根据其结构特点,或阀瓣最大开启高度和阀座直径之比(h/d),安全阀一般可分为以下几种:
1)重锤式安全阀:用杠杆和重锤来平衡阀瓣的压力,如图2-95所示。这种结构的优点在于由阀杆传来的力基本上是不变的。其缺点是较为笨重,关闭压力低。这种结构只能用在固定设备上,其重锤的重量一般不应超过60kg,以免操作困难。
图2-95 重锤式安全阀
2)弹簧式安全阀:利用压缩弹簧的力来平衡阀瓣的压力并使其密封的安全阀,如图2-96所示。该结构的优点在于比重锤式安全阀轻便,灵敏度高,安装位置没有严格限制。其缺点是作用在阀杆上的力随弹簧的变形而产生变化。同时,当温度较高时,应注意弹簧的隔热和散热。这类安全阀的弹簧作用力一般不应超过2000kg;过大、过硬的弹簧不适于精确地工作。
3)脉冲式安全阀:脉冲式安全阀又称先导式安全阀。它把主阀和辅阀设计在一起,通过辅阀的脉冲作用带动主阀动作,这种结构通常用于大口径、大排量及高压系统。脉冲式安全阀如图2-97所示,其中图a为主阀部分,图b为辅阀部分。
图2-96 弹簧式安全阀
图2-97 脉冲式安全阀
a)主阀部分 b)辅阀部分
图2-98为大直径输水管路上用的脉冲式安全阀。它也是由主阀和辅阀组成,辅阀为口径很小的直接载荷式安全阀,它与主阀相连接。当系统超压时,辅阀首先开启,排放介质,从而驱动或控制主阀瓣开启,大量排放介质。
此外,还应注意止回阀的公称尺寸,普通的旋启式或升降式止回阀应尽量避免公称尺寸过大。为了以最低的流速使止回阀阀瓣全开或适当的开度,在某些使用情况下,安装止回阀的公称尺寸必须比相应的管道公称尺寸小一些,为清管用所选择的全通径止回阀除外。
图2-99为用于石油、天然气井口装置的先导式安全阀。该阀的结构特点为:导阀是无流动调节式,能在非常接近设定压力下无泄漏地操作,阀座密封面采用聚四氟乙烯软质密封材料,阀的正常动作不受背压影响,无需波纹管,可在使用中设定开启压力,易于调节,公称压力可达69.0MPa,其设定压力范围是0.1~25.0MPa。
其工作原理是:当系统压力低于阀门的设定压力时,介质压力经导阀上密封传入主阀压力室,作用在主阀瓣上,产生向下力,关闭主阀。
当系统压力增加,接近设定压力时,导阀活塞提升而上密封关闭,系统压力再稍有增加,下密封微启,主阀压力室内压力通过导阀排气口排出。
图2-98 脉冲式安全阀
当系统压力达到或稍高于设定压力时,导阀下密封开启,排放超压,这又使导阀活塞趋于下降,此反馈作用可使主阀瓣浮于某一位置,达到调节作用。
图2-99 先导式安全阀
a)主阀处于关闭状态 b)主阀处于部分开启状态 c)主阀处于全部开启状态
当系统压力超压,主阀瓣达到全启。
当系统压力降至设定压力以下,导阀下密封关闭,进一步降压至回座压力时,上密封开启,主阀压力室压力恢复,关闭主阀。
图2-100所示为有限载荷先导式安全阀,加于主阀瓣的关闭载荷由弹簧提供,其大小是受到限制的,即使先导阀未能起作用,主阀也能在允许超压的范围开启。其缺点是主阀的密封性不如无限载荷式好。
图2-101所示为无限载荷先导式安全阀,加于主阀阀瓣上的关闭载荷由工作介质压力提供,其大小是未予限制的。在先导阀动作而对主阀驱动活塞加载之前,主阀不能开启。其优点是主阀密封性好。
图2-100 有限载荷式先导式安全阀
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图2-101 无限载荷式先导式安全阀
