高溫閥門設(shè)計的有關(guān)技術(shù)研究

摘 要：高溫閥門設(shè)計近些年來獲得了一定的發(fā)展，也獲得了較為廣泛的應(yīng)用，因此對于高溫閥門設(shè)計相關(guān)的技術(shù)進行研究很有必要。由于高溫的長時間作用會對金屬材料造成物理性能以及機械性能等方面的影響，在對高溫閥門進行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)在選擇適合材料的基礎(chǔ)上，重點關(guān)注高溫對其的影響。文章結(jié)合實際高溫閥門設(shè)計情況，從設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料選用、機械性能等多個方面對高溫閥門設(shè)計相關(guān)技術(shù)進行研究，以供廣大從業(yè)人員參考。

關(guān)鍵詞：高溫閥門；結(jié)構(gòu)材料；性能

作為流體控制過程中必不可少的部分，閥門在整個流體控制中起到了十分重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，，各個行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也都取得了許多突破性的進展，對于高溫閥門的需要也越來越多，對于高溫閥門設(shè)計的要求也逐漸增多。如何設(shè)計出既滿足使用要求又能保障安全的高溫閥門就成了許多人關(guān)注的焦點。因此，文章結(jié)合實際高溫閥門設(shè)計中出現(xiàn)的一些技術(shù)進行研究，以促進高溫閥門設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。

1 影響高溫閥門設(shè)計的因素

1.1 熱膨脹量的影響

材料的熱膨脹技術(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。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在內(nèi)。為了使得閥芯的溫度盡快與管線流體的溫度相一致，可以通過將熱態(tài)高溫流體導(dǎo)入溫度較低的閥門，使得橫截面積較小的閥桿完成對閥芯的散熱。由于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。因此，在確定閥門零件間的工作間隙時，應(yīng)當(dāng)增大其范圍，以保證在高溫介質(zhì)的情況下，避免零件之間出現(xiàn)卡死或是擦傷的現(xiàn)象，有效地減少零件因為溫度造成的損傷。但是間隙的增加量也一定要適中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)材料的熱膨脹系數(shù)、應(yīng)力以及實際使用溫度來確定。

1.2 熱交變的影響

介質(zhì)的熱交變性能也會對零件之間的相互作用造成一定的影響。譬如，閥座與導(dǎo)向套之間的連接就很有可能因為介質(zhì)熱交變的改變而變松，喪失了原有的密封作用。所以，在進行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)將閥座和支撐件的接頭處進行縫焊或者點焊，以確保其密封作用。另外，大口徑閥門應(yīng)當(dāng)使用本體堆焊閥座，以防止與介質(zhì)接觸過多的閥門零件因為受到交變應(yīng)力的影響而過度疲勞，乃至于喪失了原有的作用。另外，在設(shè)計過程中，還應(yīng)當(dāng)將熱交變狀況下密封時彈性閥座結(jié)構(gòu)的選擇以及其效果評價等因素考慮在內(nèi)。也只有這樣才能夠從根本上減少熱交變對于高溫閥門設(shè)計的影響，減少零件的損傷，延長高溫閥門的壽命。

1.3 擦傷問題

材料之間相互作用不當(dāng)，再加之一些外界環(huán)境的影響，很容易導(dǎo)致擦傷問題的出現(xiàn)。譬如，管路系統(tǒng)中，閥座與閥芯的擦傷是由于大的硬粒子混入造成的；而振動沖擊也會對其產(chǎn)生不良影響，造成擦傷。因此，為了減少在運行過程中的擦傷現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)對密封副材料進行合理的選擇，并保證密封副之間的硬度匹配值處在合理的范圍內(nèi)。

1.4 材料的機械性能

在高溫的條件下，材料的機械性能主要有兩方面的改變會發(fā)生，一是材料強度的改變，二是材料本身形狀的改變。除此之外，材料的硬度也會隨著溫度的變化而在一定的范圍內(nèi)波動。但是，材料的硬度會對閥門密封面的性能指標(biāo)以及閥門的密封性能，還關(guān)系到閥門的使用壽命。閥門的環(huán)境溫度超過450攝氏度時，就應(yīng)當(dāng)考慮到在高溫環(huán)境下，閥門零件在發(fā)生可恢復(fù)的彈性形變之外，還會導(dǎo)致材料蠕變性能變差，極易發(fā)生斷裂。溫度不發(fā)生改變是，應(yīng)力大的蠕變的速度就打，盈利保持不變時，溫度低的蠕變的速度也會減小。在同一種材料的前提下，應(yīng)力和溫度共同決定了蠕變的速度。

