CN113374905B - 一种双阀瓣排量可调节消音安全阀及设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种双阀瓣排量可调节消音安全阀及设计方法，尤其涉及百万千瓦等级火电机组的超压保护装置。本发明解决了现有的安全阀在介质高压的情况下影响阀门的密封效果，并且在安全阀事故工况中产生较大的噪声污染的问题。本发明包括阀体、阀盖、导向套、弹簧、第一阀瓣、阀杆、第二阀瓣和消音机构，阀体与消音机构连接，阀体上安装有阀盖，阀体内设置有导向套，导向套内依次设置有弹簧、第一阀瓣、阀杆和第二阀瓣，弹簧的两端分别与阀盖和第一阀瓣固定连接，阀杆的两端分别与第一阀瓣和第二阀瓣固定连接。通过本发明的消音安全阀及设计方法，有效提升了阀体内部的密封性，并且有效抑制了安全阀事故工况所产生的巨大轰鸣声。

Description

一种双阀瓣排量可调节消音安全阀及设计方法
技术领域
本发明涉及一种消音安全阀，尤其涉及百万千瓦等级火电机组的超压保护装置。
背景技术
安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀属于自动阀类，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用；
安全阀为防止由于事故工况导致设备内的气体压力超过设计压力而损伤设备的关键阀门。阀体、阀瓣和导向套作为阀门的高端核心部件，关系到安全阀运行的可靠性和使用寿命；
在现有的技术中，安全阀只设计了单瓣阀，通过增大弹簧力以及阀瓣受热应力变形来使阀瓣和阀座密封，目前这种单阀瓣安全阀存在以下几处缺陷：
1.在高压的情况下，单阀瓣的安全阀内弹簧力大，弹簧压缩变形产生的作用力一旦不均匀，阀门的密封效果就会降低；
2.现有的安全阀的密封面需要特殊的工具进行研磨，安全阀的密封面粗糙度要求较高，操作难度较大，影响安全阀的工作效率和质量；
3.一般的安全阀排量通过阀座的通流面积控制，而阀座是通过固定连接的方式与阀体连接，阀门产成，排放量不可调；
4.在现有技术中，安全阀生产厂家没有采取有效措施抑制安全阀事故工况所产生超大轰鸣声，噪声污染大。
综上所述，亟需一种在高压情况下不影响密封效果，可以有效抑制安全阀事故工况所产生的超大轰鸣声的安全阀用于解决上述问题。
发明内容
本发明解决了现有的安全阀在介质高压的情况下影响阀门的密封效果，并且在安全阀事故工况中产生较大的噪声污染的问题，进而公开了“一种双阀瓣排量可调节消音安全阀及设计方法”。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种双阀瓣排量可调节消音安全阀，包括阀体、阀盖、导向套、弹簧、第一阀瓣、阀杆、第二阀瓣和消音机构，阀体与消音机构连接，阀体上安装有阀盖，阀体内设置有导向套，导向套内依次设置有弹簧、第一阀瓣、阀杆和第二阀瓣，弹簧的两端分别与阀盖和第一阀瓣固定连接，阀杆的两端分别与第一阀瓣和第二阀瓣固定连接；
所述阀体上具有上流道、入口、下流道、出口、中腔流道和侧流道，阀体的两侧对称分布有侧流道，入口与中腔流道连通，上流道和下流道分别通过出口与消音机构连通
进一步的，所述导向套上具有第一密封面和第二密封面，第一阀瓣底部与第一密封面为硬密封副结构，所述第一阀瓣密封面硬度小于导向套密封副硬度，第一阀瓣密封面硬度与导向套密封副硬度的硬度差HRC在3～5范围内，第二阀瓣的凹槽内设置有软密封圈，第二阀瓣通过软密封圈与导向套的第二密封面形成密封，所述导向套的圆周方向上依次均匀设置有第一气流出口、气流入口和第二气流入口。
进一步的，所述消音机构内设置有消音瓦和消音棉，消音棉附着在消音机构的内壁上，消音瓦沿消音机构的水平轴线阵列分布在消音机构内壁上。
进一步的，一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的设计方法，具体步骤为：
步骤一，确定出口流速，具体的：所述出口的截面为圆形，出口的流速由下式确定：
Figure BDA0003080709950000021
式中：Vc为出口流速，K为断热系数，R为气体常数，T2为出口侧气体饱和温度，g为重力加速度；
步骤二，确定阀杆的直径，具体由下式确定：
Figure BDA0003080709950000022
式中：d1为中间阀杆的直径，Pset为安全阀的整定压力，D为第二阀瓣密封副内径，d为第一阀瓣密封副内径；
步骤三，确定消音瓦的数量，具体由下式确定：
Figure BDA0003080709950000023
式中：N为消音瓦数量，L为阀体中心线到出口端面的距离，θ为消音瓦和出口中心线的距离，S为消音瓦的最大允许安装距离；
