第5章鍋爐安全附件

1、 安全閥 壓力表 水位計(jì) 水位警報(bào)器本章主要教學(xué)內(nèi)容第五章第五章 鍋爐安全附件鍋爐安全附件鍋爐安全附件鍋爐安全附件 通常把裝設(shè)在鍋爐汽水系統(tǒng)上的安全閥，壓力表、水位計(jì)稱為鍋爐三大安全附件，鍋爐運(yùn)行中保持它們的準(zhǔn)確、靈敏、可靠尤其十分重要。安全閥4安全閥的有關(guān)名詞術(shù)語 （1）工作壓力：括安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)、密封面間無介質(zhì)泄漏時(shí)的進(jìn)口壓力。 （2）始啟壓力：安全閥在運(yùn)行狀態(tài)下喪失密封性的瞬時(shí)進(jìn)口壓力，亦稱整定壓力 （3）開啟高度：指安全閡從關(guān)閉狀態(tài)到開啟狀態(tài)，閡芯在垂直方向上的行程。 （4）排放壓力；安全閥閥芯達(dá)到規(guī)定開啟高度時(shí)的進(jìn)口壓力。 （5）回座壓力：排放后安全閥關(guān)閉介質(zhì)停止流動時(shí)的進(jìn)口壓力

2、安全閥 （6）理論排量：指在理想狀態(tài)下(假定無阻力、介質(zhì)呈等熵流動時(shí))的計(jì)算排量計(jì)算理論排量時(shí)進(jìn)口壓力應(yīng)等于額定排放壓力。 （7）額定排量：安全閥在額定誹放壓力下必須達(dá)到的排量。 （8）額定排量系數(shù)：指安全閥額定排量與理論排量的比值。 （9）喉徑：指安全閥閥座通道最小斷面處的直徑。安全閥4安全閥的作用 安全閥是用來確保鍋爐設(shè)備在不超過其規(guī)定的蒸汽壓力下工作，以免因汽壓過高而發(fā)生爆炸事故的一種保護(hù)性自動閥門。在鍋爐工作過程中，當(dāng)其工作壓力達(dá)到預(yù)定限值時(shí)，安全閥會自動開啟，向外排放介質(zhì)限制壓力繼續(xù)升高；而當(dāng)因介質(zhì)排放使壓力下降到額定值時(shí)，它又能自動關(guān)閉并恢復(fù)密封。這樣，只要安全閥選配得當(dāng)，起閉靈敏

3、，就可以保證鍋爐始終處于正常壓力下安全運(yùn)行。安全閥4安全閥的動作過程 在由閥座和閥芯(也稱閥瓣)組成的密封結(jié)構(gòu)中，當(dāng)接觸面達(dá)到一定的平整度和光潔度時(shí)，若預(yù)加在閥芯上部的力F1大于由受壓腔介質(zhì)造成的力F2時(shí)，則產(chǎn)生密封作用，密封力為F1F2的差值。當(dāng)介質(zhì)壓力升高時(shí)，F(xiàn)2隨之增大，而F1是定值，因此密封力減小。當(dāng)介質(zhì)壓力升至某一數(shù)值時(shí)，閥門就不能保持密封，介質(zhì)開始泄漏；如果壓力繼續(xù)升高，介質(zhì)將連續(xù)外泄，密封面脫離接觸且閥芯抬高至規(guī)定高度，介質(zhì)大量排出。當(dāng)由于介質(zhì)排放使受壓腔壓力迅速降至規(guī)定值時(shí)，閥芯又重新關(guān)閉并恢復(fù)密封。安全閥的常見密封結(jié)構(gòu)示意 安全閥4安全閥的種類 及其結(jié)構(gòu) （1）杠桿式安全閥杠