2 高溫閥門材料的選擇

2.1 閥體材料的選擇

高溫工況和介質(zhì)的腐蝕性都會對材料的選擇造成一定的影響，由于使用環(huán)境大多處于高溫環(huán)境，應(yīng)當(dāng)選擇質(zhì)量較好的碳素鋼、耐高溫合金鋼、以及不銹鋼等作為閥體的材料，也只有這樣才能保證閥體在高溫狀態(tài)下仍然能夠正常使用。

2.2 閥內(nèi)件材料的選擇

熱膨脹系數(shù)應(yīng)當(dāng)被首先考慮，然后結(jié)合高溫狀況下運動部件的抗擦傷能力，二者結(jié)合實現(xiàn)對于閥內(nèi)件材料的選擇。閥內(nèi)件母體材料大多選擇316不銹鋼，以便于閥內(nèi)件抗磨損性能的提高，以及氣蝕性能的提高。閥內(nèi)件材料的選擇一定要結(jié)合實際的情況，選擇出適合使用，滿足相關(guān)要求的材料。

3 高溫閥門內(nèi)件的硬化處理

3.1 增強表面硬度和耐磨性

高溫閥門內(nèi)件常常因為溫度過高，出現(xiàn)材料退火或是軟化的情況，這種情況很容易造成閥內(nèi)件表面擦傷。為了減少這種損傷，應(yīng)當(dāng)提高閥內(nèi)件在高溫環(huán)境下的硬度以及沖擊強度，并適當(dāng)增技巧其應(yīng)對沖刷以及腐蝕的能力。可以在閥內(nèi)件表面使用陶瓷或是合金，以增加閥內(nèi)件表面的硬度和耐磨性能，保障閥內(nèi)件可以在高溫環(huán)境下發(fā)揮應(yīng)有的作用，延長其使用壽命。

3.2 堆焊層厚度

要想實現(xiàn)高溫閥門內(nèi)件的硬化處理，還需要對堆焊層的厚度進行確認。通過相關(guān)實驗，可以確定堆焊層的最適宜厚度應(yīng)當(dāng)在4毫米以上，這樣的厚度可以更好地隔絕外界環(huán)境的高溫，減少外界高溫對內(nèi)部材料的影響，保障閥門內(nèi)件的使用壽命。

3.3 遵循的原則

高溫閥門設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)首先注意的是對于材料的選擇，選材的合理能夠避免一些事故的發(fā)生，也會延長閥門的使用壽命。溫度因素也會對閥門的使用造成一定的影響，因此，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計過程中就將溫度因素考慮在內(nèi)。在溫度超過280攝氏度時，應(yīng)當(dāng)使用加長閥蓋結(jié)構(gòu)，為填料提供較低的溫度環(huán)境。而當(dāng)溫度大于350攝氏度時，就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加運動件之間的間隙，以保證密封副表面具有較高的硬度。溫度超過450攝氏度，就應(yīng)當(dāng)對螺紋連接的密封環(huán)進行封焊，減少松動的可能，防止泄露的發(fā)生。當(dāng)溫度超過500攝氏度時，應(yīng)當(dāng)使用具有硬度較高的表面的導(dǎo)向套與導(dǎo)向段，點焊導(dǎo)向套與支撐件的接頭處。

4 結(jié)束語

隨著高溫閥門技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴大，人們對于高溫閥門技術(shù)的要求也越來越多。雖然我國高溫閥門技術(shù)已經(jīng)取得了一些突破，但是仍然有提高的空間。因此，應(yīng)當(dāng)對高溫閥門設(shè)計中相關(guān)的技術(shù)進行研究，通過對影響高溫閥門技術(shù)的分析以及對材料選擇和內(nèi)件硬化處理的分析，探討高溫閥門技術(shù)中應(yīng)當(dāng)注意的問題，以促進我國高溫閥門技術(shù)的發(fā)展，擴大高溫閥門的使用范圍，延長高溫閥門的使用壽命。

參考文獻

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