一种安全切断阀论文和设计-李东明

全文摘要

本实用新型涉及一种安全切断阀，包括：阀组件、气缸组件和气电控制系统，阀组件与气缸组件相连接，气电控制系统控制气缸组件动作，阀组件为轴流式流通通道结构，气缸组件为多弹簧蓄能式单作用气缸，气电控制系统接收气信号和电信号。正常工作状态时，其通路将气源输入气缸组件，气缸组件带动阀组件运动，使阀门保持全开状态，当压力异常或断电时，通过气信号和电信号的改变，而使控制气路改变，气缸组件中气体快速排出，阀门快速关闭，切断管道上下游的通路，保护下游设备的安全。本实用新型采用气、电信号控制，可实现阀门快速关闭，轴流式通道可使介质快速通过，多弹簧具有蓄能作用，动作快捷，还可节省空间，使结构简单、维修方便。

主设计要求

1.一种安全切断阀，包括阀组件、气缸组件和气动控制系统，其特征在于：所述阀组件包括阀体、阀座、阀芯、阀杆、推杆、套筒、导套、压盖，所述阀体为内外两层腔体，用支撑筋相连，分成腰形孔通道，所述导套由压盖固定在阀体上，所述阀杆安装在导套内并穿过阀芯用螺母固定，所述阀芯在套筒内移动控制阀门开度，套筒和阀座通过止动套连接螺纹固定在阀体上，推杆穿过导套与阀杆垂直啮合在一起，所述推杆上端延伸至阀体外部，与气缸组件输出轴相连接，阀组件和气缸组件之间用支架相连接，接近开关安装在支架上，所述气缸组件包括缸体、上缸盖、缓冲垫、活塞、弹簧、导向板、缓冲装置、输出轴、下缸盖，所述缸体内设有导向板，弹簧穿过导向板安装在活塞与上缸盖之间，所述输出轴穿过缓冲装置固接在活塞上，缓冲装置安装在下缸盖中间，所述下缸盖上平面上设有数个均布的缓冲垫，气体通过气动控制系统进入活塞与下缸盖之间，所述气动控制系统包括减压阀、电磁阀、指挥器、快排阀和接近开关，驱动压力气源介质经过减压阀降压后，顺序通过电磁阀、指挥器、快排阀。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：所述阀体是轴流式结构通道。

3.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：所述推杆和阀杆采用45度斜齿啮合，呈垂直分布结构，速比1：1。

4.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：所述推杆和阀杆为圆柱形结构，啮合连接段为半圆面，所述推杆和阀杆半圆面上轴向设有数个45°斜齿。

5.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：所述套筒按流通面积在圆周上设有数个窗口式过流孔。

6.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：所述上缸盖设有数个弹簧凹槽和活塞上设有数个弹簧座。

7.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：所述输出轴与活塞用法兰盘连接。

8.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：所述下缸盖安装的缓冲装置为液压式结构，给活塞向下运动提供缓冲作用，所述下缸盖上平面安装的缓冲垫为聚氨酯材料，给活塞向下运动提供缓冲作用。

9.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：接近开关可远程监控阀门的开关状态。

10.根据权利要求1所述的一种安全切断阀，其特征在于：电磁阀或指挥器其中一个通道关闭，切断驱动压力气源，快排阀输入端失压，气体通过快排阀排出，阀门关闭。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及气动安全切断设备技术领域，具体是指一种安全切断阀。

背景技术

天然气输气站压力控制系统主要由安全切断阀、监控调压阀、工作调节阀组成，安全切断阀的阀体是通过法兰与监控调压阀前的管道相连接，阀体上的指挥器(导阀)通过接收下游反馈压力，控制安全切断阀的开和关，将下游压力设定在控制范围之内，保证正常的下游管道供气压力和燃气安全输送。目前安全切断阀市场上使用最多的结构是旋启式安全切断阀，由机械式指挥器来控制其开关，其密封翻板连接板与指挥器中的挂钩相连接，当挂钩脱开时，阀体上的密封翻板在失去外力后，会在自重和平面蜗卷弹簧力的作用下，向下翻转与阀座接触密封，切断阀体内的通道，这种结构在小口径上使用比较好，但在大口径阀门上使用显示出明显不足，其最大不足是由于阀门口径增大，密封翻板也需要增大，压力增大，密封翻板也需要加厚，这样密封翻板就会很大和很重，当关闭阀门时，密封翻板在自重和平面蜗卷弹簧力作用下对阀座冲击力会相当大，从而造成密封面损坏和密封元件损坏，同时，由于冲击的力量相当大，对整个输气管道其他设备也会造成损坏，不利于输气设备和整个管线的安全，所以大口径管道上不宜使用旋启式安全切断阀；还有其他几种形式的安全切断阀结构多为蝶阀式、截止阀式、球阀式等，但由于安全切断阀工作时需要快速关闭，上述形式的安全切断阀不足之处是关闭速度相对比较慢，流通能力也比较弱，蝶阀式安全切断阀虽然关闭速度要比截止阀式和球阀式快，但蝶阀式打开后，阀板是在阀体中间位置且有一定角度，一定程度上阻碍了气体的流量和流速，也会产生冲击涡流，截止阀打开速度虽然也可加快，但其流道为Z型，也不利于气体流动，所以均不利于设备的安全。

