安全断流阀
技术领域
本发明涉及阀门技术领域，尤其涉及一种安全断流阀。
背景技术
在内置式控制棒驱动技术中，需要将驱动机构置于反应堆压力容器内的高温、高压和辐照环境中，采用提升、传递、夹持三个水压缸次序驱动传递、夹持两套销爪机构运动，从而实现控制棒的步升、步降和落棒功能。
基于驱动机构的工作原理以及小型水堆内置式控制棒驱动回路的特点，需要实现对压力容器穿壳管道的安全断流。然而现有的断流阀难以实现输流管道正常状态顺畅输流和事故状态非能动断流的功能，进而导致破口失水问题，影响断管事故的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全断流阀，能够解决输流管道正常状态顺畅输流和事故状态非能动断流的问题。
本发明实施例提供了一种安全断流阀，包括阀管、阀芯以及开关体，所述阀管的内部设有阀管腔室；所述阀芯设置于所述阀管腔室内部，所述阀芯包括阀芯球和阀芯管，所述阀芯球与所述阀芯管的第一端固定连接，所述阀芯管能够在所述阀管腔室中沿所述阀管的轴线方向进行上下运动，所述阀管腔室的内壁设有限制所述阀芯球向下运动的断流密封圆锥面；所述开关体固设于所述阀管腔室内部，所述开关体设有供所述阀芯管的第二端穿过的开关腔室，所述开关腔室的内壁设有限制台阶，所述限制台阶上安装有爆破片，所述阀芯管的第二端与所述爆破片抵压接触，以使所述阀芯球位于所述断流密封圆锥面的上方，以使所述阀芯处于全开状态；所述阀管腔室的内部还安装有能够驱动所述阀芯向下运动至关闭状态的弹性驱动组件。
根据本发明的一个实施例，所述弹性驱动组件包括从上至下依次设置的压缩弹簧和弹簧限位套管，所述压缩弹簧活动套设于所述阀芯管的外部，所述弹簧限位套管固定套设在所述阀芯管的外壁上；所述阀管腔室的内侧壁设有限制所述压缩弹簧的限位台阶，所述压缩弹簧的一端与所述限位台阶抵压接触，所述压缩弹簧的另一端与所述弹簧限位套管的上端面抵压接触。
根据本发明的一个实施例，所述阀芯管的内部设有阀芯腔室，所述阀芯腔室沿所述阀芯管的轴线方向延伸设置；在所述阀芯管的侧壁上靠近所述阀芯球的位置处环绕设置有多个第一流通孔，各所述第一流通孔分别与所述阀芯腔室连通；在所述阀芯管的侧壁上靠近所述开关体的位置处环绕设置有多个第二流通孔，各所述第二流通孔分别与所述阀芯腔室连通。
根据本发明的一个实施例，所述开关体包括从上至下依次连接的导向套和限位安装部，所述导向套的外径小于所述限位安装部的外径，所述限位安装部的外壁与所述阀管的内壁螺纹连接；所述导向套的内部设有导向套腔室，所述导向套的侧壁上设有多个第一疏水孔，各所述第一疏水孔分别与所述导向套腔室连通；所述限位安装部的内部设有从上至下依次连通的第一限位腔室和第二限位腔室，所述第一限位腔室的内径大于所述第二限位腔室的内径，所述第一限位腔室和所述第二限位腔室之间形成所述限制台阶；所述限位安装部还设有多个第二疏水孔，多个所述第二疏水孔环绕设置在所述导向套的外围，且各所述第二疏水孔均贯通所述限位安装部的上下两端的端面。
根据本发明的一个实施例，所述第一限位腔室的内部螺纹连接有压母，所述压母的内径与所述第二限位腔室的内径相等；所述压母的下端与所述爆破片的上表面抵压接触，所述爆破片的下表面与所述限制台阶的台阶面抵压接触。
根据本发明的一个实施例，所述阀芯管的第二端端面中部设有锥形结构体，所述锥形结构体的横截面从上至下逐渐减小；所述阀芯管的外径小于所述导向套腔室的内径，且所述阀芯管的外径大于所述压母的内径；所述锥形结构体的最大外径小于所述压母的内径。
根据本发明的一个实施例，所述阀管包括从上至下依次连接的第一阀管、第二阀管和第三阀管，所述第一阀管的下端与所述第二阀管的上端螺纹连接，所述第二阀管的下端与所述第三阀管的上端螺纹连接。
