安全安全安全閥的設(shè)計

1、設(shè)計依據(jù)、原則和安全要求第一節(jié) 設(shè)計依據(jù) 設(shè)計標準 安全閥相關(guān)標準是安全閥設(shè)計的基本依據(jù)。國標中安全閥的設(shè)計要求如下： 1 安全閥適用于清潔、不含固體顆粒、粘度低的介質(zhì)。 2 安全閥不能單獨用于壓力快速增長的場合。 3 安全閥不宜單獨用于閥座與閥瓣密封面可能被介質(zhì)粘連或介質(zhì)可能生成晶 體的場合，但可以將爆破片安全裝置串聯(lián)在安全閥入口側(cè)組合使用。 4 安全閥的型式通常采用彈簧直接載荷式安全閥，閥型有全啟式和微啟式。 全啟式安全閥適用于泄放體、蒸汽及液化氣介質(zhì)，微啟式安全閥一般適用于泄放液體介質(zhì)。 5 用于液體的安全閥公稱通徑至少為15mm。 6 安全閥整定壓力偏差不應(yīng)超過3%整定壓力的較大值。裝

2、有安全閥時，容器的設(shè)計壓力按以下步驟確定：(a)根據(jù)容器的工作壓力pw，確定安全閥的整定壓力pz ，一般取pz=（） pw；當pz 時，可適當提高pz 相對于pw 的比值； (b)取容器的設(shè)計壓力p 等于或稍大于整定壓力pz，即 ppz。安全閥相關(guān)技術(shù)要求應(yīng)符合GB/T 12241（GB 2010）。在表2-1 中列出了國內(nèi)和國外相關(guān)的安全閥標準。表1-1 安全閥的相關(guān)標準序號代號名稱1GB/T12241 閥門設(shè)計一般要求 2GB/T12242壓力釋放裝置 性能試驗規(guī)范3GB/T12243彈簧直接載荷式安全閥4JB/T9624電站安全閥 技術(shù)條件5JB/T6441壓縮機用安全閥6ISO4213

3、-1安全閥 第一部分 一般要求7ISO4216-2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 動力鍋爐9ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范 核動力設(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12TRD421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 安全閥及安全閥彈簧15JIS B8210第四部分 安全閥及安全閥彈簧16API RP520 I煉廠中壓力泄放裝置的設(shè)計計算、選用和安裝設(shè)計計算和選用17PAI RP50 II煉廠中壓力泄放裝置的設(shè)計計算、選用和安裝-安裝18API RP

4、526鋼制法蘭連接安全泄壓閥19API RP527泄壓閥的閥座密封 二 動作性能指標(1)用于氣體介質(zhì)安全閥見表2-2注：下表中: ps-整定壓力；p-工作壓力；do-流道直徑表2-2 用于氣體介質(zhì)安全閥動作性能指標 ： 標準 項目 GB/T12243ISO04126ASME標準第卷壓力容器JIS B8210 排放壓力Pd啟閉壓差Pb1PsPb1Pb1Pb1 PsPb1Ps時，Pb115%Ps15%ps15%ps整定壓力的允許偏差psPs psPspsPspsPsps70%ps2%ps3%ps 70%ps3%ps15%ps 第二節(jié) 設(shè)計原則 1 基本原則（1）設(shè)計的產(chǎn)品必須滿足用戶實際使用的所

5、有要求。（2）保證實際使用的前提下，所設(shè)計的產(chǎn)品應(yīng)是最經(jīng)濟的（如選型、用材等方面）。（3）如何使安全閥的綜合性能達到標準是設(shè)計人員的首先原則。（4）盡可能多地對設(shè)計產(chǎn)品作型式試驗，以獲取性能參數(shù)作為設(shè)計依據(jù)。（5）正確設(shè)計彈簧的剛度，以便內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)的匹配更合理，設(shè)計的產(chǎn)品便于裝拆和維修。（6）有較長的使用壽命（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，設(shè)計人員借助于冷態(tài)試驗的手段，對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)計人員又不可能在各種介質(zhì)的工況條件下作性能試驗，這就使得安全閥的

6、設(shè)計不能照搬哪種成熟產(chǎn)品模式，而是要根據(jù)不同介質(zhì)的實際使用狀況，設(shè)計出彈簧剛度適當，內(nèi)件結(jié)構(gòu)合理的產(chǎn)品，當然，安全閥設(shè)計原則最終是要讓用戶得到滿意的產(chǎn)品。但設(shè)計好產(chǎn)品的捷徑，主要還是來自現(xiàn)場實踐經(jīng)驗的積累。2結(jié)構(gòu)設(shè)計原則（1）閥體 安全閥是通過閥體使零件相互連接成為一個完整的產(chǎn)品。安全閥通過閥體的法蘭或螺紋管接頭或焊接連接在系統(tǒng)上的。閥體承受著被保護系統(tǒng)的壓力作用，所以閥體應(yīng)有足夠的強度和密封性，不允許出現(xiàn)變形或泄漏。 1) 閥體材料的選擇通常按溫度、壓力和介質(zhì)的腐蝕性來定。具體情況將在下一節(jié)做專門介紹，此處不再復(fù)述。 2) 安全閥排放時，介質(zhì)通過閥體泄放至安全的地方，所以要求通道部分的尺寸和