4)微启式安全阀:阀瓣的开启高度为阀座通径的1/20~1/40,即安全阀的阀瓣开启高度很小,适用于液体介质和排量不大的场合。由于液体是不可压缩的,少量排出即可使压力下降。如图2-96、图2-98所示。
图2-102 全启式安全阀
a)改进前结构 b)改进后结构
5)全启式安全阀:阀瓣的开启高度为阀座通径的1/4~1/3。如图2-102a所示,在安全阀阀瓣处的反冲盘,借助于气体介质的膨胀冲力,使阀瓣开启到足够的高度,从而达到排量要求。这种结构的安全阀使用较多,灵敏度亦较高。但两个调节环的位置很难调整,必须十分认真调整才能达到要求。这对初次使用者带来很多困难。因此,又开发了一种被简化了的结构,如图2-102b所示,这种结构调整较为方便,但灵敏度要稍受影响,对用于一般的蒸汽锅炉和蒸汽管路上的影响不大。
6)全封闭式安全阀:如图2-96所示,安全阀开启排放时,介质不会向外界泄漏,而全部通过排泄管排放掉。这种结构适用于易燃、易爆,有毒介质。
7)半封闭式安全阀:如图2-95所示,安全阀开启排放时,介质一部分通过排泄管排放,而另一部分从阀盖与阀杆的配合处向外泄漏。这种结构适用于一般的蒸汽和对环境无污染的介质。
8)敞开式安全阀:如图2-103所示。安全阀开启排放时,介质不引到外面,直接由阀瓣上方排放。这种安全阀适用于对环境污染无要求的场合。
图2-103 敞开式安全阀
此外,从安全阀的外部结构上还可以分为:有扳手和无扳手安全阀;有散热片和无散热片安全阀;有波纹管和无波纹管安全阀等几类。有扳手的安全阀在紧急情况下,可以由人工泄压;有散热片的安全阀适用于介质温度在300°C以上的场合;有波纹管的安全阀适用于介质腐蚀严重或背压波动较大的场合。
9)内装式安全阀:如图2-104所示,其主要用于液化石油气槽车,由于安全阀伸到液化石油气罐体外部的尺寸受到限制,所以需要将安全阀的一部分置于罐内。
10)先导呼吸阀:如图2-105所示,为先导呼吸阀的典型结构。
图2-104 内置式安全阀
图2-105 先导呼吸阀
呼阀阀瓣背负着由更大直径膜片构成的气室,在呼阀开启以前,保持着数倍于升起力的压紧力,密封可靠。导阀提供了准确的压力保护,启闭压差可以由导阀加以调节。不受背压影响,整定压力稳定,在整定压力点阀瓣全启,保证了排量。阀体和密封材料可根据介质温度选择不同材料。
重力呼吸阀采用了双道软密封结构(海绵橡胶垫和O形密封圈)提供了可靠的低压密封,减少了物料损失或污染。重力式阀瓣,结构简单,维修容易,不锈钢内件,耐腐蚀,运行可靠,阀体为非金属密封材料,可根据介质、工作温度的不同进行选择。
特性:呼阀进口法兰与吸阀出口法兰相连接组成呼吸阀。图2-105中左上部虚线框内为现场测试器件(可在操作情况下检测调整整定压力)或回流防止器(避免在进口压力低于出口压力时形成的回流)。
由于安全阀是保证系统或设备安全正常运转的重要配件,所以,从事阀门销售及采购的人员必须对各类安全阀有清楚的了解;特别是采购人员更应注意以下几个方面:
①安全阀是否有足够的灵活性,当介质压力达到开启压力时,阀门应无阻碍地开启。
②在规定的排放压力下,安全阀阀瓣应能全开,并能够排放出额定的排量。
③当介质工作压力下降至关闭压力时,安全阀能及时关闭,并且,能在关闭状态下保证密封性能。
④安全阀在使用周期内,应能保证壳体强度、密封性能及安全可靠。
⑤弹簧安全阀所配弹簧的工作压力范围是否与所需的压力范围一致。
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