摘要： 泄压阀在封闭系统的设备或管道上应用广泛，它可以保证设备和管道内介质工作于设定压力之下，保护设备和管道的安全。本文所设计的基于欧拉屈曲原理的细长杆泄压喷洒阀主要用于高压易燃易爆介质的密闭管道的泄压场合，它具有泄压功能的同时带有喷洒装置，可以在压力超过一定警戒值后通过喷洒液体或粉末，达到及时扑灭易燃易爆品的目的。

关键词：泄压阀  喷洒装置  欧拉屈曲  有限元分析

1导言

泄压阀主要安装于封闭系统的设备或管道上用于保护系统安全。当设备或管道内压力超过泄压阀设定压力时，即自动开启泄压，保证设备和管道内介质压力在设定压力之下，保护设备和管道，防止发生意外[1]。

泄压装置目前经常被使用的有爆破片式、弹簧式、爆破针型泄压蝶阀和先导式柱塞阀。爆破片式不能重复使用，质量不好时容易疲劳导致失效，更换比较麻烦;弹簧式泄压装置的载荷随阀瓣升高变化大，性能动作受高温影响大;爆破针型泄压蝶阀密封系统比较脆弱，容易导致泄漏，而且泄压触发机构过于复杂，精度不高，成本太大;先导式柱塞阀结构相当复杂，而且与主阀直接相连，有使用局限性，不适合高温和低压场合[2]。

本文所设计的基于欧拉屈曲原理的细长杆泄压喷洒阀主要用于高压易燃易爆介质的密闭管道的测压泄压场合，它带有喷洒装置，可以在压力超过一定值后通过喷洒出口喷洒液体或粉末，达到及时扑灭易燃易爆品的目的。

2泄压喷洒装置工作原理分析

2.1 泄压喷洒阀的结构

下图1所示为泄压喷洒阀的结构图，它主要由阀体零部件、喷洒液体（气体）进口和出口、阀连接进口和泄压出口、不锈钢细长杆铜丝组成。此种结构依靠细长杆式的欧拉屈曲原理对压力进行判断，它的调节精度高，不受外界环境的影响。细长杆材料选择软点金属材料，本文中选择304不锈钢铜丝。

2.2 欧拉屈曲原理

一个结构或构件要保证能正常工作，必须使其满足强度、刚度和稳定性三方面的要求。钢材受力后导致破坏的形式主要由两种， 塑性破坏和脆性破坏。塑性破坏也称为延性破坏：破坏前有很大的塑性变形和“缩颈”现象，破坏的断口常为杯形，破坏前有明显预兆;脆性破坏没有塑性变形或只有很小塑性变形即发生的破坏，断口平直，断面呈晶粒状，由于变形极小易造成突然破坏[3-4]。

弹性屈曲过程

下图3是细长杆处于受压的三个状态，即稳定平衡、随遇平衡和临界状态。图3（a）是直线稳定状态，即干扰力去除，恢复直线;图3（b）是微弯平衡状态，即干扰力去除，保持微弯;图3（c）是失稳状态，即干扰力去除，继续变形，直至倒塌。

2、欧拉屈曲

屈曲分析包括线性屈曲和非线性屈曲分析。线弹性失稳分析又称为特征值屈曲分析，线性屈曲分析可以考虑固定的预载荷。非线性屈曲分析包括几何非线性失稳分析，弹塑性失稳分析，非线性后屈曲分析。结构丧失稳定性称作结构屈曲或欧拉屈曲。理想轴向受压直杆的弹性弯曲屈曲：即假定压杆屈曲时不发生扭转，只是沿主轴弯曲[5-6]。

利用欧拉公式计算线弹性屈曲压杆稳定的欧拉临界临界应力：

其中 μl称为相当长度，表示不同压杆屈曲后，挠曲线上正弦半波的长度。

μ称为长度系数，反应不同支承的影响。

I：压杆在失稳方向横截面的惯性矩。

E：材料的弹性模量。

3细长杆临界应力分析

3.1 受力计算

某构件的受力可以简化为如图5所示模型，细长杆承受压力，两端铰支。已知杆的横截面为圆形，直径3mm，杆的长度为，使用材料为304不锈钢铜丝，弹性模量，则杆件的临界压力可如下方法计算。

3.2有限元受力分析

Solidworks Simulation是一款基于有限元技术的设计分析软件，它有不同的程序包以适应不同用户的需求，其中Solidworks SimulationXpress 能对带有简单载荷和支撑的零件进行静应力分析。下图6是细长杆一端固定，另一端施加6000KN力作用下的應力分布和位移变形的图解图，从图中可以看出细长杆的受力和位移已接近屈服状态。根据泄压喷洒阀的结构设计和受力分析，制作了实物样机，如上图2所示。

4结论

本文设计了基于欧拉屈曲原理的细长杆泄压喷洒阀，它可以用于高压易燃易爆介质的密闭管道的泄压场合。有别于市场上的普通泄压阀，它具有泄压功能的同时带有喷洒装置，可以在压力超过一定警戒值后通过喷洒液体或粉末，达到及时扑灭易燃易爆品的目的，在高压易燃易爆介质的管道传输中具有较高的应用价值。

参考文献

[1] 刘翌燕.先导式水击泄压阀动作原理和密封机理的分析[J]. 阀门， 2010 （4） ：24-27.

[2] 杨开林. 先导活塞式泄压阀的运动规律[J]. 水利学报， 2019，50（09）：1039-1051.

[3] 周耀辉.DANIEL氮气式水击泄压阀的安装和功能维护[J]. 油气储运，2011 ， 30 （3） ：227-230.

[4] 王军防. 氮气式水击泄压阀试验平台设计和试验研究[J]. 流体机械，2021，49（04）：42-47.

[5] 崔海莉，钱国梁，王群雁.试论输油管道先导式轴流泄压阀渗漏的主要因素及解决方法[J].内蒙古石油化工，2012 （13）：39-40.

[6] 韩凤霞. 电磁比例泄压阀的结构设计与性能测试[J]. 机床与液压，2014，42（12）：73-77+89.

作者简介：

林玉霞，1983年4月，女，汉族，山东德州人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：机械结构设计，有限元受力分析等。

刘媛媛，1983年11月生，女，汉族，山东滨州人，博士研究生，副教授，研究方向：机械结构优化设计，机电设备控制技术等。

基金资助：江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师资助项目（2021），江苏省职业院校青年教师企业实践资助项目（2021QYSJ075）。