泄壓閥動作特性的分析
1、概述
泄壓閥是防止設備內(nèi)壓力升高超過允許值,確保設備安全運行自動動作的裝置。在系統(tǒng)正常工作條件下,高壓加熱器水側專用的泄壓閥始終處于關閉狀態(tài)。當系統(tǒng)中的介質(zhì)壓力達到閥門的整定壓力時,閥門依靠入口處的壓力作用在閥瓣上自動開啟,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,閥門開啟高度也會隨著下降,當系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)壓力降低到一定程度時,閥門自行關閉。
2、動作分析
2.1、前泄過程
在閥門未開啟前,閥瓣及導向套筒相應受到彈簧力、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)當前入口介質(zhì)壓力對閥瓣所產(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。在一般的安全閥設計中,習慣于將靜背壓所產(chǎn)生的推力合并到彈簧力中考慮。同時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。由于此時的彈簧力大于介質(zhì)對閥門的壓力,閥座會對閥瓣產(chǎn)生一個向上的壓力(密封力Fq ) ,以達到受力平衡,即
Fs+Fg=Fp+Fq (1)
Fq = Fs + Fg - Fp (2)
式中Fs ———彈簧力,N
Fg ———活動件自重力,N
Fp ———介質(zhì)力,N
Fq ———密封力,N
當系統(tǒng)壓力升高時,隨著介質(zhì)壓力的增加,介質(zhì)力增大,相應的密封力變小。當密封力減小到密封所必須的最小密封力時,在密封面上會出現(xiàn)泄漏。此時,泄漏出來的液體所形成的介質(zhì)流非常的細薄,壓力降低到接近靜背壓,不會對閥瓣受力產(chǎn)生太大的影響。此種泄漏稱為前泄。出現(xiàn)前泄時的介質(zhì)壓力為前泄壓力,閥門前泄壓力由達到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確地計算。按照ASME法規(guī)和國家標準的規(guī)定,前泄壓力不應小于0.9倍的整定壓力。
2.2、開啟過程
隨著介質(zhì)壓力的進一步升高,介質(zhì)力進一步增大。介質(zhì)的密封力進一步降低,減小到一定程度時,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)擊打著導向套筒的斜作用面,產(chǎn)生使閥瓣向上移動的作用力Fx (圖2、圖3) 。由于Fx 力的作用,閥瓣向上運動,介質(zhì)密封力消失。此時閥門開啟,彈簧壓縮量增加,彈簧力增加。同時,排放液體會在閥體中腔內(nèi)產(chǎn)生一定的積聚壓,稱為動背壓。動背壓也會在閥瓣上方產(chǎn)生一個向下的推力Fk。
但由于此時閥瓣的開啟高度很小,因此由積聚壓所產(chǎn)生的動背壓也很小。
此時的受力將變?yōu)橐粋�動態(tài)平衡,即
Fs + Fg + Fk = Fp + Fx (3)
式中 Fk ———動背壓在閥瓣上方產(chǎn)生的向下推力,N
Fx ———排放的介質(zhì)擊打著導向套筒的斜作
用面,產(chǎn)生的一種使閥瓣向上移動的作用力,N在理論計算時,通常將密封力消失時的狀態(tài)判定為閥門的開啟。在實際應用中,通過檢驗閥桿的動作來判斷閥門的開啟,并且閥門開啟時所檢測到的瞬時介質(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,隨著壓力的進一步升高,閥瓣的開啟高度也進一步升高。流量也會逐漸增加,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)在導向套筒的斜作用面所產(chǎn)生的作用力足夠大時,會使閥瓣快速向上升起。而閥瓣的升起又會增大這個作用力,從而達到暴開的效果。典型的情況時在超壓(超過整定壓力)達到2%～6%時,閥瓣會突然升起在整個升程的50%～100%之間波動。對于泄壓閥全行程判定, ASME與API標準規(guī)定當超壓(超過整定壓力) ≤10%時,閥門開啟達到全行程,而我國標準規(guī)定泄壓閥超壓≤20%時,閥門達到全行程。閥門的試驗結果證明,此閥門超壓不到10%時開啟高度已達到全行程(2mm) 。當閥門剛達到全行程時,介質(zhì)流量達到最大,流速也最快,因此,此時的動背壓很大,同時對閥瓣產(chǎn)生的推力也相應增大,成了影響閥門的一個主要的力,已經(jīng)不能忽略(圖4) 。此時的受力動態(tài)平衡方程為
圖4 閥瓣受力(全開狀態(tài)下)
