安全閥的設(shè)計(jì)和制造

1、第二章 安全閥的設(shè)計(jì)自從法國(guó)工程師1707年發(fā)明第一臺(tái)重錘式安全閥以來(lái)，現(xiàn)在安全閥結(jié)構(gòu)已有了很大的發(fā)展，主要有彈簧直接載荷式、重錘式、靜重式、電磁輔助加載或卸載式、導(dǎo)閥控制式等幾大類(lèi)。安全閥是一種自動(dòng)閥門(mén)，不借助任何外力而是利用介質(zhì)本身的壓力，當(dāng)壓力超過(guò)預(yù)定值時(shí)，自動(dòng)排出一定數(shù)量的介質(zhì)，以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過(guò)額定的安全值，當(dāng)恢復(fù)正常壓力后，閥門(mén)再自行關(guān)閉，阻止介質(zhì)繼續(xù)流出。所以，安全閥的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題，既要考慮安全閥本身的有關(guān)因素，又要考慮被保護(hù)系統(tǒng)的各種情況對(duì)最終的產(chǎn)品的影響。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)引起超壓的各種因素進(jìn)行綜合分析、判斷，只有這樣才能確保安全閥設(shè)計(jì)的合理、安全和可靠。系統(tǒng)對(duì)安

2、全閥的基本要求是準(zhǔn)確開(kāi)啟、適時(shí)全開(kāi)、穩(wěn)定排放、及時(shí)回座和可靠密封。安全閥的設(shè)計(jì)主要考慮結(jié)構(gòu)、材料和性能等方面內(nèi)容。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括閥體結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)、閥座結(jié)構(gòu)、閥瓣結(jié)構(gòu)、背壓平衡結(jié)構(gòu)、緊急提升機(jī)構(gòu)；材料方面主要考慮介質(zhì)的可燃性、易爆性、有毒性和腐蝕性以及低溫、高溫、高壓對(duì)材料的影響；性能設(shè)計(jì)包括閥座（噴嘴）、閥瓣、導(dǎo)向套、調(diào)節(jié)圈、彈簧的優(yōu)化組合，以及被保護(hù)系統(tǒng)的各種情況。（一）設(shè)計(jì)依據(jù)和原則 一、設(shè)計(jì)依據(jù)1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)安全閥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是安全閥設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。在表2-1中列出了國(guó)內(nèi)和國(guó)外相關(guān)的安全閥標(biāo)準(zhǔn)。表2-1 安全閥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)標(biāo) 準(zhǔn) 代 號(hào)標(biāo) 準(zhǔn) 名 稱(chēng)1GB/T12241-2005安全閥 一般要

3、求2GB/T12242-2005壓力釋放裝置 性能試驗(yàn)規(guī)范3GB/T12243-2005彈簧直接載荷式安全閥4JB/T9624-1999電站安全閥 技術(shù)條件5JB/T6441-1992壓縮機(jī)用安全閥6ISO4216-1：1991安全閥 第一部分 一般要求7ISO4216-2：1991安全閥 第二部分 可控制的壓力泄放系統(tǒng)8ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范動(dòng)力鍋爐9ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范核動(dòng)力設(shè)備10ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范壓力容器11DIN3320安全閥 安全關(guān)閉閥12API TRD421壓力泄放裝置-用于、組蒸汽鍋爐的安全閥13BS6759 蒸汽及熱水用安全閥技術(shù)規(guī)范14BS6759第四部分

4、安全閥及安全閥彈簧15JIS B8210-1994蒸汽及氣體用彈簧安全閥16API 520.1-2000精煉廠(chǎng)泄放裝置尺寸、選用和安裝-設(shè)計(jì)計(jì)算和選用 第一篇 定尺寸和選型17API520.2-2003精煉廠(chǎng)泄放裝置尺寸、選用和安裝-設(shè)計(jì)計(jì)算和選用 第二篇 安裝18API521-1997泄壓和降壓系統(tǒng)指南18API 526-2002鋼制法蘭端泄壓閥19API 527-1991泄壓閥的閥座密封度20API 576-2000泄壓裝置的檢查2動(dòng)作性能指標(biāo)(1)用于氣體介質(zhì)安全閥見(jiàn)表2-2 表2-2 用于氣體介質(zhì)安全閥動(dòng)作性能指標(biāo) Mpa標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目GB/T12243ISO4126ASME標(biāo)準(zhǔn)第卷壓力容器

5、 JIS B8210排放壓力pd1.10ps1.10ps1.10ps1.10ps啟閉壓差pb1pspb1（不可調(diào)）pb1 (可調(diào))pb1（不可調(diào)）pspb10.20.03（2.5%7%）ps(d015mm時(shí)pb115% psps0.3時(shí)pb10.03)15% ps0.20.030.215% ps0.215% ps整定壓力的允許偏差pspspspspspspspsps0.5±0.0150.5±0.01570%ps±2%ps0.10.020.20.0250.5±3%ps0.5±3%ps70%ps±3%ps0.30.030.315%ps注：

6、ps-整定壓力；p-工作壓力；do-流道直徑 (2) 用于蒸汽介質(zhì)安全閥見(jiàn)表2-3 表2-3 用于蒸汽介質(zhì)安全閥動(dòng)作性能指標(biāo) Mpa標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目GB/T12243ASME標(biāo)準(zhǔn)第卷動(dòng)力鍋爐JIS B8210排放壓力pd1.03ps1.03psps0.1時(shí)： pd ps+0.02ps 0.1時(shí)： pd1.03ps啟閉壓差pb1pspb14%ps且2po(直流蒸汽發(fā)生器及高溫?zé)崴仩t安全閥pb110% ps)ps0.1時(shí)：pb10.020.1ps0.2時(shí)：pb10.0250.2ps0.4時(shí)：pb10.030.4ps0.7時(shí)：pb1 0.040.1ps1.1時(shí)：pb10.05ps1.1時(shí)：pb14% ps

7、蒸汽動(dòng)力鍋爐用安全閥直流鍋爐、再熱器等用安全閥0.40.030.04直流鍋爐、再熱器等用安全閥 ps0.1時(shí)：pb10.020. 1ps0.2時(shí)：pb10.0250.2ps0.3時(shí)：pb10.03 ps0.3時(shí)：pb110% ps0.47% ps(4% ps) 10% ps整定壓力的允許偏差psps0.5時(shí)： ±0.0150.5ps2.3時(shí)：±3% ps2.3ps7.0時(shí)：±0.07ps7.0時(shí)： 1% psps70psi時(shí)：±2psi70ps300psi時(shí)：±3% ps300ps1000psi時(shí)：±10 psips1000psi時(shí)：

8、±1% psps0.7時(shí)：±2psi0.7ps2.3時(shí)：±3% ps2.3ps7.0時(shí)：±0.07ps7.0時(shí)：±1% ps注：ps-整定壓力；p-工作壓力；do-流道直徑；供需雙方可協(xié)商采用本表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值(3)用于液體介質(zhì)安全閥見(jiàn)表2-4 表2-4用于液體介質(zhì)安全閥動(dòng)作性能指標(biāo) Mpa 標(biāo) 準(zhǔn)項(xiàng) 目 GB/T12243ISO4126API RP 520排放壓力pd1.20 ps1.25 ps啟閉壓差pb1ps0.3時(shí)：pb10.06ps0.3時(shí)：pb120% psps0.3時(shí)：pb10.06 ps ps0.3時(shí)：pb120% ps10%

