CN111595539A - 安全阀弹簧刚度判定方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全阀弹簧刚度判定方法，包括以下步骤：S1：在安全阀达到整定压力且未开启状态下，获取安全阀中弹簧向下的力F_弹簧1；S2：在安全阀开启达到排放压力时，获取所述安全阀中弹簧向下的力F_弹簧2；S3：结合所述安全阀的阀瓣开启高度、以及前述弹簧向下的力F_弹簧1与F_弹簧2，获取安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度；S4：对比所述最大弹簧刚度与实际测量的弹簧刚度，若所述实际测量的弹簧刚度小于或等于所述最大弹簧刚度，则所述安全阀弹簧刚度合格。该安全阀弹簧刚度判定方法可以判定弹簧刚度与安全阀助力提升机构匹配是否合理，及时消除安全隐患，确保安全阀的使用性能。

Description

安全阀弹簧刚度判定方法及终端

技术领域

本发明涉及安全阀性能试验技术领域，尤其涉及一种安全阀弹簧刚度判定方法及终端。

背景技术

根据《弹簧直接载荷式安全阀》GB/T 12243的要求，评价安全阀技术指标是8个指标：壳体强度、密封性、整定压力、排放压力、回座压力、开启高度、机械特性及排量系数。标准还规定，出厂试验包括：壳体强度、密封性、整定压力。

此外，《安全阀安全技术监察规程》规定，年度检验项目为：密封性、整定压力。

这样，我们安全阀的技术指标如排放压力、回座压力、开启高度、机械特性及排量系数在使用环节就没有相关要求开展检验、检测工作。而这几个指标与弹簧刚度与安全阀反冲机构匹配是否合理关系密切。对此，安全监管机构在产品定型即型式试验环节有详细要求进行性能指标检测。

但是，即便在产品定型后，安全阀产品的几何形状尺寸是可以控制的，对于类似于安全阀弹簧刚度之类的技术指标，由于影响因素不仅仅是看得见的几何尺寸，还有类似于制造工艺对其也有影响，这是看不见的，唯有通过试验来控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种安全阀弹簧刚度判定方法及终端。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种安全阀弹簧刚度判定方法，包括以下步骤：

S1：在安全阀达到整定压力且未开启状态下，获取安全阀中弹簧向下的力F_弹簧1；

S2：在安全阀开启达到排放压力时，获取所述安全阀中弹簧向下的力F_弹簧2；

S3：结合所述安全阀的阀瓣开启高度、以及前述弹簧向下的力F_弹簧1与F_弹簧2，获取安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度；

S4：对比所述最大弹簧刚度与实际测量的弹簧刚度，若所述实际测量的弹簧刚度小于或等于所述最大弹簧刚度，则所述安全阀弹簧刚度合格。

优选地，若所述安全阀为微启式安全阀，所述微启式安全阀为无反冲机构的微启式安全阀，在规定的所述微启式安全阀阀瓣开启高度内，所述微启式安全阀阀瓣的开启高度与压力的增加成正比，在所述步骤S1中：

所述微启式安全阀达到整定压力，未开启，弹簧向下的力与所述微启式安全阀阀座内气体向上的力达到平衡，即：

F_弹簧1＝P₁×A₁，单位：N；

其中，P₁为所述微启式安全阀阀座内流体介质的压强，单位MPa，取值为所述微启式安全阀整定压力；

A₁是流体介质作用在所述微启式安全阀阀瓣的面积，由以下公式获取：

A₁＝πd₀ ²/4，其中，d₀为阀座出口直径，单位：mm。

优选地，在所述步骤S2中：

所述微启式安全阀开启达到排放压力，弹簧向下的力与所述微启式安全阀阀瓣下介质气体向上的力达到平衡：

F_弹簧2＝P₂×A₂；

其中，P₂为所述微启式安全阀阀瓣下流体介质的压强，单位MPa，取值为所述微启式安全阀排放压力，法规标准规定：P₂＝1.1P₁；

A₂是流体介质作用在安全阀阀瓣的面积，由以下公式获得

A₂＝π(d₀+b)²/4，其中，b为阀座密封面宽度。

优选地，所述步骤S3中：

所述微启式安全阀开启后，达到预定的开启高度，所述微启式安全阀弹簧产生一定压缩量，该压缩量就是开启高度，对于所述微启式安全阀而言，所述微启式安全阀阀瓣开启高度h＝(1/20∽1/40)×d₀，这里设定h＝d₀×1/40；

