安全阀的弹簧等部件结构、材质简介
时间：2013-10-08 阅读：5321
弹簧是安全阀的关键零件之一，其质量直接影响到安全阀性能的好坏和稳定性，因而安全阀用弹簧与一般设备中使用的弹簧相比，具有一些特殊的高要求。安全阀的整定压力是通过调整弹簧的压缩量获得的，在安全阀的结构尺寸已经确定的情况下，弹簧的刚度决定了安全阀的排放压力、回座压力、开启高度和力学性能是否能够满足相关标准的要求。
安全阀的弹簧一般采用圆柱螺旋压缩弹簧，有些国内外安全阀制造厂在高压安全阀中采用了碟形弹簧，显得总体结构紧凑，但是碟形弹簧的性能较难控制，因而可能造成安全阀性能不稳定。安全阀的结构要求能够防止排出的介质直接冲蚀弹簧，尤其是热的腐蚀性流体。弹簧设计能够保证在安全阀全启时弹簧的变形量等于弹簧zui大变形量的20%?80%，弹簧设计的zui大切应力不大于许用切应力的80%，同时为了保证弹簧长期工作的稳定，弹簧应当进行强压处理。
安全阀动作性能是否稳定（尤其在高温下使用）， 弹簧设计的匹配和制造质量起着极其重要的作用。安全阀制造厂将每一公称压力范围内使用的弹簧，分成若干个压力等级（即配有若干根弹簧），显而易见， 分得越细，弹簧根数越多，每根弹簧的实际使用刚度 就越准确，安全阀的动作也越易保证。一般国内安全阀弹簧压力级分级见表14-10。
弹簧材料的选择，应根据弹簧承受载荷的性质、 应力状态、应力大小、工作温度、环境介质、使用寿命，对导电导磁的要求、工艺性能、材料来源和价格等因素确定，常用的弹簧材料见表14-11。
标准号 | 标准名称 | 牌号 | 直径规格 /mm | 切变模量 /（GN/mm2） | 推荐硬度 范围/HRC | 推荐温度 范围/°c | 性 能 |
GB/T 4357 | 冷拉碳素弹簧钢丝 | 25 ?80 40Mn ?70Mn | B级：0. 08?13.0 C级:0. 08?13.0 D级：0. 08?6.0 | 79X102 | 45 ?50 | —40?130 | 强度高、性能好； B级用于低应力弹 簧;C级用于中等应力弹簧；D级用 于高应力弹簧 |
GB/T 4358 | 重要用途碳 素弹簧钢丝 | 60 ?80 T8MnA?T9A 60Mn ?70Mn | G1 组：0. 08?6.0 G2 组:0. 08?6.0 F组:2. 0?5.0 |
| 47 ?50 |
| 强度好、韧性好， 用于重要的小弹 簧，G2组较G1组强度高，F组主要 用于阀弹簧 |
GB 4359 | 阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝 | 65Mn 70 | 2. 0?6.0 | 79X103 | 45 ?50 | —40?150 | 强度高、性能好， 用于内燃机阀门弹簧或类似用途弹簧 |
GB 4360 | 油淬火回火碳素弹簧钢丝 | 55、60、60Mn、 65、65Mn、70、 70Mn、75、80 | A类、B类 2. 0?12.0 | 79X103 | 45 ?50 |
| 强度高、性能好， 适用于普通机械用弹簧，B类较A类强度高 |
公称压力 （PN） | 弹簧压力级/MPa | ||||||||||||||||
16 | 0. 1? 0. 13 | 0. 13 ? 0. 16 | 0. 16 ? 0.2 | 0. 2? 0. 25 | 0. 25? 0.3 | 0. 3? 0.4 | 0. 4? 0. 5 | 0. 5? 0. 6 | 0. 6? 0.7 | 0. 7? 0. 8 | 0. 8? 1.0 | 1.0? 1.3 | 1.3? 1.6 | ||||
25 | >1.3 ?1.6 | >1.6 ?2 | >2?2. 5 |
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40① |
| >1.6?2 | >2?2. 5 | >2. 5?3. 2 | >3. 2?4 |
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40② | >1.3 ?1.6 | >1.6 ?2 | >2?2. 5 | >2. 5?3. 2 | >3. 2?4 |
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64 |
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| >2. 5?3. 2 | >3. 2?4 | 〉4?5 | >5?6. 4 |
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100 |