9、ps整定壓力允許偏差psps0.5時(shí)：±0.015ps0.5時(shí)：±3% psps0.5時(shí)：±0.015ps0.5時(shí)：±3% ps3密封性能指標(biāo) (1)用于氣體介質(zhì)安全閥見(jiàn)表2-5 表2-5用于氣體介質(zhì)安全閥動(dòng)作性能指標(biāo) Mpa 標(biāo) 準(zhǔn)項(xiàng) 目 GB/T12243API 527JIS B8210密封試驗(yàn)壓力ptps0.3時(shí)：ptps 0.03ps0.3時(shí)：pt0.9psps0.345時(shí)：ptps 0.035ps0.345 時(shí)：pt0.9ps取0.9 ps或回座壓力二者中較小值最大允許泄漏率氣泡數(shù)/mindo7.8mm Ps6.9時(shí)：40do7.8mm Ps6

10、.9時(shí)：20do7.8mm Ps6.910.3時(shí)：60do7.8mm Ps6.910.3時(shí)：30d07.8mm Ps 10.313.0時(shí)：80do7.8mm Ps10.313.0時(shí)：40d07.8mm Ps13.017.2時(shí)：100do7.8mm Ps13.017.2時(shí)：50d07.8mm Ps17.220.7時(shí)：100do7.8mm Ps17.220.7時(shí)：60d07.8mm Ps20.727.6時(shí)：100do7.8mm Ps20.727.6時(shí)：80d07.8mm Ps27.638.5時(shí)：100do7.8mm Ps27.638.5時(shí)：100d07.8mm Ps38.541.4時(shí)：100do7

11、.8mm Ps38.541.4時(shí)：100Ao0.307in2 Ps6.9時(shí)：40Ao0.307in2 Ps6.9時(shí)：20Ao0.307in2 Ps6.910.3時(shí)：60Ao0.307in2 Ps6.910.3時(shí)：30Ao0.307in2Ps 10.313.0時(shí)：80Ao0.307in2 Ps10.313.0時(shí)：40Ao0.307in2 Ps13.017.2時(shí)：100Ao0.307in2 Ps13.017.2時(shí)：50Ao0.307in2 Ps17.220.7時(shí)：100Ao0.307in2 Ps17.220.7時(shí)：60Ao0.307in2 Ps20.727.6時(shí)：100Ao0.307in2 Ps2

12、0.727.6時(shí)：80Ao0.307in2 Ps27.638.5時(shí)：100Ao0.307in2 Ps27.638.5時(shí)：100Ao0.307in2 Ps38.541.4時(shí)：100Ao0.307in2 Ps38.541.4時(shí)：10020 (2)用于蒸汽介質(zhì)安全閥GB/T12243標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定蒸汽用安全閥的密封試驗(yàn)壓力，當(dāng)整定壓力小于等于0.3Mpa時(shí)，比整定壓力低0.03；當(dāng)整定壓力大于0.3Mpa時(shí)，為90%整定壓力或回座壓力（取較小值）。試驗(yàn)介質(zhì)為飽和蒸汽，如未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，則認(rèn)為合格。（3）用于水或其他液體介質(zhì)安全閥GB/T12243標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定水或其他液體用安全閥的密封試驗(yàn)壓力，當(dāng)整定壓力小

13、于等于0.3Mpa時(shí)，比整定壓力低0.03；當(dāng)整定壓力大于0.3Mpa時(shí)，為90%整定壓力。試驗(yàn)介質(zhì)為水，最大允許泄漏率, 當(dāng)DN小于25mm時(shí)，最大允許泄漏率小于等于10cm3/h；當(dāng)DN大于等于25mm時(shí)，最大允許泄漏率小于等于10×（DN/25）cm3/h二、設(shè)計(jì)原則1 基本原則（1） 設(shè)計(jì)的產(chǎn)品必須滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)際使用的所有要求。（2） 保證實(shí)際使用的前提下，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)是最經(jīng)濟(jì)的（如選型、用材等方面）。（3） 如何使安全閥的綜合性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)人員的首先原則。（4） 盡可能多地對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品作型式試驗(yàn)，以獲取性能參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。（5） 正確設(shè)計(jì)彈簧的剛度，以便內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)的匹

14、配更合理，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品便于裝拆和維修。（6） 有較長(zhǎng)的使用壽命（包括維修后的壽命）。由于安全閥使用的介質(zhì)繁多，總體可歸納為三種狀態(tài)，即蒸汽、氣態(tài)和液體。（臨界狀態(tài)是一種特例）有時(shí)，設(shè)計(jì)人員借助于冷態(tài)試驗(yàn)的手段，對(duì)安全閥所得出合格的性能數(shù)據(jù)，但用于重油（瀝清）等介質(zhì)性能又不一定理想，設(shè)計(jì)人員又不可能在各種介質(zhì)的工況條件下作性能試驗(yàn)，這就使得安全閥的設(shè)計(jì)不能照搬哪種成熟產(chǎn)品模式，而是要根據(jù)不同介質(zhì)的實(shí)際使用狀況，設(shè)計(jì)出彈簧剛度適當(dāng)，內(nèi)件結(jié)構(gòu)合理的產(chǎn)品，當(dāng)然，安全閥設(shè)計(jì)原則最終是要讓用戶(hù)得到滿(mǎn)意的產(chǎn)品。但設(shè)計(jì)好產(chǎn)品的捷徑，主要還是來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則（1）閥體安全閥是通過(guò)閥體使零件相

15、互連接成為一個(gè)完整的產(chǎn)品。安全閥通過(guò)閥體的法蘭或螺紋管接頭或焊接連接在系統(tǒng)上的。閥體承受著被保護(hù)系統(tǒng)的壓力作用，所以閥體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和密封性，不允許出現(xiàn)變形或泄漏。閥體應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。1) 閥體材料的選擇通常按溫度、壓力和介質(zhì)的腐蝕性來(lái)定。低溫選用奧氏體不銹鋼、低溫合金；工作溫度小于等于200且公稱(chēng)壓力小于等于1.0MPa選用灰鑄鐵，工作溫度小于等于300且公稱(chēng)壓力小于等于2.5MPa選用可鍛鑄鐵，工作溫度小于等于350且公稱(chēng)壓力小于等于4.0MPa選用球墨鑄鐵，工作溫度小于等于250、公稱(chēng)壓力小于等于2.5Mpa的水、海水、氧氣、空氣、油類(lèi)等介質(zhì)選用銅合金；工作溫度小于等于425

16、選用碳鋼，工作溫度大于425選用CrMo、CrMoV鋼；腐蝕性強(qiáng)的選用奧氏體不銹鋼、鎳基合金、低合金鋼等；由于閥體形腔復(fù)雜通常采用鑄件，小口徑安全閥采用鍛件，大口徑安全閥采用焊接結(jié)構(gòu)。2) 安全閥排放時(shí)，介質(zhì)通過(guò)閥體泄放至安全的地方，所以要求通道部分的尺寸和形狀應(yīng)保證其流體阻力最小。3) 閥體的進(jìn)口和出口支管承受著安全閥和排放管道的重量以及安全閥排放時(shí)的反作用力，閥體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。4) 為了提高排放能力，閥座通道截面積不因有導(dǎo)向筋的存在而縮小介質(zhì)流動(dòng)暢通，不僅在閥座通道中，在閥瓣打開(kāi)的環(huán)狀間隙處沒(méi)有渦流現(xiàn)象。閥體和出口支管的通道截面積為2.5d0。由于排放能力高，安全閥的閥座通道截面積

