安全阀

最早和最简单的安全阀用于1679年的蒸汽蒸煮器，并利用重量来保持蒸汽压力（这种设计仍然普遍用于压力锅）；然而，这些很容易被阻塞或意外泄漏。在斯托克顿和达林顿铁路上，当发动机在轨道上发生撞击时，安全阀往往会爆炸。对突然加速不太敏感的阀门使用弹簧来控制蒸汽压力，但是这些（基于索尔特（Salter）弹簧平衡）仍然可以拧紧以增加压力，使其超过设计极限。这种危险的做法有时被用来略微提高蒸汽机的性能。1856年，约翰·兰斯巴腾（John Ramsbottom）发明了一种防阻塞弹簧安全阀，在铁路上得到普及。拉姆斯博顿（Ramsbottom）阀门由两个插塞式阀门组成，这两个阀门通过一个装有弹簧的枢转臂相互连接，在枢轴的两侧各有一个阀门元件。为了增加其中一个阀门的工作压力而对进行的任何调整，都会导致另一个阀门从其阀座上抬起。臂上的枢轴点在阀门之间不是对称的，所以弹簧的任何拧紧都会导致其中一个阀门提升。只有通过移动和拆卸整个阀门组件，才能调节其工作压力，使得机车乘务员不可能临时“系紧”阀门以寻求更大的动力。枢转臂通常延伸成手柄形状，并反馈到机车驾驶室中，允许工作人员将两个阀门从座位上“摇动”，以确认它们设置和操作正确。

安全阀也不断发展，以保护压力容器（无论是否燃烧）和热交换器等设备。术语安全阀应限于可压缩流体应用（气体、蒸汽或蒸汽）。

工业中常用的两种保护机制是热保护和流量保护。

对于液体填充容器，热减压阀通常具有相对较小的尺寸，这是防止热膨胀引起的过压所必需的。在这种情况下，小阀就足够了，因为大多数液体几乎是不可压缩的，所以通过减压阀排放的相对少量的流体将利于压力显著降低。

流量保护的特点是其安全阀比用于热保护的安全阀尺寸大得多。它们的尺寸设计通常是在快速排放大量气体或大量液体的情况下为了保护容器或管道的完整性。这种保护也可以通过安装高完整性压力保护系统（HIPPS）来实现。

在石油炼制、石化、化工制造、天然气加工、发电、食品、饮料、化妆品和制药行业中，安全阀一词与泄压阀（PRV）、压力安全阀（PSV）和减压阀相关联。通用术语是泄压阀（PRV）或压力安全阀。与很多人想法不同，泄压阀和压力安全阀并不是一回事；不同之处在于压力安全阀有一个手动杠杆，在紧急情况下可以打开阀门。

• 减压阀（RV）：由充液容器中的静压驱动的自动系统。它的特点是随着所需压力的增加而成比例地打开。
• 安全阀（SV）：释放气体静压的自动系统。它通常会完全打开时并伴有爆裂声。
• 安全减压阀（SRV）：一种通过气体和液体上的静压进行泄压的自动系统。^[2]
• 先导式安全减压阀（POSRV）：根据导向器的远程命令来泄压的自动系统，该系统携带静压（来自要保护的设备）。
• 低压安全阀（LPSV）：释放气体静压的自动系统。当容器压力和周围大气压力之间的差异很小时使用。
• 真空压力安全阀（VPSV）：释放气体静压的自动系统。当容器压力和环境压力之间的压差小、负向且接近大气压力时使用。
• 低压真空安全阀（LVPSV）：释放气体静压的自动系统。当压差小、负向或正向且接近大气压时使用。

RV、SV和SRV是由弹簧驱动的（等同于弹簧加载）。LPSV和VPSV是由弹簧驱动或加载负重的。

在大多数国家，法律要求工业部门使用安全阀保护压力容器和其他设备。此外，在大多数国家，必须遵守设备设计规范，如ASME（美国机械工程师学会）、API（美国石油学会）和其他像ISO（国际标准化组织）的组织（国际标准化组织4126）提供的规范。这些规范包括减压阀的设计标准和公司工程师拆除阀门后定期检查和测试的时间表。^[3][4]