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| >4?5 | >5?6. 4 | >6. 4?8 | >8 ?10 | ||||||||
160 | >10 ?13 | >13 ?16 |
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320 |
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| >16 ?19 | >19 ?22 | >22 ?25 | >25 ?29 | >29 ?32 |
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续表 | |||||||
标准号 | 标准名称 | 牌号 | 直径规格 /mm | 切变模量 /（GN/mm2） | 推荐硬度 范围/HRC | 推荐温度 范围/°c | 性 能 |
GB 4361 | 油淬火回火桂猛合金弹簧钢丝 | 60Si2MnA | A类、B类、C类 2.0?14. 0 |
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| 一40?200 | 强度高、弹性好， 易脱碳，用于较高负荷的弹簧。A类 用于一般用途弹簧，B类用于一般用途和汽车悬挂弹簧，C类用于汽车悬挂弹簧 |
GB 4362 | 阀门用油淬火回火铬硅合金弹簧 钢丝 | 55CrSi | 1.6 ?8.0 | 79X103 |
| 一40?250 | 有较高的疲劳强 度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧 |
GB 2271 | 阀门用油淬火回火铬银合金弹簧钢丝 | SOCrVA | 1.0?10. 0 |
| 一40?210 | ||
GB 5218 | 硅锰弹簧钢丝 | 60Si2MnA 65Si2MnWA 70Si2MnA | 1.0?12. 0 | 79X103 | 45 ?50 | 一40?200 | 强度高，有较好的弹性，易脱碳，用于普通机械的较大弹簧 |
GB 5219 | 铬钒弹簧钢丝 | 50CrVA | 0.8 ?12.0 |
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| —40?210 | 高温时强度性能稳定，用于较高工作温度下的弹簧， 如内燃机阀门弹簧等 |
GB 5220 | 阀门用铬钒 弹簧钢丝 | 50CrVA | 0.5 ?12.0 | 79X103 | 45 ?50 | ||
GB 5221 | 铬硅弹簧钢丝 | 55CrSiA | 0.8 ?6.0 |
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| —40?250 | 高温时强度性能稳定，用于较高工作温度卜的高应力弹簧 |
| 弹簧用不锈钢丝 | A组 lCrl8Ni9 OCrl9NilO 0Crl7Nil2Mo2 | 0.8?12. 0 （通常<6） | 71.5X103 | 45 ?50 | —240?300 | 耐腐蚀、耐高温、 |
YB（T） 11 | B组 lCrl8Ni9 0Crl8Nil0 | 0.8 ?12.0 （通常<6） | 71.5X103 |
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| 低温，用于腐蚀或高低温工作条件下的小弹簧 | |
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| C组 0Crl7Ni7AL | 0.8?12. 0 | 73.5X103 | 45 ?50 | -240 ?300 |
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| 65Mn |
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| 45 ?50 | —40?120 | 弹性好，用于普通机械用弹簧 |
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| 55Si2Mn 55Si2Mn8 60Si2Mn 60Si2MnA |
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| 一40?120 | 较高的疲劳强 度，弹性好，广泛用于各种机械交通工具等用弹簧 |
