高溫閥門設計的有關技術微探

王錫忠

摘要：近幾年，高溫閥門在設計方面取得新突破，并得到廣泛運用。所以對高溫閥門設計技術加以探究具有一定必要性。在長時間的高溫工作中，會影響金屬材料的各方面性能，如機械和物理性能等，在設計高溫閥門時，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計中的幾項關鍵技術，然后就高溫閥門的具體設計進行闡述，希望給業內人員提供一定幫助。

關鍵詞：高溫閥門設計;材料;技術

0? 引言

閥門是流體控制設備中最為關鍵的部分，發揮出了核心效用。在科技進步下，我國各個領域都取得相應突破，特別是汽車行業，對高溫閥門的需求更大，對其要求也越高，因此，近幾年，高溫閥門設計一直在持續創新中。對于高溫閥門設計的重點，業內人士放在了既能滿足需求同時也能保障安全方面。因此，筆者根據具體的高溫閥門設計的相關技術展開了探究，希望高溫閥門設計技術取得更大突破，獲得更好發展。

1? 高溫閥門材料選擇

在選擇高溫閥門材料時，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的腐蝕下，對材料選擇都會帶來一些影響。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，應選擇質量、性能好的金鋼、碳素鋼、不銹鋼等材料。也只有運用此類材料，才能確保在較長時間內，閥門所處高溫環境，也能正常開展工作。然后是選擇閥內件材料方面，在這一方面首選要考慮熱膨脹系數，之后與高溫情況下其他部件的抗擦傷性相結合，從而選擇合適的閥內件材料。一般情況下，都是選用的316不銹鋼材料，提高閥內件的抗磨損性和氣蝕性。需要注意的是，在選擇閥內件材料時，必須要根據實際來進行，從而選擇合適的滿足需求的材料。[1]

在高溫閥門設計工作中，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高溫工作，并且一定程度上延長使用壽命。閥門在工作時，溫度會對其產生一定影響。所以，在設計閥門時，要將溫度考慮進去。當溫度高于280℃時，閥蓋結構可運用加長低溫型的，由此確保填料在溫度較低的環境下工作;當溫度高于350℃時，需要將運動部件的空隙加大，從容保證密封副閥門硬度較高;當溫度高于450℃時，需要封焊密封環，從而減少松動，避免發生泄漏。

2? 高溫閥門設計中的幾點關鍵技術

高溫閥門設計是一種高科技的體現，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揮到最大，從而降低危險系數，提高使用價值，本文對此展開研究，對其中幾點關鍵技術進行深入分析，希望能給高溫閥門設計提供一些借鑒。

2.1 熱膨脹量

閥門零部件承受的熱載、材料熱膨脹技術是造成熱膨脹量存在差異的基本因素。所以，在設計高溫閥門時，一定要充分考慮這些因素。為保證閥芯溫度最快時間內和管線流體溫度相互符合，可將高溫熱流體導入溫度低的閥門中，從而實現閥桿對閥芯進行散熱。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致的損傷。[2]不過，在增加空隙時也要適情況而定，不要過大，具體可結合材料的應力、熱膨脹系數和使用情況決定。

2.2 熱交變

閥門零部件在相互作用下，介質熱變性也會對其產生影響。比如，隨著介質熱變性的改變，導向套同閥座之間的鏈接或許會發生松動，而失去原有的密封效果。因此，在設計高溫閥門時，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存在太多碰撞，而受交變應力影響，造成疲勞性，更甚是失去作用。除此之外，設計高溫閥門時候，需要足夠考慮到熱交變這一情況下，彈性閥座結構的選擇。只有充分考慮此因素，才能從根源上縮減在設計高溫閥門時，熱交變對其影響，盡可能避免損傷，延長閥門壽命。

2.3 擦傷問題

一些外界環境很容易對閥門帶來影響，另外，若材料的相互作用不恰當，擦傷問題很容易出現。比如，在管路系統中，時常會發生閥芯與閥座之間的擦傷，這主要是因為混入了較大的硬粒子，并且在振動沖擊作用下也會有不好影響，從而產生擦傷。所以，為了減少閥門部件在運行中，可能會出現的擦傷情況，需要合理選擇密封副材料，并要考慮其硬度與強度的是否匹配，必須在合理的匹配范圍內才能減少擦傷情況。