17、較小，使安全閥易于密封。（2）閥座閥座設(shè)計(jì)成可拆卸的結(jié)構(gòu)形式，閥座通道設(shè)計(jì)成拉法爾噴嘴的光滑低阻力形狀。噴嘴式安全閥能在長(zhǎng)期使用中保持高度密封，減少閥座和閥瓣密封面的機(jī)械變形、熱變形和侵蝕。閥座的熱變形是介質(zhì)對(duì)于非對(duì)稱(chēng)閥體的作用引起的，而閥座的機(jī)械變形則可能在把閥體緊固在容器上發(fā)生。采用可拆卸結(jié)構(gòu)，則閥體的變形一般不易造成閥座的變形，而閥座的變形是導(dǎo)致安全閥泄漏的主要原因。安全閥的主要受壓元件是閥座，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)設(shè)計(jì)成圓滑過(guò)渡，閥座一般不宜采用鑄件，應(yīng)采用棒料和鍛件加工，并需進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。(3)閥瓣閥瓣是和閥座一起組成密封面，其密封面一側(cè)要直接承受介質(zhì)的壓力、溫度等，

18、它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，直接影響到安全閥的密封性能。閥瓣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)安全閥要達(dá)到的密封性能指標(biāo)、密封面寬度和密封比壓、受彈簧預(yù)緊力的大小、所使用的介質(zhì)特性等諸多因素來(lái)考慮的。閥瓣的材料選用和閥座相比，應(yīng)相同或更好一點(diǎn)，對(duì)美標(biāo)安全閥來(lái)說(shuō)，采用較多的是420、304和316L，當(dāng)然，在所有腐蝕性強(qiáng)的地方，還應(yīng)選用更好的，如蒙乃爾、哈氏合金、鈦合金等其它材料。（4） 閥桿安全閥彈簧的作用力是通過(guò)閥桿傳遞給閥瓣，形成初始密封。當(dāng)安全閥動(dòng)作時(shí)，閥桿沿著彈簧上下面的彈簧座移動(dòng)，因此閥桿的作用很重要。1) 閥桿力不是通過(guò)鋼球傳遞給閥瓣時(shí)，閥桿的端部應(yīng)做成求面，球面半徑按施加于閥桿的作用力來(lái)選取。當(dāng)作用力小

19、于6000N時(shí)，r=1.5mm就夠了；作用力達(dá)18000N時(shí)，r=4mm。球面半徑也可按安全閥口徑來(lái)選取，即r=（0.050.08）d0。2)加于閥桿的載荷超過(guò)1000N時(shí)，閥桿端部用2Cr13鋼制造，其硬度經(jīng)熱處理后達(dá)4043HRC。或在端部堆焊硬質(zhì)合金，硬度不低于4548HRC。（5） 彈簧彈簧是重要的零件之一，彈簧式安全閥的性能受彈簧的控制，彈簧的設(shè)計(jì)成功與否決定了安全閥的最終性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求和使用要求。彈簧在安全閥里的工作原理比較簡(jiǎn)單，它通過(guò)彈簧座把作用力傳遞給閥桿，閥桿再把彈簧力傳遞到閥瓣上。1) 為了保證彈簧力能平穩(wěn)地傳遞到閥瓣上，在設(shè)計(jì)制造安全閥彈簧時(shí)，應(yīng)將彈簧的端部磨平，支

20、撐面至少大于3/4圈。并且應(yīng)滿(mǎn)足平行度和垂直度的要求。2) 制造安全閥的彈簧材料主要采用60Si2Mn、50CrVA。在低溫26910情況下，應(yīng)選用含鎳、鉻、鉬的不銹鋼（ANSI304、316、321、1Cr18Ni9Ti等）；溫度達(dá)到538時(shí)應(yīng)采用含鎢的低合金鋼(W18Cr4V、30W4CrVA等)。系統(tǒng)的高溫作用使彈簧的機(jī)械性能降低，彈簧力減小，導(dǎo)致安全閥提前起跳。為了避免這種后果，在設(shè)計(jì)安全閥時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)隔熱裝置，采用隔熱器或冷卻裝置把彈簧同排放的介質(zhì)隔離開(kāi)或?qū)肜鋮s介質(zhì)降低安裝彈簧部位的溫度。3) 為了防止彈簧松馳，在計(jì)算時(shí)取較低的許用應(yīng)力值，制造時(shí)進(jìn)行強(qiáng)化處理。4) 石油化學(xué)工業(yè)中應(yīng)

21、十分注意彈簧的抗腐蝕保護(hù)，在同某些介質(zhì)接觸時(shí)會(huì)使彈簧圓鋼變細(xì)和出現(xiàn)內(nèi)部裂紋、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象。為了防腐蝕，彈簧應(yīng)采用合金鋼制造，并采用包保護(hù)層、鍍鎳、滲鋁等方法，在結(jié)構(gòu)上利用橡膠彈性隔膜或金屬波紋管使彈簧同腐蝕性介質(zhì)隔離，或在彈簧表面噴涂聚四氟乙烯的方法保護(hù)彈簧。（6） 調(diào)節(jié)圈調(diào)節(jié)圈是全啟式安全閥的重要部件之一，調(diào)節(jié)圈分上調(diào)節(jié)圈和下調(diào)節(jié)圈，有的廠(chǎng)商生產(chǎn)的安全閥甚至有二個(gè)以上的調(diào)節(jié)圈。利用調(diào)節(jié)圈對(duì)排放壓力、回座壓力進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)調(diào)整由制造廠(chǎng)商根據(jù)需要來(lái)確定，用戶(hù)在使用過(guò)程中不得隨意調(diào)整調(diào)節(jié)圈的位置，它決定著安全閥的動(dòng)作性能。通常下調(diào)節(jié)圈安裝在閥座的上部，上調(diào)節(jié)圈安裝在閥瓣的導(dǎo)向套上。閥座調(diào)節(jié)圈（下

22、調(diào)節(jié)圈，也稱(chēng)助跳環(huán)）用來(lái)改變閥瓣與調(diào)節(jié)圈之間通道的大小，從而改變當(dāng)閥門(mén)初始開(kāi)啟時(shí)壓力在閥瓣與調(diào)節(jié)圈之間腔室內(nèi)積聚程度的大小。當(dāng)升高閥座調(diào)節(jié)圈時(shí)，壓力積聚的程度增大，從而使閥門(mén)比例開(kāi)啟的階段減小而較快地達(dá)到突然地急速開(kāi)啟。因此，升高閥座調(diào)節(jié)圈位置能使安全閥全開(kāi)啟壓力（排放壓力）降低，同時(shí)關(guān)閉壓力（回座壓力）也降低。反之，當(dāng)降低調(diào)節(jié)圈位置時(shí)，排放壓力升高，同時(shí)回座壓力也增高。上調(diào)節(jié)圈用來(lái)改變流動(dòng)介質(zhì)在閥瓣下側(cè)反射后折轉(zhuǎn)的角度，從而改變流體作用力的大小，以此來(lái)調(diào)節(jié)回座壓力。升高上調(diào)節(jié)圈時(shí)，折轉(zhuǎn)角減小，流體作用力隨之減小，從而使回座壓力增高。反之，當(dāng)降低上調(diào)節(jié)圈時(shí)，回座壓力降低。當(dāng)然，上調(diào)節(jié)圈在改變回

