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1、辽宁工程技术大学毕业设计（论文）目录前言（或引言）11安全阀41.1安全阀的基本特征41.1.1安全阀的定义41.2安全阀的工作原理及分类41.2.1安全阀的工作原理41.2.2安全阀分类及结构51.3安全阀的优缺点61.3.1安全阀的特点61.3.2柱塞式安全阀71.3.3平面式安全阀72.安全阀的设计72.1安全阀的结构设计82.2 参数计算82.2.1安全阀的的关闭压力，开启压力和排放压力82.2.2卡套尺寸82.2.3压力损失102.2.4弹簧的选择112.2.5阀芯的设计162.2.6密封的设计172.2.7螺纹的设计202.2.8 阻尼器的设计233.安全阀的建模293.1 安全阀
2、的数学模型293.2 流过阻尼孔的流量方程313.3流过小阻尼孔的流量方程线313.4.阀腔及柱腔的流量连续方程313.5.立柱活塞的受力平衡方程324.安全阀的仿真334.1 仿真的概念334.2 计算机仿真334.3 仿真的作用334.4 仿真算法344.5计算机仿真的一般过程344.6 Simulink 简介354.7安全阀的Simulink仿真365 结论40附录A （左顶格，黑体二号、西文A等为Times New Roman）42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
3、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。在顶
4、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
5、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
6、。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
7、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Q2Q1+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-Q1Q2时,安全阀的阀瓣开始上升
8、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-Q1Q3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
9、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产生作用力的安全阀。这种安全阀具有反应敏捷、结构简单、紧凑等优点。重锤式安全阀施加载荷力的重锤直接作用在阀瓣上。当介质力小于重锤力时,阀为关闭状态,当介质力大于重锤力时,阀呈开启状态,当介质力与重锤力平衡时,阀保持原状态。其特点是结构简单,制造方便,但对振动较敏感,不适用于运动系统,而且其载荷力不随开启高度而变化,因此回座性能差。(b)带动力辅助装置式,该安全阀借助一个动力辅助装置,可以在低于正常的开启压力下开启。(c)间接作用式,又称先导式,即依靠从导阀排出介质来驱动或控制的安全阀,见图9。这种安全阀通常是由主阀与辅助装
10、置组成,当系统超压时,先是辅助装置动作,而主安全阀则是在辅助装置所排出的介质力作用下而开启。其特点是主阀口径的大小不受弹簧加工的限制,而且又可依靠介质自身压力达到密封效果做成“自密封型”,故具有良好的密封性。但工作可靠性不如直接作用式,并有动作延迟现象以及结构复杂,加工成本高,安装尺寸大等缺点,因此,大都使用于高压流量或有变动背压等场合。(2)按阀瓣开启高度分类(a)全启式。这种安全阀其阀瓣开启高度等于或大于阀座喉部直径的 ,具有动作敏捷、排放量大等特点,因此被广泛应用于气体介质的系统上。(b)微启式。这种安全阀其阀瓣开启高度为阀座喉部直径的1/201/40,在开启与回座过程中阀瓣无突跳和突关
11、动作,系统中的压力不会由此而引起剧烈的波动,因而适用于液体介质的系统中。(3)按结构不同分类(a)封闭弹簧式安全阀,。一般易燃易爆或有毒介质应选用封闭式,而蒸汽或惰性气体等可选用不封闭式。(b)带扳手安全阀。扳手的作用主要是检查阀瓣的灵活程度,有时也可用作紧急泄压用。(c)带散热片的安全阀。这种安全阀在其阀体和弹簧盖之间设置若干散热片,有的结构还设有使弹簧腔与高温介质隔离的特制轴套,可以防止介质直接冲刷弹簧,并降低弹簧腔室的温度,以防止因弹簧温升过高而影响阀门的动作与密封性能,介质温度大于300时应选用带散热片的安全阀。(d)波纹管安全阀。这种安全阀的结构特点是在阀瓣与中法兰挡板之间焊有金属波
12、纹管。其主要作用有二种,一是用于平衡附加背压对阀门开启压力的影响,二是可使用在腐蚀性介质场合。波纹管的内外腔室是处于密封隔离状态,其外腔室与排放介质相通,而内腔室则与弹簧相通。因而,当安全阀排放时,能有效地防止腐蚀性介质冲刷弹簧与外溢。1.3安全阀的优缺点1.3.1安全阀的特点安全阀是受压设备或管路上作为超压保护的装置,当系统压力升高到超过允许值时,阀门开启,全量排放泄压,以防止压力继续升高,当压力降低到规定值时,阀门及时关闭,从而保护系统的安全运行。所以安全阀的选型及计算是否正确直接关系到设备乃至人身的安全。1.3.2柱塞式安全阀液压支架中超过额定压力的液体，推动柱塞移动，柱塞的溢流孔通过“
13、O”形圈以后，超高压的液体从孔中喷出卸压，卸到额定压力时，弹簧将柱塞推回原位。缺点：1.“O”形圈易被煤粒拉伤，导致密封渗漏，抗煤粒性差，寿命低。2.阀的开，闭灵敏度差3.要求精度高，加工困难，检修困难1.3.3平面式安全阀液压支架中超过额定压力的液体，推动密封件与导向体移动，因此密封件的表面与阀座的密封面离开，超高压的液体从离缝中喷出卸压， 卸到额定压力时，弹簧将密封件与导向体推回原位。 而且具有以下缺点：1.扯断强度低，不耐冲刷2.属于单级密封，阀的起落高度不能开大，开大后密封被冲刷变形或被冲走。2.安全阀的设计本章将在前一章研究安全阀的基础上，进行安全阀的结构设计及参数计算。 2.1安全
14、阀的结构设计 图2.1 阀的开启状态Fig.2.1 The valve opening state1.阀结构主要由卡套，阀芯，挡环，弹簧，阀壳，阀套，调压杆组成；2.阀芯采用差动式结构，可承受更大的开启压力；3.阀芯与调压杆形成阻尼结构，可减小自振频率，有效的吸收冲击能量；2.2 参数计算2.2.1安全阀的的关闭压力，开启压力和排放压力管路工作压力(P)：32MPa关闭压力(-0.3-0.1P):22.428.8MPa开启压力(+0.1+0.3P):35.242.6MPa排放压力(+0.25P):40MPa2.2.2卡套尺寸图2.2 卡套结构Fig.2.2 Card cover structure采用标准系列，设计给定流通直径d0=20mm，流道面积A=314mm（图2.2）则公称通径DN=25mm;M为M422(mm);d的基本尺寸为;d1为37mm;d2为39mm;h的基本尺寸为;b为5mm;C为2mm; 2.2.3压力损失图2.3Fig.2.3图2.4Fig.2.4局部压力损失： （21）式中：v液体流动速度，一般指局部阻力下游处的速度；液体密度；g重力加速度； 局部阻力系数，该