4、桿式安全閥結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由閥座、閥芯、杠桿和重錘等部分構(gòu)成。 杠桿式安全閥的結(jié)構(gòu) 安全閥 杠桿式安全閥是通過杠桿使預(yù)加載荷作用在閥芯上，用重錘所產(chǎn)生的重力矩來平衡介質(zhì)壓力所產(chǎn)生的托力矩。當(dāng)重力矩大于托力矩時(shí)，閥芯緊壓在閥座上，安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)，鍋爐保持在允許工作壓力下運(yùn)行；當(dāng)鍋爐汽壓升高超過其規(guī)定值(也就是達(dá)到安全閥開啟壓力值)時(shí)，重力矩小于托力矩，閥門開啟排放泄壓。待汽壓降至不足以頂起閥芯時(shí)，則重錘的作用力又使安全閥關(guān)閉。 安全閥 這種安全閥始啟壓力的調(diào)整既可通過改變重錘重量來達(dá)到，也可通過改變重錘與杠桿支點(diǎn)之間的距離來實(shí)現(xiàn)。 杠桿式安全閥結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，工作可靠。但由于其閥桿載荷

5、一般不超過7350N，重錘重量不超過735N，因此，這種安全閥主要應(yīng)用于中低壓鍋爐。安全閥（2）彈簧式安全閥 普通彈簧式安全閥如圖所示，主要由閥座、閥芯、彈簧、調(diào)整螺釘及手動扳手等組成。安全閥 彈簧式安全閥是利用被預(yù)先壓縮了的彈簧所產(chǎn)生的彈性力來平衡介質(zhì)壓力作用于閥芯下部的托力。當(dāng)介質(zhì)壓力作用于閥芯下部的托力大于彈簧作用于閥芯上郡的壓力時(shí)，彈簧被進(jìn)一步壓縮，閥芯被頂起排放泄壓；當(dāng)托力小于彈簧壓力時(shí)，閥芯被壓緊于閥座上使閥門關(guān)閉。安全閥 根據(jù)虎克定律，在彈性限度內(nèi)，彈性力的大小是與彈簧離開其平衡位置的距離(也就是彈簧被拉伸或壓縮的長度)成正比的。彈簧式安全閥始啟壓力的調(diào)整一般是通過擰緊或放松安全

6、閥上的調(diào)整螺絲從而改變彈簧的預(yù)變形量實(shí)現(xiàn)的。安全閥 彈簧式安全閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、啟閉動作可靠、對振動不敏感等優(yōu)點(diǎn)，可用于固定或移動設(shè)備上，安裝位置也不受限制。缺點(diǎn)是作用在閥芯上的彈性力隨開啟高度而變化，因而阻礙閥芯迅速達(dá)到開啟高度，彈簧式安全閥對彈簧的性能要求很嚴(yán)，所以制造也較困難，由于長期處于高溫下彈簧的性能將發(fā)生變化，所以它不適用于過高溫度的場合 安全閥 現(xiàn)代大容量高壓鍋爐上使用的是一種可以用壓縮空氣控制的活塞式盤形彈簧安全閥，其結(jié)構(gòu)見右圖。當(dāng)切斷壓縮空氣氣源時(shí)，這種安全閥與前述的普通彈簧式安全閥的工作原理是一樣的，其盤形彈簧的壓力也可通過調(diào)整螺釘來進(jìn)行調(diào)整。壓縮空氣的切斷和

7、接通是由壓力繼電器來控制的。 特點(diǎn)是：啟閉迅速，密封性能好！安全閥 當(dāng)接通氣源時(shí)，壓縮空氣通入活塞上部，在閥芯上附加了一個(gè)向下的作用力，使之嚴(yán)密關(guān)閉。如果氣壓升高超過規(guī)定值，則壓力繼電器動作，切斷活塞上部的壓縮空氣，同時(shí)接通活塞下部的壓縮空氣，由于活塞面積大大超過閥芯的面積，故能產(chǎn)生相當(dāng)大的作用力將閥芯提起，使蒸汽迅速排出。氣壓恢復(fù)后，壓力繼電器又自動切換活塞上下部的壓縮空氣，在壓縮空氣附加力的作用下，可以使安全閥迅速回座關(guān)閉。由于利用了附加的壓縮空氣壓力，因而改善了安全閥的密封性能，減少了泄漏，延長了使用壽命，提高了安全閥啟閉的靈敏度安全閥 （3）脈沖式安全閥 右圖是脈沖式安全閥的工作原理示

