弹簧式安全阀设计研究

杨东男

（天津市欧达法斯克制冷设备有限公司 天津 300000）

随着压力容器、压力管道与锅炉等设备使用数量的增加，其内部的应用安全正引发人们的高度关注。该类装置内皆含有弹簧式安全阀，相关部门需明确安全阀的设计要求，借助对该装置的合理设计来提升设备应用安全性。

1 弹簧式安全阀的工作原理与内部结构

1.1 工作原理

在应用弹簧式安全阀的过程中，相关部门需明确对应的工作原理，技术人员可全面分析弹簧类安全阀的动作开启特征。若存有外加力FW作用，其安全阀从开启至关闭，再从关闭至开启，外加附力FW将产生规律性增加，且与内压力形成弹簧预紧力状态，在阀门开启以后，逐步增加介质作用面，不断扩展与弹簧预紧力相对应的内压作用力，继而有效缩减外附加力，在完成该项举措后，可产生首个特征峰点，将其视作特征峰A。若弹簧类安全阀的外加附力值逐渐缩减至关闭点，受介质作用面快速减小的影响，若想保证作用力的平衡，会让外加附力急速回升，也就来到了第二个特征峰点，可将其看做特征峰B。透过对两处特征峰点的合理检测，可精准查询出弹簧式安全阀的回座压力与开启压力。

1.2 内部结构

在观察弹簧式安全阀的内在结构时，相关人员可将其合理划分成不封闭与封闭式两种：前者多运用在蒸汽与空气形态中；而后者可保证介质不外泄，多应用在腐蚀性或有毒的介质内。在使用弹簧类安全阀期间，其整体结构多处在公称压力范围中，其选择的弹簧都需持有特定的工作压力级，在进行正常使用时，需摸清其内部的各项基础结构，还要切实掌握安全阀的温度、介质、名称与型号等，利用对该项数值的合理控制来确保阀体内部的密封压力，继而提升弹簧类安全阀的设计应用质量［1］。

2 弹簧式安全阀的设计过程

2.1 计算安全阀受力与强度

为确保弹簧式安全阀的安装应用效果，技术人员需对该项装置进行科学设计。在进行正式设计前，需对其内部的受力与强度开展精准计算，提升该装置设计的合理性。

一方面，在设计安全阀内部的弹簧受力时，技术人员可适时设定该阀芯内部的受力面为20mm 直径的圆，当其内部套缸直径分别为110mm、120mm、130mm、140mm、150mm 与160mm 时，其对应的最大压力值分别为34.3MPa、32.9MPa、28.0MPa、24.2MPa、21.1MPa、18.5MPa，透过对该项数值的合理观察后，可看出弹簧具体的承受压力为10770.2N、10330.6N、8792.0N、7598.8N、6625.4N、5809.0N。在完成弹簧承受压力的设定后，技术人员可依照该弹簧类安全阀的实际情况来选择适宜材料，将压力设定在800MPa 左右，并依照该材料来完成旋绕比与弹簧丝直径的测算，根据相关公式可看出，其旋绕比与弹簧丝直径在1.40、15mm 左右。在初步完成弹簧内部旋绕比与弹簧丝直径的测算后，应依照具体的变形条件来完成弹簧工作圈数的计算，若将λmax值看作35，则工作圈数值则为9，继而获取该弹簧的基本尺寸，如节距、外径、内径与中径分别为30mm、75mm、45mm、60mm，在完成弹簧尺寸的计算后，可合理计算该弹簧的内在稳定度与静应力，经过测算，该类数值均处在标准范围中。

另一方面，在进行弹簧内部零部件强度的计算时，技术人员应及时校核连接螺栓，若该螺栓材料的材质为Q235，性能等级与直径为4.6、M24，安全系数也控制在24 以内，经适宜研究判断，可将该螺栓材料应用在弹簧安全阀内部。技术人员还要科学确认阀体壁厚，根据Q235 材质的具体情况，其壁厚值多在10mm 左右，在完成弹簧内部零部件强度的计算后，可将该安全阀受力与强度作用在此后的阀体安装中［2］。

