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1 彈簧式安全閥的工作原理及特點 1．1彈簧式安全閥的工作原理 安全閥彈簧的預(yù)緊力FT通過閥桿傳遞給閥瓣上方，而體系內(nèi)介質(zhì)的壓力作用在閥瓣下方，在FT的作用下閥瓣的密封面與噴嘴密封面緊緊結(jié)合，從而起到密封作用。當(dāng)體系的介質(zhì)的作用力Fx與FT平衡時，閥門開始起跳，即安全閥開始起座。起跳壓力等于，其中f透露表現(xiàn)閥門內(nèi)部零件的機械摩擦力。當(dāng)安全閥起跳排放降壓，直至鍋爐容器內(nèi)的介質(zhì)的壓力降低到作用于閥瓣上的力小于彈簧的作用力時，安全閥才能回座關(guān)閉，其效果是保證鍋爐設(shè)備在規(guī)定的壓力范圍內(nèi)工作。 1．2 Crosby柔性閥瓣的彈簧式安全閥的結(jié)構(gòu)特點因為Crosby具有柔性閥瓣的彈簧式安全閥是在閥瓣密封面背側(cè)加工了一道環(huán)形的凹槽，這就使閥瓣的密封面具有肯定的彈性，所以這類閥瓣叫做“柔性閥瓣”。從結(jié)構(gòu)上比較，柔性閥瓣對于通俗平面閥瓣的好處在于： ①降低了閥桿力的作用點，密封性能進步。通俗平面閥瓣的閥桿力作用點不但高于密封面，而且非直接作用在閥瓣上。對于柔性閥瓣的閥門，閥桿力作用點降低到密封面以下，而且直接作用在閥瓣上。這種結(jié)構(gòu)上的改動使閥門的抗震蕩能力大幅進步，也就是密封穩(wěn)固性大幅進步。換句話說，在閥門存在雷同程度震蕩的情況下，柔性閥瓣閥門更不容易發(fā)生走漏。這種性能已在安全閥現(xiàn)實運行中得到驗證。 ②“柔性閥瓣”結(jié)構(gòu)不但進步了運行密封性能，而且進步了保持密封性的運行壓力值。對于設(shè)計通俗平面閥瓣，當(dāng)運行于壓力升高到閥門設(shè)定壓力(即整定壓力的95％)時閥門會出現(xiàn)“預(yù)泄”。對于彈簧式安全閥來說，“預(yù)泄”的存在是正常征象，而“預(yù)泄”的存在在肯定程度上可以幫助彈簧式安全閥起跳。因此克羅斯比公司將彈簧式安全閥的設(shè)計壓力與最大運行壓力的差值定為5%以上?！叭嵝蚤y瓣”結(jié)構(gòu)將體系壓力導(dǎo)入閥瓣密封面背側(cè)的環(huán)形的凹槽并作用在與閥瓣密封面相對的環(huán)形斜面上，因為密封面具有肯定的彈性，隨著體系內(nèi)介質(zhì)壓力的升高，閥瓣密封面被體系的壓力向下推壓產(chǎn)生細(xì)小變形，并與噴嘴密封面緊密結(jié)合，從而使閥門預(yù)泄點推遲。在保證閥門整定壓力正確的前提下、“柔性閥瓣”結(jié)構(gòu)可以使閥門在運行壓力達到設(shè)定壓力96％以上仍然無走漏。通過我們對Crosby彈簧式安全閥整定校驗的效果統(tǒng)計注解，柔性閥瓣的安全閥的預(yù)泄點可以達到了整定壓力的98.5％甚至99％，而且起跳正確、回座干脆、無走漏征象。 2．柔性閥瓣的彈簧式安全閥的在線整定技術(shù)分析與探究依據(jù)《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》（DL 612-1996）的有關(guān)要求，鍋爐安裝和大修完畢及安全閥經(jīng)檢修后，都應(yīng)校驗安全閥的起座壓力。純機械彈簧式安全閥可采用液壓裝配進行校驗調(diào)整，一樣平常在75%～80%額定壓力下進行。經(jīng)液壓裝配調(diào)整后的安全閥，應(yīng)至少對最低起座值的安全閥進行現(xiàn)實起座復(fù)核。