8、意圖脈沖式安全閥由活塞式安全閥(主閥)和脈沖系統(tǒng)組成，脈沖系統(tǒng)包括脈沖閥(副閥)、脈沖管路及電磁裝置等。安全閥 在正常情況下，主安全閥的閥芯2被高壓蒸汽壓緊，處于關(guān)閉狀態(tài)（密封可靠）當(dāng)汽壓超過規(guī)定值使脈沖式安全閥動作時(shí)，是利用脈沖閥1來打開主安全閥，即脈沖閥在蒸汽壓力或電磁裝置的作用下先動作，排出少量蒸汽，形成壓力脈沖。脈沖閥排出的蒸汽經(jīng)脈沖導(dǎo)管5引到主安全閥活塞3的上部，由于活塞的受壓面積大于閥芯的受壓面積，可以同時(shí)克服蒸汽和彈簧的作用力，將主安全閥打開迅速排出蒸汽。當(dāng)汽壓降低到一定數(shù)值后，脈沖閥關(guān)閉，主安全閥活塞上部的壓力因氣源被切斷而消失，因此主安全閥在下部蒸汽壓力的作用下迅速關(guān)閉 。安

9、全閥 主安全閥一般都采用活塞式結(jié)構(gòu)，其中彈簧的作用是幫助閥芯與閥座的接合面貼緊，但主要還是依靠蒸汽的壓力使閥芯壓向閥座活塞式主安全閥的優(yōu)點(diǎn)是排量大，密封性好，動作靈敏，可以遠(yuǎn)距離控制。脈沖式安全閥也廣泛用于高壓大容量鍋爐中。安全閥4安全閥的始啟壓力調(diào)整安全閥 按低開啟壓力調(diào)整的安全閥稱為控制安全閥，按高開啟壓力調(diào)整的安全閥稱為工作安全閥。運(yùn)行中壓力超過規(guī)定值時(shí)，控制安全閥首先開啟放汽，如果汽壓恢復(fù)正常，工作安全閥就不需要動作。如果控制安全閥開啟后，壓力還繼續(xù)上升，工作安全閥也將開啟放汽，以控制壓力。安全閥4安全閥的排汽量 安全閥的排汽量是這樣規(guī)定的：全部安全閥排汽量的總和必須大于鍋?zhàn)o(hù)的最大連續(xù)

10、蒸發(fā)量。當(dāng)所有安全閥都開啟后，鍋爐蒸汽壓力上升幅度，不得超過工作安全閥始起壓力的3，且不得使鍋爐各部的壓力超過計(jì)算工作壓力的8。壓力表4壓力表的作用 壓力表是一種測量壓力大小的儀表，用來測量鍋爐內(nèi)介質(zhì)實(shí)際壓力值。運(yùn)行人員根據(jù)壓力表的指標(biāo)數(shù)值來調(diào)節(jié)燃燒，以適應(yīng)負(fù)荷的變化，將鍋爐壓力控制在允許的范圍內(nèi)。壓力表是鍋爐上不可缺少的安全附件。壓力表4彈簧管式壓力表的結(jié)構(gòu) 鍋爐上最常用的壓力表是彈簧管式壓力表，它由表盤、彈簧彎管、連桿扇表齒輪、小齒輪中心軸、指劊等零件組成，如圖所示。彈簧管是由金屬管制成，管子截面呈橢圓形，它的一端固定在支承座上，并與管接頭相通另一端是封閉的自由端，與連桿連接。連桿的另一端

11、連接扇形齒輪，扇形齒輪又與中心軸k的小齒輪相連接。壓力表的指針同定在中心軸、彈簧管式壓力表的結(jié)構(gòu)壓力表 當(dāng)被測介質(zhì)的壓力作用于彈簧管的內(nèi)壁時(shí)，彈簧管截面就有膨脹成圓形的趨勢，從而由固定端開始逐漸向外伸張，也就是使自由端向外移動。經(jīng)過連桿帶動扇形齒輪與小齒輪轉(zhuǎn)動，指針向順時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這時(shí)指針在壓力表表盤上指示的刻度值，就是鍋爐內(nèi)的壓力值。鍋爐壓力越大，指針偏轉(zhuǎn)角度也越大。當(dāng)壓力降低時(shí)，彈簧彎管欲恢復(fù)原狀，通過游絲牽制，指針返回到相應(yīng)的位置。當(dāng)壓力消失，彈簧彎恢復(fù)到原來的形狀，指針也就回到零位。 單圈彈簧管原理壓力表4壓力表和鍋簡或集箱之間，必須裝有存水彎管，使蒸汽在存水彎管中凝結(jié)形成水

