撓性連接設(shè)計；圖4是開關(guān)閥的閥芯與閥桿的另一個實施例的放大局部剖視圖，示出了閥芯與閥桿的另一種撓性連接設(shè)計；以及圖5是圖3和4中所示的開關(guān)閥的閥芯與閥桿的放大俯視圖。
具體實施例方式
下面描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例是以容積式壓縮機(jī)的出口開關(guān)閥為例設(shè)計的。但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的閥門可以廣泛應(yīng)用于各種需要閥門的單向特性和易堵的適用場合。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的開關(guān)閥采用Y型抗堵塞結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)閥門的抗堵塞能力。該Y型抗堵塞結(jié)構(gòu)包括具有進(jìn)口1和出口2的主管道以及與主管道斜交的支管道。本發(fā)明的開關(guān)閥的特殊執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿支管道的縱向設(shè)置。具體地說，該開關(guān)閥包括沿著支管道的縱向在圖1中從下向上依次設(shè)置的閥芯8、閥桿9以及氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該閥桿9的一端基本上在閥芯8的頂面的中心部位與該閥芯成撓性連接，使閥芯與閥座具有微小角度的自校正功能(將在下文中詳述)，而其相對另一端與氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。該氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)也是沿著支管道的縱向設(shè)置的，其包括氣缸筒10。該氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸筒10內(nèi)部的彈簧6一端通過彈簧承座與閥桿9可操作地相連接并且對該閥桿預(yù)加載荷，而其相對另一端通過另一個彈簧承座固定在氣缸筒10的基部上。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，該支承氣缸筒10可以對彈簧6提供縱向和側(cè)向的支承并且能以任何已知方式固定在相關(guān)結(jié)構(gòu)上，在此就不詳述了。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計為這樣當(dāng)進(jìn)口1的壓力小于出口2的壓力，即閥門承受反向壓差時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧6的推力與工藝氣體壓力的方向一致，閥門關(guān)閉可靠；而當(dāng)進(jìn)口1的壓力高于出口2的壓力，即閥門承受正向壓差時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧6的推力與工藝壓力相反，這時須保證該彈簧只能承受很小的關(guān)閉壓差。為此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧6采用了低剛度高壓縮長度的特殊設(shè)計，使閥門的一個較小的正向壓差變化就對應(yīng)著一個較大的閥門開度變化。即，公式Δh＝(s/k)Δp中的斜率s/k較大(式中Δh為閥門開度變化，s為閥芯受力面積，k為彈簧剛度，Δp為閥門正向壓差變化)。這種設(shè)計的作用在于，當(dāng)機(jī)組運行中閥門誤關(guān)的時候，壓縮機(jī)出口壓力將升高到閥門出口管網(wǎng)壓力加上閥門開啟壓差，(本例中約為0.18-0.2MPa)就能推開閥門，從而防止機(jī)組出口壓力的持續(xù)升高，同時還確保了即使閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于關(guān)閉狀態(tài)，閥門仍能在正向壓差不太高的情況下有足夠的開度，不中斷供氣。因此既保護(hù)了機(jī)組，又穩(wěn)定了生產(chǎn)。在此值得注意，該氣缸筒10的基部上設(shè)置有調(diào)整螺釘7，該調(diào)整螺釘7可以通過旋入氣缸筒10的基部的深度來調(diào)整彈簧長度和預(yù)加載荷，還可以調(diào)整氣缸筒中的活塞行程，因此可以根據(jù)實際需要適當(dāng)調(diào)節(jié)閥門的正向開啟壓差。此外，從如圖所示的進(jìn)氣口(11)加入壓縮氣體可打開閥門。
