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安全阀排气时反作用力是如何计算的 安全阀排气时反作用力 安全阀反作用力 安全阀反作用
之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍安全阀排气时反作用力是如何计算的？
如图2 26所示．安全阀排放时．大量气体或蒸汽以音速或亚音速排出，给予阀门巨大的反作用力，对阀门与设备连接处产生很大的力矩。计算安全阀与设备连接部位的强度时，必须考虑到上述排气反作用力。安全阀排放时，大量气体或蒸汽以音速或亚音速排出，给予阀门巨大的反作用力，对阀门与设备连接处产生很大的弯矩。计算安全阀与设备连接部位的强度时，必须考虑到上述排放反作用力。安全阀排放反作用力及其产生的弯矩的计算同排放系统的布置有关。以下就图1所示的开式排放系统介绍ASME B
31.1安全阀排气时反作用力是如何计算的中的排放反作用力计算方法： 图1 开式排放系统的排放反作用力1 确定排放弯管出口（部位1）处的压力和速度排放弯管出口处压力和速度按下列公式计算：式中：P1——排放弯管出口压力，psia； V1——排放弯管出口速度，ft/s；W——安全阀实际排量，lbm/s；A1——排放弯管截面积，in2；h0——安全阀进口处总焓，Btu/lbm；J ——热工当量，778.16 ft-lbf/Btu；gc——重力常数，
32.2 lbm-ft/lbf-s2；a和b——蒸汽的相应值如下表所列。蒸汽工况abBtu/lbm湿蒸汽（干度 < 90%）29111饱和蒸汽（干度 ≥ 90%）15 psia ≤ P1 ≤ 1000 psia8234.33过热蒸汽（干度 ≥ 90%）1000 psia < P1 ≤ 2000 psia8314.332 计算排放弯管出口（部位1）处排放反作用力排放弯管出口处排放反作用力按下式计算：式中：F1——排放弯管出口处排放反作用力，lbf；W——安全阀实际排量，lbm/s；gc——重力常数，
32.2 lbm-ft/lbf-s2； V1——排放弯管出口速度，ft/s；P1——排放弯管出口压力，psia；A1——排放弯管截面积，in2；Pa——大气压，psia。
3 动载系数考虑到安全阀排放反作用力具有骤加载荷的性质，其产生的弯矩和内力同静载荷相比具有增强效应，以上计算的反作用力应乘上动载系数DLF。动载系数按以下步骤确定：3.1 计算安全阀装置周期T参见图2，安全阀装置周期按下式计算：式中：T——安全阀装置周期，s；G——安全阀、弯管、法兰等的重量，lb；h——主管到出口管中心线的距离，in；E——设计温度下进口管的杨氏弹性模量，lb/in2；I——进口管的惯性矩，in4。图2 确定安全阀装置周期示意图（开式排放系统）
3.2 计算安全阀开启时间与装置周期比值 此处，t0为安全阀从全关状态到全开的时间（s）。
3.3 上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀确定动载系数DLF按比值（t0/T）从图3确定动载系数DLF的值。 图3 开式排放系统动载系数本页关键字：安全阀|安全阀计算公式
设安全阀通过排放管向大气排放，排放管道出口截面处压力可按下式计算：
安全阀的动作原理
安全阀是一种自动阀门，当被?；は低衬诘慕橹恃沽Τざㄖ凳?，它自动开 启；当介质压力回复到正常工作值时，它又自动关闭。 图 2 所示为常规弹簧载荷式气体安全阀的动作原理示意。 其动作基于力的平衡。 在正常操作条件下，进口压力低于整定压力，阀瓣在弹簧力作用下压在阀座上处于 关闭位置，阀门处于关闭(密封)状态（见图 2A） 。 此时作用在阀瓣上的弹簧力 F 为： F = P×A + Fs 式中：P——介质压力，MPa； A——阀瓣上受压面积，cm2； Fs——为使阀瓣和阀座压紧的向下密封附加力，N。 阀瓣在阀座密封面上的压紧力 Fs，保证了所需的密封性。
图2-26带排放管道的安全阀示意图
式中：p。—排放管出口截面处压力，Pa；
p-排放时阀进口压力，Pa,
K一，——安全阀额定排量系数；
A-安全阀流道面积，m2；
A。——排放管出口截面积，IT12；
*一-气体绝热指数；
z-气体压缩系数。
若m大于或等于大气压力，则排气速度为音速。此时，排放反作用力按下式计算：
若pn小于大气压力，则排气速度为亚音速。此时．排气反作用力按下式计算：
