彈簧式安全閥設計研究

楊東男

（天津市歐達法斯克制冷設備有限公司 天津 300000）

隨著壓力容器、壓力管道與鍋爐等設備使用數量的增加，其內部的應用安全正引發人們的高度關注。該類裝置內皆含有彈簧式安全閥，相關部門需明確安全閥的設計要求，借助對該裝置的合理設計來提升設備應用安全性。

1 彈簧式安全閥的工作原理與內部結構

1.1 工作原理

在應用彈簧式安全閥的過程中，相關部門需明確對應的工作原理，技術人員可全面分析彈簧類安全閥的動作開啟特征。若存有外加力FW作用，其安全閥從開啟至關閉，再從關閉至開啟，外加附力FW將產生規律性增加，且與內壓力形成彈簧預緊力狀態，在閥門開啟以后，逐步增加介質作用面，不斷擴展與彈簧預緊力相對應的內壓作用力，繼而有效縮減外附加力，在完成該項舉措后，可產生首個特征峰點，將其視作特征峰A。若彈簧類安全閥的外加附力值逐漸縮減至關閉點，受介質作用面快速減小的影響，若想保證作用力的平衡，會讓外加附力急速回升，也就來到了第二個特征峰點，可將其看做特征峰B。透過對兩處特征峰點的合理檢測，可精準查詢出彈簧式安全閥的回座壓力與開啟壓力。

1.2 內部結構

在觀察彈簧式安全閥的內在結構時，相關人員可將其合理劃分成不封閉與封閉式兩種：前者多運用在蒸汽與空氣形態中；而后者可保證介質不外泄，多應用在腐蝕性或有毒的介質內。在使用彈簧類安全閥期間，其整體結構多處在公稱壓力范圍中，其選擇的彈簧都需持有特定的工作壓力級，在進行正常使用時，需摸清其內部的各項基礎結構，還要切實掌握安全閥的溫度、介質、名稱與型號等，利用對該項數值的合理控制來確保閥體內部的密封壓力，繼而提升彈簧類安全閥的設計應用質量［1］。

2 彈簧式安全閥的設計過程

2.1 計算安全閥受力與強度

為確保彈簧式安全閥的安裝應用效果，技術人員需對該項裝置進行科學設計。在進行正式設計前，需對其內部的受力與強度開展精準計算，提升該裝置設計的合理性。

一方面，在設計安全閥內部的彈簧受力時，技術人員可適時設定該閥芯內部的受力面為20mm 直徑的圓，當其內部套缸直徑分別為110mm、120mm、130mm、140mm、150mm 與160mm 時，其對應的最大壓力值分別為34.3MPa、32.9MPa、28.0MPa、24.2MPa、21.1MPa、18.5MPa，透過對該項數值的合理觀察后，可看出彈簧具體的承受壓力為10770.2N、10330.6N、8792.0N、7598.8N、6625.4N、5809.0N。在完成彈簧承受壓力的設定后，技術人員可依照該彈簧類安全閥的實際情況來選擇適宜材料，將壓力設定在800MPa 左右，并依照該材料來完成旋繞比與彈簧絲直徑的測算，根據相關公式可看出，其旋繞比與彈簧絲直徑在1.40、15mm 左右。在初步完成彈簧內部旋繞比與彈簧絲直徑的測算后，應依照具體的變形條件來完成彈簧工作圈數的計算，若將λmax值看作35，則工作圈數值則為9，繼而獲取該彈簧的基本尺寸，如節距、外徑、內徑與中徑分別為30mm、75mm、45mm、60mm，在完成彈簧尺寸的計算后，可合理計算該彈簧的內在穩定度與靜應力，經過測算，該類數值均處在標準范圍中。

另一方面，在進行彈簧內部零部件強度的計算時，技術人員應及時校核連接螺栓，若該螺栓材料的材質為Q235，性能等級與直徑為4.6、M24，安全系數也控制在24 以內，經適宜研究判斷，可將該螺栓材料應用在彈簧安全閥內部。技術人員還要科學確認閥體壁厚，根據Q235 材質的具體情況，其壁厚值多在10mm 左右，在完成彈簧內部零部件強度的計算后，可將該安全閥受力與強度作用在此后的閥體安裝中［2］。

