彈簧式全量型安全閥分析穩(wěn)健性設計研究

常思蕾

摘要：本文主要就彈簧式全量型安全閥的工作原理進行詳細分析，并對其自身的性能加以闡述分析，結合實際再就其安全閥的性能影響因素和設計進行探究。希望能夠通過此次的理論研究對實際的彈簧式全量型安全閥的穩(wěn)健性設計操作，起到一定的指導作用。

關鍵詞：彈簧式;全量型安全閥;穩(wěn)健性設計

引言

彈簧式全量型安全閥主要是安裝在壓力容器或者是管道上，處在緊急狀況下進行開啟承壓管道的一種安全設備。這一安全設備在人們的生活當中有著廣泛的應用，并起到了重要安全保障作用。所以加強這一領域的理論研究，就其穩(wěn)健性設計進行探究，對實際就有著必要性。

1.彈簧式全量型安全閥的性能及工作原理分析

1.1彈簧式全量型安全閥的性能分析

在性能方面主要體現(xiàn)在安全閥的起跳壓力，也就是其安全閥的動作，在蒸汽強烈泄放時候的進口側總壓力，這一起跳壓力是主要的性能指標。為能有效的保障壓力容器或者是鍋爐等設備進行安全的運行，那么對安全閥的起跳精度就有著相對嚴格的要求，從誤差幅度來看主要是在±1%[1]。由于安全閥的起跳精度及壓力是關鍵指標，所以在閥門的結構以及零部件等各方面都會對其起跳的精度造成影響。

另外就是安全閥的啟閉壓差性能層面，這是對安全閥的靈敏度及經濟性等進行衡量的重要指標。倘若是由于壓差較小就會使得安全閥太過靈敏，對其安裝的位置就會造成影響，比較容易發(fā)生震顫等問題;而壓差過大就會使得介質排放過多，在經濟上得不到收效。所以根據相關的標準，其壓差主要在4%到7%最為合適。對其壓差造成影響的主要因素就是彈簧的剛度及閥瓣背壓等。

1.2彈簧式全量型安全閥的工作原理分析

彈簧式全量型安全閥的主要工作原理是根據容器內部的壓力超限，然后將內部氣流介質排出閥腔或者是排入泄放裝置，進而對內部的容器進行保護，使之不會由于壓力過大而發(fā)生裂紋等狀況。當氣體的排放達到一定的限制，閥體的內部壓力就會逐漸的減少，由于壓力差不足就會使得閥瓣張開，而在彈簧的壓力作用下會使閥瓣重新返回到閉合的位置。在這一過程中，由于彈簧式全量型的安全閥會對組件以及精度有著高要求，故此就需要對其安全閥的失效特征進行充分的考慮[2]。也就是在系統(tǒng)壓力超過了限值，彈簧式全量型安全閥的內部開啟壓力就會達到最小值，此時的閥瓣開啟泄放蒸汽的壓力也會隨之而減小。

2.彈簧式全量型安全閥性能影響因素及設計

2.1彈簧式全量型安全閥的性能影響因素分析

零件模型的穩(wěn)健性設計需要準確以及盡量準確的描述出零件模型的參數變量在域內的概率分布度函數，總體而言對彈簧式全量型安全閥的性能設計造成影響的因素主要是設計制造誤差，有的則是外部因素所決定的，但總體是可控的，例如操作人員的技能熟練程度以及環(huán)境因素中的溫度和濕度等。

除此之外，彈簧是重要的影響其穩(wěn)健性設計的因素，其自身的剛度能對安全閥的起跳壓力及啟閉壓差等造成很大的影響，這也會對起跳的精度造成影響。還有就是制造精度的影響因素，主要體現(xiàn)在閥體和閥座的制造，以及閥瓣結構的制造，還有就是全量型安全閥的閥桿的制造精度等[3]。

2.2彈簧式全量型安全閥穩(wěn)健性設計

彈簧式全量型安全閥的振動過程主要是由于外部的阻尼力影響所致，這就和泄放口的飽和以及蒸汽壓力、上部的重量等有著非常緊密的關系，故此在實際的設計過程中就要考慮這一問題。

從多目標的優(yōu)化設計方面來看，主要解決的是參數變量衡量單位非一致性的問題，在滿意度矩陣函數特征變量作用下，能夠將變量單位進行公度化，也能夠對各目標函數的重要程度加以反映。主要就是確定優(yōu)化目標參數為彈簧式全量型安全閥的排放流量W，以及彈簧的剛度c，和彈簧自振頻率f。這樣就能夠針對不相同的場合進行設計泄放流量計剛度以及自振彈簧的重要程度比值。

此次的研究主要是通過Matlab對彈簧式全量型安全閥性能加以擬合和優(yōu)化，其它的相關運算軟件就要對多種算法加以比較分析，并要針對性的對其閥門產品設計軟件進行驗證數據，擬合出分析穩(wěn)健性設計的目標函數曲線。再通過模塊化的集成思想把穩(wěn)健性軟件分成幾個重要的模塊，如數據交換傳輸模塊以及數據編輯管理模塊，穩(wěn)健性設計處理模塊。

然后就是通過Matlab軟件對彈簧式全量型安全閥不同數值進行模擬，采取最小二乘法對響應模型加以擬合，進而得出回歸分析模型。在驗證過程中，針對泄放流量性能影響因子較小的可忽略不計，只需要進行對方差模型加以討論即可。對安全閥而言，不管是彈簧的精度有多高，也會存在允許公差范圍，安全閥不可能裝配后達到性能的要求，所以調試是滿足安全閥性能的重要步驟[4]。從出廠前的調試方面主要就是調整螺絲以及定壓力，還有就是通過下調整環(huán)微調整定壓力。通過穩(wěn)健性設計及調試能夠有效提高產品的功能需求滿意度，對安全閥所產生的波動偏離目標的性能大小問題大大的減少了。

3.結語

總而言之，針對規(guī)模不同的供電系統(tǒng)而言，處在不同工況下對彈簧式全量型安全閥的工作環(huán)境和參數的選擇非常關鍵。此次的研究主要是對其安全閥的穩(wěn)健性能實現(xiàn)為出發(fā)點，由于篇幅的限制未能深化的探究，希望能起到拋磚引玉的作用以待后來者居上。

參考文獻：

[1]張義民，賀向東，劉巧伶，聞邦椿.汽車零部件（彈簧）的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設計[J].中國工程科學.2014.（05）.

[2]孫琦.安全閥調節(jié)圈對安全閥運行的影響[J].中國特種設備安全.2014.（09）.

[3]高萬東.安全閥在線校驗工藝解析[J].石油和化工設備.2014.（09）.

[4]裴潤有，毛升好，李祚.閥門防護蓋質量問題分析與改進措施[J].石油工業(yè)技術監(jiān)督.2014.（08）.