2.2 设计法兰盘

一般来讲，若想完善法兰盘设计质量，技术人员应科学挑选法兰盘。法兰盘在使用时较为注重该装置的外径、连接尺寸，从连接尺寸的角度上看，需确认中心圆直径与法兰外径，并根据其生成的具体形态来确认螺栓螺纹、螺栓数量与螺栓孔径等，例如，当前较佳的法兰盘螺栓螺纹状态为M45，其数量在8个左右，孔径为48L。同时，为确保法兰盘应用质量，技术人员还应精准确认该装置的密封面，根据其具体的运行状态来明确密封面的内部数值，透过对该项数值的合理控制来提升法兰盘的应用安全，依照合适的数据测算方式，可看出理想的法兰密封面有19.84、12.70、190.50 与241.00 等，借助对该项数值的合理控制来提升密封面形态应用的科学性。此外，技术人员在进行法兰盘的设计中还应适时确定法兰内径、法兰颈、法兰高度与法兰厚度等，最佳的法兰厚度多在92.5C、法兰高度在229H、法兰颈为203N，而法兰内径值则由相关用户认定，不同法兰间的距离需保持在4左右［3］。

2.3 优化阀体

在完成法兰盘的整体设计后，相关人员应适时关注阀体结构的内部设计。通常来讲，阀体结构的设计多影响弹簧类安全阀的应用质量，在进行实际设计前，需明确该阀体运行的实际状况，精准探测出该阀体的具体规格，利用对其规格的合理控制来强化其应用质量。在进行阀体结构设计前，技术人员需明确该类产品的生产数量，若相关设备内部安装的弹簧类安全阀数量较少，可适当控制该装置的生产数量，利用对该数量的控制来提升设备应用效益。例如，在探索弹簧类安全阀的应用数量后，可看出其应用的数量较少，需对该装置实行小批量生产。

在检查阀体内部质量时，要严格控制其内部铸件类型，避免在实际应用中产生任何铸造件，其原因在于铸造件将难以保持焊接工作的精准度，而该类产品在正式加工前需采用一定的焊接手段，因而不能采用铸造件。在应用阀体结构的过程中，技术人员需确保装置内的各项零部件都处在正常运行状态中，在正式应用前，需对该类零部件开展对应性检测，若在该环节产生问题，需及时探明引发该问题的原因，利用对其原因的合理控制来更好地解决对应性问题，提升问题解决的针对性。此外，在完成阀体结构的设计与管理后，技术人员还需及时观察该装置内的阀芯、阀座、阀盖与调节杆，利用有效性举措来精准控制该类结构，提升阀体应用的科学性、可执行性［4］。

2.4 改进阀芯、阀座、阀盖与调节螺纹

（1）针对阀芯的内部设计而言，技术人员在开展正式设计前需明确阀杆与阀芯的对应性关系，利用对二者定位关系的准确控制来增强其设计的合理度，确保阀芯设计与使用的科学性。在融合阀杆与阀芯的过程中，应明确弹簧座的内部功能，借助对其各项功能的精准调度来完成结构设计，提升阀芯内部应用结构的实用性，解决更多该装置内部的问题。

（2）对于阀座的整体设计来说，相较于阀芯，阀座的设计有所区别，其与阀体间存在装配、密封等实际问题。在开展该项设计前，需探明该阀座装置内部的实际运行情况，利用对该运行情况的合理控制来改善此前的密封或装配问题，增进其与阀芯整体的配合度，提升结构设计的合理性。

（3）在开展阀盖设计的过程中，设计人员需利用阀体的设计来摸清阀盖装置中的各项功能，利用有效措施来密封阀体，并引导保护罩中的螺纹与阀盖进行科学连接，对螺杆内部弹簧压缩量实行适宜的调节配合，在该项举措的影响下，阀盖设计质量将达成较高水准。

（4）站在螺杆调节的设计角度上看，在实行螺杆调节时，相关人员需合理控制螺杆调节距离，该距离需超出正常的弹簧行程，透过对该项数值的精准控制来提升螺杆调节力度，确保其在此后的工作中可更好地完成与阀盖的连接，利用螺杆调节举措来增进各项装置调节的精准度，有效增强阀体内部结构应用的有效性。值得一提的是，借助阀芯、阀座、阀盖与螺杆调节的合理性设计，阀体结构将变得更为完整，提升该装置应用的整体性，透过对该整体结构的合理控制来确保弹簧式安全阀的安全性。

2.5 调整开启压力

针对弹簧类安全阀的阀体、阀芯、阀座与阀盖等装置的设计而言，在完成该项装置的整体设计后，技术人员需及时观察各项装置应用的整体性。

一方面，针对安全阀内部的各项装置，及时检查不同类型装置的使用状态，确保其各项应用过程都与项目使用标准相符。例如，鉴于阀体结构内的阀芯、阀座与阀盖为一项有机整体，在运行某项装置时，及时观察其他装置的对应性变化。在探索阀芯运行状态时，若阀座、阀盖等装置的位置出现改变，需及时关注不同装置位置改变的原因，借助对原因的探索来制定出合适的解决措施，有效解决各装置运行状态的问题。因而，利用适宜的运行试验来精准观察各阀芯、阀座与阀盖等装置的应用情况，可真正改善弹簧类安全阀的运用状态。

