二氧化碳灭火系统快速释放阀的设计与校核_殳宏.pdf
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1、0 引言二氧化碳灭火系统主要由气体灭火报警控制系统、火灾探测系统、灭火剂瓶组(含快速释放阀)、驱动瓶(含电磁阀)、选择阀、单向阀、气路控制阀、压力开关、管路等设备组成。二氧化碳灭火系统如图1 所示。快速释放阀装设在灭火剂瓶组上,属于包装容器的一部分,用来控制灭火剂瓶组的启闭,同时快速释放气瓶内介质,该阀操作装置由快速释放阀本身自带操作装置激活,也可由外接驱动装置激活。1 结构原理快速释放阀内部结构如图 2 所示,采用杠杆、压紧式密封的结构形式,其密封完全依靠螺纹拧紧力并通过杠杆机构来实现。需要实现自动控制功能时,灭火报警控制系统发出灭火指令后,驱动瓶上的电磁阀开启驱动瓶,驱动瓶内的高压气进入驱
2、动缸,驱动缸内活塞杆顶开摇臂,通过铰链机构推开驱动缸和连接叉,释放二氧化碳。为了在手动及应急状态时的操作,快速释放阀上设计了可移动式手柄安装孔,只要插入手柄、按下手柄即可释放出二氧化碳。在正常工作状摘 要 针对灭火系统快速释放阀的结构进行了研究,对阀体进行了壁厚和应力校核,对密封面的比压强度进行了校验,对气瓶安全泄放量与泄压装置额定排放量行了校核。对密封点进行了设计计算,并对进出气口连接形式进行了选型。关键词 快速释放阀 应力 安全泄放量 额定排量 密封点中图分类号 X 932 DOI:10.16759/ki.issn.1007-7251.2023.08.006Design and Verif
3、ication of Quick Release Valves for Carbon Dioxide Fire Extinguishing SystemsSHU Hong WANG XiaodongAbstract:The structure of the quick release valve for the fire extinguishing system was studied,and the wall thickness and stress of the valve body were verified.The specific pressure strength of the s
4、ealing surface was verified,and the safe discharge capacity of the gas cylinder and the rated discharge capacity of the pressure relief device were verified.The sealing points were designed and calculated,and the connection form of the inlet and outlet was selected.Key words:Quick release valve;Stre
5、ss;Safe release capacity;Rated displacement;Sealing point殳 宏*1 王晓东2(1.浙江省特种设备科学研究院 2.浙江威能消防器材股份有限公司)二氧化碳灭火系统快速释放阀的设计与校核*殳宏,男,1963年生,本科,高级工程师。杭州市,310020设计与计算21化工装备技术第 44 卷第 4 期 2023 年 8 月第 44 卷第 4 期化工装备技术22态时,保险装置及手柄都处于移除状态1-2。快速释放阀安装部位图 1 二氧化碳灭火系统 手柄 连接叉 保险装置 压力泄放装置 阀体 摇臂 活塞杆 阀杆 锁紧螺母 驱动缸 二氧化碳 图 2 快速
6、释放阀内部结构图其设计参数为:(1)使用温度为-40/60;(2)公称工作压力为 15 MPa;(3)试验压力为 22.5 MPa;(3)公称通径为 12 mm;(4)主要材质为HPb59-1。2 相关设计计算2.1 壁厚校核根据结确定,阀体的最大内径 DN为 20.5 mm,截面处外径 DW为 25.5 mm,此处为整个阀体最薄弱点,详见图 3。TSG RF0012009气瓶附件安全技术监察规程中的壁厚计算式如下,阀体设计壁厚不小于该式的计算值:(1)式中:S 阀体的计算壁厚,mm;p 设计压力,取公称工作压力,MPa;DN 阀体最大内径,mm;b 材料的许用抗拉应力,N/mm2。设计安全系
7、数为 4,阀体材料选用 HPb59-1 铅黄铜,其抗拉强度为 390 N/mm2,则材料的许用抗拉应力 b=390/4=97.5 N/mm2。将阀体最大内径值为 20.5 mm,公称工作压力为15 MPa,材料的许用抗拉应力为 97.5 N/mm2,代入式(1)后可得到:设计壁厚为截面处外径 DW与最大内径 DN差值的一半,即 2.5 mm,大于计算壁厚 1.47 mm,故安全。2.2 强度校核按第三强度理论对上述截面进行校核:1 3 (2)式中:1,3分别为最大、最小主应力;材料的许用抗拉应力。经计算得出:而材料的许用抗拉应力 为 97.5 N/mm2,故符合强度校核条件。2.3 密封副校核
8、快速释放阀的阀座密封面采用凸台结构型式,为面接触,如图 4 所示。对密封面宽度进行比压计算,验算的合格条件为:qMF q q (3)式中:qMF 密封面上必须的比压;图 3 阀体选定截面尺寸DwDN2023 年 8 月23 q 密封面的许用比压;Q 验算的实际比压。dbm图 4 密封副示意图验算的实际比压可按下式计算:(4)式中:d 凸台密封面内径,mm;Bm 凸台密封面宽度,mm;QMZ 凸台密封面上的总作用力。QMZ可按下式计算:QMZ=QMF+QMJ (5)式中:QMF密封面上达到必须比压时的作用力。QMF可按下式计算:(6)式中:QMJ作用在密封面上的介质静压力。QMJ可按下式计算:(
9、7)将阀体凸台密封面内径 d 为 12 mm,密封面宽度bm为 1 mm,铜合金的必须比压 QMF为 30 MPa 代入式(6)、式(7),经计算可得:并将上述得出结果代入式(4)、式(5),计算后可得:经查材料的许用比压 q 为 80 MPa,验算的实际比压 q 为 78.8 MPa,符合标准要求。2.4 气瓶安全泄放量与泄压装置额定排放量二氧化碳快速释放阀采用爆破片安全泄放装置,爆破片为一次性泄压装置,在额定温度条件下,爆破片两侧压力差达到额定值时,爆破片破裂,阀门安全泄压3-4。压力泄放装置如图 5 所示。垫片 阀体 爆破片 保护主体 显示 盖 图 5 压力泄放装置根据标准 GB/T 3
10、32152016 气瓶安全泄压装置,盛装高压液化气体的气瓶,安全泄放量应不小于式(8)的计算值:(8)式中:p泄放压力,MPa;M瓶内所装介质的摩尔质量,kg/kmol;V气瓶的容积,L。根据 GB/T 332152016 标准要求,爆破片的标定爆破压力(在 1560 的室温下)不应超过其设计爆破压力(水压试验压力),也不应小于设计爆破压力的 90%,因此选择 22.5 MPa 为泄放压力。瓶内介质为二氧化碳,摩尔质量为 44 kg/kmol,气瓶的容积为 80 L。将上述数据代入式(8),计算得出气瓶的安全泄放量为:。根据 GB/T 332152016 标准,泄压装置的额定排量可按式(9)计
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