7、形狀應(yīng)保證其流體阻力最小。 3) 閥體的進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的反作用力，閥體應(yīng)有足夠的強度和剛度。 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)流動暢通，不僅在閥座通道中，在閥瓣打開的環(huán)狀間隙處沒有渦流現(xiàn)象。閥體和出口支管的通道截面積為。由于排放能力高，安全閥的閥座通道截面積較小，使安全閥易于密封。（2）閥座閥座設(shè)計成可拆卸的結(jié)構(gòu)形式，閥座通道設(shè)計成拉法爾噴嘴的光滑低阻力形狀。噴嘴式安全閥能在長期使用中保持高度密封，減少閥座和閥瓣密封面的機械變形、熱變形和侵蝕。閥座的熱變形是介質(zhì)對于非對稱閥體的作用引起的，而閥座的機械變形則可能在把閥

8、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)計時應(yīng)進行強度校核，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)設(shè)計成圓滑過渡，閥座一般不宜采用鑄件，應(yīng)采用棒料和鍛件加工，并需進行強度試驗。(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，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理與否，直接影響到安全閥的密封性能。閥瓣的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)安全閥要達到的密封性能指標、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)特性等諸多因素來考慮的。閥瓣的材料選用和閥座相比，應(yīng)相同或更好一點，對美標安全閥來說，采用較多的是420、304

9、 和316L，當然，在所有腐蝕性強的地方，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閥桿傳遞給閥瓣，形成初始密封。當安全閥動作時，閥桿沿著彈簧上下面的彈簧座移動，因此閥桿的作用很重要。 1) 閥桿力不是通過鋼球傳遞給閥瓣時，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選取。當作用力小于6000N 時，r= 就夠了；作用力達1800N 時，r=4mm。球面半徑也可按安全閥口徑來選取，即r=（）d0。 2)加于閥桿的載荷超過1000N 時，閥桿端部用2Cr13 鋼制造，其硬度經(jīng)熱處理4043HRC?；蛟诙瞬慷押赣操|(zhì)合金，硬度不低于4548HR

10、C。（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)計成功與否決定了安全閥的最終性能是否達到設(shè)計要求和使用要求。彈簧在安全閥里的工作原理比較簡單，它通過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)計制造安全閥彈簧時，應(yīng)將彈簧的端部磨平，支撐面至少大于3/4 圈。并且應(yīng)滿足平行度和垂直度的要求。 3)為了防止彈簧松馳，在計算時取較低的許用應(yīng)力值，制造時進行強化處理。 4)石油化學(xué)工業(yè)中應(yīng)十分注意彈簧的抗腐蝕保護，在同某些介質(zhì)接觸時會使彈簧圓鋼變細和出現(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

11、采用包保護層、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。利用調(diào)節(jié)圈對排放壓力、回座壓力進行調(diào)整，這個調(diào)整由制造廠商根據(jù)需要來確定，用戶在使用過程中不得隨意調(diào)整調(diào)節(jié)圈的位置，它決定著安全閥的動作性能。調(diào)節(jié)圈的位置較高時，安全閥開啟壓力就降低，同時關(guān)閉壓力也降低。通常下調(diào)節(jié)圈安裝在閥座的上部，上調(diào)節(jié)圈安裝在反沖盤的導(dǎo)向套上。用來調(diào)節(jié)安全閥開啟壓力的上調(diào)節(jié)圈，擰在閥瓣于其中滑動的導(dǎo)向套的下部。當調(diào)節(jié)圈往下調(diào)時，為使閥瓣達到全開啟高度的壓力即可低些。

12、上調(diào)節(jié)圈的位置通過閥體上部的螺孔來調(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。（7）活塞 背壓力對安全閥的排放能力、開啟壓力有相當大影響，為了保證安全閥能安全可靠地運行于背壓力超過開啟壓力10%的工況在安全閥設(shè)計時，應(yīng)該考慮背壓的影響，在安全閥上加設(shè)一個能平衡背壓影響的裝置。平衡背壓的機構(gòu)常用的有波紋管式和滑塞式兩種，另外還有通過導(dǎo)向閥來平衡背壓。 第三節(jié) 安全閥的基本特征和要求安全閥的各種壓力規(guī)定:最高容許壓力:介質(zhì)通過安全閥排放時,被保護容器內(nèi)最高壓力。運行壓力:容器在工作中經(jīng)常承受的表壓力。容器的計算工作壓力:進行容器壁厚度/強度計算的壓力。全開壓力:安全閥在全開行程

