彈簧結構對安全閥回座效果的影響

王 秈，胡海鷗

（1.大連彈簧有限公司，遼寧 大連 116033；2.哈電集團哈爾濱電站閥門有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

1 安全閥使用機理

安全閥主要應用于核電、鍋爐、壓力容器上，當相關設備內介質的壓力值升高超過彈簧預加載的負荷時，安全閥通過起跳向外界排放介質來釋放壓力，防止管道或相關設備內介質壓力超過規定值。閥門結構如圖1所示。

圖1 閥門結構示意圖

圖2 有限元分析模型

圖3 彈簧應力云圖

2 閥門啟閉

對于承壓高、排量大的安全閥，彈簧相應的載荷變大、料徑變粗、自由高度變高，以某型安全閥彈簧為例，建立分析模型如圖2 所示。

首先進行加載，至安裝載荷，然后再加載至閥門開啟載荷，再卸載至安裝載荷，觀察彈簧受力情況及應力狀態，加載過程完成后的彈簧應力狀態及載荷情況如圖3、圖4、圖5 所示。

在啟閉過程中，彈簧全啟時所受切應力為647.96MPa，閉合時所受切應力為400.8MPa，與設計值全啟時為618MPa，閉合時為395MPa，很接近。但在彈簧回座時，載荷值卻發生了變化，由起跳前的34681.5N降到了32152.1N，回座后載荷降到了公差之外。

圖4 彈簧加載過程應力曲線圖

圖5 彈簧座所受載荷曲線圖

在保證彈簧安裝載荷及裝配工況不變的情況下，通過改善彈簧結構，考查彈簧的回座載荷情況，彈簧的應力狀態和載荷狀態如圖6、圖7、圖8 所示。

圖6 改善彈簧結構加載后彈簧應力云圖

彈簧在啟閉過程中，全啟時所受切應力為660.7MPa，閉合時所受切應力為410.2MPa。彈簧在未起跳和回座之后，載荷值略有降低，從34258.4N 降到了34172.2N，載荷未見明顯降低。

3 結束語

圖7 彈簧加載過程應力曲線圖

圖8 彈簧座所受載荷曲線圖

導致閥門回座異常的原因有很多，文章主要分析了高負荷、大截面彈簧，在閥門啟閉過程中，因彈簧結構的問題導致的閥門不能正常閉合的情況。由此建議彈簧的設計及制造方面應綜合考慮，以避免由此問題導致的閥門在開啟后的不能正常回座。