高溫閥門設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù)微探

王錫忠

摘要：近幾年，高溫閥門在設(shè)計(jì)方面取得新突破，并得到廣泛運(yùn)用。所以對(duì)高溫閥門設(shè)計(jì)技術(shù)加以探究具有一定必要性。在長時(shí)間的高溫工作中，會(huì)影響金屬材料的各方面性能，如機(jī)械和物理性能等，在設(shè)計(jì)高溫閥門時(shí)，首先要選擇合適的材料，然后著重觀察是否受高溫影響。本文表明材料選擇，其次分析了高溫閥門設(shè)計(jì)中的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，然后就高溫閥門的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，希望給業(yè)內(nèi)人員提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：高溫閥門設(shè)計(jì);材料;技術(shù)

0? 引言

閥門是流體控制設(shè)備中最為關(guān)鍵的部分，發(fā)揮出了核心效用。在科技進(jìn)步下，我國各個(gè)領(lǐng)域都取得相應(yīng)突破，特別是汽車行業(yè)，對(duì)高溫閥門的需求更大，對(duì)其要求也越高，因此，近幾年，高溫閥門設(shè)計(jì)一直在持續(xù)創(chuàng)新中。對(duì)于高溫閥門設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，業(yè)內(nèi)人士放在了既能滿足需求同時(shí)也能保障安全方面。因此，筆者根據(jù)具體的高溫閥門設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)展開了探究，希望高溫閥門設(shè)計(jì)技術(shù)取得更大突破，獲得更好發(fā)展。

1? 高溫閥門材料選擇

在選擇高溫閥門材料時(shí)，需分開來選擇。首先是選擇閥體材料方面，在高溫情況或是一些介質(zhì)的腐蝕下，對(duì)材料選擇都會(huì)帶來一些影響。閥門基本上都是在高溫情況下使用的，所以在選擇閥體材料時(shí)，應(yīng)選擇質(zhì)量、性能好的金鋼、碳素鋼、不銹鋼等材料。也只有運(yùn)用此類材料，才能確保在較長時(shí)間內(nèi)，閥門所處高溫環(huán)境，也能正常開展工作。然后是選擇閥內(nèi)件材料方面，在這一方面首選要考慮熱膨脹系數(shù)，之后與高溫情況下其他部件的抗擦傷性相結(jié)合，從而選擇合適的閥內(nèi)件材料。一般情況下，都是選用的316不銹鋼材料，提高閥內(nèi)件的抗磨損性和氣蝕性。需要注意的是，在選擇閥內(nèi)件材料時(shí)，必須要根據(jù)實(shí)際來進(jìn)行，從而選擇合適的滿足需求的材料。[1]

在高溫閥門設(shè)計(jì)工作中，首先要保證的就是合適材料。只有適合的材料才能保證完全適應(yīng)高溫工作，并且一定程度上延長使用壽命。閥門在工作時(shí)，溫度會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定影響。所以，在設(shè)計(jì)閥門時(shí)，要將溫度考慮進(jìn)去。當(dāng)溫度高于280℃時(shí)，閥蓋結(jié)構(gòu)可運(yùn)用加長低溫型的，由此確保填料在溫度較低的環(huán)境下工作;當(dāng)溫度高于350℃時(shí)，需要將運(yùn)動(dòng)部件的空隙加大，從容保證密封副閥門硬度較高;當(dāng)溫度高于450℃時(shí)，需要封焊密封環(huán)，從而減少松動(dòng)，避免發(fā)生泄漏。

2? 高溫閥門設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)

高溫閥門設(shè)計(jì)是一種高科技的體現(xiàn)，也是為了更好的控制熱量的傳播，只有采用適合的材料，控制膨脹量等才可以讓其作用發(fā)揮到最大，從而降低危險(xiǎn)系數(shù)，提高使用價(jià)值，本文對(duì)此展開研究，對(duì)其中幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析，希望能給高溫閥門設(shè)計(jì)提供一些借鑒。