目前安全切断气缸有膜片式和活塞式两种，但多数是通过气压来控制的双作用式气缸，表现的形式是气缸动作缓慢、平稳、频率低，对于要求快开或快关的阀门将不能满足，气动控制系统一般是机械式或电子式结构，机械式结构关闭反应时间较长，电子式结构关闭反应时间较短，但会因为断电而不能正常工作，影响正常输送。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术缺点，提供一种安全切断阀，结构合理，能够使气体流动顺畅和快速关闭。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种安全切断阀，包括阀组件、气缸组件和气动控制系统，所述阀组件包括阀体、阀座、阀芯、阀杆、推杆、套筒、导套、压盖，所述阀体为内外两层腔体，用支撑筋相连，分成腰形孔通道，所述导套由压盖固定在阀体上，所述阀杆安装在导套内并穿过阀芯用螺母固定，所述阀芯在套筒内移动控制阀门开度，套筒和阀座通过止动套连接螺纹固定在阀体上，推杆穿过导套与阀杆垂直啮合在一起，所述推杆上端延伸至阀体外部，与气缸组件输出轴相连接，阀组件和气缸组件之间用支架相连接，接近开关安装在支架上，所述气缸组件包括缸体、上缸盖、缓冲垫、活塞、弹簧、导向板、缓冲装置、输出轴、下缸盖，所述缸体内设有导向板，弹簧穿过导向板安装在活塞与上缸盖之间，所述输出轴穿过缓冲装置固接在活塞上，缓冲装置安装在下缸盖中间，所述下缸盖上平面上设有数个均布的缓冲垫，气体通过气动控制系统进入活塞与下缸盖之间，所述气动控制系统包括减压阀、电磁阀、指挥器(压力开关)、快排阀和接近开关，驱动压力气源介质经过减压阀降压后，顺序通过电磁阀、指挥器(压力开关)、快排阀，进入气缸内，使活塞向上移动，打开阀门，当电磁阀或指挥器(压力开关)通路切断驱动压力气源，气缸内气体通过快排阀快速排出，活塞向下移动，关闭阀门。其特征在于：轴流式结构通道流通能力强，推杆和阀杆采用45度斜齿啮合，呈垂直分布结构，在外力作用下，推杆沿垂直方向移动，带动阀杆水平方向移动，进而带动阀芯移动来关闭阀门，达到切断流道的作用，套筒上按流通面积设有数个排列的窗口式流道，保证在阀门打开时介质顺利流通，窗口式设计可以减少流通阻力。弹簧安装在活塞与上缸盖之间，活塞与下缸盖之间充有气体，当气体排出时，活塞会在弹簧力作用下迅速下降，阀门快速关闭；活塞的下端有缓冲装置，给活塞向下运动提供缓冲作用，不怕冲击，有效防止金属间撞击产生火花而引起气体燃烧、爆炸，可实现快速、频繁动作，且不影响活塞运行速度；气动执行机构采用机械式和电子式相结合方式，包括减压阀、电磁阀、指挥器(压力开关)、快排阀，驱动压力气源介质经过减压阀降压后，顺序通过电磁阀、指挥器(压力开关)、快排阀，进入气缸内，使活塞向上移动，打开阀门，当电磁阀或指挥器(压力开关)通路改变后，驱动压力气源被切断，快排阀输入端失压，气缸内气体通过快排阀快速排出，活塞向下移动，关闭阀门，接近开关监控开和关两个位置。