12、封阻止蒸汽直接進(jìn)入壓力表內(nèi)，以免產(chǎn)生溫度誤差。 在壓力表和存水彎管之間應(yīng)裝有三通旋塞，以便吹洗存水彎管、及時(shí)校驗(yàn)和更換損壞的壓力表。水位計(jì)4水位監(jiān)測與水位計(jì) （1）鍋爐運(yùn)行中水位監(jiān)測的必要性 在鍋爐運(yùn)行過程中，準(zhǔn)確地的測量和控制水位是確保蒸汽鍋爐安全運(yùn)行的主要措施之一。 水位過高，影響汽水分離效果，蒸汽帶水量增加，會造成一系列嚴(yán)重后果； 水位過低，容易造成下降管帶汽。會危及正常的鍋爐水循環(huán)。 水位計(jì) （2）水位計(jì)及其分類 水位計(jì)是顯示液位的測量儀表，用來指示鍋爐內(nèi)水位的高低，水位計(jì)是蒸汽鍋爐的主要安全附件之一。 水位計(jì)分為液面水位計(jì)和遠(yuǎn)距離水位計(jì)兩大類 水位計(jì)4液面水位計(jì) （1）工作原理 液面

13、水位計(jì)又稱直讀式水位計(jì)它是根據(jù)連通器內(nèi)如果存放比重相同的同種介質(zhì)，則各部位液位相等的原理設(shè)計(jì)的。水位計(jì)同鍋筒之間分別由汽、水管相連，組成一個(gè)連通器，所以液面水位計(jì)指示的水位即為鍋筒內(nèi)的水位。 水位計(jì) （2）種類及結(jié)構(gòu) 鍋爐上所使用的液面水位計(jì)有玻璃管水位計(jì)、玻璃板水位計(jì)、雙色水位計(jì)等。 玻璃管水位計(jì) 玻璃管式水位計(jì)主要由玻璃管、汽旋塞、水旋塞、放水旋塞等構(gòu)件組成，如圖所示。適用于工作壓力不超過1.6MPa的小型鍋爐玻璃管水位計(jì)水位計(jì) 玻璃板水位計(jì) 結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由汽旋塞、水旋塞、排污閥、水位計(jì)表殼及平板玻璃等構(gòu)成。位計(jì)表殼根據(jù)工作壓力不同可用鑄鐵、鑄鋼；球墨鑄鐵制成，平板玻璃為耐熱玻璃。平

14、板玻璃顯示水位的位置開有溝槽，使用中由于光線在溝槽中的折射，造成有水部分發(fā)暗，蒸汽部分發(fā)白，上下色差較大，易于觀察水位。平板玻璃嵌在表殼中，用石棉橡膠板做襯墊，然后用排列成單行或雙行的螺栓加以固定，使玻璃板與表殼間均勻受力，接觸嚴(yán)密。 只在前面嵌一塊玻璃板的，稱“單面玻璃板水位計(jì)”；前后均嵌玻璃板的，稱為“雙面玻璃板水位計(jì)”。 玻璃板水位計(jì)水位計(jì) 雙色水位計(jì) 雙色水位計(jì)是利用光學(xué)原理設(shè)計(jì)的一種特殊的玻璃板水位計(jì)。它通過光的反射或透射作用，使水位計(jì)中無色的水和汽分別以不同的顏色顯示，汽水分界面清晰醒目，當(dāng)與彩色工業(yè)電視配套使用時(shí)，可遠(yuǎn)距離傳送水位圖象。它不僅被廣泛用于低、中、高壓鍋爐，還能滿足超