2.1 熱膨脹量

閥門零部件承受的熱載、材料熱膨脹技術(shù)是造成熱膨脹量存在差異的基本因素。所以，在設(shè)計(jì)高溫閥門時(shí)，一定要充分考慮這些因素。為保證閥芯溫度最快時(shí)間內(nèi)和管線流體溫度相互符合，可將高溫?zé)崃黧w導(dǎo)入溫度低的閥門中，從而實(shí)現(xiàn)閥桿對(duì)閥芯進(jìn)行散熱。閥芯的散熱要求同閥座互不相同，所以膨脹量也存在差異性，即便同時(shí)加熱，最終的膨脹量也大不相同。所以，在明確閥門部件的空隙情況下，要增加空隙范圍，保證高溫情況下，閥門部件不會(huì)存在卡死或擦傷等問題，從而有效避免或是減少溫度問題而導(dǎo)致的損傷。[2]不過，在增加空隙時(shí)也要適情況而定，不要過大，具體可結(jié)合材料的應(yīng)力、熱膨脹系數(shù)和使用情況決定。

2.2 熱交變

閥門零部件在相互作用下，介質(zhì)熱變性也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。比如，隨著介質(zhì)熱變性的改變，導(dǎo)向套同閥座之間的鏈接或許會(huì)發(fā)生松動(dòng)，而失去原有的密封效果。因此，在設(shè)計(jì)高溫閥門時(shí)，需要將支撐件和閥座相連接的部位焊接起來，具體可采用縫焊或上點(diǎn)焊的方式，從而保證密封性。此外，大口徑閥門的閥座要使用堆焊的方法焊接，避免閥門部件同介質(zhì)存在太多碰撞，而受交變應(yīng)力影響，造成疲勞性，更甚是失去作用。除此之外，設(shè)計(jì)高溫閥門時(shí)候，需要足夠考慮到熱交變這一情況下，彈性閥座結(jié)構(gòu)的選擇。只有充分考慮此因素，才能從根源上縮減在設(shè)計(jì)高溫閥門時(shí)，熱交變對(duì)其影響，盡可能避免損傷，延長閥門壽命。

2.3 擦傷問題

一些外界環(huán)境很容易對(duì)閥門帶來影響，另外，若材料的相互作用不恰當(dāng)，擦傷問題很容易出現(xiàn)。比如，在管路系統(tǒng)中，時(shí)常會(huì)發(fā)生閥芯與閥座之間的擦傷，這主要是因?yàn)榛烊肓溯^大的硬粒子，并且在振動(dòng)沖擊作用下也會(huì)有不好影響，從而產(chǎn)生擦傷。所以，為了減少閥門部件在運(yùn)行中，可能會(huì)出現(xiàn)的擦傷情況，需要合理選擇密封副材料，并要考慮其硬度與強(qiáng)度的是否匹配，必須在合理的匹配范圍內(nèi)才能減少擦傷情況。

2.4 材料機(jī)械性能

高溫環(huán)境下，材料機(jī)械性能會(huì)發(fā)生兩方面變化。一方面是改變強(qiáng)度，另一方面是改變本身形狀。另外，當(dāng)溫度在一定范圍下變化時(shí)候，材料硬度也會(huì)隨之波動(dòng)。材料硬度對(duì)閥門密封性有一定影響，甚至還會(huì)影響最終的使用壽命。當(dāng)閥門溫度高于450℃時(shí)，需要充分考慮在此情況下，閥門零部件除了會(huì)發(fā)生彈性形變以外，還會(huì)發(fā)生的其他情況，比如材料蠕變性越來越差，最終發(fā)生斷裂的情況等。當(dāng)溫度不變時(shí)，應(yīng)力大的蠕變速率大;當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)，溫度低的蠕變速率小?？傊谕环N材料下，溫度和應(yīng)力對(duì)蠕變速率起到了共同作用。

3? 高溫閥門設(shè)計(jì)分析

高溫閥門設(shè)計(jì)是新時(shí)代科技創(chuàng)新的需求，也是流體控制設(shè)備中最為關(guān)鍵的部分，其作用與價(jià)值不可忽視。但是高溫閥門設(shè)計(jì)要求也比較高，隨著需求不斷變化，其也要進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)創(chuàng)新改革，下面則分析幾種設(shè)計(jì)，希望對(duì)高溫閥門設(shè)計(jì)技術(shù)的突破提供一些思路。

