Основы функционирования пружинного предохранительного клапана

Клапан закрыт
В пружинном предохранительном клапане прямого действия усилие, направленное на  его закрытие, создается сжатием винтовой пружины. Степень сжатия пружины настраивается регулировочным винтом. Усилие пружины передается через шпиндель на диск. Диск уплотняет сопло до тех пор, пока сила пружины больше силы, создаваемой давлением рабочей среды на входе в клапан. На рисунке показана увеличено область сопла и диска предохранительного клапана и силы, действующие на диск.

Открытие клапана
В аварийной ситуации предохранительный клапан открывается при заданном установочном давлении (set pressure). Сила сжатой пружины Fs действует в направлении закрытия, а сила  Fp, создаваемая давлением рабочей среды на входе в клапан, действует в направлении открытия. При установочном давлении силы Fs и Fp уравновешиваются. Более нет результирующей силы, которая бы удерживала диск на седле. Предохранительный клапан начинает визуально (в виде первых сочащихся капель) или "на слух"  пропускать рабочую среду (вы услышите первый звук).

Давление перед клапаном должно увеличиться выше установочного давления, прежде чем предохранительный клапан достигнет заметного подъема. В результате ограничения потока между диском и регулировочным кольцом во входной камере накапливается давление. Давление теперь действует на увеличенную область диска. Это увеличивает силу Fp так, что развивается дополнительное усилие, необходимое для дальнейшего сжатия пружины. Клапан быстро открывается с характерным "хлопком", в большинстве случаев до полного подъема штока клапана. Избыточное давление - это увеличение давления выше установочного давления, необходимое для того, чтобы предохранительный клапан достиг полного подъема и производительности. Избыточное давление обычно выражается в процентах от установочного давления. Коды и стандарты предусматривают ограничения для максимального избыточного давления. Типичное значение - 10%, колеблющееся от 3% до 21% в зависимости от кода и применения.

Функциональная диаграмма
На следующей диаграмме показана типичная функциональная кривая работы пружинного предохранительного клапана.

Работа предохранительного клапана серии 526 по стандарту API с регулировочным кольцом и установочным давлением, определяемым по первому звуку пропуска рабочей среды.

Важно понимать, что рабочее давление в защищенном оборудовании должно оставаться ниже давления обратной посадки клапана. Большинство производителей, а также нормы и стандарты рекомендуют разницу в 3 - 5% между давлением обратной посадки и максимально допустимым рабочим давлением, чтобы обеспечить надлежащую посадку клапана и достижение хорошей герметичности седла вновь.