如何提高安全阀排放能力？

开启高度是指阀瓣离开关闭位置的实际行程。开启高度是影响安全阀排放能力的主要因素之一。因此，在有关标准中规定，当安全阀进口压力上升到规定的排放压力的上限值以前，开启高度应达到阀门制造厂所承诺的设计规定值。

图5⁃18所示为利用数值仿真所获得的计算排量系数随相对开启高度的变化曲线。下面以此为例，论述开启高度对安全阀排放能力的影响规律及其机理。

从图5⁃18中可以看出：在开启高度较低时，排量系数与开启高度基本上呈线性关系；在中开启高度时，排量系数仍随开启高度增加而提高，但其变化幅度逐渐减小；在高开启高度时，排量系数基本上没有变化。

图5⁃19所示为不同开启高度下安全阀内部流场中马赫数大于1的数值云图，从中可以看出不同的开启高度下，安全阀内部声速和超声速流动区域的位置不同，即安全阀的内部流动形态不同，而且与排量系数随开启高度的变化规律一样，呈现出三种不同的流场形态。

1）在开启高度较低时，介质在阀座喉部的流速并没有达到声速，如图5⁃19a、b所示。究其原因，是因为阀瓣的存在使阀座出口处产生很大的流阻，该流阻远远超过了临界背压力，因此无法在阀座喉部区域形成临界流动。声速流动出现在阀座与阀瓣之间的流场区域，即两密封面之间围成的圆柱侧面成为流场的临界截面。而后流体在向下游流动过程中，形成了一段超声速射流。临界截面处的马赫数为1，其流速数值仅与总温有关，不同开启高度下其数值是不变的。因此，排量大小就仅决定于该临界面的面积，即帘面积，且与其成正比例关系。帘面积又是与开启高度成正比例关系，所以反映到图5⁃18中，在这个开启高度范围内，开启高度对排量系数的影响规律基本上呈现出线性的关系。

图5⁃18 计算排量系数K_d，CFD随相对开启高度（h／d₀）的变化曲线

2）当开启高度足够高时，使阀座出口处的压力低于临界背压力，因而在阀座喉部形成临界流动，如图5⁃19e、f所示。临界截面处流速恒定，临界面积为阀座喉部面积，同样恒定。因此，反映到图5⁃18中，开启高度的变化就不会再引起排量系数的变化。此状态下的安全阀达到了其最大的排放能力。

3）在中开启高度阶段，流场为前两种流动形态之间的过渡状态，如图5⁃19c、d所示。临界流动既没有出现在阀座与阀瓣密封面之间，也不在阀座喉部。流体在向下游流动过程中，形成一个超声速和亚声速流动交替出现的射流。随着开启高度的变化，流通面积和介质流速均在不断地变化，因而流量随开启高度的增加而非线性的增大。(www.xing528.com)

正是由于流场形态的阶段性变化，导致了安全阀排量系数随开启高度变化规律也呈现出三段式的形态。

在GB／T 12243—2005《弹簧直接载荷式安全阀》中，根据开启高度设计值的大小，将安全阀分为微启式安全阀、中启式安全阀和全启式安全阀。其中，微启式安全阀的开启高度通常为流道直径（阀座喉部直径）的1／40～1／20，中启式安全阀为流道直径的1／20～1／4，全启式安全阀的大于等于流道直径的1／4。

这一分类方法就是基于上述安全阀排量系数随开启高度变化的规律的。该分类办法表面上体现的是开启高度的不同，实际上考虑的是实际排放面积（确定通过阀门流量的最小净面积）所在流道位置的不同，即限制流量的最小流道面积是帘面积A_L，还是阀座喉部面积A₀。帘面积是密封面之间围成的圆柱侧面积，阀座喉部面积是阀座的最小横截面处的流通面积，如图5⁃20所示。

对于微启式和中启式安全阀来说，限制流量的最小流道面积是帘面积，安全阀结构

图5⁃19 不同开启高度下安全阀内部流场中马赫数云图（Ma≥1）

一定时，帘面积大小是由开启高度决定的，因此开启高度的变化会影响安全阀的排放能力。而全启式安全阀，限制流量的最小流道面积是喉部面积，是与开启高度无关的固定值，此时安全阀的排量系数应该是恒定值，不再随开启高度的变化而变化。