衛生級全啟式安全計算書

根據《實用閥門設計手冊》（陸培文主編，機械工業出版社出版，2006年1月第1版） 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。所列安全閥的通用計算項目如下（表5-39）及安全閥計算項目：

通用及計算項目：

• 閥體厚度計算

2．閥蓋厚度

3．閥座密封面面上計算比壓

4．彈簧理論計算

5．安全流道直徑計算

6．安全閥額定排量計算

本閥門閥體材質采用316L,閥蓋采用304，快裝卡箍采用304，因閥門設計手冊上沒有相應的材質，故采用相近的1Cr18Ni9Ti材質進行驗算。

一．閥體厚度計算（表5-168，第1014頁）

閥體厚度S’B=(P*Dn)/(2.3*［σL］-P)+C;

其中：P為公稱壓力,安全閥設計公稱壓力：0.7Mpa,故P=0.7

      計算通徑Dn=72.9mm

      許用應力［σL］查表3-3（第597）,［σL］=92Mpa

      設計給定腐蝕余量C為0.5mm

      計算給果：S’B=0.846mm

閥體薄處設計厚度SB：1.65mm

      S’B< SB=1.65mm

故閥體厚度設計合理。

二．閥蓋厚度

    因本安全閥采用的是卡箍連接，其閥蓋等同于快裝盲板，依據DIN 32675-2009標準，對于快裝接頭使用工作壓力之規定：

三．3．閥座密封面面上計算比壓（表5-197,第1115頁）

介質壓力為p時密封面上比壓力：q1=Dm(pS-p)/4b≥qMF

因設計輸入的整定壓力ps=0.7Mpa,

依據安全閥密封性能試驗的相關規定《實用閥門設計手冊》表10-40，安全閥的密封性能試驗壓力，為整定壓力的90%，

故：設備正常工作壓力:p=0.63Mpa,

關閉件密封面平均直徑：DM=32.16mm(設計給定)

關閉件密封面寬度：=1.3mm           (設計給定)

密封面必需壓力: qMF=(0.4+0.6PN)/   (表3-13，662頁)

=1.3mm(設計給定)

PN：取1.0Mpa

計算結果：=2.77Mpa

密封面比壓力：q1= Dm(pS-p)/4b =4.33 Mpa,

驗算結果：q1=4.33≥qMF =2.77, 故密封設計合格。

四．彈簧理論計算( <彈簧直接載荷式安全閥彈簧計算>，中國特種設備安全第25卷第11期，第5頁。)

   本安全閥為全啟式安全閥故:

• 剛度λ=［（Pd-PS）A+0.1PdA1］/h

=［（0.721-0.7）*811.9+0.1*0.721*3637.9］/8.04

= 34.7N/mm,

取剛度：35N/mm

     整定壓力：Ps=0.7Mpa

     排放壓力：Pd=Ps*1.03=0.721Mpa

     介質作用面積：A=3.14*(Dm2)/4=3.14*32.162=811.9mm2

        閥瓣開啟后受介質作用面積增加部分：A1=3.14*(Dw2+Dm2)/4=3637 .9mm2

        本全啟式安全閥反沖盤外徑按:Dw=2.0D=61.2;取Dw=60mm

      密封面中徑：Dm=32.16mm,

      閥瓣開啟高度:h=D/4=32.16/4=8.04mm

     鋼絲計算直徑：d‘=1.6=6.3mm

故鋼絲直徑：d=6.0mm

 =3.14*Dm2*PS/4+λh=3.14*32.162*0.7/4+35*8.04=849N

     本安全閥采用與密封面中徑相同的彈簧中徑：即彈簧中徑：D2=32

     假設彈簧絲徑：d=6

     彈簧：C=32/6=5.333

     彈簧彎曲系數：K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C=1.288

     ］=0.35σb=0.35*1079=377.7Mpa

• 彈簧工作圈數：n=(71000*d4)/(8*D23λ)=（71000*6.04）/(8*323*35)=10.0

故彈簧工作圈數：n=10圈

• 彈簧實際剛度：λ=(71000*d4)/(8*D23*10)=35.1N/mm.
• 計算彈簧節距：

極限負荷：P’j=(πd3τj)/(8KD2)=( 3.14*6.03*485)/(8*1.288*32)=998N.

工作極限剪應力：τj=0.45σb=1079*0.45=485Mpa.

極限負荷下變型量：F’j= P’j/λ=998/35.1=28.4mm.

