有關(guān)高溫閥門設(shè)計的主要技術(shù)分析

焦子婕

武漢鍋爐集團閥門有限責(zé)任公司 湖北武漢 430000

閥門是流體的控制系統(tǒng)里不能缺少的組件，在全部介質(zhì)控制中有著相當(dāng)關(guān)鍵的作用。隨著現(xiàn)代科技飛速發(fā)展，我國在不同的行業(yè)都獲得了很大的進步和突破，對各個行業(yè)的要求也不斷提高。同樣對高溫閥門的需求也變得越來越多，而且對高溫閥門設(shè)計上的要求也變得越來越高。

1 影響高溫閥門設(shè)計的因素

1.1 熱膨脹的問題

材料的熱膨脹系數(shù)以及零件承受熱載的差別等條件是直接導(dǎo)致熱漲量差別的主要因素。而高溫閥門內(nèi)所流通的高溫介質(zhì)，也經(jīng)常會有氣液兩相的情況。因此，在進行高溫閥門設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)將這些因素的影響都充分考慮。例如用于高溫蒸汽的閘閥，整體水壓試驗結(jié)束后，系統(tǒng)開始升溫，若此時閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，閥門中腔有水壓試驗時的水殘留，隨著溫度升高，水逐漸汽化，而由于閥體、閥座的散熱條件與閥芯不同，其膨脹量也有差別，雖然是同時加熱，但是最后的膨脹量等性能卻有所不同，使閥門由原來的單項密封變?yōu)殡p向密封，因中腔介質(zhì)體積膨脹，壓力升高，導(dǎo)致中腔憋壓。為了使發(fā)生這種情況時中腔可以泄壓，可以通過將中腔高溫氣體導(dǎo)入閥門支管出口側(cè)，防止執(zhí)行器強行將閥門打開時拉斷閥桿。并且在對閥門零件之間的間隙進行確定時，需要將其范圍增大，以此確保在高溫條件下，防止零件之間產(chǎn)生卡死或者擦傷的情況出現(xiàn)，以此將零件由于溫度導(dǎo)致的損傷降低。

1.2 擦傷問題

高溫閥門的工況往往很惡劣，使得一些外界環(huán)境很容易對閥門損傷，另外，若材料的相互作用不恰當(dāng)，擦傷問題也容易出現(xiàn)。比如，在管路系統(tǒng)中，時常會發(fā)生閥瓣與閥座密封面之間的擦傷，有可能是因為混入了較大顆粒的雜質(zhì)，也有可能是密封面的硬度差不足所造成的。為了避免閥門部件在運行中所產(chǎn)生的擦傷情況出現(xiàn)，需要對密封面材料合理選取，同時對其硬度和強度的匹配性加強重視，需要確保其在合理的范圍內(nèi)，以此將擦傷情況減少。

1.3 熱變形

因閥門各部位散熱情況不同，就導(dǎo)致各部變形量也有所不同，甚至同一個零件的不同位置變形量也有所不同。比如閥座和閥座孔的接觸部位，由于閥座孔在閥體上，而閥體外部散熱效果更好，則存在兩個不同的零件熱變形不同，從而出現(xiàn)原有的配合間隙變大的情況，甚至失去原有的密封功能。所以在實際的設(shè)計當(dāng)中，需要對閥座和閥座孔接觸支撐部位做好有效焊接處理，確保密封性良好。同時，在設(shè)計中，還還需要對熱變形當(dāng)中的密封效果加強重視，這樣才能夠在源頭上將熱變形對于閥門所產(chǎn)生的影響降低，防止零件出現(xiàn)消耗，以此對高溫閥門的實際使用壽命可以增加。

2 高溫閥門設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 增強表面硬度和耐磨性

高溫閥門內(nèi)部零件因為長期溫度過高，可能會出現(xiàn)材料表面退火或是軟化的情況，這種情況很容易造成閥門零件擦傷。為了減少這種損傷，可以通過提高閥門零件在高溫環(huán)境下的硬度以及沖擊強度，必要的時候還要適當(dāng)增強其應(yīng)對沖刷以及腐蝕的能力。比如，在零件表面可以通過陶瓷的應(yīng)用，或者堆焊合金的方式，將零件表面的硬度以及耐磨性進行增加，確保零件可以在高溫條件下起到相應(yīng)的作用，對其使用壽命可以很好的延長。

2.2 密封的設(shè)計

高溫閥門的密封和通用閥門一樣具有靜密封和動密封。靜密封包括閥瓣密封面與閥座密封面的硬密封，也包括閥門中法蘭的密封。通常密封面的硬密封會堆焊不同硬度的合金材料，保證密封面的強度和耐磨性，硬度差一般會按照密封面窄的硬度低的原則，因為當(dāng)密封面發(fā)生輕微損傷時可以通過外力使窄的密封面發(fā)生變形，從而重新達到密封效果。對于密封面寬度，設(shè)計時在考慮滿足密封比壓的同時還要考慮裝配后閥瓣與閥座密封面的相對位置，以閘閥為例，為保證密封面的有效接觸面積，在設(shè)計檔寬時要保證閥門關(guān)閉后閥瓣密封面與閥座密封面下端平齊。這樣當(dāng)密封面發(fā)生磨損后，對密封面重新進行研磨，修復(fù)的閥瓣相對位置下移后仍然能保證有效密封面積。10MPa以下的閥門中法蘭采用墊片密封，10MPa以上的閥門采用自密封的形式進行密封，最常用的自密封采用伍德式密封結(jié)構(gòu)。為了提高密封的可靠性，在閥體與密封件接觸的地方還可以采用堆焊硬質(zhì)合金的方式來提高局部硬度，當(dāng)填料室在壓力作用下向上擠壓自密封填料時，填料發(fā)生塑性變形以達到密封的作用。動密封則是指閥桿與填料之間的密封，一般這里的密封件采用柔性石墨夾不銹鋼絲的增強型填料，以增加填料的強度，防止在閥桿運動時填料發(fā)生損壞。對于既高溫又高壓的閥門

3 高溫螺栓連接

高溫情況下運行的閥門，螺栓也同樣要承受高溫考驗。基于此，在設(shè)計螺栓連接工作時，需要充分考慮螺栓隨著溫度升高在性能上發(fā)生的變化、螺栓的蠕變等情況。在這樣的情況下，可具體從以下方面來開展設(shè)計工作。首先，螺栓螺母選材要適應(yīng)工作溫度的需要，并且需要有硬度差，在拆裝的時候才不會出現(xiàn)螺紋咬死的現(xiàn)象。其次結(jié)合螺栓所處環(huán)境的特殊性，在設(shè)計時優(yōu)先選用粗牙螺紋。最后，為了避免螺栓在運行中產(chǎn)生力量放緩情況，在設(shè)計中需要保證剩余預(yù)緊力比實際需求大，以此確保螺栓連接的安全以及穩(wěn)定和可靠。

4 結(jié)語

目前，對于高溫閥門的使用范圍在不斷擴大，人們對于高溫閥門技術(shù)的要求也在相應(yīng)的提升，雖然當(dāng)前我國高溫閥門技術(shù)獲得了很好的發(fā)展成就，但是其中所存在的問題還是很多。所以就需要加強對高溫閥門設(shè)計技術(shù)的有效研究和分析，對高溫閥門技術(shù)有效研究，以及對材料做好合理選取，對內(nèi)件有效處理等實施研究，將高溫閥門技術(shù)所需要重視的問題有效探究，加強先進技術(shù)的有效發(fā)展，以此對高溫閥門的使用壽命能夠大大的提高。