2.4 材料機械性能

高溫環境下，材料機械性能會發生兩方面變化。一方面是改變強度，另一方面是改變本身形狀。另外，當溫度在一定范圍下變化時候，材料硬度也會隨之波動。材料硬度對閥門密封性有一定影響，甚至還會影響最終的使用壽命。當閥門溫度高于450℃時，需要充分考慮在此情況下，閥門零部件除了會發生彈性形變以外，還會發生的其他情況，比如材料蠕變性越來越差，最終發生斷裂的情況等。當溫度不變時，應力大的蠕變速率大;當應力不變時，溫度低的蠕變速率小。總之，在同一種材料下，溫度和應力對蠕變速率起到了共同作用。

3? 高溫閥門設計分析

高溫閥門設計是新時代科技創新的需求，也是流體控制設備中最為關鍵的部分，其作用與價值不可忽視。但是高溫閥門設計要求也比較高，隨著需求不斷變化，其也要進行不同的設計創新改革，下面則分析幾種設計，希望對高溫閥門設計技術的突破提供一些思路。

3.1 殼體壁厚設計

設計高溫閥門時主要分為四部分，首先是設計殼體，其次是設計中部密封結構，然后是設計密封副，最后連接高溫螺栓。在設計高溫閥門的殼體工作時候，閥門在實際工作狀態下，所承受的最大壓力值，相關設計人員一定要充分考慮，并且閥門最大壓力值可直接設計成殼體耐壓額定值。由此確保殼體合理性、科學性的設計。[3]

3.2 中部密封結構設計

在設計高溫閥門的中部密封結構時，主要分為伍德密封、強制密封兩點內容。強制密封結構（如圖1所示）的設計遵循以下原理：首先擰緊法蘭螺栓，讓密封墊形成壓力，并且對墊片預緊有壓縮性，之后填充密封結構中的縫隙。

伍德密封主要由閥體、支承環、四開環、密封墊、浮動蓋、密封環等構成（具體結構如圖2所示）。在加大壓力之前，操作人員要擰緊螺栓，并上移浮動蓋，確保閥蓋和楔形墊產生密封力。在給密封件施加壓力時，閥蓋會向上移動，在這種情況下，密封力也會雖壓力增加而加大，從而實現密封效果。

3.3 密封副設計

在閥體和密封件相連接處，需提高密封結構必須要達到的相關要求，具體的可通過處理堆焊硬質合金來實現。其中，設計密封環，是為確保使用性能，相關設計工作者可通過外圓柱面加工的方式，且事先保留環狀溝槽，從而便于日后使用，不銹耐酸鋼可用作內表面的材料。浮動閥蓋堆面角度要設計成28°，保證其與密封環處于線接觸情況下，防止密封環發生泄漏情況。另外，密封環在工作時，其表面硬度不能高于閥體同閥蓋所產生接觸面的硬度，由此來保證強度、塑性變形的要求。在設計閥座時，對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度要求。在設計填料部分時，設計人員需要適當提升填料，可運用英柯鎳來實現。

3.4 高溫螺栓連接

高溫閥門基本上都是在高溫情況下運行的，閥門螺栓自然也是如此。基于此，相關設計人員在設計螺栓連接工作時，需要充分考慮兩方面內容，分別是螺栓在性能上發生的變化、力量緩和情況等。在這樣的情況下，相關設計人員可具體從以下方面來開展設計工作。[4]首先，在螺旋運行的情況下，相關設計人員要保證不會存在螺紋咬死這一現象。然后，結合螺栓所處環境的特殊性，在設計時，最好選用粗牙螺紋，并且牙型上的空隙也要加大。最后，為了防止螺栓在實際運行中，會出現力量放松緩和這一情況，相關設計人員在設計工作中，要確保剩余預緊力遠大于實際需求，由此保證螺栓連接的安穩牢固性。

4? 結束語

總之，在工業化發展下，各領域對高溫閥門的需求也持續加大，并且對高溫閥門技術提出了更好要求。所以，相關設計人員要在當前技術的基礎下持續改進創新，由此提高高溫閥門的設計質量，使高溫閥門在具體運行中，發揮有效的密封效果，并減少熱交變、擦傷問題對高溫閥門的質量，提升其使用壽命，最終給企業帶來經濟效益，推動相關行業更好發展。

參考文獻：

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