今天，食品、饮料、化妆品、药品和精细化工行业需要卫生的安全阀，完全可排放且就地清洁。大多数由不锈钢制成；美国和欧洲的EHEDG（欧洲卫生工程设计组织）的卫生标准主要是3A。

4.1 自重杠杆阀

第一个安全阀是丹尼斯·帕宾（Denis Papin）为他的蒸汽蒸煮器发明的，蒸煮器是早期的高压锅，而不是发动机。^[5]重物通过杠杆作用压住蒸汽容器中的圆形旋塞阀。如果使用“杆秤”式杠杆，那么需要较小质量的重物，同时可以通过沿杠杆臂来回滑动相同的重量来调节压力。帕潘（Papin）为他的1707蒸汽泵保留了同样的设计。^[6][7] 早期安全阀被认为是工程师的控制装置之一，并且根据发动机的负荷，需要持续关注。1803年，在格林威治发生的一次著名的爆炸中，特里维西克的一台高压固定式发动机发生了爆炸，原因是当时那个接受过操作发动机训练的男孩没有先将安全阀从工作负荷中释放出来，就离开发动机去河里抓鳗鱼。^[8]到1806年，特里维西克已经安装了成对的安全阀，其中外部阀门用于操作员调节和内部阀门用固定重量密封在锅炉内部。内部阀门是不可调整的，为了保证安全在更高的压力下才可以释放。^[9]

当在机车上使用时，这些阀门会嘎嘎作响并泄漏，释放出近乎连续的废蒸汽。

直动式自重阀

尽管杠杆安全阀很方便，但它对蒸汽机车的运动过于敏感。因此，早期的蒸汽机车采用了更简单的重量排列，直接将重量堆叠在阀门上。这种方式需要较小的阀门面积，以保持重量可控，但是有时被证明不足以排出无人值守锅炉的压力而导致爆炸。还有一个更大的危险是这种阀门容易被栓住，从而增加发动机的压力和功率，进而增加爆炸的风险。^[8]

尽管自重安全阀在蒸汽机车上的使用寿命很短，但只要蒸汽动力保持不变，它们就能在固定式锅炉上使用。^[10]

4.2 直接弹簧阀

加重阀对早期机车颠簸行驶时的弹跳很敏感。一种解决方案是使用轻质弹簧来代替重物。这是蒂莫西·哈克沃斯（Timothy Hackworth）在他1828年的皇家乔治勋章上的发明。^[11]由于当时冶金技术有限，哈克沃斯的第一批弹簧阀像手风琴一样将多层簧片叠加。^[12]

机车行星（1830），带有黄铜外壳的直接弹簧阀

这些直接作用弹簧阀可以通过拧紧固定弹簧的螺母来调节。为了避免移动，它们通常被包裹在高黄铜外壳中，这也将蒸汽从机车组中排出。

4.3 索尔特弹簧平衡阀

索尔特弹簧秤

用于称重的索尔特螺旋弹簧秤最早于1770年在英国制造。^[13]这种方法使用新开发的弹簧钢将一个弹性强且紧凑的弹簧制成一个整体。再通过使用杠杆机构，这种弹簧秤可以应用于锅炉安全阀这种有相当大的力的情形中。

弹簧平衡阀也可以作为压力表使用。这种压力表非常有用，因为以前的压力表是笨重的水银压力计，布尔登压力表还没有发明出来。^[14]

可锁定阀门

菲尼克斯（Phoenix）（1840年），配有两套索尔特弹簧平衡阀

消防员栓住安全阀时的风险依然存在。^[13][13] 这是因为他们安装了容易调节的蝶形螺母，通过安全阀调节锅炉工作压力的做法直到19世纪50年代才被接受。^[13][13] 后来索尔特阀门通常成对安装，一个阀门可调，用作仪表进行校准，另一个密封在锁定的盖子内，以防移动。

