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安全阀结构分析与优化设计

文档作者：臧恒波1 穆岩2 文档来源： 1 海军驻哈尔滨地区舰船配套军事代表室 2􀀂 海军驻沈阳地区舰船配套军事代表室,		点击数：	更新时间： 2021年06月16日
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文章编号: 1002􀀁5855 ( 2010) 05􀀁0007􀀁03
作者简介: 臧恒波( 1982- ) 男, 汉, 黑龙江哈尔滨人, 助理工程师, 主要从事阀门质量监督与检查验收工作。
安全阀结构分析与优化设计
臧恒波1, 穆􀀁 岩2
( 1􀀂 海军驻哈尔滨地区舰船配套军事代表室, 黑龙江哈尔滨150000;
2􀀂 海军驻沈阳地区舰船配套军事代表室, 辽宁沈阳110168)
􀀁 􀀁 摘要􀀁 分析了安全阀的结构, 并通过试验数据的对比, 说明优化设计结构对于改进阀门性能
具有重要作用。
􀀁 􀀁 关键词􀀁 安全阀; 结构; 设计; 优化
􀀁 􀀁 中图分类号: TH134􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 文献标识码: A
Analysis and optim ization design for the structure of safety valve
ZANG Heng􀀁bo
1
, MU Y an
2
( 1􀀂M ilitary Representitiv eA gent o f Sh ip f itting s for Nav y S tanding in H aerb in, H aerbin 150000, C hina;
2􀀂M ilitary Represen titive Ag en t of Ship fitting s fo r Navy Stand ing in Shenyang, Sheny ang 110168, Ch ina )
Abstract: On the basis o f tes,t this tex t com pares and analy ses tw o m ode ls o f safety v alve structure
design. It is show ed tha,t optim izing the structure design is impo rtant to im prove the performance o f
safety va lv e, by con trasting the test da te.
Key words: sa fe ty valve; structure; design; o ptim ize
1􀀁 概述
安全阀是一种不借助任何外力而利用介质本身
的作用力排出一定流量介质的自动阀门。它是锅炉
系统中使用最为广泛的一种安全装置, 用以防止系
统压力超过允许的极限值, 确保锅炉系统安全运
行。为了确保安全阀具有准确的起跳、稳定的排
放、良好的回座和可靠的密封等性能, 应进行科学
合理的性能设计和结构设计, 而在保证性能设计的
前提下, 关键在于结构设计。
2􀀁 结构对比
􀀁 􀀁 两种安全阀(图1) 具有相同的设计原理、工作
环境和运行参数, 但在结构设计方面存在不同之处。
( 1) 为增强零件配合的同轴度, 阀门都在零
件上采取了向心结构设计。阀门A 的上弹簧座与
调整螺母接触部位采用圆弧过渡, 同时铜螺母下端
采用锥形结构, 但锥形面与圆弧面的配合却增加了
产生卡塞的可能性。在试验过程中拆检时发现, 多
数都存在上弹簧座与调整螺母之间的压痕偏向一侧
的现象, 该结构的向心效果不理想。阀门B 的调
整螺母下端与向心滑块均采用圆弧过渡的结构, 接
触面积较大, 减小零件之间的压强, 降低了卡塞的
可能, 能够较好的配合, 增强了零件配合同轴度。
