KA42Y抗硫弹簧式安全阀

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀概述：

     KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀是受压设备，容器或管路上的*超压保护装置，当设备压力升高超过允许值时，安全阀自动开启，继而全量排放，防止设备压力继续升高，当压力降低到规定值时，安全阀及时自动关闭。

KA41Y/弹簧刚度计算 

弹簧直接载荷式安全阀的动作性能主要是通过弹簧来控制的，确切的说弹簧的刚度影响zui大，如果弹簧刚度选择不当，可能造成安全阀不能正常地工作。由于这种特殊性，在安全阀弹簧设计时，首先就要确定弹簧的刚度，并力求接近于实际的排放工况。

目前主要是采用以下几种方法来初步计算弹簧的刚度，zui终还要通过试验确定弹簧的理想刚度值。另外安全阀用的弹簧基本都是圆柱螺旋压缩弹簧，所以在这一节里只介绍圆柱螺旋压缩弹簧，除非有说明外，这里所说的弹簧均指圆柱螺旋压缩弹簧。若想采用其他形式的弹簧，请查阅相关的弹簧设计手册。

KA41Y/阀瓣升力来计算弹簧刚度

弹簧式安全阀的动作特性，即排放压力、开启高度、回座压力等性能，取决于阀门开启和关闭（回座）过程中流体对阀瓣作用的升力与弹簧载荷力的共同作用结果，上述两力在阀门动作过程中都是变化的。

阀瓣升力的变化情况可用升力系数  来表述。升力系数  是阀瓣升力F与介质静压力作用在等于流道面积的阀瓣面积上产生的作用力的比值。即：

                                                                 （2-5）

式中：ρ——升力系数；

      F——阀瓣升力，即流体作用在阀瓣上总的向上合力，N；

      P——阀进口介质静压力，MPa;

      D——流道直径，mm;

升力系数  取决于阀门结构以及影响介质流动的各零件的形状和尺寸，并随开启高度、调节阀位置和介质的不同而变化，通常只能借助试验来确定。图示-14为安全阀瓣升力系数曲线的一些例子。

弹簧载荷力的变化决定于弹簧刚度，为了获得要求的动作性能，应根据升力系数来确定弹簧刚度。

为达到规定的开启高度h，在开高h下的阀瓣升力应大于或等于此时的弹簧力，据此确定弹簧刚度的zui大值为：

                                         （2-6）

式中：F——弹簧计算刚度，N/mm；

      h——阀瓣开启高度，mm；

      d0——流道直径，mm；

      Dm——关闭件密封面平均直径，mm；

      Pdr——额定排放压力，MPa；

      Ps——整定压力（开启压力），MPa；

      ρh——开启高度为h时的阀瓣升力系数。

这种计算法的缺点是没有考虑开启的全过程，仅仅考虑了达到规定升高，而且也没有考虑回座过程，所以计算的弹簧刚度常常偏小。

KA41Y/用动作性能参数来计算刚度

为保证安全阀在不高于额定排放压力时达到规定开启高度，并在压力不低于规定回座压力时回座，在开启高度为零到规定升高范围内的弹簧力曲线，应位于额定排放压力和回座压力下的阀瓣升力曲线之间。下面介绍的图算法就是利用这个原理。

以纵坐标轴上数值为Dm2/do2（πd02Ps /4＝πDm2Ps /4）的点（相当于h＝0时的弹簧预压缩力）为起点作弹簧特性线，使这位于曲线Ⅱ和Ⅲ之间，并度量其倾角。

图2-15  作图法确定弹簧刚度

以图2-15为例，图中横坐标轴h上每格表示升高（即弹簧压缩量）为1mm，纵坐标轴上同样长度表示的弹簧力为0.1×πd02ps /4，弹簧刚度为：λ＝0.1×πd02pstanβ/4。

