儀表閥門塑變是指一種金屬表面被其它材料擦傷,粘結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,并受到流體的影響,高溫會使金屬軟化或退火,增加其塑便和擦傷趨勢。
塑變和擦傷會引起:(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。
管線流體中,如果夾有較大較硬的顆粒會把閥內件磨得粗糙不平,易產生塑變和擦傷。沖擊振動會造成零件承受沖擊表面、配合表面的破壞,有時也會引起塑變和擦傷。
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,極易產生擦傷且比較嚴重,應仔細選擇材料,避免擦傷的發生。
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、低擦傷的配對材料,見表3。
(3) 對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,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,保證配合運動面的硬度差。
(6) 確定合理的載荷,根據載荷選用合理的材料及強度。
(7) 設計時,應根據高溫下不同材料的膨脹系數認真計算膨脹量,從而確定配合零件的尺寸,保證閥內件工作時一個適當的操作間隙。
(8) 在投入使用前,將閥門在低載荷及帶潤滑下試運行(磨合)。 表3 下列金屬配對具有低塑變、低擦傷趨勢
二、閥門零、部件的間隙和散熱 高溫閥門設計中,必須仔細考慮不同零、部件的熱膨脹對閥內件動作的影響。當高溫流體流過閥門時,由于閥座的質量較小,溫度上升很快,閥體的線膨脹系數往往小于閥座的線膨脹系數,所以閥體限制了閥座的徑向膨脹,閥座只能向內徑膨脹,使得在高溫下,閥芯、閥座的工作間隙,小于常溫下標準閥門設計的間隙,造成閥內件卡死。閥芯導向桿與導向套也會產生同樣的現象。因此,閥門在高溫下使用時,常溫下標準閥門的設計間隙(包括閥芯、閥座間,導向套、閥桿間)應當適當增加,這樣使其在高溫下工作也不會發生卡死現象。 對泄漏量要求較高的場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構,盡量避免采用雙座閥結構,并在密封面進行硬化處理,以免在高溫下,閥門泄漏量大幅度增加。 設計在高溫介質場合使用的閥門,還應考慮閥體、閥蓋及連接件工作在高溫下,材料承受由于高溫帶來的附加載荷,包括材料熱膨脹、蠕變等產生的附加載荷,避免由于附加載荷造成的破壞。 溫度的循環變化會使閥座和導向套松動,因此必須采用密封焊和搭接焊來防松,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、高壓及熱循環工況下,密封材料發生蠕變而產生滲漏,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。 根據介質的溫度高低,還要考慮填料函中填料可承受的溫度及執行機構可承受的溫度。 閥內件、填料函結構和使用溫度之間的關系 450℉(232℃)以上,上閥蓋延伸,用較長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泄漏,必須施加密封焊,防止松動。 900℉(428℃)以上,所有導向套、閥芯導向和導向桿須表面硬化處理,導向套搭接焊。 1050℉(566℃)以上,表面硬化,采用整體閥座、導向套。 三、高溫周期性變化工況下密封結構: 用于高溫周期性變化的閥座密封面結構如圖1。 對于溫度周期變化的閥座密封面結構可采用圖示柔性閥座唇部結構,該結構用于零件膨脹造成密封線不圓及閥座的磨損有自動對中和補償作用,在高溫且溫度循環變化的情況下,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現的。 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)硬質合金 | 司太立(Slite)硬質合金 | * |
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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