KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀概述：

     KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀是受压设备，容器或管路上的*超压保护装置，当设备压力升高超过允许值时，安全阀自动开启，继而全量排放，防止设备压力继续升高，当压力降低到规定值时，安全阀及时自动关闭。

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀弹簧刚度计算 

弹簧直接载荷式安全阀的动作性能主要是通过弹簧来控制的，确切的说弹簧的刚度影响zui大，如果弹簧刚度选择不当，可能造成安全阀不能正常地工作。由于这种特殊性，在安全阀弹簧设计时，首先就要确定弹簧的刚度，并力求接近于实际的排放工况。

目前主要是采用以下几种方法来初步计算弹簧的刚度，zui终还要通过试验确定弹簧的理想刚度值。另外安全阀用的弹簧基本都是圆柱螺旋压缩弹簧，所以在这一节里只介绍圆柱螺旋压缩弹簧，除非有说明外，这里所说的弹簧均指圆柱螺旋压缩弹簧。若想采用其他形式的弹簧，请查阅相关的弹簧设计手册。

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀阀瓣升力来计算弹簧刚度

弹簧式安全阀的动作特性，即排放压力、开启高度、回座压力等性能，取决于阀门开启和关闭（回座）过程中流体对阀瓣作用的升力与弹簧载荷力的共同作用结果，上述两力在阀门动作过程中都是变化的。

阀瓣升力的变化情况可用升力系数  来表述。升力系数  是阀瓣升力F与介质静压力作用在等于流道面积的阀瓣面积上产生的作用力的比值。即：

                                                                 （2-5）

式中：ρ——升力系数；

      F——阀瓣升力，即流体作用在阀瓣上总的向上合力，N；

      P——阀进口介质静压力，MPa;

      D——流道直径，mm;

升力系数  取决于阀门结构以及影响介质流动的各零件的形状和尺寸，并随开启高度、调节阀位置和介质的不同而变化，通常只能借助试验来确定。图示-14为安全阀瓣升力系数曲线的一些例子。

弹簧载荷力的变化决定于弹簧刚度，为了获得要求的动作性能，应根据升力系数来确定弹簧刚度。

为达到规定的开启高度h，在开高h下的阀瓣升力应大于或等于此时的弹簧力，据此确定弹簧刚度的zui大值为：

                                         （2-6）

式中：F——弹簧计算刚度，N/mm；

      h——阀瓣开启高度，mm；

      d0——流道直径，mm；

      Dm——关闭件密封面平均直径，mm；

      Pdr——额定排放压力，MPa；

      Ps——整定压力（开启压力），MPa；

      ρh——开启高度为h时的阀瓣升力系数。

这种计算法的缺点是没有考虑开启的全过程，仅仅考虑了达到规定升高，而且也没有考虑回座过程，所以计算的弹簧刚度常常偏小。

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀用动作性能参数来计算刚度

为保证安全阀在不高于额定排放压力时达到规定开启高度，并在压力不低于规定回座压力时回座，在开启高度为零到规定升高范围内的弹簧力曲线，应位于额定排放压力和回座压力下的阀瓣升力曲线之间。下面介绍的图算法就是利用这个原理。

以纵坐标轴上数值为Dm2/do2（πd02Ps /4＝πDm2Ps /4）的点（相当于h＝0时的弹簧预压缩力）为起点作弹簧特性线，使这位于曲线Ⅱ和Ⅲ之间，并度量其倾角。

图2-15  作图法确定弹簧刚度

以图2-15为例，图中横坐标轴h上每格表示升高（即弹簧压缩量）为1mm，纵坐标轴上同样长度表示的弹簧力为0.1×πd02ps /4，弹簧刚度为：λ＝0.1×πd02pstanβ/4。

以不同的ps值代入，即可求得不同整定压力下的弹簧刚度。

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀弹簧的基本数据

1．圆柱螺旋压缩弹簧的结构形式和参数计算

（1） 弹簧的端部结构

弹簧的端部结构形式很多，表2-8为圆截面材料压力弹簧常用的端部结构形式。弹簧材料直径大时，支承圈数nz取小值，反之取大值。两端圈并紧的结构形式，端圈与弹簧轴线的垂直性好，而且与支承座的接触好，具有较高的工作稳定性。用于安全阀的弹簧通常是两端并紧磨平的结构，能保证弹簧与弹簧座之间良好接触，从面具有稳定的弹簧力传递。标准规定弹簧两端应各有大于或等于3/4圈的支承平面，支承端面应与工作圈并紧，弹簧      轴线对两端支承平面的垂直度每100mm长度其偏差值应不大于1.7mm。