根据本发明的一个实施例，所述第一阀管的内部设有从上至下依次连通的第一阀管腔室和第二阀管腔室，所述第一阀管腔室的上端贯通所述第一阀管的上端面，所述第二阀管腔室的下端贯通所述第一阀管的下端面；所述第一阀管腔室的内壁为圆柱面，所述第二阀管腔室的内壁为圆锥面，所述第二阀管腔室的内径从上至下逐渐增大。
根据本发明的一个实施例，所述第二阀管的内部设有从上至下依次连通的第三阀管腔室、第四阀管腔室、第五阀管腔室和第六阀管腔室，所述第三阀管腔室贯通所述第二阀管的上端面，所述第六阀管腔室的下端贯通所述第二阀管的下端面；所述第三阀管腔室的内壁、所述第五阀管腔室的内壁和所述第六阀管腔室的内壁均为圆柱面，所述第四阀管腔室的内壁为所述断流密封圆锥面，所述第四阀管腔室的内径从上至下逐渐减小；所述第三阀管腔室的内径大于所述第六阀管腔室的内径，所述第六阀管腔室的内径大于所述第五阀管腔室的内径，所述第五阀管腔室的内径大于所述阀芯管的外径，所述第五阀管腔室的内径小于所述阀芯球的直径。
根据本发明的一个实施例，所述第三阀管的内部设有从上至下依次连通的第七阀管腔室、第八阀管腔室、第九阀管腔室和第十阀管腔室，所述第七阀管腔室贯通所述第三阀管的上端面，所述第十阀管腔室的下端贯通所述第三阀管的下端面；所述第七阀管腔室的内壁、所述第八阀管腔室的内壁和所述第十阀管腔室的内壁均为圆柱面，所述第九阀管腔室的内壁为圆锥面，所述第九阀管腔室的内径从上至下逐渐减小；所述第七阀管腔室的内径大于所述第八阀管腔室的内径。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
本发明实施例的安全断流阀，将阀芯和开关体分别设置于阀管内部的阀管腔室中，阀芯包括阀芯管以及与该阀芯管一端连接的阀芯球，其中阀芯管能够在阀管腔室中沿阀管的轴线方向进行上下运动，阀管腔室的内壁设有限制阀芯球向下运动的断流密封圆锥面，开关体固设于阀管腔室的内部，开关体设有供阀芯管的另一端穿过的开关腔室，该开关腔室的内壁设有限制台阶，在限制台阶上安装有爆破片，阀芯管的第二端能够与爆破片抵压接触，从而使阀芯球位于断流密封圆锥面的上方，此时阀芯处于正常的全开状态，保证了流体的顺畅输送。此外，阀管腔室的内部还安装有弹性驱动组件，当阀芯处于全开状态时，该弹性驱动组件处于压缩状态；当阀下游管事故破口时，流速增加导致流体力增加，结合该弹性驱动组件的弹力使爆破片破裂，驱动阀芯向下运动至关闭状态，从而使阀芯球与断流密封圆锥面紧密接触形成密封，实现了流体的非能动安全断流。由此，本发明实施例的安全断流阀，能够实现输流管道正常状态下的顺畅输流功能以及事故状态下的安全断流功能，具有体积小、非能动断流、成本低的优点，有效解决了破口失水问题，保障了断管事故的安全性。该安全断流阀，不仅能够满足控制棒内置式水压驱动技术的工程应用，也能够为其他工业领域输流管道的工程设计提供技术选择。
附图说明
图1是本发明实施例安全断流阀的全开状态结构示意图；
图2是本发明实施例安全断流阀的关闭状态结构示意图；
图3是本发明实施例中阀芯的结构示意图；
图4是本发明实施例中开关体的结构示意图；
图5是本发明实施例中阀管的结构示意图。
图中：
1：阀管；10：阀管腔室；101：断流密封圆锥面；102：限位台阶；11：第一阀管；111：第一阀管腔室；112：第二阀管腔室；12：第二阀管；121：第三阀管腔室；122：第四阀管腔室；123：第五阀管腔室；124：第六阀管腔室；13：第三阀管；131：第七阀管腔室；132：第八阀管腔室；133：第九阀管腔室；134：第十阀管腔室；
2：阀芯；21：阀芯球；22：阀芯管；221：第一安装台阶；222：阀芯腔室；223：第一流通孔；224：第二流通孔；225：锥形结构体；
3：开关体；31：导向套；311：导向套腔室；312：第一疏水孔；32：限位安装部；320：限制台阶；321：第一限位腔室；322：第二限位腔室；323：第二疏水孔；
4：爆破片；
5：弹性驱动组件；51：压缩弹簧；52：弹簧限位套管；
