彈簧式全量型安全閥分析穩(wěn)健性設(shè)計(jì)研究

常思蕾

摘要：本文主要就彈簧式全量型安全閥的工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)其自身的性能加以闡述分析，結(jié)合實(shí)際再就其安全閥的性能影響因素和設(shè)計(jì)進(jìn)行探究。希望能夠通過此次的理論研究對(duì)實(shí)際的彈簧式全量型安全閥的穩(wěn)健性設(shè)計(jì)操作，起到一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：彈簧式;全量型安全閥;穩(wěn)健性設(shè)計(jì)

引言

彈簧式全量型安全閥主要是安裝在壓力容器或者是管道上，處在緊急狀況下進(jìn)行開啟承壓管道的一種安全設(shè)備。這一安全設(shè)備在人們的生活當(dāng)中有著廣泛的應(yīng)用，并起到了重要安全保障作用。所以加強(qiáng)這一領(lǐng)域的理論研究，就其穩(wěn)健性設(shè)計(jì)進(jìn)行探究，對(duì)實(shí)際就有著必要性。

1.彈簧式全量型安全閥的性能及工作原理分析

1.1彈簧式全量型安全閥的性能分析

在性能方面主要體現(xiàn)在安全閥的起跳壓力，也就是其安全閥的動(dòng)作，在蒸汽強(qiáng)烈泄放時(shí)候的進(jìn)口側(cè)總壓力，這一起跳壓力是主要的性能指標(biāo)。為能有效的保障壓力容器或者是鍋爐等設(shè)備進(jìn)行安全的運(yùn)行，那么對(duì)安全閥的起跳精度就有著相對(duì)嚴(yán)格的要求，從誤差幅度來看主要是在±1%[1]。由于安全閥的起跳精度及壓力是關(guān)鍵指標(biāo)，所以在閥門的結(jié)構(gòu)以及零部件等各方面都會(huì)對(duì)其起跳的精度造成影響。

另外就是安全閥的啟閉壓差性能層面，這是對(duì)安全閥的靈敏度及經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行衡量的重要指標(biāo)。倘若是由于壓差較小就會(huì)使得安全閥太過靈敏，對(duì)其安裝的位置就會(huì)造成影響，比較容易發(fā)生震顫等問題;而壓差過大就會(huì)使得介質(zhì)排放過多，在經(jīng)濟(jì)上得不到收效。所以根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，其壓差主要在4%到7%最為合適。對(duì)其壓差造成影響的主要因素就是彈簧的剛度及閥瓣背壓等。

1.2彈簧式全量型安全閥的工作原理分析

彈簧式全量型安全閥的主要工作原理是根據(jù)容器內(nèi)部的壓力超限，然后將內(nèi)部氣流介質(zhì)排出閥腔或者是排入泄放裝置，進(jìn)而對(duì)內(nèi)部的容器進(jìn)行保護(hù)，使之不會(huì)由于壓力過大而發(fā)生裂紋等狀況。當(dāng)氣體的排放達(dá)到一定的限制，閥體的內(nèi)部壓力就會(huì)逐漸的減少，由于壓力差不足就會(huì)使得閥瓣張開，而在彈簧的壓力作用下會(huì)使閥瓣重新返回到閉合的位置。在這一過程中，由于彈簧式全量型的安全閥會(huì)對(duì)組件以及精度有著高要求，故此就需要對(duì)其安全閥的失效特征進(jìn)行充分的考慮[2]。也就是在系統(tǒng)壓力超過了限值，彈簧式全量型安全閥的內(nèi)部開啟壓力就會(huì)達(dá)到最小值，此時(shí)的閥瓣開啟泄放蒸汽的壓力也會(huì)隨之而減小。

2.彈簧式全量型安全閥性能影響因素及設(shè)計(jì)

2.1彈簧式全量型安全閥的性能影響因素分析

零件模型的穩(wěn)健性設(shè)計(jì)需要準(zhǔn)確以及盡量準(zhǔn)確的描述出零件模型的參數(shù)變量在域內(nèi)的概率分布度函數(shù)，總體而言對(duì)彈簧式全量型安全閥的性能設(shè)計(jì)造成影響的因素主要是設(shè)計(jì)制造誤差，有的則是外部因素所決定的，但總體是可控的，例如操作人員的技能熟練程度以及環(huán)境因素中的溫度和濕度等。