因所述微启式安全阀弹簧压缩增加的力为：G×h，其中，G为弹簧刚度，单位N/mm；

由于在安全阀达到排放压力平衡时，以下关系成立：

G×h+F_弹簧1＝F_弹簧2；

所以：G×h＝F_弹簧2-F_弹簧1；

获取所述微启式安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度：

G＝(P2×A₂-P₁×A₁)/h。

优选地，在所述步骤S4中：

通过弹簧试验机，获取实际测量的弹簧刚度G₁，若G₁≤G，即为合格。

优选地，若所述安全阀为全启式安全阀，所述全启式安全阀设有助力提升装置，所述助力提升装包括调节圈、反冲盘，所述全启式安全阀的阀瓣开启速度快，升程和压力的增加不成正比，在所述步骤S1中：

F_弹簧1＝P₃×A₃，单位：N；

其中，P₃为全启式安全阀阀座内流体介质的压强，单位MPa，取值为全启式安全阀整定压力；

A₃是流体介质作用在全启式安全阀阀瓣的面积，由以下公式获得：

A₃＝πd₁ ²/4，其中，d₁为阀座出口直径，单位：mm。

优选地，在所述步骤S2中：

所述全启式安全阀阀瓣分为两个压力区：阀瓣下对应阀座密封圈内的圆形区域及密封圈外阀瓣末端下的圆环区域，获取所述圆形区域与所述圆环区域的压强分布平均值；

其中，所述圆形区域压强分布平均值：P₄＝0.375×1.1×P₃＝0.4125P₃；

所述圆环区域压强分布平均值：P₅＝0.312×1.1×P1＝0.3432P₃；

全启式安全阀达到排放压力后，弹簧向下的力与全启式安全阀阀瓣下气体向上的力达到平衡：

F_弹簧2＝P₄×A₃+P₅×A₄；

A₄：流体介质作用面积，由以下公式获得：

A₄＝π(d₂ ²/4-d₁ ²/4)，其中，d₂:阀瓣外圆最大直径。

优选地，在所述步骤S3中：

利用弹簧作用力与弹簧位移h₁＝1/4d₁的关系，由以下公式获得安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度G₂：

G₂×h₁+F_弹簧1＝F_弹簧2；

所以：G₂×h₁＝F_弹簧2-F_弹簧1；

G₂＝(P₄×A₃+P₅×A₄-P₃×A₃)/h₁。

优选地，在所述步骤S4中：

通过弹簧试验机，获取实际测量的弹簧刚度G₃，若G₃≤G₂，即为合格。

一种终端，包括处理器，所述处理器执行上述的安全阀弹簧刚度判定方法。

实施本发明具有以下有益效果：该安全阀弹簧刚度判定方法可以判定弹簧刚度与安全阀助力提升机构匹配是否合理，及时消除安全隐患，确保安全阀的使用性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明安全阀弹簧刚度判定方法的示意图；

图2是本发明微启式安全阀未开启状态下的受力示意图；

图3是本发明微启式安全阀完全开启状态下的受力示意图；

图4是本发明全启式安全阀未开启状态下的受力示意图；

图5是本发明全启式安全阀完全开启状态下的受力示意图；

图6是本发明全启式安全阀完全开启状态下的压力分布示意图；

图7是本发明用于执行安全阀弹簧刚度判定方法的终端的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如图1所示，是本发明的一种安全阀弹簧刚度判定方法，包括以下步骤：

S1：在安全阀达到整定压力且未开启状态下，获取安全阀中弹簧向下的力F_弹簧1；

S2：在安全阀开启达到排放压力时，获取安全阀中弹簧向下的力F_弹簧2；

S3：结合所述安全阀的阀瓣开启高度、以及前述弹簧向下的力F_弹簧1与F_弹簧2，获取安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度；

