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        彈簧式安全閥設(shè)計研究

        2022-04-16 15:37:05楊東男
        科技創(chuàng)新導報 2022年22期
        關(guān)鍵詞:閥蓋閥座閥體

        楊東男

        (天津市歐達法斯克制冷設(shè)備有限公司 天津 300000)

        隨著壓力容器、壓力管道與鍋爐等設(shè)備使用數(shù)量的增加,其內(nèi)部的應(yīng)用安全正引發(fā)人們的高度關(guān)注。該類裝置內(nèi)皆含有彈簧式安全閥,相關(guān)部門需明確安全閥的設(shè)計要求,借助對該裝置的合理設(shè)計來提升設(shè)備應(yīng)用安全性。

        1 彈簧式安全閥的工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        1.1 工作原理

        在應(yīng)用彈簧式安全閥的過程中,相關(guān)部門需明確對應(yīng)的工作原理,技術(shù)人員可全面分析彈簧類安全閥的動作開啟特征。若存有外加力FW作用,其安全閥從開啟至關(guān)閉,再從關(guān)閉至開啟,外加附力FW將產(chǎn)生規(guī)律性增加,且與內(nèi)壓力形成彈簧預(yù)緊力狀態(tài),在閥門開啟以后,逐步增加介質(zhì)作用面,不斷擴展與彈簧預(yù)緊力相對應(yīng)的內(nèi)壓作用力,繼而有效縮減外附加力,在完成該項舉措后,可產(chǎn)生首個特征峰點,將其視作特征峰A。若彈簧類安全閥的外加附力值逐漸縮減至關(guān)閉點,受介質(zhì)作用面快速減小的影響,若想保證作用力的平衡,會讓外加附力急速回升,也就來到了第二個特征峰點,可將其看做特征峰B。透過對兩處特征峰點的合理檢測,可精準查詢出彈簧式安全閥的回座壓力與開啟壓力。

        1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        在觀察彈簧式安全閥的內(nèi)在結(jié)構(gòu)時,相關(guān)人員可將其合理劃分成不封閉與封閉式兩種:前者多運用在蒸汽與空氣形態(tài)中;而后者可保證介質(zhì)不外泄,多應(yīng)用在腐蝕性或有毒的介質(zhì)內(nèi)。在使用彈簧類安全閥期間,其整體結(jié)構(gòu)多處在公稱壓力范圍中,其選擇的彈簧都需持有特定的工作壓力級,在進行正常使用時,需摸清其內(nèi)部的各項基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),還要切實掌握安全閥的溫度、介質(zhì)、名稱與型號等,利用對該項數(shù)值的合理控制來確保閥體內(nèi)部的密封壓力,繼而提升彈簧類安全閥的設(shè)計應(yīng)用質(zhì)量[1]。

        2 彈簧式安全閥的設(shè)計過程

        2.1 計算安全閥受力與強度

        為確保彈簧式安全閥的安裝應(yīng)用效果,技術(shù)人員需對該項裝置進行科學設(shè)計。在進行正式設(shè)計前,需對其內(nèi)部的受力與強度開展精準計算,提升該裝置設(shè)計的合理性。

        一方面,在設(shè)計安全閥內(nèi)部的彈簧受力時,技術(shù)人員可適時設(shè)定該閥芯內(nèi)部的受力面為20mm 直徑的圓,當其內(nèi)部套缸直徑分別為110mm、120mm、130mm、140mm、150mm 與160mm 時,其對應(yīng)的最大壓力值分別為34.3MPa、32.9MPa、28.0MPa、24.2MPa、21.1MPa、18.5MPa,透過對該項數(shù)值的合理觀察后,可看出彈簧具體的承受壓力為10770.2N、10330.6N、8792.0N、7598.8N、6625.4N、5809.0N。在完成彈簧承受壓力的設(shè)定后,技術(shù)人員可依照該彈簧類安全閥的實際情況來選擇適宜材料,將壓力設(shè)定在800MPa 左右,并依照該材料來完成旋繞比與彈簧絲直徑的測算,根據(jù)相關(guān)公式可看出,其旋繞比與彈簧絲直徑在1.40、15mm 左右。在初步完成彈簧內(nèi)部旋繞比與彈簧絲直徑的測算后,應(yīng)依照具體的變形條件來完成彈簧工作圈數(shù)的計算,若將λmax值看作35,則工作圈數(shù)值則為9,繼而獲取該彈簧的基本尺寸,如節(jié)距、外徑、內(nèi)徑與中徑分別為30mm、75mm、45mm、60mm,在完成彈簧尺寸的計算后,可合理計算該彈簧的內(nèi)在穩(wěn)定度與靜應(yīng)力,經(jīng)過測算,該類數(shù)值均處在標準范圍中。