另一方面，在完成阀体结构的内部调整后，技术人员还需根据弹簧类安全阀合理调整相关设备的开启压力。例如，当弹簧类安全阀的套缸直径在110mm、120mm、130mm、140mm、150mm与160mm时，其生成的最大压力值为34.3MPa、32.9MPa、28.0MPa、24.2MPa、21.1MPa、18.5MPa，根据该项压力值，可适时摸索出具体的弹簧承受的压力值，其对应性数值分别为10770.2 N、10330.6N、8792.0N、7598.8N、6625.4N、5809.0N。在了解与掌握该弹簧承受的压力值后，技术人员需及时调整弹簧类安全阀的开启顺序，借用对该顺序的合理控制来保障弹簧承受力，提升该安全阀的应用效果。具体来讲，根据弹簧类安全阀的具体运行状态，相关人员应及时调整其运行顺序，从套缸直径的应用范围上看，其正确的应用顺序为160mm、150mm、140mm、130mm、120mm、110mm的弹簧类安全阀，在该项顺序的引导下，弹簧承受力可得到最大程度的释放，切实改善压力容器、压力管道或锅炉等设备的运行质量。

3 应用弹簧式安全阀的注意事项

3.1 科学安装安全阀

在完成弹簧类安全阀的设计后，为确保该装置的应用安全，应将其科学地安置在各项设备如压力容器、压力管道与锅炉内。具体来看，若某一空间的压力设备数量较多，不能在一个排放管道内设置多个安全阀，虽然从某种程度上看，共用管道可增加设备的美观度，但也给其具体应用带去更多的安全隐患，影响安全阀的工作状态。例如，若相关设备内的安全阀出现起跳状态后，其设备内部会快速喷涌出少量水与大量蒸汽，给其他安全阀造成较严重的隐患，缩减其应用的安全性。此外，在安装热水锅炉内的安全阀时，要合理组装该装置的坡向，避免产生因坡向装反而形成安全阀积水等不良现象。在进行安全阀安装期间，技术人员应严格遵守适宜的操作方法，借助该操作方式顺序的坚持来提升弹簧式安全阀应用的安全性［5］。

3.2 定期实行维护清洁

在完成弹簧类安全阀的设计与使用后，相关人员需对该装置实行定期的维护清洁，利用对安全阀的日常保养来提升装置整体的应用水平，满足设备装置的使用效果。例如，在进行弹簧类安全阀的日常清洁时，要精准控制清洁部位，如阀门弹簧腔，借助有效性举措来缩减其积水、积灰现象，有效遏制其内部某些零部件生成的锈蚀问题，提升安全阀运作的合理性。技术人员还应定期完成安全阀装置整体的检验工作，对其内部的应用压力进行精准控制，使该设备的内部压力始终处在合适的范围内，促进设备运行安全。在开展安全阀的维护清洁时，技术人员还需及时检测设备内部存有的各项数据指标，利用对各项信息数据的合理控制来增进设备运行的合理性，确保弹簧类安全阀的应用范围［6］。

3.3 严格执行操作规程

透过对弹簧类安全阀的科学设计，相关人员应明确该项装置的使用方法，在应用相关设备装置时，需严格执行操作规程，无论是拆卸还是安装，都要与正确的操作方法相一致，避免野蛮作业。一般来讲，在拆卸与安装安全阀时，需确保法兰密封面的完整性，避免插销丢失、阀帽摔裂、手柄丢失与阀杆变形等不良现象的出现。在安装螺帽的过程中，需及时关注该零部件的内在结构，密切注意其锈蚀程度，防止该锈蚀现象影响安全阀的正常使用。在进行弹簧类安全阀的拆卸时，需合理选择拆卸方法，尽量避免气割方式的使用，提升对操作过程的合理控制。若在拆卸阀门时产生失误，不仅会影响相关零部件的正常使用，还会增加安全阀应用的危险性，因而，需在实际操作中提升操作规程的执行力度。

4 结语

综上所述，在设计使用弹簧式安全阀期间，相关部门需合理完善安全阀的设计内容，如法兰盘、阀体、阀芯与开启压力等，及时调整该装置的应用范围，借助某些环节的增加来提升该安全阀应用的合理性、执行性，确保压力管道、压力容器与锅炉设备的应用安全。