13、下的閥前壓力,它又叫排放壓力。整定壓力:調(diào)整的使安全閥開啟的入口壓力。關(guān)閉壓力:又叫回座壓力,是安全閥開啟后,當容器壓力下降到該壓力時安全閥關(guān)閉的壓力?；夭?指容器的工作壓力與安全閥的關(guān)閉壓力之差。背壓:指在安全閥排出側(cè)建立起來的壓力,背壓可能是固定的,也可能是變動的,影響著安全裝置的工作,向大氣排放時,背壓為零。.對安全閥的工作要求（1）當達到最高永續(xù)壓力時,安全閥要盡可能的開起到應(yīng)達到的高度,并排放出會定量的介質(zhì)。（2）當達到開啟壓力時,要迅速開啟。（3）安全閥在開啟狀態(tài)下排放時應(yīng)穩(wěn)定無震蕩。（4）當壓力降低到會作壓力時應(yīng)能及時有效的關(guān)閉。（5）安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)下,應(yīng)保持良好的密封性能。

14、安全閥的排放能力 是指在單位時間內(nèi)流經(jīng)安全法的介質(zhì)流量。安全閥的排放能力要保證能放掉系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的最大過剩介質(zhì)量,給予系統(tǒng)設(shè)備有效的保護。第二章 設(shè)計參數(shù)和工作原理 設(shè)計參數(shù)本設(shè)計中低溫工況下的溫度為T=-164；最高壓力為P臨界=；額定工作壓力P額=；排放量為Q=1507m2/每天（標況）；工作介質(zhì)：液化天然氣；液化天然氣的流速取 m/s。查得的相關(guān)參數(shù)有臨界壓力PC=；臨界溫度Tc=；氣=m3;液=450kg/m3；氣體特性參數(shù)349。第二節(jié) 工作原理 安全閥是是一種自動閥門,他不借助于任何外力而是利用介質(zhì)本身的力來排除一定數(shù)量的流體,以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預(yù)定的安全值.檔壓力恢復(fù)正常后,

15、閥門再次關(guān)閉并阻止介質(zhì)繼續(xù)流出.安全法廣泛應(yīng)用于各種承壓容器和管道上,防止壓力超過規(guī)定值,他是一種自動機構(gòu),檔壓力超過規(guī)定值后自動打開瀉壓,而壓力降到工作壓力或稍低于工作壓力時又能自動關(guān)閉,它的可靠性直接關(guān)系到設(shè)備及人身的安全.本設(shè)計為先導(dǎo)式安全閥，其構(gòu)造和原理如下：結(jié)構(gòu)圖 2 工作原理 本安全閥利用介質(zhì)流動時，通過毛細管將氣體引入主閥背部，借助背壓對主閥進行密封。在正常情況下，主閥處于關(guān)閉狀態(tài)，當介質(zhì)工作壓力比設(shè)定的計算壓力低時，介質(zhì)的壓力經(jīng)毛細管進入導(dǎo)閥，然后再將氣體引入主閥壓力室，作用在主閥閥瓣上，從而產(chǎn)生一個向下的力，使主閥關(guān)閉密封。隨著工作時間的加長，當整個系統(tǒng)壓力增加接近設(shè)計的臨界

16、壓力時，系統(tǒng)為了正常運行，導(dǎo)閥開始動作，其活塞開始向上提升，當壓力繼續(xù)增加時，活塞進一步向上提升直至導(dǎo)閥上密封面處于關(guān)閉狀態(tài)，而此時下密封面仍舊處于關(guān)閉狀態(tài)，隨著壓力的再一步增加，下密封面開始微啟，此時主閥壓力室的壓力從導(dǎo)閥下面排氣孔排出，使主閥壓力室壓力逐漸減小，直至降到正常工作壓力條件下。當系統(tǒng)達到設(shè)定壓力或稍高于設(shè)定壓力時，導(dǎo)閥的下密封面達到全升狀態(tài)，主閥壓力室氣體從導(dǎo)閥排氣孔迅速排出從而使主閥壓力室壓力達到最小狀態(tài)，此時，主閥的閥瓣被系統(tǒng)的壓力推升，排放超壓氣體。當系統(tǒng)壓力超壓時，主閥閥瓣達到全升狀態(tài)，排放完成后，導(dǎo)閥活塞又趨于下降，這時通過毛細管引入的氣體又作用于主閥壓力室，此時導(dǎo)閥

