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儀表閥門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),并受到流體的影響,高溫會(huì)使金屬軟化或退火,增加其塑便和擦傷趨勢(shì)。
塑變和擦傷會(huì)引起:(1)卡住閥門(2)損壞密封面(3)增加摩擦力,引起閥芯定位不準(zhǔn)。
管線流體中,如果夾有較大較硬的顆粒會(huì)把閥內(nèi)件磨得粗糙不平,易產(chǎn)生塑變和擦傷。沖擊振動(dòng)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)引起塑變和擦傷。
液體金屬,例如鈉、鉀,能夠去除金屬表面的氧化膜,在溫度≥204℃(400℉)時(shí),極易產(chǎn)生擦傷且比較嚴(yán)重,應(yīng)仔細(xì)選擇材料,避免擦傷的發(fā)生。
防止金屬表面的塑變和擦傷的方法主要有:
(1) 零件采用硬度較高材料制成。
(2) 選用低塑變、低擦傷的配對(duì)材料,見表3。
(3) 對(duì)于相互配合的兩種零件,采用不同的材料制造。
(4) 在選用配合零件的材料時(shí),保證配合零件材料的硬度上有5~10Rc的硬度差。
(5) 確定合理零件表面粗糙度和硬度,或者在零件表面采用特殊的覆蓋層,保證配合運(yùn)動(dòng)面的硬度差。
(6) 確定合理的載荷,根據(jù)載荷選用合理的材料及強(qiáng)度。
(7) 設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)高溫下不同材料的膨脹系數(shù)認(rèn)真計(jì)算膨脹量,從而確定配合零件的尺寸,保證閥內(nèi)件工作時(shí)一個(gè)適當(dāng)?shù)牟僮鏖g隙。
(8) 在投入使用前,將閥門在低載荷及帶潤(rùn)滑下試運(yùn)行(磨合)。 表3 下列金屬配對(duì)具有低塑變、低擦傷趨勢(shì)
二、閥門零、部件的間隙和散熱 高溫閥門設(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)高溫流體流過(guò)閥門時(shí),由于閥座的質(zhì)量較小,溫度上升很快,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、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。閥芯導(dǎo)向桿與導(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。 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),并在密封面進(jìn)行硬化處理,以免在高溫下,閥門泄漏量大幅度增加。 設(shè)計(jì)在高溫介質(zhì)場(chǎng)合使用的閥門,還應(yīng)考慮閥體、閥蓋及連接件工作在高溫下,材料承受由于高溫帶來(lái)的附加載荷,包括材料熱膨脹、蠕變等產(chǎn)生的附加載荷,避免由于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(lái)防松,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,采用在閥體上焊接閥座的方法,去除墊片,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。 閥內(nèi)件、填料函結(jié)構(gòu)和使用溫度之間的關(guān)系 450℉(232℃)以上,上閥蓋延伸,用較長(zhǎng)的閥蓋閥桿散熱片保持填料密封。 600℉(316℃)以上,間隙加大閥芯、閥座密封部分硬化處理。 750℉(399℃)以上,所有螺紋連接的閥座將會(huì)泄漏,必須施加密封焊,防止松動(dòng)。 900℉(428℃)以上,所有導(dǎo)向套、閥芯導(dǎo)向和導(dǎo)向桿須表面硬化處理,導(dǎo)向套搭接焊。 1050℉(566℃)以上,表面硬化,采用整體閥座、導(dǎo)向套。 三、高溫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)如圖1。 對(duì)于溫度周期變化的閥座密封面結(jié)構(gòu)可采用圖示柔性閥座唇部結(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,在高溫且溫度循環(huán)變化的情況下,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。 圖1 四、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。 圖2是表面硬化材料司太立合金、鉻硼合金及部分不銹鋼熱硬度比較。 圖 2
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閥芯 | 導(dǎo)向襯套 | 性能 |
312不銹鋼 | 17-4PH不銹鋼 | 好 |
400系列不銹鋼 | 好 | |
司太立(Slite)硬質(zhì)合金 | 好 | |
鉻硼系合金 | 好 | |
因科鎳(Inconel)合金 | 好 | |
304L不銹鋼 | 因科鎳(Inconel)合金 | 好 |
440C不銹鋼 | 440C不銹鋼 | 好 |
17-4PH不銹鋼 | 好 | |
工具鋼 | 17-4PH不銹鋼 | 好 |
蒙乃爾(Monel)合金 | K-蒙乃爾(Monel)合金 | 好 |
司太立(Slite)硬質(zhì)合金 | 司太立(Slite)硬質(zhì)合金 | * |
因科鎳(Inconel)合金 | * | |
鉻硼系合金 | 鉻硼系合金 | * |
杜里默特(Durimet)20 | 卡爾彭特爾(Carpenter)20 | 好 |
哈氏合金(Hasloy)B | 哈氏合金(Hasloy)B | 好 |
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