高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù)研究

摘 要：高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)近些年來(lái)獲得了一定的發(fā)展，也獲得了較為廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)于高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行研究很有必要。由于高溫的長(zhǎng)時(shí)間作用會(huì)對(duì)金屬材料造成物理性能以及機(jī)械性能等方面的影響，在對(duì)高溫閥門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在選擇適合材料的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注高溫對(duì)其的影響。文章結(jié)合實(shí)際高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)情況，從設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料選用、機(jī)械性能等多個(gè)方面對(duì)高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，以供廣大從業(yè)人員參考。

關(guān)鍵詞：高溫閥門(mén)；結(jié)構(gòu)材料；性能

作為流體控制過(guò)程中必不可少的部分，閥門(mén)在整個(gè)流體控制中起到了十分重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也都取得了許多突破性的進(jìn)展，對(duì)于高溫閥門(mén)的需要也越來(lái)越多，對(duì)于高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)的要求也逐漸增多。如何設(shè)計(jì)出既滿足使用要求又能保障安全的高溫閥門(mén)就成了許多人關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，文章結(jié)合實(shí)際高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的一些技術(shù)進(jìn)行研究，以促進(jìn)高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。

1 影響高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)的因素

1.1 熱膨脹量的影響

材料的熱膨脹技術(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。因此，在進(jìn)行高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將這些因素的影響都充分考慮在內(nèi)。為了使得閥芯的溫度盡快與管線流體的溫度相一致，可以通過(guò)將熱態(tài)高溫流體導(dǎo)入溫度較低的閥門(mén)，使得橫截面積較小的閥桿完成對(duì)閥芯的散熱。由于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。因此，在確定閥門(mén)零件間的工作間隙時(shí)，應(yīng)當(dāng)增大其范圍，以保證在高溫介質(zhì)的情況下，避免零件之間出現(xiàn)卡死或是擦傷的現(xiàn)象，有效地減少零件因?yàn)闇囟仍斐傻膿p傷。但是間隙的增加量也一定要適中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)材料的熱膨脹系數(shù)、應(yīng)力以及實(shí)際使用溫度來(lái)確定。

1.2 熱交變的影響

介質(zhì)的熱交變性能也會(huì)對(duì)零件之間的相互作用造成一定的影響。譬如，閥座與導(dǎo)向套之間的連接就很有可能因?yàn)榻橘|(zhì)熱交變的改變而變松，喪失了原有的密封作用。所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將閥座和支撐件的接頭處進(jìn)行縫焊或者點(diǎn)焊，以確保其密封作用。另外，大口徑閥門(mén)應(yīng)當(dāng)使用本體堆焊閥座，以防止與介質(zhì)接觸過(guò)多的閥門(mén)零件因?yàn)槭艿浇蛔儜?yīng)力的影響而過(guò)度疲勞，乃至于喪失了原有的作用。另外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)將熱交變狀況下密封時(shí)彈性閥座結(jié)構(gòu)的選擇以及其效果評(píng)價(jià)等因素考慮在內(nèi)。也只有這樣才能夠從根本上減少熱交變對(duì)于高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)的影響，減少零件的損傷，延長(zhǎng)高溫閥門(mén)的壽命。

1.3 擦傷問(wèn)題

材料之間相互作用不當(dāng)，再加之一些外界環(huán)境的影響，很容易導(dǎo)致擦傷問(wèn)題的出現(xiàn)。譬如，管路系統(tǒng)中，閥座與閥芯的擦傷是由于大的硬粒子混入造成的；而振動(dòng)沖擊也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不良影響，造成擦傷。因此，為了減少在運(yùn)行過(guò)程中的擦傷現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)對(duì)密封副材料進(jìn)行合理的選擇，并保證密封副之間的硬度匹配值處在合理的范圍內(nèi)。

1.4 材料的機(jī)械性能

在高溫的條件下，材料的機(jī)械性能主要有兩方面的改變會(huì)發(fā)生，一是材料強(qiáng)度的改變，二是材料本身形狀的改變。除此之外，材料的硬度也會(huì)隨著溫度的變化而在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)。但是，材料的硬度會(huì)對(duì)閥門(mén)密封面的性能指標(biāo)以及閥門(mén)的密封性能，還關(guān)系到閥門(mén)的使用壽命。閥門(mén)的環(huán)境溫度超過(guò)450攝氏度時(shí)，就應(yīng)當(dāng)考慮到在高溫環(huán)境下，閥門(mén)零件在發(fā)生可恢復(fù)的彈性形變之外，還會(huì)導(dǎo)致材料蠕變性能變差，極易發(fā)生斷裂。溫度不發(fā)生改變是，應(yīng)力大的蠕變的速度就打，盈利保持不變時(shí)，溫度低的蠕變的速度也會(huì)減小。在同一種材料的前提下，應(yīng)力和溫度共同決定了蠕變的速度。