單圈極限變形量：f’j= F’j/n=28.4/10=2.84mm.

間距：δ≈f’j，取3.5

節距:t=δ+d=3.5+6.0=9.5.

自由度度：H0=nt+1.5d=104mm.

工作極限負荷下變形量：Fj=nδ=10*3.5=35mm.

工作極限負荷：Pj=λFj=35.1*35=1228.5N.

大工作負荷:P2=P2y+λh=(3.14*Dm2pd1)/4+34.5*8.04=625+277=902N.

大工作負荷下變形量: F2= P2/λ=902/35.1=25.6mm.

小工作負荷：P1=(3.14*Dm2pd)/4=3.14*32.162*0.7/4=568N

小工作負荷下變形量：F1= P1/λ=568/35.1=16.2mm

大工作負荷高度：H2= H0-F2=104-25.6=78.4mm

小工作負荷高度：H2= H0-F1=104-16.2=87.8mm

彈簧展開長度：L=3.14*D2*n1/cosa=3.14*32*10/0.9958=1009mm

彈簧螺旋角:a=arctan(t/D2)= arctan(9.5/(3.14*32))=5.41

細長比：b=H0/D2=3.25<3.7，故符合使用要求。

安全閥彈簧參數:

規格：φ6.0x32x104,有效圈數：10，總圈數：12，節距：9.5mm，小變形量：16.2mm，小負荷：568N，大變形量：25.8N,大負荷:902N,極限變形量：35mm,極限負荷：1228.5N,剛度：35.1N/mm,螺旋角：5.41度.

五．閥座流道直徑（表5-190,第1107頁）

理論閥座流道直徑: d0’=29.86mm,

因密封材質特殊為配合采購，選用d2=30.6mm的流道直徑。

流道面積：A’=Wr‘/(5.25*Kdr *pdr*Ksh)=2400/(5.25*0.75*0.87*1)=700.6mm2

   排量：Wr‘=2400kg/hr,(設計輸入)

額定排放系數：Kdr=0.75(選定)

     額定壓力排放系數：pdr=1.1ps+0.1=1.1*0.7+0.1=0.87

     整定壓力：Ps=0.7Mpa

     過熱修正系數：Ksh=1.0（查表：5-192，第1108頁）

六．實際安全閥額定排量計算（表5-190,第1107頁）

衛生級安全閥，它的安全設計使得它能保護設備，所以它安裝在排放壓力的回路，對管路、泵、裝置、儲罐等起安全保護作用。
衛生級安全閥廣泛應用于食品、飲料、乳制品、制藥、啤酒等行業。衛生級安全閥在系統中起安全保護作用。當系統壓力超過規定值時，衛生級安全閥打開，將系統中的一部分氣體/流體排入大氣/管道外，使系統壓力不超過允許值，從而保證系統不因壓力過高而發生事故。安全閥結構主要有兩大類：彈簧式和杠桿式。彈簧式是指閥瓣與閥座的密封靠彈簧的作用力。杠桿式是靠杠桿和重錘的作用力。隨著大容量的需要，又有一種脈沖式安全閥，也稱為先導式安全閥，由主安全閥和輔助閥組成。當管道內介質壓力超過規定壓力值時，輔助閥先開啟，介質沿著導管進入主安全閥，并將主安全閥打開，使增高的介質壓力降低。
安全閥的排放量決定于閥座的口徑與閥瓣的開啟高度，也可分為兩種：微啟式開啟高度是閥座內徑的（1/15）～（1/20），全啟式是（1/3）～（1/4）。
此外，隨著使用要求的不同，有封閉式和不封閉式。封閉式即排出的介質不外泄，全部沿著規定的出口排出，一般用于有毒和有腐蝕性的介質。不封閉式一般用于無毒或無腐蝕性的介質。安全閥額定排量: Wr=5.25*Kdr*A*pdr*Ksh=5.25*0.75*735*0.87*1=2518kg/hr

       流道面積：A=3.14D02/4=3.14*30.62/4=735mm2

     額定排放系數：Kdr=0.75

     額定壓力排放系數：pdr=1.1ps+0.1=1.1*0.7+0.1=0.87

     整定壓力：Ps=0.7Mpa

     過熱修正系數：Ksh=1.0（查表：5-192，第1108頁）

     與本文相關的論文有：低溫安全閥在黑龍江建龍鋼鐵應用