安全閥是一種自動(dòng)閥門(mén)，它不需借助外力而是利用介質(zhì)本身的壓力來(lái)排出額定數(shù)量的流體，以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過(guò)預(yù)定的安全值。安全閥廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中，它能夠防止鍋爐、壓力容器或壓力管道等承壓裝置和設(shè)備因超壓而破壞，以****設(shè)備的正常運(yùn)行和人員安全。
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種工業(yè)承壓裝置的參數(shù)越來(lái)越高、規(guī)模越來(lái)越大，設(shè)備的大型化和密集度不斷加大，安全生產(chǎn)成為企業(yè)發(fā)展建設(shè)中不可忽視的關(guān)鍵問(wèn)題。盡管隨著工業(yè)生產(chǎn)裝置控制水平的提高，集散控制系統(tǒng)得到了普遍的應(yīng)用，人們?cè)诠に嚳刂粕喜捎昧酥T如超壓報(bào)警、聯(lián)鎖停機(jī)等多種措施，在確保裝置的生產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要的作用，但是安全閥仍然是****鍋爐、壓力容器及壓力管道等承壓裝置和設(shè)備安全不可缺少的主要設(shè)施之一。安全閥被視為生產(chǎn)系統(tǒng)的**終泄壓保護(hù)裝置，也稱為生產(chǎn)系統(tǒng)安全的**后一道防線。
1679年法國(guó)物理學(xué)家 Denis Papin研制的一種蒸汽壓力鍋上****安裝了安全閥，用來(lái)防止蒸汽壓力過(guò)高而發(fā)生事故，如圖0－1所示。它借助一個(gè)杠桿和一個(gè)可移動(dòng)的重錘，保持安全閥在正常操作運(yùn)行中處于關(guān)閉狀態(tài)；并沿著杠桿移動(dòng)重錘可以調(diào)節(jié)壓力鍋中蒸汽的壓力，如圖0－2所示。他所發(fā)明的首臺(tái)安全閥于1681年獲得了設(shè)計(jì)專利。
1769年瓦特蒸汽機(jī)的發(fā)明使閥門(mén)進(jìn)入了機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域。隨著工業(yè)的發(fā)展，蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了安全閥的發(fā)展。
早期安全閥的閥瓣采用重錘加載而非彈簧加載的原因：一是當(dāng)時(shí)生產(chǎn)適用的彈簧是困難的；二是對(duì)利用彈簧彈力特性作為閥瓣升力存在異議。然而，隨著鍋爐壓力的增加，重錘很快地變得很重，由于安全閥的尺寸和工作壓力的不斷增加采用重錘加載而變得不切實(shí)際。雖然杠桿重錘式擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍，但是杠桿不方便安裝，且影響壓力的調(diào)整，而且它們?nèi)菀妆桓烧耶a(chǎn)生意外泄放。彈簧加載不僅克服了重錘加載的缺點(diǎn)，彈簧特性也能夠與流體作用在閥上的升力相匹配。為此，現(xiàn)在幾乎所有的直接載荷式安全閥都是彈簧加載的。
早期的重錘加載在閥瓣上的直接載荷式安全閥，其閥的形狀類似于截止閱的閥瓣，密封面是錐面的或平面的。當(dāng)增高的流體壓力使閥瓣從閥座上升起時(shí)，逸出的流體不可能給于閥瓣上充分的動(dòng)能，所以閥瓣的開(kāi)啟高度在允許的超壓下是很小的。因此早期的努力是設(shè)法改進(jìn)安全閥的開(kāi)啟高度。
1828年， Timothy Hackworth研制了一種用于蒸汽機(jī)車(chē)和鍋爐的敵開(kāi)彈簧式安全閥。如圖0－3所示，從而開(kāi)啟了安全閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路。當(dāng)時(shí)的****彈簧式安全閥采用的是多重疊的片簧（磲簧），其能夠依靠擰緊螺母來(lái)調(diào)整彈簧力。然而，當(dāng)時(shí)這種蒸汽安全裝置并不比在使用中的安全裝置更****。
