泄壓閥動(dòng)作特性的分析

泄壓閥動(dòng)作特性的分析1、概述

泄壓閥是防止設(shè)備內(nèi)壓力升高超過允許值,確保設(shè)備安全運(yùn)行自動(dòng)動(dòng)作的裝置。在系統(tǒng)正常工作條件下,高壓加熱器水側(cè)專用的泄壓閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)中的介質(zhì)壓力到達(dá)閥門的整定壓力時(shí),閥門依靠入口處的壓力作用在閥瓣上自動(dòng)開啟,排放多余介質(zhì),降低系統(tǒng)內(nèi)超過的壓力,以保證系統(tǒng)的安全。泄壓閥開啟后,系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)壓力降低,閥門開啟高度也會(huì)隨著下降,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)壓力降低到一定程度時(shí),閥門自行關(guān)閉。

2、動(dòng)作分析

2.1、前泄過程

在閥門未開啟前,閥瓣及導(dǎo)向套筒相應(yīng)受到彈簧力、零件重力及介質(zhì)力等力的相互作用(圖1、圖2)。

(1)彈簧所提供的彈簧力Fs。

(2)彈簧、閥瓣、閥桿、上下彈簧座的自身重力Fg。

(3)當(dāng)前入口介質(zhì)壓力對(duì)閥瓣所產(chǎn)生推力,即介質(zhì)力Fp。

(4)由于閥門出口與疏水管道相連,疏水管道內(nèi)靜背壓在閥瓣上產(chǎn)生推力。在一般的安全閥設(shè)計(jì)中,習(xí)慣于將靜背壓所產(chǎn)生的推力合并到彈簧力中考慮。同時(shí)由于此工程用戶未提供靜背壓壓力,因此可以將靜背壓作為零來考慮。由于此時(shí)的彈簧力大于介質(zhì)對(duì)閥門的壓力,閥座會(huì)對(duì)閥瓣產(chǎn)生一個(gè)向上的壓力(密封力Fq),以到達(dá)受力平衡,即

Fs+Fg=Fp+Fq(1)

Fq=Fs+Fg-Fp(2)

式中Fs———彈簧力,N

Fg———活動(dòng)件自重力,N

Fp———介質(zhì)力,N

Fq———密封力,N

當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時(shí),隨著介質(zhì)壓力的增加,介質(zhì)力增大,相應(yīng)的密封力變小。當(dāng)密封力減小到密封所必須的最小密封力時(shí),在密封面上會(huì)出現(xiàn)泄漏。此時(shí),泄漏出來的液體所形成的介質(zhì)流非常的細(xì)薄,壓力降低到接近靜背壓,不會(huì)對(duì)閥瓣受力產(chǎn)生太大的影響。此種泄漏稱為前泄。出現(xiàn)前泄時(shí)的介質(zhì)壓力為前泄壓力,閥門前泄壓力由到達(dá)密封所需要的最小密封力決定。閥門前泄壓力受到多種因素的影響,因此閥門密封所需的最小密封力不宜于準(zhǔn)確地計(jì)算。按照ASME法規(guī)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,前泄壓力不應(yīng)小于0.9倍的整定壓力。

2.2、開啟過程

隨著介質(zhì)壓力的進(jìn)一步升高,介質(zhì)力進(jìn)一步增大。介質(zhì)的密封力進(jìn)一步降低,減小到一定程度時(shí),前泄排放出的介質(zhì)迅速在密封面間向四周散開。排放的介質(zhì)擊打著導(dǎo)向套筒的斜作用面,產(chǎn)生使閥瓣向上移動(dòng)的作用力Fx(圖2、圖3)。由于Fx力的作用,閥瓣向上運(yùn)動(dòng),介質(zhì)密封力消失。此時(shí)閥門開啟,彈簧壓縮量增加,彈簧力增加。同時(shí),排放液體會(huì)在閥體中腔內(nèi)產(chǎn)生一定的積聚壓,稱為動(dòng)背壓。動(dòng)背壓也會(huì)在閥瓣上方產(chǎn)生一個(gè)向下的推力Fk。

但由于此時(shí)閥瓣的開啟高度很小,因此由積聚壓所產(chǎn)生的動(dòng)背壓也很小。

此時(shí)的受力將變?yōu)橐粋€(gè)動(dòng)態(tài)平衡,即

Fs+Fg+Fk=Fp+Fx(3)

式中Fk———?jiǎng)颖硥涸陂y瓣上方產(chǎn)生的向下推力,N

Fx———排放的介質(zhì)擊打著導(dǎo)向套筒的斜作

用面,產(chǎn)生的一種使閥瓣向上移動(dòng)的作用力,N在理論計(jì)算時(shí),通常將密封力消失時(shí)的狀態(tài)判定為閥門的開啟。在實(shí)際應(yīng)用中,通過檢驗(yàn)閥桿的動(dòng)作來判斷閥門的開啟,并且閥門開啟時(shí)所檢測(cè)到的瞬時(shí)介質(zhì)壓力即為閥門的整定壓力。

2.3、全行程過程

在閥門開啟后,隨著壓力的進(jìn)一步升高,閥瓣的開啟高度也進(jìn)一步升高。流量也會(huì)逐漸增加,通過閥座噴嘴的介質(zhì)流速也隨著增加。這種快速排放的介質(zhì)在導(dǎo)向套筒的斜作用面所產(chǎn)生的作用力足夠大時(shí),會(huì)使閥瓣快速向上升起。而閥瓣的升起又會(huì)增大這個(gè)作用力,從而到達(dá)暴開的效果。典型的情況時(shí)在超壓(超過整定壓力)到達(dá)2%～6%時(shí),閥瓣會(huì)突然升起在整個(gè)升程的50%～100%之間波動(dòng)。對(duì)于泄壓閥全行程判定,ASME與API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)超壓(超過整定壓力)≤10%時(shí),閥門開啟到達(dá)全行程,而我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定泄壓閥超壓≤20%時(shí),閥門到達(dá)全行程。閥門的試驗(yàn)結(jié)果證明,此閥門超壓不到10%時(shí)開啟高度已到達(dá)全行程(2mm)。當(dāng)閥門剛到達(dá)全行程時(shí),介質(zhì)流量到達(dá)最大,流速也