淺談超高溫煙氣蝶閥結構設計

粟德

（宣達實業集團有限公司，浙江 溫州 325105）

1 概述

現有的煙氣蝶閥經常由于在高溫的原因出現填料煙氣泄漏、由于含塵、含易結垢的煙塵進入閥桿與軸套函內導致閥桿與軸套，閥桿與軸套函，閥桿與閥桿孔的大量結垢、板結現象，使得閥桿在一段時間后就無法轉動了，導致閥門無法開關、閥門失效、工廠無法正常運行的停工停產的情況。還有現有的煙氣蝶閥很難使用到超過600℃以上的高溫，因為閥桿填料都是要使用石墨材質，石墨超過600℃容易高溫氧化，所以超高溫蝶閥的閥桿動密封也是一個行業技術難題。也經常出現閥門在高溫下無法開關導致工廠停產，停產后溫度降低了后閥門又能靈活開關了，這些在超高溫閥門上經常出現。高溫卡阻，軸端結垢卡死打不開關不了，高溫導致填料密封泄漏問題。這是高溫煙氣蝶閥的一個普遍問題，一直行業內都沒有很好的解決。為了解決行業難題，針對高溫煙氣蝶閥的結構進行了優化設計，使其更好地滿足工況條件及操作要求。該閥并獲得了國家專利，專利號：ZL 2019221704347。優化后的高溫煙氣蝶閥能夠使用到超過溫度1000℃不卡阻，開關靈活，通過上軸、下軸端的彈性金屬密封圈可以將高溫煙氣和煙塵或細小顆粒隔離到軸與軸套之外，防止結垢或板結后卡死閥軸而打不開。另外，由于超高溫閥門的溫度變化區間大，部件的膨脹也大，容易出現膨脹不均導致閥軸卡死，閥的軸向限位采取了柔性可調限位。填料密封也容易在超高溫下失效，所以采用了雙重的閥桿密封，首先，是前端的彈性金屬組合密封，后端散熱后的填料密封，后端填料密封要在前端彈性金屬密封失效后才開始工作。耐高溫的柔性閥桿結構防止閥桿在超高溫下不均勻膨脹或收縮進行軸向補償，防止閥桿在軸向被卡死開關不動。

2 設計參數

閥體材質：不銹鋼+重質耐火材料/輕質耐火材料。

內件材料：310S。

介質：高溫煙氣。

最高允許溫度：1000℃。

連接方式：對焊連接。

傳動方式：電動，蝸輪，氣動，液動等。

3 結構設計及特點

超高溫煙氣蝶閥的主要結構如圖1所示，閥體是由通過Y型釘和龜甲網等內襯重質耐火材料、輕質耐火材料，閥板，閥桿是由310S特種合金制作，采用上、下閥桿結構，閥桿密封采用遠離閥體的上下支撐結構，密封采用可靠的彈性金屬密封與遠離熱源的填料密封相結合，結構上充分考慮熱變形和熱膨脹對開關靈活性的影響，充分考慮煙氣的特殊性對軸套孔的影響進行特殊結構的設計，產品通過長期的使用，已經解決了目前行業內存在的問題。

圖1

3.1 閥體

閥體采用鋼板卷制成筒體，外加加強圈和加強筋，防止閥體高溫變形導致通道不圓使閥板被卡阻，閥體內部通過Y型釘、龜甲網和擋板等的組合運用，再通過特殊工藝襯耐火材料，可以保證在超高溫的情況下，閥體的有足夠的強度而不變形，超高溫下襯里耐高溫耐火層不開裂、不脫落且高硬度。

