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1、第22卷第2期南昌大学学报(工科版)Vol.22No.22000年6月JournalofNanchangUniversity(Engineering&Technology)Jun.2000文章编号1006-0456(2000)02-0072-05由喷管临界压力比确定安全阀临界压力比的计算公式周国发李鸣屈娅嘉(南昌大学环境与化学工程学院,江西南昌330029)摘要在安全阀临界压力比分析研究的基础上,提出了一种确定安全阀临界压力比的计算公式1安全阀临界压力比主要受喷管临界压力比和阀瓣流阻系数的影响,由喷管临界压力比可确定安全阀临界压力比1由于阀
2、瓣流阻系数过大,安全阀一般处于亚临界流动状态1关键词安全阀,临界压力比,计算公式中图法分类号TQ0511302文献标识码A1前言安全阀是最重要的一种超压保护装置,广泛使用于过程设备和管道等方面,正确计算安全阀排量是合理选用安全阀,并判断其可靠性的重要依据1我国国家标准GB150-895钢制压力容器6中,根据安全阀流动状态的不同,提出了两种排量计算公式1为此,判断安全阀是处于临界流动状态还是亚临界流动状态,是正确选用排量计算公式的前提1目前对安全阀临界压力比数值存在两种观点:1)各国规范中均认为安全阀临界压力比与11,22喷管临界压力比相同,
3、其数值为0.52812)而有很多专家和研究人员认为,安全阀临界压132力比小于喷管临界压力比,其数值约为0.2~0.31迄今为止,尚无公认的且严谨准确的安全阀临界压力比理论计算方法,因此,确定安全阀临界压力比并正确判断安全阀流动状态,仍是一个工程中亟待解决的问题1笔者通过理论分析和试验研究,探讨了安全阀的流动状态,提出了安全阀临界压力比理论计算公式1这一研究目前尚未见文献报道12安全阀临界压力比问题分析临界压力比rcr是指在最小流道截面处,气流流速达到当地音速时的出进口压力之比1喷管的临界压力比在理论上完全可以由公式计算确定1当喷管出进口压
4、力比低于或等于喷管临界压力比时,由于出口截面上已是音速流,出进口压力比的扰动不能超过音速面,由此扰动不能影响喷管内的流动1出口截面上的气流压力维持p2/p1=rcr不变,出口截面上气流仍是音142速流,相对排量也维持不变,即W/Wmax=11此时,喷管处于临界或超临界流动状态1除了喷管以外,其它结构的临界压力比往往需要由试验确定,而以试验确定的临界压力比称第二临界压力比,以资区别1由于安全阀结构的复杂性,很难测定安全阀最小流道截面积处气流流速,从而无法根据最收稿日期:1999-03-25作者简介:周国发,男,1963年生,副教授1第2期周国
5、发等:由喷管临界压力比确定安全阀临界压力比的计算公式#73#小流道截流面积处是否达到音速而准确确定安全阀临界压力比1目前,判断安全阀是否达到临界流动状态的方法是测定安全阀的排量系数,认为只要排量系数不随压力比变化,安全阀就132达到临界流动状态1实测结果是安全阀排量总是随压力比的变化而变化,只不过当安全阀压力比低于0.2~0.3时,安全阀排量随压力比的变化较小,从而判断全启式安全阀临界压力比为012~0.31而人们认为,这种较小的变化是由于测量误差引起的1这一试验测定安全阀临界压力比的方法,其理论依据是在临界和超临界流动状态,压力比扰动不能
6、超过音速面,而使喷管相对排量维持不变,即W/Wmax=11然而,在临界或超临界流动状态,喷管出口截面已是音速流,具有相对排量W/Wmax维持不变的特征;但是,若相对排量W/Wmax维持不变,就判断出口截面已是音速流,安全阀处于临界流动状态,则缺乏理论依据和试验证明1图1为安全阀结构简图,现以安全阀阀内喷管作为研究对象1阀内喷管出口后的阀瓣及阀腔的作用是使通过的流体产生一阻力压降$p,现以阻力压降$p来代替阀瓣和阀腔的作用,则从热力学的观点来看,安全阀可简化为图2所示的计算模型,图中pb为安全阀出口压力1随着安全阀进口压力p1增加,阀瓣阻力压
7、降$p随之增加,使阀内喷管出口压力p2也增加,结果有可能使得p2与p1同步增长,导致阀内喷管压力比r=p2/p1逐步为定值1由喷管排量计算公式可知,此时喷管排量逐渐为定图1安全阀结构简图值,最后使安全阀排量随压力比变化较小或不变1但这并不意味着安全阀最小流道截面处流体流速达到当地音速,显然,这时的压力比并不一定就是全启式安全阀的临界压力比1再者,当阀瓣开启高度较小时,安全阀排量系数甚至在压力比达到0.67时,就开始不随压力比变化1当然,这个压力比不能认为是该安全阀的临界压力比,因为从理论上讲,安全阀的临界压力比不可能比喷管临界压力比大1由图
8、2可知,安全阀与其理想当量喷管的唯一区别反映在阀瓣阻力压降$p上1由于各种规范的传统排量计算方法均采用了理想当量喷管计算模型,而忽略了阀瓣阻力压降的作用,这很容易将安全阀与喷管相