除此之外，彈簧是重要的影響其穩(wěn)健性設(shè)計(jì)的因素，其自身的剛度能對(duì)安全閥的起跳壓力及啟閉壓差等造成很大的影響，這也會(huì)對(duì)起跳的精度造成影響。還有就是制造精度的影響因素，主要體現(xiàn)在閥體和閥座的制造，以及閥瓣結(jié)構(gòu)的制造，還有就是全量型安全閥的閥桿的制造精度等[3]。

2.2彈簧式全量型安全閥穩(wěn)健性設(shè)計(jì)

彈簧式全量型安全閥的振動(dòng)過程主要是由于外部的阻尼力影響所致，這就和泄放口的飽和以及蒸汽壓力、上部的重量等有著非常緊密的關(guān)系，故此在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中就要考慮這一問題。

從多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面來看，主要解決的是參數(shù)變量衡量單位非一致性的問題，在滿意度矩陣函數(shù)特征變量作用下，能夠?qū)⒆兞繂挝贿M(jìn)行公度化，也能夠?qū)Ω髂繕?biāo)函數(shù)的重要程度加以反映。主要就是確定優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)為彈簧式全量型安全閥的排放流量W，以及彈簧的剛度c，和彈簧自振頻率f。這樣就能夠針對(duì)不相同的場合進(jìn)行設(shè)計(jì)泄放流量計(jì)剛度以及自振彈簧的重要程度比值。

此次的研究主要是通過Matlab對(duì)彈簧式全量型安全閥性能加以擬合和優(yōu)化，其它的相關(guān)運(yùn)算軟件就要對(duì)多種算法加以比較分析，并要針對(duì)性的對(duì)其閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行驗(yàn)證數(shù)據(jù)，擬合出分析穩(wěn)健性設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)曲線。再通過模塊化的集成思想把穩(wěn)健性軟件分成幾個(gè)重要的模塊，如數(shù)據(jù)交換傳輸模塊以及數(shù)據(jù)編輯管理模塊，穩(wěn)健性設(shè)計(jì)處理模塊。

然后就是通過Matlab軟件對(duì)彈簧式全量型安全閥不同數(shù)值進(jìn)行模擬，采取最小二乘法對(duì)響應(yīng)模型加以擬合，進(jìn)而得出回歸分析模型。在驗(yàn)證過程中，針對(duì)泄放流量性能影響因子較小的可忽略不計(jì)，只需要進(jìn)行對(duì)方差模型加以討論即可。對(duì)安全閥而言，不管是彈簧的精度有多高，也會(huì)存在允許公差范圍，安全閥不可能裝配后達(dá)到性能的要求，所以調(diào)試是滿足安全閥性能的重要步驟[4]。從出廠前的調(diào)試方面主要就是調(diào)整螺絲以及定壓力，還有就是通過下調(diào)整環(huán)微調(diào)整定壓力。通過穩(wěn)健性設(shè)計(jì)及調(diào)試能夠有效提高產(chǎn)品的功能需求滿意度，對(duì)安全閥所產(chǎn)生的波動(dòng)偏離目標(biāo)的性能大小問題大大的減少了。

3.結(jié)語

總而言之，針對(duì)規(guī)模不同的供電系統(tǒng)而言，處在不同工況下對(duì)彈簧式全量型安全閥的工作環(huán)境和參數(shù)的選擇非常關(guān)鍵。此次的研究主要是對(duì)其安全閥的穩(wěn)健性能實(shí)現(xiàn)為出發(fā)點(diǎn)，由于篇幅的限制未能深化的探究，希望能起到拋磚引玉的作用以待后來者居上。

參考文獻(xiàn)：

[1]張義民，賀向東，劉巧伶，聞邦椿.汽車零部件（彈簧）的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國工程科學(xué).2014.（05）.

[2]孫琦.安全閥調(diào)節(jié)圈對(duì)安全閥運(yùn)行的影響[J].中國特種設(shè)備安全.2014.（09）.

[3]高萬東.安全閥在線校驗(yàn)工藝解析[J].石油和化工設(shè)備.2014.（09）.

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