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弹簧式安全阀的工作原理及分类

发布日期:2020-07-01 作者:吴江天吴特种安全阀 点击:

1、 安全阀的用途

   安全阀是锅炉、压力容器和其他受压设备的保护装置,用来防止受压设备中的压力超过设计允许值,从而保护设备及其运行人员的安全。

   由于安全阀可以不依赖任何外部能源而动作,所以常常作为受压设备的最后一道保护装置。从这个意义上说,它的作用是不能用其他保护装置来代替的。

   当受压设备中介质的压力由于某种原因而异常升高,达到预先的设定值时,安全阀自动开启,继而全量排放,以防止压力继续升高;当介质压力由于安全阀的排放而降低,达到另一预定值时,阀门又自动关闭,阻止介质继续排出。当介质压力处于正常工作压力时,阀门保持关闭和密封状态。因此,安全阀是一种自动阀门。

图片2.png2、 安全阀的工作原理

弹簧式安全阀是直接直接依靠介质压力产生的作用力来克服作用在阀瓣上的机械载荷来使安全阀开启的,这个载荷是靠弹簧的压缩来提供。

安全阀受力示意图,作用在阀瓣上有三种力,即介质力Q1,弹簧力Q2及密封力Q3。根据阀瓣所承受载荷力的变化,可以分为四个阶段来描述安全阀的动作过程。

1)密封状态:安全阀在正常工作状态下,阀瓣上所承受的弹簧力等于或大于介质为和密封力这之和,即Q2Q1+Q3。这时弹簧力与介质力等于或大于阀瓣与阀座密封面之间的密封力。这个力在密封面上所产生的此压力,保证了阀门的密封性,此时的安全阀处于密封状态。

2)前泄状态:当被保护系统中的介质压力因某种原因升高而达到某一数值时,弹簧力与介质力之差小于密封力。即Q2-Q1Q3,因此原先的密封状态被破坏,安全阀开始泄漏。

3)开启和排放状态:随着被保护系统中的介质压力继续升高,当介质力增加到大于弹簧力时,即Q1Q2,安全阀的阀瓣开始上升,并达到某一可测高度。介质开始呈连续的气流排出。此状态称为开启,阀前的介质压力称为开启压力。当介质压力增大到某一数值时,阀瓣完全打开,并达到规定的开启高度,这时称为排放,阀前介质压力称为排放压力。

4)回座状态:随着安全阀的排放,系统内多余的介质被排出,介质压力开始逐渐下降,介质力亦随着减小,当弹簧力与介质力之差大于密封力,即Q2-Q1Q3,阀瓣在弹簧力的作用下,自动关闭,介质停止排出,这时称为回座,阀门压力称为回座压力。随后,被保护系统又恢复正常工作压力。

3、安全阀的分类

1)按工作原理分类:直接载荷式安全阀、间接载荷式安全阀。

2)按作用在阀瓣上的载荷分类:重锤式安全阀、杠杆式安全阀、弹簧式安全阀。

3)按阀的动作特性分类:比例作用式安全阀、两段作用式安全阀。

4)按阀瓣开启高度分类:微启式安全阀、全启式安全阀。

5)特殊结构的安全阀:带散热架的安全阀、波纹管安全阀、带辅助载荷装置的安全阀、平衡式安全阀。

4、安全阀内部结构介绍

弹簧式安全阀内部结构主要有两点,一是采用了新型反冲机构,以充分利用介质流束的有限能量,使阀瓣得到尽可能大的升力,来达到增加阀瓣的开启高度,提高排放量的目的。二是改善阀瓣升力的调节结构。通过采用各种类型的调节圈,进一步改善安全阀的调节特性。下面介绍一下主要零件的作用:

图片1.png1)喷嘴式阀座

安全阀的阀座,通常被做成收缩型喷嘴或拉阀尔型喷觜(又称收缩扩张喷觜)。这样,当安全阀排放时央阀座出口处将获得极高的流速(对于气体介质可达到音速或超音速),经阀瓣及反冲盘以极高的反冲力,使阀瓣能在短时间内升启到额定高度。同时还具有较小的流动阻力。提高安全阀的排量系数。

2)反冲盘结构是由反冲盘和阀座调节圈组成。其作用是当阀前压力升高到接近开启压力,即阀门处于前泄状态时,从密封面漏出的介质积聚在由反冲盘与阀座调节圈围成的腔室内,使该区域的静压力增加,从而也增加了作用在阀瓣上的介质力。当这种力超过弹簧载荷力的一定范围时,阀瓣便在瞬间突然起跳。同时又借助于喷出气流在反冲盘上产生的反冲力使阀瓣继续升高,达到额定的开启高度。

3)调节机构:安全阀调节机构包括两个部分,一是弹簧预紧力的调节机械,另一个是阀瓣升力的调节机构。

  弹簧预紧力的调节机构是由调整螺套、锁紧螺母、弹簧座及弹簧组成。当顺时针方向旋转调整螺套时,可以增加弹簧的预压缩力,提高阀门的开启压力,反之,当逆时针方向旋转调整螺套时,可以降低阀门的开启压力。锁紧螺母的作用是防止调整螺套松动。

  阀瓣升力调节机械是由反冲盘、调节圈以及紧定螺钉等组成。调节圈主要调节回座压力和排放压力。

4)导向机构:安全阀的导向机构是指保证弹簧载荷作用线与密封面垂直中心线的同轴度所采取的一系列措施。

弹簧载荷作用线与密封面垂直中心线之间的同轴度的偏移将导致密封面比压力分布不均匀,而导致在比压力较小的区域产生介质泄漏。为了防止或减少这种偏移所采取的措施主要包括:

A、采用导向套与阀瓣定位和导向;

B、保证调节螺套与导向套的同心;

C、在传递弹簧载荷的部位,如调整螺套与上弹簧座之间,下弹簧座与阀杆之间,阀杆与反冲之间及反冲盘与阀瓣之间等处均采用球面或锥面的接触方式。

D、保证弹簧支承平面与轴心线的垂直度。


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