23、座壓力的同時(shí)，也影響排放壓力，即升高上調(diào)節(jié)圈時(shí)使排放壓力有所增高，降低上調(diào)節(jié)圈使排放壓力有所降低。但其影響程度不象對(duì)回座壓力那樣明顯。上調(diào)節(jié)圈的位置通過(guò)閥體上部的螺孔來(lái)調(diào)節(jié)，螺孔用螺栓封住，螺塞具有伸出的端頭，使調(diào)節(jié)圈固定以防轉(zhuǎn)動(dòng)。（7） 波紋管和活塞背壓力對(duì)安全閥的排放能力、開(kāi)啟壓力有相當(dāng)大影響，為了保證安全閥能安全可靠地運(yùn)行于背壓力超過(guò)開(kāi)啟壓力10%的工況，在設(shè)計(jì)安全閥時(shí)，應(yīng)該考慮背壓的影響，在安全閥上加設(shè)一個(gè)能平衡背壓影響的裝置。平衡背壓的機(jī)構(gòu)常用的有波紋管式和活塞式兩種，另外還有通過(guò)導(dǎo)向閥來(lái)平衡背壓。（8） 提升裝置利用扳手強(qiáng)制開(kāi)啟裝置，可以使閥桿連同閥瓣一起稍微提起，使安全閥開(kāi)啟。按

24、照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，安全閥必須作定期的開(kāi)啟檢查，因工藝流程的原因而不允許的例外。對(duì)于后面這些場(chǎng)合，安全閥不帶強(qiáng)制開(kāi)啟裝置。強(qiáng)制開(kāi)啟裝置用來(lái)防止可能發(fā)生的閥瓣同閥座的焦結(jié)、凍結(jié)和粘著。強(qiáng)制開(kāi)啟裝置不應(yīng)在安全閥動(dòng)作時(shí)對(duì)閥瓣的運(yùn)動(dòng)造成阻力。第二節(jié)安全閥關(guān)閉件的結(jié)構(gòu)安全閥是鍋爐、壓力容器和壓力管道等承壓設(shè)備必備的安全裝置，早期的安全閥是杠桿式或靜重式安全閥，曾在低壓和小容量鍋爐上廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是笨重、占地面積大、性能差，后來(lái)出現(xiàn)了彈簧式安全閥，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用范圍廣、性能可靠。圖2-1是最常用的彈簧式安全閥典型結(jié)構(gòu)圖。一、關(guān)閉件結(jié)構(gòu)在彈簧式安全閥中影響動(dòng)作性能、排放能力的部件主要是彈簧、閥座和閥瓣。在

25、安全閥發(fā)展過(guò)程中，改進(jìn)的主要部件就是閥座和閥瓣的結(jié)構(gòu)，彈簧的制造工藝和材料的改進(jìn)以保證彈簧在超低溫或高溫的工況下的穩(wěn)定性。早期的安全閥主要是利用氣體的沖擊作用原理，關(guān)閉件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，它主要用于液體和氣體工作介質(zhì)，作為排量不大的泄放閥。圖2-2安全閥關(guān)閉件的結(jié)構(gòu)為了提升安全閥的排放能力，全啟式安全閥結(jié)構(gòu)的發(fā)展是按兩條途徑進(jìn)行的。（1）增加受介質(zhì)沖擊作用的閥瓣的有效面積，使之迅速開(kāi)啟。通過(guò)加大閥瓣直徑或在閥桿上裝設(shè)獨(dú)立的反沖盤(pán)作用，使安全閥開(kāi)啟時(shí)受介質(zhì)流束沖擊作用的面積增加了，達(dá)到閥門(mén)全開(kāi)啟。圖2-2表示為了增大開(kāi)啟高度而顯著加大了閥瓣的安全閥結(jié)構(gòu)；圖2-2所示的反沖盤(pán)結(jié)構(gòu)是活動(dòng)的，可以調(diào)節(jié)它在閥桿

26、上的位置。結(jié)構(gòu)改變使得流束能充分發(fā)揮作用，缺點(diǎn)是為使安全閥關(guān)閉，需要大大降低系統(tǒng)中的壓力，使彈簧力能夠克服作用在閥瓣反沖盤(pán)面積上增大了的介質(zhì)作用力，也意味著被保護(hù)系統(tǒng)中介質(zhì)的大量損失。（2）提高安全閥開(kāi)啟高度的第二種方法是利用流束對(duì)于閥瓣或反沖盤(pán)的反沖作用。圖2-2d表示利用力原理的關(guān)閉結(jié)構(gòu)，從閥座中噴出的流束借助于閥瓣導(dǎo)向襯套或調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)向與閥瓣開(kāi)啟相反的方向，同時(shí)沿開(kāi)啟方向產(chǎn)生反沖力。角度不同則反沖力不同，而利用調(diào)節(jié)圈可以改變氣體轉(zhuǎn)向的角度。在用于氣體和蒸汽的兩段作用全啟式安全閥中就利用了這個(gè)原理。兩段作用的彈簧全啟式安全閥，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分地利用了膨脹氣流的反沖作用力，從圖2-1中可以看

27、出其結(jié)構(gòu)的變化。這種安全閥帶有噴嘴型的閥座、閥座和瓣上都設(shè)置了調(diào)節(jié)圈、同閥座分開(kāi)的閥體和比進(jìn)口尺寸大的出口支管。為了達(dá)到高的開(kāi)啟高度，既利用了增加介質(zhì)沖擊作用面積的原理，又利用了噴出流束的反沖作用原理。在開(kāi)啟高度下，所通過(guò)的介質(zhì)排量是由閥座通道截面積改變決定，而不是由閥瓣打開(kāi)的環(huán)狀間隙截面積決定的。為達(dá)到理想的效果，全啟式安全閥的閥座和閥瓣組合件的設(shè)計(jì)采用了各種結(jié)構(gòu)型式，下面分別說(shuō)明各種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用組合。 圖2-3常用的閥座和閥瓣關(guān)閉的各種結(jié)構(gòu)式示意圖。閥座上有調(diào)節(jié)圈和閥瓣上都有調(diào)節(jié)圈；c 閥座上有調(diào)節(jié)圈，閥瓣外有固定的襯套，襯套具有在閥瓣開(kāi)啟一段后形成轉(zhuǎn)向槽的凸邊d-閥座上有一個(gè)調(diào)節(jié)圈，閥瓣上

28、有兩個(gè)調(diào)節(jié)圈；e閥瓣四周錐形罩；f閥座和閥瓣上都有調(diào)節(jié)圈，閥瓣上開(kāi)有小孔。這些小孔在閥瓣行程上是敞開(kāi)的圖2-3全啟式安全閥的閥座、閥瓣結(jié)構(gòu)型式示意圖圖2-3是常用的一種結(jié)構(gòu)，閥瓣設(shè)計(jì)成反沖盤(pán)，而閥座則設(shè)計(jì)成拉法爾噴管的流道形狀，為調(diào)整開(kāi)啟壓力和排放壓力，在閥座上設(shè)置了一個(gè)調(diào)節(jié)圈。采用這種結(jié)構(gòu)可以大致調(diào)整回座壓力和排放壓力。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。圖2-3是雙調(diào)節(jié)圈結(jié)構(gòu)，上調(diào)節(jié)圈用來(lái)調(diào)節(jié)全開(kāi)啟壓力（排放壓力），下調(diào)節(jié)圈用來(lái)調(diào)節(jié)回座壓力。可以比較精確調(diào)整回座壓力和排放壓力，適用于對(duì)超過(guò)壓力較小的工況，這種安全閥調(diào)試過(guò)程比較復(fù)雜，制造成本也相對(duì)提高。圖2-3所示的結(jié)構(gòu)是閥座上設(shè)置有調(diào)節(jié)圈，閥瓣沒(méi)有調(diào)

