安全閥液壓助跳整定試驗(yàn)的原理

                         上海申弘閥門有限公司

之前介紹蒸汽截止閥熱損失，現(xiàn)在介紹安全閥液壓助跳整定試驗(yàn)的原理
    zui早開發(fā)安全閥液壓助跳在線校驗(yàn)儀器的公司有英國FURMANITE公司，其在20世紀(jì)80年代研制了TREVITEST系列安全閥在線校驗(yàn)儀器。該儀器以風(fēng)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)液壓泵，再由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)油缸活塞來驅(qū)動(dòng)安全H閥桿，從而使安全閥起座。該儀器采用二通道記錄儀配合傳感器測量記錄安全閥閥前統(tǒng)工作壓力、提升壓力等參數(shù)，安全闊的開啟過程、動(dòng)作的特征點(diǎn)、外加力變化曲線等均需人工判斷。
    20世紀(jì)80年代末期和90年代栩期．國內(nèi)的一些公司也研制了一些原理相近的安全閥液壓助跳校驗(yàn)設(shè)備．如鐵嶺鐵光儀器儀表有限責(zé)任公司生產(chǎn)的AJⅡ（適用彈簧安全閥）型和AJ一Ⅲ（適用脈沖安全閥）型系列安全閥校驗(yàn)裝置．其基本原理是由人工手動(dòng)液壓加壓泵加壓，由液壓驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞，再由液壓缸活塞提升安全閥閥桿。
    國外的一些安全閥生產(chǎn)廠家也為各自的安全閥產(chǎn)品提供了較為簡單的安全閥在線校驗(yàn)儀器，這些儀器基本上是以人工讀數(shù)和人工的判斷為基礎(chǔ)的，有壓力表人工讀數(shù)的，還有電子數(shù)顯讀數(shù)的；大部分是利用人工加壓泵進(jìn)行加壓的，一些的還有電動(dòng)液壓泵、風(fēng)動(dòng)液壓泵，原理上大同小異。
    在上述人工讀數(shù)、人工判斷等簡單液壓整定設(shè)備的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外的一些設(shè)備廠家又陸續(xù)開發(fā)了具有自動(dòng)運(yùn)算與處理功能，并具有圖像生成處理能力的安全閥在線助跳整定設(shè)備，這種設(shè)備有較好的在線數(shù)據(jù)采集能力、數(shù)據(jù)處理能力、圖像生成能力、人機(jī)對(duì)話功能等，例如北京邦備機(jī)電技術(shù)有限公司NHS型全自動(dòng)安全閥液壓整定裝置。
    安全閥液壓助跳整定試驗(yàn)的原理下面以鐵嶺鐵光儀表廠生產(chǎn)生產(chǎn)的AJⅡ型彈簧安全閥在線校驗(yàn)儀為例，介紹安全閥液壓助跳整定裝置的原理。如圖4 1所示，該裝置由手動(dòng)液壓供給單元（液壓泵）、液壓缸及固定裝置等三部分組成。固定裝置的作用是將液壓缸固定在安全閥上，并將液壓缸的行程傳遞到安全閥閥桿七，其結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便。液壓動(dòng)力單元為安全闊整定提供可調(diào)節(jié)的液壓與流量，以控制外力的大小與升降速度。手動(dòng)液壓動(dòng)力單元作為動(dòng)力源，與液壓缸問通過一個(gè)帶靈活拆卸接頭的高壓管線相連接。助跳系統(tǒng)的液壓力值通過裝在油缸上的高精度壓力表來進(jìn)行讀取。在校驗(yàn)時(shí)，校驗(yàn)人員通過手動(dòng)加壓油泵為驅(qū)動(dòng)裝置液壓缸增壓，驅(qū)動(dòng)液壓缸，液壓缸再通過連接裝置提升安全閥閥桿。
    在安裝時(shí)，拆下安全閥頂部的閥帽、螺帽、叉桿以及手動(dòng)拉桿后，將安全閥閥桿通過上端螺紋與外加的閥桿引出螺栓連按起來，以加長閥桿；再將支撐架放于安全閥的支架上，上面放置液壓缸，把上蓋板蓋在液壓缸上，稍微擰緊壓緊螺母，然后連接好油管路即可。通過手動(dòng)操作加壓泵．對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行加壓，壓力油驅(qū)動(dòng)液壓缸，從而提升閥桿。
    設(shè)液壓系統(tǒng)對(duì)安全閥閥桿施加的作用力為F,（方向向上），則
    Fl—PiSi式中p．——液壓缸內(nèi)的壓力；
    S．——液壓缸活塞的有效面積（由生產(chǎn)廠家提供，如
    對(duì)AJⅡ型，取S．一71. 47，對(duì)于AJⅢ型，取
    S，=15. 716）。
    設(shè)熱力系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)作用在安全閥閥瓣上的作用力為Fz方向向上），則
    Fn—P2S2K式中p。  熱力系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)壓力；
    S。    安全閥閥瓣的有效作用面積；
    K  蒸汽滲透系數(shù)，對(duì)于安全閥，暫取K =l. 07。
    設(shè)彈簧通過彈簧下墊圈對(duì)閥瓣的作用力為R，方向向下。當(dāng)油壓系統(tǒng)的壓力較小，安全閥沒有達(dá)到起座壓力時(shí)，F(xiàn),+F：<F3，這時(shí)為達(dá)到力的平衡，閥噴嘴會(huì)向閥瓣施加一個(gè)反作用力F。，F(xiàn)1又同時(shí)為閥門密封面提供密封比壓力。這時(shí)力的平衡關(guān)系是

