③ 背壓試驗。安全閥的出口背壓時其性能有較大影響。較高的被壓會影響到安全閥的動作性能及其排量。安全閥背壓試驗系統(tǒng)如圖 1-9 所示。
圖 1-9 安全閥背壓試驗系統(tǒng)圖 1-9 安全閥背壓試驗系統(tǒng)
背壓通過背壓發(fā)生器產(chǎn)生，調(diào)節(jié)背壓主要是通過改變背壓器中背壓調(diào)節(jié)器孔板尺寸來調(diào)節(jié)發(fā)生閥出口排放背壓。通過背壓試驗，得出兩點(diǎn)經(jīng)驗：a.排放背壓存在臨界值，超過允許值后，會導(dǎo)致安全閥機(jī)械性能遭到破壞，引起安全閥顫振等現(xiàn)象，排放過程不穩(wěn)定。b.安全閥開啟高度隨排放背壓的升高而減少，排放背壓的存在，引起開啟高度的降低，導(dǎo)致安全閥的實際排量降低。
2）流場仿真：雖然借助于先進(jìn)的性能試驗裝置，在安全閥動作特性和排量等方面上獲得了許多成果，然而試驗研究卻存在著投入大、周期長、方法有局限的問題。所以將計算流體力學(xué)（CFD）應(yīng)用到安全閥的基礎(chǔ)理論研究中。利用計算流體力學(xué)軟件，建立了一些安全閥內(nèi)部流場的三維模型。經(jīng)過試驗驗證，這些模型具有足夠的精度和可靠性，完全可以用于工程研究，其中兩個算例所得到的排量數(shù)值與試驗數(shù)據(jù)的對比見表 1-9。
表 1-9 計算排量數(shù)值預(yù)試驗數(shù)據(jù)的對比
序號 規(guī)格 實測排量/（kg/h） 計算排量/（kg/h） 計算值與試驗值相差百分比（%）
1 2J3 4756.1 4795.9 0.84
2 II/2h4 4987.67 5030.1 0.85
通過對安全閥內(nèi)部流場研究，對安全閥的內(nèi)部流動有了全新的認(rèn)識。在安全閥整個流道中，發(fā)作的喉部是最小的幾何流通截面。所以在安全閥的工程計算和設(shè)計過程中，這個流道面積就被假設(shè)為整個流道中的實際最小氣動流通面積，如果該流場處于臨界或超臨界流動狀態(tài)，則在閥座喉部處達(dá)到音速。
以往通過試驗方法，已經(jīng)證實這個假設(shè)存在問題，安全閥的臨界界面不在閥座喉部，而是在其下游。但是究竟是什么樣的流場形態(tài)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的機(jī)理是什么，這些試驗很難解答的問題若通過流場仿真就可以很容易地解答。
圖 1-10 為某規(guī)格安全閥內(nèi)部流場中音速和超音速區(qū)域的馬赫數(shù)等值線圖。從圖中可以看出，介質(zhì)在閥座喉部的流動是亞聲速的，實際的氣動臨界截面位于閥座與閥瓣之間形成的圓柱側(cè)面上。
圖 1-10 安全閥內(nèi)部流場中的馬赫數(shù)等值線圖
圖 1-10 安全閥內(nèi)部流場中的馬赫數(shù)等值線圖
（4）結(jié)語
由于 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥與 JB 安全法相比，具有顯著的特點(diǎn)和先進(jìn)性。因而近年來，API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥在我國得到越來越廣泛的應(yīng)用。從目前現(xiàn)狀分析，提出幾點(diǎn)建議：
1）安全法制造廠、檢驗單位以及使用部門需全面、完整地了解、熟悉和掌握 API 標(biāo)準(zhǔn)（ASME 規(guī)范）相關(guān)內(nèi)容和要求。
