安全阀是一种自动开启和关闭的阀门,当承压装置内部的介质压力超过设定值时,安全阀开启并排放多余的压力,对承压装置来说,起到超压保护的作用,当设备中多余的介质被排除后,系统会慢慢恢复到正常的安全压力,此时安全阀会自动关闭,起到密封的作用。 安全阀的可靠性,直接影响管道设备和人员的安全。安全阀的机械特性要求安全阀在动作过程中不允许出现卡阻、颤振和频跳等现象。目前安全阀主要存在的故障有:①规定值不开启;②阀门泄露;③安全阀回座压力过低;④安全阀频跳;⑤安全阀颤振。宋学官为国内安全阀受力分析做出了很大的贡献,他先后研究了安全阀几何参数和弹簧刚度等因素对运动特性的影响,马芳和王鹏远采用功率键合图的思想建立数学仿真模型,并用MATLAB进行仿真。搭建实验系统对安全阀的动态特性进行测试,通过实验数据与仿真结果的比较,证实了所建数学模型的正确性。之后又有学者分析了导向套开槽尺寸对流量影响不大,导向套筒斜面角度对流量的影响近似成线性变化、随着入口口径的增加质量流量和轴向力均减小。 本文首先分析安全阀频跳和颤振的影响因素,并重点分析不同角度的阀瓣结构,对安全阀工作过程中的影响。 频跳是指安全阀回座后,待压力升高,安全阀又开启,反复几次出现,这种现象称为安全阀在排放过程中,出现抖动现象,称为颤振。 安全阀在开启和关闭过程中存在很大的冲击力,安全阀的密封面往往很窄,在冲击过程中会有很大的比压,长时间的频跳和颤振往往会损坏密封面。一方面造成“跑砣”[13],另一方面会引起介质泄露,造成不可估量的损失。 1)阀瓣导向轴与导向套直接间隙太大,阀瓣离开阀座后,出现偏心,阀瓣导向轴与导向套产生卡阻。 (2)阀瓣受力均匀,起跳后失去平衡,阀瓣的导向轴与导向套之间产生频繁的碰撞。 (3)弹簧的刚度过大,作用在阀瓣上的排放压力不足以完全克服弹簧的预紧力。 利用控制变量法,保证弹簧的刚度和其他条件都相同,然后针对不同角度的阀瓣进行研究,找出阀瓣的角度设计对安全阀颤振和流量等参数的影响。此次研究对象是一种弹簧式核电安全阀结构,由与波纹管对本文研究没有太大的影响,故删去了波纹管结构,利用弹簧加载于阀瓣上,属于直接载荷式安全阀,主要结构如图1所示。 1.入口法兰 2.阀体 3.阀座 4.顶针帽 5.顶针 6.锁紧螺母 7.调节环 8.阀瓣 9.导向套 10.阀盖 11.阀杆 12.下弹簧座 13.弹簧 14.上弹簧座 15.上调节螺母 16.上锁紧螺母 17.阀罩 18.出口法兰 根据试验样机图纸,并结合流量系数和流阻系数试验方法的要求,被测样机前5倍管径,被测样机后10倍管径,绘制安全阀三维流体有限元分析模型如图2所示。 |