高温阀门设计的有关技术探讨

高温阀门设计的有关技术探讨

韩宝春

(哈尔滨松林电站设备有限公司黑龙江哈尔滨150060)

摘要：金属物质在高温的环境下，其硬度、强度等方面的特性会发生一定的变化，同时在机械特征方面也会出现很大的改变，并且这种改变是很明显的。高温阀门是采用金属材料制成的，因此高温阀门的设计需要考虑到多方面的影响因素，比如热交变量、堆焊层的厚度、热膨胀量等，从而保证阀门的可靠性。本文对高温阀门的设计进行了分析，以期为高温阀门的设计人员提供参考。

关键词：高温阀门；设计；技术

引言

阀门是控制流体流动的必不可少的设备，在整个流体的控制过程中发挥着十分重要的作用。随着科技的发展，高温阀门的应用越来越广泛，同时对于高温阀门的设计要求也越来越高。因此需要加强对高温阀门设计的研究，从而设计出既能够满足使用要求还能够保障使用安全的高温阀门。

1高温阀门材料的选择

1.1阀体材料的选择

高温工况和介质的腐蚀性都会对阀体材料的选择造成一定的影响，由于高温阀门使用的环境大多处于高温环境，因此应当选择质量较好的碳素钢、耐高温合金钢以及不锈钢等作为高温阀体的材料，只有这样才能保证阀体在高温状态下仍然能够正常使用，才能保证阀门的质量。

1.2阀内件材料的选择

热膨胀系数应当被首先考虑，然后结合高温状况下运动部件的抗擦伤能力，二者结合实现对于阀内件材料的选择。阀内件母体材料大多选择316不锈钢，以便于阀内件抗磨损性能的提高，以及气蚀性能的提高。阀内件材料的选择一定要结合实际的情况，选择出适合使用，满足相关要求的材料。

2高温阀门的设计分析

2.1壳体壁厚设计

在高温阀门壳体的设计过程中，需要设计人员充分考虑阀门在实际运用过程中承受的最大压力值，并将最大值设计成壳体的耐压额定值，从而保证壳体设计的科学性和合理性。

2.2双面密封设计

高温阀门需要具有良好的耐磨性，一旦阀门出现微量的泄漏，流动的介质可能会对阀门密封面造成破坏，从而导致阀门损坏。因此在对高温阀门进行设计的过程中应该保证阀门的密封性。第一，要进行密封副的选择。可以选择2Cr13材质的密封副，从而保证其耐磨性，然后要对选择的密封副进行渗碳耐磨硬化处理，为进一步提升阀门和阀座密封面之间的耐磨性，还可以在密封面成型之后，在上面沉积一层陶瓷膜；第二，圆板弹簧的选择。圆板弹簧是高温阀门中的关键部件之一，其高温性能的稳定性与阀门的密封性能有着非常密切的关系。如果圆板弹簧在高温条件下出现应力松弛，会导致阀门出现泄漏，严重情况下还会使阀门失效。因此必须要选择具备良好的高温稳定性能的圆板弹簧。比如可选择镍洛合金材料的圆板弹簧，镍洛合金材料的耐热温度最高可达到700℃；第三，密封面宽度的设置。阀门密封面宽度的确定是高温阀门设计中的关键环节，直接关系到阀门的使用寿命以及阀门整体的结构尺寸。从保证阀门密封的可靠性及延长其使用寿命的角度出发，密封面的宽度取值应当使密封力在该宽度的密封面上所形成的密封比压满足密封比压的判别条件，即：

式中：代表密封比压；

代表密封必需比压；

代表许用比压。

2.3高温螺栓连接

高温螺栓的连接需要针对高温工作状态下的螺栓进行连接，在连接过程中需要考虑：温差载荷、不同的线胀系数、螺栓与被连接件力学性能变化、螺栓咬死以及应力松弛。在设计过程中应该科学合理的选择螺纹材料，将纹设计成粗牙螺纹，并合理加大中径间隙，从而避免旋合螺纹在高温下发生咬死的故障。如果钢螺栓长期处在300～500摄氏度的高温状态下，将会出现应力松弛，因此需要采取有效的措施保证剩余预紧力高于所要求的值，从而有效保证联接的紧固性。

