高压超高温三通换向阀的研制和应用.pdf

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2、柚吲w圃浙江石化阀门有限登司(温州325∞5)李保升吴尖斌王靖旺邵程选【擅一l介绍7一种高压超高温三通换向阉的设计、工艺和有限元分析，介绍^大设计创新点和七太工艺难题。【关键坷】超高温三通捷向阀温兰梯度应堑梯度等效应力域振储能弹簧一，前言高压超高温三通换向阀是空气动力装置(风洞)上使用的特殊阀门，阀门的最高工作温度900℃．最高、工作压力12MPa，公称通径DN200，换向时间《2s。总装图如图l所示，技术要求如下。”阀芯换向平稳．对阀座无明显撞击现象，换向时间《2s。2)高温气流槐经换向阀的热量损失要小，进出口气流温差≤1℃。3

3、)阀门壳体的外表温度《110℃。4)阀门的使用寿命，在高温下开关5000次以上。铷■目■■⋯∞xcⅫ2012}#l】■5)在最高工作压力12MPa和最低工作压力03MPa时，阀门均能密封。6)对阀体、阀芯，阀座及阀杆等主要零件．用有限元进行应力和温度的分析计算。田1高压超高沮三通换向阀总装目E＆zT目＆3月g§m4月#5目#HⅢ＆±目*7■*#f8目#总＆9目t10女女I】≮自*自n＆12}自*自n＆本阀门的通径虽然只有200mm．但因结构复杂．阀门奉体重达73t，连同安装底座．总重为15t。该产品干2006年列入浙江省重大机电装备专项，2009年2月14日已通过省科技厅验收。200

4、8年5月进行省级新产品鉴定．鉴定委员舍根据该产品的国际查新报告、用户的国际考察报告，用户三年的使用意见．生产厂的试制总结报告和发明专利证书，确认谤阀门是国内、外首创，产品于2008年还被列入国家火炬计划项目．2009年获浙扛省科学技术奖二等奖。=、产品的八大创新点该产品的使用工况是同时具备三高(高温，高压、高速)，还要求隔热．节能和快速平稳换向．设计难度极大。广大设计人员、项目课题组人员与清华大学天津大学、军事交通学院的相关人员共同研究．群策群力，攻克丁八大设计难关(创新点)，解决了七大工艺难题．最终圆满完成了研制任务。1阀门总体结构本阀门的流道是一进二出，右侧进口．左侧为工作气流出

5、口．下端阀底座为排空出口。阀门主体设计成直通式结构．阀底座与阀体的连接采用压力自紧密封结构。上阀座镶焊在阀体上．下阀座镶悍在阀底座上。阀芯总成随阀杆总成同步上、下运动．分别对上，下阀座进行关闭。阀体流道采用硅酸铝纤维(耐温J450℃)隔热衬里，村里厚度100mm，经实际使用证明，介质温度为900c时．阀体表面温度只有104℃．所以阀体材料选用奥氏体铸钢cF8。阀芯、阀座、阀杆完垒暴露在介质中，所以阀座、阀芯进用高温合金OH3128，能在900℃时连续】二作100h以上。阀杆设计成四层结构，最外面保护套一端浮动，不受拉，压应力，保护套的外表面垒部堆焊sTLl2钴基硬质合金，既耐高温又耐

6、冲刷。阀座、阀芯、阀杆均设计了空气冷却机构．目的是为了降低密封面的工作温度，提高密封面的硬度和阀门的使用寿命。2．三层两体式阀芯结构三层两体式阀芯结构如见图2所示．阀芯。侵泡。在三高(高温、高压、高速)气流中．工作环境极为恶劣，阀门的使用寿命关键在于阀芯的寿命。阀芯设计成上、下两体．是为丁在装配时将球形的阀杆头部包在里面。阀芯的器外层是镍基硬质合金防护板，第二层为硅石油／诧I通甩机械GI^I6M讯艮帆·l⋯&ChmⅫIn幽卅fl酸铝纤维隔热层。阀芯主体材料是高温合金GH3128，能在900℃时连续工怍t00h。阀芯上、下球形密封面和内部球形密封面均堆焊钴基硬质合金coll9，在750

7、℃时仍保持32～35HRc的硬度。在阀芯内部上，下各有一个凹球面．分别和阀杆头部的两个凸球面接触，以提高其浮动性。通过五年多的实践证明，该结构先进，可靠。蹶鳖犁圈2三层两体式阍芯结构Tp#2T％*g3月Zf*4”目∞p#5月#女#6目。上“7±目#女##Ⅲ8tp《9№目≮《10t■*gI±目。自#m12口目m*目13THZ^#i14f目≈啬H#i3四层三体式阀杆结构阀杆既承受‘三高1介质的冲刷，又要承受传动系统的拉力和压力，是本阀门关键的受力件。为了提高阀杆的强度．必须降低阀杆主体的工作温度．阀杆的结构设计弯路最多，第一次采用内冷式，通过有限元分析．阀杆内外温差大，温度梯度变化大，热

8、应力太大．行不通。第二次采用阀杆夹层和内孔同时净却，可以解决内应力问题．但阀杆消耗能量196kw，降低试验气流温度，用户∞不同意。最后，本阀杆设计成四层三体式结构．如图3所示。所谓三体是指上阀杆、下阀杆和阀杆头部。四层是指下阀杆的内外由四层组成，最外层是保护套．一端与阀杆头部焊接，另一端浮动，不会产生热变形应力，保护套的外表面堆焊钴基硬质台金。第二层为隔热层。可减少保护套对阀杆主体的热传导和热辐射。第三层为阀杆主体，选用45crl4NiJ4w2Mo高强耐热