步骤四，确定阀体的排放量Q，具体由下式确定：
Figure BDA0003080709950000031
式中：C为气体特性系数，Kd为有效排放系数，m为允许超压的百分比，Pset为安全阀的整定压力，n为气流入口的数量，A为单个方形孔的面积，M为气体的分子量，T为阀门排放时的温度，Z为气体压缩系数。
进一步的，所述步骤一中，断热系数K在过程蒸汽的工况下为1.3，断热系数K在空气的工况下为1.4。
进一步的，所述步骤一中，气体常数R在过热蒸汽的工况下为47.06，气体常数R在空气的工况下为29.287。
进一步的，所述消音瓦的数量确定后对其内径和外径进行确定：所述消音瓦外径为D2，消音瓦内径为D1，出口的直径为D3，消音瓦的外径D2与出口的直径D3关系为：D2＝(2～3)*D3，消音瓦的内径D1与出口的直径D3关系为：D1＝(1.2～1.4)*D3。
本发明的有益效果：
1.本发明的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀采用双阀瓣设计，第二阀瓣可以为第一阀瓣提供向下的密封力，减小了弹簧力，有效避免了弹簧对阀门密封产生的不良影响；
2.本发明的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀第一阀瓣与第一密封面采用硬密封接触方式，第二阀瓣与第二密封面采用软密封接触方式，对密封面的粗糙度要求较低，阀门更容易密封；
3.本发明的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀设计方法通过精确的排放量计算方法为安全阀导向套的气流入口设计提供依据，通过改变导向套的气流入口满足不同排放量的要求；
4.本发明的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀及设计方法通过消音机构以及消音机构内部的消音瓦数量的设计方法有效抑制了安全阀事故工况所产生的巨大轰鸣声，避免了噪声污染；
5.本发明的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀设计方法通过精确的出口流速计算方法确保排放到消音机构中的气体流速控制在最合理的范围内。
附图说明
图1是一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的整体结构剖视图；
图2是图1的侧视图；
图3是消音机构的内部结构示意图；
图4是消音机构的消音示意图；
图5是导向套的结构示意图；
图6是导向套沿内径展开示意图；
图7为安全阀正常工况下密封原理图；
图8是安全阀事故工况超压排放介质原理图。
图中1-阀体，1-1-上流道，1-2-入口，1-3-下流道，1-4-出口，1-5-中腔流道，1-6-侧流道，2-阀盖，3-导向套，3-1-第一气流出口，3-2-气流入口，3-3-第二气流入口，3-4-第一密封面，3-5-第二密封面，4-弹簧，5-第一阀瓣，6-阀杆，7-第二阀瓣，8-软密封圈，9-消音机构，9-1-消音瓦，9-2-消音棉。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述都是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，避免不必要的混淆本发明的概念。
具体实施方式一：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀，包括阀体1、阀盖2、导向套3、弹簧4、第一阀瓣5、阀杆6、第二阀瓣7和消音机构9，阀体1与消音机构9连接，阀体1上安装有阀盖2，阀体1内设置有导向套3，导向套3内依次设置有弹簧4、第一阀瓣5、阀杆6和第二阀瓣7，弹簧4的两端分别与阀盖2和第一阀瓣5固定连接；
所述阀体1上具有上流道1-1、入口1-2、下流道1-3、出口1-4、中腔流道1-5和侧流道1-6，阀体1的两侧对称分布有侧流道1-6，入口1-2与中腔流道1-5连通，上流道1-1和下流道1-3分别通过出口1-4与消音机构9连通；阀杆6的两端分别与第一阀瓣5和第二阀瓣7固定连接，第二阀瓣7直径是第一阀瓣5直径的0.45～0.55倍，正常工况下，第二阀瓣7为第一阀瓣5提供向下的密封力，减小了弹簧4向上收缩的弹簧力，避免弹簧4的收缩力影响第一阀瓣5在导向套3内的密封效果，安全阀在事故工况下，通过弹簧4收缩带动第一阀瓣5、阀杆6和第二阀瓣7上移，高压介质通过入口1-2进入阀体内，由出口1-4输送至消音机构9内，通过消音机构9降低高压介质流动产生的巨大轰鸣声。