2.4中部密封结构设计

对阀门的中部密封结构进行设计可以采用强制密封方式或伍德密封方式，强制密封的设计原理是：先拧紧法兰螺栓，让密封垫片产生一定的压力，并且对预紧垫片产生压缩性的作用，然后密封结构中表面的缝隙就会被填满；伍德密封主要结构包括：阀体、密封垫、浮动阀盖、密封环、支承环、四开环、牵制螺栓。在进行升压操纵前，需要操作人员拧紧螺栓，并向上移动浮动盖，保证阀盖同弹性楔形垫之间形成密封力。当对密封件进行施压时，阀盖就会有向上的趋势，这时阀盖和楔形密封垫之间的密封比压会随着压力的增加而增加，最终达到预期的密封效果。

2.5上密封结构的设计

上密封结构的设计通常可以采用：整体堆焊和分体上密封座螺纹连接。采用分体上密封座螺纹连接方式，由于在高温状态下上密封座和阀盖的材料具有不同的热膨胀系数，因此采用这种方式会使阀门受到一定的影响，很容易会导致螺纹出现松动，给阀门的正常使用带来了不利的影响，因此，一般情况下进行高温阀门的设计不会采用这种方式，而是采用点焊的做法将上密封座焊接在阀盖上。

3影响阀门设计的几个关键因素

3.1热交变

热交变性能的存在会影响零件之间的相互作用，例如，阀座和向套之间的连接可能由于介质热交变的存在，其密封性发生变化，造成密封效果不佳。因此，设计人员在实际的设计工作中，应该要规定阀座和支撑件之间的接头为焊缝还是电焊，从而保证其密封性。此外，对于大口径的阀门，需要对阀座进行堆焊，从而避免同介质接触较多的阀门零件受到交变应力的影响出现过度疲劳的现象。同时，还应该考虑热交变情况对阀座结构以及效果评价的影响，从而减少热交变对高温阀门设计的影响，保证高温阀门的设计质量，进而延长高温阀门的使用寿命。

3.2堆焊层的厚度

要想实现高温阀门内部的硬化处置，就需要确定堆焊层的厚度。可以通过一些有用的实验，判断堆焊层的厚度，比较适宜的厚度应该大于4mm，这是因为堆焊层厚度为4mm时会更好地隔绝外界的高温，从而降低外界高温对阀门材料造成的影响，保证高温阀门的质量，确保阀门内部的寿命。

3.3热膨胀量

热膨胀量物质的热膨胀和承受热的差别是决定热膨胀量区分的重要条件，所以在高温阀门设计过程中，应该将这种条件的制约因素考虑进来。为了让阀芯里的温度可以快速达到和流体一样的温度，然后讲受热的高温流体导入温度很低的阀门里，让侧面面积小的阀杆能够有效地做好散热工作，阀门的散热条件与其他的物质不一样，特别是在膨胀的方面存在很大的区别，尽管是同时进行加热的，但是在最后的膨胀量上完全不同。所以，需要确保阀门工作的间隙，同时还需要加大控制范围，从而有效避免零件发生卡死的情况，可以避免零件由于温度升高而出现损坏，影响阀门的使用寿命。

3.4材料擦伤

由于材料的互相作用力很小，很容易受到外界的制约和影响，发生擦伤的情况。比如在管路体系里，阀座和阀芯经常会出现擦伤，这主要是因为大的粒子进入阀门内部造成的。此外，振动的相关冲击也可能对阀门造成很大的影响而导致擦伤，因此为了降低在阀门使用过程中的擦伤现象，需要合理的选择密封材料，此外，还要保证密封间里硬度的匹配控制在合理的范围之内，从而减少阀门内部材料的擦伤。

结束语

综上所述，现代工业生产过程中对于高温阀门的需求量不断增加，同时人们对于高温阀门设计的要求也越来越高。因此，高温阀门设计人员需要对当前的设计技术进行创新和改造，从而提高高温阀门的设计效果和质量，使高温阀门在实际工作中能够充分发挥出其密封性的作用。在高温阀门的设计过程中要充分考虑影响阀门可靠性的因素，并采取有效的措施进行解决，从而提高阀门的使用寿命。

参考文献:

[1]党娜.高温阀门设计的有关技术研究[J].内燃机与配件,2018(05):64-65.

[2]李东.高温阀门设计的有关技术[J].黑龙江科学,2016,7(03):32-33.