考虑到安全阀排气反作用力具有冲击载荷的性质，通?；剐瓒约扑愕贸龅呐牌醋饔昧。r乘以动载系数h。
动载系数酯的计算程序如下：
①安全阀装置周期按下式计算：
式中：T-安全阀装置周期，s；‘
W-安全阀、安装管道、法兰、附件等的重量．N；
L-从被保护设备到安全阀出口管中心线的距离，mm;
E--。_安全阀进口管在设计温度下的杨氏模量，MPa：
，——进口管惯性矩，mm1。
②计算比值此处。为安全阀开启时间，即安全阀从关闭状态到全开启的动作时间(s)。
③根据比值f
A —— 关闭状态 B —— 开始开启 C —— 全开启 图 2 气体安全阀的动作原理示意
为了保证被?；は低车陌踩踩У恼ㄑ沽Σ坏么笥诒槐；は低车纳杓蒲?力。在正常工作时，安全阀处于密封状态，所以安全阀的密封试验压力应等于或高 于被保护系统正常操作时的工作压力。 当系统进口压力等于阀门整定压力时，弹簧力等于进口介质作用在关闭阀瓣上 的力，阀瓣与阀座之间的作用力等于零。当进口压力略高于整定压力时，介质流过 阀座表面进入蓄压腔“B” ，由于反冲盘与调节圈间节流作用的结果，蓄压腔“B” 内的压力增加（见图 2 B） ，因为这时进口压力作用在更大的面积上，产生一个通常 被称为膨胀力的附加力来克服弹簧力。通过调整调节圈，便可以调节环形流道缝隙 的大小，从而控制蓄压腔“B”内的压力。这时蓄压腔内被控制的压力将克服弹簧 力，导致阀瓣离开阀座，阀门突跳开启。 一旦阀门已经开启， “C”处便会产生附加增压（见图 2 C） 。这是由于突然的 流量的增加以及由反冲盘裙边的内沿与调节圈外径所围成的另一个环形流道上的节 流所造成的。这些 “C”处的附加力会导致阀瓣在突跳时达到足够的开启高度。
流量始终被阀座与阀瓣间的开度限制着，直到阀瓣离阀座的开启高度接近 1/4 喉径。当阀瓣达到这种程度的开启高度以后，流量便由喉部流道面积控制而不是阀 座表面间的面积（帘面积）了。 当进口压力已经降到低于整定压力足够多，以致弹簧力足以克服“A” ， “B ” ， “C”三处力之和时，阀门关闭。阀门回座时的压力就是关闭压力。整定压力与关 闭压力的差称为启闭压差。 图 3 表示的是阀瓣从整定压力 （图中 A 点） 经历超压阶段到达zui大泄放压力 （B 点） ，经历启闭压差阶段回到关闭压力（C 点）的全部行程。
图 3 安全阀阀瓣开启高度与被保护系统压力间的典型关系图
液体介质用阀门不会象气体介质用阀门那样突跳（见图 4） 。因为液体流动不产 生象气体介质流动那样的膨胀力。液体介质用阀门必须依靠反作用力来达到开启高 度。
图 4 液体安全阀的动作原理示意
当阀门关闭时，作用在阀瓣上的力与应用于气体介质中的作用的力是相同的， 直到达到力的平衡，即保持阀座关闭的合力接近零。从这时起，力的关系就*不 同了。 在zui初开启时，逸出的液体形成一层非常薄的流体,见图 4 A，在阀座表面间迅 速扩展。液体冲击阀瓣反冲盘的反作用面，并被折流向下，产生向上推动阀瓣和反 冲盘的反作用力。在zui初的 2%～4%的超过压力范围内，这些力通常建立得很慢。 随着流量逐渐增加，流过阀座的液体的速度头也在增加。这些动量作用力与快 速泄放的液体介质由于从反作用表面（见图 4 B）被折流向下所产生的作用力的合力 足以使阀门达到全开。通常情况下，在 2%～6%的超过压力下，阀门会突然间波动到 50%～100%的全开高。 随着超过压力增加， 这些力继续增加， 推动阀门达到全开。 ASME 鉴定的液体介质阀门的排放量，要求阀门在 10%或更小的超过压力下，达到全部的额定排量。 在阀门关闭的过程中，随着超过压力减小，液体介质动量和反作用都减小，弹 簧力推动阀瓣返回与阀座接触。 过去，许多用在液体介质中的泄压阀都是为可压缩（蒸气）介质设计用的安全 泄放阀或泄放阀。许多这样的阀门当用在液体介质时，需要高的超过压力（25%） 才能达到全开高和稳定的工作， 这是因为液体介质无法提供气体介质那样的膨胀力。 ASME《锅炉和压力容器规范》第Ⅷ卷要求，液体介质在 10%超过压力下，达 到全开启、稳定工作和额定泄放量。而 GB/T 12223—2005 则规定排放压力≤1.20 整定压力。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀
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