安全閥應(yīng)定期進行放汽試驗。鍋爐安全閥的試驗間隔不大于一個小修間隔[1]。儀器在線測量體例是目前較為先輩且普遍采用的方法。彈簧式安全閥的在線儀表測量裝配的種類較多。如英國FURMANITE公司于八十年代研制的TREVITEST安全閥檢測體系和Crosby公司生產(chǎn)的便攜式液壓壓力整定裝配（HSPD）等。但它只能校驗出廠前或檢修后預(yù)定的起跳壓力是否正確，并不能檢驗起跳時間的長短、起跳回座壓力的高低、啟閉壓差的大小及動作過程中出現(xiàn)的題目。所以用此類裝配校驗的安全閥動作的正確性，最終還要現(xiàn)實升壓加以驗證。 2．1彈簧式安全閥在線測量整定裝配的設(shè)計原理彈簧式安全閥的開啟、關(guān)閉動作是寄托其進口端的介質(zhì)壓力轉(zhuǎn)變和彈簧預(yù)緊力來使閥瓣主動開啟及關(guān)閉。當(dāng)介質(zhì)壓力（內(nèi)壓）升高至其所產(chǎn)生的提拔力比彈簧預(yù)緊力大時，閥瓣戰(zhàn)勝彈簧預(yù)緊力主動開啟，泄放多余的介質(zhì)，隨著體系內(nèi)介質(zhì)的壓力降低，又因為彈簧力的作用，當(dāng)內(nèi)壓降至安全值時，閥瓣主動關(guān)閉，泄放制止。根據(jù)這個原理，可以設(shè)想，在線（又稱熱態(tài)）測量或調(diào)整安全閥時，假如由外部提供一個向上的附加力，則當(dāng)介質(zhì)壓力與這個附加力的總和剛剛戰(zhàn)勝彈簧預(yù)緊力時，閥瓣同樣也會開啟，甚至在沒有介質(zhì)作用的離線（又稱冷態(tài)）條件下，單獨由外部附加力戰(zhàn)勝彈簧預(yù)緊力時，閥瓣也可開啟動作，圖1清楚地透露表現(xiàn)了這種力的平衡關(guān)系。 很顯明，我們可以看出，此時閥瓣開啟動作的條件為： 式中 　FT——彈簧預(yù)緊力，N； FW——安全閥起跳時加在閥桿上的外附加力，N； PX——體系內(nèi)介質(zhì)的壓力，MPa； S ——密封面積，mm2；冷態(tài)時開啟動作壓力Ｐ為： 則在熱態(tài)時開啟動作壓力Ｐ為： 顯然，在一樣平常情況下，假如能夠正確地測定附加外力FW，就可以根據(jù)已知的閥瓣面積S和體系內(nèi)介質(zhì)的工作壓力PX，很容易地求得安全閥的開啟壓力P。這即為安全閥在線整定技術(shù)的設(shè)計依據(jù)和原理。 2．2 彈簧式安全閥在線測量整定的技術(shù)依據(jù)根據(jù)對彈簧式安全閥開啟動作特征的分析[2]，可以得出：在外加力FW的作用下，一個安全閥從關(guān)閉到開啟，再由開啟到關(guān)閉的全過程中，外附加力FW的轉(zhuǎn)變規(guī)律 統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)的作用力之和恰好為彈簧預(yù)緊力FT時，閥門微啟，增大了介質(zhì)作用面積Ｓ，使得用來戰(zhàn)勝彈簧預(yù)緊力FT的體系介質(zhì)的作用力急劇增大，其效果在瞬間減小了外附加力FW。從而出現(xiàn)第一個特性拐點Ａ。當(dāng)外附加力FW漸漸減小而達到關(guān)閉點時，因為介質(zhì)作用面積突然減小，為保持力的平衡關(guān)系，此時，外附加力會出現(xiàn)瞬間回升征象，即第二個特性拐點Ｂ。上述兩個特性拐點Ａ和Ｂ是在線條件下檢測彈簧式安全閥開啟壓力、回座壓力的技術(shù)依據(jù)。