3.1 殼體壁厚設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)高溫閥門時(shí)主要分為四部分，首先是設(shè)計(jì)殼體，其次是設(shè)計(jì)中部密封結(jié)構(gòu)，然后是設(shè)計(jì)密封副，最后連接高溫螺栓。在設(shè)計(jì)高溫閥門的殼體工作時(shí)候，閥門在實(shí)際工作狀態(tài)下，所承受的最大壓力值，相關(guān)設(shè)計(jì)人員一定要充分考慮，并且閥門最大壓力值可直接設(shè)計(jì)成殼體耐壓額定值。由此確保殼體合理性、科學(xué)性的設(shè)計(jì)。[3]

3.2 中部密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)高溫閥門的中部密封結(jié)構(gòu)時(shí)，主要分為伍德密封、強(qiáng)制密封兩點(diǎn)內(nèi)容。強(qiáng)制密封結(jié)構(gòu)（如圖1所示）的設(shè)計(jì)遵循以下原理：首先擰緊法蘭螺栓，讓密封墊形成壓力，并且對(duì)墊片預(yù)緊有壓縮性，之后填充密封結(jié)構(gòu)中的縫隙。

伍德密封主要由閥體、支承環(huán)、四開環(huán)、密封墊、浮動(dòng)蓋、密封環(huán)等構(gòu)成（具體結(jié)構(gòu)如圖2所示）。在加大壓力之前，操作人員要擰緊螺栓，并上移浮動(dòng)蓋，確保閥蓋和楔形墊產(chǎn)生密封力。在給密封件施加壓力時(shí)，閥蓋會(huì)向上移動(dòng)，在這種情況下，密封力也會(huì)雖壓力增加而加大，從而實(shí)現(xiàn)密封效果。

3.3 密封副設(shè)計(jì)

在閥體和密封件相連接處，需提高密封結(jié)構(gòu)必須要達(dá)到的相關(guān)要求，具體的可通過處理堆焊硬質(zhì)合金來實(shí)現(xiàn)。其中，設(shè)計(jì)密封環(huán)，是為確保使用性能，相關(guān)設(shè)計(jì)工作者可通過外圓柱面加工的方式，且事先保留環(huán)狀溝槽，從而便于日后使用，不銹耐酸鋼可用作內(nèi)表面的材料。浮動(dòng)閥蓋堆面角度要設(shè)計(jì)成28°，保證其與密封環(huán)處于線接觸情況下，防止密封環(huán)發(fā)生泄漏情況。另外，密封環(huán)在工作時(shí)，其表面硬度不能高于閥體同閥蓋所產(chǎn)生接觸面的硬度，由此來保證強(qiáng)度、塑性變形的要求。在設(shè)計(jì)閥座時(shí)，對(duì)其密封面也要采用司太立堆焊處理，由此確保密封面的使用功能特性和強(qiáng)度要求。在設(shè)計(jì)填料部分時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要適當(dāng)提升填料，可運(yùn)用英柯鎳來實(shí)現(xiàn)。

3.4 高溫螺栓連接

高溫閥門基本上都是在高溫情況下運(yùn)行的，閥門螺栓自然也是如此?；诖耍嚓P(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)螺栓連接工作時(shí)，需要充分考慮兩方面內(nèi)容，分別是螺栓在性能上發(fā)生的變化、力量緩和情況等。在這樣的情況下，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可具體從以下方面來開展設(shè)計(jì)工作。[4]首先，在螺旋運(yùn)行的情況下，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要保證不會(huì)存在螺紋咬死這一現(xiàn)象。然后，結(jié)合螺栓所處環(huán)境的特殊性，在設(shè)計(jì)時(shí)，最好選用粗牙螺紋，并且牙型上的空隙也要加大。最后，為了防止螺栓在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)出現(xiàn)力量放松緩和這一情況，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中，要確保剩余預(yù)緊力遠(yuǎn)大于實(shí)際需求，由此保證螺栓連接的安穩(wěn)牢固性。

4? 結(jié)束語

總之，在工業(yè)化發(fā)展下，各領(lǐng)域?qū)Ω邷亻y門的需求也持續(xù)加大，并且對(duì)高溫閥門技術(shù)提出了更好要求。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要在當(dāng)前技術(shù)的基礎(chǔ)下持續(xù)改進(jìn)創(chuàng)新，由此提高高溫閥門的設(shè)計(jì)質(zhì)量，使高溫閥門在具體運(yùn)行中，發(fā)揮有效的密封效果，并減少熱交變、擦傷問題對(duì)高溫閥門的質(zhì)量，提升其使用壽命，最終給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)更好發(fā)展。

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