一种微差压弹簧式低温安全阀的制作方法

本技术涉及一种用于液氦浸泡方式的超导磁体停机时的排气阀，特别是具有微压差的弹簧式低温安全阀，属于磁选。

背景技术：

1、由于利用了相变传热和更容易实现大的接触面积，与无液氦直接传导冷却方式线圈相比，采用液氦浸泡方式的超导磁体具有更高的运行稳定性。特别是在氦制冷机停机的故障模式下，后者可通过泄放一部分氦气而延长超导磁体无失超运行时间，进而显著缩短超导磁体从故障模式到正常运行模式的切换时间。对于典型工业领域或医疗领域的超导磁体装置，该切换时间可从数天缩短至数个小时，因为一旦失超超导磁体需要重新执行降温和升磁流程。

2、在故障模式下为了避免磁体失超必须使线圈的最高温度小于超导线材的临界温度。由于线圈浸泡在气液两相氦中，线圈最高温度取决于邻近氦的温度，而气液两相氦的温度与压力之间存在正比例关系所以需要将氦容器压力保持在某个数值之下，一般在1.5atm(1.5个标准大气压)左右。与此同时，系统漏热导致氦容器内的氦不断地从液态转变为气态，为了保持压力不变，需要不断地向大气排出氦气。能够满足上述两个条件的最简单的装置就是弹簧式安全阀。考虑到磁体失超时通过该安全阀排出氦气的温度可能会小于100k(-173℃)，所以要求安全阀具有较好的耐低温性能。

3、当前一般的做法是，把在液氦或液氮杜瓦瓶上使用的弹簧式低温安全阀经更换弹簧和重新调节起跳压力后用于超导磁体的氦容器。但是在实践中它表现出两个缺点：一、当氦容器压力达到安全阀的起跳压力后阀瓣会迅速开启一个较大的开度，进而在较大的排放流量下导致排放口较低的气体温度；二、回座压力低于起跳压力的差值约为起跳压力的10％～15％。

4、阀瓣最大横截面积与密封接触面包围面积的差值是造成开启流量大和回座压力低的主要原因。阀瓣开启瞬间容器压力在阀瓣上的作用面积从密封接触面所包围的面积扩展到阀瓣的最大横截面，在内外压力保持不变的条件下，内压作用面积增加导致内压作用力增加。该作用力被增加的弹簧力所平衡，而增加的弹簧力来自于增加的压缩量，也即增加阀瓣的开度。这是造成开启过程阀门流量突变的主要原因。阀瓣在回座前内压的作用面积始终是阀瓣的最大横截面，仅在阀瓣回座，也即阀门闭合的瞬间内压的作用面积变为密封接触面所包围的面积。这意味着阀瓣的回座压力由弹簧的弹性系数、阀瓣最大横截面积和内压三者共同决定，将小于起跳压力。而阀瓣最大横截面积与密封接触面包围面积差值的大小决定了回座压力与起跳压力之间的差值。

5、根据能量守恒定律，较低的排放口气体温度意味着容器内消耗了更多的液氦，进而排放了更多质量的氦。一般地，排放口气体温度每降低10k对应被排放的氦气质量增加3.4％～10％。而过低的回座压力意味着当超导磁体从故障模式切换为正常模式时，与10％～15％压力差所对应的那部分氦气已经没有办法回收了。在氦气上升为战略资源以后，其价格翻了数倍且持续维持在较高位置，从而限制了超导磁体在各个领域里的应用。因此，在各个环节上减少氦容器内的氦损失对超导磁体有了越来越重要的意义。

6、基于上述问题，有必要对用于液氦浸泡方式的超导磁体停机时的排气阀进行结构改进，以期满足安全排放氦气的需求。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种微差压弹簧式低温安全阀，采用弹簧压闭结构，通过对阀瓣组件与阀体之间的密封结构的调整，增大了密封接触面包围面积，从而减小了面积差，进而降低了降低回座压力(pr)与起跳压力(pt)之差，达到减少氦气外排的目的。

2、为达到上述实用新型目的，本实用新型提供了一种微差压弹簧式低温安全阀，包括阀体、阀瓣组件、内支撑盘、外支撑盘、及弹簧；

3、阀体内为中空腔体，一端固定有内支撑盘，另一端设有外支撑盘，阀瓣组件位于内支撑盘与外支撑盘之间，且阀瓣组件的导向杆插在内支撑盘与外支撑盘的中心，形成滑动导向；在阀瓣组件与外支撑盘之间设有弹簧，弹簧始终处于压缩状态；

4、阀体，内部为中空的腔体，用于安装阀瓣组件、内支撑盘、外支撑盘、及弹簧；

5、阀体的内部，一端为容器侧，其内设有内支撑盘，另一端为大气侧，其内设有外支撑盘，两端之间为阀瓣组件腔，其内设有阀瓣组件及弹簧；

6、阀瓣组件腔的靠近容器侧设有密封接触段，密封接触段为锥形台面，邻近容器侧的直径小，邻近大气侧的直径大；

7、阀体的大气侧内壁加工设有内螺纹；外支撑盘的外圈加工有外螺纹；外螺纹与内螺纹相匹配；外支撑盘通过外螺纹与内螺纹的配合，旋入并安装在阀体的大气侧，外支撑盘在阀体内的轴向位置可调；