作为改进，所述轴流式结构通道流通能力强，可使介质快速通过，不会产生涡流、气蚀和冲击。

作为改进，所述推杆和阀杆为圆柱形结构，呈垂直分布结构，啮合面为半圆形平面，啮合面上设有与轴线呈45°斜齿，速比1：1，可使阀门快速关闭。

作为改进，所述套筒采用单层窗口式开孔设计，可使流道畅通，减小流通阻力，有效防止阀杆的弯曲变形。

作为改进，所述弹簧安装在活塞与上缸盖之间，可实现快速动作，使阀门迅速关闭。

作为改进，所述上缸盖设有数个弹簧凹槽和活塞上设有数个弹簧座，可保证弹簧位置公差精度。

作为改进，所述下缸盖安装的缓冲装置为液压式结构，所述下缸盖上平面安装的缓冲垫为聚氨酯材料，给活塞向下运动提供缓冲作用，可实现活塞快速、频繁、安全动作。

作为改进，所述采用机械式和电子式相两种控制方式，即可通过机械式压力控制和手动关断，也可通过电子式人为或自动远程控制关断，可提高管道输送安全系数。

作为改进，所述接近开关可实时监控阀门开关位置。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：与现有技术相比，本实用新型安全切断阀通道可使介质快速通过，推杆和阀杆采用45度斜齿条、啮合后呈90度垂直角度的设计，水平啮合面，传动效率高，可使阀门快速关闭，套筒采用单层窗口式开孔设计，可使流道畅通，减小流通阻力，有效防止阀杆的弯曲变形，气动执行机构采用多弹簧互补蓄能式，依靠弹簧的蓄能功能，当弹簧瞬间失去外力后，活塞瞬间急速运动，带动输出轴快速动作，使阀门快速关闭，活塞末端安装有缓冲装置和缓冲垫，给活塞向下运动提供双重缓冲保护，不怕冲击，可有效防止金属间撞击产生火花而引起气体燃烧、爆炸，其结构简洁，维修保养方便，可靠性更高，采用机械式和电子式相结合的控制方式，即可通过机械式压力控制关断，也可通过电子式人为或自动远程控制关断，可提高管道输送安全系数，接近开关可实时监控阀门开关位置。

附图说明

图1是安全切断阀关闭位置示意图。

图2是安全切断阀打开位置示意图。

图3是控制原理图

图4是阀体轴向剖面示意图。

图5是推杆、阀杆外形和齿形示意图。

图6是套筒外形和打孔示意图。

图7是缓冲装置示意图。

图8是缓冲垫示意图。

图中：101.轴流式阀，1.导套，2.压盖，3.套筒，4.止动套，5.阀体，6.阀座，7.阀芯，8.阀杆，9.推杆，102.气缸组件，10.输出轴，11.缓冲垫，12.活塞，13.缸体，14. 上缸盖，15.弹簧，16.导向板，17.缓冲装置，18.下缸盖，103.气动执行机构，19.快排阀， 20.指挥器(压力开关)，21.高压减压阀，22.过滤减压阀，23.电磁阀，24.接近开关，25.支架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

本实用新型在具体实施时，一种安全切断阀，包括导套1、压盖2、套筒3、止动套4、阀体5、阀座6、阀芯7、阀杆8、推杆9、输出轴10、缓冲垫11、活塞12、缸体13、上缸盖14、弹簧15、导向板16、缓冲装置17、下缸盖18、快排阀19、指挥器20、减压阀21、过滤减压阀22、电磁阀23。所述导套1由压盖2固定在阀体5上，所述阀杆8穿过阀芯7用螺母固定，所述阀芯7在套筒3内移动控制阀门开关，套筒3和阀座6通过止动套4连接螺纹固定在阀体5上，推杆9和阀杆8垂直安装在导套1内，所述推杆9上端延伸至阀体5外部，与气缸组件102中输出轴10相连，阀组件101和气缸组件102之间用支架25相连接，接近开关24安装在支架25上，所述缸体13内设有数个弹簧15，安装在活塞12与上缸盖14 之间，所述弹簧15穿过导向板16，所述导向板16固接在缸体13上，输出轴10固接在活塞 12上，所述下缸盖18中间安装有缓冲装置17，其周边设有数个均布的缓冲垫11，所述活塞 12与下缸盖18之间腔体与快排阀19相通，快排阀19与指挥器20由管件相连接通，指挥器 20与电磁阀23相连接通，电磁阀23与过滤减压阀22相连接通，过滤减压阀22串联高压减压阀21。

