彈簧式安全閥設(shè)計(jì)研究

楊東男

（天津市歐達(dá)法斯克制冷設(shè)備有限公司 天津 300000）

隨著壓力容器、壓力管道與鍋爐等設(shè)備使用數(shù)量的增加，其內(nèi)部的應(yīng)用安全正引發(fā)人們的高度關(guān)注。該類裝置內(nèi)皆含有彈簧式安全閥，相關(guān)部門需明確安全閥的設(shè)計(jì)要求，借助對(duì)該裝置的合理設(shè)計(jì)來提升設(shè)備應(yīng)用安全性。

1 彈簧式安全閥的工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.1 工作原理

在應(yīng)用彈簧式安全閥的過程中，相關(guān)部門需明確對(duì)應(yīng)的工作原理，技術(shù)人員可全面分析彈簧類安全閥的動(dòng)作開啟特征。若存有外加力FW作用，其安全閥從開啟至關(guān)閉，再?gòu)年P(guān)閉至開啟，外加附力FW將產(chǎn)生規(guī)律性增加，且與內(nèi)壓力形成彈簧預(yù)緊力狀態(tài)，在閥門開啟以后，逐步增加介質(zhì)作用面，不斷擴(kuò)展與彈簧預(yù)緊力相對(duì)應(yīng)的內(nèi)壓作用力，繼而有效縮減外附加力，在完成該項(xiàng)舉措后，可產(chǎn)生首個(gè)特征峰點(diǎn)，將其視作特征峰A。若彈簧類安全閥的外加附力值逐漸縮減至關(guān)閉點(diǎn)，受介質(zhì)作用面快速減小的影響，若想保證作用力的平衡，會(huì)讓外加附力急速回升，也就來到了第二個(gè)特征峰點(diǎn)，可將其看做特征峰B。透過對(duì)兩處特征峰點(diǎn)的合理檢測(cè)，可精準(zhǔn)查詢出彈簧式安全閥的回座壓力與開啟壓力。

1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在觀察彈簧式安全閥的內(nèi)在結(jié)構(gòu)時(shí)，相關(guān)人員可將其合理劃分成不封閉與封閉式兩種：前者多運(yùn)用在蒸汽與空氣形態(tài)中；而后者可保證介質(zhì)不外泄，多應(yīng)用在腐蝕性或有毒的介質(zhì)內(nèi)。在使用彈簧類安全閥期間，其整體結(jié)構(gòu)多處在公稱壓力范圍中，其選擇的彈簧都需持有特定的工作壓力級(jí)，在進(jìn)行正常使用時(shí)，需摸清其內(nèi)部的各項(xiàng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，還要切實(shí)掌握安全閥的溫度、介質(zhì)、名稱與型號(hào)等，利用對(duì)該項(xiàng)數(shù)值的合理控制來確保閥體內(nèi)部的密封壓力，繼而提升彈簧類安全閥的設(shè)計(jì)應(yīng)用質(zhì)量［1］。

2 彈簧式安全閥的設(shè)計(jì)過程

2.1 計(jì)算安全閥受力與強(qiáng)度

為確保彈簧式安全閥的安裝應(yīng)用效果，技術(shù)人員需對(duì)該項(xiàng)裝置進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行正式設(shè)計(jì)前，需對(duì)其內(nèi)部的受力與強(qiáng)度開展精準(zhǔn)計(jì)算，提升該裝置設(shè)計(jì)的合理性。

