SV126安全閥彈簧斷裂失效分析

安全閥是鍋爐的三大安全附件之一,由于操作、維護(hù)不當(dāng),時(shí)常造成失靈甚至失效,直接危及鍋爐安全運(yùn)行,增加檢修時(shí)間、費(fèi)用。影響鍋爐安全閥彈簧失效的因素有松弛失效,溫差失效和彈簧本身材質(zhì)等,其主要因素是安全閥彈簧產(chǎn)生腐蝕、受非中心載荷和沖擊載荷的作用。

安全閥是液化氣槽罐車上最重要的安全附件,安全閥的正常工作直接關(guān)系到槽罐車的安全運(yùn)行。由于移動(dòng)式壓力容器的充裝介質(zhì)大多為易燃易爆或腐蝕性氣體,并且容器在平時(shí)使用時(shí)經(jīng)常處于高速運(yùn)行狀態(tài),因此對安全閥的的使用壽命有很大的影響,其中安全閥彈簧斷裂是影響安全閥使用的最主要的因素。2014年1月3號,在對一輛液化氣槽罐車的年度檢驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)其安全閥彈簧斷裂。彈簧是安全閥最主要的配件,安全閥泄放主要是通過彈簧完成的。因此,彈簧的正常運(yùn)行對安全閥乃至整個(gè)槽罐車的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。安全閥斷裂的影

液化石油氣活動(dòng)槽車安全閥是內(nèi)置全啟式結(jié)構(gòu)。工作介質(zhì)是液化石油氣、丙烷等,設(shè)計(jì)壓力1.8mpa。安全閥中的彈簧卷制后直徑為φ52毫米,高度154毫米,彈簧材料規(guī)格φ11毫米。制造時(shí)選材用3cr13槽車在年度檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別槽車的安全閥斷裂,其中部分槽車的安全閥處已發(fā)現(xiàn)泄漏,幸好及時(shí)停用檢驗(yàn)未造成重大事故。為找出其失效原因,我們對斷裂的彈簧進(jìn)行了檢測,其結(jié)果如下:

分析了安全閥在液化氣體罐車等移動(dòng)式壓力容器上的工況條件與設(shè)備要求。論述了內(nèi)置全啟式彈簧安全閥的彈簧防失效裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用效果。

一支圓柱形螺旋壓縮彈簧在使用時(shí)發(fā)生斷裂。應(yīng)用理化檢驗(yàn)手段對此進(jìn)行取樣分析,結(jié)果表明,彈簧絲縱向表面裂紋缺陷和內(nèi)部較為嚴(yán)重的中心碳偏析缺陷是造成壓縮彈簧在使用時(shí)發(fā)生早期斷裂失效的主要原因。

通過對彈簧應(yīng)力計(jì)算公式的分析,結(jié)合國外安全閥彈簧供應(yīng)商的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和國外彈簧產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用情況,以及試制彈簧的疲勞試驗(yàn)情況,探討了安全閥彈簧應(yīng)力校核的合理方法。

針對集裝罐用安全閥使用特點(diǎn),采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(doe:designofexperiments)的方法,對安全閥彈簧工作狀況進(jìn)行快速建模,并引用多任務(wù)優(yōu)化方式(multi-objectiveoptimization)優(yōu)化彈簧設(shè)計(jì),使其纏繞圈內(nèi)側(cè)最大剪切應(yīng)力及其重量都最小化。研究過程中,一個(gè)具有3個(gè)可變參數(shù)的參數(shù)化有限元彈簧模型被用于生成在預(yù)先設(shè)定好的彈簧形狀范圍內(nèi)的任意彈簧形狀。通過v-optimal方法生成擁有30個(gè)輸入點(diǎn)的doe輸入矩陣。通過分析計(jì)算獲得兩個(gè)三階多項(xiàng)式回歸模型,此模型能夠充分反映剪切應(yīng)力及彈簧重量的回歸特性。此項(xiàng)研究表明,通過doe和多任務(wù)優(yōu)化方式能夠快速的對安全閥彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

從彈簧剛度、整定壓力范圍,討論了針對安全閥同一口徑,在整定壓力和回座壓力比較接近的情況下,彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)

論述了全啟式彈簧安全閥的彈簧的設(shè)計(jì),并運(yùn)用ansys對彈簧進(jìn)行了強(qiáng)度和壽命分析。

本文通過solidworks軟件,將已經(jīng)斷裂失效的彈簧合理建模后,對其進(jìn)行有限元的應(yīng)力分析,準(zhǔn)確地得出了最大應(yīng)力值及最大應(yīng)力分布位置,并就彈簧斷裂的原因進(jìn)行了分析說明。

本文通過對氣門彈簧工作特點(diǎn)及其典型斷裂失效模式的分析,在此基礎(chǔ)上對過噴引起的氣門彈簧斷裂進(jìn)行了失效分析,并提出了噴丸工藝改進(jìn)意見。