8、阀瓣组件，包括阀瓣体、阀瓣垫、及导向杆；

9、阀瓣体为圆柱体，其靠近容器侧设有橡胶阀瓣垫，中间设有导向柱；

10、阀瓣垫整体为圆柱形，阀瓣垫靠近容器侧外圈加工圆弧倒角，形成密封弧面；密封弧面与锥形台面的内壁接触实现密封，或分离实现开启；

11、阀瓣垫与阀瓣体外圆柱面直径d2相同；

12、阀瓣垫的密封弧面与锥形台面的内壁接触形成密封接触面，为环形，密封接触环面等效直径为d1；d1<d2；

13、内支撑盘为镂空的圆盘，镂空部分作为进气通道，用于氦气通过；中间设有内支撑孔；

14、外支撑盘为镂空的圆盘，镂空部分作为出气通道，用于氦气通过；中间设有外支撑孔；

15、导向杆，一端插入内支撑盘的内支撑孔，另一端插入外支撑盘的外支撑孔，形成滑动支撑导向。

16、作为本实用新型的进一步改进，阀体的两端设有密封接口。

17、作为本实用新型的进一步改进，阀体的容器侧工为直口，内支撑盘焊接固定在阀体的容器侧直口内。

18、作为本实用新型的进一步改进，紧邻内容器侧的内支撑盘的固定区，设有气流缓冲段；

19、气流缓冲段向容器侧为向外扩张的喇叭口。

20、作为本实用新型的进一步改进，阀瓣组件腔的密封接触段的锥形台面的锥角取值大于90°，小于180°。

21、作为本实用新型的进一步改进，在密封接触段的大气侧，设有流量调节段；

22、流量调节段为锥形表面，锥角小于2°。

23、作为本实用新型的进一步改进，外支撑盘的外螺纹，及阀体的大气侧的内螺纹均为细牙螺纹。

24、作为本实用新型的进一步改进，阀瓣垫与阀瓣体固定在一起；

25、阀瓣体靠近容器侧，加工形成凹槽，即阀瓣垫安装槽，其内安装固定有阀瓣垫；

26、阀瓣垫与阀瓣体接触一侧加工成直径稍小，但与阀瓣垫安装槽紧配合的安装端，阀瓣垫的安装端塞入阀瓣体的阀瓣垫安装槽内，形成紧配合。

27、进一步的，阀瓣垫与阀瓣体接触的接触部位涂抹有胶水。

28、进一步的，阀瓣垫的安装端与阀瓣体的阀瓣垫安装槽的连接部位的侧面，设置有防止阀瓣垫轴向移动脱落的销钉或卡扣。

29、作为本实用新型的进一步改进，阀瓣组件的阀瓣垫的密封弧面的圆弧倒角的半径，等于或大于阀体的密封接触段的轴向宽度。

30、作为本实用新型的进一步改进，阀瓣体靠近大气侧加工形成凹槽，即弹簧槽；

31、弹簧槽的内径大于弹簧的外径，弹簧的一端落在弹簧槽内。

32、作为本实用新型的进一步改进，外支撑盘朝向容器侧设置凸起环，即弹簧座；

33、弹簧座的内径大于弹簧的外径，弹簧的一端落在弹簧座内。

34、作为本实用新型的进一步改进，在外支撑盘上设有若干用于对外支撑盘进行旋转的工艺孔。

35、本实用新型的一种微差压弹簧式低温安全阀组装时，

36、(1)先取焊接固定好内支撑盘的阀体；

37、(2)取阀瓣组件，将阀瓣垫侧朝向内支撑盘，插入到阀体的内腔中，使阀瓣组件的导向杆插入并穿过内支撑盘内支撑孔，而阀瓣垫的密封弧面落在密封接触段或流量调节段；

38、(3)取弹簧，将弹簧装入阀体的内腔中，且使得弹簧的端部落在阀瓣体的弹簧槽内；

39、(4)取外支撑盘，将外支撑盘装入阀体的内腔中，使外支撑盘的内侧端面压缩弹簧，此时弹簧的另一端落在弹簧座内；将外支撑盘的外螺纹与阀体的内螺纹相接触，然后旋转外支撑盘，将外螺纹完全旋入内螺纹，实现良好的螺纹接触。

40、使用时，通过旋转外支撑盘，调节弹簧的压缩量，进而调节整个安全阀的起跳压力pt。

41、本实用新型的一种微差压弹簧式低温安全阀的有益之处在于：

42、1、起跳压力低，可设置在1.5atm附近，满足超导磁体不失超要求；

43、2、阀瓣起跳后，排气口持续以微小流量排出气体，排出气体的温度得到最大可能的提高；

44、3、阀瓣起跳前后容器侧压力作用的面积差值小，回座压力与起跳压力之差可被控制在一个比较小的数值内。

45、综合以上三点，在氦制冷机停机的故障模式下本实用新型能够以较小的氦损失延长超导磁体不失超运行时间。造成氦制冷机停机的原因包括意外停电、水冷机故障、氦压机故障、制冷机冷头故障等，它们在实践中经常因缺乏或疏忽日常设备维护而发生。

46、本实用新型适用于使用液氦浸泡方式冷却线圈的超导磁体场合，此类超导磁体在医疗磁共振和超导强磁矿物分离等领域仍被广泛应用。