􀀁 􀀁 ( 2) 阀门B 设推力轴承。阀门A 在试验过程
中, 每次调整螺母后, 首次起跳压力总是偏差过
大。举例来说, 如果压紧螺母后连跳四次, 则第一
跳压力明显高于后三次压力。在试验过程中, 采取
向顺(逆) 时针方向调整后再往逆(顺) 时针方
向稍微转动铜螺母的方法, 这种现象明显减弱
(表1)。经分析证明, 调整螺母与上弹簧座之间以
及上弹簧座与弹簧之间存在较大的摩擦力, 在调整
铜螺母过程中使弹簧产生了环向扭力, 影响了弹簧
刚度值, 进而影响了阀门起跳精度。阀门B 增加
了推力轴承, 保证在调整铜螺母的过程中弹簧不产
生环向扭转, 避免因弹簧环向扭力带来的误差。
2010年第 5期􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 阀􀀁 􀀁 􀀁 门􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁􀀂 􀀁 7 􀀁􀀂 􀀁 􀀁 􀀁
1􀀂 阀体􀀁 2􀀂 上阀体􀀁 3􀀂 手动装置􀀁 4􀀂 弹簧下座􀀁 5􀀂 弹簧上盖􀀁 6􀀂 调整螺母􀀁 7􀀂 向心滑块􀀁 8􀀂 推力轴承􀀁 9􀀂 压杆
10􀀂 阀杆导向套􀀁 11􀀂 阀杆􀀁 12􀀂 钢球􀀁 13􀀂 阀套􀀁 14􀀂 阀瓣压盖􀀁 15􀀂 阀瓣􀀁 16􀀂 导向套􀀁 17􀀂 阀座
(注: 阀门A 比阀门B多件13和件14, 阀门B比阀门A多件7和件8, 为便于对比, 将相对应的零件采用了相同的编号)
( a) 阀门A􀀁 ( b) 阀门B
图1􀀁 安全阀结构分析
表1􀀁 阀门A 试验过程中试验数据M Pa
序号调整方法
第1 次起跳压力与
整定压力差值
第2次起跳压力与
整定压力差值
第3 次起跳压力与
整定压力差值
第4次起跳压力与
整定压力差值
1 顺时针调整5mm 0􀀂 66 0􀀂 04 0􀀂 05 0􀀂 03
2 顺时针调5mm, 再逆时针调整1mm 0􀀂 06 0􀀂 04 0􀀂 04 0􀀂 03
􀀁 􀀁 ( 3) 阀门A 下弹簧座上部圆头处与调整螺母
内径直接接触, 在轴向产生摩擦力, 影响阀门起跳
性能。在前期的试验中就发现该接触面有很多划
痕, 将该接触面进行抛光处理后, 阀门起跳性能有
所改善。另外, 由于下弹簧座是活动部件, 其轴线
并不固定, 依靠其顶压并限制压杆位置会降低零件
配合的同轴度, 从而影响阀门性能。阀门B 的压
杆贯穿上下, 且上端由轴线固定的铜螺母限制, 增
强了各零件配合的同轴度。
( 4) 阀门A 的阀瓣采用组合方式, 比较复杂。
阀门B 采用单件方式, 简单实用, 故障率低。阀
瓣与阀座密封面的平行度和同轴度对阀门性能影响
较大。前期试验中, 阀门A 出现密封性能不好的
现象, 采取了提高阀瓣组合的同轴度和平行度的方
式后, 密封性能有所提高。若采用阀门B 的结构,
只需保证单个零件的加工精度。
( 5) 由于生产工艺限制, 阀门A 和阀门B 都
是先将阀座加工成型后再与阀座焊接, 因此焊后热
应力释放过程中的变形是不可避免的。由于阀门各
零件所用原材料相同, 阀座焊接过程中热输入量也
相当, 阀门A 的阀座较小, 因此焊后变形就相对
较大, 而阀门B 的阀座较大, 焊接变形相对较小。
在拆检过程中发现阀门A 的阀座尺寸有焊后超标
的现象。
3􀀁 数据分析
阀门A 和阀门B 的公称压力、公称直径、整
定压力和排量等参数以及工作环境都十分接近, 整
定压力允许的误差范围都为 0􀀂07M Pa。表2中列
出的是阀门各自批次的试验验收数据。
􀀁 􀀁 试验数据证明, 阀门A 在一个批次的试验中
各阀门起跳压力的最大值与最小值之差的平均值为
0􀀂06MPa。阀门B 在一个批次的试验中起跳压力的
最大值与最小值之差的平均值为0􀀂02M Pa, 阀门
的灵敏性和稳定性得到明显的改善。
􀀂 8 􀀂 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 阀􀀁 􀀁 􀀁 门 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 2010年第 5期