1848年英國(guó)人 Charles Ritchie i利用氣體的膨脹特性以抬高閥瓣，從而對(duì)安全閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有意義的改進(jìn)。其借助于具有外周流動(dòng)變流結(jié)構(gòu)的閥瓣與圍繞密封面的唇形，形成了個(gè)圍繞閥座的****節(jié)流環(huán)形室，如圖0－4所示。這種結(jié)構(gòu)，使安全閥在初始開(kāi)啟時(shí)，排放的氣體在環(huán)形室中膨脹，導(dǎo)致安全閥迅速起跳。但是逸出的氣體流向與閥瓣呈90°偏斜，所以只有部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成升力，安全閥只能在正�？稍试S的超壓下實(shí)現(xiàn)部分開(kāi)啟。
1863年Wllimn Naylor又改進(jìn)了安全閥的開(kāi)啟高度，其將圍繞閥瓣的唇形結(jié)構(gòu)可以使排放流體轉(zhuǎn)180*,如圖0-5所示。 這種結(jié)構(gòu)使排放的流體能在閥瓣上產(chǎn)生較大的升力，但是安全閥僅僅能夠隨著超壓的增大而成比例地開(kāi)啟。流量和相應(yīng)的升力在可允許的超壓范圍內(nèi)抬起閥瓣，且**初仍然太小。
現(xiàn)代安全閥的設(shè)計(jì)兼?zhèn)?/FONT>了 Richie和Nalor 的結(jié)構(gòu)原理。即它包含圍繞閥瓣的屏形，有形成圍繞閥座的****節(jié)流環(huán)形室，且排放流體偏轉(zhuǎn)180*，還利用流體對(duì)于閥瓣或反沖盤(pán)的反作用力進(jìn)一步增加了安全閥的開(kāi)啟高度。液體安全閥基于該設(shè)計(jì)原理在超壓10%范圍內(nèi)還可以達(dá)到全開(kāi)啟。
安全閥**初用于工業(yè)鍋爐和蒸汽系統(tǒng)的蒸汽超壓排放。為了保護(hù)彈簧免受高溫蒸汽的影響而致使彈簧整定壓力值發(fā)生變化及可能隨之而來(lái)的彈簧松弛，安全閥的閥蓋是敞開(kāi)的，可以使泄漏到閥蓋的蒸汽直接逸散出去，如圖0-3和圖0-6所示。然而，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的過(guò)程流體是不允許逸散到安全閥的周?chē)�，以免污染環(huán)境或損失昂貴的過(guò)程流體,因而在安全閥的結(jié)構(gòu)上采取封閉式閥蓋或波紋管式，如圖0-7和圖0-8所示。由于安全閥排放的過(guò)程流體進(jìn)人封閉的排放管路會(huì)產(chǎn)生一定壓力，為減小封閉系統(tǒng)中的背壓對(duì)安全閥性能的影響，采用了平衡結(jié)構(gòu)(活塞式或波紋管式)的彈簧載荷式安全閥或先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)安全閥，如圖0-8和圖0-9所示。
****次世界大戰(zhàn)后，由于聚合材料、潤(rùn)滑材料、不銹鋼和鈷基硬質(zhì)合金的發(fā)展，各類閥門(mén)得到迅速發(fā)展，閥門(mén)制造業(yè)逐漸成為機(jī)械工業(yè)的一個(gè)重要組成部分。為適應(yīng)當(dāng)代工業(yè)發(fā)展的需求，研發(fā)出了一些高性能的安全閥。20世紀(jì)50年代開(kāi)始，國(guó)外此企業(yè)為適應(yīng)電廠動(dòng)力鍋爐的高溫、高壓蒸汽工況和節(jié)約能源的要求，研發(fā)了一種利用排放背壓的特殊結(jié)構(gòu)以提高回座壓力，并且采用了種彈性閥瓣結(jié)構(gòu)， 使得安全閥在高溫、高壓下的密封性能大大提高，如圖0-10 所示。為滿足石油化工的發(fā)展而出現(xiàn)了不同類型的安全閥，如耐蝕安全閥、村里安全閥、液體泄放閥、特殊專用安全閥等。20 世紀(jì)60年代開(kāi)始，為適應(yīng)火電和核電工業(yè)的需求，研發(fā)了一些高性能、高****性的安全閥，如
帶動(dòng)力輔助裝置的安全調(diào)、主蒸汽安全閥、穩(wěn)定器安全閥、帶輔助裝置的先導(dǎo)式安全閥。