2.2 設計法蘭盤

一般來講，若想完善法蘭盤設計質量，技術人員應科學挑選法蘭盤。法蘭盤在使用時較為注重該裝置的外徑、連接尺寸，從連接尺寸的角度上看，需確認中心圓直徑與法蘭外徑，并根據其生成的具體形態來確認螺栓螺紋、螺栓數量與螺栓孔徑等，例如，當前較佳的法蘭盤螺栓螺紋狀態為M45，其數量在8個左右，孔徑為48L。同時，為確保法蘭盤應用質量，技術人員還應精準確認該裝置的密封面，根據其具體的運行狀態來明確密封面的內部數值，透過對該項數值的合理控制來提升法蘭盤的應用安全，依照合適的數據測算方式，可看出理想的法蘭密封面有19.84、12.70、190.50 與241.00 等，借助對該項數值的合理控制來提升密封面形態應用的科學性。此外，技術人員在進行法蘭盤的設計中還應適時確定法蘭內徑、法蘭頸、法蘭高度與法蘭厚度等，最佳的法蘭厚度多在92.5C、法蘭高度在229H、法蘭頸為203N，而法蘭內徑值則由相關用戶認定，不同法蘭間的距離需保持在4左右［3］。

2.3 優化閥體

在完成法蘭盤的整體設計后，相關人員應適時關注閥體結構的內部設計。通常來講，閥體結構的設計多影響彈簧類安全閥的應用質量，在進行實際設計前，需明確該閥體運行的實際狀況，精準探測出該閥體的具體規格，利用對其規格的合理控制來強化其應用質量。在進行閥體結構設計前，技術人員需明確該類產品的生產數量，若相關設備內部安裝的彈簧類安全閥數量較少，可適當控制該裝置的生產數量，利用對該數量的控制來提升設備應用效益。例如，在探索彈簧類安全閥的應用數量后，可看出其應用的數量較少，需對該裝置實行小批量生產。

在檢查閥體內部質量時，要嚴格控制其內部鑄件類型，避免在實際應用中產生任何鑄造件，其原因在于鑄造件將難以保持焊接工作的精準度，而該類產品在正式加工前需采用一定的焊接手段，因而不能采用鑄造件。在應用閥體結構的過程中，技術人員需確保裝置內的各項零部件都處在正常運行狀態中，在正式應用前，需對該類零部件開展對應性檢測，若在該環節產生問題，需及時探明引發該問題的原因，利用對其原因的合理控制來更好地解決對應性問題，提升問題解決的針對性。此外，在完成閥體結構的設計與管理后，技術人員還需及時觀察該裝置內的閥芯、閥座、閥蓋與調節桿，利用有效性舉措來精準控制該類結構，提升閥體應用的科學性、可執行性［4］。

2.4 改進閥芯、閥座、閥蓋與調節螺紋

（1）針對閥芯的內部設計而言，技術人員在開展正式設計前需明確閥桿與閥芯的對應性關系，利用對二者定位關系的準確控制來增強其設計的合理度，確保閥芯設計與使用的科學性。在融合閥桿與閥芯的過程中，應明確彈簧座的內部功能，借助對其各項功能的精準調度來完成結構設計，提升閥芯內部應用結構的實用性，解決更多該裝置內部的問題。

（2）對于閥座的整體設計來說，相較于閥芯，閥座的設計有所區別，其與閥體間存在裝配、密封等實際問題。在開展該項設計前，需探明該閥座裝置內部的實際運行情況，利用對該運行情況的合理控制來改善此前的密封或裝配問題，增進其與閥芯整體的配合度，提升結構設計的合理性。

（3）在開展閥蓋設計的過程中，設計人員需利用閥體的設計來摸清閥蓋裝置中的各項功能，利用有效措施來密封閥體，并引導保護罩中的螺紋與閥蓋進行科學連接，對螺桿內部彈簧壓縮量實行適宜的調節配合，在該項舉措的影響下，閥蓋設計質量將達成較高水準。

（4）站在螺桿調節的設計角度上看，在實行螺桿調節時，相關人員需合理控制螺桿調節距離，該距離需超出正常的彈簧行程，透過對該項數值的精準控制來提升螺桿調節力度，確保其在此后的工作中可更好地完成與閥蓋的連接，利用螺桿調節舉措來增進各項裝置調節的精準度，有效增強閥體內部結構應用的有效性。值得一提的是，借助閥芯、閥座、閥蓋與螺桿調節的合理性設計，閥體結構將變得更為完整，提升該裝置應用的整體性，透過對該整體結構的合理控制來確保彈簧式安全閥的安全性。

2.5 調整開啟壓力

針對彈簧類安全閥的閥體、閥芯、閥座與閥蓋等裝置的設計而言，在完成該項裝置的整體設計后，技術人員需及時觀察各項裝置應用的整體性。

一方面，針對安全閥內部的各項裝置，及時檢查不同類型裝置的使用狀態，確保其各項應用過程都與項目使用標準相符。例如，鑒于閥體結構內的閥芯、閥座與閥蓋為一項有機整體，在運行某項裝置時，及時觀察其他裝置的對應性變化。在探索閥芯運行狀態時，若閥座、閥蓋等裝置的位置出現改變，需及時關注不同裝置位置改變的原因，借助對原因的探索來制定出合適的解決措施，有效解決各裝置運行狀態的問題。因而，利用適宜的運行試驗來精準觀察各閥芯、閥座與閥蓋等裝置的應用情況，可真正改善彈簧類安全閥的運用狀態。