3.2 耐高溫閥桿密封結構

由于超高溫工況，一般溫度超過600℃的情況，容易出現閥桿填料在高溫下失效，出現泄漏高溫煙氣的情況，長期使用后，軸套內板結、結垢導致出現打不開和關不上的情況，整個閥門失效導致整個工廠停工停產。針對高溫情況，設置加高加長的填料函，中間用軸套、隔環等，并在外面加裝散熱片，保證填料底部溫度低于600℃，填料的高溫問題解決了，但是，這種情況含塵或細小顆粒煙氣會進入軸套間導致結垢，所以在前端設置了耐高溫的雙金屬彈性密封圈。彈性密封圈與軸套函底面之間是有金屬面的貼合密封，其密封力由填料壓蓋提供，填料壓蓋在帶有彈性墊片的螺母預緊下傳遞到填料壓蓋，再傳遞到填料、隔環以及填料墊，填料墊與碟形彈簧設計有彈性壓縮余量，已保證把足夠的預緊力傳遞到軸套，軸套緊緊地壓住彈性密封圈的平面，在軸套函的底部面與彈性密封圈的平面之間達到金屬密封的必須比壓，已形成有效的金屬密封，阻止了介質從彈性密封圈的平面與軸套函底部的泄漏進入軸套函及上端的填料套內，再由于彈性密封圈的彈性面與閥桿之間的彈性動密封，完全讓介質無法進入閥桿與軸套及填料等組件的縫隙里面，杜絕煙塵及易結垢介質的縫隙板結卡死現象，再則，閥桿外圓與閥體內孔圓柱面之間的縫隙是比較大而且距離很短，所以不易形成結垢卡組導致閥門無法開關。

彈性密封圈與閥桿和軸套函底部之間的完全密封也有效地把高溫介質阻斷了，高溫介質不能進入軸套縫隙和填料函，所以此處的溫度就會比較低，再加上軸套函外面還有散熱片，也使溫度大大地降低，所以閥門在1000℃的工況時，填料函的溫度可以完全控制在600℃以下，再則填料密封只是一個保險的第二重密封，在第一道彈性密封長期使用后如果出現微量泄漏的時候進入縫隙的只是少量的不含粉塵的煙氣，不會結垢和板結。經過兩次的彈性密封面后，煙氣的壓力也大大地降低了，在極低的壓力下的填料密封效果也會很好。閥體設置上支頭和下支頭，上支頭設置上閥桿的密封裝置，再連接支架、傳動機構；下支頭設置下閥桿密封裝置，再連接軸承座、軸承、組合彈簧、軸承壓蓋等的柔性閥桿機構。

3.3 耐高溫的柔性閥桿結構。

高溫煙氣蝶閥的口徑一般都比較大，上、下閥桿與閥板都是采用銷連接，在軸向方向形成了剛性連接，一般直線長度都達兩三米，在溫度變化近1000℃的情況下，膨脹和收縮量都很大，其部件不同部位也有不同的溫度，特別是閥桿與閥板的組合變化很大。所以設置一個柔性閥桿組合件特別重要，其結構包括下閥桿、軸承座、軸承、碟簧、軸套壓蓋。 閥桿下端設置安裝軸承的環槽，軸承安裝于內，閥桿向上竄動時，軸承座限位；向下竄動時，下閥桿底端設置多組蝶型彈簧限位。當各部件升溫不一致時，閥桿伸長，彈簧被壓縮可以防止閥桿高溫頂死，且組合碟簧遠離熱源，其彈性不受影響。

4 結語

通過對超高溫煙氣蝶閥的軸套前端密封結構創新設計，對組合填料的巧妙運用，對彈性金屬密封件的巧妙安裝，對閥桿底部的組合碟簧設置，對閥體耐高溫強度設計，對閥體耐火材料特殊襯里工藝運用保證高溫不裂或脫落等。解決了行業內高溫煙氣蝶閥的高溫膨脹卡死、高溫填料漏煙氣、軸套內的結垢卡死、高溫變形卡死、高溫耐火材料裂或脫落等問題。大大地延長了該閥門的使用壽命，開關可靠性穩定，保證工廠長期穩定運行，不會因閥門問題導致停工停產。為石油、石化、化工、冶金、制酸、礦肥、電站等行業中的高溫氣體管道、高爐配風、鍋爐管道等管路設備提供可靠的控制設備。