火車槽罐用外置全啟式彈簧安全閥的設(shè)計

火車槽罐用外置全啟式彈簧安全閥的設(shè)計1、概述

依據(jù)多年來火車槽罐在運輸過程中出現(xiàn)的事故比較,其中由于內(nèi)置全啟式彈簧安全閥彈簧斷裂失效引發(fā)的事故較多。因為彈簧與罐內(nèi)介質(zhì)長期接觸,受到氧化和氫蝕等嚴重腐蝕。雖然彈簧采用了熱噴涂塑層以隔離介質(zhì)腐蝕等措施,但由于彈簧受交變載荷影響,其兩端圈的防腐塑層極易破損,所以塑層起不到有效的防腐作用,故內(nèi)置全啟式彈簧安全閥不能用于運輸液化石油氣介質(zhì)的火車槽罐上。經(jīng)過分析比照,設(shè)計了新型外置全啟式彈簧安全閥。

2、構(gòu)造設(shè)計

適用于火車槽罐應(yīng)用的外置全啟式彈簧安全閥構(gòu)造設(shè)計基于兩點要求,一是不改變閥門與槽罐的相關(guān)連接尺寸(即火車槽罐與閥門連接處構(gòu)造和尺寸不變),二是限定閥門的總高應(yīng)≤200mm(其重心距法蘭下端高≤100mm,閥門過高將會出現(xiàn)慣性失穩(wěn)現(xiàn)象)。所以采用并列式三組合彈簧的構(gòu)造(圖1)。

(a)內(nèi)置全啟式彈簧安全閥(b)新型外置全啟式彈簧安全閥

圖1改良前后的安全閥

3、設(shè)計參數(shù)

槽罐設(shè)計壓力Ps=2.16MPa,閥門開啟壓力Pk=1.088Ps,閥門排放壓力Pp=1.1Pk、閥門回座壓力Ph=0.9Pk,閥門密封壓力Pm=0.9Pk。從組合彈簧副的功用分析,安全閥在開啟和排放狀態(tài)中所承受的載荷值P1和P2為

式中P1———安全閥開啟時承受的載荷,N

Dm———閥瓣密封中徑,mm

Pk———閥門開啟壓力,MPa

P2———安全閥關(guān)閉時承受的載荷,N

Df———反沖盤外徑,mm

組合彈簧副的總剛度值P為

P≤(P2-P1)/F

式中F———閥瓣開啟高度,mm

F≥Dh/4

4、強度及剛度校核

彈簧材料為60Si2MnA鋼絲,按Ⅱ類負荷取許用切應(yīng)力〔τ〕。由旋繞比C值確定曲度系數(shù)K值,由彈簧鋼絲直徑d校核強度,由每支彈簧剛度值之和與總剛度值校核。

式中KA、KB、KC———分別為三只彈簧的曲度系數(shù)

CA、CB、CC———分別為三只彈簧的旋繞比

dA、dB、dC———分別為三只彈簧的鋼絲直徑,mm

P2A、P2B、P2C———分別為三只彈簧的第二載荷(由P2合力預(yù)先分解確定數(shù)據(jù)),N

nA、nB、nC———分別為三只彈簧的總?cè)?shù)

n1A、n1B、n1C———分別為三只彈簧的工作圈數(shù)

PA′、PB′、PC′———分別為三只彈簧的剛度,N/mm

三支組合彈簧的幾何參數(shù)設(shè)置必需滿足其強度要求,即PA′+PB′+PC′≤P′為設(shè)置參數(shù)滿足剛度的必要條件。

彈簧壓并長度H為

HbA=n1A×dA

HbB=n1B×dB

HbC=n1C×dC

式中HbA、HbB、HbC———分別為三只彈簧的壓并長度,mm

依據(jù)總剛度值p′修正閥瓣開啟高度F,則

F=（P2-P1）/P′

三只彈簧在P2載荷時的變形量F2分別為

F2A=P2A/PA′

F2B=P2B/PB′

F2C=P2C/PC′

三只彈簧在P1載荷時變形量F1分別為

F1A=F2A-F

F1B=F2B-F

F1C=F2C-F

三只彈簧的第一載荷P1為

P1A=F1A×PA′

P1B=F1B×PB′

P1C=