一方面，在設(shè)計(jì)安全閥內(nèi)部的彈簧受力時(shí)，技術(shù)人員可適時(shí)設(shè)定該閥芯內(nèi)部的受力面為20mm 直徑的圓，當(dāng)其內(nèi)部套缸直徑分別為110mm、120mm、130mm、140mm、150mm 與160mm 時(shí)，其對(duì)應(yīng)的最大壓力值分別為34.3MPa、32.9MPa、28.0MPa、24.2MPa、21.1MPa、18.5MPa，透過對(duì)該項(xiàng)數(shù)值的合理觀察后，可看出彈簧具體的承受壓力為10770.2N、10330.6N、8792.0N、7598.8N、6625.4N、5809.0N。在完成彈簧承受壓力的設(shè)定后，技術(shù)人員可依照該彈簧類安全閥的實(shí)際情況來選擇適宜材料，將壓力設(shè)定在800MPa 左右，并依照該材料來完成旋繞比與彈簧絲直徑的測(cè)算，根據(jù)相關(guān)公式可看出，其旋繞比與彈簧絲直徑在1.40、15mm 左右。在初步完成彈簧內(nèi)部旋繞比與彈簧絲直徑的測(cè)算后，應(yīng)依照具體的變形條件來完成彈簧工作圈數(shù)的計(jì)算，若將λmax值看作35，則工作圈數(shù)值則為9，繼而獲取該彈簧的基本尺寸，如節(jié)距、外徑、內(nèi)徑與中徑分別為30mm、75mm、45mm、60mm，在完成彈簧尺寸的計(jì)算后，可合理計(jì)算該彈簧的內(nèi)在穩(wěn)定度與靜應(yīng)力，經(jīng)過測(cè)算，該類數(shù)值均處在標(biāo)準(zhǔn)范圍中。

另一方面，在進(jìn)行彈簧內(nèi)部零部件強(qiáng)度的計(jì)算時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)校核連接螺栓，若該螺栓材料的材質(zhì)為Q235，性能等級(jí)與直徑為4.6、M24，安全系數(shù)也控制在24 以內(nèi)，經(jīng)適宜研究判斷，可將該螺栓材料應(yīng)用在彈簧安全閥內(nèi)部。技術(shù)人員還要科學(xué)確認(rèn)閥體壁厚，根據(jù)Q235 材質(zhì)的具體情況，其壁厚值多在10mm 左右，在完成彈簧內(nèi)部零部件強(qiáng)度的計(jì)算后，可將該安全閥受力與強(qiáng)度作用在此后的閥體安裝中［2］。

2.2 設(shè)計(jì)法蘭盤

一般來講，若想完善法蘭盤設(shè)計(jì)質(zhì)量，技術(shù)人員應(yīng)科學(xué)挑選法蘭盤。法蘭盤在使用時(shí)較為注重該裝置的外徑、連接尺寸，從連接尺寸的角度上看，需確認(rèn)中心圓直徑與法蘭外徑，并根據(jù)其生成的具體形態(tài)來確認(rèn)螺栓螺紋、螺栓數(shù)量與螺栓孔徑等，例如，當(dāng)前較佳的法蘭盤螺栓螺紋狀態(tài)為M45，其數(shù)量在8個(gè)左右，孔徑為48L。同時(shí)，為確保法蘭盤應(yīng)用質(zhì)量，技術(shù)人員還應(yīng)精準(zhǔn)確認(rèn)該裝置的密封面，根據(jù)其具體的運(yùn)行狀態(tài)來明確密封面的內(nèi)部數(shù)值，透過對(duì)該項(xiàng)數(shù)值的合理控制來提升法蘭盤的應(yīng)用安全，依照合適的數(shù)據(jù)測(cè)算方式，可看出理想的法蘭密封面有19.84、12.70、190.50 與241.00 等，借助對(duì)該項(xiàng)數(shù)值的合理控制來提升密封面形態(tài)應(yīng)用的科學(xué)性。此外，技術(shù)人員在進(jìn)行法蘭盤的設(shè)計(jì)中還應(yīng)適時(shí)確定法蘭內(nèi)徑、法蘭頸、法蘭高度與法蘭厚度等，最佳的法蘭厚度多在92.5C、法蘭高度在229H、法蘭頸為203N，而法蘭內(nèi)徑值則由相關(guān)用戶認(rèn)定，不同法蘭間的距離需保持在4左右［3］。