表2􀀁 阀门蒸汽试验数据对比分析M Pa
阀门编号起跳次数
阀门A
左腔起跳压力
与整定压力
差值
最大差值与
最小差值
之差
右腔起跳压力
与整定压力
差值
最大差值与
最小差值
之差
阀门B
左腔起跳压力
与整定压力
差值
最大差值与
最小差值
之差
右腔起跳压力
与整定压力
差值
最大差值与
最小差值
之差
1 - 0􀀂05 - 0􀀂 02 - 0􀀂03 - 0􀀂 04
1 2 - 0􀀂02 0􀀂 04 + 0􀀂 03 0􀀂 05 0 0􀀂 03 - 0􀀂 04 0􀀂 01
3 - 0􀀂06 + 0􀀂 03 - 0􀀂03 - 0􀀂 03
1 - 0􀀂03 - 0􀀂 03 + 0􀀂01 + 0􀀂 05
2 2 - 0􀀂06 0􀀂 11 0 0􀀂 10 0􀀂02 0􀀂 02 + 0􀀂 04 0􀀂 03
3 + 0􀀂05 + 0􀀂 07 + 0􀀂03 + 0􀀂 02
1 + 0􀀂06 + 0􀀂 02 - 0􀀂01 + 0􀀂 02
3 2 + 0􀀂05 0􀀂 04 + 0􀀂 03 0􀀂 04 + 0􀀂01 0􀀂 05 + 0􀀂 02 0􀀂 01
3 + 0􀀂02 + 0􀀂 06 + 0􀀂04 + 0􀀂 03
1 - 0􀀂03 - 0􀀂 01 + 0􀀂01 + 0􀀂 03
4 2 - 0􀀂01 0􀀂 04 + 0􀀂 07 0􀀂 12 + 0􀀂02 0􀀂 01 + 0􀀂 03 0􀀂 02
3 - 0􀀂05 - 0􀀂 05 + 0􀀂02 + 0􀀂 05
1 - 0􀀂02 - 0􀀂 04 + 0􀀂03 - 0􀀂 01
5 2 - 0􀀂04 0􀀂 06 - 0􀀂 05 0􀀂 02 + 0􀀂03 0􀀂 01 - 0􀀂 01 0􀀂 02
3 + 0􀀂02 - 0􀀂 06 + 0􀀂02 - 0􀀂 03
1 + 0􀀂01 + 0􀀂 02 - 0􀀂02 - 0􀀂 02
6 2 - 0􀀂04 0􀀂 06 - 0􀀂 06 0􀀂 08 0 0􀀂 02 - 0􀀂 02 0􀀂 02
3 - 0􀀂05 - 0􀀂 05 - 0􀀂02 0
1 + 0􀀂05 + 0􀀂 02 + 0􀀂01 0
7 2 - 0􀀂05 0􀀂 01 + 0􀀂 06 0􀀂 06 + 0􀀂02 0􀀂 02 + 0􀀂 02 0􀀂 02
3 - 0􀀂01 0 + 0􀀂03 + 0􀀂 02
1 + 0􀀂05 + 0􀀂 07 + 0􀀂02 + 0􀀂 03
8 2 + 0􀀂05 0􀀂 03 + 0􀀂 07 0􀀂 01 + 0􀀂01 0􀀂 02 0 0􀀂 04
3 + 0􀀂02 + 0􀀂 06 0 - 0􀀂 01
最大差值与最小差值之差的
平均值
0􀀂 06 0􀀂 06 0􀀂 02 0􀀂 02
4􀀁 结语
安全阀在满足性能要求的前提下, 还应通过阀
门灵敏性和稳定性方面的试验和对比分析, 对其进
行产品结构设计的优化, 力求结构简单、合理和实
用。
参考文献
!1∀ 􀀁 JB /T 9624- 1999, 电站锅炉安全阀技术条件! S∀.
!2∀ 􀀁 DL /T 959 - 2005, 电站锅炉安全阀应用导则! S∀.
!3∀ 􀀁 ASM E C ode. sec. # PG67 ~ 73, 安全阀和安全泄压阀
! S∀.
(收稿日期: 2010􀀂 05􀀂 05 )
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2010年第 5期􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 阀􀀁 􀀁 􀀁 门􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁􀀂 􀀁 9 􀀁􀀂 􀀁 􀀁 􀀁

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