随着现代科学技术和现代工业的飞速发展,流过高温流体的管路系统日益增加,高温调节阀的应用越来越广泛。 管路系统的要求及新材料和新工艺的出现,开拓了高温调节阀的应用领域。由于高温条件下材料的各种物理性能、机械性能都将发生变化,致使高温调节阀在结构设计和材料选择上与低温调节阀或常温调节阀相比具有很大的差别。经过我们的不断研究,总结出了高温调节阀制造中应注意的几个关键问题。
1 材料的机械性能
高温条件下,材料的力学性能将发生明显的变化。主要表现为两个方面,一是强度的改变;二是全属材料的变形性质的变化。图1为碳素钢在不同温度下的强度、塑性、弹性模量和波桑比的指标。
高温条件下材料的硬度也将发生变化,这对于调节阀门密封面来说是很重要的。调节阀的使用温度超过450℃, 设计时还得考虑材料的蠕变和断裂性能。高温条件下受载的阀门零件(应力值大于物理蠕变极限)除发生弹性变形外,还会发生不可回复的蠕变。即使应力低于相应 温度条件下材料的屈服限,也会发生这样的变形。当温度不变时,应力大者蠕变速度大;应力不变时,温度高 者蠕变速度高。由此可见,对于同一种材料,蠕变速度为应力和温度的函数。在高温调节阀制造中,温度是由管路系统的参数决定的,材料的选择又受到介质的腐蚀 性能等条件的限制,所以常常碰到的问题是如何确定许用应力。如果按不发生蠕变的应力水平(物理蠕变极限)为条件设计调节阀的零件,将使得零件重而不经济。 所以在掌握材料的蠕变速度的基础上,要选择一个应力,使得调节阀在正常使用寿命下,总的蠕变不致于发生断裂或不致于因变形妨碍运动件相互间的运动。
应力水平的这择是以保证在使用寿命期内,西宁电动调节阀,材料的蠕变不致影响调节阀的使用功能为基本条件的。例如,用于石化高温管路系统的调节阀,要求在20000h内总 的应变值为1%;而核电站用调节阀则要求在300000h内总的应变值为1%。使用寿命不一样的调节阀,设计时应根据各自允许的蠕变速度来选择相应的许用 应力。
高温载荷作用下,调节阀零件的另一种失效形式是断裂。金属抵抗高温断裂的能力用“长用强度”或“持久强度”来衡量,材料的持久强度与使用温度、加力时间及 所受应力的大小有关。图4是铬钼钢的断裂应力与断裂时间的关系。调节阀零件往往会发生这样的情形:工作应力小于蠕变极限时,并不发生较大的蠕变,但零件却 在长期高温载荷下发生了断裂。因此,设计中应比较材料的蠕变性能和断裂性能,选择其中较低的许用应力。
2 热胀量的差别
导致热胀量差别的原因主要有材料热胀系数、零件承受热载的差别和零件所处约束条件的差别,这些差别在高温调节阀制造中应仔细考虑。当热态流体进人一个冷态 调节阀时,阀芯被热态流体所包围,而阀芯的散热仅靠与其相连接的具有较小横截面的阀杆,因此.阀芯能很快地达到管线流体的温度。阀座几乎是与阀芯同时加热 的,因阀座的散热条件较阀芯为好和阀体的线胀量常常小于阀座的径向膨账。其它零件也有类似的情况。因此,用于高温介质下的调节阀零件间的工作间隙应增大,电动调节阀价格, 这样在实际工作温度下,防止了擦伤和卡死。间隙的增加量是由材料的线膨账系数、使用温度、应力等条件决定的。当然对于某些调节阀来说(如柱塞阀)、随着间 隙的增加,使得调节阀的有效使用温域变小,在室温或低温条件下会出现泄漏。
电动调节阀以其方便耐用,不需另外铺设气源管道或油管而比气动调节阀和液动调节阀适用范围要广的多,而且,配以防爆型电动执行器,可以用于防爆场合,所以,电动调节阀基本上可以代替气动调节阀而用于所有工业自动化控制场合。不过,电动调节阀、气动调节阀各有其优缺点,必须正确选型和合理使用,才能达到自动化控制的目的。以下是电动调节阀和气动调节阀使用过程中常见的一些问题及解决办法。
1、为什么双座阀小开度工作时轻易振荡?
对单芯而言,当介质是流开型时,阀不乱性好;当介质是流闭型时,阀的不乱性差。双座阀有两个阀芯,下阀芯处于流闭,上阀芯处于流开,这样,在小开度工作时,流闭型的阀芯就轻易引起阀的振动,这就是双座阀不能用于小开度工作的原因所在。
2、为什么双密封阀不能当作堵截阀使用?
双座阀阀芯的长处是力平衡结构,答应压差大,而它凸起的缺点是两个密封面不能同时良好接触,造成泄漏大。假如把它人为地、强制性地用于堵截场合,显然效果不好,即便为它作了很多改进(如双密封套筒阀),也是不可取的。
3、什么直行程调节阀防堵机能差,角行程阀防堵机能好?
直行程阀阀芯是垂直节流,而介质是水平流进流出,阀腔内流道必定转弯倒拐,使阀的流路变得相称复杂(外形如倒“S”型)。这样,存在很多死区,为介质的沉淀提供了空间,长此以往,造成堵塞。角行程阀节流的方向就是水平方向,介质水平流进,水平流出,轻易把不干净介质带走,同时流路简朴,介质沉淀的空间也很少,所以角行程阀防堵机能好。
4、为什么直行程调节阀阀杆较细?
它涉及一个简朴的机械原理:滑动摩擦大、动弹摩擦小。直行程阀的阀杆上下运动,填料稍压紧一点,它就会把阀杆包得很紧,产生较大的回差。为此,阀杆设计得非常细小,填料又常用摩擦系数小的四氟填料,以便减少回差,但由此派出的题目是阀杆细,则易弯,填料寿命也短。解决这个题目,电动调节阀报价,很好的办法就是用旅转阀阀杆,即角行程类的调节阀,它的阀杆比直行程阀杆粗2~3倍,且选用寿命长的石墨填料,阀杆刚度好,填料寿命长,其摩擦力矩反而小、回差小。
5、为什么角行程类阀的堵截压差较大?
角行程类阀的堵截压差较大,是由于介质在阀芯或阀板上产生的协力对滚动轴产生的力矩非常小,因此,它能承受较大的压差。