6：压母。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，本发明实施例提供一种安全断流阀，包括阀管1、阀芯2以及开关体3，其中阀管1的内部设有阀管腔室10，该阀管腔室10贯通阀管1的上下两端。设定阀管腔室10的上端开口为阀门进口，则阀管腔室10的下端开口为阀门出口。
阀芯2设置于阀管腔室10内部，阀芯2包括阀芯球21和阀芯管22，阀芯球21与阀芯管22的第一端固定连接，阀芯管22能够在阀管腔室10中沿阀管1的轴线方向进行上下运动，阀管腔室10的内壁设有限制阀芯球21向下运动的断流密封圆锥面101。也即，阀芯球21能够在断流密封圆锥面101上方的阀管腔室10中进行上下运动。当阀芯球21位于断流密封圆锥面101的上方，也即，阀芯球21与断流密封圆锥面101之间呈间隔设置时，流体从阀门进口进入阀管腔室10后，能够通过阀芯球21与断流密封圆锥面101之间的间隙向下流动，直至从阀门出口流出。当阀芯2向下运动直至阀芯球21与断流密封圆锥面101紧密接触时，阀芯球21与断流密封圆锥面101之间能够形成密封结构，此时流体从阀门进口进入阀管腔室10后，将被阀芯球21和断流密封圆锥面101形成的密封结构所阻挡，从而阻断流体从阀门出口流出。
开关体3固设于阀管腔室10内部，开关体3设有供阀芯管22的第二端穿过的开关腔室，该开关腔室的内壁设有限制台阶320，该限制台阶320上安装有爆破片4，阀芯管22的第二端与爆破片4抵压接触，此时阀芯球21位于断流密封圆锥面101的上方，以使阀芯2处于全开状态。
阀管腔室10的内部还安装有能够驱动阀芯2向下运动至关闭状态的弹性驱动组件5。
当安全断流阀处于正常状态时，爆破片4为完好无损的，使得阀芯管22的第二端能够与爆破片4抵压接触，此时弹性驱动组件5处于压缩状态，也即，弹性驱动组件5将向阀芯2施加向下的第一驱动力，同时流体从阀门进口进入阀管腔室10然后从阀门出口流出的过程中，能够在阀芯球21和阀芯管22的底部产生流体压降，从而形成推动阀芯2向下运动的第二驱动力。但是爆破片4的结构强度所产生的对阀芯2的反推力足够抵消阀芯2向下运动的第一驱动力和第二驱动力的合力，从而使阀芯球21位于断流密封圆锥面101的上方，此时阀芯2处于全开状态，进而保证了流体在阀管腔室10内的顺畅输送。
发生事故时，例如下游断管，使得流体流速迅速增加，导致流体推动阀芯2向下运动的第二驱动力剧增，使得第一驱动力和第二驱动力的合力产生的荷载超出爆破片4的强度，致使爆破片4破裂，此时在弹性驱动组件5向阀芯2施加的第一驱动力以及流体向阀芯2施加的第二驱动力的共同作用下，能够驱动阀芯2穿过破裂的爆破片4向下运动至关闭状态，从而使阀芯球21与断流密封圆锥面101紧密接触形成密封，进而实现了流体的非能动安全断流。
由此，本发明实施例的安全断流阀，能够实现输流管道正常状态下的顺畅输流功能以及事故状态下的安全断流功能，具有体积小、非能动断流、成本低的优点，有效解决了破口失水问题，保障了断管事故的安全性。该安全断流阀，不仅能够满足控制棒内置式水压驱动技术的工程应用，也能够为其他工业领域输流管道的工程设计提供技术选择。
如图1、图2和图5所示，在本发明的进一步实施例中，弹性驱动组件5包括从上至下依次设置的压缩弹簧51和弹簧限位套管52，其中压缩弹簧51活动套设于阀芯管22的外部，弹簧限位套管52固定套设在阀芯管22的外壁上。阀管腔室10的内侧壁设有限制压缩弹簧51的限位台阶102，压缩弹簧51的上端与限位台阶102抵压接触，压缩弹簧51的另一端与弹簧限位套管52的上端面抵压接触。
当阀芯2处于全开状态时，阀芯2被爆破片4顶起，此时压缩弹簧51被压缩在限位台阶102与弹簧限位套管52之间的阀管腔室10中。当爆破片4破裂时，阀芯2的向下运动限制被解除，此时在压缩弹簧51的弹性作用下，能够驱动弹簧限位套管52向下运动，进而带动阀芯2同步向下运动，直至阀芯球21与断流密封圆锥面101紧密接触形成密封，此时阀芯2处于关闭状态。也即，通过压缩弹簧51和弹簧限位套管52构成的弹性驱动组件5，能够为阀芯2提供在事故状态下驱动阀芯2运动至关闭状态的驱动力，进而实现了流体的非能动安全断流功能。