29、節(jié)圈和反沖盤(pán)，是利用導(dǎo)向套和開(kāi)啟的閥瓣形成一個(gè)反沖盤(pán)，這種結(jié)構(gòu)也可獲得較小的啟閉壓差。圖2-3所示的帶有三個(gè)調(diào)節(jié)圈的兩段作用全啟式安全閥的關(guān)閉件結(jié)構(gòu)，可以更精確地調(diào)節(jié)安全閥的動(dòng)作，以使安全閥在開(kāi)啟過(guò)程中的壓力升高更小。下調(diào)節(jié)圈在安全閥開(kāi)始開(kāi)啟時(shí)把流速反射到閥瓣上，幫助閥瓣開(kāi)啟；在安全閥進(jìn)一步升高時(shí)，上調(diào)節(jié)圈的凸邊形成轉(zhuǎn)向槽，從而提供保證迅速升高所必需的反沖力。在一個(gè)上調(diào)節(jié)圈上，沿圓周方向開(kāi)了一系列的小孔。另一個(gè)上調(diào)節(jié)圈就包圍在這些孔上。當(dāng)閥瓣在一定開(kāi)啟高度時(shí)，經(jīng)由這些小孔泄放介質(zhì)，從而保證更精確地調(diào)節(jié)安全閥的動(dòng)作。在另一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，類(lèi)似的泄放孔在閥瓣行程的某一段內(nèi)是敞開(kāi)著的，如圖2-3所示。

30、圖2-3所示的結(jié)構(gòu)比較特殊，沒(méi)有采用調(diào)節(jié)圈，而把閥瓣設(shè)計(jì)成一個(gè)錐形的反沖罩，其間壓力和排放壓力都是不可調(diào)的，這種結(jié)構(gòu)不太常用。圖2-4所示的現(xiàn)代全啟式安全閥具有用以開(kāi)啟和關(guān)閉的兩個(gè)調(diào)節(jié)圈1和2。噴嘴形閥座3保證在閥座最小通道截面內(nèi)氣體的高速度高流速。兩個(gè)調(diào)節(jié)圈彼此形成狹窄的間隙，把從閥瓣下噴出的氣體引向下方；同時(shí)，流速的反作用力作用在閥瓣上，從面增大了安全閥的開(kāi)啟高度。在這種結(jié)構(gòu)中有效地實(shí)現(xiàn)了閥座、閥體和容器法蘭的連接，因?yàn)樵谶@種情況下既達(dá)到了閥座、閥體和容器法蘭的連接，因?yàn)樵谶@安全閥還帶有用來(lái)強(qiáng)制開(kāi)啟進(jìn)行清理吹扣的扳手。圖2-4全啟式安全閥圖2-5是美國(guó)某公司生產(chǎn)的全啟式安全閥。主要用在動(dòng)力

31、設(shè)備和石油、化學(xué)及其他工業(yè)部門(mén)的容器上。由于流速的反作用力，閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)所需容器壓力的升高是不多的。矩形截面的強(qiáng)力彈簧保證了安全閥能及時(shí)而迅速地關(guān)閉。在圖2-5中可以看出，其閥瓣由閥瓣座和用耐腐蝕的硬質(zhì)材料制成的特殊的閥瓣頭組成。閥瓣頭與閥瓣座為非剛性連接，能自行定位。不受閥瓣座同閥痤之間可能發(fā)生的偏斜的影響，從而改善安全閥的密封性。閥桿同閥瓣通過(guò)鋼球或者借助于球面相連接，從而保證閥桿的對(duì)中，這種結(jié)構(gòu)也便于修理。圖2-6的安全閥結(jié)構(gòu)中，閥座做成與閥體分離的噴嘴形式。因?yàn)殚y體的變形不傳遞給閥座，所以閥座不受變形的影響。閥體與噴嘴之間的螺紋間隙的選擇應(yīng)使噴嘴能夠自由膨脹而不受閥體變形的影響。對(duì)于在高

32、溫高壓下使用的安全閥，采用“熱閥瓣”并將其嵌入到閥瓣座中。噴嘴和“熱閥瓣”尺寸和材料應(yīng)選配得當(dāng)，熱膨脹相同，不發(fā)生相對(duì)位移。閥瓣的導(dǎo)向套與閥體的連接是非剛性的，并且不接觸熱的或臟的介質(zhì)，從而使安全閥容易開(kāi)啟和回座。閥桿和閥瓣之間通過(guò)淬火鋼球來(lái)連接。能保證閥桿不受彈簧偏斜的影響而自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)中心，并且能防止閥瓣被卡住。安全閥的彈簧配置在閥體外面，不與工作介質(zhì)接觸，避免了彈簧受熱松弛而引起閥門(mén)提前排放。為了保護(hù)彈簧免受腐蝕，表面予以鍍鉻。為了減少侵蝕作用，閥座和閥瓣的外形也作了改進(jìn)，保證流速方向平行于閥座面。在安全閥中采取了把閥瓣中央做成凸起，在閥座出口截面的內(nèi)表面處做成傾角等措施。用于高溫條件時(shí)，閥

33、門(mén)采取使彈簧不致受熱的隔熱措施，帶有閥桿定心裝置，以保證閥瓣可以無(wú)阻礙地沿導(dǎo)向套內(nèi)孔運(yùn)動(dòng)。2關(guān)閉件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）反沖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)閥瓣開(kāi)啟高度為h.04do的全啟式安全閥被作為基本形式。為了保證全開(kāi)啟高度，利用了從閥瓣反沖盤(pán)噴出的膨脹氣流的反沖作用力。為此，在閥瓣反沖盤(pán)上預(yù)制了深度為的轉(zhuǎn)向凸邊。當(dāng)閥瓣全開(kāi)啟時(shí)，由導(dǎo)向套形成的附加凸邊使得轉(zhuǎn)向凸邊的總深度增加到。轉(zhuǎn)向凸邊把流速折轉(zhuǎn)到與開(kāi)啟方向相反的方向（見(jiàn)圖2-7）。圖2-5（美國(guó)某公司的）全啟式安全閥1熱閥瓣；2閥桿；3套盤(pán)；4圓盤(pán)；5腔室；6調(diào)節(jié)圈圖2-6熱閥瓣的全啟式安全閥a閥門(mén)開(kāi)啟到高度h=0.3do,=0.1 do,=0.2 do,b閥門(mén)開(kāi)啟