15、高壓和亞臨介壓力鍋爐水位的監(jiān)視。 水位計(jì)光線經(jīng)過三棱鏡后向底面偏折全反射棱鏡水位計(jì)透射式雙色水位計(jì)的光路圖（a）無水部位光路 （b ）有水部位光路 透射式雙色水位計(jì) 圖是透射式雙色水位計(jì)的橫剖面視圖。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，構(gòu)成水位計(jì)腔體部分的兩塊平板玻璃是按一定角度傾斜放置的，故腔體呈“V”形?！癡”形腔體的前側(cè)是觀察孔，觀察孔處設(shè)有柱面顯示屏；“V”形腔體的后側(cè)依次設(shè)有紅、綠光入射孔，凸柱面透鏡，紅、綠玻璃，光源和反光鏡。光源由3個(gè)燈泡組成，燈泡的位置是可以調(diào)整的。紅、綠玻璃固定在一個(gè)支架上，其位置也可調(diào)整水位計(jì) 圖（a）示出了水位計(jì)內(nèi)無水時(shí)的光路。當(dāng)水位計(jì)處于無水狀態(tài)時(shí)，我們可以通過調(diào)節(jié)光源燈泡和

16、紅綠玻璃的位置使紅光從觀察孔中射出，綠光照到觀察孔一側(cè)的壁上。這時(shí)從顯示屏上只能觀察到顯示汽位的紅光，看不到顯示水位的綠光。 圖（b）是水位計(jì)內(nèi)有水部位的光路。在此種情況下，紅、綠光在通過腔體后，相對無水時(shí)皆向上偏折一個(gè)角度，這時(shí)紅光照射到側(cè)壁上，而綠光從觀察孔射出，故從顯示屏上觀察到的是顯示水位的綠色。 如果水位計(jì)腔體內(nèi)水位發(fā)生變化，則從顯示屏觀察到的顯示水、汽位的綠、紅顏色也同步變化 水位計(jì) 反透射式雙色水位計(jì) 其結(jié)構(gòu)如圖所示。與普通玻璃板水位計(jì)基本相似，也是由兩塊平行玻璃板安裝而成不同的是，這種雙色水位計(jì)靠近觀察孔的那個(gè)玻璃板內(nèi)側(cè)面有一個(gè)三角形長溝槽在三角形溝槽大斜面對面(水位計(jì)側(cè)面)設(shè)

17、置了紅色光源，形成顯示汽位的反射光路反透射式雙色水位計(jì)橫剖面圖(a) 無水部位光路 (b) 有水部位光路水位計(jì) 如圖（a）所示，在水位計(jì)腔體無水部位，三角形溝槽的大斜面是一個(gè)全反射面。從側(cè)面照射過來的紅色光線照射到全反射面上時(shí)，被從觀察孔中反射出來。由于被反射的紅光不經(jīng)過內(nèi)腔，光程較短，故反射光的視察效果好從水位計(jì)后部射入的綠光，經(jīng)過腔體被棱鏡折射偏向一側(cè)，不能從觀察孔中射出，故從觀察孔中看到酌僅是顯示汽位的紅光。 如圖（b）所示，在水位計(jì)腔體內(nèi)有水部位，溝槽玻璃斜面的全反射現(xiàn)象消失。顯示汽位的紅光不再從觀察孔中射出由于水的折射率大于汽的折射率，綠光偏折的角度要明顯小于無水部位的偏折角度，此時(shí)

18、由后部射入的綠光不再向側(cè)壁偏折，而從觀察孔中射出。故從觀察孔中觀察到的是顯示水位的綠光。 如果水位計(jì)腔體內(nèi)水位變化，從觀察孔觀察到的顯示水、汽位的綠、紅顏色也同步變化。水位計(jì)4遠(yuǎn)距離水位計(jì) （1）液柱差壓式低地位水位計(jì) 液柱差壓式低地位水位計(jì)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)水位轉(zhuǎn)換器和差壓計(jì)的組合，其工作原理是先通過冷凝器將水位轉(zhuǎn)換成壓差，然后用平衡這一壓差的重液或輕液的U型管液位差來加以顯示。利用這一原理制成的水位計(jì)有重液式和輕液式兩種。液柱差壓式低地位水位計(jì)水位計(jì) （2）電接點(diǎn)水位計(jì) 其裝置情況和工作 原理如圖所示。它 由水位發(fā)送器（旁 通容器）、電 極 顯示器及測量線路等幾部分組成。其水位發(fā)送器與鍋筒組成連