具体来说，如图1、图2和图3所示，阀芯管22的外壁设有第一安装台阶221，弹簧限位套管52与阀芯管22之间螺纹连接。通过设置第一安装台阶221，能够对弹簧限位套管52在阀芯管22上的安装位置进行限位，进而确保在阀芯2处于全开状态时，压缩弹簧51的压缩程度处在预定需求范围内。
如图1、图2和图3所示，在本发明的进一步实施例中，阀芯管22的内部设有阀芯腔室222，阀芯腔室222沿阀芯管22的轴线方向延伸设置。其中，在阀芯管22的侧壁上靠近阀芯球21的位置处环绕设置有多个第一流通孔223，各第一流通孔223分别与阀芯腔室222连通。在阀芯管22的侧壁上靠近开关体3的位置处环绕设置有多个第二流通孔224，各第二流通孔224分别与阀芯腔室222连通。也即，当阀芯2处于全开状态时，流体除了能够从阀芯管22与阀管腔室10之间的间隙流动之外，还能够从第一流通孔223进入阀芯腔室222，然后从第二流通孔224流出，从而能够使流体更加顺畅的输送。
如图1、图2和图4所示，在本发明的进一步实施例中，开关体3包括从上至下依次连接的导向套31和限位安装部32，其中导向套31的外径小于限位安装部32的外径，限位安装部32的外壁与阀管1的内壁螺纹连接，从而实现开关体3与阀管1之间的安装固定。
其中，导向套31的内部设有导向套腔室311，导向套31的侧壁上设有多个第一疏水孔312，各第一疏水孔312分别与导向套腔室311连通。通过设置第一疏水孔312，便于流体通过第一疏水孔312进入导向套腔室311。
其中，限位安装部32的内部设有从上至下依次连通的第一限位腔室321和第二限位腔室322，第一限位腔室321的内径大于第二限位腔室322的内径，第一限位腔室321和第二限位腔室322之间形成限制台阶320。也即，通过第一疏水孔312进入导向套腔室311中的流体，能够分别经过第一限位腔室321和第二限位腔室322之后流出限位安装部32，从而使得进入阀管腔室10中的流体能够顺畅的通过开关体3。
其中，限位安装部32还设有多个第二疏水孔323，多个第二疏水孔323环绕设置在导向套31的外围，且各第二疏水孔323均贯通限位安装部32的上下两端的端面。也即，通过设置第二疏水孔323，从而为流体通过开关体3提供了更多的流通路径，使得进入阀管腔室10中的流体能够更加顺畅的通过开关体3。
如图1、图2和图4所示，在本发明的进一步实施例中，第一限位腔室321的内部螺纹连接有压母6，该压母6的内径与第二限位腔室322的内径相等。其中压母6的下端与爆破片4的上表面抵压接触，爆破片4的下表面与限制台阶320的台阶面抵压接触。也即，通过设置压母6，能够将爆破片4压紧固定在限制台阶320上，从而使爆破片4能够稳定、可靠的固定在第一限位腔室321中，进而为阀芯2提供可靠支撑。
在本发明的进一步实施例中，阀芯管22的第二端端面中部设有锥形结构体225，锥形结构体225的横截面从上至下逐渐减小。在阀芯2处于全开状态时，阀芯管22通过锥形结构体225与爆破片4进行抵压接触支撑。其中阀芯管22的外径小于导向套腔室311的内径，且阀芯管22的外径大于压母6的内径。也即，阀芯管22的第二端能够在导向套腔室311中进行上下运动，但是压母6能够限制阀芯管22的第二端向下运动，使得阀芯管22的第二端不能进入到第一限位腔室321和第二限位腔室322中。
其中，锥形结构体225的最大外径小于压母6的内径，使得锥形结构体225能够穿过压母6进入第二限位腔室322中。当爆破片4破裂后，在弹性驱动组件5的驱动作用下，能够使阀芯2向下运动，带动锥形结构体225穿过压母6进入第二限位腔室322中，直至阀芯球21与断流密封圆锥面101紧密接触，从而使阀芯2运动至关闭状态，进而实现了流体的非能动安全断流。