2.3 優(yōu)化閥體

在完成法蘭盤的整體設(shè)計(jì)后，相關(guān)人員應(yīng)適時(shí)關(guān)注閥體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì)。通常來講，閥體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)多影響彈簧類安全閥的應(yīng)用質(zhì)量，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)前，需明確該閥體運(yùn)行的實(shí)際狀況，精準(zhǔn)探測(cè)出該閥體的具體規(guī)格，利用對(duì)其規(guī)格的合理控制來強(qiáng)化其應(yīng)用質(zhì)量。在進(jìn)行閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，技術(shù)人員需明確該類產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量，若相關(guān)設(shè)備內(nèi)部安裝的彈簧類安全閥數(shù)量較少，可適當(dāng)控制該裝置的生產(chǎn)數(shù)量，利用對(duì)該數(shù)量的控制來提升設(shè)備應(yīng)用效益。例如，在探索彈簧類安全閥的應(yīng)用數(shù)量后，可看出其應(yīng)用的數(shù)量較少，需對(duì)該裝置實(shí)行小批量生產(chǎn)。

在檢查閥體內(nèi)部質(zhì)量時(shí)，要嚴(yán)格控制其內(nèi)部鑄件類型，避免在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生任何鑄造件，其原因在于鑄造件將難以保持焊接工作的精準(zhǔn)度，而該類產(chǎn)品在正式加工前需采用一定的焊接手段，因而不能采用鑄造件。在應(yīng)用閥體結(jié)構(gòu)的過程中，技術(shù)人員需確保裝置內(nèi)的各項(xiàng)零部件都處在正常運(yùn)行狀態(tài)中，在正式應(yīng)用前，需對(duì)該類零部件開展對(duì)應(yīng)性檢測(cè)，若在該環(huán)節(jié)產(chǎn)生問題，需及時(shí)探明引發(fā)該問題的原因，利用對(duì)其原因的合理控制來更好地解決對(duì)應(yīng)性問題，提升問題解決的針對(duì)性。此外，在完成閥體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與管理后，技術(shù)人員還需及時(shí)觀察該裝置內(nèi)的閥芯、閥座、閥蓋與調(diào)節(jié)桿，利用有效性舉措來精準(zhǔn)控制該類結(jié)構(gòu)，提升閥體應(yīng)用的科學(xué)性、可執(zhí)行性［4］。

2.4 改進(jìn)閥芯、閥座、閥蓋與調(diào)節(jié)螺紋

（1）針對(duì)閥芯的內(nèi)部設(shè)計(jì)而言，技術(shù)人員在開展正式設(shè)計(jì)前需明確閥桿與閥芯的對(duì)應(yīng)性關(guān)系，利用對(duì)二者定位關(guān)系的準(zhǔn)確控制來增強(qiáng)其設(shè)計(jì)的合理度，確保閥芯設(shè)計(jì)與使用的科學(xué)性。在融合閥桿與閥芯的過程中，應(yīng)明確彈簧座的內(nèi)部功能，借助對(duì)其各項(xiàng)功能的精準(zhǔn)調(diào)度來完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升閥芯內(nèi)部應(yīng)用結(jié)構(gòu)的實(shí)用性，解決更多該裝置內(nèi)部的問題。

（2）對(duì)于閥座的整體設(shè)計(jì)來說，相較于閥芯，閥座的設(shè)計(jì)有所區(qū)別，其與閥體間存在裝配、密封等實(shí)際問題。在開展該項(xiàng)設(shè)計(jì)前，需探明該閥座裝置內(nèi)部的實(shí)際運(yùn)行情況，利用對(duì)該運(yùn)行情況的合理控制來改善此前的密封或裝配問題，增進(jìn)其與閥芯整體的配合度，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

（3）在開展閥蓋設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需利用閥體的設(shè)計(jì)來摸清閥蓋裝置中的各項(xiàng)功能，利用有效措施來密封閥體，并引導(dǎo)保護(hù)罩中的螺紋與閥蓋進(jìn)行科學(xué)連接，對(duì)螺桿內(nèi)部彈簧壓縮量實(shí)行適宜的調(diào)節(jié)配合，在該項(xiàng)舉措的影響下，閥蓋設(shè)計(jì)質(zhì)量將達(dá)成較高水準(zhǔn)。