34、到高度h=0.4do,=h-1=0.3 do圖2-7全啟式安全閥的流道示意圖圖2-7表示了轉(zhuǎn)向凸邊的存在是怎樣影響從閥瓣反沖盤(pán)下噴出的流速的形狀的。圖2-7表示只有閥瓣反沖盤(pán)轉(zhuǎn)向凸邊對(duì)氣流起作用時(shí)的流速方向。而從圖2-7中可以看出，在一定的開(kāi)啟高度下，當(dāng)固定導(dǎo)向套形成的附加轉(zhuǎn)向凸邊開(kāi)始起作用時(shí)，流速發(fā)生了更大的偏轉(zhuǎn)。同時(shí)，作用在開(kāi)啟方向向上的反沖力增大。為了保證安全閥在標(biāo)準(zhǔn)允許的壓力升高和降低范圍內(nèi)開(kāi)啟與關(guān)閉，上述閥門(mén)結(jié)構(gòu)中取閥瓣反沖盤(pán)轉(zhuǎn)向凸邊的深度為0.2 do。設(shè)計(jì)固定導(dǎo)向套時(shí)，應(yīng)使其下端面離開(kāi)閥座密封面的高度1=0.1 do。這時(shí)=h-1。其他反沖盤(pán)的設(shè)計(jì)也可參考這個(gè)進(jìn)行，在設(shè)計(jì)完成后還

35、應(yīng)該通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證并修改。（2）閥座、閥瓣和導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)閥座最好設(shè)計(jì)成與閥體分開(kāi)的噴嘴型結(jié)構(gòu)，由于閥瓣開(kāi)啟高度較大，介質(zhì)出口亦較寬敞，這種結(jié)構(gòu)的排量系數(shù)可達(dá)0.80-0.95。閥門(mén)密封面做成平面的，以便于加工和修理。當(dāng)壓力為20.0MPa以下時(shí)，采用“金屬非金屬”密封的關(guān)閉件以便保證密封。壓力更高時(shí)則采用“金屬金屬”密封。若溫度超過(guò)230，也應(yīng)采用“金屬金屬”的密封。閥瓣的最重要的部位，是密封面和閥瓣運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的側(cè)表面。在杠桿重錘式安全閥和微啟式安全閥中，閥瓣通常具有沿閥座內(nèi)孔滑動(dòng)的下導(dǎo)向筋。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：1）閥座流通截面小。2）閥瓣和閥座的導(dǎo)向滑動(dòng)表面同工作介質(zhì)接觸，會(huì)發(fā)生腐蝕和污染，可能

36、導(dǎo)致閥瓣被卡住。所以，目前對(duì)于全啟式安全閥規(guī)定僅采用閥瓣上部導(dǎo)向。當(dāng)安全閥動(dòng)作時(shí)，閥瓣沿著圓柱形導(dǎo)向套運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向套工作表面的高度取為（11.5）d。閥瓣和導(dǎo)向套之間的徑向間隙對(duì)安全閥的動(dòng)作有很大影響。間隙小時(shí)，由于閥瓣受熱和氧化皮屑粒將間隙阻塞等原因，會(huì)造成閥瓣回座時(shí)不密封。為了防止閥瓣在導(dǎo)向套中被卡住，就必須按工作溫度的不同，在閥瓣和導(dǎo)向套之間確保一定的間隙。表2-6中提供了閥瓣與導(dǎo)向套之間配合間隙的推薦值。對(duì)于蒸汽鍋爐用安全閥，建議按閥瓣直徑的不同采用更大的徑向間隙。表2-7給出了閥瓣與導(dǎo)向套的徑向間隙。2-6閥瓣與導(dǎo)向套的配合公差介質(zhì)溫度 零 件材料和硬度公稱(chēng)尺寸徑DN（mm）50801

37、00150導(dǎo)向部分的間隙（mm）550閥 瓣2Cr13、330-370HB 0.50 0.550.60 0.70導(dǎo)向套2Cr13400-420HB600閥 瓣4Cr14Ni14W2MO1Cr18Ni9T0.65 0.80 1.10 1.40導(dǎo)向套4Cr14Ni14W2MO氮化處理表2-7閥瓣和導(dǎo)向套的徑向間隙閥瓣外徑 (mm)介質(zhì)溫度 300>300間隙 (mm)<400.350.4540600.500.6060800.550.65801000.700.801001200.901.001201401.101.201401601.301.40 第三節(jié) 安全閥密封一、安全閥密封結(jié)構(gòu)1.

38、密封結(jié)構(gòu)分類(lèi)為了提高安全閥的密封性能，各制造廠(chǎng)商依據(jù)使用情況設(shè)計(jì)了很多的密封面結(jié)構(gòu)，其分類(lèi)如下：（1） 按結(jié)構(gòu)型式分，如圖2-8所示，基本上可分為9種型式：a、 h平面密封；b、d錐形密封；c球形密封；f、g刀形密封；e、i帶彈性密封面的密封圖2-8密封面型式1）平面密封（見(jiàn)圖2-8a、h)目前應(yīng)用最廣泛的是“金屬對(duì)金屬”平面密封。平面密封在制造修理時(shí)比較簡(jiǎn)便，它不象錐形密封那樣要求閥瓣對(duì)閥座具有高度的同軸度。2）錐形密封（見(jiàn)圖2-8b、d）錐形密封用于壓力較高的場(chǎng)合，因?yàn)橹圃炀懿⒍押赣操|(zhì)合金情況下，能保證閥門(mén)開(kāi)啟的靈敏度高和動(dòng)作穩(wěn)定。通常在壓力低于10.0MPa的蒸汽鍋爐上，采用平面密封是

39、可靠的。壓力在10.0-16.0MPa的鍋爐用安全閥，則主要采用錐形密封。3）球形密封（見(jiàn)圖2-8c）球形密封也適用于高壓力的場(chǎng)合，性能類(lèi)似于錐形密封，是錐形密封的一種。4）刀形密封（見(jiàn)圖2-8f、g)刀形密封結(jié)構(gòu)與平面密封類(lèi)似，通常是刀形側(cè)為金屬，另一側(cè)密封面為非金屬的嵌入件，由于材料較軟，易于形成可靠的密封，加工也遠(yuǎn)比金屬對(duì)金屬的要求低。5）帶彈性密封面的密封（見(jiàn)圖2-8e、i)帶彈性密封面的密封結(jié)構(gòu)用于系統(tǒng)內(nèi)溫度與排放側(cè)溫度相差較大時(shí)，溫度的差異，閥座和閥瓣有可能發(fā)生熱變形，導(dǎo)致密封失效。而彈性密封結(jié)構(gòu)則能補(bǔ)償熱變形，達(dá)到有效的密封。（2）按閥瓣閥座密封副采用的材料組合分：1）金屬對(duì)金屬

40、，其中包括堆焊的硬質(zhì)合金（見(jiàn)圖2-8a、e）;2)金屬對(duì)非金屬（見(jiàn)圖2-8fl）;3） 非金屬對(duì)非金屬。2.密封面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則（1）安全閥的密封性在很大程度上決定于本身結(jié)構(gòu)的密封壓以及制造和裝配的精度。小口徑閥門(mén)密封較為困難，要求十分精確地裝配，否則就達(dá)不到密封。此外，就靈敏度條件來(lái)說(shuō)同樣也是不利的。安全閥口徑愈大，克服閥瓣開(kāi)啟時(shí)的磨擦所需要的力對(duì)壓緊閥瓣的力之比就愈小。由于閥體的出口其結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱(chēng)的，在受到閥瓣下方的介質(zhì)加熱時(shí)容易發(fā)生熱變形。閥體緊固在壓力容器上時(shí)容易引起機(jī)械變形。當(dāng)閥座同閥體做成一體時(shí)，這兩項(xiàng)變形直接傳遞給閥座密封面，引起密封面的變形。為了避免閥體變形，鑄件應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。