本文針對鍍鋅彈簧墊圈氫脆斷裂現(xiàn)象,分析了產(chǎn)生該狀況的數(shù)種原因,并提出了預(yù)防措施。

某空調(diào)壓縮機(jī)彈簧在系統(tǒng)耐久試驗(yàn)期間發(fā)生斷裂,采用斷口分析、金相檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、硬度測試等方法對彈簧的斷裂原因進(jìn)行了分析,并對彈簧的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核,對彈簧進(jìn)行了噴丸工藝改善研究。結(jié)果表明:該彈簧實(shí)際工作時(shí)最大切應(yīng)力高于材料的許用切應(yīng)力,在循環(huán)載荷作用下安全系數(shù)不足,最終發(fā)生了疲勞斷裂；噴丸工藝可以提高彈簧的可靠性,采用0.2mm鋼球噴丸處理后的彈簧表面形貌最優(yōu)且疲勞壽命最高。

某型液壓泵上1cr18ni9不銹鋼柱塞彈簧在工作4h后斷裂成4段;采用宏觀分析、斷口微觀形貌分析、金相檢查、硬度和滲氮層厚度測量等手段對彈簧斷裂性質(zhì)和原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:彈簧斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂,斷裂起源于彈簧內(nèi)側(cè)的一表面軸向裂紋;該軸向裂紋產(chǎn)生于不銹鋼絲的拉拔過程中,在使用環(huán)境下發(fā)生應(yīng)力腐蝕,促進(jìn)了裂紋的擴(kuò)展,最終使彈簧在油壓循環(huán)應(yīng)力作用下發(fā)生疲勞斷裂。

采用體視檢測、顯微組織觀察、硬度測試、成分分析等分析方法,對氣門彈簧早期失效原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明,失效彈簧材料成分和組織基本符合55crsi鋼的技術(shù)要求,預(yù)先存在的裂紋是導(dǎo)致該批試樣提早失效的根本原因。

對某電廠汽輪機(jī)主汽門操縱座彈簧的斷裂失效進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:彈簧材料化學(xué)成分及組織都符合國家標(biāo)準(zhǔn);導(dǎo)致其早期疲勞斷裂的主要原因是彈簧表面的腐蝕坑;腐蝕坑是在彈簧使用前的放置過程中形成的;改善彈簧放置環(huán)境和縮短放置時(shí)間可以避免腐蝕坑的產(chǎn)生。

圖號 零件名稱 材料牌號 計(jì)算內(nèi)容 序號符號公式結(jié)果單位 1公稱壓力pn設(shè)計(jì)給定4mpa 3排放壓力pp設(shè)計(jì)給定5mpa 4閥門類型設(shè)計(jì)給定微啟式 5流道直徑d0設(shè)計(jì)給定12mm 6 密封面 寬度bm 設(shè)計(jì)給定1mm (微啟式)110.61 (帶雙調(diào)節(jié)圈全啟式) (帶反沖盤全啟式) (微啟式

本文以安全閥上常用的圓柱螺旋壓縮彈簧為研究對象,在分析彈簧應(yīng)力計(jì)算公式的基礎(chǔ)上,對比了國內(nèi)外安全閥彈簧的參數(shù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)一步探討了安全閥彈簧的應(yīng)力校核.

圖號 零件名稱 材料牌號 計(jì)算內(nèi)容 序號符號公式結(jié)果單位 1公稱壓力pn設(shè)計(jì)給定mpa 3排放壓力pp設(shè)計(jì)給定mpa 4閥門類型設(shè)計(jì)給定 5流道直徑d0設(shè)計(jì)給定mm 6 密封面 寬度bm 設(shè)計(jì)給定mm (微啟式) (帶雙調(diào)節(jié)圈全啟式) (帶反沖盤全啟式) (微啟式)

彈簧安全閥

安全閥是鍋爐、壓力容器的重要安全附件之一。安全閥的作用是當(dāng)鍋爐,壓力容器由于意外原因超壓時(shí)能夠及時(shí)開啟,排放泄壓,從而保證鍋爐、壓力容器安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)。沒有裝安全閥或安全閥失靈的鍋爐、壓力容器發(fā)生事故的例子很多。下面根據(jù)一些事故和故障的實(shí)例,簡單分析一下彈簧式安全閥(下稱安全閥)的常見故障的產(chǎn)生原因以及相應(yīng)的排除方法(包括預(yù)防措施)。

以先導(dǎo)閥彈簧的固有頻率最大和質(zhì)量最輕為目標(biāo),確定其設(shè)計(jì)的約束變量,建立先導(dǎo)閥彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,并用matlab語言進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)果表明,優(yōu)化后的彈簧各設(shè)計(jì)變量明顯優(yōu)于原設(shè)計(jì)。