17、活塞又恢復(fù)到正常工況下的位置，即導(dǎo)閥下密封面關(guān)閉，同時主閥也隨之關(guān)閉，系統(tǒng)又開始在正常工況下運行。3 適用場合 該閥門主要用于使用高壓液化天然氣的系統(tǒng)中，能起到保護系統(tǒng)安全、使系統(tǒng)正常運行的作用，同時也可用于高壓低溫系統(tǒng)中的泄壓裝置中。 第三章 安全閥的材料選擇 材料選擇是提高閥門性能的重要途徑之一,設(shè)計和制造任何一臺閥門產(chǎn)品的最終目的都是應(yīng)用,而應(yīng)用的效果則是對閥門產(chǎn)品性能的最權(quán)威評價.因此,服務(wù)對象不同對閥門提出的要求也不盡相同,但是各種要求都以密封性和耐腐蝕性能作為基本評價指標的.材料選擇的基本依據(jù)1 選擇不銹鋼閥門材料的基本依據(jù): (1) 工作介質(zhì)的性質(zhì); (2) 零件在閥門中所起的主

18、要作用; (3) 閥門的綜合經(jīng)濟性能.2 過流件材料選擇的基本要求 每一臺閥門的所有零件,從來都不是采用相同材料制成的,通常根據(jù)個零件在閥門中所起的不同作用,把零件大致分成過流件和內(nèi)件.過流件又稱為承壓件,這是閥門工作中條件最為苛刻的部位,尤其閥體與閥蓋,它不僅承受來自工作介質(zhì)的侵蝕、溫度與壓力的作用,而且還要承受管道的膨脹、震動等附加載荷的作用.因此,過流件的材料必須滿足以下要求:(1)足夠的強度與韌度;(2)耐工作介質(zhì)的腐蝕,耐腐蝕性能級別不應(yīng)低于五級標準中的1-2級;(3)閥門用于低溫時應(yīng)具有一定的低溫性能;(4)良好的鑄、煅、焊等制造工藝性能。對于傳動件材料應(yīng)具備以下條件：（1）一定的

19、強度與韌性；（2）良好的抗察傷、抗咬死性能；（3）較低的摩擦系數(shù)；（4）處于介質(zhì)中時，同時具有耐腐蝕和抗壓性能。 閥門材料的確定低溫鋼質(zhì)閥門的選擇 對于公稱壓力PN，溫度高于或等于-196的乙烯、丙烯、液態(tài)天然氣及液氮等介質(zhì)的低溫鋼制閥門，主要零件材料安下表選用。 低溫鋼制閥門主要零件材料（JB/5300-91）零件名稱 材料名稱編號標準號閥體、閥蓋閥座、啟閉件、搖桿奧氏體不銹鑄鋼ZG0Cr18NI9、ZGICr18Ni9GB 2100ZG0Cr18NI9Ti、ZGICr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9、1Cr18Ni9GB 12200Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti閥桿諾鎳

20、鋼1Cr17Ni2、0、1Cr18Ni9烙鎳鈦鋼1Cr18Ni9Ti銷軸不銹鋼1Cr13、2Cr13、3Cr13閥座、啟閉件的密封面鈷洛鎢合金TDCoCr1-x、TDCoCr2-x、TDCoCr3-xGB 984粉201、粉202 -閥桿螺母鑄造鋁青銅ZCuA19Mn2、ZCuA19Fe4Ni4Mn2GB 1176鑄造鋁黃銅ZCuZn25A16Fe3Mn3雙頭螺栓諾鎳鋼1Cr17Ni2、1Cr18Ni9GB 1220烙鎳鈦鋼1Cr18Ni9Ti螺母不銹鋼0Cr13、1Cr13、2Cr13烙鎳鈦鋼1Cr18Ni9Ti黃銅HPb59-1GB/T5232墊片純銅T2、T3GB 5231純鋁L2、L3

21、GB 3190蠟浸石棉橡膠板- -填料聚四氟乙烯SFT-1、SFT-2、SFT-3、SHT-4HG 2-538浸四氟乙烯石棉繩 - -柔性石墨 - -手輪可煅鑄鐵KTH330-08KTH350-10GB 9440球墨鑄鐵QT400-15QT450-10GB 1227碳素鑄鋼WCCGB 12292 閥體用鋼材的使用溫度范圍 正確了解閥體用鋼材的使用溫度范圍，對閥門的設(shè)計者和使用者來說，具有極其重要的意義，閥門在規(guī)定的使用溫度范圍內(nèi)運行，才能確保安全，否則就會產(chǎn)生事故。一般而言，低溫選用奧氏體不銹鋼、低溫合金；工作溫度小于等于200且公稱壓力小于等于 選用灰鑄鐵，工作溫度小于等于300且公稱壓力小