41、同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行清理屑粒，以防止密封面損壞。（2）具有可拆卸的噴嘴形閥座的安全閥結(jié)構(gòu)能防止閥體的變形傳給閥座，噴嘴的形狀為截頭圓錐體，因此強(qiáng)度很高。噴嘴的結(jié)構(gòu)又是對(duì)稱(chēng)的，它可以膨脹面不致引起密封面的變形。（3）在關(guān)閉件上嵌入某種適宜于密封的材料時(shí)，為了避免密封面上形成溝槽致?lián)p環(huán)，使用較硬材料密封面的寬度時(shí)，應(yīng)大于較軟材料的密封面寬度。（4）對(duì)于平面形式的密封結(jié)構(gòu)，密封面寬度應(yīng)做得盡可能小，以保證要求的密封程度。實(shí)際上密封面不是完全平的。它們不是在整個(gè)表面上，只是在一定的接觸帶上互相吻合。同密封力分布在整個(gè)密封面寬度上的情形相比較，接觸帶上的比壓要大得多。由于接觸帶的位置不同，同樣的重錘或彈簧外力作

42、用之下，安全閥卻可能在不同的壓力下開(kāi)啟。寬的密封面比起窄的密封面來(lái)，開(kāi)啟壓力對(duì)于計(jì)算值的偏差可能更大。盡量不應(yīng)采用寬密封面，因?yàn)檫@樣的安全閥開(kāi)啟時(shí)壓力可能大大地超過(guò)計(jì)算值。（5）為了避免閥桿偏心地壓在閥瓣上，閥桿與閥瓣間的連接應(yīng)當(dāng)經(jīng)一個(gè)淬火鋼球或?qū)㈤y桿端部加工成球形并淬火處理來(lái)實(shí)現(xiàn)，閥瓣與閥桿接觸的端部應(yīng)具有淬火鋼制的碗形襯墊。這種結(jié)構(gòu)保證了閥桿較好地對(duì)準(zhǔn)中心而不受彈簧偏斜的影響，同時(shí)防止了運(yùn)動(dòng)零件之間互相卡阻。（6）設(shè)計(jì)安全閥時(shí)，應(yīng)盡可能地使閥瓣承受彈簧力的著力點(diǎn)低于密封面，這樣不至于產(chǎn)生影響密封的側(cè)向力矩，否則彈簧力在密封面四周的分布可能不均勻。于是在比壓較小的部位密封性可能遭致破壞。（7

43、）閥瓣導(dǎo)向部分的長(zhǎng)度應(yīng)不小于直徑的80%，否則在開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)可能發(fā)生偏斜和卡住，致使安全閥關(guān)閉時(shí)可能不密封。為了避免閥瓣導(dǎo)向套中卡住，可對(duì)閥瓣導(dǎo)向套的表面進(jìn)行振動(dòng)滾壓，在導(dǎo)向表面上造成微觀(guān)起伏，以便儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑。（8）帶有噴嘴形閥座的全啟式安全閥，在閥瓣打開(kāi)的間隙處的流動(dòng)是平行于密封面的，其速度低于臨界速度。在這樣的條件下，密封面的侵蝕將小于微啟式安全閥。（9）帶彈性密封面的密封結(jié)構(gòu)用于閥座和閥瓣有可能發(fā)生熱變形的場(chǎng)合。當(dāng)高溫介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)溫度降低很多，即介質(zhì)具有焦耳湯普森應(yīng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種熱變形現(xiàn)象。例如，在氮?dú)夂退羝羞M(jìn)行的試驗(yàn)表明：同一個(gè)閥門(mén)對(duì)于氮?dú)饽軌驖M(mǎn)意地密封，但對(duì)于蒸汽即完全不能保證

44、密封，造成大的泄漏。其原因是：被節(jié)流的水蒸汽使密封面冷卻，在密封面材料中造成溫度梯度，從而引起了密封面的翹曲。節(jié)流時(shí)的冷卻程度取決于介質(zhì)的種類(lèi)及其初始參數(shù)。例如，對(duì)于飽和蒸汽，工作壓力為17.0MPa時(shí)溫度可能降低230，工作壓力為8.5MPa時(shí)溫度可能降低150。這將導(dǎo)致密封面的翹曲和侵蝕。高壓和高溫介質(zhì)的情況下，達(dá)到密封更加困難。為了達(dá)到密封的目的，應(yīng)該選擇堆焊熱膨脹系數(shù)較小的材料。為了克服在蒸汽中工作時(shí)密封面的熱變形，采用了如圖2-8e所示的所謂“熱閥瓣”的密封型式。在這種密封型式中彈性密封面結(jié)構(gòu)較薄，受熱均勻，故而熱變形亦較均勻。（10）安全閥的制造工藝必須保證閥座和閥瓣之間嚴(yán)格同軸以

45、及密封面之間嚴(yán)格平行。3新型密封結(jié)構(gòu)（1）帶金屬支承和彈性密封圈的密封結(jié)構(gòu)為保證開(kāi)啟壓力準(zhǔn)確，應(yīng)盡可能減小密封面寬度，即密封面寬度越窄越好，但從承受彈簧的擠壓力來(lái)看，密封面又應(yīng)當(dāng)做得寬一些，即越寬越好。兼顧兩個(gè)方面的要求。有了新的結(jié)構(gòu)形式。帶有刀形金屬密封面和彈性密封墊的安全閥只需要很小密封而比壓，只要求被保護(hù)系統(tǒng)中的壓力超過(guò)工作壓力很小的值。在這種情況下也保證了開(kāi)啟壓力的高度準(zhǔn)確。但是，刀形密封面應(yīng)是抗侵蝕和耐腐蝕的。如圖2-9這種形式的密封結(jié)構(gòu)，是最近才在安全閥中使用的，閥座1具有刀形密封圈2，閥瓣3帶有嵌入溝槽5并用墊圈6壓緊的非金屬密封圈4，壓緊的墊圈使非金屬圈產(chǎn)生變形。非金屬圈上方的

46、溝槽部分由孔道7同高壓腔連通。1閥座；2刀形密封圈；3閥瓣；4非金屬密封圈；5溝槽；6墊圈；7孔道；8二個(gè)金屬平面之間；9墊片圖2-9 帶金屬支承和彈性密封圈的密封結(jié)構(gòu)由于介質(zhì)壓力作用在圈上，從而建立起可靠的密封?？椎肋€用來(lái)在系統(tǒng)卸壓時(shí)從嵌圈空間排除介質(zhì)。閥瓣和閥座之間具有約0.3mm的間隙，間隙的大小可通過(guò)墊片9來(lái)調(diào)節(jié)。在這種關(guān)閉件中，密封建立在閥座凸起的密封圈與彈性圈之間，其次，在彈性圈變形之后，在閥座和閥瓣的金屬平面8之間也建立起密封。這種結(jié)構(gòu)的關(guān)閉件可以防止當(dāng)安全閥中無(wú)壓力時(shí)由于外力而使彈性密封圈遭致?lián)p壞。帶有彈性圈的密封結(jié)構(gòu)用來(lái)提高密封性，消除振動(dòng)，可用在寒冷和冰凍的條件下,可用在含

