1、概述

　　泄壓閥是防止設備內壓力升高超過允許值,確保設備安全運行自動動作的裝置。在系統正常工作條件下,高壓加熱器水側專用的泄壓閥始終處于關閉狀態。當系統中的介質壓力達到閥門的整定壓力時,閥門依靠入口處的壓力作用在閥瓣上自動開啟,排放多余介質,降低系統內超過的壓力,以保證系統的安全。泄壓閥開啟后,系統內的介質壓力降低,閥門開啟高度也會隨著下降,當系統內介質壓力降低到一定程度時,閥門自行關閉。

2、動作分析

2.1、前泄過程

　　在閥門未開啟前,閥瓣及導向套筒相應受到彈簧力、零件重力及介質力等力的相互作用(圖1、圖2) 。

　　(1)彈簧所提供的彈簧力F_s。

　　(2)彈簧、閥瓣、閥桿、上下彈簧座的自身重力F_g。

　　(3)當前入口介質壓力對閥瓣所產生推力,即介質力F_p。

　　(4)由于閥門出口與疏水管道相連,疏水管道內靜背壓在閥瓣上產生推力。在一般的安全閥設計中,習慣于將靜背壓所產生的推力合并到彈簧力中考慮。同時由于此工程用戶未提供靜背壓壓力,因此可以將靜背壓作為零來考慮。由于此時的彈簧力大于介質對閥門的壓力,閥座會對閥瓣產生一個向上的壓力(密封力F_q ) ,以達到受力平衡,即

F_s+F_g=F_p+F_q (1)
F_q = F_s + F_g - F_p (2)

式中F_s ———彈簧力,N
　　F_g ———活動件自重力,N
　　F_p ———介質力,N
　　F_q ———密封力,N

　　當系統壓力升高時,隨著介質壓力的增加,介質力增大,相應的密封力變小。當密封力減小到密封所必須的最小密封力時,在密封面上會出現泄漏。此時,泄漏出來的液體所形成的介質流非常的細薄,壓力降低到接近靜背壓,不會對閥瓣受力產生太大的影響。此種泄漏稱為前泄。出現前泄時的介質壓力為前泄壓力,閥門前泄壓力由達到密封所需要的最小密封力決定。閥門前泄壓力受到多種因素的影響,因此閥門密封所需的最小密封力不宜于準確地計算。按照ASME法規和國家標準的規定,前泄壓力不應小于0.9倍的整定壓力。

2.2、開啟過程

　　隨著介質壓力的進一步升高,介質力進一步增大。介質的密封力進一步降低,減小到一定程度時,前泄排放出的介質迅速在密封面間向四周散開。排放的介質擊打著導向套筒的斜作用面,產生使閥瓣向上移動的作用力F_x (圖2、圖3) 。由于F_x 力的作用,閥瓣向上運動,介質密封力消失。此時閥門開啟,彈簧壓縮量增加,彈簧力增加。同時,排放液體會在閥體中腔內產生一定的積聚壓,稱為動背壓。動背壓也會在閥瓣上方產生一個向下的推力F_k。

　　但由于此時閥瓣的開啟高度很小,因此由積聚壓所產生的動背壓也很小。

　　此時的受力將變為一個動態平衡,即

F_s + F_g + F_k = F_p + F_x (3)

式中　F_k ———動背壓在閥瓣上方產生的向下推力,N
　　F_x ———排放的介質擊打著導向套筒的斜作

　　用面,產生的一種使閥瓣向上移動的作用力,N在理論計算時,通常將密封力消失時的狀態判定為閥門的開啟。在實際應用中,通過檢驗閥桿的動作來判斷閥門的開啟,并且閥門開啟時所檢測到的瞬時介質壓力即為閥門的整定壓力。

2.3、全行程過程

　　在閥門開啟后,隨著壓力的進一步升高,閥瓣的開啟高度也進一步升高。流量也會逐漸增加,通過閥座噴嘴的介質流速也隨著增加。這種快速排放的介質在導向套筒的斜作用面所產生的作用力足夠大時,會使閥瓣快速向上升起。而閥瓣的升起又會增大這個作用力,從而達到暴開的效果。典型的情況時在超壓(超過整定壓力)達到2%～6%時,閥瓣會突然升起在整個升程的50%～100%之間波動。對于泄壓閥全行程判定, ASME與API標準規定當超壓(超過整定壓力) ≤10%時,閥門開啟達到全行程,而我國標準規定泄壓閥超壓≤20%時,閥門達到全行程。閥門的試驗結果證明,此閥門超壓不到10%時開啟高度已達到全行程(2mm) 。當閥門剛達到全行程時,介質流量達到最大,流速也最快,因此,此時的動背壓很大,同時對閥瓣產生的推力也相應增大,成了影響閥門的一個主要的力,已經不能忽略(圖4) 。此時的受力動態平衡方程為

圖4　閥瓣受力(全開狀態下)