22、于等于 選用可鍛鑄鐵，工作溫度小于等于350且公稱壓力小于等于 選用球墨鑄鐵，工作溫度小于等于250、公稱壓力小于等于 的水、海水、氧氣、空氣、油類等介質(zhì)選用銅合金；工作溫度小于等于425選用碳鋼，工作溫度大于425選用CrMo、CrMoV 鋼；腐蝕性強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)。而對于彈簧，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）；溫度達到538時應(yīng)采用含鎢的低合金鋼(W18

23、Cr4V、30W4CrVA 等)。系統(tǒng)的高溫作用使彈簧的機械性能降低，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)計安全閥時，設(shè)計一個隔熱裝置，采用隔熱器或冷卻裝置把彈簧同排放的介質(zhì)隔離開或?qū)肜鋮s介質(zhì)降低安裝彈簧部位的溫度。以下是根據(jù)國內(nèi)外鋼材標準，編制的閥體用國產(chǎn)鋼材的使用溫度范圍表和閥體用美國ASTM鋼材的使用溫度范圍表：名稱 鑄件 鍛件說明 牌號使用溫度/牌號使用溫度/灰鑄鐵HT200、HT250HT300、HT350-15-+250- -用于PN的低壓閥門黑心可鍛鑄鐵KHT300-06KHT330-08KHT350-10KHT370-12-15-用于PN的中低壓閥門球墨鑄鐵

24、QT400-18QT400-15QT450-10QT500-7QT600-3QT700-2 -30350-用于PN4MPa的中低壓閥門碳素鑄鋼WCA、WCB、-2942520、25、30、35、40-25+425用于中高壓閥門16Mn、30Mn-40+450低溫碳素鋼(LCB)-46345-用于低溫閥合金鋼（WC6）（WC9）-29595-2959515CrMO25Cr2MoV-29595-29595用于非腐蝕性介質(zhì)的高溫高壓閥（C5）（C12）-296501Cr5Mo-29650 用于腐蝕性介質(zhì)的高溫高壓閥奧氏體不銹鋼ZG00Cr18Ni10ZG0Cr18Ni9ZG1Cr18Ni9ZG0Cr

25、18Ni9TiZG1Cr18Ni9TiZG1Cr18Ni12Mo2TiZG0Cr18Ni12Mo2TiZG1Cr18Mn13Mo2-19660000Cr18Ni100Cr18Ni91Cr18Ni9 0Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti00Cr17Ni14Mo2o2Ti-196600用于腐蝕性介質(zhì)CF8CF8MCF3CF3MCF8CCN7M（304）（316） (304L)（316L）(321)B462蒙乃爾合金450主要用于含氫質(zhì)鑄銅合金ZCuSn3Zn11Pb4ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn10P1ZCuSn10P2ZCuAl9Mn2ZCuAl10Fe3ZCuZn24Al16Fe3M

26、n3ZCuZn38Mn2Pb2ZCuZn33Pb2ZCuZn16Si4-273200 主要用于氧氣管路3 閥體材料的確定 有以上表格及文獻可知，國內(nèi)用于低溫工況下的鋼材主要有奧氏體不銹鋼和鑄銅合金，但從經(jīng)濟效益考慮，本設(shè)計主要鋼材初步確定為奧氏體不銹鋼，現(xiàn)對奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能做一驗證，看能否滿足本設(shè)計要求，奧氏體不銹鋼的主要力學(xué)性能見下表（摘自金屬設(shè)計手冊第三版11-1-2部分）： 類別牌號彈簧許用切應(yīng)力pMPa 彈簧彎曲應(yīng)力BP MPa剪切彈性模量 G GPa彈性模量E ,GPa推薦硬度范圍HRC推薦使用溫度類類類類類不銹鋼絲1Cr18Ni9Ti324432540540677193-25

27、0300綜合以上各表可知，材料確定為 1Cr18Ni9Ti 能滿足設(shè)計要求，因此，最終材料確定為 1Cr18Ni9T第四章 閥門的設(shè)計計算第一節(jié) 安全泄放量和流道面積的確定液化天然氣主要成分為GH4，因此本設(shè)計的計算參數(shù)基本以甲烷的物性為查閱依據(jù)進行計算。CH4為多原子分子，從工程熱力學(xué)課本（P24）查得Mcv=，Mcp=,特性系數(shù)K=Cp/Cv=.有由設(shè)計手冊查得氣體特性系數(shù)c=349.因此安全排放量如下;Ws=10-3Vd02=Q =44800 kg/h d0= Ws/（2.83 查有關(guān)設(shè)計手冊取標準值d0=150 mm，公稱直徑DN=200 mm。所以流道面積為： A=d02= mm2閥

