1、概述

　　泄壓閥是防止設(shè)備內(nèi)壓力升高超過允許值,確保設(shè)備安全運(yùn)行自動動作的裝置。在系統(tǒng)正常工作條件下,高壓加熱器水側(cè)專用的泄壓閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)中的介質(zhì)壓力達(dá)到閥門的整定壓力時,閥門依靠入口處的壓力作用在閥瓣上自動開啟,排放多余介質(zhì),降低系統(tǒng)內(nèi)超過的壓力,以保證系統(tǒng)的安全。泄壓閥開啟后,系統(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)壓力降低,閥門開啟高度也會隨著下降,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)壓力降低到一定程度時,閥門自行關(guān)閉。

2、動作分析

2.1、前泄過程

　　在閥門未開啟前,閥瓣及導(dǎo)向套筒相應(yīng)受到彈簧力、零件重力及介質(zhì)力等力的相互作用(圖1、圖2) 。

　　(1)彈簧所提供的彈簧力F_s。

　　(2)彈簧、閥瓣、閥桿、上下彈簧座的自身重力F_g。

　　(3)當(dāng)前入口介質(zhì)壓力對閥瓣所產(chǎn)生推力,即介質(zhì)力F_p。

　　(4)由于閥門出口與疏水管道相連,疏水管道內(nèi)靜背壓在閥瓣上產(chǎn)生推力。在一般的安全閥設(shè)計(jì)中,習(xí)慣于將靜背壓所產(chǎn)生的推力合并到彈簧力中考慮。同時由于此工程用戶未提供靜背壓壓力,因此可以將靜背壓作為零來考慮。由于此時的彈簧力大于介質(zhì)對閥門的壓力,閥座會對閥瓣產(chǎn)生一個向上的壓力(密封力F_q ) ,以達(dá)到受力平衡,即

F_s+F_g=F_p+F_q (1)
F_q = F_s + F_g - F_p (2)

式中F_s ———彈簧力,N
　　F_g ———活動件自重力,N
　　F_p ———介質(zhì)力,N
　　F_q ———密封力,N

　　當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時,隨著介質(zhì)壓力的增加,介質(zhì)力增大,相應(yīng)的密封力變小。當(dāng)密封力減小到密封所必須的最小密封力時,在密封面上會出現(xiàn)泄漏。此時,泄漏出來的液體所形成的介質(zhì)流非常的細(xì)薄,壓力降低到接近靜背壓,不會對閥瓣受力產(chǎn)生太大的影響。此種泄漏稱為前泄。出現(xiàn)前泄時的介質(zhì)壓力為前泄壓力,閥門前泄壓力由達(dá)到密封所需要的最小密封力決定。閥門前泄壓力受到多種因素的影響,因此閥門密封所需的最小密封力不宜于準(zhǔn)確地計(jì)算。按照ASME法規(guī)和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,前泄壓力不應(yīng)小于0.9倍的整定壓力。

2.2、開啟過程

　　隨著介質(zhì)壓力的進(jìn)一步升高,介質(zhì)力進(jìn)一步增大。介質(zhì)的密封力進(jìn)一步降低,減小到一定程度時,前泄排放出的介質(zhì)迅速在密封面間向四周散開。排放的介質(zhì)擊打著導(dǎo)向套筒的斜作用面,產(chǎn)生使閥瓣向上移動的作用力F_x (圖2、圖3) 。由于F_x 力的作用,閥瓣向上運(yùn)動,介質(zhì)密封力消失。此時閥門開啟,彈簧壓縮量增加,彈簧力增加。同時,排放液體會在閥體中腔內(nèi)產(chǎn)生一定的積聚壓,稱為動背壓。動背壓也會在閥瓣上方產(chǎn)生一個向下的推力F_k。

　　但由于此時閥瓣的開啟高度很小,因此由積聚壓所產(chǎn)生的動背壓也很小。

　　此時的受力將變?yōu)橐粋�動態(tài)平衡,即

F_s + F_g + F_k = F_p + F_x (3)

式中　F_k ———動背壓在閥瓣上方產(chǎn)生的向下推力,N
　　F_x ———排放的介質(zhì)擊打著導(dǎo)向套筒的斜作

　　用面,產(chǎn)生的一種使閥瓣向上移動的作用力,N在理論計(jì)算時,通常將密封力消失時的狀態(tài)判定為閥門的開啟。在實(shí)際應(yīng)用中,通過檢驗(yàn)閥桿的動作來判斷閥門的開啟,并且閥門開啟時所檢測到的瞬時介質(zhì)壓力即為閥門的整定壓力。

2.3、全行程過程

　　在閥門開啟后,隨著壓力的進(jìn)一步升高,閥瓣的開啟高度也進(jìn)一步升高。流量也會逐漸增加,通過閥座噴嘴的介質(zhì)流速也隨著增加。這種快速排放的介質(zhì)在導(dǎo)向套筒的斜作用面所產(chǎn)生的作用力足夠大時,會使閥瓣快速向上升起。而閥瓣的升起又會增大這個作用力,從而達(dá)到暴開的效果。典型的情況時在超壓(超過整定壓力)達(dá)到2%～6%時,閥瓣會突然升起在整個升程的50%～100%之間波動。對于泄壓閥全行程判定, ASME與API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)超壓(超過整定壓力) ≤10%時,閥門開啟達(dá)到全行程,而我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定泄壓閥超壓≤20%時,閥門達(dá)到全行程。閥門的試驗(yàn)結(jié)果證明,此閥門超壓不到10%時開啟高度已達(dá)到全行程(2mm) 。當(dāng)閥門剛達(dá)到全行程時,介質(zhì)流量達(dá)到最大,流速也最快,因此,此時的動背壓很大,同時對閥瓣產(chǎn)生的推力也相應(yīng)增大,成了影響閥門的一個主要的力,已經(jīng)不能忽略(圖4) 。此時的受力動態(tài)平衡方程為

圖4　閥瓣受力(全開狀態(tài)下)