圖2（ｂ）為冷態(tài)環(huán)境時的測試過程曲線，當(dāng)安全閥未開啟之前，外附加力FW戰(zhàn)勝閥瓣靜態(tài)剛性力，當(dāng)達到開啟點以后，外附加力改為戰(zhàn)勝彈簧的彈性力，兩者隨時間轉(zhuǎn)變的斜率不同，從而出現(xiàn)第一個特性拐點C，同樣情況，在安全閥回座時也會出現(xiàn)另一個特性拐點D。這兩個特性拐點分別對應(yīng)安全閥的開啟和回座動作位置點，這是作為冷態(tài)條件下測試彈簧式安全閥開啟、回座壓力的技術(shù)依據(jù)。從以上分析可以看出，彈簧式安全閥在線測試技術(shù)的關(guān)鍵在于如何精確敏捷地找到對應(yīng)其開啟動作的特性點。 2.3柔性閥瓣的彈簧式安全閥的在線整定技術(shù)分析與探究 ①人為因素影響對測量整定值的影響目前，寶二發(fā)電公司現(xiàn)場采用的Crosby公司生產(chǎn)的便攜式液壓壓力整定裝配（HSPD），該測量裝配均須由操作者人工判別安全閥起跳的特性點和活塞的瞬時壓力值，通過手工計算出最閉幕果，整個測量過程均需多人密切協(xié)作參與，故測量效果的同等性受人為因素影響很大，測量精度難以確保。此類產(chǎn)品僅適用于本身廠家生產(chǎn)的安全閥，對國產(chǎn)和其他廠家安全閥就顯得無能為力。九十年代起，國內(nèi)也出現(xiàn)部分仿制型，在技術(shù)上并無太大突破，仍然存在測量同等性差、測量精度低的瑕玷。 NSH系列安全閥在線定壓儀系由北京邦備機電技術(shù)有限公司及北京勞動安全技術(shù)裝備中間研制開發(fā)的新型便攜式儀器，其基本工作原理等同于英國FURMANITE的TREVITEST安全閥檢測體系和Crosby公司的便攜式液壓壓力整定裝配（HSPD），但在設(shè)計和工藝上有龐大突破。NSH系列安全閥在線校驗儀可在機組停運或運行的情況下，僅需2-5秒開啟時間即可完成對安全閥進行在線性能檢測和工作參數(shù)檢測，也可對經(jīng)檢測不合格的安全閥進行在線整定，可以測量和記錄安全閥的開啟壓力和安全閥所在位置體系介質(zhì)壓力等參數(shù)。 ② 柔性閥瓣的密封面積S對整定值的影響 “柔性閥瓣”結(jié)構(gòu)是在閥瓣的密封面背側(cè)加工有一道環(huán)形的凹槽，使密封面具有肯定的彈性，將體系壓力導(dǎo)入閥瓣密封面背側(cè)的環(huán)形凹槽，并作用在與閥瓣密封面相對的環(huán)形斜面上。隨著運行壓力的升高，閥瓣密封面被體系的壓力向下推壓產(chǎn)生細(xì)小變形并與噴嘴密封面緊密結(jié)合，隨著壓力的增長，閥瓣密封面會由其外徑對應(yīng)的面積向其內(nèi)徑對應(yīng)的面積轉(zhuǎn)變，從而使閥門預(yù)泄點推遲。因此，引起柔性閥瓣的彈簧式安全閥的密封面積S的轉(zhuǎn)變的因素重要有以下兩個方面。其一，隨著具有柔性閥瓣的彈簧式安全閥的解體研磨檢修，使得閥瓣的密封面積S漸漸增大，體系內(nèi)的介質(zhì)壓力PX對閥瓣所產(chǎn)生的作用力Fx漸漸增大，勢必造成柔性閥瓣的彈簧式安全閥的開啟壓力P的測量效果偏小。所以，如長期不加以修正，可能引起安全門的拒動。其二，因為柔性閥瓣結(jié)構(gòu)使得密封面具有肯定的彈性，隨著體系介質(zhì)的壓力和溫度的升高，閥瓣密封面一方面在體系介質(zhì)所產(chǎn)生的向下推壓力的作用下發(fā)生細(xì)小變形，另一方面閥瓣的密封面隨其溫度的升高發(fā)生膨脹變形，其效果是引起柔性閥瓣的密封面積S發(fā)生轉(zhuǎn)變。在大多數(shù)安全閥在線整定裝配的設(shè)計中，安全閥的密封面積S被視為定值，安全閥的密封面積計算的一個近似公式，它是綜合考慮了各種因素而提出的，它與理論計算和現(xiàn)實整定過程中的安全閥的密封面積均存在有肯定的差距。 