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高溫調節閥在制造過程中應注意的問題
發表時間:2021/11/30 15:08:29  |  點擊率:108

高溫調節閥在制造過程中應注意的問題
  隨著現代科學技術和現代工業的飛速發展,流過高溫流體的管路系統日益增加,高溫調節閥的應用越來越廣泛。 管路系統的要求及新材料和新工藝的出現,開拓了高溫調節閥的應用領域。由于高溫條件下材料的各種物理性能、機械性能都將發生變化,致使高溫調節閥在結構設計和材料選擇上與低溫調節閥或常溫調節閥相比具有很大的差別。經過我們的不斷研究,總結出了高溫調節閥制造中應注意的幾個關鍵問題。 

   1 材料的機械性能

   高溫條件下,材料的力學性能將發生明顯的變化。主要表現為兩個方面,一是強度的改變;二是全屬材料的變形性質的變化。圖1為碳素鋼在不同溫度下的強度、塑性、彈性模量和波桑比的指標。

  高溫條件下材料的硬度也將發生變化,這對于調節閥門密封面來說是很重要的。調節閥的使用溫度超過450℃, 設計時還得考慮材料的蠕變和斷裂性能。高溫條件下受載的閥門零件(應力值大于物理蠕變極限)除發生彈性變形外,還會發生不可回復的蠕變。即使應力低于相應 溫度條件下材料的屈服限,也會發生這樣的變形。當溫度不變時,應力大者蠕變速度大;應力不變時,溫度高 者蠕變速度高。由此可見,對于同一種材料,蠕變速度為應力和溫度的函數。在高溫調節閥制造中,溫度是由管路系統的參數決定的,材料的選擇又受到介質的腐蝕 性能等條件的限制,所以常常碰到的問題是如何確定許用應力。如果按不發生蠕變的應力水平(物理蠕變極限)為條件設計調節閥的零件,將使得零件重而不經濟。 所以在掌握材料的蠕變速度的基礎上,要選擇一個應力,使得調節閥在正常使用壽命下,總的蠕變不致于發生斷裂或不致于因變形妨礙運動件相互間的運動。

  應力水平的這擇是以保證在使用壽命期內,材料的蠕變不致影響調節閥的使用功能為基本條件的。例如,用于石化高溫管路系統的調節閥,要求在20000h內總 的應變值為1%;而核電站用調節閥則要求在300000h內總的應變值為1%。使用壽命不一樣的調節閥,設計時應根據各自允許的蠕變速度來選擇相應的許用 應力。

  高溫載荷作用下,調節閥零件的另一種失效形式是斷裂。金屬抵抗高溫斷裂的能力用“長用強度”或“持久強度”來衡量,材料的持久強度與使用溫度、加力時間及 所受應力的大小有關。圖4是鉻鉬鋼的斷裂應力與斷裂時間的關系。調節閥零件往往會發生這樣的情形:工作應力小于蠕變極限時,并不發生較大的蠕變,但零件卻 在長期高溫載荷下發生了斷裂。因此,設計中應比較材料的蠕變性能和斷裂性能,選擇其中較低的許用應力。

 2 熱脹量的差別

   導致熱脹量差別的原因主要有材料熱脹系數、零件承受熱載的差別和零件所處約束條件的差別,這些差別在高溫調節閥制造中應仔細考慮。當熱態流體進人一個冷態 調節閥時,閥芯被熱態流體所包圍,而閥芯的散熱僅靠與其相連接的具有較小橫截面的閥桿,因此.閥芯能很快地達到管線流體的溫度。閥座幾乎是與閥芯同時加熱 的,因閥座的散熱條件較閥芯為好和閥體的線脹量常常小于閥座的徑向膨賬。其它零件也有類似的情況。因此,用于高溫介質下的調節閥零件間的工作間隙應增大, 這樣在實際工作溫度下,防止了擦傷和卡死。間隙的增加量是由材料的線膨賬系數、使用溫度、應力等條件決定的。當然對于某些調節閥來說(如柱塞閥)、隨著間 隙的增加,使得調節閥的有效使用溫域變小,在室溫或低溫條件下會出現泄漏。

  3 熱交變的影響

   介質的熱交變會導致閥座和導向套(過盈配合或螺紋連接)變松,從而失去密封作用。因此,應考慮在閥座或導向套與其相應的支承件的連接處進行封焊或點焊。對于大口徑調節閥來說最好采用本體堆焊閥座。

   高溫熱交變使與介質接觸或接近的調節閥零件受到交變應力的作用,加劇調節閥零件的疲勞老化,設計中應認真考慮。熱交變工況下密封結構采用彈性閥座,效果較好。 

 4 擦傷問題

   擦傷一般與材料的配對、溫度、表面光潔度、硬度、載荷等因素有關。引起擦傷的原因很多,管路系統中大的硬粒子會導致閥座和閥芯表面擦傷,振動沖擊也會導致擦傷。

 5 結 語

   在高溫調節閥門制造中應注意:
   1)選擇合適的材料,確定合適的許用應力。
   為了確保調節閥的使用壽命和功能,不同溫度的調節閥結構應作相應的變化。根據我們的研究,在高溫調節閥制造中須遵循下列一般原則:
    >280℃ 適當加長閥蓋頸長,要求較長的閥桿,使填料工作在較低溫度下。
    >350℃增加運行件間的間隙,閥座、閥芯的密封面須來用硬質表面。
    >450℃所有的螺紋連接的密封環必須封焊,以防松動而導致泄漏。
    >500℃所有導向套、導向段采用硬質面,導向套與其支承件應點焊。
    >600℃須采用本體堆焊密封面。

    2)高溫調節閥制造中,溫度應是考慮的中心問題。 
    3)在高溫熱交變工況下的閥座、閥芯應采用彈性結構。

高溫電動調節閥實物圖

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