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A46Y先导式安全阀的设计与计算

来源: 上海阀门 时间: 2012-04-17 点击: 3,642

1.性能特点

先导式安全阀是一种非直接作用式安全阀,由于工况的要求和制造的许可等特殊情况,先导式安全阀是不能被其他安全阀代替的,在石油、化工等工业设备上被广泛使用。和弹簧式安全阀想比先导式安全阀具有几个特点:

(1)能在非常接近开启压力下具有良好的密封性。

(2)密封可靠维修简单。

(3)阀门的动作不受背压力的影响。

(4)可以在工作中设定阀门的开启压力,易于调节等优点。

(5)排量大,口径大。

(6)压力可以做到很高。

2.结构特点

先导式安全阀是由主阀和导阀两部分逋过导管连接组成。导阀是一个弹簧式安全阀和一个控制阀组成整体。主阀是依靠导阀排出的介质来驱动式控制的。(图1)(图2)系统压力低于阀的设定压力时,介质经导阀进入主阀压力室,作用在主阀阀瓣上。产生主阀密封动力,主阀关闭。

当系统压力增加接近设定压力时,导阀控制阀阀瓣上升,而上密封关闭,此时,导阀安全阀密封能处于安全状态,系统压力在稍有增加,安全阀开启主阀压力室的介质通过导阀排出,主阀阀瓣在进口压力的作用下开启。

当系统压力高于设定压力时,主阀阀瓣达到全开启。

当系统压力降至设定压力以下,导阀安全阀关闭,导阀控制阀阀瓣下降,进口处压力通过导阀进入主阀压力室,主阀关闭。

3.设计原理

a、导阀的工作原理

导阀是由导阀阀体、导阀阀阀瓣、控制阀阀瓣、导阀弹簧等组成。导阀实际上就是一个弹簧式安全阀和一个控制阀组合而成的。导阀阀瓣和控制阀阀瓣通过一个小轴连接,在正常工作状况下,控制阀阀瓣处于阀腔的中部,阀门进口处介质通过控制阀阀腔进入主阀压力腔,在主阀阀瓣上产生密封力,使主阀关闭;当管道介质压力达到或超压阀门的整定压力时,控制阀阀瓣向上运动,关闭介质流向主阀压力腔的通道。同时,在小轴的联动下,导阀阀瓣开启,主阀压力腔里的介质迅速从导阀出口排出,主阀压力腔压力下降,主阀阀瓣在介质力的作用下迅速开启,管道介质从主阀出口大量排出。当系统压力下降到阀门回座压力时,在弹簧的作用下,导阀阀瓣下降,导阀关闭。同时在小轴的连动下,控制阀阀瓣下降,上密封消失,介质通过控制阀阀腔进入主阀压力腔,主阀阀瓣在介质力的作用下恢复主阀密封。

b、导阀设计计算

b-1、导阀密封比压的计算

式中:q1——介质压力为p时密封面比压力;

Dm——导阀关闭件密封面平均直径;

Pk——安全阀整定压力;

p——设备正常运行压力;

b——密封面宽度;

qMF——导阀密封面必须比压。

b-2、导阀弹簧计算

(1)弹簧升力系数的计算

式中:ρ——弹簧升力系数;

Fs——导阀阀瓣的升力,即流体作用在导阀阀瓣上总的向上的合力,(N);

d01——导阀阀座的最小内径,(mm);

p——阀进口的静压力(MPa)。

(2)导阀弹簧刚度的计算

式中:λ′——弹簧的计算刚度;

h——导阀的开启高度;

d01——导阀阀座的最小内径;

Pdr——额定排放压力;

ρh——开启高度为h时的阀瓣的升力系数;

Dm——导阀密封面的中径;

Pk——阀门的整定压力。

(3)弹簧钢丝直径的计算

式中:d′——弹簧的计算刚度;

p′2——弹簧最大工作负荷。

P2y——弹簧最大预紧负荷;

λ——弹簧的实际刚度。

P2k——最大开启压力。

G——切变模量;

d——钢丝的实际直径;

D2——弹簧的中径;

n——弹簧的有效圈数;

h——导阀的开启高度;

K——曲度系数。

C——弹簧指数。

[τ ]——材料的许用剪应力。

4.主阀的设计与计算

a、阀体壁厚的计算

式中:t′B——阀体的计算壁厚;

P——计算压力;

Dn——计算阀体的内径;

L]——材料的许用拉应力;

C——腐蚀余量。

b、主阀阀瓣直径的确定与计算

式中:D1——主阀阀瓣的计算直径;

DMZ——主阀密封面中径;

b——主阀密封面宽度;

qF——必须的密封比压;

PM——阀门的密封压力。

c、主阀密封比压的计算

c-1、计算密封比压

式中:q1——计算密封比压;

D——主阀阀瓣选用直径;

PM——阀门的密封压力。

c-2、计算许用密封比压

式中:q2——计算许用密封比压;

Pk——阀门的整定压力。

5.设计结果

A46Y系列先导式安全阀,经过多次试验其性能达到标准GBl2243所规定的要求。

A46Y系列先导式安全阀在石油、天然气、石油化工装置的使用多年,性能稳定。

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