介紹了電磁泄放閥的結(jié)構(gòu)形式和工作原理。分析了實(shí)際運(yùn)行中電磁泄放閥啟跳緩慢的原因，論述了電磁泄放閥中輔閥的性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1、概述

　　電磁泄放閥是一種由壓力電信號(hào)控制開(kāi)啟及關(guān)閉的閥門，用來(lái)防止鍋爐內(nèi)蒸汽壓力超過(guò)規(guī)定值的保護(hù)裝置，它與安全閥配合使用，安裝在過(guò)熱器出口處安全閥上游，整定壓力設(shè)定在過(guò)熱器的工作壓力和安全閥最低整定壓力之間。它在全啟式彈簧安全閥動(dòng)作之前開(kāi)啟，排除多余蒸汽，以保證鍋爐在規(guī)定壓力下安全運(yùn)行。同時(shí)減少安全閥啟跳次數(shù)，從而保護(hù)安全閥，真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)認(rèn)為可以延長(zhǎng)安全閥的使用壽命。

2、工作原理

　　電磁泄放閥主要由主閥、輔閥和電磁鐵組成(圖1)。主閥包括大閥體、閥瓣、閥座和中間隔層等，輔閥包括小閥體、閥座、閥桿和彈簧等。電磁鐵是接收閥門開(kāi)啟、關(guān)閉信號(hào)的控制裝置。

　　該電磁泄放閥的主閥密封呈倒密封結(jié)構(gòu)形式，在鍋爐升壓過(guò)程中，介質(zhì)從主閥閥瓣與中間隔層之間的間隙進(jìn)入閥瓣背面，在輔閥與主閥形成的密閉空間內(nèi)聚集，隨著介質(zhì)壓力的升高，主閥保持密封。當(dāng)鍋爐繼續(xù)升壓并超過(guò)規(guī)定壓力后，壓力變送器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵通電吸合，通過(guò)提升輔閥閥桿，使輔閥打開(kāi)，主閥閥瓣背面的蒸汽通過(guò)輔閥排出，使主閥閥瓣背壓急劇下降，主閥瓣在進(jìn)口蒸汽壓力的作用下，壓縮其背部彈簧向下運(yùn)動(dòng)，使蒸汽快速排出。當(dāng)鍋爐壓力恢復(fù)到設(shè)定壓力時(shí)，壓力變送器發(fā)出信號(hào)，電磁鐵斷電，輔閥閥瓣在彈簧作用下關(guān)閉。蒸汽從中間隔層與主閥閥瓣之間的間隙再次進(jìn)入閥瓣背面的密閉空間，當(dāng)背壓達(dá)到一定壓力時(shí)，主閥閥瓣關(guān)閉并保持密封。

1.主閥閥體 2.主閥閥瓣 3.主閥閥座 4.電磁鐵 5.輔閥

圖1 電磁泄放閥

3、性能分析

　　從電磁泄放閥的工作原理分析，閥門啟閉動(dòng)作和密封性能與輔閥有直接關(guān)系，故輔閥的設(shè)計(jì)尤為重要。

3.1、輔閥口徑

　　電磁泄放閥能靈活啟閉取決于主閥閥瓣的背壓升降速度，而背壓升降快慢的條件與輔閥的口徑有關(guān)。輔閥口徑太小，會(huì)使主閥開(kāi)啟緩慢影響閥門的排放能力。輔閥口徑太大，背壓升高緩慢，回座壓差太大，且輔閥不易與主閥固定。以DN100-P5410V的電磁泄放閥為例，其整定壓力為10.2MPa，選擇輔閥口徑。

　　DN100的主閥閥瓣外徑D=114-0.12-0.17，中間隔層內(nèi)徑d=114+0.12+0.07，則閥瓣與隔層的最大間隙面積A和輔閥通道孔直徑d為

　　選擇通徑為DN10的輔閥匹配DN100的主閥。在運(yùn)行調(diào)試過(guò)程中，記錄的電磁泄放閥的回座壓力為10.01MPa，則回座壓差為1.86%，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的啟閉壓差2%。

3.2、討論與分析

　　在理論設(shè)計(jì)中，DN10的輔閥完全滿足DN100主閥的動(dòng)作要求，但在實(shí)際運(yùn)行中DN100的主閥開(kāi)啟緩慢，從排放聲音判斷未達(dá)到全開(kāi)啟。這一現(xiàn)象說(shuō)明DN10輔閥的排放量小于DN100主閥閥瓣與內(nèi)件間隙的進(jìn)氣量。根據(jù)理論設(shè)計(jì)，圖紙中要求閥瓣的上偏差與內(nèi)件下偏差所構(gòu)成的最大間隙面積小于DN10輔閥的通道面積。通過(guò)實(shí)際測(cè)量，主閥閥瓣外徑為Φ113.85mm，中間隔層內(nèi)徑為Φ114.1mm，則其間隙面積ΔS為