28、體厚度的計算閥體厚度的計算有以下公式計算所得： SB=DN2(k上式中：DN閥體中腔最大內(nèi)徑； K0閥體外徑與內(nèi)徑之比； K0= 閥體材料應(yīng)力；取b/nb與s/n兩者中的較小值，別為材料的強度極限和屈服極限，nb、n全系數(shù)，本設(shè)計中取nb=, P公稱壓力取 材料力學(xué)性能：抗拉強度b=520Mp,屈服強度s=205Mpa b nb=122.353 所以=,代入值計算得: k0（1）主閥閥體厚度計算： 代入以上公式得： DN = 175 mm Sb =+C，C取 Sb =為提高安全系數(shù)，調(diào)整后取值為: Sb= 30 （2）先導(dǎo)閥閥蓋厚度計算 D n=50 Sb =+C ，C取 Sb =7mm為了提

29、高安全系數(shù),取Sb =20 （3） 先導(dǎo)閥下部外壁壁厚計算： D n =20 Sb=+C , C取 Sb=,取整后為: Sb = 7（4）先導(dǎo)閥的下部內(nèi)腔體浮動筒壁厚計算： D 外=20 mm由內(nèi)部彈簧確定內(nèi)徑： D 內(nèi)得壁厚為 Sb = 對筒體強度校核：根據(jù)上式計算得：Sb=，同上取Sb = （5）閥套的計算 DN =165 mm 代入上式公式計算得：Sb= 調(diào)整取整后確定 Sb = 10 （6） 圓形平板閥蓋厚度 p 、= pc0.25p = 500.25 = 去整 p= 上式中： p p c閥蓋計算直徑 （ p設(shè)計壓力 （ MPa） t C 附加富裕量 （c =3 mm） 取c =1 ；

30、Dc p = 20 = mm（7） 閥桿重為 20 N，由金屬材料設(shè)計手冊查得1Cr18Ni9Ti 的材料密度= 10-6 kg/mm3 , 則閥桿的體積： V = m = 27.910-6 = 又 V = L 其中 ：L 閥桿長度 d 閥桿直徑，取閥桿直徑 d= 20 mm則計算出的閥桿長度 L = mm取整 L = 806 mm（8） 閥瓣重均為400 N閥瓣體積 V= m = 407.910-6 =又因為 V =H 其中： D 閥瓣直徑， D = 165 mm H閥瓣高度由以上式子計算得出理論閥瓣高度 H= mm取整后 H = 240 mm第三節(jié) 彈簧計算 彈簧計算的相關(guān)標準，如表41：

31、 本設(shè)計中，彈簧類型選用類（參考設(shè)計手冊第三版第二卷11-6）。類當受到變載荷作用時，作用次數(shù)在103次以下的，其載荷相當于受到靜載荷的作用，就和一般的安全閥門彈簧受力一樣。其材料性能如下：1Cr18Ni9Ti；類需用切應(yīng)力p=540；使用彎曲應(yīng)力T=677；切變模量G=7150MPa。 先導(dǎo)閥上的彈簧的計算（1）調(diào)節(jié)彈簧計算：取c= 8，k1 = 4c-14c-4 取d、= 20 mm， d0、= 17 mm(2) 作用面積的計算：A=（d2-d02）= （202-172）= mm(3) 最大工作載荷的計算：Fn=PA= = N(4) 彈簧絲的直徑計算：dKF= 1.188557.664/5

32、40 = 查國標GB/T1358，取標準值 d = 5 mm(5) 彈簧絲中徑：D2 = c d = 58 = 40 取標準值 D2(6) 彈簧絲外徑：D =D2 + d = 45+2 = 47(7) 最大工作載荷量下的變形量： = Fnp n= Fn P彈簧剛度 P F1 (8) 工作極限載荷的計算：PJ = J = P = PJ = 53(840) = (9) 確定最小載荷：F1=(13 - 12)PJ = F1 = P(10) 確定彈簧工作行程： 取 h = 2d =25=10 mm（11） 彈簧剛度計算： P= Fn-F(12) 彈簧單圈剛度Pd、： Pd = G（13） 有效圈數(shù)計算

33、： n = Fn 查GB/T1358，取n = 圈（14） 總?cè)?shù)n1的計算： d= 5 mm 查機械設(shè)計手冊第三版第三卷1115表所得。 N1 = n + 2 = （15） 工作極限下的變形量 極：極 = PJP = （16） 彈簧節(jié)距 t 的計算： t =d + nd一般取(D213),本設(shè)計取t = 21 mm（17） 彈簧間距的計算： = t d = 21 5 = 16 mm（18） 自由高度 H0 的計算： H0 = nt + = 20 + 5 = （19） 壓并高度 Hb 的計算： Hb =（n + ）d = （20） 最下工作載荷的變形：MIN =F1P1 = (21) 工作極限

