浅析电站阀门设计研究的进展

浅析电站阀门设计研究的进展

赵宇

哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司黑龙江哈尔滨150000

摘要：电站阀门在系统中的应用越来越广泛，其安全稳定的可靠性对整个系统的有效运行有着极其重要的作用。就目前我国电站阀门在技术上的应用进行了简要的分析与总结，并就存在的一系列问题结合实际情况提出了合理化的解决措施，这样不仅可以有效提升电站阀门的使用效率，更对其稳定性提供了技术支持与保障。

关键词：电站阀门；设计；进展

国外电站阀门密封面大部分采用钻基司太立合金堆焊，国内采用D547焊条堆焊较多。为适应电站阀门长期在高温高压的过热蒸汽和水介质条件下工作的情况密，封面新材料的研究工作侧重于高温高压条件下各种性能的试验。试验结果表明新材料各种主要性能已达到和超过钻基合金水平，价格低廉，资源立足于国内。堆焊工艺简单，在中小口径产品上可以冷焊，是一种较理想的新型铁基电站阀门代钻堆焊材料。

1.设计可靠性的电站阀门

1.1普通电站阀门标准要求

普通电站阀门标准立足于我国的阀门国家标准，同时遵守各相关行业标准，再结合[1]英国、德国、日本等国的部分先进标准而制定。其体系可分为5个部分。普通电站阀门标准要求的是阀门的设计应符合安全、可靠的特点，阀门在符合电站阀门标准的基础上，还要分别符合相应的通用阀门标准，如：阀门气动执行器应符合汽动调节阀的规定，阀门电动执行器应符合工业过程测量和控制系统用电的执行机构的规定等。当使用新技术但电站标准未覆盖时，要进行必要的试验或经鉴定合格，且要买方认可后才能采用。电站阀门材料是根据使用条件和制造要求进行选用；螺栓、螺母等紧固件的材料根据使用压力和温度进行选用。壳体承压件材料选用时，其最高使用温度按国家标准或机械标准规定执行。材料的选取和性能的确定都应依据国家标准或行业标准。

1.2电站阀门密封面堆焊材料实验

在实际批量生产过程中，手工电弧堆焊工艺规范不可能恒定不变，但变化不大，完全能够控制在一定范围内。在设计新材料的堆焊金属化学成分范围时，充分考虑了这一因素，即堆焊工艺规范在一定范围内变，堆焊金属化学成分也相应地在一定范围内变化，但堆焊金属的使用性能基本保持不变。高温高压抗擦伤试验是模拟闸阀密封面的使用状态，检验堆焊金属材料抗金属间磨损性能的试验。阀门密封面在启闭时受很大的挤压力，随着温度的提高，金属硬度和强度逐渐降低，金属间的抗擦伤性能也相应降低。热疲劳试验是考核堆焊合金在冷热交变作用下抗裂纹产生的能力，是以堆焊金属出现裂纹的循环次数来评价的。一般认为，如果把堆焊试件加热到工作温度，然后空冷或水冷，循环次数越多，堆焊金属的抗热疲劳性能越好。

1.3电站高压阀门陶质衬垫单面补焊工艺

由于阀门内侧密封面在补焊前已堆焊一层合金，补焊后要求经650℃热处理，阀门材料珠光体耐热钢，为了防止近缝区的硬化、软化和热裂纹，焊前需300℃的预热。补焊前阀门已经机加工至所需尺寸及要求，因此对衬垫材料、结构形状、尺寸、焊接工艺及操作要求较高。所以决定采用自行研制的手工单面焊接陶质衬垫。考虑到焊接时工件已预热到300℃，补焊后工件不再进行加工，厂家要求背面焊缝余高严格控制在0.5～1mm之间，为了防止背面焊缝余高超过缝余高超过规定要求，特将衬垫设计成曲率半径与阀体圆弧半径保持一致，工件的坡口形状、尺寸要求为了避免在底层焊道留下弧坑，将坡口设计成阶梯形，起弧、收弧均在无缺陷的工件上进行，这样可保证第一层焊道的质量。

2.电站阀门设计研究的进展

2.1电站阀门结构改进措施

通过对电站阀门结构的改进，而已减少振动现象的发生。将传统的电站阀门零部件的形状通过数字技术进行线性的完善[2]与设计，使其质地更加流畅，增强材料的稳定性，减少磨损及噪音的出现。通过热处理工艺来改变电站阀门零部件材料的成分或内部结构，提高电站阀门的强度。采用喷焊、熔覆、喷涂等技术使零部件表面耐磨损能力提高。采取化工等防护措施，解决引起阀门损坏主要原因之一的腐蚀问题。并且保证电站阀门本身的清洁和控制介质的清洁是提高电站阀门可靠性的关键措施。在保证材料、技术等前提下，进行电站阀门使用过程的定期预防检查调校，以便及早发现存在的问题。电站阀门安装的位置尽量靠近控制对象，以减少不必要的连接管和配件，安装过程中避免强力安装，以免产生局部应力。

2.2电站阀门补焊与堆焊改进工艺

采用的焊接材料R317，采用陶质衬垫手工单面补焊时，影响背面焊缝成形、尺寸及焊接质量的主要因素有焊接电流、电弧电压、焊接速度、坡口钝边高度、工件倾角等。焊接工艺因素和其它工艺参数一定时，焊接电流增加，背面焊缝宽度和余高增加。由于阀门在补焊之前已预热至300℃，若电流过大，背面余高会超过要求。同时衬垫的熔化量增大，熔渣容易流到熔池前面干扰电弧，影响电弧的稳定燃烧。电流过小，电弧的热输入太小，熔敷金属和坡口底部的熔化量不足，背面焊缝宽度、余高过低，易形成凹陷，成形恶化，而且电弧燃烧困难，易熄弧，焊接过程不稳定。

2.3电站阀门设计研究发展方向

针对目前我国电站阀门所存在的一系列问题，可以采用先进的分析法对其进行加以完善，从而降低失效现象的频频发生。此外，还要不断引进先进的国外技术及管理创新理念，将各种新技术运用其中，并建立完善的管理用人机制，可以针对其人才的不足加以培训，提高他们对电站阀门的认识，在设计的过程中将新的理念融入其中，深入研究各种问题所产生的原因。从这个角度来讲，电站阀门系统设计并不是一项独立的系统设计，它与多种学科交叉，要求其稳定性是极高的，发达国家在这一点上所做出的研究远远超于我国。因此，必须运用电站阀门研制、试验和使用过程中记录的各个方面的性能数据，建立电站阀门的可靠性数据库，辅助电站阀门的可靠性分析、设计、试验，使电站阀门的可靠性研究进一步规范化和程序化。

3.结语

以我国电力行业电站阀门标准为基本框架，形成大电力阀门标准体系。并积极借鉴国外电阀门标准，努力吸收我国电力行业阀门标准成功经验。特别注意吸收电站阀门标准的细化项目要求。比如安全阀不仅要重视设计要求，更要注意技术要求和制造要求以及排量试验的排量要求等。注意流动特性如强迫循环和自然循环对阀门的不同要求。

参考文献

[1]郭立峰，王邦坤.电站阀门维修及绿色再制造[J].中国设备工程，2012，10（06）：27.

[2]赵汉悦.电站阀门的维修及工艺探讨[J].机电信息，2010，24（02）：133134.