圖2示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧6的一種具體設(shè)計和選型。參看圖2，彈簧剛度可以按照下式進(jìn)行選擇(1)f1＝s·Δp(2)f2＝s·Δp(1+a)(3)k＝(f2-f1)/h＝(s·Δp·a)/h令h＝(1/4)D，則k＝D·Δp·a·π以上各式中符號說明f1閥門全關(guān)時彈簧負(fù)荷；f2閥門全開時彈簧負(fù)荷；s閥芯受力面積Δp閥門關(guān)閉狀態(tài)時能承受的介質(zhì)壓差(正向)；a閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧在閥門從全關(guān)到全開的過程中的增量系數(shù)，視機(jī)組要求而定；h閥門的全行程長度；D閥芯直徑。
以上各式中，均未考慮摩擦阻力。
綜合以上各式可以得知，彈簧設(shè)計時，只要知道f1、f2、Δp、D、a、h即可得出彈簧剛度k。具體到本發(fā)明的優(yōu)選實施例來說，Δp＝0.18-0.2MPa，D＝300mm，h＝75mm，a≈3/8。將這些值代入以上各式可計算出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧6的彈簧剛度k約為63.62-70.69N/mm(k下限≈300mm×0.18MPa×3/8×π≈63.62N/mm；k上限≈300mm×0.2MPa×3/8×π≈70.69N/mm)。
回來再參看圖1，其中詳細(xì)示出了Y型開關(guān)閥的內(nèi)部設(shè)計。沿閥桿9的縱向設(shè)置有保護(hù)導(dǎo)管3，該保護(hù)導(dǎo)管3通過封閉著支管道的出口的端蓋(即閥蓋)12固定，其具有導(dǎo)向、定位和防漏等功能。具體地說，保護(hù)導(dǎo)管3的端部裝有密封材料4，其作用是，當(dāng)閥門處于打開狀態(tài)時，閥芯8的頂面與保護(hù)導(dǎo)管3的端部的密封材料4緊密接合，形成密封，可防止閥桿密封損壞造成的物料泄漏(該閥在運行時都是處于全開狀態(tài)的)，同時克服了閥芯自重使同心度偏移造成的內(nèi)漏，此外，它還起到了穩(wěn)定行程的作用。閥桿9的密封采用了無泄漏的波紋管5，波紋管5設(shè)置在保護(hù)導(dǎo)管3的內(nèi)周面上，包圍著該閥桿9且與之密封接合。這樣一來，波紋管不但保證了泄漏要求，更重要的是它使閥桿與閥體的摩擦力穩(wěn)定，使設(shè)計控制其正向壓差成為可能。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)閥的閥芯與閥桿的一個實施例的放大局部剖視圖，其中表示閥芯與閥桿的撓性連接設(shè)計。在閥芯8的頂面的中央?yún)^(qū)域，在與保護(hù)導(dǎo)管3的裝有密封材料4的一端相對應(yīng)的閥桿9靠緊閥芯8的位置，有一個直徑大至與保護(hù)導(dǎo)管3相當(dāng)?shù)拿芊猸h(huán)13與閥桿9在內(nèi)周面處密封接合，該密封環(huán)13還能在頂面及外周部分處與導(dǎo)管3的密封材料4形成密封。這樣，使閥門在全開狀態(tài)與導(dǎo)管3的密封材料4形成密封接合，從而進(jìn)一步提高了閥門全開時的密封效果，更進(jìn)一步消除了物料泄漏。如圖3所示，在閥芯8的頂面上圍繞容納著閥桿端部的盲孔設(shè)置有一個凹座。一對對夾式安裝件14一方面與閥桿上的相對應(yīng)的容納部分相配合，另一方面平放在上述凹座中并且通過連接裝置如螺釘、鉚釘、粘接等(未示出)連接在其上，從而將閥桿9與閥芯8可操作地?fù)闲赃B接起來。這種撓性連接適于在閥門全關(guān)狀態(tài)下通過裝配公差或游隙等使閥芯與閥座之間具有自校正功能，確保閥芯與閥座形成密封接合。
圖4是開關(guān)閥的閥芯與閥桿的另一個實施例的放大局部剖視圖，其中與圖3所示實施例中相同的部件在下文中將不再描述。圖4所示的實施例與圖3的差別在于，閥芯8的頂面上除容納著閥桿端部的盲孔外的部分都是大致平面的。一對對夾式安裝件14直接平放在所述頂面上并且通過連接裝置與之相連接，從而將閥桿9與閥芯8可操作地?fù)闲赃B接起來。這種撓性連接同樣適于在閥門全關(guān)狀態(tài)下通過裝配公差或游隙等使閥芯與閥座之間具有自校正功能，確保閥芯與閥座形成密封接合。
圖5示出了開關(guān)閥的閥芯與閥桿的放大俯視圖，其中可見圍繞閥桿設(shè)置的用于與連接裝置如螺釘相接合的多個孔。