具体实施方式二：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀，所述导向套3上具有第一密封面3-4和第二密封面3-5，第一阀瓣5底部与第一密封面3-4为硬密封副结构，所述第一阀瓣5密封面硬度小于导向套3密封副硬度，第一阀瓣5密封面硬度与导向套3密封副硬度的硬度差HRC在3～5范围内，第二阀瓣7的凹槽内设置有软密封圈8，第二阀瓣7通过软密封圈8与导向套3的第二密封面3-5形成密封，导向套3的圆周方向上依次均匀设置有第一气流出口3-1、气流入口3-2和第二气流入口3-3，第一阀瓣5与导向套3的第一密封面3-4为线接触硬密封副结构，第二阀瓣7通过密封圈8与第二密封面3-5为软密封结构，第一阀瓣5和第二阀瓣7在导向套3内起到较好的密封效果，并且对第一密封面3-4和第二密封面3-5的粗糙度要求较低，安全阀的质量高，不易产生泄漏，气流入口3-2、第一气流出口3-1和第二气流入口3-3是沿导向套3圆周面均匀布置的方形孔，气流入口3-2的方形孔数量是8的整倍数，第一气流出口3-1的方形孔数量是6的整倍数，第二气流入口3-3的方形孔数量是4的整倍数。
具体实施方式三：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀，所述消音机构9内设置有消音瓦9-1和消音棉9-2，消音棉9-2附着在消音机构9的内壁上，消音瓦9-1的外形呈圆锥形，消音瓦9-1沿消音机构9的水平轴线阵列分布在消音机构9内壁上，消音机构9内通过消音瓦9-1和消音棉9-2对流入的介质起到消音的效果，消音瓦9-1由钢丝网、填充物和多孔隔板组成，消音棉9-2为现有的防水耐热隔音棉，消音棉9-2通过粘接的方式附着在消音机构9的内壁上。
具体实施方式四：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的设计方法，所述出口1-4的截面为圆形，出口1-4的流速由下式确定：
Figure BDA0003080709950000051
式中：Vc为出口流速，K为断热系数，R为气体常数，T2为出口侧气体饱和温度，g为重力加速度，所述断热系数K在过程蒸汽的工况下为1.3，断热系数K在空气的工况下为1.4，所述气体常数R在过热蒸汽的工况下为47.06，气体常数R在空气的工况下为29.287；
所述阀杆(6)的直径由下式确定：
Figure BDA0003080709950000052
式中：d1为中间阀杆的直径，Pset为安全阀的整定压力，D为第二阀瓣密封副内径，d为第一阀瓣密封副内径。
具体实施方式五：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的设计方法，所述消音瓦9-1的数量由下式确定：
Figure BDA0003080709950000053
式中：N为消音瓦数量，L为阀体中心线到出口端面的距离，θ为消音瓦和出口中心线的距离，S为消音瓦的最大允许安装距离；
所述消音瓦9-1的数量确定后对其内径和外径进行确定：所述消音瓦9-1外径为D2，消音瓦9-1内径为D1，出口1-4的直径为D3，消音瓦9-1的外径D2与出口1-4的直径D3关系为：D2＝(2～3)*D3，消音瓦9-1的内径D1与出口1-4的直径D3关系为：D1＝(1.2～1.4)*D3，如此设计，可以将入口1-2的介质及时排出，阀体1内不憋压，阀体1的出口1-4排向消音机构9的介质流速在合理范围内。
具体实施方式六：结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的设计方法，所述阀体1的排放量Q由下式确定：
Figure BDA0003080709950000061
式中：C为气体特性系数，Kd为有效排放系数，m为允许超压的百分比，Pset为安全阀的整定压力，n为气流入口的数量，A为单个方形孔的面积，M为气体的分子量，T为阀门排放时的温度，Z为气体压缩系数。