34、下單圈變形：J = 8D3PJGd4 = 8(22) 最大負荷下的單圈變形：min =F（23） 工作極限負荷下的高度 HJ : HJ=H0 J = (24) 最大工作負荷下的高度 Hn ： Hn = H0 極(25) 最小工作負荷下的高度 H1 : H1 = H0min =(26) 螺旋角的計算：= arctant/(d) = arctan20/42) = 9 （27） 彈簧單圈展開長度： = L1n1 = = mm（29） 強度校核： = 8KFC = 852) =536p 綜上所述，該強度滿足要求?；钊袕椈傻挠嬎憬?jīng)過受力分析可知，該彈簧只承受閥芯重力?。?F = mg = 5 N由國標

35、確定 K = C = 8d KFn取標準值d = mmD = cd =8 = 4 mm工作極限載荷： PJ = = 3.140.531.12540= mm最小載荷： F 1= F n= 彈簧工作行程： 取 h = 5 mm彈簧剛度： P =Fn-F1h單圈剛度: Pd= Gd48D3工作圈數(shù)： n =Gd = 9 圈 n =FP = n1工作在極限載荷下的變形： 極 =PJP =節(jié)距t： t = D2=42間距： = 2- = mm自由高度H0 : H0=ht+ =92+= 壓并高度Hb： Hb =（n+）d=（9+） = 最小工作載荷下的變形： min= =F1P工作極限下的單圈變形： J=

36、8D = mm最大載荷下的單圈變形： max =Fn = mm工作極限載荷下高度： Hj= H0j= - 最大工作負荷下的高度Hn： Hn= H0- n = 最小工作狀態(tài)下的高度： H1= H0 -MIN =螺旋角： = arctant/(d) = arctan20/42) = 9 彈簧單圈展開長度： L1= D2 =4 =展開長度： L = L1n1= 強度校核： = 8KFCd = p 經(jīng)過計算。強度滿足要求。3 主閥彈簧計算（1）彈簧絲的直徑 閥桿重均為2kg，即20N;閥瓣重均為400 N.則最大工作負荷為420 N。取c= ，則:k=4C-14C-4+ 0.615所以彈簧絲直徑 d=

37、P = 4201.226.8/540 =根據(jù)標準取 d = 4 mm（2）彈簧中徑 由c=Dd D=cd =4 =30 mm（3）工作極限負荷由GB/T1315表11-1-2可查得剪切彈性模量G為104MPa,所以： PJ = d3IJ8KD = 43540/(830) = N(4) 最小工作負荷 P1 = (13 - 12) PJ = 取 P1(5) 彈簧剛度的計算 p =Fn-F(6) 單圈剛度 Pd= Gd48(7) 彈簧有效圈數(shù) n= PdP（8） 最大工作載荷下的變形 Fn=PnP1 =(9) 節(jié)距t t =d+Fnn=4+ t =D2 - D 取 t = 10 mm（10） 間距

38、=t d= 10 4 =6 mm（11） 自由高度 由GB/T1315表11-1-2可查得所用彈簧端部形式為 d 8 mm 的端部并緊磨平，支撐圈為1圈的壓縮彈簧，則自由高度為： H0 =nt + =18*10+*4 = 78 （12） 最小工作負荷的變形 F = P1P = (13) 工作行程 h=Fn-F1= = 符合要求。（14）彈簧螺旋角 = arctant/(d) = arctan10/30) = 一般情況下，取值在 5-9 之間，因此計算結(jié)果符合要求。（15） 彈簧單圈展開長度 L1 =(D)=30= mm 展開長度 L = NL1 =1884 mm第四節(jié) 密封原理及密封方法選擇密

39、封原理當閥門啟閉件的密封面與閥座的密封面緊密的結(jié)合在一起，并形成使管道內(nèi)的介質(zhì)不能通過的密封面時，閉路閥才能保證管道的進口與出口隔斷。閉路閥內(nèi)最常用的是由剛性金屬密封面所組成的平面密封結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)屬于定期密封式的活動連接結(jié)構(gòu)。2 密封方法的確定對于一般壓力容器而言，容器中帶有一定壓力的液體和氣體，用蓋板封住，于是，容器內(nèi)有介質(zhì)靜壓力的作用，其值為： FJ式中 FJ A 介質(zhì)作用在蓋板上的靜壓力 （mm2） P 容器內(nèi)介質(zhì)靜壓力 （MPa）密封比壓值的確定為確定常溫閉路閥密封面上的密封比壓值（MPa），可應(yīng)用一般公式： qMF = C+式中： c與密封面材料有關(guān)的系數(shù)，鑄鐵、青銅、黃銅 c =

