為保證高壓壓力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，給出一種高靈敏度42MPa 空壓機(jī)用安全閥的設(shè)計(jì)實(shí)例。介紹了其技術(shù)參數(shù)確定、結(jié)構(gòu)和性能設(shè)計(jì)的方法，探討了高靈敏度42MPa 空壓機(jī)用安全閥設(shè)計(jì)時應(yīng)注意的問題，并給出相應(yīng)對策。試驗(yàn)結(jié)果表明該安全閥靈敏、可靠。

1、前言

　　安全閥是壓力容器、壓力管道和氣體壓縮機(jī)———壓力系統(tǒng)中廣泛選用的安全裝置，用以防止系統(tǒng)壓力超過允許的極限值，確保壓力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為此，要求安全閥工作時動作應(yīng)靈敏，不出現(xiàn)頻跳、顫振、卡阻等現(xiàn)象，并具有良好的回座特性。然而在實(shí)際使用中，安全閥時常出現(xiàn)故障，尤其是空壓機(jī)用高壓安全閥，其故障主要有：靈敏度不高、起跳壓力變化大或不起跳———事故隱患、起跳后頻跳、顫振、卡阻、不能回座。綜合分析這些故障，產(chǎn)生故障的主要原因有：安全閥未定期校驗(yàn)、維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量不能保證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)不合理。排除使用中管理方面的因素，難于解決的問題是安全閥的設(shè)計(jì)。

　　安全閥設(shè)計(jì)是一個系統(tǒng)性問題，一方面要考慮安全閥本身的各種因素，另一方面還要考慮被保護(hù)系統(tǒng)的有關(guān)狀況對其的影響。對于高壓壓力系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和設(shè)備制作的經(jīng)濟(jì)性，安全閥的設(shè)計(jì)應(yīng)按高靈敏度等級設(shè)計(jì)，這是高壓安全閥設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是高壓安全閥設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

　　為此，本文將給出一種高靈敏度42MPa 空壓機(jī)用安全閥的設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹其技術(shù)參數(shù)的確定、結(jié)構(gòu)和性能設(shè)計(jì)的方法，并探討設(shè)計(jì)時應(yīng)注意的問題和相應(yīng)的解決對策。

2、技術(shù)參數(shù)的確定

　　安全閥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是安全閥設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，技術(shù)參數(shù)應(yīng)在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，根據(jù)已知條件確定。

2.1、已知條件

　　安全閥適用介質(zhì)為空氣，安全閥使用溫度t≤100℃，空壓機(jī)容積流量Q=480m³ /h，空壓機(jī)工作壓力P=40MPa。

2.2、壓力值的確定

　　空壓機(jī)通過管道與壓力容器連通，空壓機(jī)末級安全閥壓力的設(shè)置直接影響到壓力容器或氣瓶的設(shè)計(jì)壓力，空壓機(jī)安全閥與容器各壓力的相互關(guān)系見圖1。

圖1 安全閥與容器各壓力的相互關(guān)系

　　通常情況下，安全閥分為一般的和高靈敏度2 種等級，不同等級的壓力有較大差異，40MPa 壓縮機(jī)的末級安全閥其各壓力比較見表1。

表1 整定壓力、排放壓力和回座壓力比較(MPa)

　　從安全閥與容器各壓力的相互關(guān)系看，容器的設(shè)計(jì)壓力等于安全閥的排放壓力。而從表1 可以看出，在同樣的工作壓力下，一般等級安全閥的排放壓力為48MPa，高靈敏度等級安全閥的排放壓力僅為44MPa。也就是說，若安全閥設(shè)計(jì)按一般等級設(shè)計(jì)，容器、管道和空壓機(jī)這些高壓壓力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為48MPa； 若安全閥設(shè)計(jì)按高靈敏度等級設(shè)計(jì)，容器、管道和空壓機(jī)這些高壓壓力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為44MPa，比較兩種高壓壓力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力，相差達(dá)到10%(以工作壓力40MPa為基準(zhǔn)) 。

　　由此可見，對于壓力容器、壓力管道和空壓機(jī)，為保證這些高壓壓力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，同時考慮設(shè)備制作的經(jīng)濟(jì)性，安全閥的設(shè)計(jì)應(yīng)按高靈敏度等級設(shè)計(jì)，各壓力值按高靈敏度等級選擇如下:密封壓力為40.0MPa ( 表壓) ，整定壓力為42.0MPa( 表壓) ，排放壓力為44.0MPa(表壓) ，回座壓力為38.0MPa(表壓) 。

結(jié)語

　　通過對該安全閥結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了型式試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明該安全閥達(dá)到高靈敏度設(shè)計(jì)要求； 其中密封結(jié)構(gòu)和彈簧的合理設(shè)計(jì)是保證高靈敏度的關(guān)鍵。下一步，對于工作壓力25 ～ 40MPa、容積流量300～600m³/h 范圍內(nèi)的空壓機(jī)，該安全閥能否拓展應(yīng)用，還需進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。