（4）站在螺桿調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)角度上看，在實(shí)行螺桿調(diào)節(jié)時(shí)，相關(guān)人員需合理控制螺桿調(diào)節(jié)距離，該距離需超出正常的彈簧行程，透過對(duì)該項(xiàng)數(shù)值的精準(zhǔn)控制來提升螺桿調(diào)節(jié)力度，確保其在此后的工作中可更好地完成與閥蓋的連接，利用螺桿調(diào)節(jié)舉措來增進(jìn)各項(xiàng)裝置調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)度，有效增強(qiáng)閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)用的有效性。值得一提的是，借助閥芯、閥座、閥蓋與螺桿調(diào)節(jié)的合理性設(shè)計(jì)，閥體結(jié)構(gòu)將變得更為完整，提升該裝置應(yīng)用的整體性，透過對(duì)該整體結(jié)構(gòu)的合理控制來確保彈簧式安全閥的安全性。

2.5 調(diào)整開啟壓力

針對(duì)彈簧類安全閥的閥體、閥芯、閥座與閥蓋等裝置的設(shè)計(jì)而言，在完成該項(xiàng)裝置的整體設(shè)計(jì)后，技術(shù)人員需及時(shí)觀察各項(xiàng)裝置應(yīng)用的整體性。

一方面，針對(duì)安全閥內(nèi)部的各項(xiàng)裝置，及時(shí)檢查不同類型裝置的使用狀態(tài)，確保其各項(xiàng)應(yīng)用過程都與項(xiàng)目使用標(biāo)準(zhǔn)相符。例如，鑒于閥體結(jié)構(gòu)內(nèi)的閥芯、閥座與閥蓋為一項(xiàng)有機(jī)整體，在運(yùn)行某項(xiàng)裝置時(shí)，及時(shí)觀察其他裝置的對(duì)應(yīng)性變化。在探索閥芯運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，若閥座、閥蓋等裝置的位置出現(xiàn)改變，需及時(shí)關(guān)注不同裝置位置改變的原因，借助對(duì)原因的探索來制定出合適的解決措施，有效解決各裝置運(yùn)行狀態(tài)的問題。因而，利用適宜的運(yùn)行試驗(yàn)來精準(zhǔn)觀察各閥芯、閥座與閥蓋等裝置的應(yīng)用情況，可真正改善彈簧類安全閥的運(yùn)用狀態(tài)。

另一方面，在完成閥體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部調(diào)整后，技術(shù)人員還需根據(jù)彈簧類安全閥合理調(diào)整相關(guān)設(shè)備的開啟壓力。例如，當(dāng)彈簧類安全閥的套缸直徑在110mm、120mm、130mm、140mm、150mm與160mm時(shí)，其生成的最大壓力值為34.3MPa、32.9MPa、28.0MPa、24.2MPa、21.1MPa、18.5MPa，根據(jù)該項(xiàng)壓力值，可適時(shí)摸索出具體的彈簧承受的壓力值，其對(duì)應(yīng)性數(shù)值分別為10770.2 N、10330.6N、8792.0N、7598.8N、6625.4N、5809.0N。在了解與掌握該彈簧承受的壓力值后，技術(shù)人員需及時(shí)調(diào)整彈簧類安全閥的開啟順序，借用對(duì)該順序的合理控制來保障彈簧承受力，提升該安全閥的應(yīng)用效果。具體來講，根據(jù)彈簧類安全閥的具體運(yùn)行狀態(tài)，相關(guān)人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整其運(yùn)行順序，從套缸直徑的應(yīng)用范圍上看，其正確的應(yīng)用順序?yàn)?60mm、150mm、140mm、130mm、120mm、110mm的彈簧類安全閥，在該項(xiàng)順序的引導(dǎo)下，彈簧承受力可得到最大程度的釋放，切實(shí)改善壓力容器、壓力管道或鍋爐等設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。

3 應(yīng)用彈簧式安全閥的注意事項(xiàng)