另一方面，在完成閥體結構的內部調整后，技術人員還需根據彈簧類安全閥合理調整相關設備的開啟壓力。例如，當彈簧類安全閥的套缸直徑在110mm、120mm、130mm、140mm、150mm與160mm時，其生成的最大壓力值為34.3MPa、32.9MPa、28.0MPa、24.2MPa、21.1MPa、18.5MPa，根據該項壓力值，可適時摸索出具體的彈簧承受的壓力值，其對應性數值分別為10770.2 N、10330.6N、8792.0N、7598.8N、6625.4N、5809.0N。在了解與掌握該彈簧承受的壓力值后，技術人員需及時調整彈簧類安全閥的開啟順序，借用對該順序的合理控制來保障彈簧承受力，提升該安全閥的應用效果。具體來講，根據彈簧類安全閥的具體運行狀態，相關人員應及時調整其運行順序，從套缸直徑的應用范圍上看，其正確的應用順序為160mm、150mm、140mm、130mm、120mm、110mm的彈簧類安全閥，在該項順序的引導下，彈簧承受力可得到最大程度的釋放，切實改善壓力容器、壓力管道或鍋爐等設備的運行質量。

3 應用彈簧式安全閥的注意事項

3.1 科學安裝安全閥

在完成彈簧類安全閥的設計后，為確保該裝置的應用安全，應將其科學地安置在各項設備如壓力容器、壓力管道與鍋爐內。具體來看，若某一空間的壓力設備數量較多，不能在一個排放管道內設置多個安全閥，雖然從某種程度上看，共用管道可增加設備的美觀度，但也給其具體應用帶去更多的安全隱患，影響安全閥的工作狀態。例如，若相關設備內的安全閥出現起跳狀態后，其設備內部會快速噴涌出少量水與大量蒸汽，給其他安全閥造成較嚴重的隱患，縮減其應用的安全性。此外，在安裝熱水鍋爐內的安全閥時，要合理組裝該裝置的坡向，避免產生因坡向裝反而形成安全閥積水等不良現象。在進行安全閥安裝期間，技術人員應嚴格遵守適宜的操作方法，借助該操作方式順序的堅持來提升彈簧式安全閥應用的安全性［5］。

3.2 定期實行維護清潔

在完成彈簧類安全閥的設計與使用后，相關人員需對該裝置實行定期的維護清潔，利用對安全閥的日常保養來提升裝置整體的應用水平，滿足設備裝置的使用效果。例如，在進行彈簧類安全閥的日常清潔時，要精準控制清潔部位，如閥門彈簧腔，借助有效性舉措來縮減其積水、積灰現象，有效遏制其內部某些零部件生成的銹蝕問題，提升安全閥運作的合理性。技術人員還應定期完成安全閥裝置整體的檢驗工作，對其內部的應用壓力進行精準控制，使該設備的內部壓力始終處在合適的范圍內，促進設備運行安全。在開展安全閥的維護清潔時，技術人員還需及時檢測設備內部存有的各項數據指標，利用對各項信息數據的合理控制來增進設備運行的合理性，確保彈簧類安全閥的應用范圍［6］。

3.3 嚴格執行操作規程

透過對彈簧類安全閥的科學設計，相關人員應明確該項裝置的使用方法，在應用相關設備裝置時，需嚴格執行操作規程，無論是拆卸還是安裝，都要與正確的操作方法相一致，避免野蠻作業。一般來講，在拆卸與安裝安全閥時，需確保法蘭密封面的完整性，避免插銷丟失、閥帽摔裂、手柄丟失與閥桿變形等不良現象的出現。在安裝螺帽的過程中，需及時關注該零部件的內在結構，密切注意其銹蝕程度，防止該銹蝕現象影響安全閥的正常使用。在進行彈簧類安全閥的拆卸時，需合理選擇拆卸方法，盡量避免氣割方式的使用，提升對操作過程的合理控制。若在拆卸閥門時產生失誤，不僅會影響相關零部件的正常使用，還會增加安全閥應用的危險性，因而，需在實際操作中提升操作規程的執行力度。

4 結語

綜上所述，在設計使用彈簧式安全閥期間，相關部門需合理完善安全閥的設計內容，如法蘭盤、閥體、閥芯與開啟壓力等，及時調整該裝置的應用范圍，借助某些環節的增加來提升該安全閥應用的合理性、執行性，確保壓力管道、壓力容器與鍋爐設備的應用安全。