GB 1222 | 热轧弹簧钢 | 55CrMnA 60CrMnA | 5?80 | 78X103 | 47 ?52 | 一40?250 | 强度高，抗高温， 用于承受较重负荷的较大弹簧 |
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| 50CrVA |
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| 45 ?50 | 一40?210 | 高的抗疲劳性能，抗高温，用于较高工作温度下的较大弹簧 |
安全阀的材料，国内制造厂通常都用50CrVA， 对有腐蚀的介质，一般都采用50CrVA表面喷涂聚四氟乙烯，但只能用于温度小于等于200°C的工况，高于200°C又有腐蚀或低温的工况，一般使用304、316不锈钢或因科镍材料。对用于高温高压的安全阀（如电站过热蒸汽的汽包），如用50CrVA材料，就需加隔热器将弹簧腔隔离，或将阀盖设计成敞开式，也可采用30W4Cr2VA、W1804V等高温弹簧钢。
14. 8. 4调节圈
调节圈是全启式安全阀的重要部件之一，调节圈分上调节圈和下调节圈，有的制造厂商生产的安全阀甚至有三个以上的调节圈。通常下调节圈安装在阀座的上部，上调节圈安装在导套上。利用调整调节圈的不同位置，改变安全阀的升力曲线从而对排放压力、 回座压力等进行调整，以获得合适的性能参数。安全阀调节圈的具体位置，不同的制造厂商都会依据各自安全阀的结构特点在出厂时就已确定，用户在使用过程中不得随意调整调节圈的位置，它决定着安全阀的动作性能，特别是在安全阀进行分解、维修重新装配后，要将调节圈的位置恢复至出厂时的状态，因为目前用户或校验站的安全阀试验能力很难检测出安全阀的真正的动作性能（利用系统压力在线校验除外）， 只是进行安全阀的整定压力校验和密封性的检测。
多调节圈结构的安全阀虽然调整的余度和范围大，但是调试过程比较复杂，同时也要求调试人员经验丰富，因此，除高性能的安全阀外，一般均采用单调节圈的结构，结构简单，调试方便。
14.8.5波纹管和活塞
背压对安全阀造成的影响可能包括整定压力的变化、排量的下降、动作不稳定等。如果排放背压对于常规式泄压阀来说太高，或是附加背压变化范围相对于整定压力较大的工况下，应该使用背压平衡式安全阀。
平衡背压的机构常用的有波纹管式和活塞式两种，但由于活塞存在一定的摩擦阻力，对安全阀的排放和回座过程特别是在低整定压力状态下有影响，故波纹管式被广泛使用。同时背压平衡机构具有将腐蚀性介质与弹簧、导向机构和阀盖等隔离的作用，从而防止这些重要零件因受介质腐蚀而失效或可降低不与介质接触的零部件材料档次而降低成本。平衡机构中的波纹管有液压成形和膜片焊接式，波纹管是薄壁弹性元件，容易变形和腐蚀，因而在设计中一定要充分考虑到它所需承受的zui大出口背压力、工作介质和温度等情况。依据介质的腐蚀性、温度和材料的来源， 波纹管的主要使用材料有316、316、321, monel、 Inconel、哈氏合金、钛材等。
对于有背压平衡机构的安全阀，阀盖应当设置一个泄出孔，以保证平衡机构内腔与大气相通，对于可燃的或者腐蚀性介质，泄出孔应当用管子连接到安全场地，以防波纹管破损或活塞密封圈失效后介质外泄造成危险。
14.8.6提升装置
提升装置（扳手）可以使阀杆连同阀瓣一起提起，使安全阀开启排放。按照有关标准的规定，对有些安全阀需做不定期的手动排放，以防止可能发生的阀瓣同阀座的焦结、冻结和黏着。当安全阀的进口压力大于75%整定压力时，提升装置应当能够将阀瓣 从阀座上提起，而除去外力后提升装置不应当卡住， 阀瓣能够顺利回座。
14.8.7导套和反冲盘
为了确保安全阀动作可靠和密封性，安全阀应当设有运动零件的导向机构，导向机构要考虑热胀冷缩等温度因素。导套和反冲盘是对导向件，其导向表面的材质、硬度和表面粗糙度影响着安全阀的导向质量，进而可能造成安全阀的卡阻，而反冲盘的内部尺 寸更影响到安全阀的流道，从而影响到安全阀的性能是否符合设计要求。因此，安全阀导向表面材料应当采用耐腐蚀材料，而且表面应当能够耐磨，并且具有一定的硬度防止卡阻。
14.8.8 阀杆
安全阀弹簧的作用力是通过阀杆传递给阀瓣的， 阀杆传递给阀瓣的力zui大可达到数万牛，因而阀杆的端部是通过钢球传递力或者端部做成球面，同时阀杆端部需要有足够的硬度以承受高的载荷力。阀杆有一定的直线度和同轴度要求，以保证安全阀受力的对中性，阀杆的材料一般为马氏体和奥氏体不锈钢。
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