成对弹簧平衡阀

米德兰旋转器，显示圆顶后面成对的弹簧平衡安全阀

成对的阀门也经常根据不同的压力进行尺寸调整，进行控制检测时需要一个尺寸小的阀门，而用来锁定的阀门做得更大，并始终设定较高的压力，作为保护措施。^[11][13] 有些设计，例如辛克莱（Sinclair ）在1859年为东部县铁路设计的一种，阀弹簧在圆顶后面，面向腔室，并且锁定阀在圆顶前面，不受干扰。^[15]

4.4 拉姆伯特安全阀

1855年，后来担任LNWR机车主管的拉姆伯特（John Ramsbottom）描述了一种新型安全阀，旨在提高可靠性，尤其是防止被移动。这种安全阀使用了一对旋塞阀，它们之间有一个中心弹簧并由一个普通的弹簧杠杆压住。这种杠杆特点是向后延伸，在早期机车上经常伸入腔室。拉姆伯特阀门并没有阻止消防员使用弹簧杆，而是鼓励了这一点。交替摇动杠杆释放阀门，检查阀门是否卡在阀座上。^[16]那么消防员压低操纵杆，加大后阀上的力，前阀上的力也会相应减小。^[11][13]

各种形式的拉姆伯特阀得以生产。有些是锅炉的独立配件，通过独立贯穿进行安装。^[13]其他的被装在固定在锅炉壳体的单个开口处的U形外壳里。随着锅炉直径的增加，一些装置甚至安装在锅炉外壳内部，弹簧容纳在内部的凹槽中，只有阀门和平衡杆突出到外部。^[13]这些都有易于维护的明显缺点。

GB 1299 1299：1855年6月7日：安全阀，蒸汽锅炉的进料装置。

拉姆伯特型阀门的一个缺点是它的复杂性。弹簧和阀门之间的连杆维护不当或装配不当可能导致阀门在压力下无法正确打开。阀门可能会靠在阀座上无法打开，或者更糟的是，阀门可以打开，但不能以足够的速度排出蒸汽，而这种故障难以被察觉。^[13]正是这种错误组装导致了1909年里斯姆尼铁路卡迪夫的致命锅炉爆炸，尽管锅炉几乎是新的，只使用了8个月。^[13]

奈洛尔阀门是在1866年左右引进的。曲拐装置减小了弹簧的应变（伸长百分比），从而保持更恒定的力。它们被 L&Y 或 NER使用。^[17]

4.5 “波普”阀

所有前面的安全阀设计都是逐渐打开的，当它们接近“吹气”时，即使低于压力，也会有泄漏蒸汽“羽毛”的趋势。当它们打开时，起初也是部分打开，直到锅炉完全超压后才快速排出蒸汽。^[11]

快速开启的“波普”阀就是解决这个问题的办法。这种阀门的结构很简单：现有的圆形旋塞阀被改为倒置的“顶帽”形状，具有扩大的上直径。他们安装在两个匹配直径的阶梯式阀座上。当阀门关闭时，蒸汽压力只作用在顶帽的帽冠上，并与弹簧力平衡。一旦阀门稍微打开一点，蒸汽就可以通过较低的阀座，并开始作用于较大的边缘。这个更大的区域超过了弹簧力，阀门“砰”的一声完全打开。在这个较大直径上逸出的蒸汽也保持阀门打开，直到压力下降到低于最初打开时的压力，因此产生滞后现象。^[11]

这些阀门与点火行为的变化相吻合。消防队员现在不再总是在阀门上展示羽毛来展示他们的男子气概，而是努力避免嘈杂的爆炸声，尤其是在车站周围或一个中心车站的大屋顶下。这主要是在站长的要求下进行的，但是消防队员也意识到，任何通过一个爆裂阀喷出的气体都会浪费几磅锅炉压力；估计损失了20磅/平方英寸，相当于16磅或更多的煤。^[11]

波普阀门源自亚当斯（Adams）1873年的专利设计，带有一个延伸的唇缘。罗斯（Ross）的阀门在1902年和1904年获得专利。它们起初在美国更受欢迎，但从20世纪20年代开始得到广泛传播。^[15]

自斯蒂芬森（Stephenson）时代以来，尽管安全阀上艳丽的抛光黄铜盖一直是蒸汽机车的一个特征，但唯一将这一传统延续到安全阀时代的铁路是GWR，其拥有独特的锥形黄铜安全阀阀盖和铜盖烟囱。