        另一方面,在進行彈簧內(nèi)部零部件強度的計算時,技術(shù)人員應(yīng)及時校核連接螺栓,若該螺栓材料的材質(zhì)為Q235,性能等級與直徑為4.6、M24,安全系數(shù)也控制在24 以內(nèi),經(jīng)適宜研究判斷,可將該螺栓材料應(yīng)用在彈簧安全閥內(nèi)部。技術(shù)人員還要科學確認閥體壁厚,根據(jù)Q235 材質(zhì)的具體情況,其壁厚值多在10mm 左右,在完成彈簧內(nèi)部零部件強度的計算后,可將該安全閥受力與強度作用在此后的閥體安裝中[2]。

        2.2 設(shè)計法蘭盤

        一般來講,若想完善法蘭盤設(shè)計質(zhì)量,技術(shù)人員應(yīng)科學挑選法蘭盤。法蘭盤在使用時較為注重該裝置的外徑、連接尺寸,從連接尺寸的角度上看,需確認中心圓直徑與法蘭外徑,并根據(jù)其生成的具體形態(tài)來確認螺栓螺紋、螺栓數(shù)量與螺栓孔徑等,例如,當前較佳的法蘭盤螺栓螺紋狀態(tài)為M45,其數(shù)量在8個左右,孔徑為48L。同時,為確保法蘭盤應(yīng)用質(zhì)量,技術(shù)人員還應(yīng)精準確認該裝置的密封面,根據(jù)其具體的運行狀態(tài)來明確密封面的內(nèi)部數(shù)值,透過對該項數(shù)值的合理控制來提升法蘭盤的應(yīng)用安全,依照合適的數(shù)據(jù)測算方式,可看出理想的法蘭密封面有19.84、12.70、190.50 與241.00 等,借助對該項數(shù)值的合理控制來提升密封面形態(tài)應(yīng)用的科學性。此外,技術(shù)人員在進行法蘭盤的設(shè)計中還應(yīng)適時確定法蘭內(nèi)徑、法蘭頸、法蘭高度與法蘭厚度等,最佳的法蘭厚度多在92.5C、法蘭高度在229H、法蘭頸為203N,而法蘭內(nèi)徑值則由相關(guān)用戶認定,不同法蘭間的距離需保持在4左右[3]。

        2.3 優(yōu)化閥體

        在完成法蘭盤的整體設(shè)計后,相關(guān)人員應(yīng)適時關(guān)注閥體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計。通常來講,閥體結(jié)構(gòu)的設(shè)計多影響彈簧類安全閥的應(yīng)用質(zhì)量,在進行實際設(shè)計前,需明確該閥體運行的實際狀況,精準探測出該閥體的具體規(guī)格,利用對其規(guī)格的合理控制來強化其應(yīng)用質(zhì)量。在進行閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計前,技術(shù)人員需明確該類產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量,若相關(guān)設(shè)備內(nèi)部安裝的彈簧類安全閥數(shù)量較少,可適當控制該裝置的生產(chǎn)數(shù)量,利用對該數(shù)量的控制來提升設(shè)備應(yīng)用效益。例如,在探索彈簧類安全閥的應(yīng)用數(shù)量后,可看出其應(yīng)用的數(shù)量較少,需對該裝置實行小批量生產(chǎn)。

        在檢查閥體內(nèi)部質(zhì)量時,要嚴格控制其內(nèi)部鑄件類型,避免在實際應(yīng)用中產(chǎn)生任何鑄造件,其原因在于鑄造件將難以保持焊接工作的精準度,而該類產(chǎn)品在正式加工前需采用一定的焊接手段,因而不能采用鑄造件。在應(yīng)用閥體結(jié)構(gòu)的過程中,技術(shù)人員需確保裝置內(nèi)的各項零部件都處在正常運行狀態(tài)中,在正式應(yīng)用前,需對該類零部件開展對應(yīng)性檢測,若在該環(huán)節(jié)產(chǎn)生問題,需及時探明引發(fā)該問題的原因,利用對其原因的合理控制來更好地解決對應(yīng)性問題,提升問題解決的針對性。此外,在完成閥體結(jié)構(gòu)的設(shè)計與管理后,技術(shù)人員還需及時觀察該裝置內(nèi)的閥芯、閥座、閥蓋與調(diào)節(jié)桿,利用有效性舉措來精準控制該類結(jié)構(gòu),提升閥體應(yīng)用的科學性、可執(zhí)行性[4]。

