1.性能特點
先導式安全閥是一種非直接作用式安全閥,由于工況的要求和制造的許可等特殊情況,先導式安全閥是不能被其他安全閥代替的,在石油、化工等工業設備上被廣泛使用。和彈簧式安全閥想比先導式安全閥具有幾個特點:
(1)能在非常接近開啓壓力下具有良好的密封性。
(2)密封可靠維修簡單。
(3)閥門的动作不受背压力的影响。
(4)可以在工作中设定閥門的开启压力,易于调节等优点。
(5)排量大,口徑大。
(6)壓力可以做到很高。
2.結構特點
先導式安全閥是由主閥和導閥兩部分逋過導管連接組成。導閥是一個彈簧式安全閥和一個控制閥組成整體。主閥是依靠導閥排出的介質來驅動式控制的。(圖1)(圖2)系統壓力低于閥的設定壓力時,介質經導閥進入主閥壓力室,作用在主閥閥瓣上。産生主閥密封動力,主閥關閉。

當系統壓力增加接近設定壓力時,導閥控制閥閥瓣上升,而上密封關閉,此時,導閥安全閥密封能處于安全狀態,系統壓力在稍有增加,安全閥開啓主閥壓力室的介質通過導閥排出,主閥閥瓣在進口壓力的作用下開啓。
當系統壓力高于設定壓力時,主閥閥瓣達到全開啓。
當系統壓力降至設定壓力以下,導閥安全閥關閉,導閥控制閥閥瓣下降,進口處壓力通過導閥進入主閥壓力室,主閥關閉。
3.設計原理
a、導閥的工作原理
導閥是由導閥閥體、導閥閥閥瓣、控制閥閥瓣、導閥彈簧等組成。導閥實際上就是一個彈簧式安全閥和一個控制閥組合而成的。導閥閥瓣和控制閥閥瓣通過一個小軸連接,在正常工作狀況下,控制閥閥瓣處于閥腔的中部,閥門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閥門的整定压力时,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。当系统压力下降到閥門回座压力时,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、導閥設計計算
b-1、導閥密封比壓的計算

式中:q1——介質壓力爲p時密封面比壓力;
Dm——導閥關閉件密封面平均直徑;
Pk——安全閥整定壓力;
p——設備正常運行壓力;
b——密封面寬度;
qMF——導閥密封面必須比壓。
b-2、導閥彈簧計算
(1)彈簧升力系數的計算

式中:ρ——彈簧升力系數;
Fs——導閥閥瓣的升力,即流體作用在導閥閥瓣上總的向上的合力,(N);
d01——導閥閥座的最小內徑,(mm);
p——閥進口的靜壓力(MPa)。
(2)導閥彈簧剛度的計算

式中:λ′——彈簧的計算剛度;
h——導閥的開啓高度;
d01——導閥閥座的最小內徑;
Pdr——額定排放壓力;
ρh——開啓高度爲h時的閥瓣的升力系數;
Dm——導閥密封面的中徑;
Pk——閥門的整定压力。
(3)彈簧鋼絲直徑的計算

式中:d′——彈簧的計算剛度;
p′2——彈簧最大工作負荷。

P2y——彈簧最大預緊負荷;
λ——彈簧的實際剛度。

P2k——最大開啓壓力。

G——切變模量;
d——鋼絲的實際直徑;
D2——彈簧的中徑;
n——彈簧的有效圈數;
h——導閥的開啓高度;
K——曲度系數。

C——彈簧指數。

[τ ]——材料的许用剪应力。
4.主閥的設計與計算
a、閥體壁厚的計算

式中:t′B——閥體的計算壁厚;
P——計算壓力;
Dn——計算閥體的內徑;
[σL]——材料的許用拉應力;
C——腐蝕余量。
b、主閥閥瓣直徑的確定與計算

式中:D1——主閥閥瓣的計算直徑;
DMZ——主閥密封面中徑;
b——主閥密封面寬度;
qF——必須的密封比壓;
PM——閥門的密封压力。
c、主閥密封比壓的計算
c-1、計算密封比壓

式中:q1——計算密封比壓;
D——主閥閥瓣選用直徑;
PM——閥門的密封压力。
c-2、計算許用密封比壓

式中:q2——計算許用密封比壓;
Pk——閥門的整定压力。
5.設計結果
A46Y系列先導式安全閥,經過多次試驗其性能達到標准GBl2243所規定的要求。
A46Y系列先導式安全閥在石油、天然氣、石油化工裝置的使用多年,性能穩定。
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