19、通器，在水位發(fā)送器的一側(cè)，沿高度方間裝了一組電接點(diǎn)，水位發(fā)送器為上述各接點(diǎn)共用的一個(gè)電極，另一個(gè)電極由不銹鋼電極頭構(gòu)成，且用耐高溫絕緣材料與水位發(fā)送器隔絕。水位警報(bào)器4浮筒式高低水位警報(bào)器 如圖所示，它是由特制的殼體、高水浮筒，低水浮筒，連桿、針形閥及汽笛等組成。水位警報(bào)器通過汽水兩個(gè)法蘭分別接入鍋筒汽水空間。根據(jù)連通器原理，警報(bào)器殼體內(nèi)水位與鍋筒內(nèi)水位是一致的。當(dāng)鍋筒內(nèi)水位正常時(shí)，低水浮簡浸在水中，由于水對浮筒的浮力作用，通過連桿、小杠桿與支點(diǎn)傳遞，左側(cè)針形閥處于關(guān)閉狀態(tài)；高水浮筒浮于水面上，由于小杠桿本身力矩作用，使右側(cè)針形閥也處于關(guān)閉狀態(tài)，高低水位警笛均無音響。浮筒式高低水位警報(bào)器水位警

20、報(bào)器 水位升高時(shí)，高水浮筒也隨著升高，當(dāng)浮筒連桿上擋鐵隨著高水浮筒升高碰到右側(cè)小杠桿時(shí)，因浮力作用使右側(cè)小杠桿上抬，針形閥開啟，蒸汽沖出吹響高水位汽笛，發(fā)出高水位警報(bào)；水位降低時(shí)，高水浮筒與低水浮筒相碰，使低水浮筒、高水浮筒及連桿的重量，超過水對它們的浮力，則通過連桿作用，將左側(cè)小杠桿向下拉，針形閥開啟，吹響低水位汽笛，發(fā)出低水位警報(bào)。高低水位警報(bào)器的兩個(gè)汽笛聲響不同，運(yùn)行人員可根據(jù)聲響判斷缺水或滿水，迅速采取相應(yīng)措施。水位警報(bào)器4電極式高低水位警報(bào)器 其工作原理和電極式水位計(jì)相同，也是利用飽和蒸汽與爐水的導(dǎo)電性能不同來監(jiān)測水位。爐水的導(dǎo)電性比飽和蒸汽好得多，因而可將蒸汽看成絕緣體，把爐水看成

21、導(dǎo)體。當(dāng)鍋簡中水位變化時(shí)，測量筒中水位也隨之變化，當(dāng)水位上升或下降至給定值時(shí)，電極與鍋水接觸或斷開，使控制回路中的電流導(dǎo)通或切斷，發(fā)出相應(yīng)的聲光警報(bào)。電極式高低水位警報(bào)器 本章復(fù)習(xí)思考題4安全閥的作用是什么？以彈簧式安全閥為例說明安全閥動作原理。4對安全閥的排汽量應(yīng)有何要求？為什么？4鍋爐運(yùn)行過程中為什么要進(jìn)行水位監(jiān)測和控制？4在有過熱器的鍋爐上，規(guī)定按低開啟壓力調(diào)整的安全閥必須安裝在過熱器的出口集箱上，試說明作此規(guī)定的道理。4說明壓力表必須通過存水彎管連接到鍋筒或集箱上的原因。本課程教學(xué)內(nèi)容已全部完成 謝謝大家！題型舉例題型舉例一判斷正誤（對打一判斷正誤（對打“ ”、錯打、錯打“”。本大題共。本大題共2525小題，小題，每小題每小題1 1分，共分，共2525分）分） 1.1.