盡管上文中結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的開關(guān)閥的優(yōu)選實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于上述優(yōu)選實施例的具體內(nèi)容。例如，本發(fā)明的開關(guān)閥可應(yīng)用于包括氣體與液體在內(nèi)的各種流體環(huán)境。執(zhí)行機(jī)構(gòu)也不應(yīng)限制為氣動的，而是可以選擇為包括液壓等方式在內(nèi)的各種動力源。雖然圖中示例表示的閥芯的底面為弧形，但是并不希望限定該底面的具體形狀，只要能與閥座相配合即可。本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧6的彈簧剛度并不限于具體實施方式
中給出的具體數(shù)值范圍，而是可以根據(jù)具體工況下的出口壓差需求而進(jìn)行自由選擇，該剛度的選擇只需滿足使開關(guān)閥具有明顯單向特性就可以了，而且，該彈簧還可以由本領(lǐng)域內(nèi)公知的各種偏壓裝置所替代。另外，開關(guān)閥各處的密封裝置、夾緊裝置也可以進(jìn)行自由選擇，而不限于波紋管、密封環(huán)、對夾式安裝件等具體結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明裝置的某個部件的功能可以由兩個或多個部件來實現(xiàn)，而反之亦然。總而言之，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在不超出后附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍的情況下作出各種變型和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)閥，其包括主管道以及與主管道斜交的支管道，其中沿著支管道的縱向依次設(shè)置有閥芯(8)、閥桿(9)以及偏壓裝置(6)，其特征在于，該閥桿(9)的一端與閥芯成撓性連接，而另一端與偏壓裝置(6)相關(guān)聯(lián)，該偏壓裝置(6)對該閥桿預(yù)加載荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)閥，其特征在于，該偏壓裝置(6)是彈簧，其彈簧剛度k通過下列公式得出k＝(s·Δp·a)/h其中，s閥芯受力面積；Δp閥門關(guān)閉狀態(tài)時能承受的介質(zhì)壓差(正向)；a閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧在閥門從全關(guān)到全開的過程中的增量系數(shù)，視機(jī)組要求而定；以及h閥門的全行程長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)閥，其特征在于，該彈簧的彈簧剛度k為63.62-70.69N/mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)閥，其特征在于，其還包括偏壓裝置支承套筒(10)，該偏壓裝置支承套筒(10)在其中容納和支承著偏壓裝置(6)，并且也沿著支管道的縱向設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)閥，其特征在于，其還包括位于所述偏壓裝置支承套筒(10)的基部上的調(diào)整裝置(7)，該調(diào)整裝置(7)調(diào)節(jié)閥門的正向開啟壓差。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的開關(guān)閥，其特征在于，圍繞著閥桿(9)沿支管道的縱向設(shè)置有保護(hù)導(dǎo)管(3)，該保護(hù)導(dǎo)管(3)具有可與閥芯(8)密封接合的端部密封材料(4)以及包圍著閥桿(9)且與之密封接合的周圍密封裝置(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)閥，其特征在于，在靠近閥芯(8)中央位置的閥桿(9)的周圍，設(shè)置有與保護(hù)導(dǎo)管(3)的端部密封接合的密封環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種開關(guān)閥，其包括主管道以及與主管道斜交的支管道，其中沿著支管道的縱向依次設(shè)置有閥芯(8)、閥桿(9)以及偏壓裝置(6)，該閥桿(9)的一端與閥芯成撓性連接，而另一端與偏壓裝置(6)相關(guān)聯(lián)，偏壓裝置(6)對該閥桿預(yù)加載荷。
文檔編號F16K1/48GK1818436SQ200510007099
公開日2006年8月16日 申請日期2005年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月7日
發(fā)明者戴右銘 申請人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中國石化集團(tuán)四川維尼綸廠