有關(guān)高溫閥門設(shè)計(jì)的主要技術(shù)分析

焦子婕

武漢鍋爐集團(tuán)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(guó)在不同的行業(yè)都獲得了很大的進(jìn)步和突破，對(duì)各個(gè)行業(yè)的要求也不斷提高。同樣對(duì)高溫閥門的需求也變得越來越多，而且對(duì)高溫閥門設(shè)計(jì)上的要求也變得越來越高。

1 影響高溫閥門設(shè)計(jì)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(huì)有氣液兩相的情況。因此，在進(jìn)行高溫閥門設(shè)計(jì)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(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)開始升溫，若此時(shí)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，閥門中腔有水壓試驗(yàn)時(shí)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(shí)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(xiàng)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(shí)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(qiáng)行將閥門打開時(shí)拉斷閥桿。并且在對(duì)閥門零件之間的間隙進(jìn)行確定時(shí)，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(duì)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(shí)常會(huì)發(fā)生閥瓣與閥座密封面之間的擦傷，有可能是因?yàn)榛烊肓溯^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(yùn)行中所產(chǎn)生的擦傷情況出現(xiàn)，需要對(duì)密封面材料合理選取，同時(shí)對(duì)其硬度和強(qiáng)度的匹配性加強(qiáng)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(gè)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(gè)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(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要對(duì)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(shí)，在設(shè)計(jì)中，還還需要對(duì)熱變形當(dāng)中的密封效果加強(qiáng)重視，這樣才能夠在源頭上將熱變形對(duì)于閥門所產(chǎn)生的影響降低，防止零件出現(xiàn)消耗，以此對(duì)高溫閥門的實(shí)際使用壽命可以增加。

2 高溫閥門設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 增強(qiáng)表面硬度和耐磨性

高溫閥門內(nèi)部零件因?yàn)殚L(zhǎng)期溫度過高，可能會(huì)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(qiáng)度，必要的時(shí)候還要適當(dāng)增強(qiáng)其應(yīng)對(duì)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(jìn)行增加，確保零件可以在高溫條件下起到相應(yīng)的作用，對(duì)其使用壽命可以很好的延長(zhǎng)。

2.2 密封的設(shè)計(jì)

高溫閥門的密封和通用閥門一樣具有靜密封和動(dòng)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(huì)堆焊不同硬度的合金材料，保證密封面的強(qiáng)度和耐磨性，硬度差一般會(huì)按照密封面窄的硬度低的原則，因?yàn)楫?dāng)密封面發(fā)生輕微損傷時(shí)可以通過外力使窄的密封面發(fā)生變形，從而重新達(dá)到密封效果。對(duì)于密封面寬度，設(shè)計(jì)時(shí)在考慮滿足密封比壓的同時(shí)還要考慮裝配后閥瓣與閥座密封面的相對(duì)位置，以閘閥為例，為保證密封面的有效接觸面積，在設(shè)計(jì)檔寬時(shí)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(duì)密封面重新進(jìn)行研磨，修復(fù)的閥瓣相對(duì)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(jìn)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(shí)，填料發(fā)生塑性變形以達(dá)到密封的作用。動(dòng)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(qiáng)型填料，以增加填料的強(qiáng)度，防止在閥桿運(yùn)動(dòng)時(shí)填料發(fā)生損壞。對(duì)于既高溫又高壓的閥門

3 高溫螺栓連接

高溫情況下運(yùn)行的閥門，螺栓也同樣要承受高溫考驗(yàn)。基于此，在設(shè)計(jì)螺栓連接工作時(shí)，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(jì)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(shí)候才不會(huì)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(jì)時(shí)優(yōu)先選用粗牙螺紋。最后，為了避免螺栓在運(yùn)行中產(chǎn)生力量放緩情況，在設(shè)計(jì)中需要保證剩余預(yù)緊力比實(shí)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(duì)于高溫閥門的使用范圍在不斷擴(kuò)大，人們對(duì)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(guó)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(qiáng)對(duì)高溫閥門設(shè)計(jì)技術(shù)的有效研究和分析，對(duì)高溫閥門技術(shù)有效研究，以及對(duì)材料做好合理選取，對(duì)內(nèi)件有效處理等實(shí)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(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的有效發(fā)展，以此對(duì)高溫閥門的使用壽命能夠大大的提高。