本文對(duì)彈簧直接作用式安全閥的密封特性進(jìn)行了研究,，通過對(duì)彈簧直接作用式安全閥實(shí)現(xiàn)密封的工作原理及各個(gè)密封件的密封力的分析，找到了影響彈簧直接作用式安全閥密封性的關(guān)鍵因素，提出了改善彈簧直接作用式安全閥密封性的方案,。本文由上海五岳泵閥制造有限公司轉(zhuǎn)載分享，上海五岳為專業(yè)的安全閥廠家，主要生產(chǎn)各類彈簧式安全閥，先導(dǎo)式安全閥,，并終身為使用單位提供相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)支持。

　　0 引言?
　　彈簧直接作用式安全閥是安全閥眾多種類中的一種,，其是將彈簧的載荷直接加載到閥瓣上以提供閥門關(guān)閉或密封所需的力,，其密封是依靠密封副接觸面變形來實(shí)現(xiàn)的，因此,，這種安全閥的前泄（非正常泄漏）成為了影響該閥在壓力系統(tǒng)的應(yīng)用中最棘手的問題,。?
　　1 彈簧直接作用式安全閥密封特性分析?
　　1.1 平衡狀態(tài)下的密封力 由于密封副的兩接合面不可能完全吻合，所以必須對(duì)密封副施加外力,，使密封副產(chǎn)生彈塑性變形,，消除介質(zhì)得以泄漏的間隙。該外力是壓縮彈簧產(chǎn)生的,，因此,，從理論上講整個(gè)安全閥受力部件都會(huì)產(chǎn)生彈塑性變形，但由于關(guān)閉件很窄,，其受力后的變形量比其它部件大得多，所以我們可以假設(shè)除關(guān)閉件為彈性體外,，閥體,、閥瓣、閥座都為剛體,。?
　　圖1表示了彈簧直接作用式安全閥關(guān)閉狀態(tài)下作用力的示意圖,。?
　　1.2 力平衡方程 當(dāng)介質(zhì)工作壓力為P，彈簧作用于閥瓣上的力為F時(shí),，關(guān)閉狀態(tài)下的密封力Qm與P有如下關(guān)系：?
　　Qm=FPA（1）?
　　其中：A：關(guān)閉狀態(tài)下,，閥瓣與工作介質(zhì)接觸的面積。?
　　1.3 物理方程 在工作過程中,，彈簧的變形和關(guān)閉件的變形都處在材料的彈性變形范圍內(nèi),，所以有：?
　　F=F0+KF,？啄F（2）?
　　Qm=Qm0Km？啄m（3）?
　　其中：F0為P=0時(shí)彈簧加于閥瓣上的力,；Qm0為P=0時(shí)關(guān)閉件的密封力,；KF彈簧剛度；Km閥瓣部位關(guān)閉件剛度,。?
　　P=0時(shí)：F0=Qm0,。?
　　當(dāng)P≠0時(shí)，彈簧相對(duì)于P=0時(shí)的變形量為δF,；關(guān)閉件相對(duì)于P=0時(shí)的變形量為δm（這里取閥瓣部分為研究對(duì)象）,。?
　　1.4 變形協(xié)調(diào)條件 在關(guān)閉狀態(tài)下，由于P的變化引起彈簧產(chǎn)生的變形量δF應(yīng)該等于關(guān)閉件總的變形量,，設(shè)關(guān)閉件閥瓣部分的變形量為δm,，閥座部分變形量為δ′m，則有：δF=δm+δ′m（4）?
　　當(dāng)閥的結(jié)構(gòu)確定之后,，在彈性變形范圍里,，δm和δ′m應(yīng)該有確定的比例關(guān)系，取比例常數(shù)為C′,，則有δ′m=C′*δm,，將此關(guān)系代入上式得：?
　　δF=（1+C）δm（5）?
　　取C=1+C′得δF=Cδm（6）?
　　由式（1）、（2）,、（3）,、（4）、（6）可得方程組?
　　Qm=FPAF=F0+KF,？啄FQm=Qm0Km,？啄mF0=Qm0？啄F=C,？啄m（7）?
　　解方程組（7）可得：?
　　Qm=F10■PA（8）?
　　由式（8）可以看出關(guān)閉件密封力Qm與介質(zhì)工作壓力P如圖2所示,，呈現(xiàn)線性關(guān)系：?
　　■是直線Qm=Q（P）的斜率，A的大小是被安全閥的設(shè)計(jì)排量決定的,，Km,、KF和C被關(guān)閉件的材料和幾何尺寸所決定，當(dāng)關(guān)閉件都由金屬構(gòu)成時(shí),，一般都有Km>>KFC,，于是■=1，就有：?
　　Qm=F0PA（9）?
　　當(dāng)我們把Qm=0作為安全閥開啟的條件時(shí),，彈簧的初始預(yù)緊力F0應(yīng)該滿足：?
　　F0=F0A（10）?
　　2 影響安全閥密封的因素?
　　由式（9）和（10）我們可以知道,，“金屬—金屬”密封副的安全閥在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，密封力滿足：Qm=（P0P）A（11）
　　當(dāng)P達(dá)到P1時(shí),，開啟壓力P0和工作壓力P1的差值（P0P1）按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不得大于（0.03～0.1）P1[1],。由此可見,，在安全閥中，彈簧的作用力超過介質(zhì)作用力并不多,，由于沒有很大的作用力施加在密封面上,，所以金屬密封副的安全閥要保持密封性是十分困難的，因此在安全閥即將開啟前,，往往會(huì)出現(xiàn)“前泄”現(xiàn)象,。?
　　3 改善彈簧直接作用式安全閥密封特性的方案?
　　3.1 “金屬—非金屬”密封機(jī)構(gòu)的安全閥 由于金屬密封面的硬度很高不易產(chǎn)生塑性變形，因此在同樣密封力的情況下,，如果密封面采用非金屬的較軟材料就可以獲得較好的密封性,。如圖3，是一種具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的“金屬—非金屬”密封機(jī)構(gòu)的安全閥[2],。在這種結(jié)構(gòu)中,，利用了金屬可承擔(dān)較大負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)，也利用了軟性材料在較小的密封力下,，可以有較大的變形量,，從而提高了密封性能。?
　　3.2 具有外置平衡機(jī)構(gòu)的安全閥 如前分析,，在安全閥即將開啟前,，彈簧的作用力超過介質(zhì)作用力并不多，所以金屬密封副的安全閥往往會(huì)出現(xiàn)“前泄”現(xiàn)象,。因此如果能夠在安全閥即將開啟前給安全閥提供一個(gè)密封力的補(bǔ)償力,，來提高此時(shí)的安全閥密封力，就可以解決安全閥的前泄問題了,。在這種思想的指導(dǎo)下,，文獻(xiàn)[3]提出了具有外置平衡機(jī)構(gòu)的安全閥。所設(shè)計(jì)的安全閥應(yīng)能靠本身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平衡力,，該力能在工作介質(zhì)的壓力P<開啟壓力P0時(shí),，全部或部分平衡掉介質(zhì)加在閥瓣上的力，使關(guān)閉件的密封力大于保持密封所需的最小密封力,；當(dāng)工作介質(zhì)的壓力P,？叟開啟壓力P0時(shí)，該平衡力能自動(dòng)消失,，閥瓣突開,，實(shí)現(xiàn)安全閥準(zhǔn)確排放介質(zhì)的作用,。此平衡機(jī)構(gòu)大大地改善了彈簧安全閥的密封特性,，解決了彈簧安全閥的前泄問題。