 弹簧材料直径

弹簧材料直径d可以由下式计算，其zui终值应按表2-9选取，如有特殊需要，超出表列范围时，所选值应符合材料直径规范。

                        （2-14）

式中：〔τ〕 ——弹簧的许用应力，MPa；

      D——弹簧中径，mm；

      d——弹簧丝直径，mm；

      F——所受的载荷，N；

      C——弹簧指数，C＝D/d；

K——曲度系数，或应力修正系数，K＝（4C-1）/（4C+1）+ 0.615/C

表2-9  弹簧材料直径d系列（摘自GB/T1358）                   mm

注：设计时优先选用*系列

（3） 弹簧指数（旋绕比）

弹簧指数（旋绕比）C值越小，曲率越大，卷制越困难,工作时弹簧材料截面内侧的切应力大于平均应力越多，弹簧的刚度也越大，C值大，则相反。表2-11为C的*用值。标准规定弹簧指数可在4～8范围内选取。

（4） 弹簧内径

弹簧中径D为弹簧的公称直径，表2-10为系列值，并应严格控制外径或内径的偏差，其偏差值可按查出，在安全阀中，弹簧内径规定了极限偏差，见GB/T12243中表3。为了保证有足够的空间，应考虑弹簧受载荷后，弹簧增大，其增大值可按下列近似公式计算。

1） 簧两端固定，从自由高度压到并紧时，中径的增大值为

                                （2-15）

2）当两端面与支承座可以自由回转而摩擦力比较小时，中径的增大值为

                                            （2-16）

式中：D——弹簧的中径，

      t——弹簧的节距，mm；

      d——弹簧材料的直径，mm。

           表2-10  图截面材料弹簧中径D系列（摘自GB/T1358）               mm                           

表2-11  弹簧指数（旋绕比）C的荐用值（摘自GB/T1239.6）

（5）弹簧的细长比

安全阀中为了解决弹簧的稳定性在及安全阀性能指标的可靠性，规定了弹簧的细长比应小于3.7。

（6）弹簧的圈数

弹簧的有效工作圈数n应符合表2-12系列值，为了避免由于载荷偏心引起过大的附加力，zui少工作圈数为2，一般不少于3圈。支承圈的圈数nz则取决于端圈结构型式，见表2-8。总圈数n1＝n＋nz总圈数n1的尾数宜取1/4、1/2或整圈，*采用1/2圈。