40、；鋼和硬質(zhì)合金 c = ；鋁、鋁合金、聚乙烯、聚氯乙烯、PTFE、MOLON、DEVLON、尼龍 c = ；中等硬質(zhì)橡膠 c = .K在給定密封材料條件下，考慮介質(zhì)壓力對比壓值的影響；鑄鐵、青銅、黃銅 k=1；鋼和硬質(zhì)合金 k = 1；鋁、鋁合金、聚乙烯、聚氯乙烯、PTFE、MOLON、DEVLON、尼龍 k = ；中等硬質(zhì)橡膠 k =.P介質(zhì)工作壓力，通常取公稱壓力DN(MPa) bm從以上分析再查閱陸培文編著閥門入門與精簡一書，確定本設(shè)計中的參數(shù) c =；k = ；p =；bm=5 qMF= C+kpb（2）密封比壓值得要求由于閥門關(guān)閉后介質(zhì)壓力的變化，密封面上經(jīng)常會產(chǎn)生比壓值顯著超過qM

41、F的現(xiàn)象，所以，在本設(shè)計中采用的實際比壓q值不會引起過大的塑性變形，并且不改變經(jīng)過研磨的表面幾何形狀，為此： qMF 式中 ： qMF保證密封所用的比壓 （MPa） q 實際工作比壓 （MPa） q 密封面材料的許用比壓 （MPa）由以上計算得qMF = MPa，從設(shè)計手冊上查的q =20 MPa； q 20 （3） 確定q的值本設(shè)計中的閥門采用錐形密封，取 = 30的錐面密封。由已知公式 q = QMZ式中：Qmz閥座密封面上的總壓力（N） Qmz = QMF + QMJ式中： QMZ QMJ QMF =（d+bm）bm sin（1+ f = （150+5）512（1+0.053 = N結(jié)構(gòu)

42、圖如下: 平面密封 錐形密封 上式中：為半錐角取 30。 fm錐面密封摩擦系數(shù)，取 QMJ = 4(d+bm)2p =3.144 = N所以：QMZ= QMF = + = N因此： q = QMZ = MPa根據(jù)以上計算可知： q 20 MPa符合要求。（4） 導(dǎo)閥上密封面比壓的確定 取 d = 7 mm，bm = mm根據(jù)公式： qmf = C+kpbM/10 = 為保證 qMF q q,由閥門設(shè)計手冊差得 q = 20 MPa因此： qMF = 13 MPa 符合要求。介質(zhì)密封 QMF = （d+bm）bmqmf = = N閥座密封面上的介質(zhì)力： QMJ = 4 （d+bm）2 = N閥座

43、密封面上的總壓力：QMZ= QMF = N密封面比壓 ：q =QMZ = MPa 13 20 MPa經(jīng)過校核，符合要求。（5） 導(dǎo)閥下密封面比壓的確定 取 d = 8 mm bm = mm根據(jù)公式 ：qMF = C+kpbM/10 = 13 MPa從閥門設(shè)計手冊查得聚四氯乙烯q =20 MPa介質(zhì)密封力： QMF= （d+bm）bmqmf = 13 = N閥座密封面上的介質(zhì)力： QMJ = 4 （d+bm = 3.144 = N閥座密封面上的總作用力： QMZ= QMF + QMJ 密封面比壓： q =QMZ = MPa 13 20 MPa經(jīng)計算校核，符合要求。第五節(jié) 法蘭的設(shè)計1 法蘭螺栓的

44、設(shè)計，按以下兩種情況設(shè)計。（1）操作情況由于流體靜壓力所產(chǎn)生的軸向力促使法蘭分開，而法蘭必須克服此種端面載荷，并且在墊片或接觸面上必須維持足夠的密緊力，以保證密封，此外，螺栓還承受球體與閥座密封圈之間的密封力作用。在操作情況下，螺栓承受的載荷為： WP =F+ F = +2DGmp+Q式中 ：WP在操作情況下所需的最小螺栓轉(zhuǎn)矩（N F總的流體靜壓力 （N）F= Dg2P FF連接接觸面上總的壓緊載荷（N FP = 2DGmp DG載荷位置處墊片的直徑（mm）由閥體內(nèi)部尺寸可知。DG m墊片有效密封寬度，查表可知m=0. P設(shè)計壓力 P = MPa Q球體與閥座密封圈之間的密封力（N） 將各項數(shù)值代入可得： WS = 2032 = KN（2）預(yù)緊螺栓情況在安裝時將螺栓擰緊而產(chǎn)生初始載荷，是法蘭面壓緊墊片，此外，螺栓還承受球體與密封圈之間的預(yù)緊力。在預(yù)緊螺栓時螺栓承受的載荷為： wa = 式中：wa 在預(yù)緊螺栓時所需的最小螺栓轉(zhuǎn)矩（N Y墊片或法蘭接觸面上的單位壓緊載荷（MPa），查表可得Y=0. Q1 Q1 = 代入以上數(shù)值得： Wa =pDm2= N法蘭螺栓應(yīng)力的計算 l =WA 式中：l WWP和Wa中兩者的較大值 A螺栓承受應(yīng)力下實際最小總面積 l代入以上數(shù)