以不同的ps值代入，即可求得不同整定压力下的弹簧刚度。

KA41Y/弹簧的基本数据

1．圆柱螺旋压缩弹簧的结构形式和参数计算

（1） 弹簧的端部结构

弹簧的端部结构形式很多，表2-8为圆截面材料压力弹簧常用的端部结构形式。弹簧材料直径大时，支承圈数nz取小值，反之取大值。两端圈并紧的结构形式，端圈与弹簧轴线的垂直性好，而且与支承座的接触好，具有较高的工作稳定性。用于安全阀的弹簧通常是两端并紧磨平的结构，能保证弹簧与弹簧座之间良好接触，从面具有稳定的弹簧力传递。标准规定弹簧两端应各有大于或等于3/4圈的支承平面，支承端面应与工作圈并紧，弹簧      轴线对两端支承平面的垂直度每100mm长度其偏差值应不大于1.7mm。

 弹簧材料直径

弹簧材料直径d可以由下式计算，其zui终值应按表2-9选取，如有特殊需要，超出表列范围时，所选值应符合材料直径规范。

                        （2-14）

式中：〔τ〕 ——弹簧的许用应力，MPa；

      D——弹簧中径，mm；

      d——弹簧丝直径，mm；

      F——所受的载荷，N；

      C——弹簧指数，C＝D/d；

K——曲度系数，或应力修正系数，K＝（4C-1）/（4C+1）+ 0.615/C

表2-9  弹簧材料直径d系列（摘自GB/T1358）                   mm

注：设计时优先选用*系列

（3） 弹簧指数（旋绕比）

弹簧指数（旋绕比）C值越小，曲率越大，卷制越困难,工作时弹簧材料截面内侧的切应力大于平均应力越多，弹簧的刚度也越大，C值大，则相反。表2-11为C的*用值。标准规定弹簧指数可在4～8范围内选取。

（4） 弹簧内径

弹簧中径D为弹簧的公称直径，表2-10为系列值，并应严格控制外径或内径的偏差，其偏差值可按查出，在安全阀中，弹簧内径规定了极限偏差，见GB/T12243中表3。为了保证有足够的空间，应考虑弹簧受载荷后，弹簧增大，其增大值可按下列近似公式计算。

1） 簧两端固定，从自由高度压到并紧时，中径的增大值为

                                （2-15）

2）当两端面与支承座可以自由回转而摩擦力比较小时，中径的增大值为

                                            （2-16）

式中：D——弹簧的中径，

      t——弹簧的节距，mm；

      d——弹簧材料的直径，mm。

           表2-10  图截面材料弹簧中径D系列（摘自GB/T1358）               mm                           

表2-11  弹簧指数（旋绕比）C的荐用值（摘自GB/T1239.6）

（5）弹簧的细长比

安全阀中为了解决弹簧的稳定性在及安全阀性能指标的可靠性，规定了弹簧的细长比应小于3.7。

（6）弹簧的圈数

弹簧的有效工作圈数n应符合表2-12系列值，为了避免由于载荷偏心引起过大的附加力，zui少工作圈数为2，一般不少于3圈。支承圈的圈数nz则取决于端圈结构型式，见表2-8。总圈数n1＝n＋nz总圈数n1的尾数宜取1/4、1/2或整圈，*采用1/2圈。

表2-12  压缩弹簧的有效圈数n系列（摘自GB/T1358）

（7） 弹簧的高度

1）压缩弹簧的自由高度H0是指自由状态下的高度。其值受端部结构的影响，难以计算出精确值，其近似值可按表2-13所列公式计算，也可根据所要求的zui大变形f计算：

                     HO＝（n1－0.5）d＋1.2f                           （2-17）

式中：n1——总圈数。 

表2-13  压缩弹簧自由高度计算公式（摘自GB/T1239.5）

自由高度HO值，*用表2-14系列。

         表2-14  压缩弹簧自由高度HO尺寸系列（摘自GB/T1358）               mm

2）自由高度极限偏差

安全阀弹簧自由高度的极限偏差见GB/T12243中表2

3）工作高度H1.2.3.……n可按下式计算：

                 H1.2.3. ……n＝HO－f1.2.3.……n                               （2-18）

4） 试验高度Ha,为对应于试验载荷Fs下的高度，其值为

                      Ha＝HO－f                                    （2-19）

表2-15  压缩弹簧节距t与自由高度HO的近似式