安全阀在线校验计算直径的试验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)乐山市特种设备监督检验所 作者:罗俊勇

  安全阀在线校验计算整定压力的关键技术问题是密封面计算直径的取值区间与概率分布。通过分析安全阀密封间隙中压力分布和密封面结合状态对安全阀有效密封面积的影响,采用试验方式确定了测试安全阀的计算直径。试验数据分析表明,密封面结合状态是影响安全阀计算直径的主要因素,可取中径值作为计算直径,在取值区间计算直径服从三角形分布。在线校验时,应根据安全阀密封面的宽径比,通过提高安全阀入口压力减小整定压力误差。

1、概述

  安全阀在线校验整定压力时,其主要影响参数计算直径( 有效密封面积) 的取值区间和可能的概率分布直接影响整定压力计算的准确性。有效密封面积的确定方法可以归为两种。一种是基于密封面尺寸测量的方法,如经验法和中径法。

  另一种是参数测量反推法,如改变系统压力法、调整螺母确定法和单位载荷阀门开启压力改变法。密封面尺寸测量法认为有效密封面积应通过准确的密封面尺寸测量计算得到,但没有考虑介质在密封面上的物理行为。参数测量反推法通过测量附加拉力和安全阀入口压力等参数计算有效密封面积,但没有考虑参与计算参数本身的测量误差,由于误差累积,影响了测量精度。

2、理论分析

  安全阀整定压力定义为安全阀在运行条件下开始开启的预定压力,在该压力下开启阀瓣的力和使阀瓣保持在阀座上的力平衡。整定压力下安全阀的开启高度处于微米级,在极其狭窄的间隙中,流体的流动体现为分子流和黏性流。对于不可压缩的液体,黏性力在流动中占主要地位,流动表现为层流。气体或蒸汽与不可压缩流体不同,压力下降时气体的体积显著增加,从安全阀密封面的入口侧到出口侧,气体流动速度不断增加,流动更可能变为紊流(图1) 。密封间隙中可压缩气体的平均压力较高。因此,对同一安全阀而言,用于在线校验有效密封面积S 的计算直径dy在气体介质的取值比液体介质高。

安全阀在线校验计算直径的试验研究

图1 不同介质时阀瓣介质压力分布

  为保证安全阀在工况下的密封性能,始终需要一定宽度的密封环带(图2) 构成介质流动的阻力,或是微观不平度的变形使介质通道堵塞。密封面宽度增加,接触带上的密封比压显著增加,形成密封的接触带位置的不确定性也在增加。

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图2 密封环带

  由于密封表面状况的差异,安全阀密封面上密封环带的形状和尺寸分布将有所不同,决定有效密封面积S 的计算直径dy也不同,但其取值一定处于密封面的内外径之间,即di≤dy≤do。目前测量不确定度已成为处理测量过程中随机性和模糊性,评价测量分散程度导致结果误差的一个理想指标,完全可以用不确定度理论分析计算直径对整定压力的影响。

3、结语

  由于安全阀密封面状态的不同和介质在密封面渗透能力的差别,造成安全阀在线校验中计算直径不能用确定的数值表示,计算直径的取值区间和概率分布共同影响整定压力的校验精度。试验研究表明,计算直径在取值区间的概率分布可以用三角分布进行描述,用安全阀的中径作为计算直径可以得到较小的标准差。提高安全阀入口压力可减小结构尺寸不确定方面的传递函数,有利于提高整定压力校验精度。

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