一般的非金屬材料無法承受高溫(300°C以上),但柔性石墨可以承受700°C以上的高溫,因此高溫工況下,無論是靜密封還是動(dòng)密封,一般可以選取柔性石墨或復(fù)合材料,但應(yīng)注意摩擦系數(shù)會(huì)增大。
氣動(dòng)球閥零部件的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱系數(shù)的選擇:
高溫高壓差氣動(dòng)球閥設(shè)計(jì)中,必須仔細(xì)考慮不同零部件的熱膨脹對(duì)閥內(nèi)件動(dòng)作的影響。當(dāng)高溫介質(zhì)流過閥門時(shí),由于閥體的線膨脹系數(shù)往往小于閥座的線膨脹系數(shù),所以閥體限制了閥座的徑向膨脹,閥座只能向內(nèi)徑膨脹,使得在高溫下,閥芯與閥座的工作間隙小于常溫下標(biāo)準(zhǔn)閥門設(shè)計(jì)的間隙,造成閥內(nèi)件卡死。閥芯與導(dǎo)向套也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象。因此,閥門在高溫下使用時(shí),常溫下標(biāo)準(zhǔn)閥門的設(shè)計(jì)間隙(包括閥芯、閥座間;導(dǎo)向套、閥桿間)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加,這樣使其在高溫下工作也不會(huì)發(fā)生卡死現(xiàn)象。因此間隙的設(shè)計(jì)顯得非常重要,因材料,尺寸及溫度差等參數(shù)的確認(rèn)對(duì)設(shè)計(jì)人員非常重要,目前,可從《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范Ⅱ材料D篇性能》中得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
對(duì)泄漏量要求較高的場(chǎng)合下閥體和閥座盡量采用相同的合金鋼制造,并采用單座或籠式結(jié)構(gòu),盡量避免采用雙座閥結(jié)構(gòu),還要在密封面進(jìn)行硬化處理,以免高溫下閥門泄露量大幅度增加。另外還應(yīng)考慮閥體、閥蓋及連接件承受由于高溫帶來的附加載荷造成的破壞。
溫度的循環(huán)變化會(huì)使閥座和導(dǎo)向套松動(dòng),因此必須采用密封焊和搭接焊來防松或壓緊結(jié)構(gòu)。閥座墊片的密封是在密封力大于墊片的屈服極限才能夠獲得,而在高溫、高壓及熱循環(huán)工況下,密封材料發(fā)生蠕變而產(chǎn)生滲漏,可采用整體閥座,由閥體上直接制成閥座并使之硬化。對(duì)于大口徑閥門,可在閥體上焊接閥座,去除墊片來避免不必要的泄漏。根據(jù)介質(zhì)的溫度高低,還要考慮填料函中填料可承受的溫度及執(zhí)行機(jī)構(gòu)可承受的溫度。
填料函結(jié)構(gòu)和使用溫度之間的關(guān)系:
氣動(dòng)球閥高溫高壓差周期性變化工況下密封結(jié)構(gòu):
用于高溫周期性變化的閥座密封面結(jié)構(gòu)可采用自對(duì)中契狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)用于零件膨脹造成密封線不圓及閥座的磨損,有自動(dòng)對(duì)中和補(bǔ)償作用。在高溫高壓差且溫度循環(huán)變化的情況下可有良好的密封效果,其密封是依靠柔性閥座密封部位的彈性變形實(shí)現(xiàn)的。
高溫情況下計(jì)算材料的密封比壓,應(yīng)考慮到其密封材料的強(qiáng)度極限、屈服極限在高溫情況下都有所下降,來選用合理的數(shù)值。
高溫情況下,材料硬度的變化:
在高溫情況下,各種材料的硬度都有不同程度的下降,硬度下降增加了材料塑變和擦傷的可能。表面硬化材料鎢鉻硬質(zhì)合金、鉻硼合金及部分不銹鋼熱硬度比較。
材料的塑變:
塑變是指一種金屬表面被其它材料擦傷,粘結(jié)在一起或表面滾成球形。它和溫度、材料、表面光潔度、硬度、載荷有關(guān),會(huì)受流體的影響,高溫會(huì)使金屬軟化,增加其塑變趨勢(shì)。塑變會(huì)引起:卡住閥門;損壞密封面;增加摩擦力,引起閥芯定位不準(zhǔn)。管線流體中如夾有較大較硬的顆粒,會(huì)使閥內(nèi)件磨得粗糙不平,產(chǎn)生塑變。沖擊振動(dòng)也會(huì)造成零件承受沖擊表面、配合表面的破壞,有時(shí)也會(huì)引起塑變。