表2-12  压缩弹簧的有效圈数n系列（摘自GB/T1358）

（7） 弹簧的高度

1）压缩弹簧的自由高度H0是指自由状态下的高度。其值受端部结构的影响，难以计算出精确值，其近似值可按表2-13所列公式计算，也可根据所要求的zui大变形f计算：

                     HO＝（n1－0.5）d＋1.2f                           （2-17）

式中：n1——总圈数。 

表2-13  压缩弹簧自由高度计算公式（摘自GB/T1239.5）

自由高度HO值，*用表2-14系列。

         表2-14  压缩弹簧自由高度HO尺寸系列（摘自GB/T1358）               mm

2）自由高度极限偏差

安全阀弹簧自由高度的极限偏差见GB/T12243中表2

3）工作高度H1.2.3.……n可按下式计算：

                 H1.2.3. ……n＝HO－f1.2.3.……n                               （2-18）

4） 试验高度Ha,为对应于试验载荷Fs下的高度，其值为

                      Ha＝HO－f                                    （2-19）

表2-15  压缩弹簧节距t与自由高度HO的近似式

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀圆柱螺旋压缩弹簧的许用应力

圆柱螺旋压缩弹簧的许用应力按所受载荷情况分为如下三类，其值根据载荷类型在表2-16、2-17选取：

Ⅲ类载荷——受静载荷以及变载荷作用次数在1×103次以下的载荷等；

Ⅱ类载荷——受变载荷作用次数在1×103～1×105次范围内的载荷，以及冲击载荷等；

Ⅰ类载荷——受载荷作用次数在1×105次以上的弹簧。

另外，在选用材料及其许用切应力时，还应注意以下各点：

（1） 对重要的，其损坏对整个机械有重大的影响的弹簧，许用切应力应适当降低。

（2） 经强压处理的弹簧，可提高疲劳极限，对改善变载荷下的松驰有明显效果。

（3） 经喷丸处理的弹簧，能适当提高疲劳强度或疲劳寿命。

   表2-16  冷拨材料的许用切应力                        MPa

       表2-17  冷拨材料的许用切应力                         MPa

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀弹簧设计程序

1．圆柱螺旋压缩弹簧的基本计算公式（表2-18）

圆柱螺旋压缩弹簧的图样要求

（1）在图2-16中给出了圆柱螺旋压缩弹簧的典型图样，并要按规定在图样上注明技术要求和设计参数及形位公差等。

（2） 技术要求

技术要求应包括以下的内容：

1）弹簧端部型式；

2）总圈数；

3）有效圈数；

4）旋向；

5）制造要求；

表面处理要求、热处理要求；

6）其他特殊要求（如强压处理、喷丸处理、镀铬处理等）；

7）检验要求；

8）材料要求。

3．圆柱螺旋压缩弹簧设计计算方法

在表2-18的圆柱螺旋压缩弹簧的基本计算公式中可以看出，；圆截面的弹簧主要有载荷F、变形f、弹簧中径D、弹簧材料直径d、有效圈数n、应切力τ、切变模量G和弹簧指数（旋绕比）C共八个基本参数。当材料选定后，切应力τ、切变模量G可以查出，而C＝D/d，实际也只有五个参数了，在设计弹簧时，只要知道这五个参数中的两个就能计算出其他三个参数。

在实际计算中，为了计算简便并选择出合理的参数，也常采用不同的计算方法，除了用上述的基本公式计算外，还有弹簧直径D为定值时设计方法；弹簧为zui小质量、或zui小体积、或zui小自由高度的设计方法以及图解法等。这些方法有时也交叉使用，以便能很快地完成弹簧的设计计算。下面主要是介绍采用基本公式设计弹簧的过程，见表2-19。

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀的安装与调试注意事项

（1）安全阀应与容器本体直接连接并装在容器zui高处，对液化气储槽上的安全阀应装在气相空间，用于液体的安全阀应装在正常液面以下，而且安全阀进口管的公称直径不得小于15mm。因特殊原因难以装在容器本体上时，可考虑装在出口管路上，但安全阀装设处与容器之间的管路上应避免突然拐弯、截面局部收缩等结构，防止增加管路阻力、引起污物积聚发生堵塞等。

（2）无论安全阀装在何处，在从容器到安全阀之间的连接管和管件通孔其截面积均不得小于安全阀的进口面积。如果一个连接口上装有数个安全阀，则此连接口的面积至少应等于数个阀进口面积的总和，是总和的1.25倍。

（3）在容器与安全阀之间一般禁止装设中间截止阀，但对于盛装易燃、有毒或粘性较大介质的容器，为便于对安全阀进行更换、清洗，可以在容器和安全阀之间装截止阀，但此截止阀的结构和通径尺寸不得阻碍安全阀的正常泄放，当容器正常工作时，该截止阀必须处于全开状态并加铅封。

（4）安全阀后的排放管如有出现冷凝液体的可能，则应考虑有自动排除设施；封闭式安全阀排放管的内径不得小于安全阀出口管的公称直径。排放管原则上应一阀一根，并禁止在排放管上装任何阀门，当两个以上安全阀共用同一根排放管时，排放管的截面积应不小于所有安全阀出口管截面积的总和，并适当考虑排放管的压力降，不使安全阀产生明显的背压。对氧气等可燃性气体或其他混合后能发生化学反应的气体不能共用一根排气管。

（5）新安全阀在安装之前应在试验台上调定其开启压力和回座压力，并检查关闭件的密封性。开启压力可通过调节加在阀瓣上的载荷，如杠杆式安全阀的重锤质量或位置，弹簧式安全阀压紧弹簧的螺母的位置（在正确选择弹簧压力级的基础上），回座力可通过调整安全阀的上下调节圈的位置来达到。

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀的使用与管理

选择得当、安装正确的安全阀还应通过合理地使用和管理才能发挥其作用。日常使用中，为确保安全阀的良好工作状态，应加强维护与检查，保持阀体清洁，防止阀体及弹簧锈蚀，防止阀体被油垢、异物堵塞，要经常检查阀的铅封是否完好，防止杠杆式安全阀的重锤松动或被移动、弹簧式安全阀调节螺母被随意拧动，发现泄漏应及时更换或检修，禁止用加大载荷（如过分拧紧弹簧式安全阀的调节螺母，或在杠杆式安全阀的杠杆上加重物等）的方法消除泄漏。为了防止阀瓣与阀座被气体中的油垢等脏物粘住，对用于空气、水蒸气或更带有粘性脏物但排放时不会造成环境污染的其他气体的安全阀，应定期扳动扳手进行入工排气，以冲刷污物。安全阀常见故障、产生原因及排除方法见表7-2。

安全阀应定期进行检验，包括开启压力、回座压力、密封程度等，其要求与安全阀的调试相同。当检验不合格时应解体，详细检查各零部件是否有裂纹、伤痕、磨损、腐蚀、变形等，并进行修复或更换后组装再进行检查。安全阀定期检验的周期可与所用的容器检验周期相同。

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀技术参数和性能指标： 

KA41Y/KA42Y抗硫弹簧式安全阀主要连接尺寸及重量：