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安全閥排氣時反作用力是如何計算的 安全閥排氣時反作用力 安全閥反作用力 安全閥反作用

之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹安全閥排氣時反作用力是如何計算的？

    如圖2 26所示．安全閥排放時．大量氣體或蒸汽以音速或亞音速排出，給予閥門巨大的反作用力，對閥門與設備連接處產生很大的力矩。計算安全閥與設備連接部位的強度時，必須考慮到上述排氣反作用力。安全閥排放時，大量氣體或蒸汽以音速或亞音速排出，給予閥門巨大的反作用力，對閥門與設備連接處產生很大的彎矩。計算安全閥與設備連接部位的強度時，必須考慮到上述排放反作用力。安全閥排放反作用力及其產生的彎矩的計算同排放系統的布置有關。以下就圖1所示的開式排放系統介紹ASME B

31.1安全閥排氣時反作用力是如何計算的中的排放反作用力計算方法： 圖1 開式排放系統的排放反作用力1 確定排放彎管出口（部位1）處的壓力和速度排放彎管出口處壓力和速度按下列公式計算：式中：P1——排放彎管出口壓力，psia； V1——排放彎管出口速度，ft/s；W——安全閥實際排量，lbm/s；A1——排放彎管截面積，in2；h0——安全閥進口處總焓，Btu/lbm；J ——熱工當量，778.16 ft-lbf/Btu；gc——重力常數，

32.2 lbm-ft/lbf-s2；a和b——蒸汽的相應值如下表所列。蒸汽工況abBtu/lbm濕蒸汽（干度 < 90%）29111飽和蒸汽（干度 ≥ 90%）15 psia ≤ P1 ≤ 1000 psia8234.33過熱蒸汽（干度 ≥ 90%）1000 psia < P1 ≤ 2000 psia8314.332 計算排放彎管出口（部位1）處排放反作用力排放彎管出口處排放反作用力按下式計算：式中：F1——排放彎管出口處排放反作用力，lbf；W——安全閥實際排量，lbm/s；gc——重力常數，

32.2 lbm-ft/lbf-s2； V1——排放彎管出口速度，ft/s；P1——排放彎管出口壓力，psia；A1——排放彎管截面積，in2；Pa——大氣壓，psia。

3 動載系數考慮到安全閥排放反作用力具有驟加載荷的性質，其產生的彎矩和內力同靜載荷相比具有增強效應，以上計算的反作用力應乘上動載系數DLF。動載系數按以下步驟確定：3.1 計算安全閥裝置周期T參見圖2，安全閥裝置周期按下式計算：式中：T——安全閥裝置周期，s；G——安全閥、彎管、法蘭等的重量，lb；h——主管到出口管中心線的距離，in；E——設計溫度下進口管的楊氏彈性模量，lb/in2；I——進口管的慣性矩，in4。圖2 確定安全閥裝置周期示意圖（開式排放系統）

3.2 計算安全閥開啟時間與裝置周期比值 此處，t0為安全閥從全關狀態到全開的時間（s）。

3.3 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥確定動載系數DLF按比值（t0/T）從圖3確定動載系數DLF的值。 圖3 開式排放系統動載系數本頁關鍵字：安全閥|安全閥計算公式
    設安全閥通過排放管向大氣排放，排放管道出口截面處壓力可按下式計算：

安全閥的動作原理
安全閥是一種自動閥門，當被保護系統內的介質壓力超過預定值時，它自動開 啟；當介質壓力回復到正常工作值時，它又自動關閉。 圖 2 所示為常規彈簧載荷式氣體安全閥的動作原理示意。 其動作基于力的平衡。 在正常操作條件下，進口壓力低于整定壓力，閥瓣在彈簧力作用下壓在閥座上處于 關閉位置，閥門處于關閉(密封)狀態（見圖 2A） 。 此時作用在閥瓣上的彈簧力 F 為： F = P×A + Fs 式中：P——介質壓力，MPa； A——閥瓣上受壓面積，cm2； Fs——為使閥瓣和閥座壓緊的向下密封附加力，N。 閥瓣在閥座密封面上的壓緊力 Fs，保證了所需的密封性。

圖2-26帶排放管道的安全閥示意圖    
式中：p。—排放管出口截面處壓力，Pa；
    p-排放時閥進口壓力，Pa,
    K一，——安全閥額定排量系數；
    A-安全閥流道面積，m2；
    A。——排放管出口截面積，IT12；
    *一-氣體絕熱指數；
    z-氣體壓縮系數。
    若m大于或等于大氣壓力，則排氣速度為音速。此時，排放反作用力按下式計算：
    若pn小于大氣壓力，則排氣速度為亞音速。此時．排氣反作用力按下式計算：
    考慮到安全閥排氣反作用力具有沖擊載荷的性質，通常還需對計算得出的排氣反作用力F。r乘以動載系數h。
    動載系數酯的計算程序如下：
    ①安全閥裝置周期按下式計算：
式中：T-安全閥裝置周期，s；‘
    W-安全閥、安裝管道、法蘭、附件等的重量．N；
    L-從被保護設備到安全閥出口管中心線的距離，mm;
    E--。_安全閥進口管在設計溫度下的楊氏模量，MPa：
    ，——進口管慣性矩，mm1。
    ②計算比值此處。為安全閥開啟時間，即安全閥從關閉狀態到全開啟的動作時間(s)。
    ③根據比值f