        2.4 改進閥芯、閥座、閥蓋與調(diào)節(jié)螺紋

        (1)針對閥芯的內(nèi)部設(shè)計而言,技術(shù)人員在開展正式設(shè)計前需明確閥桿與閥芯的對應(yīng)性關(guān)系,利用對二者定位關(guān)系的準確控制來增強其設(shè)計的合理度,確保閥芯設(shè)計與使用的科學性。在融合閥桿與閥芯的過程中,應(yīng)明確彈簧座的內(nèi)部功能,借助對其各項功能的精準調(diào)度來完成結(jié)構(gòu)設(shè)計,提升閥芯內(nèi)部應(yīng)用結(jié)構(gòu)的實用性,解決更多該裝置內(nèi)部的問題。

        (2)對于閥座的整體設(shè)計來說,相較于閥芯,閥座的設(shè)計有所區(qū)別,其與閥體間存在裝配、密封等實際問題。在開展該項設(shè)計前,需探明該閥座裝置內(nèi)部的實際運行情況,利用對該運行情況的合理控制來改善此前的密封或裝配問題,增進其與閥芯整體的配合度,提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

        (3)在開展閥蓋設(shè)計的過程中,設(shè)計人員需利用閥體的設(shè)計來摸清閥蓋裝置中的各項功能,利用有效措施來密封閥體,并引導保護罩中的螺紋與閥蓋進行科學連接,對螺桿內(nèi)部彈簧壓縮量實行適宜的調(diào)節(jié)配合,在該項舉措的影響下,閥蓋設(shè)計質(zhì)量將達成較高水準。

        (4)站在螺桿調(diào)節(jié)的設(shè)計角度上看,在實行螺桿調(diào)節(jié)時,相關(guān)人員需合理控制螺桿調(diào)節(jié)距離,該距離需超出正常的彈簧行程,透過對該項數(shù)值的精準控制來提升螺桿調(diào)節(jié)力度,確保其在此后的工作中可更好地完成與閥蓋的連接,利用螺桿調(diào)節(jié)舉措來增進各項裝置調(diào)節(jié)的精準度,有效增強閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)用的有效性。值得一提的是,借助閥芯、閥座、閥蓋與螺桿調(diào)節(jié)的合理性設(shè)計,閥體結(jié)構(gòu)將變得更為完整,提升該裝置應(yīng)用的整體性,透過對該整體結(jié)構(gòu)的合理控制來確保彈簧式安全閥的安全性。

        2.5 調(diào)整開啟壓力

        針對彈簧類安全閥的閥體、閥芯、閥座與閥蓋等裝置的設(shè)計而言,在完成該項裝置的整體設(shè)計后,技術(shù)人員需及時觀察各項裝置應(yīng)用的整體性。

        一方面,針對安全閥內(nèi)部的各項裝置,及時檢查不同類型裝置的使用狀態(tài),確保其各項應(yīng)用過程都與項目使用標準相符。例如,鑒于閥體結(jié)構(gòu)內(nèi)的閥芯、閥座與閥蓋為一項有機整體,在運行某項裝置時,及時觀察其他裝置的對應(yīng)性變化。在探索閥芯運行狀態(tài)時,若閥座、閥蓋等裝置的位置出現(xiàn)改變,需及時關(guān)注不同裝置位置改變的原因,借助對原因的探索來制定出合適的解決措施,有效解決各裝置運行狀態(tài)的問題。因而,利用適宜的運行試驗來精準觀察各閥芯、閥座與閥蓋等裝置的應(yīng)用情況,可真正改善彈簧類安全閥的運用狀態(tài)。

        另一方面,在完成閥體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部調(diào)整后,技術(shù)人員還需根據(jù)彈簧類安全閥合理調(diào)整相關(guān)設(shè)備的開啟壓力。例如,當彈簧類安全閥的套缸直徑在110mm、120mm、130mm、140mm、150mm與160mm時,其生成的最大壓力值為34.3MPa、32.9MPa、28.0MPa、24.2MPa、21.1MPa、18.5MPa,根據(jù)該項壓力值,可適時摸索出具體的彈簧承受的壓力值,其對應(yīng)性數(shù)值分別為10770.2 N、10330.6N、8792.0N、7598.8N、6625.4N、5809.0N。在了解與掌握該彈簧承受的壓力值后,技術(shù)人員需及時調(diào)整彈簧類安全閥的開啟順序,借用對該順序的合理控制來保障彈簧承受力,提升該安全閥的應(yīng)用效果。具體來講,根據(jù)彈簧類安全閥的具體運行狀態(tài),相關(guān)人員應(yīng)及時調(diào)整其運行順序,從套缸直徑的應(yīng)用范圍上看,其正確的應(yīng)用順序為160mm、150mm、140mm、130mm、120mm、110mm的彈簧類安全閥,在該項順序的引導下,彈簧承受力可得到最大程度的釋放,切實改善壓力容器、壓力管道或鍋爐等設(shè)備的運行質(zhì)量。