4.6 船用和考克伯恩高升程安全阀

船用高压水管锅炉的发展对安全阀提出了更高的要求。需要更大容量的阀门来安全排放这些大型锅炉的高蒸汽。^[18]随着作用在阀门上的力的增加，弹簧刚度随着载荷的增加而增加的问题（像奈洛尔阀门）变得更加关键。^[19]对于高压锅炉来说，减少阀门顺流变得更加重要，因为这既意味着蒸馏水的损失，也意味着阀座的冲刷，从而导致磨损。^[18]

高升程安全阀是直接加载弹簧类型，虽然弹簧不直接作用在阀门上，而是作用在导杆阀杆上。阀门在阀杆底部的下方，弹簧放在高于阀杆一定高度的法兰上。阀门本身和弹簧座之间增加的空间允许阀门升得更高，更远离阀座。这使得通过阀门的蒸汽流量相当于普通阀门的1.5倍或2倍大（取决于详细设计）。^[19]

考克伯恩（Cockburn ）改进的高升程设计与罗斯（Ross ）波普型阀门具有相似的特点。蒸汽在排出时被部分截留，并作用在弹簧座的底部，增加阀门上的提升力，并保持阀门进一步打开。^[19]

为了优化通过给定直径阀门的流量，采用全孔设计。这有一个伺服作用，蒸汽可以通过一个狭窄的控制通道，尽管它通过一个小的控制阀。然后，蒸汽不会被排出，而是被传递到用于打开主阀的活塞。^[18]

有些安全阀称为压力安全阀（PSV），可以连接到压力表上（通常带有1/2英寸的平衡压力管接头）。这允许施加压力阻力来限制施加在表管上的压力，从而防止过压。注入压力表的物质，如果压力过大，将通过安全阀中的管道转移，并从压力表上移走。

第46229号蒸汽机车，汉密尔顿公爵夫人（Duchess of Hamilton）在拖走威尔士马切·普尔曼包车后提起锅炉安全阀。

安全阀种类繁多，在不同领域有许多不同的应用和性能标准。此外，许多种类的安全阀都制定了国家标准。

5.1 美国

• ASME（美国机械工程师学会）蒸汽和压力容器规范，第一节
• ASME（美国机械工程师学会）蒸汽和压力容器规范，第八节，第1部分
• API（美国石油学会）推荐规程520和美国石油学会标准526，美国石油学会标准2000（低压储罐）

5.2 欧盟

欧洲标准蒸汽安全阀

• ISO（国际标准化组织）4126（与欧盟指令一致）^[20]
• EN 764-7（前CEN标准，与欧盟指令一致，被欧洲标准4126-1取代）
• 阿德·梅尔布拉特（AD Merkblatt）（德语）
• PED 97/23/CE（压力设备指令-欧洲联盟）^[21]

热水器上的温度和压力安全阀。

热水器上需要安全阀，当恒温器发生故障时，安全阀可以在某些配置中防止灾难。缺少这种设备的旧热水器偶尔会出现巨大的故障。其爆炸的力量可以夷平房屋。^[22]

压力锅是一种带耐压盖的锅。在压力下烹饪可以使温度上升到水的正常沸点以上（海平面100摄氏度），这加快了烹饪速度，使烹饪更加彻底。

压力锅通常有两个安全阀来防止爆炸。在旧的设计中，一个是上面带有重物的喷嘴；另一个是密封的橡胶垫圈，如果第一个阀门被堵塞，它会在受控爆炸中弹出。在新一代压力锅上，如果蒸汽出口被堵塞，安全弹簧将弹出多余的压力，如果压力没有弹出，垫圈将膨胀并释放盖子和锅之间向下释放多余的压力。此外，新一代压力锅有一个安全联锁装置，当内部压力超过大气压力时锁定盖子，以防止由于非常热的蒸汽、食物和液体的突然释放而发生事故，当锅内部仍有轻微压力时，如果盖子被移开，就会发生这种事故（然而，当锅仍有压力时，盖子不可能打开）。

安全阀一词也被隐喻地使用。

1. See Young's modulus