S4：对比最大弹簧刚度与实际测量的弹簧刚度，若实际测量的弹簧刚度小于或等于最大弹簧刚度，则安全阀弹簧刚度合格。

在本实施例中，该安全阀分为微启式安全阀与全启式安全阀，如图2-3所示，若安全阀为微启式安全阀，该微启式安全阀为无反冲机构的微启式安全阀，在规定的微启式安全阀阀瓣2开启高度内，微启式安全阀阀瓣2的开启高度与压力的增加成正比，因此，在步骤S1中：

该微启式安全阀达到整定压力，未开启，弹簧向下的力与微启式安全阀阀座1内气体向上的力达到平衡，即：

F_弹簧1＝P₁×A₁，单位：N；

其中，P₁为微启式安全阀阀座1内流体介质的压强，单位MPa，取值为微启式安全阀整定压力；

A₁是流体介质作用在微启式安全阀阀瓣2的面积，由以下公式获取：

A₁＝πd₀ ²/4，其中，d₀为阀座出口直径，单位：mm，该参数可以通过测量获得，如采用三维激光测量系统获取。

进一步的，在步骤S2中：

微启式安全阀开启达到排放压力，弹簧向下的力与微启式安全阀阀瓣2下介质气体向上的力达到平衡：

F_弹簧2＝P₂×A₂；

其中，P₂为微启式安全阀阀瓣2下流体介质的压强，单位MPa，取值为微启式安全阀排放压力，法规标准规定：P₂＝1.1P₁；这里特别说明：假设微启式安全阀阀瓣2下流体的压强(P₂)是等于微启式安全阀阀座1内流体的压强。实际情况下是一定小于微启式安全阀阀座1内流体的压强，由于微启式安全阀开高及其微小，造成其两者压强值误差较小；同时，这样获取的结果会更加保守，判定更加安全性，因此，假设微启式安全阀阀瓣2下流体的压强(P₂)是等于微启式安全阀阀座1内流体的压强。

A₂是流体介质作用在微启式安全阀阀瓣2的面积，由以下公式获得：

A₂＝π(d₀+b)²/4，其中，b为阀座密封面宽度，该参数可以通过测量获得，如采用三维激光测量系统获取或其他测量设备获取。

进一步的，在步骤S3中：

微启式安全阀开启后，达到预定的开启高度，微启式安全阀弹簧产生一定压缩量，该压缩量就是开启高度，对于微启式安全阀而言，微启式安全阀阀瓣2开启高度h＝(1/20∽1/40)×d₀，这里保守设定h＝d₀×1/40；

因微启式安全阀弹簧压缩增加的力为：G×h，其中，G为弹簧刚度，单位N/mm；

由于在安全阀达到排放压力平衡时，以下关系成立：

G×h+F_弹簧1＝F_弹簧2；

所以：G×h＝F_弹簧2-F_弹簧1；

获取微启式安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度：

G＝(P₂×A₂-P₁×A₁)/h。

以上弹簧刚度可以通过对微启式安全阀的拆解、参数获取装置测量以及规定的技术参数获取，并输入到上位机中计算得出。

进一步的，在步骤S4中：

通过弹簧试验机，获取实际测量的弹簧刚度G₁，这里特别说明：微启式安全阀弹簧线性较好，在20％∽80％之间为唯一刚度。若G₁≤G，即为合格。

若图4-5所示，若安全阀为全启式安全阀，全启式安全阀设有助力提升装置，助力提升装包括反冲盘30、调节圈40，全启式安全阀的阀瓣20开启速度快，升程和压力的增加不成正比，阀瓣20开启后，阀瓣20受到介质的作用面积大大增加。由于调节圈40的作用，以及全启式安全阀开启高度增加(不再是h＝(1/20∽1/40)×d₀)h＝1/4d₁；阀瓣20下介质的压力就不再是安全阀排放压力P₂或阀座10内压强。