        3 應(yīng)用彈簧式安全閥的注意事項

        3.1 科學安裝安全閥

        在完成彈簧類安全閥的設(shè)計后,為確保該裝置的應(yīng)用安全,應(yīng)將其科學地安置在各項設(shè)備如壓力容器、壓力管道與鍋爐內(nèi)。具體來看,若某一空間的壓力設(shè)備數(shù)量較多,不能在一個排放管道內(nèi)設(shè)置多個安全閥,雖然從某種程度上看,共用管道可增加設(shè)備的美觀度,但也給其具體應(yīng)用帶去更多的安全隱患,影響安全閥的工作狀態(tài)。例如,若相關(guān)設(shè)備內(nèi)的安全閥出現(xiàn)起跳狀態(tài)后,其設(shè)備內(nèi)部會快速噴涌出少量水與大量蒸汽,給其他安全閥造成較嚴重的隱患,縮減其應(yīng)用的安全性。此外,在安裝熱水鍋爐內(nèi)的安全閥時,要合理組裝該裝置的坡向,避免產(chǎn)生因坡向裝反而形成安全閥積水等不良現(xiàn)象。在進行安全閥安裝期間,技術(shù)人員應(yīng)嚴格遵守適宜的操作方法,借助該操作方式順序的堅持來提升彈簧式安全閥應(yīng)用的安全性[5]。

        3.2 定期實行維護清潔

        在完成彈簧類安全閥的設(shè)計與使用后,相關(guān)人員需對該裝置實行定期的維護清潔,利用對安全閥的日常保養(yǎng)來提升裝置整體的應(yīng)用水平,滿足設(shè)備裝置的使用效果。例如,在進行彈簧類安全閥的日常清潔時,要精準控制清潔部位,如閥門彈簧腔,借助有效性舉措來縮減其積水、積灰現(xiàn)象,有效遏制其內(nèi)部某些零部件生成的銹蝕問題,提升安全閥運作的合理性。技術(shù)人員還應(yīng)定期完成安全閥裝置整體的檢驗工作,對其內(nèi)部的應(yīng)用壓力進行精準控制,使該設(shè)備的內(nèi)部壓力始終處在合適的范圍內(nèi),促進設(shè)備運行安全。在開展安全閥的維護清潔時,技術(shù)人員還需及時檢測設(shè)備內(nèi)部存有的各項數(shù)據(jù)指標,利用對各項信息數(shù)據(jù)的合理控制來增進設(shè)備運行的合理性,確保彈簧類安全閥的應(yīng)用范圍[6]。

        3.3 嚴格執(zhí)行操作規(guī)程

        透過對彈簧類安全閥的科學設(shè)計,相關(guān)人員應(yīng)明確該項裝置的使用方法,在應(yīng)用相關(guān)設(shè)備裝置時,需嚴格執(zhí)行操作規(guī)程,無論是拆卸還是安裝,都要與正確的操作方法相一致,避免野蠻作業(yè)。一般來講,在拆卸與安裝安全閥時,需確保法蘭密封面的完整性,避免插銷丟失、閥帽摔裂、手柄丟失與閥桿變形等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)。在安裝螺帽的過程中,需及時關(guān)注該零部件的內(nèi)在結(jié)構(gòu),密切注意其銹蝕程度,防止該銹蝕現(xiàn)象影響安全閥的正常使用。在進行彈簧類安全閥的拆卸時,需合理選擇拆卸方法,盡量避免氣割方式的使用,提升對操作過程的合理控制。若在拆卸閥門時產(chǎn)生失誤,不僅會影響相關(guān)零部件的正常使用,還會增加安全閥應(yīng)用的危險性,因而,需在實際操作中提升操作規(guī)程的執(zhí)行力度。

        4 結(jié)語

        綜上所述,在設(shè)計使用彈簧式安全閥期間,相關(guān)部門需合理完善安全閥的設(shè)計內(nèi)容,如法蘭盤、閥體、閥芯與開啟壓力等,及時調(diào)整該裝置的應(yīng)用范圍,借助某些環(huán)節(jié)的增加來提升該安全閥應(yīng)用的合理性、執(zhí)行性,確保壓力管道、壓力容器與鍋爐設(shè)備的應(yīng)用安全。

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