    Fi+F2+F1—F3 隨著液壓助跳系統(tǒng)的壓力增大，F(xiàn)．逐漸增大，F(xiàn)z不變（假設(shè)熱力系統(tǒng)內(nèi)壓力穩(wěn)定），R不變，反作用力F4逐漸減小。在Fi+Fz <F.z時(shí)，安全閥仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。隨著油壓
的升高，F(xiàn)．逐漸增大，■逐漸減小，當(dāng)F4減小到一定程度，無法為安全閥提供足夠的密封比壓力時(shí)，介質(zhì)就會(huì)穿透閥瓣與閥座的密封面，在密封面上形成局部的間隙，進(jìn)而產(chǎn)生局部泄漏，或出現(xiàn)尖厲的“咝咝”聲，即是閥門微啟，這時(shí)安全閥已達(dá)到起座階段（*階段）。雖然這時(shí)的安全閥已達(dá)到整定壓力狀態(tài)，即F1+F2—F3，但還不能迅速躍升到排放狀態(tài)，因?yàn)橐簤豪咛到y(tǒng)不能繼續(xù)為安全閥的起座躍升繼續(xù)提供支持動(dòng)力（液壓缸的行程是連續(xù)的）。這時(shí)將液壓助跳系統(tǒng)對(duì)安全閥的外加力換算成熱力系統(tǒng)內(nèi)的壓力，再加上熱力系統(tǒng)內(nèi)的壓力，其和就是該安全閥的整定壓力。
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥圖4 2為安全閥在液壓助跳設(shè)備在作用下，F(xiàn)i與時(shí)間的關(guān)系曲線圖（也可以稱為液壓助跳系統(tǒng)內(nèi)壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線圖，因?yàn)镕．與液壓助跳系統(tǒng)的液壓壓力成正比）。圖4 2(a)為冷態(tài)時(shí)（熱力系統(tǒng)內(nèi)無壓力）時(shí)的液壓助跳實(shí)驗(yàn)曲線，圖4-2(b)為熱態(tài)時(shí)（熱力系統(tǒng)內(nèi)承受壓力）的安全閥的液壓助跳實(shí)驗(yàn)曲線。

