大口径高温高压整体锻制截止阀的设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)武汉锅炉集团阀门有限责任公司 作者:罗小龙

  介绍了大型火电锅炉机组用整体锻制截止阀的结构特点、工作原理及性能,论述了截止阀的使用与维护方法,及主要零部件的材料选用。

  1、概述

  近年来,随着高参数、大机组及超临界火电机组大量投产运行,对发电机组的性能要求越来越高。截止阀是保证机组安全和经济运行的重要配套装置之一,其中主给水截止阀的作用是不间断的向锅炉给水管道输送不饱和水,保证锅炉正常运行。由于主给水截止阀在高温高压下操作,根据工况系统的要求,设计了整体锻造大口径截止阀。

  2、工作原理

  截止阀( 图1) 由阀体、大阀瓣、小阀瓣、阀盖、均压环、四分环和阀杆等组成。由于截止阀公称通径较大,为减小阀门启闭力矩,阀瓣采用大阀瓣与小阀瓣组合结构。介质流通方向为高进低出。阀门开启时,先由阀杆提升小阀瓣,小阀瓣受力面积小,易于开启。在小阀瓣提升过程中,阀门两端压差逐渐减小,随着阀杆的继续上升,再带动大阀瓣的开启。这种结构减轻了启闭瞬间介质对阀杆和阀瓣的损伤,避免了大口径截止阀启闭力矩大的缺点,降低了执行器的力矩和制造成本。为了保证小阀瓣和阀杆连接的可靠性、灵活性和万向性,又方便装卸,小阀瓣采用T 形槽连接。

主给水截止阀

1. 阀体2. 大阀瓣3. 小阀瓣4. 阀杆5. 阀盖6. 自密封填料7. 均压环8. 四分环9. 压板

图1 主给水截止阀

3、主要技术参数

  公称尺寸:200mm

  公称压力:32MPa

  设计温度:250℃

  管道规格:Φ223 × 12. 7 mm

  适用介质:水、蒸汽

  连接形式:对焊连接

  驱动方式:锥齿轮传动

4、设计

  截止阀设计时采用ASME B16. 34 和GB /T12221 等相关标准。由于截止阀的压力- 温度额定值符合ASME B16. 34 的特殊级,用插值法得出32MPa 对应的压力级为Class 2 000。阀体和阀盖的连接采用内压自紧( 伍德) 密封结构,这种结构内部压力越高,阀盖密封性能越好。截止阀受结构因素影响,流阻大,压降高,阀瓣与阀座密封面材料既要耐腐蚀、耐冲刷,又要保证在高温时的硬度,因此,密封面堆焊硬质合金( stellte No. 6) ,增强其耐磨性和抗擦伤性,提高密封面的使用寿命。截止阀通过锥齿轮传动装置带动阀杆升降运动,实现阀门的启闭。在全开状态时,阀瓣完全提起,并略高于出口通道的中心线,使阀门的压降小。

  按ASME B16.34 要求,阀体壁厚用内插法选取为50mm。阀体颈部最小壁厚( 图2) t' = 75mm。各零部件尺寸确定后,对阀体顶部、阀杆和阀盖等进行强度校核。

阀体颈部最小壁厚

图2 阀体颈部最小壁厚

5、材料

  阀体由毛坯钢锭整体锻造成型,阀门内腔零部件采用锻件或板料。阀体在大型锻压设备上采取自由锻的形式,经过镦粗→拔长→冲孔→扩孔→压肩→压痕→倒棱→校直等,使锻件外形接近长方形。锻造阀体经粗加工→整体热处理→消除热处理应力→阀体整体超声波探伤→精加工→整体着色检查合格后与其他零部件组装。

  阀杆选用38CrMoAlA 氮化合金钢,其有很好的氧化性能与力学性能,氮化处理后有高的表面硬度达1 100 ~ 1 200HV,并有较高的疲劳强度和高温许用应力,可以减小阀杆直径,使截止阀整体结构紧凑。截止阀主要零部件材料见表1。

表1 主要零件材料

主要零件材料

6、结构特点

  (1) 大阀瓣、小阀瓣分别与阀体中腔及大阀瓣内孔间隙配合,方便导向。可以避免在高压差下阀门启闭时,阀瓣被流体推向一侧,导致阀瓣与阀座密封失效,也可避免在极端条件下,阀杆弯曲。同时阀瓣在阀体内导向,可保持阀瓣密封面和阀座的同轴度。由于利用了导向的功能,阀体与阀瓣的间隙较大,使阀瓣升降灵活无卡阻。

  (2) 由于阀门开启时小阀瓣先开启,降低了阀门的开启力矩,既降低了锥齿轮传动装置的力矩,减少了传动装置的成本,又减小密封面的磨损。

  (3) 在阀体中腔与自密封填料接触处堆焊Stellite合金,防止在高温及自密封填料强烈腐蚀下,造成阀体中腔内壁磨损,可有效的保证中腔的密封。

  (4) 阀杆密封采用柔性石墨编织填料和柔性石墨环,其中首圈和底圈采用柔性石墨编织填料,中间圈填料采用柔性石墨环,以防止石墨受压后挤入阀体中腔。在填料安装时,应对填料逐个预压,以维持填料良好的密封性。

  (5) 阀杆与立柱之间加装导向块,保证阀杆只作升降运行不做旋转转动,减小对填料的磨损,保证填料的密封性能。

7、使用及维护

  截止阀应垂直安装,阀体上所标注的箭头为介质实际运行流向。在安装现场必须留出操作和维修的空间。阀盖部位不宜包裹保温层,以便填料部位尽可能充分自然冷却,保证填料密封安全、可靠。阀门出厂时,在阀体与管道连接的坡口处涂有防锈涂料,在与管道焊接前应将防锈涂料、油污及灰尘清理和清洗干净,注意不要损伤阀体坡口。阀门的锥齿轮传动装置应采取保护措施,防止损伤及误操作。阻止大气中的灰尘、化学物质或潮湿气体对阀杆螺纹及传动装置的侵蚀而使其启闭失效。螺纹、轴承或齿轮等的工作区域应定期润滑。

8、结语

  大口径高温高压整体锻件截止阀启闭件密封结构可靠,小阀瓣的先开启,使得启闭力得到了极大的减小,降低了执行器的成本。经过各项检验,性能良好,在长期的工作状态下可实现零泄漏,提高了阀门的使用寿命,对稳定产品质量和保障配套设施的安全运行具有积极的作用。

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