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高溫調(diào)節(jié)閥在制造過程中應(yīng)注意的問題

  隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，流過高溫流體的管路系統(tǒng)日益增加，高溫調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用越來越廣泛。 管路系統(tǒng)的要求及新材料和新工藝的出現(xiàn)，開拓了高溫調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用領(lǐng)域。由于高溫條件下材料的各種物理性能、機(jī)械性能都將發(fā)生變化，致使高溫調(diào)節(jié)閥在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇上與低溫調(diào)節(jié)閥或常溫調(diào)節(jié)閥相比具有很大的差別。經(jīng)過我們的不斷研究，總結(jié)出了高溫調(diào)節(jié)閥制造中應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵問題。 

   1 材料的機(jī)械性能

   高溫條件下，材料的力學(xué)性能將發(fā)生明顯的變化。主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面，一是強(qiáng)度的改變；二是全屬材料的變形性質(zhì)的變化。圖1為碳素鋼在不同溫度下的強(qiáng)度、塑性、彈性模量和波桑比的指標(biāo)。

  高溫條件下材料的硬度也將發(fā)生變化，這對(duì)于調(diào)節(jié)閥門密封面來說是很重要的。調(diào)節(jié)閥的使用溫度超過450℃， 設(shè)計(jì)時(shí)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(yīng)力值大于物理蠕變極限）除發(fā)生彈性變形外，還會(huì)發(fā)生不可回復(fù)的蠕變。即使應(yīng)力低于相應(yīng) 溫度條件下材料的屈服限，也會(huì)發(fā)生這樣的變形。當(dāng)溫度不變時(shí)，應(yīng)力大者蠕變速度大；應(yīng)力不變時(shí)，溫度高 者蠕變速度高。由此可見，對(duì)于同一種材料，蠕變速度為應(yīng)力和溫度的函數(shù)。在高溫調(diào)節(jié)閥制造中，溫度是由管路系統(tǒng)的參數(shù)決定的，材料的選擇又受到介質(zhì)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(yīng)力。如果按不發(fā)生蠕變的應(yīng)力水平（物理蠕變極限）為條件設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥的零件，將使得零件重而不經(jīng)濟(jì)。 所以在掌握材料的蠕變速度的基礎(chǔ)上，要選擇一個(gè)應(yīng)力，使得調(diào)節(jié)閥在正常使用壽命下，總的蠕變不致于發(fā)生斷裂或不致于因變形妨礙運(yùn)動(dòng)件相互間的運(yùn)動(dòng)。

  應(yīng)力水平的這擇是以保證在使用壽命期內(nèi)，材料的蠕變不致影響調(diào)節(jié)閥的使用功能為基本條件的。例如，用于石化高溫管路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，要求在20000h內(nèi)總 的應(yīng)變值為1%；而核電站用調(diào)節(jié)閥則要求在300000h內(nèi)總的應(yīng)變值為1%。使用壽命不一樣的調(diào)節(jié)閥，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各自允許的蠕變速度來選擇相應(yīng)的許用 應(yīng)力。

  高溫載荷作用下，調(diào)節(jié)閥零件的另一種失效形式是斷裂。金屬抵抗高溫?cái)嗔训哪芰τ?#8220;長用強(qiáng)度”或“持久強(qiáng)度”來衡量，材料的持久強(qiáng)度與使用溫度、加力時(shí)間及 所受應(yīng)力的大小有關(guān)。圖4是鉻鉬鋼的斷裂應(yīng)力與斷裂時(shí)間的關(guān)系。調(diào)節(jié)閥零件往往會(huì)發(fā)生這樣的情形：工作應(yīng)力小于蠕變極限時(shí)，并不發(fā)生較大的蠕變，但零件卻 在長期高溫載荷下發(fā)生了斷裂。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)比較材料的蠕變性能和斷裂性能，選擇其中較低的許用應(yīng)力。

 2 熱脹量的差別

   導(dǎo)致熱脹量差別的原因主要有材料熱脹系數(shù)、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(diào)節(jié)閥制造中應(yīng)仔細(xì)考慮。當(dāng)熱態(tài)流體進(jìn)人一個(gè)冷態(tài) 調(diào)節(jié)閥時(shí)，閥芯被熱態(tài)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(dá)到管線流體的溫度。閥座幾乎是與閥芯同時(shí)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(zhì)下的調(diào)節(jié)閥零件間的工作間隙應(yīng)增大， 這樣在實(shí)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(shù)、使用溫度、應(yīng)力等條件決定的。當(dāng)然對(duì)于某些調(diào)節(jié)閥來說（如柱塞閥）、隨著間 隙的增加，使得調(diào)節(jié)閥的有效使用溫域變小，在室溫或低溫條件下會(huì)出現(xiàn)泄漏。

  3 熱交變的影響

   介質(zhì)的熱交變會(huì)導(dǎo)致閥座和導(dǎo)向套（過盈配合或螺紋連接）變松，從而失去密封作用。因此，應(yīng)考慮在閥座或?qū)�向套與其相應(yīng)的支承件的連接處進(jìn)行封焊或點(diǎn)焊。對(duì)于大口徑調(diào)節(jié)閥來說好采用本體堆焊閥座。

   高溫?zé)峤蛔兪古c介質(zhì)接觸或接近的調(diào)節(jié)閥零件受到交變應(yīng)力的作用，加劇調(diào)節(jié)閥零件的疲勞老化，設(shè)計(jì)中應(yīng)認(rèn)真考慮。熱交變工況下密封結(jié)構(gòu)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(duì)、溫度、表面光潔度、硬度、載荷等因素有關(guān)。引起擦傷的原因很多，管路系統(tǒng)中大的硬粒子會(huì)導(dǎo)致閥座和閥芯表面擦傷，振動(dòng)沖擊也會(huì)導(dǎo)致擦傷。

 5 結(jié) 語

   在高溫調(diào)節(jié)閥門制造中應(yīng)注意：
   1）選擇合適的材料，確定合適的許用應(yīng)力。
   為了確保調(diào)節(jié)閥的使用壽命和功能，不同溫度的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)應(yīng)作相應(yīng)的變化。根據(jù)我們的研究，在高溫調(diào)節(jié)閥制造中須遵循下列一般原則：
    >280℃ 適當(dāng)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(yùn)行件間的間隙，閥座、閥芯的密封面須來用硬質(zhì)表面。
    >450℃所有的螺紋連接的密封環(huán)必須封焊，以防松動(dòng)而導(dǎo)致泄漏。
    >500℃所有導(dǎo)向套、導(dǎo)向段采用硬質(zhì)面，導(dǎo)向套與其支承件應(yīng)點(diǎn)焊。
    >600℃須采用本體堆焊密封面。

    2）高溫調(diào)節(jié)閥制造中，溫度應(yīng)是考慮的中心問題。 
    3）在高溫?zé)峤蛔児�況下的閥座、閥芯應(yīng)采用彈性結(jié)構(gòu)。