大流量安全阀设计

目录

前言（或引言） (3)

1．安全阀 (4)

1.1安全阀的基本特征 (4)

1.1.1安全阀的定义 (4)

1.2 安全阀的工作原理及分类 (5)

1.2.1安全阀的工作原理 (5)

1.2.2安全阀分类及结构 (5)

1.3安全阀的优缺点 (7)

1.3.1安全阀的特点 (7)

1.3.2柱塞式安全阀 (7)

1.3.3平面式安全阀 (7)

2.安全阀的设计 (8)

2.1安全阀的结构设计 (8)

2.2 参数计算 (8)

2.2.1安全阀的的关闭压力，开启压力和排放压力 (8)

2.2.2卡套尺寸 (8)

2.2.3压力损失 (10)

2.2.4弹簧的选择 (11)

2.2.5阀芯的设计 (16)

2.2.6密封的设计 (17)

2.2.7螺纹的设计 (20)

2.2.8 阻尼器的设计 (23)

3.安全阀的建模 (29)

3.1 安全阀的数学模型 (29)

3.2 流过阻尼孔的流量方程 (31)

3.3流过小阻尼孔的流量方程线 (31)

3.4.阀腔及柱腔的流量连续方程 (31)

3.5.立柱活塞的受力平衡方程 (32)

4.安全阀的仿真 (33)

4.1 仿真的概念 (33)

4.2 计算机仿真 (33)

4.3 仿真的作用 (33)

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4.4 仿真算法 (34)

4.5计算机仿真的一般过程 (34)

4.6 Simulink 简介 (35)

4.7安全阀的Simulink仿真 (36)

5 结论 (40)

附录A （左顶格，黑体二号、西文A等为Times New Roman） (43)

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前言（或引言）

在地下煤炭的综合机械化开采中，常常由于顶板冲击使液压支架遭受破坏。尤其是在坚硬难冒顶板条件下，除了采取提高支架强度，顶板注水软化和强制放顶等措施外，更为有效的办法是将液压支架设计成抗冲击型的，液压支架的抗冲击性能主要取决于立柱的抗冲击性能，对其进行特殊设计，并在其上面配置大流量安全阀，蓄能器以及其它一些元件，构成液压支架的抗冲击保护装置，其系统原理如图所示。

图1 抗冲击保护装置系统原理

Fig.1 shock resistance protecting device system principle

有关液压支架抗冲击保护装置的研究，早在七十年代，国外象原西德和捷克等国都已取得许多成果，并已获得多项专利权。而我国只是近几年才开始研究，尽管在实际应用中也已取得许多问题，有待进一步加以解决。本文将对抗冲击保护装置的大流量安全阀进行设计。

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在顶板塌落的条件下,液压支架往往受到冲击载荷的作用,液压支架必须具有与这种顶板相适应的工作阻力特性,这要求支架除了具有必要的高强度和高工作阻力外,还特别需要具有承受冲击载荷和快速卸载让压的动态性能。在这类顶板条件下的液压支架上配置以大流量安全阀为核心的抗冲击保护装置,是有效抑制顶板冲击对支架的破坏,提高煤炭生产安全可靠程度的有效途径。大流量安全阀工作状态表现为瞬变过程,其特点是反映灵敏、流量大。当出现冲击载荷时,大流量安全阀可以在几毫秒内开启并排走相当大的流量,把冲击载荷迅速降到支架可以承受的范围内,在冲击载荷过后,能够立即关闭,以限制降柱。因此大流量安全阀的动态性能是能否实现有效冲击过载保护的关键所在。

在设计抗冲击保护装置时应注意几个问题：

1.立柱应采用活柱充液式结构；

2.在立柱内靠近冲击源处应设置大流量安全阀；

3.普通安全阀应避免采用集中控制方式；

4.大流量安全阀与普通安全阀之间应闭锁

5.在活柱内装设蓄能器

液压支架抗冲击保护装置从结构上看似简单，但其工作条件极其复杂和特殊，要想设计出适应各种条件，性能优良的装置十分困难，因此它不是简单的静态设计所能解决的，而需要整个装置连同相关部分作为一个整体系统，对其进行动态设计。

以下是对大流量安全阀的设计：

1．安全阀

本章重点在于对大流量安全阀的基本特征进行分析，研究不同类型各自的特点，进一步研究安全阀工作机理，，最后分析各种安全阀的优缺点。

1.1安全阀的基本特征

1.1.1安全阀的定义

安全阀(safety valve)：安全阀类的作用是防止管路或装置中的介质压力超过规定数值，从而达到安全保护的目的。

安全阀是一种安全保护用阀，它的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，超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内

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介质压力超过规定数值。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。

1.2 安全阀的工作原理及分类

1.2.1安全阀的工作原理

安全阀从开始开启到排放以及从全开又回到关闭的整个过程中,随阀瓣开启高度的变化,弹簧载荷的大小亦在不断变化,也就是说,弹簧载荷力是随阀瓣开启高度的变化而变化。根据阀瓣所承受载荷力的变化,安全阀的整个动作过程可以分为四个阶段来描述。(1)密封状态

安全阀在正常工作情况下,阀瓣上所承受的弹簧力等于或大于介质力与密封力之和。即Q2≥Q1+Q3,Q1为介质力,Q2为弹簧力,Q3为密封力,见图1所示。图1 弹簧式安全阀受力示意图当弹簧力与介质力之差等于或大于阀瓣与阀座密封面之间的密封力时,这个力在密封面上所产生的比压力,保证了阀门的密封性,因而此时的安全阀处于密封状态。

(2)泄漏状态

当被保护系统中介质压力因某种原因升高而达到某一数值时,使弹簧力与介质力之差小于密封力。即Q2-Q1

(3)开启和排放状态

随着被保护系统介质压力的继续升高,介质力亦不断增大。当介质力增加到大于弹簧力,即Q1>Q2时,安全阀的阀瓣开始上升并达到某一可测的高度;介质开始呈连续的气流排出;此时阀的状态称为开启;阀前压力称为开启压力。当介质压力进一步增大到某一数值时,阀瓣完全打开,并达到额定的开启高度,这时阀的状态称为排放;阀前压力称为排放压力。(4)回座状态

随着安全阀的排放,系统内多余的介质被排出,介质压力开始逐渐下降,介质力也随之减小。当弹簧力与介质力之差大于密封力即Q2-Q1>Q3并达到某一规定值时,阀瓣在弹簧力推动下,自动关闭,介质停止排出。这时的状态称回座;阀前压力称为回座压力。随后,被保护系统又恢复正常工作压力,安全阀亦恢复到第一阶段的密封状态。

1.2.2安全阀分类及结构

安全阀分类有以下三种:

(1)按工作原理分类

(a)直接作用式,是直接用机械载荷如重锤，杠杆加重锤或弹簧来克服由阀瓣下介质压力所

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