正常工作时，安全切断阀处于全开状态见图2，指挥器和电磁阀处于原始复位状态，其驱动气体通路为：驱动压力气体从驱动压力气源入口进入高压减压阀后，依次通过过滤减压阀、电磁阀、指挥器、快排阀的入口，进入气缸组件内，气缸组件内活塞在驱动压力气体的作用下，向上运动，带动输出轴连接的推杆也一起向上运动，推杆和阀杆为45度斜齿条啮合，推杆向上运动，阀杆向左运动，带动阀芯向左运动，阀门打开并保持全开状态。安全切断阀控制气路可由系统的下游出口反馈压力来控制指挥器的动作自力式或由系统ESD电信号控制电磁阀动作，改变控制气路的通路，此时驱动压力气体通路关闭，快排阀输入口失压，气体从快排阀出口排出，进而快速排放气缸内的气体，气缸内压力小于弹簧力时，气缸组件活塞在弹簧力的作用下，迅速向下运动，带动输出轴的向下动作，传递给推杆向下运动，再通过45 度斜齿条的传动，带动阀杆，推动阀芯向右动作，快速关闭阀门，从而实现切断气体向下游输送的功能，保护下游设备及管线的安全。超压切断动作原理：当切断阀下游信号采集点处的压力超出指挥器所设定的范围后，采集点处的压力信号反馈给指挥器，使指挥器活塞在反馈压力的推动下向上移动，带动指挥器内部换向阀动作，改变控制气路的通路，使驱动压力气体通道关闭，快速排放快排阀入口的压力，从而快速排放气缸组件内的驱动压力，气缸组件活塞在弹簧力的作用下，迅速向下运动，使阀门关闭；远程控制切断动作原理：系统正常工作状态下，电磁阀处于通电状态，当需要远程控制阀门切断时，远程控制命令信号断开电磁阀电源，电磁阀内部换向动作，改变控制气路的通路，使驱动压力气体通道关闭，快速排放快排阀入口的压力，从而快速排放气缸组件内的驱动压力，气缸组件活塞在弹簧力的作用下，迅速向下运动，使阀门关闭。

本实用新型，轴流式结构通道流通能力强，推杆和阀杆采用45度斜齿啮合，呈垂直分布结构，在外力作用下，推杆沿垂直方向移动，带动阀杆水平方向移动，进而带动阀芯移动来打开和关闭阀门，达到打开和切断流道的作用。套筒上按流通面积设有数个排列的窗口式流道，保证在阀门打开时介质顺利流通，窗口式设计可以减少流通阻力。弹簧安装在活塞与上缸盖之间，活塞与下缸盖之间充有气体，当气体排出时，活塞会在弹簧力作用下迅速下降，带动输出轴下降，输出轴带动推杆，推杆向下移动带动阀杆、阀芯向右移动，阀门快速关闭，切断气体通道，当活塞与下缸盖之间继续充入气体后，在气体压力作用下，弹簧被压缩，活塞在压力作用下缓慢上升，带动输出轴上升，输出轴带动推杆，推杆向上移动带动阀杆、阀芯向左移动，阀门打开，气体通过套筒流过阀门。活塞的末端设置有缓冲装置，给活塞向下运动提供缓冲作用，不怕冲击，有效防止金属间撞击产生火花而引起气体燃烧、爆炸，可实现快速、频繁动作，且不影响活塞运行速度；气动执行机构采用机械式和电子式相结合方式，包括减压阀、电磁阀、指挥器(压力开关)、快排阀，驱动压力气源介质经过减压阀降压后，顺序通过电磁阀、指挥器(压力开关)、快排阀，进入气缸内，使活塞向上移动，打开阀门，当电磁阀或指挥器(压力开关)通路改变后，驱动压力气源被切断，快排阀输入端失压，气缸内气体通过快排阀快速排出，活塞向下移动，关闭阀门，接近开关监控开和关两个位置。有益效果是：轴流式安全切断阀通道可使介质快速通过，推杆和阀杆采用45度斜齿条、啮合后呈90度垂直角度的设计，水平啮合面，传动效率高，可使阀门快速关闭，套筒采用单层窗口式开孔设计，可使流道畅通，减小流通阻力，有效防止阀杆的弯曲变形，气动执行机构采用多弹簧互补蓄能式，依靠弹簧的蓄能功能，当弹簧瞬间失去外力后，活塞瞬间急速运动，带动输出轴快速动作，使阀门快速关闭，活塞末端安装有缓冲装置和缓冲垫，给活塞向下运动作提供双重缓冲作用保护，不怕冲击，可有效防止金属间撞击产生火花而引起气体燃烧、爆炸，其结构简洁，维修保养方便，可靠性更高。采用机械式和电子式相结合的控制方式，即可通过机械式压力控制关断，也可通过电子式人为或自动远程控制关断，可提高管道输送安全系数，接近开关可实时监控阀门开关位置。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

设计图

一种安全切断阀论文和设计

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