具体实施方式七：结合图1、图7和图8说明本实施方式，本实施方式的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀，在正常工况下，介质通过入口1-2进入阀体1内，介质通过气流入口3-2和第二气流入口3-3流入第一阀瓣5和第二阀瓣7之间以及中腔流道1-5内，第一阀瓣5和第二阀瓣7分别在导向套3内实现密封(如附图7所示)，当发生安全阀事故工况时，弹簧4收缩带动第一阀瓣5、阀杆6和第二阀瓣7上移，高压介质通过入口1-2进入阀体内，通过气流入口3-2和第二气流入口3-3分别流入上流道1-1和下流道1-3，并在出口1-4处汇集后流入消音机构9内(如附图8所示)，消音机构9内部的消音瓦9-1和消音棉9-2有效降低高压介质流动时产生的巨大轰鸣声，减小噪音污染(如附图4所示)。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的设计方法，包括阀体(1)、阀盖(2)、导向套(3)、弹簧(4)、第一阀瓣(5)、阀杆(6)、第二阀瓣(7)和消音机构(9)，阀体(1)与消音机构(9)连接，阀体(1)上安装有阀盖(2)，阀体(1)内设置有导向套(3)，导向套(3)内依次设置有弹簧(4)、第一阀瓣(5)、阀杆(6)和第二阀瓣(7)，弹簧(4)的两端分别与阀盖(2)和第一阀瓣(5)固定连接，阀杆(6)的两端分别与第一阀瓣(5)和第二阀瓣(7)固定连接；
所述阀体(1)上具有上流道(1-1)、入口(1-2)、下流道(1-3)、出口(1-4)、中腔流道(1-5)和侧流道(1-6)，阀体(1)的两侧对称分布有侧流道(1-6)，入口(1-2)与中腔流道(1-5)连通，上流道(1-1)和下流道(1-3)分别通过出口(1-4)与消音机构(9)连通；
所述导向套(3)上具有第一密封面(3-4)和第二密封面(3-5)，第一阀瓣(5)底部与第一密封面(3-4)为硬密封副结构，所述第一阀瓣(5)密封面硬度小于导向套(3)密封副硬度，第一阀瓣(5)密封面硬度与导向套(3)密封副硬度的硬度差HRC在3～5范围内，第二阀瓣(7)的凹槽内设置有软密封圈(8)，第二阀瓣(7)通过软密封圈(8)与导向套(3)的第二密封面(3-5)形成密封，导向套(3)的圆周方向上依次均匀设置有第一气流出口(3-1)、气流入口(3-2)和第二气流入口(3-3)，气流入口(3-2)、第一气流出口(3-1)和第二气流入口(3-3)是沿导向套(3)圆周面均匀布置的方形孔；
所述消音机构(9)内设置有消音瓦(9-1)和消音棉(9-2)，消音棉(9-2)附着在消音机构(9)的内壁上，消音瓦(9-1)沿消音机构(9)的水平轴线阵列分布在消音机构(9)内壁上；
其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，确定出口流速，具体的：所述出口(1-4)的截面为圆形，出口(1-4)的流速由下式确定：
Figure FDA0003361707270000011
式中：Vc为出口流速，K为断热系数，R为气体常数，T2为出口侧气体饱和温度，g为重力加速度；
步骤二，确定阀杆(6)的直径，具体由下式确定：
Figure FDA0003361707270000012
式中：d1为中间阀杆的直径，Pset为安全阀的整定压力，D为第二阀瓣密封副内径，d为第一阀瓣密封副内径；
步骤三，确定消音瓦(9-1)的数量，具体由下式确定：
Figure FDA0003361707270000021
式中：N为消音瓦数量，L为阀体中心线到出口端面的距离，θ为消音瓦和出口中心线的角度，S为消音瓦的最大允许安装距离；
步骤四，确定阀体(1)的排放量Q，具体由下式确定：
Figure FDA0003361707270000022
式中：C为气体特性系数，Kd为有效排放系数，m为允许超压的百分比，Pset为安全阀的整定压力，n为气流入口的数量，A为单个方形孔的面积，M为气体的分子量，T为阀门排放时的温度，Z为气体压缩系数。
2.根据权利要求1所述的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的设计方法，其特征在于：所述步骤一中，断热系数K在过热蒸汽的工况下为1.3，断热系数K在空气的工况下为1.4。
3.根据权利要求1或2所述的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的设计方法，其特征在于：所述步骤一中，气体常数R在过热蒸汽的工况下为47.06，气体常数R在空气的工况下为29.287。
4.根据权利要求1所述的一种双阀瓣排量可调节消音安全阀的设计方法，其特征在于，确定消音瓦的数量的同时对消音瓦的内径和外径进行设计：所述消音瓦(9-1)外径为D2，消音瓦(9-1)内径为D1，出口(1-4)的直径为D3，消音瓦(9-1)的外径D2与出口(1-4)的直径D3关系为：D2＝(2～3)*D3，消音瓦(9-1)的内径D1与出口(1-4)的直径D3关系为：D1＝(1.2～1.4)*D3。
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