A —— 關閉狀態 B —— 開始開啟 C —— 全開啟 圖 2 氣體安全閥的動作原理示意

為了保證被保護系統的安全，安全閥的整定壓力不得大于被保護系統的設計壓 力。在正常工作時，安全閥處于密封狀態，所以安全閥的密封試驗壓力應等于或高 于被保護系統正常操作時的工作壓力。 當系統進口壓力等于閥門整定壓力時，彈簧力等于進口介質作用在關閉閥瓣上 的力，閥瓣與閥座之間的作用力等于零。當進口壓力略高于整定壓力時，介質流過 閥座表面進入蓄壓腔“B” ，由于反沖盤與調節圈間節流作用的結果，蓄壓腔“B” 內的壓力增加（見圖 2 B） ，因為這時進口壓力作用在更大的面積上，產生一個通常 被稱為膨脹力的附加力來克服彈簧力。通過調整調節圈，便可以調節環形流道縫隙 的大小，從而控制蓄壓腔“B”內的壓力。這時蓄壓腔內被控制的壓力將克服彈簧 力，導致閥瓣離開閥座，閥門突跳開啟。 一旦閥門已經開啟， “C”處便會產生附加增壓（見圖 2 C） 。這是由于突然的 流量的增加以及由反沖盤裙邊的內沿與調節圈外徑所圍成的另一個環形流道上的節 流所造成的。這些 “C”處的附加力會導致閥瓣在突跳時達到足夠的開啟高度。

流量始終被閥座與閥瓣間的開度限制著，直到閥瓣離閥座的開啟高度接近 1/4 喉徑。當閥瓣達到這種程度的開啟高度以后，流量便由喉部流道面積控制而不是閥 座表面間的面積（簾面積）了。 當進口壓力已經降到低于整定壓力足夠多，以致彈簧力足以克服“A” ， “B ” ， “C”三處力之和時，閥門關閉。閥門回座時的壓力就是關閉壓力。整定壓力與關 閉壓力的差稱為啟閉壓差。 圖 3 表示的是閥瓣從整定壓力 （圖中 A 點） 經歷超壓階段到達zui大泄放壓力 （B 點） ，經歷啟閉壓差階段回到關閉壓力（C 點）的全部行程。

圖 3 安全閥閥瓣開啟高度與被保護系統壓力間的典型關系圖

液體介質用閥門不會象氣體介質用閥門那樣突跳（見圖 4） 。因為液體流動不產 生象氣體介質流動那樣的膨脹力。液體介質用閥門必須依靠反作用力來達到開啟高 度。

圖 4 液體安全閥的動作原理示意

當閥門關閉時，作用在閥瓣上的力與應用于氣體介質中的作用的力是相同的， 直到達到力的平衡，即保持閥座關閉的合力接近零。從這時起，力的關系就*不 同了。 在zui初開啟時，逸出的液體形成一層非常薄的流體,見圖 4 A，在閥座表面間迅 速擴展。液體沖擊閥瓣反沖盤的反作用面，并被折流向下，產生向上推動閥瓣和反 沖盤的反作用力。在zui初的 2%～4%的超過壓力范圍內，這些力通常建立得很慢。 隨著流量逐漸增加，流過閥座的液體的速度頭也在增加。這些動量作用力與快 速泄放的液體介質由于從反作用表面（見圖 4 B）被折流向下所產生的作用力的合力 足以使閥門達到全開。通常情況下，在 2%～6%的超過壓力下，閥門會突然間波動到 50%～100%的全開高。 隨著超過壓力增加， 這些力繼續增加， 推動閥門達到全開。 ASME 鑒定的液體介質閥門的排放量，要求閥門在 10%或更小的超過壓力下，達到全部的額定排量。 在閥門關閉的過程中，隨著超過壓力減小，液體介質動量和反作用都減小，彈 簧力推動閥瓣返回與閥座接觸。 過去，許多用在液體介質中的泄壓閥都是為可壓縮（蒸氣）介質設計用的安全 泄放閥或泄放閥。許多這樣的閥門當用在液體介質時，需要高的超過壓力（25%） 才能達到全開高和穩定的工作， 這是因為液體介質無法提供氣體介質那樣的膨脹力。 ASME《鍋爐和壓力容器規范》第Ⅷ卷要求，液體介質在 10%超過壓力下，達 到全開啟、穩定工作和額定泄放量。而 GB/T 12223—2005 則規定排放壓力≤1.20 整定壓力。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