3.1 科學(xué)安裝安全閥

在完成彈簧類安全閥的設(shè)計(jì)后，為確保該裝置的應(yīng)用安全，應(yīng)將其科學(xué)地安置在各項(xiàng)設(shè)備如壓力容器、壓力管道與鍋爐內(nèi)。具體來看，若某一空間的壓力設(shè)備數(shù)量較多，不能在一個(gè)排放管道內(nèi)設(shè)置多個(gè)安全閥，雖然從某種程度上看，共用管道可增加設(shè)備的美觀度，但也給其具體應(yīng)用帶去更多的安全隱患，影響安全閥的工作狀態(tài)。例如，若相關(guān)設(shè)備內(nèi)的安全閥出現(xiàn)起跳狀態(tài)后，其設(shè)備內(nèi)部會(huì)快速噴涌出少量水與大量蒸汽，給其他安全閥造成較嚴(yán)重的隱患，縮減其應(yīng)用的安全性。此外，在安裝熱水鍋爐內(nèi)的安全閥時(shí)，要合理組裝該裝置的坡向，避免產(chǎn)生因坡向裝反而形成安全閥積水等不良現(xiàn)象。在進(jìn)行安全閥安裝期間，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守適宜的操作方法，借助該操作方式順序的堅(jiān)持來提升彈簧式安全閥應(yīng)用的安全性［5］。

3.2 定期實(shí)行維護(hù)清潔

在完成彈簧類安全閥的設(shè)計(jì)與使用后，相關(guān)人員需對(duì)該裝置實(shí)行定期的維護(hù)清潔，利用對(duì)安全閥的日常保養(yǎng)來提升裝置整體的應(yīng)用水平，滿足設(shè)備裝置的使用效果。例如，在進(jìn)行彈簧類安全閥的日常清潔時(shí)，要精準(zhǔn)控制清潔部位，如閥門彈簧腔，借助有效性舉措來縮減其積水、積灰現(xiàn)象，有效遏制其內(nèi)部某些零部件生成的銹蝕問題，提升安全閥運(yùn)作的合理性。技術(shù)人員還應(yīng)定期完成安全閥裝置整體的檢驗(yàn)工作，對(duì)其內(nèi)部的應(yīng)用壓力進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使該設(shè)備的內(nèi)部壓力始終處在合適的范圍內(nèi)，促進(jìn)設(shè)備運(yùn)行安全。在開展安全閥的維護(hù)清潔時(shí)，技術(shù)人員還需及時(shí)檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部存有的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，利用對(duì)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的合理控制來增進(jìn)設(shè)備運(yùn)行的合理性，確保彈簧類安全閥的應(yīng)用范圍［6］。

3.3 嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程

透過對(duì)彈簧類安全閥的科學(xué)設(shè)計(jì)，相關(guān)人員應(yīng)明確該項(xiàng)裝置的使用方法，在應(yīng)用相關(guān)設(shè)備裝置時(shí)，需嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，無論是拆卸還是安裝，都要與正確的操作方法相一致，避免野蠻作業(yè)。一般來講，在拆卸與安裝安全閥時(shí)，需確保法蘭密封面的完整性，避免插銷丟失、閥帽摔裂、手柄丟失與閥桿變形等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)。在安裝螺帽的過程中，需及時(shí)關(guān)注該零部件的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，密切注意其銹蝕程度，防止該銹蝕現(xiàn)象影響安全閥的正常使用。在進(jìn)行彈簧類安全閥的拆卸時(shí)，需合理選擇拆卸方法，盡量避免氣割方式的使用，提升對(duì)操作過程的合理控制。若在拆卸閥門時(shí)產(chǎn)生失誤，不僅會(huì)影響相關(guān)零部件的正常使用，還會(huì)增加安全閥應(yīng)用的危險(xiǎn)性，因而，需在實(shí)際操作中提升操作規(guī)程的執(zhí)行力度。

4 結(jié)語

綜上所述，在設(shè)計(jì)使用彈簧式安全閥期間，相關(guān)部門需合理完善安全閥的設(shè)計(jì)內(nèi)容，如法蘭盤、閥體、閥芯與開啟壓力等，及時(shí)調(diào)整該裝置的應(yīng)用范圍，借助某些環(huán)節(jié)的增加來提升該安全閥應(yīng)用的合理性、執(zhí)行性，確保壓力管道、壓力容器與鍋爐設(shè)備的應(yīng)用安全。