    圖4-2 (a)表示，在熱力泵統(tǒng)內(nèi)部沒有壓力時(shí)，安全閥的開啟與閉合所受到的外力與時(shí)問的曲線是直線線性關(guān)系。外加作用力Fl隨著液壓系統(tǒng)的加壓而逐漸增大，當(dāng)F．與安全閥彈簧的作用力持平時(shí)，安全閥上閥瓣會(huì)脫離安全閥噴口，對(duì)外表現(xiàn)出安全閥開啟，并有提升高度。隨著液壓助跳設(shè)備的繼續(xù)加壓，安全閥開啟高度會(huì)繼續(xù)增大，安全閥彈簧的壓縮量也會(huì)繼續(xù)增大，液壓系統(tǒng)對(duì)彈簧的作用力會(huì)繼續(xù)增大。

    當(dāng)安全閥的開啟高度達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)受到開度限位裝置的作用，E的增加不會(huì)再使安全閥的開啟增加[圖4-2 (a)上未反映安全閥的開啟高度]，但液壓助跳系統(tǒng)內(nèi)的壓力會(huì)繼續(xù)增加（在此拐點(diǎn)后，作用力F．的變化速度可能會(huì)出現(xiàn)變化）。液壓助跳設(shè)備系統(tǒng)泄壓的過程正好相反，安全閥的開啟
點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的作用力與關(guān)閉點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的作用力是相等的[在圖4 2魄）上兩點(diǎn)位于一條水平線上]。
    實(shí)際的液壓助跳情況是，液壓助跳系統(tǒng)的壓力上升能力有限，可能根本就不能使安全閥在閥前系統(tǒng)沒有壓力的情況下達(dá)到開啟壓力點(diǎn)，也有可能使安全閥達(dá)到開啟壓力點(diǎn)后的某個(gè)壓力點(diǎn)后，助跳系統(tǒng)壓力不再能繼續(xù)上升。比如在圖4-2 (幻lEzui大點(diǎn)B時(shí)，達(dá)到了液壓助跳系統(tǒng)的zui大壓力，使F，不再增加。
    當(dāng)熱力系統(tǒng)內(nèi)部有壓力時(shí)，安全閥閥瓣在開啟時(shí)會(huì)受到熱力系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)的作用，使安全閥上安裝的液壓助跳系統(tǒng)對(duì)安全閥的作用力變得復(fù)雜，如圖4-2 (b)所示。

    F．與安全閥閥瓣所受到的熱力系統(tǒng)內(nèi)部介質(zhì)的作用力之和沒有達(dá)到安全闋的開啟所需要的提升力時(shí)，兩個(gè)曲線的OA段是相似的。當(dāng)上述兩個(gè)作用力共同作用，使安全閥達(dá)到開啟點(diǎn)時(shí)，安全閥在瞬間會(huì)有一個(gè)較小開度的躍升，液壓助跳系統(tǒng)的液壓缸會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的行程，這個(gè)行程會(huì)增加安全閥彈簧的壓縮，使F3增加；泄漏量的增加也會(huì)使介質(zhì)對(duì)閥瓣的作用面積擴(kuò)大，從而蹭加Fz；液壓缸內(nèi)液體需要加壓泵來及時(shí)補(bǔ)充，內(nèi)部的液壓介質(zhì)壓力會(huì)在瞬間出現(xiàn)波動(dòng)，F(xiàn)．（內(nèi)部液壓壓力）會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬間的回落[如圖4 2(b)的E點(diǎn)]。隨著液壓助跳系統(tǒng)壓力驅(qū)動(dòng)裝置的繼續(xù)加壓．液壓缸內(nèi)部的介質(zhì)得到補(bǔ)充并繼續(xù)增壓，F(xiàn)．逐漸增加，安全閥的開啟高度也隨之增大。當(dāng)安全閥開肩高度達(dá)到zui大時(shí)后，■可能會(huì)繼續(xù)增加而達(dá)到zui大點(diǎn)B點(diǎn)（這時(shí)安全閥的開啟高度并沒確增加）。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有石油化工用閥門原則