　　由計(jì)算可知，導(dǎo)致排量不足的原因可能是輔閥的開(kāi)啟高度不足或電磁鐵產(chǎn)生引力不夠等，并不是由于加工誤差引起的。試驗(yàn)中，在關(guān)閉試驗(yàn)介質(zhì)的情況下，接通電磁鐵電源，使輔閥空載動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)輔閥的閥桿高頻上下顫動(dòng)，無(wú)法保持開(kāi)啟狀態(tài)。該現(xiàn)象是導(dǎo)致主閥背壓的介質(zhì)無(wú)法通過(guò)輔閥連續(xù)排出，使得主閥開(kāi)啟緩慢，未達(dá)到全開(kāi)啟的原因之一。

3.3、電磁鐵拉力

　　電磁鐵型號(hào)為MZ13F-215-6B，其瞬時(shí)最小力為2.15kN，保持吸合力為1.35kN，吸合行程6mm。彈簧剛度k=(3245-1215)×16.7≈302.99。彈簧安裝后，預(yù)緊壓縮量x=5.5mm，則閥門密封。預(yù)緊力F1=kx=302.99×5.5=1.666kN，輔閥打開(kāi)后彈簧力F2=302.99×(5.5+6)=3.484kN，介質(zhì)作用力為F3=πPd2/4=801.1MPa，則輔閥開(kāi)啟時(shí)電磁鐵所需克服的拉力T1=F1-F3=0.865kN<2.15kN，輔閥開(kāi)啟后電磁鐵所需克服的拉力T2=F2-F3=2.683kN>1.35kN。

圖2 彈簧

　　經(jīng)計(jì)算分析，輔閥無(wú)法保持開(kāi)啟狀態(tài)說(shuō)明電磁鐵的拉力不足，輔閥開(kāi)啟后電磁鐵所克服的拉力大于其吸合力，故出現(xiàn)了通電時(shí)閥桿高頻上下顫動(dòng)的現(xiàn)象，致使閥門無(wú)法正常開(kāi)啟，使得電磁鐵斷電，閥門回座后輔閥無(wú)法密封。主閥會(huì)因?yàn)檩o閥泄漏，體腔內(nèi)無(wú)法維持壓力平衡，主閥始終處于接近起跳值的臨界狀態(tài)。除了鍋爐啟動(dòng)時(shí)，輔閥閥瓣結(jié)合面存在灰塵雜物，對(duì)閥瓣密封面的損傷以外，電磁鐵通電時(shí)閥桿高頻上下顫動(dòng)也是輔閥頻繁出現(xiàn)泄漏的原因之一。

4、優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　通過(guò)受力計(jì)算分析，引起輔閥閥桿高頻上下顫動(dòng)的原因是輔閥提供密封的彈簧力過(guò)大。如果提高電磁鐵的吸合力則需要購(gòu)買更大拉力的電磁鐵，成本較高。在不影響密封的情況下，通過(guò)降低彈簧力解決存在的問(wèn)題。

　　根據(jù)胡克定律，彈簧力F為

　　F=kx

　　式中F———彈簧力，N

　　k———彈簧剛度

　　x———彈簧變形量，mm

　　影響彈簧力的兩個(gè)因素是彈簧剛度和壓縮量。輔閥的開(kāi)啟高度為2.5mm，電磁鐵的行程為6mm，均無(wú)法調(diào)節(jié)，故從彈簧剛度方面降低彈簧力。通過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，新設(shè)計(jì)的彈簧，其剛度k=116，安裝時(shí)預(yù)緊壓縮10mm，則彈簧密封預(yù)緊力F4=116×10=1.16kN。輔閥開(kāi)啟后彈簧力F5=116×(10+6)=1.856kN，則輔閥開(kāi)啟時(shí)電磁鐵所需克服的拉力T3=F4-F3=358.89N<2.15kN，輔閥開(kāi)啟后電磁鐵所需克服的拉力T4=F5-F3=1.054kN<1.35kN。并且調(diào)整了輔閥彈簧剛度，加大彈簧壓縮量后，彈簧預(yù)緊力F4>介質(zhì)作用力F3，輔閥仍能密封，所以更改后的彈簧可以使用。

5、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)適當(dāng)?shù)慕档洼o閥彈簧剛度，提高彈簧的壓縮量，保證了閥門準(zhǔn)確快速啟跳，解決了輔閥頻繁開(kāi)啟而造成的密封面磨損問(wèn)題，同時(shí)降低了成本。優(yōu)化后的電磁泄放閥通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，開(kāi)啟迅速，調(diào)整可靠、準(zhǔn)確，回座后密封情況良好，啟閉壓差可調(diào)節(jié)到2%，滿足閥門的使用要求。