47、有堅(jiān)硬屑粒的介質(zhì)中,也可用在難于保持關(guān)閉件密封的情況下,并根據(jù)彈性圈的材料不同分別可達(dá)100230。（2）撓性閥瓣密封結(jié)構(gòu)這種密封結(jié)構(gòu)有一撓性閥瓣（見(jiàn)圖2-10），閥瓣同閥座的接觸面寬度隨著閥前壓力的減小而增大。圖2-10 撓性閥瓣的密封結(jié)構(gòu)在沒(méi)有介質(zhì)壓力時(shí)，由于閥瓣的撓性，接觸面積增大，能夠避免過(guò)大的接觸應(yīng)力；而在開(kāi)啟壓力下，接觸面積減小，從而保證了開(kāi)啟的穩(wěn)定性，閥座和閥瓣采用含18%鉻的特種鋼或特種銅制造。這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)溫度造成的閥瓣變形進(jìn)行有效的補(bǔ)償，可用于高溫或超低溫的工況。二、密封比壓計(jì)算1密封比壓的概念為了兩個(gè)平面之間可靠密封，需要一定的力來(lái)使這些平面的不平整處變形，

48、從而使兩平面相互之間在整圈圓周上連續(xù)接觸。在規(guī)定的工作條件和所采用的閥門(mén)關(guān)閉件結(jié)構(gòu)下，為建立密封而需要加于密封面的最小比壓，取決于密封面內(nèi)外的壓差，密封面的材料、質(zhì)量和寬度以及其他因素。對(duì)于容易變形的塑料材料，對(duì)密封面施加不太大的壓力就能造成較大的塑性變形。使兩個(gè)表面的不平整處相互吻合。金屬密封面由于本身硬度高，產(chǎn)生塑性變形需要很大的力。所以，為了避免對(duì)密封面施加過(guò)大的壓力，就應(yīng)采用精密加工，如磨削和研磨的方法，盡可能地磨平密封表面的微觀(guān)不平度以及消除不平面度。在工作壓力時(shí)，作用在密封面上的比壓大大低于鋼的屈服點(diǎn)。在安全閥中無(wú)介質(zhì)壓力時(shí)，全部彈簧力都作用在密封面上，此時(shí)的比壓可能超過(guò)材料的屈服

49、點(diǎn)，這就相當(dāng)于對(duì)密封面進(jìn)行了預(yù)壓制。應(yīng)考慮到在設(shè)備長(zhǎng)期停止運(yùn)行而安全閥中長(zhǎng)期無(wú)介質(zhì)壓力時(shí)，由于大的比壓作用的結(jié)果，可能使密封面損壞。除此之外，當(dāng)閥瓣相對(duì)于閥座的位置不固定而可能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，預(yù)先壓到屈服點(diǎn)就失去了意義。因此，在“金屬金屬”密封的安全閥中建立起絕對(duì)的密封，實(shí)際上是不可能的。只是應(yīng)當(dāng)力求使介質(zhì)的泄漏量盡可能地小。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于介質(zhì)作用在閥瓣周?chē)陌踩y來(lái)說(shuō)，解決這個(gè)總是要容易些。采用比鋼彈性大的材料，可以大大提高關(guān)閉件的密封性，因?yàn)閺椥圆牧显诒容^低的比壓下就開(kāi)始變形并填滿(mǎn)關(guān)閉件密封面之間的間隙。關(guān)閉件密封面的寬度決定了介質(zhì)通路的長(zhǎng)度。但是，隨著寬度的增加。介質(zhì)流動(dòng)的阻力以及由于微

50、觀(guān)不平度的變形面使介質(zhì)通路堵塞的可能性也增加了。介質(zhì)粘性也影響其泄漏量。粘性大的介質(zhì)比粘性小的介質(zhì)泄漏量小。氣體介質(zhì)和液體介質(zhì)相比較，其泄漏量的差值就更大。由于毛細(xì)管作用，密封面的浸潤(rùn)性也影響到介質(zhì)的泄漏量。因?yàn)橛椭拇嬖跁?huì)使表面的浸潤(rùn)性變差，所以，甚至很薄的油膜也會(huì)提高連接的密封性。保證關(guān)閉件的密封以及形成力的封閉鏈的各個(gè)零件并不是絕對(duì)剛性的，而是一定的彈性。因而在與介質(zhì)壓力有關(guān)的力作用下，這些零件的尺寸也會(huì)發(fā)生變化，這就引起了密封面上力的相互關(guān)系的變化。例如，安全閥中閥桿的拉伸可能引起關(guān)閉件的不密封或提前開(kāi)啟。建立關(guān)閉件密封的力的大小，受到裝置中從工作壓力P到閥門(mén)初始開(kāi)啟壓力Ps的壓力升高

51、范圍的限制。在規(guī)定的壓差范圍內(nèi)，應(yīng)達(dá)到安全閥關(guān)閉件的密封并保證閥瓣的全開(kāi)啟。當(dāng)不可能在規(guī)定的壓力升高范圍內(nèi)使閥門(mén)密封時(shí)，則需重新設(shè)計(jì)密封面的結(jié)構(gòu)。介質(zhì)作用在閥瓣下方的安全閥在關(guān)閉狀態(tài)下力的示意圖（見(jiàn)圖2-11）表明，作用在密封面上的比壓就是由于圖示的這些力而建立的。從內(nèi)部作用在閥瓣上的是介質(zhì)力與介質(zhì)在密封面的滲透和介質(zhì)壓力在密封面寬度上的分布有關(guān)。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的的研究表明，當(dāng)小的比壓作用在密封面上時(shí)（在安全閥中正是這樣情況），介質(zhì)壓力在密封面上實(shí)際上是符合三角形分布規(guī)律的?？梢哉J(rèn)為，從內(nèi)部作用的介質(zhì)壓力P是在直徑為dob（即密封面平均直徑）的面積上作用于閥瓣的。圖2-11 安全閥關(guān)閉時(shí)的受力示

52、意圖為建立密封所必需的最小密封力為：Fmin(dob)bqmin式中：qmin在安全閥關(guān)閉件中建立所要求的密封施加于密封面的最小比壓，MPa。建立關(guān)閉件的密封，必須使用F密Fmin 。在工作壓力時(shí)加于密封面的比壓q密為： (2-1)在通常情況下，安全閥的介質(zhì)壓力是分布在密封面產(chǎn)均直徑范圍內(nèi)的面積上。實(shí)際上卻可能有差別，密封表面狀況的不同，密封線(xiàn)的位置也可能不同，從而使壓力分布的面積有可能大于或小于平均直徑的面積。在前一種情況下，安全閥將開(kāi)啟得比計(jì)算得快一些。在后一種情況下，開(kāi)啟得遲一些，會(huì)使壓力超過(guò)允許值。在這種情況下，閥門(mén)特性曲線(xiàn)QPf(H)同樣會(huì)偏向使壓力升高。這時(shí)，微啟式安全閥在規(guī)定壓力下的排放能力可能大大降低。密封面愈寬，閥座直徑愈小，工作壓力愈高，由于密封線(xiàn)偏離平均直徑處面帶來(lái)危險(xiǎn)后果的可能性就愈大，后果也愈嚴(yán)重。由于介質(zhì)在密封面之間滲透的面積的外輪廓線(xiàn)的形狀較復(fù)雜，而密封表面本身又不是理想平面，所以作用在密封面上的實(shí)際比壓可能與計(jì)算值之間有很大偏差。因而，密封面比壓的數(shù)值是一個(gè)有條件的值，應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。2常規(guī)結(jié)構(gòu)密封比壓的計(jì)算 金屬對(duì)金屬密封比壓計(jì)算在圖2-12中給出了僅供參考的金屬對(duì)金屬的