因此，在步骤S1中：

F_弹簧1＝P₃×A₃，单位：N；

其中，P₃为全启式安全阀阀座10内流体介质的压强，单位MPa，取值为全启式安全阀整定压力；

A₃是流体介质作用在全启式安全阀阀瓣20的面积，由以下公式获得：

A₃＝πd₁ ²/4，其中，d₁为阀座10出口直径，单位：mm。

进一步的，在步骤S2中：

如图6所示，全启式安全阀阀瓣20分为两个压力区：阀瓣20下对应阀座10密封圈内的圆形区域及密封圈外阀瓣末端下的圆环区域，获取圆形区域与圆环区域的压强分布平均值；

其中，圆形区域压强分布平均值：P₄＝0.375×1.1×P₃＝0.4125P₃；这里，系数1.1为标准规定。

圆环区域压强分布平均值：P₅＝0.312×1.1×P₁＝0.3432P₃；

通过压强分布平均值、实测到安全阀密封面及阀瓣20的几何尺寸，通过换算，获取向上的、两个区域的叠加升力；该升力即为全启动式安全阀在排放状态(排放压力)下的弹簧作用力。

全启式安全阀达到排放压力后，弹簧向下的力与全启式安全阀阀瓣下气体向上的力达到平衡：

F_弹簧2＝P₄×A₃+P₅×A₄；

A₄：流体介质作用面积，由以下公式获得：

A₄＝π(d₂ ²/4-d₁ ²/4)，其中，d₂:阀瓣20外圆最大直径。

进一步的，在步骤S3中：

利用弹簧作用力与弹簧位移h₁＝1/4d₁的关系，由以下公式获得安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度G₂：

G₂×h₁+F_弹簧1＝F_弹簧2；

所以：G₂×h₁＝F_弹簧2-F_弹簧1；

G₂＝(P₄×A₃+P₅×A₄-P₃×A₃)/h₁。

进一步的，在步骤S4中：

通过弹簧试验机，获取实际测量的弹簧刚度G₃，这里特别说明，安全阀弹簧线性较好，在20％∽80％之间为唯一刚度，若G₃≤G₂，即为合格。

如图7所示，在本实施例中，一种终端，包括处理器，该处理器执行上述安全阀弹簧刚度判定方法。可以理解的，在安全阀解体检查过程中，可以通过图形数据获取设备，如三维数据测量仪等测量阀座10、阀瓣20的几何尺寸，并输入到终端中，由终端执行计算。并取出安全阀的弹簧，由弹簧试验机测出实际弹簧刚度，并将数据输送到终端中，由该终端对其进行比较判断。

进一步的，该终端还包括存储模块以存储相关参数以及计算结果。

本申请方法可以判定弹簧刚度与安全阀助力提升机构匹配是否合理，及时消除安全隐患，确保安全阀的使用性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在安全阀达到整定压力且未开启状态下，获取安全阀中弹簧向下的力F_弹簧1；

S2：在安全阀开启达到排放压力时，获取所述安全阀中弹簧向下的力F_弹簧2；

S3：结合所述安全阀的阀瓣开启高度、以及前述弹簧向下的力F_弹簧1与F_弹簧2，获取安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度；

S4：对比所述最大弹簧刚度与实际测量的弹簧刚度，若所述实际测量的弹簧刚度小于或等于所述最大弹簧刚度，则所述安全阀弹簧刚度合格。

2.根据权利要求1所述的安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，若所述安全阀为微启式安全阀，所述微启式安全阀为无反冲机构的微启式安全阀，在规定的所述微启式安全阀阀瓣开启高度内，所述微启式安全阀阀瓣的开启高度与压力的增加成正比，在所述步骤S1中：