如图1、图2和图5所示，在本发明的具体实施例中，阀管1包括从上至下依次连接的第一阀管11、第二阀管12和第三阀管13，第一阀管11的下端与第二阀管12的上端螺纹连接，第二阀管12的下端与第三阀管13的上端螺纹连接。通过第一阀管11、第二阀管12和第三阀管13依次连接构成阀管1，便于将阀芯2和开关体3安装在阀管1的阀管腔室10内部。
具体来说，第一阀管11的下端外壁设有第一外螺纹部，第二阀管12的上端内壁设有第一内螺纹部，第二阀管12的下端外壁设有第二外螺纹部，第三阀管13的上端内壁设有第二内螺纹部，第一外螺纹部与第一内螺纹部螺纹连接，第二外螺纹部与第二内螺纹部螺纹连接。这种结构设置方式，便于第一阀管11、第二阀管12和第三阀管13三者之间进行装配。
具体来说，第一阀管11的内部设有从上至下依次连通的第一阀管腔室111和第二阀管腔室112，第一阀管腔室111的上端贯通第一阀管11的上端面，第二阀管腔室112的下端贯通第一阀管11的下端面。其中第一阀管腔室111的内壁为圆柱面，第二阀管腔室112的内壁为圆锥面，并且第二阀管腔室112的内径从上至下逐渐增大。其中，阀芯球21的直径小于第二阀管腔室112的最大内径，并且阀芯球21的直径大于第二阀管腔室112最小内径。也即，通过第二阀管腔室112设置的圆锥面，能够限制阀芯球21的向上运动范围，使得阀芯球21不能从第一阀管11的内部脱出。
具体来说，第二阀管12的内部设有从上至下依次连通的第三阀管腔室121、第四阀管腔室122、第五阀管腔室123和第六阀管腔室124，第三阀管腔室121贯通第二阀管12的上端面，第六阀管腔室124的下端贯通第二阀管12的下端面。其中第三阀管腔室121的内壁、第五阀管腔室123的内壁和第六阀管腔室124的内壁均为圆柱面，第四阀管腔室122的内壁为断流密封圆锥面101，并且第四阀管腔室122的内径从上至下逐渐减小。其中第三阀管腔室121的内径大于第六阀管腔室124的内径，第六阀管腔室124的内径大于第五阀管腔室123的内径，第五阀管腔室123的内径大于阀芯管22的外径，第五阀管腔室123的内径小于阀芯球21的直径。也即，阀芯管22能够在第二阀管12的腔室内部上下运动，但是阀芯球21只能在第二阀管腔室112设置的圆锥面与第四阀管腔室122设置的断流密封圆锥面101之间的腔室区域进行运动。而且，在第五阀管腔室123和第六阀管腔室124之间形成限位台阶102，用于实现对压缩弹簧51的限位固定。
具体来说，第三阀管13的内部设有从上至下依次连通的第七阀管腔室131、第八阀管腔室132、第九阀管腔室133和第十阀管腔室134，第七阀管腔室131贯通第三阀管13的上端面，第十阀管腔室134的下端贯通第三阀管13的下端面。其中，第七阀管腔室131的内壁、第八阀管腔室132的内壁和第十阀管腔室134的内壁均为圆柱面，第九阀管腔室133的内壁为圆锥面，第九阀管腔室133的内径从上至下逐渐减小。其中，第七阀管腔室131的内径大于第八阀管腔室132的内径，从而在第七阀管腔室131和第八阀管腔室132之间形成第二安装台阶。限位安装部32与第七阀管腔室131螺纹连接，而且限位安装部32的外径大于第八阀管腔室132的内径，从而通过第二安装台阶对限位安装部32的安装位置进行限定。
综上所述，本发明实施例的安全断流阀，能够实现输流管道正常状态下的顺畅输流功能以及事故状态下的安全断流功能，具有体积小、非能动断流、成本低的优点，有效解决了破口失水问题，保障了断管事故的安全性。本发明实施例的安全断流阀，不仅能够满足控制棒内置式水压驱动技术的工程应用，也能够为其他工业领域输流管道的工程设计提供技术选择。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
