弹簧式安全阀启闭压差受介质温度影响的分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Analysis on Open.Close Differential Pressure Influencedby M edium Temperature for Spring Safety ValveZHANG Nai-bo .LIU De-xin .W ANG Ze-qing(Muling city Power-station Valve Co.，Ltd.，Muling 157500，China)Abstract：The paper introduces the standards and regulations for spring safety valves of open-close，re-leasing and reseat sealing in working system.It analyses the lifting force for the disk on all cross-sec-tions when the valve is in ful open position and the influence on the lifting force by medium tempera-ture.It gives the structure characteristic of open·close differential pressure for spring safety valve andderivations related to medium temperature，calculation methods and results。

Key words：safety valve；open-close；lifting force；medium temperature1 概述安全阀是-种自动阀门，它不借助任何外力而利用介质本身的力排出-定数量的流体，以防止系统内部压力超过预定的压力数值。当压力恢复正常值后，阀门自动关闭并阻止介质继续流出 J。在工况系统中，安全阀应该具备准确的开启、稳定的排放、及时的回座和可靠的密封等性能。安全阀回座压力过高，则会使阀门发生频跳，不利于关闭后重新建立密封，若回座压力过低，则会使系统或设备的能量和介质损失过多，给系统或设备恢复正常运行带来诸多困难，如锅炉需加大燃烧和增大补水。安全阀的回座压力不仅和上、下调整环的调整有关，而且同试验温度有关。本文不针对影响合理回座的其他因素如上、下环的调整，背压调整器的调整进行讨论，而仅就介质温度的变化所带来的压力在安全阀内部各个腔室的变化影响回座的因素进行探讨。

2 结构特点图 l给出了安全阀开启过程中，蒸汽的流动与压力的分布，从安全阀的人 口流人经过喉部直径(A)阀座和阀瓣之间的通道与上调整环下端部(B)，其喷出阀体的流动过程为绝热节流的过程。

此时，蒸汽的静压力和蒸汽流动时所产生的动能作用力作用在阀瓣上，向上推动阀瓣并克服弹簧预紧力及阀瓣、阀杆和导向套等活动件的质量，随着介质压力的逐渐升高，当密封力等于0时阀瓣迅速的升起达到全行程。而同时，由于当阀瓣刚开启时，通过阀瓣套筒与导向套之间的间隙，-部分蒸汽会作用在阀瓣的背面，形成-种向下的力(背压)，对安全阀的启闭压差有着很大的影响。对于安全阀来说，改变介质温度，如在 360℃、400℃、450℃、500℃及540℃时，启闭压差如何变化，可以通过安全阀在各温度下各部位的受力情况推导和分析。

当阀瓣迅速开启到全开启高度而达到全量排放时，系统内介质压力迅速下降。当介质压力减低到小于弹簧力以及阀瓣、阀杆和导向套等活动件的质量时，阀瓣在弹簧力以及阀瓣、阀杆和导向套等活动作者简介：张乃波(1968-)，男，工程师，从事电站阀门设计、制造与研究等工作。

- 12- 阀 门 2013年第2期件质量的作用下迅速回落到关闭位置，使关闭件之间形成了密封比压力。由此产生安全阀的开启压力和回座压力差(启闭压差)。整定压力与回座压力之差通常用整定压力的百分数来表示，而当整定压力小于0.3MPa时则以MPa为单位表示。

1.喷嘴型阀座 2.下调整环 3.上调整环 4.热阀瓣5.阀瓣 6.阀瓣套筒 7.导向套 8.阀体9.排气室 10.排气管 11.阀杆 12.背压调整套图1 阀门开启过程中蒸汽流动和压力分布3 计算分析B.D% ：-F-iW～so×100% (1)式中 B.D%--启闭压差，MPa全开时介质对阀瓣的升力，NFFsFD (2)F --蒸汽静压力作用各个截面的升力，NFsF1F2 - (3)F --由内压力 P 引起的 A～A 截面阀门升力，NF t2P (.D， -D )P。

Pl--A-A 截面内压力，MPa㈥ 尸AT--阀座喉部面积，Iili1AT手DTDT--喉部直径，mml--A-A部圆柱面积，//IT/A7rDJhD --阀瓣密封面内径，mm- - 由内压力 P 引起的 B-B 截面阀门升力 ，N： ( -L)j2)P2--B-B 截面内压力，MPa㈢ PA2--B-B 截面圆柱表面积，mln。

