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新型安全泄压阀的研究

发布于:2016-04-26 15:53:07

  前言

  安全阀是承担设备(锅炉、压力容器和压力管道等)的超压安全保护装置。随着现代大机组的发展,高参数、高性能安全阀的应用越来越广泛。传统安全泄压阀通常由弹簧直启或主安全阀、冲量阀以及进、出口信号管系等组成,如下图所示。系统存在庞大、泄露隐患多,性能不可调节,压力损失较大,泄压保护迟缓等现象。

  传统安全泄压阀

  各种安全阀应用的分析

  根据使用工况和参数的不同要求,传统安全阀很难适应现代高参数设备的发展和高性能的需求。弹簧式安全阀虽然具有良好的性能,但难以满足大排量的需要。而先导式安全阀由于使用非金属元件作为密封元件,虽然能满足大排量工况的需要,但不能满足高温工况的的需要。为此,通过理论分析和实际应用,结合大量的动态模拟试验,设计了一种新型的安全泄压阀。这种新型安全泄压阀在技术上运动了气流动力学的原理,在结构上运用了主、副阀的控制系统和单位面积的压力差作用系统,使整个系统取消了庞大的弹簧作用结构或杠杆冲量和连接管系,如下图所示:

  新型安全泄压阀

  本安全泄压阀具有结构紧凑、系统独立,启闭迅速,安全可靠等特点。超过压力不大于3%整定压力,启闭压差小于7%~10%整定压力。

  安全泄压阀可适用于不同的工况场合,尤其在高温介质带背压的工况,系统具有独特的优越性。可动件的启闭、重复和膨胀活塞环的研制,安全卸压系统启动偏差小,活塞推力摩擦损失小,是一种实现了重复启闭的节能、环保、绿色安全泄压系统。

  由于新型安全泄压阀的设计理念是自动运作并重复作用,所以整个系统是不借助外力来完成泄压保护,自动控制技术含量高,需要依赖于大量的建模试验研究,目前高性能高参数安全泄压系统的技术仍依赖于引进。

  新型安全泄压系统的研究,将原始的主安全阀+冲量安全阀的组合式庞大结构,不利于整机的动态试验和较低的性能指标等得到彻底地解决,高温高压工况中启闭件的密封性、可动件的动作可靠性得到了大幅提高。利用活塞和阀瓣的面积差将压力信号的引入调节和放大解决了安全泄压系统的独立,紧凑、适用于高性能高参数带背压的各种场合。

  阀门设计

  新型安全泄压阀是运用气流动力学科和压力作用在单位面积上的推力等技术,将受保护的压力源作为动力源,通过安全泄压系统自动地实现完成控制启闭,从而达到安全泄压保护作用。新型安全泄压阀是从被保护的主压力源中引入信号源,由导阀控制信号调节放大。主压力源用于主阀作用在阀芯单位面积上有可能的密封比压,信号源作用在设定的有面积差的单位面积上实现气流推力,采用气流动力升力的科学计算,得出推力和启闭升力的差值,最终实现较小的启闭压差,起到了能耗损失最小的目的。

  结构原理图如下所示:

  新型安全泄压阀结构原理图

  外形图如下所示:

  新型安全泄压阀外形图

  新型安全泄压系统与被保护的承压设备直接串连,系统的入口由阀座喷嘴组成主压力源的取压点,由阀座喷嘴形成一个阀门的入口腔,喷嘴的缩口处设置阀芯,阀芯与阀座形成可靠的密封副。同时在入口腔设置一压力信号源取压口,分解成信号源和主压力源均来之于被保护的承压设备,使得安全泄压系统的动作源处于同一源头。当设定的导阀信号控制调节放大提供给动力源的活塞缸内时,整个安全泄压系统迅速启动,在气动中借助于设计的建模结构,系统形成启闭回路,来完成超压保护。

  结论

  新型安全泄压阀通过测试以及超压保护工况中的实际运行,系统性能指标已达到理想效果。系统设置主阀与导阀的组合一体式,消除了压力损失和压差带来的整定压力偏差,特别在可收缩膨胀的活塞环上解决了摩擦和泄露带来的推力损失,使系统的启闭效果显著提高。在导阀的旁路系统设置了控制调节阀,使系统的排放和回座性能可控可调,即提高了性能指标,又解决了传统安全泄压阀庞大的系统结构,降低了成本。尤其突出的是本系统通过可动件的研发,可有效适用于高温蒸汽场合,设置止回旁路,适用于出口背压的大排量工况场合。

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