為了實(shí)現(xiàn)彈簧直接載荷式安全閥操作壓力接近整定壓力的流體密封需求、安全閥****開(kāi)啟及減小啟閉壓差，研制了帶動(dòng)力輔助裝置的受控式安全閥，如圖0-11所示。20世紀(jì)80年代開(kāi)始，為滿足石油化工工業(yè)的節(jié)約資源要求，研發(fā)了調(diào)制型先導(dǎo)式安全閥，如圖0-12所示。其開(kāi)啟高度隨進(jìn)口壓力增高而增加，排放量也隨之增大，這**滿足了按需適度排放的要求。既節(jié)約了資源，又減小了排放噪聲，因而越來(lái)越多地被石油化工工業(yè)所采用。
在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家， 安全閥技術(shù)的研究和發(fā)展已有很長(zhǎng)的歷史。國(guó)際****企業(yè)品牌，如美國(guó)的CROSBY、CONSOLIDATED, 德國(guó)的LESER都有百余年的歷史。這些企業(yè)的安全閥技術(shù)****、品種規(guī)格齊全、質(zhì)量****，在石油、化工、電力(火電、核電)、冶金、醫(yī)藥等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在這些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)形成了一套完整的安全閥理論。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)安全閥的性能，如動(dòng)態(tài)性能、****性等提出了更高的要求，安全閥技術(shù)僅在設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、應(yīng)用上進(jìn)行局部的改進(jìn)已不能滿足需要。尤其是1979年3月28日，美國(guó)三哩島核電站發(fā)生了一起嚴(yán)重的核泄漏事故，事故發(fā)生的一個(gè)主要原因是某一穩(wěn)壓器安全閥開(kāi)啟后被卡住而未能及時(shí)回座。這一事故發(fā)生后，美國(guó)電力研究所(EPRI) 對(duì)安全閥進(jìn)行了一系列的檢驗(yàn)工作，EPRI 在檢驗(yàn)報(bào)告中指出：安全閥不但在設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制和應(yīng)用上需要局部改進(jìn)，而且有必要對(duì)安全閥的基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行全新的研究。因而，從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始，對(duì)安全閥的研究又重新成為各國(guó)工程技術(shù)人員****進(jìn)行的工作，只是研究?jī)?nèi)容不再停留于其工作性能上，安全閥內(nèi)部的流動(dòng)狀況和壓力分布成為研究****，以求更深刻地了解安全閥的工作特性。
隨著研究工作的深人，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，以往的試驗(yàn)研究存在著固有的不足，必須同時(shí)采用數(shù)值模擬的研究方法，以減少試驗(yàn)次數(shù)和深人地探究流動(dòng)機(jī)理。由于受數(shù)值計(jì)算方法的限制，直到20世紀(jì)80年代末，才有了二維軸對(duì)稱安全閥流場(chǎng)模型。從20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始，計(jì)算流體力學(xué)(CFD) 技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得安全閥數(shù)值仿真模型日趨完善，并應(yīng)用到安全閥研發(fā)和設(shè)計(jì)完善的工程實(shí)踐中。近幾年來(lái)，已大大提高了人們對(duì)安全閥性能機(jī)理的理解和認(rèn)識(shí)。
----------摘選自《安全閥技術(shù)》