A2：IrDL(h0.2)- - 下调整环外径，mmJIz--阀门全开时行程，mm- - 由内压力 P，引起的 B～B 截面阀门升力，N-r4r、D 。- )尸3D --阋瓣套筒公称直径，inln- - B-B 截 面内压力，MPa PA3--B-B”截面环形面积，llTlA， (D -DL2)Dh--上调整环底部最小直径.mm- - 在背压 P 作用下，向下推动阀瓣的力，N 7"(D -De2)p。

P。--阀瓣背压，MPaPB：C1A NP3C --修正系数(C 0.5)A --导向套与阀瓣套筒间隙面积，mmA (D -Dgt2)D --导向套内径(按最大公差)，/1/17/D --阀瓣套筒外径(按最大公差)，mmAr--背压室与调整套间隙面积，rainA 詈(D -Dg'2)Df--背压室下部孔直径，nlllD。--调整套下部小头直径，lln1- - 蒸汽流动时对阀瓣产生的升力 ，NFoC2Gu(1cosO)/g (4)- - 流量系数G--流量，kg/s2013年第2期 阀 门 - 13-G Ac3--流出系数(C30.9)g--重力加速度(g9.8)，m/sP --整定压力，MPav--介质比容，rn /kg--介质流速，m/s厂-- ---- - 42g 10·2Ps- - 蒸汽的喷射角度(设定 040。)，(。)。- - 全开时弹簧载荷，Nwsok( 1h) (5)足--弹簧刚度，N/ram- - 弹簧安装时压缩量，mm通过对阀门开启到全行程时各个截面力的推导，得到全开时介质对阀瓣的总作用力。

2FFlF2F3-F4FD 6图 2 弹簧受力状态为了计算蒸汽静压力作用在阀内各个截面的升力，首先应该计算出各个截面的内压力，然后用内压力--对应力的计算式得出其升力。为了便于计算分析 ，同时根据安全阀动作和蒸汽在阀内的流动过程，可以假定其为绝热节流过程，在计算各个截面的内压力时，按式(7)计算出各个界面的临界压力。

， ，) 、Pc (南 )Ps (7)式中 绝热指数 (过热蒸汽 K1.3，饱和蒸汽 K1.135)K CP/Cc --气体的定压重量比热C --气体的定容重量比热以P 20V·DN65弹簧式安全阀为例，其整定压力 Ps19.62MPa，蒸汽温度 360C、400C、450C、500oC及 540C，标准启闭压差为4%，计算结果见表1。

表 1 计算结果介质温度/℃计gd，目 - - 36o 400 450 5oo 540整定压力P/MPa 19.62气体比容∥(m3/kg) 0.07 0.011 0 014 0.016 0.017绝热指数，k 1.135 1.279 1.299 1.302 1.298压力比 0.577 0.546 0.545 0.545 0.546喉部直径DT/mm 48阀瓣密封面直径O/am 58阀瓣套简外径D盯Ⅱ/mm 96下调整环外径OL/mm 73上调整环底部最小直径Dh/mm 118调整套下部小头直径D/盯唧 69导向套最大直径D /ram 96.550阀瓣套筒最小直径D./nun 95.946背压室下部孔径Dt/mm 72.516由A-A截面内压力产生的升力F /kN 29.109 27.655 27.465 27.436 27.474由B-B 截面内压力产生的升力F2/kN 12.109 l1.288 11.183 11.168 11.189背压产生的升力v./r 1.148 1.011 0.994 0.991 0.668蒸汽流动产生的反力Fn/kN 38.788 31.880 32.163 32.206 32.I49各个截面力的叠加F/kN 87.433 77.360 77.241 77.24 77.483弹簧作用在阀瓣上的载荷Ws kN 74.361理论计算启闭压差B.D% 14.95l 3.878 3 730 3.708 4.0304 结语在理论计算分析的前提下，经过实践检验结果证明，将过热蒸汽用安全阀(安装在过热器出口连箱及再热器出口安全阀)，实际运行的启闭压差低于规定的温度下动作试验时，则大大偏离有关标准如 ASME的规定值(4%)。通过计算其结果可以证明，介质温度的变化是不可忽视的因素，比容的变化给相关参数带来变化。试验介质的温度能达到 ≥400oC以上时，接近于4%的启闭压差，若介质温度在 540oC，则启闭压差为理想的4%。其主要原因是当介质温度低于364.08℃(20MPa的饱和温度)时，介质为液体(水)的状态，其启闭压差将会大于4%。

在设计弹簧式安全阀时，除按-定比例确定结构尺寸外，还应该在考虑温度变化下的启闭压差的计算，将有助于满足其结构尺寸的设计和试验的要求。