2 高溫閥門(mén)材料的選擇

2.1 閥體材料的選擇

高溫工況和介質(zhì)的腐蝕性都會(huì)對(duì)材料的選擇造成一定的影響，由于使用環(huán)境大多處于高溫環(huán)境，應(yīng)當(dāng)選擇質(zhì)量較好的碳素鋼、耐高溫合金鋼、以及不銹鋼等作為閥體的材料，也只有這樣才能保證閥體在高溫狀態(tài)下仍然能夠正常使用。

2.2 閥內(nèi)件材料的選擇

熱膨脹系數(shù)應(yīng)當(dāng)被首先考慮，然后結(jié)合高溫狀況下運(yùn)動(dòng)部件的抗擦傷能力，二者結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)于閥內(nèi)件材料的選擇。閥內(nèi)件母體材料大多選擇316不銹鋼，以便于閥內(nèi)件抗磨損性能的提高，以及氣蝕性能的提高。閥內(nèi)件材料的選擇一定要結(jié)合實(shí)際的情況，選擇出適合使用，滿足相關(guān)要求的材料。

3 高溫閥門(mén)內(nèi)件的硬化處理

3.1 增強(qiáng)表面硬度和耐磨性

高溫閥門(mén)內(nèi)件常常因?yàn)闇囟冗^(guò)高，出現(xiàn)材料退火或是軟化的情況，這種情況很容易造成閥內(nèi)件表面擦傷。為了減少這種損傷，應(yīng)當(dāng)提高閥內(nèi)件在高溫環(huán)境下的硬度以及沖擊強(qiáng)度，并適當(dāng)增技巧其應(yīng)對(duì)沖刷以及腐蝕的能力。可以在閥內(nèi)件表面使用陶瓷或是合金，以增加閥內(nèi)件表面的硬度和耐磨性能，保障閥內(nèi)件可以在高溫環(huán)境下發(fā)揮應(yīng)有的作用，延長(zhǎng)其使用壽命。

3.2 堆焊層厚度

要想實(shí)現(xiàn)高溫閥門(mén)內(nèi)件的硬化處理，還需要對(duì)堆焊層的厚度進(jìn)行確認(rèn)。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可以確定堆焊層的最適宜厚度應(yīng)當(dāng)在4毫米以上，這樣的厚度可以更好地隔絕外界環(huán)境的高溫，減少外界高溫對(duì)內(nèi)部材料的影響，保障閥門(mén)內(nèi)件的使用壽命。

3.3 遵循的原則

高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)首先注意的是對(duì)于材料的選擇，選材的合理能夠避免一些事故的發(fā)生，也會(huì)延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命。溫度因素也會(huì)對(duì)閥門(mén)的使用造成一定的影響，因此，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中就將溫度因素考慮在內(nèi)。在溫度超過(guò)280攝氏度時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用加長(zhǎng)閥蓋結(jié)構(gòu)，為填料提供較低的溫度環(huán)境。而當(dāng)溫度大于350攝氏度時(shí)，就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加運(yùn)動(dòng)件之間的間隙，以保證密封副表面具有較高的硬度。溫度超過(guò)450攝氏度，就應(yīng)當(dāng)對(duì)螺紋連接的密封環(huán)進(jìn)行封焊，減少松動(dòng)的可能，防止泄露的發(fā)生。當(dāng)溫度超過(guò)500攝氏度時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用具有硬度較高的表面的導(dǎo)向套與導(dǎo)向段，點(diǎn)焊導(dǎo)向套與支撐件的接頭處。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著高溫閥門(mén)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，人們對(duì)于高溫閥門(mén)技術(shù)的要求也越來(lái)越多。雖然我國(guó)高溫閥門(mén)技術(shù)已經(jīng)取得了一些突破，但是仍然有提高的空間。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)中相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)影響高溫閥門(mén)技術(shù)的分析以及對(duì)材料選擇和內(nèi)件硬化處理的分析，探討高溫閥門(mén)技術(shù)中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題，以促進(jìn)我國(guó)高溫閥門(mén)技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)大高溫閥門(mén)的使用范圍，延長(zhǎng)高溫閥門(mén)的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]裘葉琴.淺析閥門(mén)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的知識(shí)構(gòu)成問(wèn)題[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（22）.

[2]呂榮美.高溫閥門(mén)的高溫等級(jí)和主體材料[J].通用機(jī)械，2008（07）.

[3]何培堂，劉先東，張志軍，等.高溫閥門(mén)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)[J].煉油與化工，2002（04）.