所述微启式安全阀达到整定压力，未开启，弹簧向下的力与所述微启式安全阀阀座内气体向上的力达到平衡，即：

F_弹簧1＝P₁×A₁，单位：N；

其中，P₁为所述微启式安全阀阀座内流体介质的压强，单位MPa，取值为所述微启式安全阀整定压力；

A₁是流体介质作用在所述微启式安全阀阀瓣的面积，由以下公式获取：

A₁＝πd₀ ²/4，其中，d₀为阀座出口直径，单位：mm。

3.根据权利要求2所述的安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，在所述步骤S2中：

所述微启式安全阀开启达到排放压力，弹簧向下的力与所述微启式安全阀阀瓣下介质气体向上的力达到平衡：

F_弹簧2＝P₂×A₂；

其中，P₂为所述微启式安全阀阀瓣下流体介质的压强，单位MPa，取值为所述微启式安全阀排放压力，法规标准规定：P₂＝1.1P₁；

A₂是流体介质作用在安全阀阀瓣的面积，由以下公式获得

A₂＝π(d₀+b)²/4，其中，b为阀座密封面宽度。

4.根据权利要求3所述的安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，所述步骤S3中：

所述微启式安全阀开启后，达到预定的开启高度，所述微启式安全阀弹簧产生一定压缩量，该压缩量就是开启高度，对于所述微启式安全阀而言，所述微启式安全阀阀瓣开启高度h＝(1/20∽1/40)×d₀，这里设定h＝d₀×1/40；

因所述微启式安全阀弹簧压缩增加的力为：G×h，其中，G为弹簧刚度，单位N/mm；

由于在安全阀达到排放压力平衡时，以下关系成立：

G×h+F_弹簧1＝F_弹簧2；

所以：G×h＝F_弹簧2-F_弹簧1；

获取所述微启式安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度：

G＝(P₂×A₂-P₁×A₁)/h。

5.根据权利要求4所述的安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，在所述步骤S4中：

通过弹簧试验机，获取实际测量的弹簧刚度G₁，若G₁≤G，即为合格。

6.根据权利要求1所述的安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，若所述安全阀为全启式安全阀，所述全启式安全阀设有助力提升装置，所述助力提升装包括调节圈、反冲盘，所述全启式安全阀的阀瓣开启速度快，升程和压力的增加不成正比，在所述步骤S1中：

F_弹簧1＝P₃×A₃，单位：N；

其中，P₃为全启式安全阀阀座内流体介质的压强，单位MPa，取值为全启式安全阀整定压力；

A₃是流体介质作用在全启式安全阀阀瓣的面积，由以下公式获得：

A₃＝πd₁ ²/4，其中，d₁为阀座出口直径，单位：mm。

7.根据权利要求6所述的安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，在所述步骤S2中：

所述全启式安全阀阀瓣分为两个压力区：阀瓣下对应阀座密封圈内的圆形区域及密封圈外阀瓣末端下的圆环区域，获取所述圆形区域与所述圆环区域的压强分布平均值；

其中，所述圆形区域压强分布平均值：P₄＝0.375×1.1×P₃＝0.4125P₃；

所述圆环区域压强分布平均值：P₅＝0.312×1.1×P1＝0.3432P₃；

全启式安全阀达到排放压力后，弹簧向下的力与全启式安全阀阀瓣下气体向上的力达到平衡：

F_弹簧2＝P₄×A₃+P₅×A₄；

A₄：流体介质作用面积，由以下公式获得：

A₄＝π(d₂ ²/4-d₁ ²/4)，其中，d₂:阀瓣外圆最大直径。

8.根据权利要求7所述的安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，在所述步骤S3中：

利用弹簧作用力与弹簧位移h₁＝1/4d₁的关系，由以下公式获得安全阀工作条件下所允许的最大弹簧刚度G₂：

G₂×h₁+F_弹簧1＝F_弹簧2；

所以：G₂×h₁＝F_弹簧2-F_弹簧1；

G₂＝(P₄×A₃+P₅×A₄-P₃×A₃)/h₁。

9.根据权利要求8所述的安全阀弹簧刚度判定方法，其特征在于，在所述步骤S4中：

通过弹簧试验机，获取实际测量的弹簧刚度G₃，若G₃≤G₂，即为合格。

10.一种终端，包括处理器，其特征在于，所述处理器执行上述权利要求1-9任一项所述的安全阀弹簧刚度判定方法。

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