[分享]具有柔性阀瓣的弹簧式安全阀在线整定技术

1 弹簧式安全阀的工作原理及特点
1．1弹簧式安全阀的工作原理
安全阀弹簧的预紧力FT通过阀杆传递给阀瓣上方，而系统内介质的压力作用在阀瓣下方，在FT的作用下阀瓣的密封面与喷嘴密封面紧紧结合，从而起到密封作用。起跳压力等于，其中f表示阀门内部零件的机械摩擦力。当安全阀起跳排放降压，直至锅炉容器内的介质的压力降低到作用于阀瓣上的力小于弹簧的作用力时，安全阀才能回座关闭，其结果是保证锅炉设备在规定的压力范围内工作。
1．2 Crosby柔性阀瓣的弹簧式安全阀的结构特点
由于Crosby具有柔性阀瓣的弹簧式安全阀是在阀瓣密封面背侧加工了一道环形的凹槽，这就使阀瓣的密封面具有一定的弹性，所以这类阀瓣叫做“柔性阀瓣”。
从结构上比较，柔性阀瓣对于普通平面阀瓣的优点在于：
①降低了阀杆力的作用点，密封性能提高。普通平面阀瓣的阀杆力作用点不但高于密封面，而且非直接作用在阀瓣上。对于柔性阀瓣的阀门，阀杆力作用点降低到密封面以下，而且直接作用在阀瓣上。这种结构上的改进使阀门的抗震动能力大幅提高，也就是密封稳定性大幅提高。这种性能已在安全阀实际运行中得到验证。
②“柔性阀瓣”结构不但提高了运行密封性能，而且提高了保持密封性的运行压力值。对于设计普通平面阀瓣，当运行于压力升高到阀门设定压力(即整定压力的95％)时阀门会出现“预泄”。对于弹簧式安全阀来说，“预泄”的存在是正常现象，而“预泄”的存在在一定程度上可以帮助弹簧式安全阀起跳。因此克罗斯比公司将弹簧式安全阀的设计压力与最大运行压力的差值定为5%以上。“柔性阀瓣”结构将系统压力导入阀瓣密封面背侧的环形的凹槽并作用在与阀瓣密封面相对的环形斜面上，由于密封面具有一定的弹性，随着系统内介质压力的升高，阀瓣密封面被系统的压力向下推压产生微小变形，并与喷嘴密封面紧密结合，从而使阀门预泄点推迟。在保证阀门整定压力准确的前提下、“柔性阀瓣”结构可以使阀门在运行压力达到设定压力96％以上仍然无泄漏。通过我们对Crosby弹簧式安全阀整定校验的结果统计表明，柔性阀瓣的安全阀的预泄点可以达到了整定压力的98.5％甚至99％，而且起跳准确、回座干脆、无泄漏现象。
2．柔性阀瓣的弹簧式安全阀的在线整定技术分析与探讨
依据《电力工业锅炉压力容器监察规程》（DL 612-1996）的有关要求，锅炉安装和大修完毕及安全阀经检修后，都应校验安全阀的起座压力。纯机械弹簧式安全阀可采用液压装置进行校验调整，一般在75%～80%额定压力下进行。经液压装置调整后的安全阀，应至少对最低起座值的安全阀进行实际起座复核。安全阀应定期进行放汽试验。锅炉安全阀的试验间隔不大于一个小修间隔[1]。
仪器在线测量方式是目前较为先进且普遍采用的方法。弹簧式安全阀的在线仪表测量装置的种类较多。如英国FURMANITE公司于八十年代研制的TREVITEST安全阀检测系统和Crosby公司生产的便携式液压压力整定装置（HSPD）等。但它只能校验出厂前或检修后预定的起跳压力是否准确，并不能检验起跳时间的长短、起跳回座压力的高低、启闭压差的大小及动作过程中出现的问题。所以用此类装置校验的安全阀动作的准确性，最终还要实际升压加以验证。
2．1弹簧式安全阀在线测量整定装置的设计原理
弹簧式安全阀的开启、关闭动作是依靠其进口端的介质压力变化和弹簧预紧力来使阀瓣自动开启及关闭。当介质压力（内压）升高至其所产生的提升力比弹簧预紧力大时，阀瓣克服弹簧预紧力自动开启，泄放多余的介质，随着系统内介质的压力降低，又由于弹簧力的作用，当内压降至安全值时，阀瓣自动关闭，泄放停止。
根据这个原理，可以设想，在线（又称热态）测量或调整安全阀时，如果由外部提供一个向上的附加力，则当介质压力与这个附加力的总和刚刚克服弹簧预紧力时，阀瓣同样也会开启，甚至在没有介质作用的离线（又称冷态）条件下，单独由外部附加力克服弹簧预紧力时，阀瓣也可开启动作，图1清楚地表示了这种力的平衡关系。
很明显，我们可以看出，此时阀瓣开启动作的条件为：
式中 　FT——弹簧预紧力，N；
FW——安全阀起跳时加在阀杆上的外附加力，N；
PX——系统内介质的压力，MPa；
S ——密封面积，mm2；
冷态时开启动作压力Ｐ为：
则在热态时开启动作压力Ｐ为：显然，在一般情况下，如果能够准确地测定附加外力FW，就可以根据已知的阀瓣面积S和系统内介质的工作压力PX，很容易地求得安全阀的开启压力P。这即为安全阀在线整定技术的设计依据和原理。
2．2 弹簧式安全阀在线测量整定的技术依据