本文主要讨论了主安全阀的阀瓣设计思路,从选型分析到主安全阀阀瓣的设计10bet app体育官网10bet app体育官网、阀瓣活塞体的设计及阀瓣活塞体“O”形密封圈设计的优点。
一、分析选型
某火力发电厂的空冷凝汽式汽轮发电机组的排汽管道上需要设置安全阀,以?;た绽淠?,避免系统超压10bet app体育官网,保证生产正常运行。要求安全阀具有较高的开启和回座灵敏度,能满足真空负压的密封性能,精度高,回座迅速,不泄露10bet app体育官网10bet app体育官网,工作稳定可靠10bet app体育官网。安全阀的技术数据如下:
根据以上数据及要求计算分析后10bet app体育官网,确定采用软密封的先导式安全阀10bet app体育官网,型号为YFA46X-16C DN30010bet app体育官网,流道直径220mm。其主安全阀材料:壳体材料采用WCB,阀座采用1Cr18Ni9Ti,阀瓣采用1Cr18Ni9Ti内嵌氟橡胶10bet app体育官网,其余内件及弹簧采用1Cr18Ni9Ti。导阀材料:阀瓣采用1Cr18Ni9Ti内嵌氟橡胶10bet app体育官网,其余用1Cr18Ni9Ti。该先导式安全阀结构及安装外形如下图:
二、主安全阀的阀瓣设计
在系统正常工作状态下10bet app体育官网,安全阀A、B腔室同时为大小相等的压力10bet app体育官网。安全阀出口为大气压10bet app体育官网,即对空排放10bet app体育官网,故腔室C受到受到的是一个大气压的正压。由于安全阀要求满足负压工况保证密封,此时腔室A10bet app体育官网、B的受力状态和常规的正压状态不同,则对阀瓣设计就要采用不同的结构10bet app体育官网。
1.阀瓣密封圈
由于氟橡胶(FPM)耐磨性能优越,密封可靠10bet app体育官网,用做阀门密封面材料时不需要大的密封比压就容易使其变形而密封,能长期使用在-50℃~150℃,是常用的密封元件。因此10bet app体育官网,阀瓣密封圈采用FPM10bet app体育官网10bet app体育官网,适合该工况需要真空密封的状态10bet app体育官网。
然而,由于FPM易变形,且不能承受过大的密封比压,因此对其固定和变形量的控制非常重要10bet app体育官网。否则就很容易产生变形过大10bet app体育官网10bet app体育官网,损坏密封圈10bet app体育官网,亦容易使密封圈脱落。经过反复研究和试验,在阀瓣上设计燕尾槽,采用定位板固定FPM密封圈,并在密封圈外围加工阀瓣二次密封面,控制FPM密封圈变形在一定的范围内。这样就实现了FPM密封圈和金属阀座的双重密封。如下图所示。
2.阀瓣活塞体设计
当系统为真空负压状态时,腔室A、B受力为真空负压10bet app体育官网,因此,要想保证安全阀在负压状态保持良好的密封,做到零泄漏10bet app体育官网,则必须使下图中的阀瓣密封面中径Dm大于阀瓣活塞筒体直径Db,即:Dm>Db (1)
从上图中可以看出10bet app体育官网,在阀瓣密封圈和阀座密封面接触的面上受到来自腔室A介质垂直向下的力F1,来自腔室B垂直向上的力F2,以及阀瓣自身的重量和弹簧附加的力(现将两者的力之和设为F3)。根据受力分析10bet app体育官网,要使安全阀在正常工作状态保持密封,则应使:
F1+F3>F2 (2)
F1=πDm2P/4 (3)
F2=πDb2P/4 (4)
式中:P表示系统介质压力10bet app体育官网,单位MPa;Dm表示阀瓣密封面中径,单位mm;Db表示阀瓣活塞筒体直径10bet app体育官网,单位mm10bet app体育官网。
由于弹簧作用在阀瓣上的力只是保持安全阀初始密封,安全阀正常工作时,弹簧没有相对的变形,其施加在阀瓣上的力可认为是不变的。因此在系统正常工作压力时,作用在阀瓣上的力F3可看作定值,这样作用在阀瓣上的力F1和F2就是使阀瓣密封的关键力10bet app体育官网。
由(1)、(2)、(3)、(4)式可得:
πDm2P/4>πDb2P/4 (5)
即:F1>F2
由此可得出,无论系统介质的压力真空负压怎么变化,始终会保持关系式(2),而且随着系统介质的负压力P升高,作用在阀瓣上的压力差就越大,也就是密封力越大10bet app体育官网。这样就有效保证了安全阀在真空负压状态下的密封性能10bet app体育官网。
当系统介质压力为正压状态时,安全阀阀瓣的受力状态就发生了改变。
如下图所示,此时要使安全阀保证密封,必须保证:F3+F2'>F1' (6)
由(1)10bet app体育官网、(3)10bet app体育官网、(4)式,πDm2P'/4>πDb2P'/4 即:
F1'>F2'
因此要保证关系式(6),则必须控制阀瓣密封面中径Dm与阀瓣活塞筒体直径Db的比例关系10bet app体育官网,否则,当系统为正压状态升高时10bet app体育官网,安全阀就会变得很难密封10bet app体育官网,不稳定,容易开启。
3.阀瓣活塞体“O”形密封圈设计
如上上图所示10bet app体育官网,在阀瓣活塞体上设置了两个氟橡胶(PDm)的“O”形密封圈,有效保证腔室B的气密性10bet app体育官网。
三、结论
由于该先导式安全阀的使用工况特殊,除了主安全阀阀瓣的设计特殊外,对导阀的设计以及在管路上止回阀的设置也非常关键。由于篇幅有限,在此就一一阐述了。
该先导式安全阀到火力发电厂后10bet app体育官网,经当地劳动监察部门的检验10bet app体育官网,完全达到各项性能指标,经电厂使用后,该先导式安全阀能在规定的整定压力准确开启,在规定的回座压力下能及时回座10bet app体育官网,并满足启闭压差要求,同时,在真空负压状态能保证完全密封10bet app体育官网。
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