經(jīng)過計算分析可以得出，假如僅不考慮體系內(nèi)介質(zhì)的工作壓力PX轉(zhuǎn)變對柔芯閥瓣的密封面積S的影響的條件下。具有柔芯閥瓣的彈簧式安全閥開啟壓力在線測量的相對偏差值已大于2％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了安全閥整定的起座壓力許可范圍為整定壓力值的1%的規(guī)定[3]。由此可見，在彈簧式安全閥在線測量整定過程中，體系內(nèi)介質(zhì)的工作壓力PX對柔性閥瓣的密封面積S的影響照舊相稱緊張的，如不加以考慮，就勢必造成安全閥的拒動或誤動，緊張威脅著設(shè)備的安全。因此，對于具有柔性閥瓣的彈簧式安全閥在線整定的關(guān)鍵是正確確定安全閥的密封面積。對于彈簧式安全閥來講，彈簧的壓縮(放松)與壓力的理論關(guān)系是一個緊張的參數(shù)。它是安全閥廠家必須提供的。它透露表現(xiàn)彈簧正向或反向旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母一周，其安全閥起跳壓力值升高或降低ΔΡ，此值為理論標(biāo)準(zhǔn)值，但必須細(xì)致不同的安全閥此值是不同的。行使安全閥的該緊張參數(shù)即可計算出安全閥的密封面積和當(dāng)前安全閥的起跳壓力。計算的詳細(xì)過程為：在體系介質(zhì)的工作壓力PX的情況下，使用安全閥在線整定裝配，安全閥起跳動作時加在閥桿上的外附加力為FW1；在保持體系介質(zhì)壓力PX穩(wěn)固的條件下，調(diào)節(jié)安全閥調(diào)整螺母一周后，此時安全閥起跳時加在閥桿上的外附加力為FW2，安全閥的起跳壓力轉(zhuǎn)變?yōu)棣う保ㄒ暺錇槭噶?，即增長為+，減小為－）。 此方法必須保持在體系介質(zhì)壓力穩(wěn)固的前提下進行，它避免了大量的現(xiàn)實測量和計算工作，實現(xiàn)了安全閥的密封面積未知的情況下對起跳動作壓力的在線測量。必要指出的是，此方法計算得到的面積S已不是完全意義上的安全閥的密封面積，它是整合了整個測試過程中的所有影響密封面積的因素后得出的數(shù)值，所以，由此得到的安全閥的開啟動作壓力更接近于現(xiàn)實動作值。經(jīng)過現(xiàn)場的現(xiàn)實測試，采用此方法得到的安全閥的開啟動作壓力較常規(guī)方法要正確的多，與現(xiàn)實開啟動作壓力的偏差在1％以內(nèi)，吻合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。 3 結(jié)束語 ⑴對于彈簧式安全閥在線測量整定技術(shù)的關(guān)鍵在于如何精確敏捷地找到對應(yīng)開啟動作的特性點。采用NSH系列安全閥在線定壓儀是解決測量效果的同等性和正確性,免受人為因素影響的有用措施。 ⑵根據(jù)對具有柔性閥瓣的彈簧式安全閥起跳過程的研究分析可以看出，確定柔性閥瓣的彈簧式安全閥開啟瞬間閥瓣的密封面積S是確保安全門開啟動作正確的關(guān)鍵。 ⑶在保持體系介質(zhì)壓力PX穩(wěn)固的前提下，根據(jù)彈簧的特征參數(shù)可實如今密封面積S未知的情況下，對彈簧式安全閥的起跳動作壓力的在線測試。它整合了整個在線測試過程中的所有影響密封面積S的因素，所以，由此得到的安全閥的開啟動作壓力更接近于現(xiàn)實動作值。

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